KR100206682B1 - 배기 플룸 내의 일산화질소 농도를 결정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

배기 플룸 내의 일산화질소 농도를 결정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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로렌스 데이빗 허위츠
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Abstract

배기 플룸(14) 내의 산화 질소(NO)를 검출하이 위한 시스템(10)은 광학 비임(20)을 발생시키고 이 광학 비임을 배기 플룸을 통해 인도하기 위한 공급원(18)을 포함하고, 광학 비임은 적외선(IR) 방사선 스펙트럼 내의 파장들의 예정된 밴드 내의 파장들을 갖고 있다. 이 시스템은 제1의 예정된 밴드의 파장들에 대해 측정된 NO 투과율 값을 결정하기 위한 제1채널과, 제2의 예정된 밴드의 파장들에 대해 측정된 물 투과율 값을 결정하기 위한 제2채널과, 제3의 예정된 밴드의 파장들에 대해 측정된 기준 투과율 값을 결정하기 위한 제3채널과, 제4의 예정된 밴드의 파장들에 대해 측정된 부산물 투과율 값을 결정하기 위한 제4채널을 갖고 있는 방사감지기/필터 조립체를 포함한다. 데이터 프로세서는 (가) 측정된 물 투과율 값, (나) 제1의 예정된 밴드의 파장들 내의 물에 의한 흡수를 보상하는 예정된 인자, 및 (다) 기준 투과율 값에 의해 정해지는 측정된 NO 투과율 값으로부터의 유효 NO 투과율 값을 결정하기 위한 채널들의 출력들에 감응한다. 또한, 데이터 프로세서는 예정된 검정 인자를 이용하여 유효 NO 투과율 값을 상대적인 NO 농도로 전환시키고, 측정된 연소 부산물 투과율 값을 이용하여 상대적인 NO 투과율 값을 NO 농도 값으로 전환시키기 위해 작동 가능하다.

Description

배기 플룸 내의 일산화질소 농도를 결정하기 위한 시스템 및 방법
제1도는 본 발명의 다채널 일산화질소(NO) 센서를 포함하는 배기가스 오염물질 검출 시스템의 블록 다이아그램.
제2도는 수증기 흡수 스펙트럼이 소정의 NO 흡수 스펙트럼에 대해 아주 근접한 상태를 그래프로 도시한 도면.
제3도는 NO 흡수 밴드(band)의 측정시의 다양한 이상적인 필터들과 효과를 그래프로 도시한 도면.
제4도는 다양한 상대 습도 레벨에 대한 배경 수증기 위쪽의 2개의 후보 NO 스펙트럼 라인(5.2617μm 및 5.2629μm)들을 그래프로 도시하여 주위 수증기를 제외하기 위한 필요 조건을 명백하게 하는 도면.
제5도는 본 발명의 태양에 따른 가스 검정 셀의 (축척에 따르지 않은) 간단한 횡단면도.
제6도는 배기 플룸(plume) 내의 NO 농도를 결정하기 위한 본 발명의 방법을 도시한 논리 흐름도.
제7도는 도로에서 주행 중인 차량의 배기 방출물을 모니터하기 위한 본 발명의 방법을 도시한 논리 흐름도.
제8(a)도 및 제8(b)도는 각각 배기가스 배출량이 큰 차량(1875ppm) 및 상대적으로 배기가스 배출량이 작은 차량으로부터의 방출물을 측정하기 위한 본 발명의 사용을 도시한 그래프들로서, 특히 제8(b)도는 배기 플룸 내의 수증기에 대한 보상을 더 도시하고 있는 도면.
제9(a)도 내지 제9(c)도는 각각 밀봉된 검정 셀의 다른 실시예들의 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 다채널 NO 센서 시스템 14 : 배기 플룸
18 : 광학 비임 공급원 20 : 광학 비임
26 : 검정 셀 30 : 필터
32 : 센서 또는 검출기 42 : 조견표
본 발명은 통상 특정 화학 종들에 반응하는 센서에 관한 것으로, 특히 차량, 굴뚝(smokestack) 등으로부터의 배기가스 내의 일산화질소(NO)의 농도를 검출하기 위한 광학적 센서 및 광학적 검출 방법에 관한 것이다.
환경 오염은 도시 지역에서 특히 예민한 심각한 문제이다. 이러한 환경 오염의 주원인은 자동차의 배기가스이다. 자동차 배기가스 내의 오염 물질 종들의 허용 가능한 양들을 규정하기 위해 공식 기준들이 정해져 있으며, 어느 지역들에서는 차량들이 이들 기준들에 부합하는 것을 보증하기 위해 주기적인 조사 또는 매연 검사(smoke check)를 필요로 한다.
그러나, 공공 도로에서 운행 중인 다수의 차량들이 아직도 그러한 규정들에 부합하지 않고 있다. 또한, 비교적 소수의 차량들에 의해 불균형적으로 다량의 공기 오염이 발생되는 것으로 밝혀졌다.
주기적인 배기가스 조사를 필요로 하는 지역에서조차 높은 오염 물질 배출차량들이 운행할 수 있다. 어떤 노후 차량들 및 특정 차량들은 조사가 면제된다.
신규 차량들의 필수 장비인 오염 방지 장치들은 차량 배기가스 내의 오염 물질을 규정된 범위 내로 감소시키고자 하는 소정의 목적을 완수한다. 그러나, 일부차량 소유자들은 오염 방지 장비가 엔진 성능을 저하시킨다는 것을 알고 있다.
이 때문에, 기계에 관만 전문 지식을 갖고 있는 일부 차량 소유자들은 자신의 차량들을 규정된 검사를 통과하기 위한 상태가 되는 데에 필요한 모든 작업을 수행할 수 있으며, 이어서 오염 방지 장치들을 제거하여 통상의 사용시 오염된 배기가스의 증가를 수반하튼 차량으로 복귀시킬 수 있다.
그러므로, 고정 시설에서 수행되는 강제적이고 정기적인 검사에 전적으로 의존하는 오염 방지 프로그램은 불충분하게 된다. 규정된 배기가스 기준을 위반하여 실제로 운행하는 자동차들을 확인하여, 그러한 자동차들을 규정을 따르게 하거나 운행하지 못하도록 할 필요가 있다.
