KR100460972B1 - 핸드-헬드적외선분광계를사용한폐기카펫확인방법및장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66 의 여러 타입을 분별하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 폐기물(카펫)의 물질을 정확하고 신속하게 식별할 수 있는 분광계에 의한 원리를 사용하는 핸드-헬드 포터블 장치를 사용한다. 이 작업을 위해 상기 분광계에는 상기 폐기물(카펫)을 조사하는 적외선방사 소스, 미리 결정된 다수의 불연속 파장을 선택하는 선택기 및 상기 불연속 파장 내에서 반사된 방사선을 검출하는 검출 시스템을 포함되어 있는데, 상기 선택 기는 상기 미리 결정된 불연속 파장에 따라 흩어진 빛 빔내의 위치에 대응하는 위치 조절되는 여러 슬롯이 있는 판이거나 또는 상기 불연속 파장을 통과하도록 선택된 여러 필터 중 하나 일 수 있으며, 상기 불연속 파장의 선택은 상기 카펫 표본이 조사되기 전에 발생하거나 또는 반사된 방사선으로부터 상기 불연속 파장을 선택함으로서 발생할 수 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 적외선(IR) 분광계를 사용하여 소비자가 사용한 또는 사용후 산업폐기물 카펫을 구별하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소비자가사용한 또는 사용후 산업폐기 카펫을 IR 복사선으로 방사하는 IR 복사원과, 미리 결정된 복수의 복사선의 분리된 파장을 선택하는 선택기 및 소비자가 사용한 또는 사용후 산업폐기 카펫에 의해 반사된 복사선을 검출하는 검출기를 구비한 핸드-헬드 IR 분광계를 사용하여 소비자가 사용한 또는 사용후 산업 폐기 카펫을 구별하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 폴리아미드를 구분가능한 핸드-헬드 IR분광계를 사용하여 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66을 포함하는 물질을 구별하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
소비자가 사용한 또는 사용후 산업 폐기물 카펫의 재생은 소비자가 사용한 또는 사용후 산업 폐기물 카펫이 카펫을 제조하기 위해 사용된 페이스 파이버의 형태에 따라 분류될 필요가 있다. 본 명세서에 있어서, 출원인은 " 소비자가 사용한 것" 을 소비자가 사용한 폐기물 카펫, 사용후 산업 폐기물 카펫 및 폐기물 스트림을 포함하는 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66을 모두 포함하는 용어로 사용한다.
현재, 카펫은 폴리아미드-6, 폴리아미드-66, 폴리프로필렌, 울, 폴리에스테르 및 이들 성분을 혼합한 것 등의 물질로 만들어진 페이스 파이버를 사용한다. 재생 프로그램이 성공적이기 위해서는, 카펫에 사용된 페이스 파이버의 형태를 정확하고 쉽게 확인할 수 있어야 한다.
카펫을 확인하는 한 방법은 카펫의 뒷면에 코드를 인쇄하는 것이다. 그러나 불행스럽게, 이것이 가능한 방법중 가장 혼동의 염려가 없지만, 카펫이 제조되는 동안 카펫에 표시할 필요가 있다. 따라서, 오늘 표시가 된다 하더라도 표시된 카펫의 예상 수명 때문에 대략 10년까지 표시가 유효하지는 않다. 또한, 이 방법은 접착된 카펫의 뒷면이 손상될 염려가 있어서 확인 코드를 읽기 어려워지기 때문에 접착된 카펫에 사용될 수 없다.
이와 다르게는, 페이스 파이버의 용융점을 검사함으로써 카펫의 형태를 확인하는 방법이 있다. 이 확인방법은 폴리에스테르와 폴리아미드-66 스트림을 분리할수 없기 때문에 부적당하다. 또한, 다양한 형태의 페이스 파이버가 혼합된 것은 구별할 수 없다. 분류 특성으로 카펫 재료의 용융점을 사용하는 장치는 효과적이지 않으며 이는 이들이 일반적으로 워밍-업 시간이 길어서 효율이 떨어지고 또한 고온의 성분을 포함하여 위험하기 때문이다.