자동차 배기가스를 원격 감지하기 위한 시스템은 분석 화학 1989, 61, 617A에 지. 비숍 등의 제목이 해석적 방법-적외선 원거리 측광법(Analytical Approach - IR Long-Path Photometry) 자동차 배기가스용 원격 감지 수단이라는 제목의 논문에 기술되어 있다. 적외선 비임은 이를 이산화탄소(CO2) 채널 및 일산화탄소(CO)채널로 분할하는 비임 분할기(beam splitter)를 포함하는 센서 유닛으로 자동차의 배기 플룸을 통해 투과된다.
CO2채널 내의 비임은 이산화탄소의 스펙트럼 흡수 영역을 분리해 내는 밴드통과 필터를 통과하여 광기전 검출기(photovoltaic detector)로 입사한다. CO 채널의 비임은 회전 가스 필터 휠을 통과하는데, 상기 필터 휠의 반쪽은 CO 및 수소(H2) 혼합물을 보유하고, 다른 반쪽은 질소(N2)를 보유하고 있다. 상기 필터 휠로부터 CO 채널 내의 비임은 일산화탄소의 스펙트럼 흡수 영역을 분리해 내는 다른 밴드 통과 필터를 통과하여 다른 광기전 검출기로 입사한다.
검출기들의 출력 신호들은 각각의 파장들에서의 차량 배기 플룸의 투과율, 즉 배기 플룸 내의 CO 및 CO2의 농도에 따라 변화한다. 필터 휠의 CO/H2비율은 기준 출력을 제공하는 반면에, N2비율은 일산화탄소 출력을 제공한다.
기준 센서 출력(baseline sensor output)들은 비임을 통과하는 차량이 없고 플룸을 감지하기 이전에 상기 비임이 차량에 의해 차단될 때 얻어진다. 이들 값들은 플룸이 실제로 감지될 때 검출기들의 출력들을 검정(calibration)하기 위한 기준치로서 사용된다. 그 다음에, 각각의 파장들에서의 투과율에 대응하는 검출기출력 또는 센서 출력들이 소정의 기능에 따라 처리되어 차량 배기 플룸 내의 CO2및 CO의 상대 백분율을 결정한다.
이러한 시스템은 주행중인 차량의 배기가스 조성을 감지할 수 있고 규제 목적으로 오염 물질 배출 차량들을 확인하는데 유용한 것으로 알려져 있다. 그러나, 이 시스템은 소정의 결점들로 인해 어려움을 겪고 있다.
예컨대, 두 경로들 내의 비임들이 동일한 방식으로 검출기들 또는 센서들에 입사되도록 보장하기 위해 정확한 정렬이 필요하다. 작은 오정렬 에러가 측정 정확도를 심각하게 저하시킬 수 있다. 2개의 광기전 검출기들이 서로로부터 멀리 있어서, 온도 조절을 위해 별도의 냉각 유닛들을 필요로 한다. 또한, 온도의 작은 차이뿐만 아니라 검출기들의 다른 특성들과 작은 부정합(mismatch)들도 측정 정확도를 심각하게 저하시킬 수 있다.
회전 필터 휠은 값치 비싸고 기계적인 오작동이 발생하기 쉬운 기계식 유닛이다. 정확한 측정값을 얻기 위해서는, 필터 내의 가스들의 농도들이 정확한 값으로 유지되어야 한다. 또만, 이 시스템은 각각의 새로운 채널이 다른 비임 분할기 및 검출기 등을 필요로 하여 전술한 문제점과 관련되므로 부가직인 오염 물질 종들을 감시하기 위해 널리 사용되기가 어렵다.
함께 양도된, 발명의 명칭이 주행중인 자동차와 배기가스 조성물을 원격 측정하기 위한 광학 감시 장치인, 마이클 디. 잭(Michael D, Jack) 등의 1993년 9월 10일자 미국 특허출원 제08/119,788호는 전술한 문제점들을 해결하기 위한 적외선계(IR계) 시스템을 개시하고 있다. 이 시스템은 일산화탄소, 이산화탄소 및 탄화수소를 포함하는 배기 플룸의 조성물의 요소들의 스펙트럼 흡수 피크들에 대응하는 다른 파장들에 감응하는 다수의 인접하여 이격된 광검출기들을 채택하고 있다.
그러나, 공지의 시스템들에 의해 전혀 감지되지 않거나 단지 부정확하게만 감지되는 한가지 특히 유해한 오염 물질은 산화질소(NO)이다.
후리에 변환 적외선(FTIR; Fourier-Transform Infra-Red)과 같은 표준 적외선 기술은 NO가 흡수되는 5.2μm 및 6.2μm 근처 범위의 흡수 밴드에서의 물 흡수로 인한 상당한 간섭 때문에, 대기 중의 NO를 정량화하는 데에 실패하고 있다. 물 흡수 밴드를 공제하려는 시도들은, 그 특성상 FTIR이 주사(scan)해야 하는 전체 스펙트럼 영역에 걸쳐서 물 흡수 표시가 모델화 될 수 있는 정확도가 제한되기 때문에 성공적이지 않다.
오버톤(overtone) 기술을 이용하는 다른 IR 레이저 방법은 적어도 부분적으로 수증기 흡수를 보상해야 하는 필요성 및 아주 정확한 온도 제어를 제공해야 하는 필요성에 대해서는 역시 충분하지 않다.
또 다른 방법은 270nm 부근의 스펙트럼 영역에서의 자외선(UV) 흡수를 이용한다. 이러한 특정 대역에서 NO 흡수가 강함에도 불구하고, 주행중인 차량에 대한 이러한 방법의 적용은 자동차 배기가스 내에 존재하는 천연 오염 물질들, 예컨대 방향족 벤젠 및 톨루엔으로부터의 간섭으로 인해 어렵게 된다. 통상의 배기 플룸 내에서 방출된 다수의 방향족들과 이에 의해 생긴 흡수는 방향족들에 대한 보상을 아주 어렵게 만들고, 또한 측정의 정확도를 제한한다.
이들 문제점들의 상당수는, 배기가스 오염 물질 검출 시스템이 휴대용일 필요가 있고 또한 고속도로와 같은 도로 상에서 주행중인 차량들을 모니터하는 것이 필요한 경우와 같이 이상적이지 못한 환경에서도 작동될 수 있을 필요가 있는 경우에 복합적으로 존재한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 전술한 다양한 방법들에 고유한 상기의 문제점 및 여타 문제점들을 극복하는 가스 플룸 내의 NO의 양을 정확히 정량화하는 시스템을 제공하는 깃이다.
본 발명의 다른 목적은 주위의 수증기와 플룸 내에 존재하는 수증기를 보상하고, 가스 플룸 내의 NO의 농토를 정확하게 정량화하는 IR계 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 배기가스 검사 시스템을 검정하는데 사용하기 위해 경로 길이를 변화시키는 성능을 갖는 밀봉된 가스 셀(cell)을 제공하는 것이다.
주행중인 차량의 배기 플룸과 같은 배기 플룸 내의 NO 가스의 농도를 정량적으로 측정하는 적외선 센서들과 집적화된 협대역 필터들의 독특한 조합에 의해, 전술한 그리고 다른 문제점들이 극복되고 본 발명의 목적들이 실현된다. 본 발명은 NO에 의한 높은 흡수 및 또한 물에 의한 높은 흡수를 제공하는 IR 밴드의 제한된 스펙트럼 영역들의 협대역 측정들을 이용함으로써 상술한 상술한 그리고 다른 제한들을 극복한다. 기준 채널과 관련하여, IR 검출기로부터 유추된 신호의 연산식 조정은 IR 공급원에서의 편차를 보상하고, 또한 대기 중의 물 및 자동차의 배기가스에서 방출된 물 모두에 대해 정확한 실시간 보상을 가능하게 한다. 본 발명의 경우, 차량에 의해 방출된 배기가스 내의 물 농도와 상대 습도로 인한 대기 중의 물 농도는 NO의 공명 흡수 피크에 근접해 있는 좁은 스펙트럼 영역 내에서만 방사를 선택하는 협대역 필터를 이용하는, 예컨대 1998cm-1또는 2003cm-1에 맞춰진 적절한 물 흡수 대역 내에서의 측정에 의해 결정된다.
수증기의 존재에 대한 보상은 모델링(modeling)하여 측정함으로써 얻어진 조견표(lookup table)를 이용함으로써 제공된다. 이러한 조견표 이용 방법의 정확도는 2% 또는 그보다 좋은 것으로 밝혀졌다. 물 밴드에 의한 흡수에 대한 정확한 보상 덕분에, 시스템의 최종 감도가 NO 라인 부근의 스펙트럼 필터의 폭에 의해서만 제한되는 것으로 밝혀졌다. 예컨대, 1% 폭을 갖는 스펙트럼 필터 덕분에, 배기가스 내에 물이 아주 많은 경우와 (약 60%의 상대 습도까지의) 높은 수준의 상대 습도의 경우조차, 500ppm 이하의 NO의 농도가 검출될 수 있다.
따라서, 이러한 방법은 협대역 필터들과 함께 적외선 채널들을 이용하는 NO 및 수증기의 정확한 정량적 측정 방법을 제공한다. 협대역 보상은 자동차 배기가스에 대해 100ppm 이하의 감도를 가능하게 한다.
본 발명의 요지는 전체 스펙트럼 대역에 걸친 물에 대한 불완전한 보상으로 인한 부정확성과 종전의 경우 보상될 수 없는 간섭성 UV흡수 종들(예컨대, 방향족들)에 대한 부정확한 보상에 의해 제한되는 FTIR 및 UV 측정 기술들에서의 전술한 결점들을 해결한다.
따라서, 본 발명은 배기 플룸 내의 NO를 검출하기 위한 시스템을 그 제1태양에서 제공한다. 이 시스템은 광학 비임을 발생시키고 그 광학 비임을 배기 플룸을 통해 인도하기 위한 공급원을 포함하고, 상기 광학 비임은 적외선 스펙트럼 내의 소정의 밴드의 파장들 내의 파장들을 갖고 있다. 이 시스템은 또한 소정의 제1대역의 파장들에 대해 측정된 NO 투과율 값을 결정하기 위한 제1채널과, 소정의 제2대역의 파장들에 대해 측정된 물 투과율 값을 결정하기 위한 제2채널과, 소정의 제3대역의 파장들에 대해 측정된 기준 투과율 값을 결정하기 위한 제3채널과, 소정의 제4대역의 파장들에 대해 측정된 연소 생성물 투과율 값을 결정하기 위한 제4채널을 갖고 있는 방사선 센서/필터 조립체를 포함한다. 데이터 프로세서는 (가) 측정된 물 투과율 값, (나) 소정의 제1밴드의 파장들 내의 물에 의한 흡수를 보상하는 소정의 인자, 및 (다) 기준 투과율 값에 의해 정해지는 측정된 NO 투과율 값으로부터의 유효 NO 투과율 값을 결정하기 위한 채널들의 출력들에 감응한다.
또한, 데이터 프로세서는 소정의 검정 인자를 이용하여 유효 NO 투과율 값을 상대적인 NO 농도로 변환시키고, 측정된 연소 생성물 투과율 값을 이용하여 상대적인 NO 투과율 값을 NO 농도 값으로 변환시키기 위해 작동 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면 밀봉된 검정 셀은 한 쌍의 IR 투과 피스톤들에 의해 2개의 격실들로 분리되는 하우징으로 이루어져 있다. 하우징은 하우징을 통해 그리고 또한 투과 피스톤을 통해 비임의 통과를 허용하기 위한 IR 투과창들을 그 양단부들에 갖고 있다. 제1격실은 관측하고자 하는 가스(예컨대, NO, CO2및 H2O)들의 가열된 혼합물을 소정의 비율로 내장하고 있다. 밀봉된 셀 내의 농도 경로 길이 값은 제1격실과, 역시 액체 물 공급원을 내장할 수 있는 부착식 누설 방지 가열 가스 저장기 사이에 가스들의 혼합물을 재분배함으로써 변화될 수 있다.
2개의 환형 영구 자석 또는 전기적으로 작동되는 자석들을 통해 피스톤 중 첫 번째 것을 피스톤 중 두 번째 것에 의해 자기적으로 구동함으로써, 검정 셀을 통과하는 농도 경로 길이 값의 기계적 변동이 완수된다. 이는 하우징 내의 제2격실에 연결된 가압 가스 공급원에 의해 완수된다. 제2격실을 가압하는 것은, 제1피스톤 상에 자력을 가함으로써 제1피스톤의 이동을 야기시키고 제1챔버 내의 가스혼합물의 체적을 감소시키는 제2피스톤의 이동을 야기시킨다. 복원력은 스프링에 의해 가해진다.