특정 폐기물 카펫 샘플에 사용되는 페이스 재료의 형태를 확인하는 세 번째 방법은 분광계를 사용하는 것이다. 다양한 물질이 중적외선(mid-infrared) 및 근적외선(near-infrared) 등의 진동 분광학 기술을 이용하여 확인될 수 있는 것이 잘 알려져 있다. 특히, 근적외선 분광학은 예를 들면 병의 분류용으로 잘 알려진 방법이다. IR 분광학은 물질을 통과하는 복사선을 분석함으로써 투명한 물질에 적용될 수 있고, 불투명한 물질에는 물질에 의해 반사되는 확산 복사선을 분석함으로써 적용될 수 있다. 광학에 있어서의 일반적인 사용에 따라, 본원에서는 IR 복사선을 "광" 으로 부르기도 한다.
근적외선 범위(800-2500 nm) 및 중적외선 범위(2500-25000 nm) 용의 IR 분광계는, 특정 파장을 흡수 또는 반사하는 물질의 특성에 근거하여 물질을 확인하거나 정량화하는데 사용된다. 많은 경우, 이들 특징적인 진동수는 다른 물질인 경우 매우 적은 차이밖에 없다. 따라서 고해상도의 분광계를 사용하는 것이 중요하며, 특히 혼합된 다양한 물질을 구별하려고 할 때는 더 그러하다.
IR 분광계는 일반적으로 요구되는 파장 범위의 복사선을 방출하는 광원과, 복사선을 적절한 형태 및 크기의 빔으로 형성하여 광 경로를 따라 안내하는 렌즈 및 미러 등의 보조 광학장치를 포함한다. 일반적으로, 분광계를 만드는 모든 요소는 바람직하게 먼지가 성분원소와 간섭하는 것을 방지하기 위해 밀봉된 용기안에 수용되어 있다.
광원은 바람직하게 반사기 케이싱내에 위치하여 분광계가 가능한 많은 광을 얻을 수 있도록 한다. 광원은 바람직하게 광학 케이싱내에 도입되어 광이 분광계로부터 나와서 광학적으로 투명 윈도우를 경유하여 타겟 물질에 충돌하도록 한다.
투명 윈도우는 예를 들면 유리 또는 고품위 석영이거나 또는 예를 들면 중적외선범위용으로 KBr, KCl, ZnSe, KRS5, CaF2로 만들어질 수 있다.
빔은 실험할 물질측으로 향한다. 반사된 복사선은 수집되어 요구되는 빔 형상을 형성하고 결국 검출 시스템상을 향하게 된다. 이 검출 시스템은 정상적으로 입사 복사선의 강도를 측정가능한 검출기를 포함한다. 근적외선 범위에서 사용가능한 몇가지 검출기는 PbS 및 InGaAs 검출기를 포함하고, 중적외선 범위에서 사용가능한 검출기는 중수소화 트리글리신설페이트(deuterized triglycinesulpate, DTGS)로 만들어진 검출기를 포함한다.
IR 분광계의 몇가지 기본적인 형태가 있다. 두가지 형태의 IR 분광계를 이하에서 설명한다. 첫 번째 형태에서는, 분리된 파장이 특정 파장범위만을 투과하는 다른 필터를 통하여 반사된 복사선을 통과시킴으로써 선택된다. 두 번째 형태에서는, 반사된 IR 복사선의 빔이 분산되어 다이오드 어레이상에 충돌하도록 한다.
불행하게도, 이 특성의 다이오드 어레이는 매우 비싼 분해 파워를 필요로 하고, 흡수된 스펙트럼으로부터 요구되는 파장의 선택은 다운 스트림 처리 장치에서 나중위상에서 실행되어야만 한다. 따라서, 분광계의 사용에 필요한 보조 전자장비가 증가한다.
특정 물질로부터 반사 또는 통과된 광의 파장 또는 강도간의 관계는 스펙트럼이라 불린다. 검출기는 검출기 신호를 사용자 또는 컴퓨터가 인식가능한 곡선 또는 수치와 같은 스펙트럼 형태로 변환하는 처리 시스템에 연결된다
일반적으로, 카페트에 사용되는 다양한 형태의 파이버의 중- 및 근적외선 스펙트럼은 크게 다르다. 그러나, 폴리아미드-6 및 폴리아미드-66의 스펙트럼은 약간 다르다. 즉, 중적외선 스펙트럼은 완전히 동일하고 근적외선 스펙트럼은 2000-2500nm 스펙트럼 범위에서만 약간 다르다.