밀봉된 챔버 셀의 다른 실시예들은 제1피스톤을 이동시키기 위해 벨로우즈를 채택하거나 제1피스톤의 정전기 작동식 이동을 채택하고 있다. 또 다른 실시예는 벨로우즈 또는 팽창 가능한 저장기와 협동하는 정전기 이동을 채택하고 있다.
밀봉된 검정 셀의 사용은 NO, H2O 및 CO2들이 현장에서 신속히 검정될 수 있게 한다. 특히, 셀이 밀봉된 시스템이므로, 어떠한 가스도 대기 중으로 방출되지 않고, 그 결과 교체용 검정 가스 캐니스터(canister)들을 구매 및 운반할 필요가 없다.
본 발명의 전술한 그리고 다른 특징들은 첨부 도면을 참조하여 읽을 때 다음과 발명의 상세한 실명에서 보다 분명해진다.
제1도는 도로(16)를 따라 주행할 때 배기 플룸(14)을 방출하는 차량(12)에 사용하기 위한 본 발명의 다채널 일산화질소(NO) 센서 시스템(10)을 도시한 전체적인 개략도이다. 차량(12)은 시스템(10)의 일부를 구성하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 발명은 연통, 굴뚝 등으로부터의 NO 방출량을 정량화하는 데에도 사용할 수 있고, 배기가스의 정분으로서 NO를 방출하는 내연 기관을 구비한 차량에만 사용하는 것으로 제한되지는 않는다는 것을 이해해야 한다. 일반적으로, 본 발명은 천연 또는 인공 공급원으로부터 방출된 가스 플룸 내의 NO 농도를 결정하는 데도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 요지는 방출물 내의 NO 농도만을 정량화하는 독립방식으로 채택되거나 또는 본원과 함께 본 출원인에게 양도된 발명의 명칭이 주행중인 자동차의 배기가스 조성물을 원격 측정하기 위한 광학 감지 장치인 마이클 디. 잭(Michael D. Jack) 등의 1993년 9월 10일자 미국 특허출원 제08/119,788호에 기술된 형태의 시스템에 포함되거나 이 시스템과 관련하여 사용될 수 있다. 따라서, 1993년 9월 10일자 출원된 미국 특허출원 제08/119,788호의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 기술된다.
시스템(10)은 적외선 공급원(18), 양호하게는 약 3 마이크로미터 내지 약 6 마이크로미터의 주요한 적외선 출력을 가진 글로우 바아(glow bar)와 같은 광대역적외선 공급원을 포함하는 것이 적합하다. 적외선 공급원(18)은 초퍼(22; 통상 초당 200 사이클)와 반사기 같은 비임 형성기(beam former; 24)를 선택적으로 통과할 수 있는 비임(20)을 제공한다. 비임(20)은 차량(12)이 도로(16) 상에서 주행할 때 차량(12)의 배기가스 플룸(14)을 통과하도록 배치되어 있다. 적외선 비임(20)이 배기가스 플룸(14)을 통과하게 되면 광대역 비임 내의 각종 파장 중에서 선택적인 부분 흡수가 일어나게 되는데, 이런 선택적 흡수는 배기가스 내의 NO, 수증기, CO2및 기타 분자 종의 존재로 인해 발생한다.
비임(20)은 플룸(14)을 통과한 후 검정을 위해 광학적 IR-투과 가스 셀(26; 제5도 참조)을 통과하고, 그 다음에 비임 집적기 또는 분산기(28; beam integrator or diffuser)를 통과한다. 분간된 비임은 다수(즉, n개)의 협대역 필터(30)에 인가되고, 여기서 n은 시스템(10) 측정 채널의 수와 같다. 각 필터(30)는 다수의 적외선 검출기(32) 중 관계된 하나의 검출기로 소정의 협대역 파장을 통과시킬 수 있도록 선택된다. 각 검출기(32)는 적절한 아날로그 전자 부품(34; 예컨대, 증폭기), n개 채널의 아날로그/디지털(A/B) 변환기(36), 및 관련 출력 장치를 제공하는 데이터 프로세서(38)로 구성되는 대응 측정 채널의 입력부에 전기적 신호를 출력한다. 데이터 프로세서(38)는 A/D 변환기(36)로부터 받은 출력에 대한 소정의 신호처리 방법을 제공한다. 데이터 프로세서(38)는 그 용도에 대해 이하에 상세히 설명되는 조견표(LUT; 42)에 결합된다. LUT(42)는 데이터 프로세서(38)에 의해 접근 가능한 메모리(반도체 및/또는 디스크)와 영역으로서 가장 쉽게 설치할 수 있다. 주위 온도 이하의 작동 온도로 냉각시킬 필요가 있는 형태의 적외선 검출기(32)를 냉각시키기 위해 열-전기(TE) 장치와 같은 적당한 냉각기(42)가 사용된다.
본 발명의 양호한 실시예에서는 4개의 스펙트럼 측정 채널을 두고 있다. 이들은 [5.26μm을 중심으로 하는 통과 밴드를 갖는 필터(30)를 구비한] NO 스펙트럼 채널(32a), [5.02μm을 중심으로 하는 통과 밴드를 갖는 필터(30)를 구비한] H2O 스펙트럼 채널(32b), [4.2μm을 중심으로 하는 통과 밴드를 갖는 필터(30)를 구비한] 제1기준 또는 CO2스펙트럼 채널(32c), 그리고 [3.8μm을 중심으로 하는 통과 밴드를 갖는 필터(30)를 구비한] 제2기준(REF) 스펙트럼 채널(32d)들이다. 필요하다면, 다른 오염 물질을 측정하기 위해 부가적인 채널을 추가할 수도 있다.
일반적으로, NO 스펙트럼 채널(32a)은 5.2μm 부근의 공명 흡수 정점 부근에 배치되며, 수증기 스펙트럼 채널(32b)은 기초 라인(fundamental line)이 포화되지 않는 물 흡수에 효과적인 영역 내에 있고, 제1기준 스펙트럼 채널(32c)은 일반적인 연소 생성물, 즉 CO2에 대해 오염 물질을 표준화(normalize)하기 위해 사용되고, 제2기준(REF) 스펙트럼 채널(326)은 배기 또는 자동차 방출물 가스가 전혀 흡수되지 않는 영역에 제공된다.
REF 스펙트럼 채널은, (가) 적외선 공급원(18)의 출력의 변동, (나) 도로 먼지 형태의 입자 물질, (다) 배기가스 플룸(14) 내의 입자 물질 및 기타 검출기(32)에 도달하는 광량(amount of lumination)을 감소시킬 수 있는 인자들에 의해 발생된 변동에 대해 다른 3개의 스펙트럼 채널을 보상하도록 제공된다. 따라서, RRF 스펙트럼 채널은 측정할 분자 존(NO, H2O, 및 CO2)와는 별도의 기초 라인 출력을 제공하도록 작동한다. REF 스펙트럼 채널(32d)의 출력은, 예컨대 3개의 분자종 스펙트럼 채널(32a 내지 32c)로 나눔으로써 상기 채널을 표준화하는 데에 사용된다.
검출기(32)는 검출도가 높은 (고감도의) 재료로 구성하는 것이 좋으며, 공통 기판상에 재조되거나 결합되는 것이 좋다. 적당한 예로는, 광전도성 HgCdTe(TE 냉각), 77K(액체 질소 온도)로 냉각한 InSb, 또는 볼로미터(bolometer), 열전쌍, 초전기체, Pb-염 검출기 등을 기초로 한 것과 같은 비냉각 검출기들이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 각 검출기(32)는 증폭용 전자 부품(34)으로 구성되고, 4개의 스펙트럼 측정 채널 중 하나에 전기적 신호를 제공한다. 광기전 검출기를 사용할 수도 있다.
광학적 누화(cross-talk)를 최소화하기 위해서 검출기(32)는 알루미나 등의 불투명 재료로 서로 광학적으로 격리되는 것이 좋다. 소정의 통과 밴드를 갖는 광학 필터(30)는 투명 기판상에 형성한 다음에, 광투과성 접착제에 의해 검출기(32)의 소자에 접착하는 것이 좋다. 예컨대, 필터(30)는 게르마늄(Ge)으로 구성된 기판상에 형성되고, 복층의 황화 아연(ZnS)을 포함하는 복층 유전성 스택(stack)으로서 형성된다.
각 검출기(32)의 대표적인 치수는 대략 1 x 1 mm이지만 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 이들 치수는 충분히 커서, 높은 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 성취하면서 필터(30)를 수납할 수 있다. 광학 검출기 조립체(검출기 및 필터)의 일체형 형상은 광학 검출기(32)를 등온으로 작동시켜 온도차에 의한 부정확성을 제거하는 것을 보장한다. 필요하다면, 검출기(32)의 온도는 냉각기(44)에 의해 조절된다.
비임 집적기(28)는 평볼록 렌즈부(28a)를 포함하는 것이 좋다. 직사각형 배열의 평탄한 절취면들이 렌즈(28a)의 볼록면에 형성되어 있다. 이 절취면은 광선의 중심 축를 향해 입사 비임(20)의 각 부분으로부터 광의 일부를 굴절시켜 굴절된 광의 일부가 광학 검출기 상에서 서로 중첩되게 한다. 광학 검출기에 입사되는 중첩된 화상은 절취면으로부터 굴절된 균일화되거나 평균된 화상이므로 비임(20)의 평균 세기를 나타낸다. 광학 검출기(32) 상에 균질화된 화상의 크기를 축소시키기 위해 선택적으로 수렴형 렌즈를 사용할 수도 있다.
비임 집적기(28)의 적합한 실시예의 원리는 디. 두르트에게 허여된, 발명의 명칭이 나사 지지체에 의한 광 집적인 1980년 4월 1일자 미국 특허 제4,195, 913호에 개시되어 있다. 본 발명을 실행하는데 적합한 비임 집적기는 미국 캘리포니아주 스파우르 옵티칼 리서치 인크.에서 상업적으로 입수 가능하다.
본 발명을 실행하는 데 적합한 비임 집적기(28)의 구조는 상술한 절취면을 다수 구비한 실시예에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 예컨대, 비임 집적기(28)는 광학 검출기(32) 상에 비임(20)의 초점 불량 화상을 만드는 수렴 또는 발산렌즈에 의해 실시할 수도 있다. 또한, 굴절식이 아닌 반사식을 사용하는 비임 집적기(36)로도 실시할 수 있다.
제6도에 도시한 바와 같이, 본 발명은 다음의 단계들을 포함한다. 즉, (가) 셀(26)을 사용하면 시스템(10)을 검정하는 단계, (나) 물 밴드 흡수를 채택하는 주위 수증기 농도를 (예컨대, 1958cm-1또는 2023cm-1의 파장에서) 측정하는 단계, (다) NO 밴드 내의 수증기 흡수를 위한 주위 영향(background)의 표준화 단계, (라) NO, 수증기, CO2스펙트럼 채널(32a 내지 32c)에서 하기의 (마) 단계에서 증폭되는 자동차 배기 물질 투과율과 실시간 측정 단계를 거처, (마) 조견표(42)를 사용하여 차량(12)에 의해 방출된 물을 연산식으로 보상하는 단계로 구성된다. 전술한 바와 같이, 조견표(42)는 선택된 NO 스펙트럼 밴드 내의 수증기에 의해 흡수되도록 채널(32b) 내의 수증기에 의한 흡수에 관계하는 관련 항목(entry)을 포함한다.
이러만 점에서, 제2도는 적정 NO 흡수선 중 하나인 5.26μm 부근의 관심있는 스펙트럼 영역을 도시한 것이다. 물 흡수 밴드는 약 5.02μm로 도시되어 있다. 약 3.8μm에 있는 REF 영역은 도시하지 않았다.
제3도는 5.26μm NO 라인 부근의 스펙트럼을 확대하여 도시한 것이며, NO 필터(30)에서 여러 개의 다른 스펙트럼 폭(0.1%, 0.3% 및 1%)을 사용하는 것을 도시하고 있다. 굵은 선(A로 표시)은 배기 플룸(14) 내의 NO가 0(zero) ppm이고 상대습도가 60%인 경우를 도시하고, 가는 선(B로 표시)은 배기 플룸(14) 내의 NO가 1000ppm이고 상대 습도가 60%인 경우를 도시한 것이다. 제3도의 그래프는 수직 측면과 100% 투과율을 가진 완전 통과 대역 필터(30)를 가정한 것이다. 퍼센트 차이(percent difference)라는 용어는 곡선의 아래 영역에서의 NO의 효과의 측정비를 의미한다.
NO 흡수량 대 물 흡수량의 비율을 표 1에 [사용된 필터(30) 중 특정한 1개로 결정한] 상대 습도 및 스펙트럼 통과 대역의 함수로서 표시하였다.