주어진 분광학 시스템을 사용하여 얻을수 있는 확인의 질은 클러스터 내의 스프레드와 관련된 다양한 클러스터간의 중심 대 중심간의 거리인 마할로노비스-거리(Mahalonobis-distance; MD)로 표현된다. 좋은 분리를 위해, 약 6의 최소 MD값이 요구되지만, 이상적으로 값은 10보다 커야한다.
불행하게도, 가쉬(Ghosh) 및 로저스(Rogers)(Melliand Textilberichte 5, 1988, 페이지 361-364)가 그들 시스템의 스캐닝 분광계가 폴리아미드-6과 폴리아미드-66을 분류하기 위한 매우 좋은 MD 결과(MD=18)를 얻었지만, 스캐닝 분광계의 크기 및 가격은 이 시스템을 카펫 재생 사업에 사용하는 것을 적합하게 하지 않았다.
가쉬 및 로저스는 또한 브랜 ＆ 루베(Bran ＆ Luebbe)(이전의 테크니콘) 인프라어날라이저(InfraAnalyzer) 500C를 3필터(2250, 2270 및 2310nm)의 조합과 함께 사용하여 카펫 제조에 사용되는 나일론 6 및 나일론 66 파이버를 확인가능하다고 하였다.
이 보고된 결과는 사용된 카펫은 마모 및 오염 때문에 새 카펫과는 파이버가 다르기 때문에 불명확하며, 따라서 확인을 복잡하게 한다. 예를 들면, 이들 동일 3필터를 113 소비자가 사용한 카펫 폐기물 샘플에 사용할 때, 본 출원인은 분광계의 해상도에 따라 4 및 1.2 사이의 MD를 얻을 수 있는 것을 발견했다. 위에서 설명한 바와같이, 이 결과는 명확히 다양한 카펫 샘플을 정확하게 구별하는데는 불충분하다. 따라서, 선택된 파장에 기초한 가격이 싸고 작은 포터블 분광계를 사용하여 다양한 형태의 소비자가 사용한 카펫 폐기물을 구별하는 것은 가능하지 않다고 할 수 있다.
마찬가지로, 값이 싼 포터블 IR 필터-베이스 분광계가 다양한 물질의 수분함량을 조사하는 등의 특정 적용에 상업적으로 가능하다고 하더라도, 다양한 형태의 카펫 페이스 재료를 만족스럽게 구분하여 분광계를 소비자가 사용한 폐기 카펫의 재생분야에 사용할 수 있는 포터블 분광계를 개발할 수 없었다.
발명의 요약
본 발명의 한 목적은 핸드-헬드 IR 분광계를 사용하여 소비자가 사용한 또는 사용후 카펫 폐기물을 신뢰성 있게 분석하는 방법을 제공하는 것이다. 이를 위해,본 발명은 복수의 분리된 파장을 충분한 해상도로 측정가능한 핸드-헬드 분광계를 사용한다.
두가지 핸드-헬드 분광계가 이와같은 관점에서 생각된다. 첫 번째 핸드-헬드 분광계는, 복사선을 분산시키고 선택될 분산된 복사선내의 분리된 파장 위치에 대응되는위치에 구멍이 구비된 플레이트를 사용하여 분리된 파장을 선택하는 복사선 선택기를 사용함으로써 좋은 해상도로 복수의 분리된 파장을 측정가능하다.
두 번째 핸드-헬드 분광계는 또한 복수의 분리된 파장을 측정가능하지만, 카펫 재생 분야에 최적인 특정 선택 파장을 통과하는 필터를 이용한다.
분광계가 적용될 분야에 따라, 일련의 샘플의 중적외선 범위내 또는 근적외선 범위의 스펙트럼이 고해상도 분광계를 사용하여 기록된다. 이들 고-해상도 스펙트럼은 하나의 폴리머로부터 다른 폴리머를 구분하는데 충분한 정보를 얻을 수 있는 다른 파장에서의 흡수의 조합을 결정하기 위해 사용된다. 카펫 재생의 경우, 예를 들면, 카펫이 폴리프로필렌, 폴리아미드-6, 폴리아미드-66 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 만들어졌는지 알고자 하는 경우가 있다.