표 1의 항목은 배기가스 플룸(14) 내에 존재하는 수증기의 존재를 감안한 것이다. 도시된 바와 같이, 예컨대 9.144 m(30 ft)의 광 통과 길이에 걸친 상대 습도가 60%이고 NO 농도가 1000ppm인 경우, NO로 인한 상대적인 흡수량에 대한 물 라인의 상대적인 흡수량의 비율은 0.1% 필터에서의 29%로부터 1% 필터에서의 4%까지 변동한다. 따라서, 이 비율은 소정 감도에서 NO에 필요한 현장/실험실 검정의 정확성을 결정한다. 예컨대, 1% 필터의 경우에, 스펙트럼 물 흡수량에 대한 집적된 NO 흡수량의 비율은 4%이다. 조견표 검정의 정확도가 2%인 경우, 500ppm의 NO는 60% 상대 습도에서 적외선 공급원(18)과 검출기 사이의 거리가 9.144 m(30 ft) 정도일 때 검출의 한계가 된다. 반대로, 0.1% 통과 밴드를 가진 NO 필터(30)의 경우에는 농도 비가 29%가 된다. 이 경우에, 조견표 검정의 정확도가 2%인 경우, 100ppm의 NO는 60% 상대 습도 및 30ft 거리가 검출의 한계가 된다.
다음은, NOx조견표(42)의 예이다.
제4도의 그래프는 주위 수증기에 의한 흡수량을 공제하거나 보상해야 하는 중요성을 설명한다. 제4도에서, 다른 양의 상대 습도의 대한 스펙트럼 도표는 NO 기초 라인 대 상대 습도의 한결같은 오프셋(monotonic offset)을 나타낸다. 평탄한 정점 흡수량 상수에 대응하는 이런 선형 이동은 협대역 NO 필터(30)를 사용하는 경우에 아주 정확히 보상된다.
여러 검출기(32)를 가로지르는 공급원(18)에 의해 제공된 조도의 변동에 대한 검정은 제5도에 도시한 가열된 검정 셀(26)을 사용하여 수행하는 것이 적합하다.
본 발명의 태양에 따르면 검정 셀(26)은 한 쌍의 적외선 투과 피스톤(52,54)에 의해 2개의 격실(26a,26b)로 나뉘어진다. 하우징(50)은 하우징을 통하여, 그리고 투과 피스톤(52,54)을 통하여 비임(20)의 통과를 허용하도록 양 단부에서 투과창(50a,50b)을 갖는다. 격실(26b)은 예컨대 2%, 15%, 15%의 적당한 백분율의 관심 성분(예컨대, NO, CO2, H2O)의 가열된 가스 혼합물을 각각 내장한다. CO(15%) 등의 기타 가스도 보통 각종 탄화수소(2%)에서와 마찬가지로 제공된다. 검정 가스 혼합물은 예컨대 약 100℃의 온도로 유지된다. 밀봉된 셀(26) 내의 농도 경로 길이 생성물은 광 투과성 격실(26b)과 액체 물 공급원을 함유하는 부착된 누설 방지 가스 용기(56) 사이의 가스의 혼합물을 재분해함으로써 변화된다. 용기(56)는 히터(56a)를 포함하며, 격실(26a)은 소정 온도를 유지하도록 히터(26c)도 포함한다.
셀(26)을 통한 경로 길이의 기계적인 변동은 2개의 환형 영구 자식 또는 전기 작동 자석(52a,52b)을 통해 피스톤(52)으로써 피스톤(54)을 자기적으로 구동함으로써 성취된다. 이는 가압 가스(공기) 탱크(58)와 격실(26b)에 연결된 도관(60)에 의해 성취된다. 격실(26b)을 가압하면 피스톤(52)은 도면에서 우측으로 이동하여 자석(52a,52b)을 통해 피스톤(54) 상에 반발 자력을 가한다. 이렇게 되면 피스톤(54)이 우측으로 이동되어 도관(62)과 밀봉된 용기(56)를 통한 챔버(26a) 내의 가스 혼합물의 체적을 감소시키게 되고 셀(26) 내의 경로 길이 생성물을 변동시키게 된다. 복원력은 압축 스프링(64,66)에 의해 가해진다.
검정 셀(26)을 사용하게 되면 NO, H2O 및 CO2검출기(32)는 서로에 대해 현장에서 신속하게 검정될 수 있다. 특히, 셀(26)이 밀봉 시스템이면 가스가 대기로 새어 나가지 않게 되어 교체용 검정 가스 캐니스터를 구입하여 운반할 필요가 없어진다. NO가 유독 물질이라는 점을 생각하면 이는 극히 유리한 것이다.
하나 또는 그 이상의 배기 플룸의 실제 측정 중에 검정 셀(26)은 비임으로부터 제거할 수도 있다. 혹은, 검정 셀(26)은 챔버(26a)의 체적을 제로로 감소하도록 제로로 감소할 수 있다. 셀(26)을 통과할 때 비임(20)의 최소 흡수량은 전술한 바와 같이 REF 스펙트럼 채널 측정에 의해 보상된다.
다른 방법으로서, 벨로우즈나 직선 회전식 공급관 등을 사용하는 것도 본 발명의 범주 내에 드는 것이다.
그 예로서, 검정 셀과 다른 실시예를 도시한 제9(a)도 내지 제9(c)도를 참조한다.
제9(a)도는 밸브(76a,76b)를 통해 압축 공기 실린더(74)로부터 구동되는 벨로우즈(72)를 포함하는 검정 셀(70)을 도시한 것이다. 밸브(76b)는 벨로우즈(72)를 배기하도록 개방된다. 벨로우즈(72)는 적외선 투과 커플링(78)을 통해 피스톤(80)을 구동한다. 피스톤(80)은 공급원(84)으로부터 검출기(86)로 방사되는 방사를 위해 격실(82)을 통과하는 경로 길이를 변화시키도록 작동한다. 이 실시예는 소정의 가스 혼합물 및 양호하게는 수증기를 격실(82)에 제공하기 위한 팽창 가능한 저장기(88)를 포함한다.
제9(b)도는 격실(94)을 통과하는 광학 경로 길이를 변화시키기 위해 전자석(92)을 채택하는 검정 셀(90)의 실시예를 도시한 것이다. 전자석 조립체(92a)는 움직일 수 있고 전자석(92b)에 의해 제어 가능하게 견인 또는 반발된다. 가동 전자식 조립체(92a)는 스프링(96)에 의해 편의된다. 격실(94)에 소정 가스 혼합물을 제공하기 위해 제9(a)도의 실시예에서는 팽창 가능한 용기(88)를 사용하였다.
제9(c)도는 극성이 역전가능한 전자석(102)과 환형 영구 자석(104)으로 작동되는 검정 셀(100)의 실시예를 도시한 것이다. 예컨대, 환형 영구 자석(104)은 중앙에 배치된 적외선 투과 창(104)을 갖는 자화 사마륨 코발트 디스크일 수 있다. 자석(104)은 베어링 조립체(106) 내에 수용된다. 자석(102)의 극성을 역전시키면 가스 함유 격실(108)을 통해 광 통과 길이를 변경하는 자석(104)의 운동을 일으키게 된다. 격실(108)은 또한 제9(a)도 및 제9(b)도의 실시예에서와 같이 팽창 가능한 용기(88)에도 결합된다.
시스템(10)의 작동시에, 제1도의 데이터 프로세서(38)에 의해 실행된 신호처리 루틴은 제6도에 도시된 방법을 수행한다. 데이터 프로세서는 조견표(42)를 사용하여 NO 밴드 내의 물의 잔여 투과율로 변환하여 REF 채널에서 결정된 투과율과 수증기 채널에서 결정된 투과율에 의해 NO 밴드 내의 신호를 표준화한다. 이러한 표준화는 다음 함수 식을 이용하여 이동 차량의 배기가스 측정 및 주위 환경 측정을 연속적으로 수행한다.
T(NO)eff= T(NO)/(T(H2O)x [조견표 데이터(H2O 밴드 내지 NO 밴드)]xT(REF))
여기서, T(NO)eff는 유효 NO 투과율, T(NO)는 측정 NO 투과율, 조견표 데이터(H2O 밴드 내지 NO 밴드)는 조견표(42)로부터 얻어진 소정 물/NO 흡수 검정치이고, T(REF)는 REF 스펙트럼 채널 투과율을 나타낸다.
배기가스 플룸(14) 내의 상대적인 NO 농도는 공장 검정 중에 얻어진 NO 검출기(32)의 투과율 대 농도 비율을 사용하여 상기 식으로부터 유추해내고 셀(26)을 사용하는 현장 검정 중에 갱신(update)된다. 배기가스 플룸(14) 내의 실제 NO 농도는 플룸 내의 NO의 CO2의 측정 농도에 데대 비율에 평균적인 연료에 대한 유효 C:H 비율을 사용하여 결정된 배기가스 내의 CO2의 상대 농도를 곱하여 결정된다. 예컨대, 15%의 CO2농도는 평균적인 연료를 연소시킴으로써 생긴 배기 플룸에 대한 적정 값이다.
다시 말하면, 이 방법은 우선 (가) 측정된 물 투과율, (나) 조견표 인자, 그리고 (다) 비임(20)을 방해할 수도 있는 입자, 먼지 등을 보상하는 REF 채널 출력에 의해 전해진 측정 NO 투과율로부터 유효 NO 투과율을 결정한다. 유효 NO 투과율이 결정되면, 이 값은 검정 셀(26) 내의 공지의 NO농도를 사용하여 최종 갱신되는 바와 같이 공상 검정으로부터 얻은 결과를 사용하여 상대 NO 농도로 변환된다. 상대 NO 농도가 결정되면, 이 값은 측정 CO2농도를 사용하여 실제 NO 농도로 변환되고 전형적인 연료에 대한 유효 C:H 비율을 산출한다.
제8(a)도 및 제8(b)도는 비교적 배기가스 배출량이 큰 차량(1875ppm)과 비교적 배기가스 배출량이 작은 차량으로부터의 배기가스를 측정하는 데 본 발명을 사용하는 것을 도시한 그래프로서, 제8(b)도는 배기 플룸 내의 수증기에 대한 보상을 도시하는 도면이다.
시스템(10)의 전체 작동은 제7도의 흐름도로 도시하였다. 시스템(10)은 구성 요소들이 일단 설정되면 검정되면, 유인 작동 또는 무인 작동에 모두 적합하게 된다.
시스템(10)은 차량(12)이 비임(20)을 통과하기를 기다린다. 차량(12)이 비임(20)을 차단할 때 광학 검출기(32)의 출력 신호의 진폭의 급격한 하강에 의해 차량의 통과가 표시된다. 이는 차량 배기 플룸(14)의 NO 농도의 측정을 개시하는 트리거 신호를 발생시킨다.
검출기(32)에 의해 출력된 신호 진폭은 차량(12)의 후미가 비임(20)을 완전히 통과할 때 급격히 증가되게 된다. 이는 비임(20)이 차량(12)의 배기 플룸(14)을 통해 차단되지 않고 전파됨을 나타낸다.
데이터 프로세서(38)는 광학 검출기(32)가 초퍼(22)에 의해 차단되지 않는 시간 간격 중에 검출기(33)로부터 출력 신호를 통합한다. 이런 방법으로, 광학 검출기(32)의 출력은 주기적으로 샘플링되고 처리된다.
그 다음에, 데이터 프로세서(38)는 광학 검출기(32)로부터의 신호의 진폭을 기초로 하여 적어도 성분 NO의 백분율 또는 농도면에서 플룸(14)의 조성을 계산한다. 이 데이터는 제1도에 도시된 바와 같이, 카메라(46)로부터의 영상과 함께 모니터(40) 상에 표시될 수 있다. 이러한 작동은 시스템이 정확한 측정을 수행하기에 충분한, 예컨대 1.5초의 소정 시간 동안 수행된다. 그 다음에, 데이터 프로세서(38)는 조성들이 특정 규제 허용 공차 내에 있는지를 결정한다. 그렇다면, 시스템(10)은 리세트하고 다음 차량을 기다린다. 그렇지 않다면, 차량(12)은 과도한 오염 물질을 발생시키는 것을 의미하므로, 데이터 프로세서(38)는 카메라(46)로부터 번호판 화상 같은 차량(12)의 식별 특성을 포함하는 영상 프레임을 입력하고, 적어도 NO 농도 데이터를 상기 영상 프레임에 중첩시키고, 이 조합된 영상 및 데이터 프레임을 하드 드라이브 같은 대형 기억 장치에 저장한다.