검출기의 흡수는 공지된 물질인 기준 재료에 대하여 체크되어야 한다. 근적 외선 범위내의 확산 굴적에 적절한 기준물질로는 예를 들면, 작은 세라믹 플레이트및 작은 테프론 플레이트를 포함한다.
흡수는 이하의 수학식 1에 의해 계산된다.
[수학식 1]
여기서, Aλ 는 파장λ에서 흡수이고, Iλ는 파장 λ에서 광의 강도이다. 분석은 표준 수학방법을 사용하여 다른 파장에서의 흡수에 기초하여 얻어진다. 분석은 케모메트릭 방법의 도움을 받아 샘플의 확인 및/또는 정량화를 위해 사용될 수 있다. 확인을 위한 케모메트릭 방법은 예를 들면 가쉬 등의 Melliand Textilberichte 5 (1988) 361에 기재되어 있다.
다양한 형태의 카펫 샘플을 확인하기 위해, 확인될 다른 물질간의 최적 분리를 보증하는 파장의 조합을 확립하기 위해 수학적 분석이 만들어졌다. 일련의 사용된 그리고 사용되지 않은 카펫용으로, 스펙트럼이 2nm의 해상도로 근적외선 범위내에서 기록될 수 있다. 분리는 예를 들면 3 파장(λ 1, λ 2, λ 3)의 모든 가능한 조합을 위한 클러스터 분석을 사용하여 계산된다.
이를 위해, 예를 들면 A(λ 2)-A(λ 1) 및 A(λ 3)-A(λ 2)값이 계산되며, 여기서 Aλ는 특정될 파장에서의 흡수이다. 이들 값이 그래프상에 플롯될 때, 다른 물질의 다른 분리된 클러스터가 다른 파장의 조합으로 나타나게 된다. 분리의 질은 클러스터가 다른 클러스터로부터 더 잘 고립됨에 따라 증가한다. 최적 분리는 예를 들면 3클러스터간의 마할라노비스의 거리(4가지 다른 마할나로비스의 거리)가 최대인 3파장에서의 조합을 선택함으로써 이루어진다.
폴리아미드-6 및 폴리아미드-66, PET 및 폴리프로필렌을 분리하기 위해, 2432, 2452 및 2478에서 흡수의 조합이 최적인 것으로 나타난다. 이 방식으로, 어떠한 분리된 파장이 본 발명에 의한 분광계로 다른 물질을 명확히 구분하기 위해 측정되어야 하는지 결정가능하다. 그리고, 표준 광학 계산방법을 사용하여, 플레이트내의 구멍의 위치가 쉽게 그레이팅, 입사 슬릿, 그레이팅-플레이트간의 거리등의 특정 조합에 따라 결정될 수 있다.
보다 비싸고 광범위한 최적화는 제너틱 알고리즘이라고 불리는 기술을 사용하여 수학적으로 실행될 수 있다. 이 기술에서, 다양한 샘플의 모든 스펙트럼이 좋은 스펙트럼 해상도 및 신호대 잡음비를 갖는 고품질 스캐닝 분광계를 사용하여 취해진다. 스펙트럼의 세트는 값이 싼 핸드-헬드 분광계의 해상도가 연구 등급의 분광계보다 낮기 때문에 보다 나쁜(예를 들면, 10nm, 20nm, 30nm 및 40nm) 모의 스펙트럼 해상도로 변환된다. 또한, 핸드-헬드 장치의 신호대 잡음비 및 파장 선택의 정밀도는 낮다. 이들 효과는 파장 선택 과정에 포함되어야 한다.
제너틱 알고리즘 과정에 있어서, 최적 조건은 어떠한 요구되는 방법에 의해서도 결정될 수 있다. 예를 들면, 최적 조건은 폴리아미드-6 및 폴리아미드-66의 MD를 최대화하고, 다른 형태의 물질에 대한 폴리아미드-6의 MD의 최소값을 최대화 하고, 모든 MD를 최대화하기 위해 설정될 수 있다.