데이터는 나중에 차량 소유주에게 위반 경고를 알리는 경고용으로 재생시킬 수 있다. 또한, 다른 형태의 차량 등의 배기가스 성분의 데이터 베이스를 형성하는 것과 같은 적용을 위해, 매연 차량뿐만 아니라 비임(20)을 통과하는 모든 차량에 대한 영상 및 데이터 프레임 조합을 저장하는 것도 본 발명의 범주 내에 드는 것이다.
본 발명의 범주 내에 드는 시스템(10)에 몇 가지 변경이 있을 수 있다. 예컨대, 검정 셀(26)은 검출기의 초기 실험실 검정이 충분하다고 생각된 경우에는 필요하지 않을 수도 있다. 또한, CO 및/또는 탄화수소 같은 관심 있는 다른 분자 종을 측정차기 위해 적당한 필터를 구비한 다른 검출기도 채택할 수 있다.
이리하여, 이제까지 본 발명을 그 적합한 실시예에 대해 특별히 도시하고 기술하였으나, 기술 분야에 숙련된 자에게는 본 발명의 범주 및 정신을 벗어나지 않고 형태나 세부 사항 등에 변경을 행할 수도 있음을 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 배기 플룸(14) 내의 일산화탄소(NO)의 농도를 결정하기 위한 시스템(10)에 있어서, 적외선 방사선 스펙트럼 내의 소정 밴드의 파장 내의 파장을 갖고 있는 광학 비임을 상기 배기 플룸을 통과하는 광경로를 따라 향하게 하기 위한 광학 비임 공급원(18,22,24)과; 플룸 내에 NO가 존재함으로써 제1밴드의 파장 내의 광학 비임 흡수량을 표시하기 위한 출력을 제공하는 제1센서 수단(32,32a)과; 광경로를 따라 물이 존재함으로써 제2밴드의 파장 내의 광학 비임 흡수량을 표시하기 위한 출력을 제공하는 제2센서 수단(32,32b)과; 상기 제1센서 수단 및 상기 제2센서 수단의 출력들과 연결된 입력을 가지며, 제2밴드의 파장 내의 표시흡수량과 소정의 NO 흡수량 보정 인자에 따라 제1밴드의 파장 내의 표시 흡수량을 보상하기 위한 수단(38,42)을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 소정의 NO 흡수량 보정 인자는 조견표 수단(42) 내에 저장되는 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 배기 플룸 내에 소정의 연소 생성물이 존재함으로써 제3밴드의 파장 내의 광학 비임의 흡수량을 표시하기 위한 출력을 제공하는 제3센서 수단(32,32c)을 더 구비하고, 상기 제3센서 수단의 상기 출력의 표시값에 따라 제1밴드의 파장 내의 상기 보상된 표시 흡수량으로부터 상기 플룸 내의 NO의 농도를 결정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정시스템.
  4. 제3항에 있어서, 소정의 연소 생성물은 이산화탄소(CO2)인 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 배기 플룸 내에서 거의 흡수되지 않도록 선택된 제4밴드의 파장 내의 광학 비임의 세기(intensiti) 변동을 표시하기 위한 출력을 제공하는 제4센서 수단(32,32d)을 더 구비하고, 상기 제4센서 수단에 의한 표시 출력에 따라 제1밴드의 파장 내의 표시 흡수량과 제2밴드의 파장 내의 표시 흡수량을 보상하기 위해 상기 제4센서 수단의 상기 출력에 반응하는 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광학 비임 공급원은 약 3μm 내지 약 6μm의 밴드를 포함하는 파장의 밴드 내의 광학 비임을 출력하고, 상기 제1밴드의 파장을 약 5.26μm의 파장을 포함하고, 상기 제2밴드의 파장은 약 5.02μm의 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1센서 수단은 제1광 검출기(32)와 상기 제1광 검출기 및 플룸 사이에 삽입된 제1필터(30)를 포함하고, 상기 제1필터는 5.26μm의 파장을 포함하는 소정의 폭을 갖는 파장 통과 밴드를 갖고 있고, 상기 제2센서 수단은 제2광 검출기와 상기 제2광 검출기(32) 및 플룸 사이에 삽입된 제2필터(30)를 포함하고, 상기 제2필터는 5.02μm의 파장을 포함하는 소정의 폭을 갖는 파장 통과 밴드를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 광학 비임이 플룸을 통과한 후 광학 비임을 균질화시키기 위한 수단(28)을 더 구비하고, 상기 균질화 수단은 상기 제1 및 제2필터들의 각각과 상기 플룸 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 시스템.
  9. 제3항에 있어서, 광학 비임이 통과하도록 상기 제1, 제2 및 제3센서 수단들과 플룸 사이에 삽입된 검정 셀(26)을 더 구비하고, 상기 검정 셀은 NO, 물, 및 적어도 하나의 연소 생성물을 소정의 농도로 보유하는 체적을 갖는 격실을 구비하고, 상기 검정 셀은 상기 격실의 체적을 제어 가능하게 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 시스템.
  10. 배기 플룸 내의 일산화질소(N)의 농도를 결정하기 위한 방법에 있어서, 적외선 방사선 스펙트럼 내의 소정의 밴드 내의 파장을 갖고 있는 광학 비임(20)을 배기 플룸(14)을 통해 통과시키는 단계와; 소정의 제1밴드의 파장에 대해 측정된 NO 투과율 값을 결정하는 단계와; 소정의 제2밴드의 파장에 대해 측정된 물 투과율 값을 결정하는 단계와; 배기 플룸애 의해 거의 흡수되지 않도록 선택된 소정의 제3밴드의 파장에 대해 측정된 기준 투과율 값을 결정하는 단계와; 소정의 제4밴드의 파장에 대해 측정된 연소 생성물 투과율 값을 결정하는 단계와; (가) 측정된 물 투과율 값과, (나) 소정의 제1밴드의 파장 내에서 물에 의한 흡수량을 보상하는 소정의 인자와, 그리고 (다) 기준 투과율 값에 의해 크기가 정해지는 측정된 NO 투과율 값으로부터 유효 NO 투과율 값을 결정하는 단계와; 소정의 검정 인자를 사용하여 유효 NO 투과율 값을 상대적인 NO 농도로 변환단계와; 측정된 연소 생성물 투과율 값을 사용하여 상대적인 NO 투과율 값을 NO 농도로 변환시키는 단계와; 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 플룸 내의 NO 농도 결정 방법.
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