실험은 제너틱 알고리즘을 사용하여 실행되었다. 첫 번째 예에서, 이는 다른 형태의 물질(폴리아미드-6-폴리아미드-66, 폴리아미드-6-폴리프로필렌, 폴리아미드-6-PET)에 대한 폴리아미드-6의 MD의 최소값을 최대화하기 위해 선택되었다. 선택 파장의 이동이 ±6nm로 설정되도록 하기 위해, 스펙트럼 해상도는 l6nm로 선택되었고, 신호대 잡음비는 200으로 설정되었다.
4파장이 이들 변수; 2382, 2430, 2452, 2472를 사용하여 선택되었고, 이에 의해 다음의 결과를 얻었다.
MD 폴리아미드-6-폴리아미드-66 : 8,2-11.8
MD 폴리아미드-6-PET : 16.5-22.5
MD 폴리아미드-6-폴리프로필렌 : 8.2-11.9
이하에서 본 발명에 의한 IR 분광계에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 첫 번째 형태의 IR 분광계는 입사 복사선을 분산시킴으로써 종래 분광계에 비해 보다 좁은 파장 범위를 선택가능하다고 설명되었다. 이에 관련된 분산은, 복사선 빔에서 발생하는 다른 파장의 공간 분포를 의미한다. 복사선의 입사 빔의 분산을 야기하는데 유용하다고 알려진 장치의 하나는 그레이팅이다. 이 첫 번째 분광계에서, 그레이팅은 바람직하게 고정되고 100-4000 선/mm 이다. 반사 또는 투과된 광은 렌즈 시스템의 도움과 함께 또는 도움없이 수집되어 100 내지 1000㎛의 입사 구멍을 통해 그레이팅안으로 들어간다.
구멍 뒤에서 모든 거리에 있어서, 복사선의 방향에 수직인 면내의 지점은 특정 파장에 대응된다. 이와같이 하면 대응되는 위치를 통과하는 스펙트럼 복사선 부분을 수집 또는 투과함으로써 주어진 요구되는 파장이 선택가능하다.
그레이팅은 광학 시스템내에 위치하여 빔이 소비자가 사용한 카펫 폐기물에의해 반사가능하도록 할 수 있다. 반사된 복사선은 예를 들면 적절하게 위치된 복수의 검출기에 수집될 수 있다. 여기서 문제는 가능한 검출기의 최소 크기이고, 이는 요구되는 파장뿐만아니라 인접 파장이 검출기에 의해 관찰되도록 한다.
본 발명에 의한 IR 분광계의 바람직한 실시형태에 있어서, 이 문제는 IR 복사선을 투과하지 않고 소스와 검출 시스템간에 위치하여 플레이트내의 구멍을 통과한 복사선이외의 어떠한 복사선도 투과하지 않는 플레이트로 분리된 파장을 선택함으로써 해결된다. 플레이트는 선택될 분산된 복사선내의 분리된 파장의 위치에 대응하는 위치의 구멍을 구비한다.
플레이트내의 구멍은 매우 작게, 가능한 검출기의 최소 크기보다 실질적으로 작게 만들어진다. 플레이트내의 구멍은 또한 매우 높은 정밀도로 위치한다. 이와같이 하여 고해상도로 복사선의 분산된 빔으로부터 요구되는 파장을 선택할 수 있다.
이 실시형태에 있어서, 다른 파장의 강도는 각각 플레이트의 각각의 구멍뒤에 검출기를 위치시킴으로써 또는 서로에 대하여 이동가능하여 검출기가 플레이트내의 각 구멍뒤에 일렬로 위치하도록 한 플레이트와 검출기에 의해 측정된다. 이 경우, 유한한 검출기 크기와 관련된 문제는 구멍의 크기 및 위치가 독립적으로 파장 선택 및 분광계의 해상도를 결정하기 때문에 더 이상 발생하지 않는다.
보다 큰 고안상의 유연성을 제공하는 다른 가능성은, 광 전도체를 플레이트내의 각 구멍에 연결하여 이 전도체를 통하여 복사선을 검출 시스템으로 이송하는 것이다. 이 경우, 분리된 검출기는 또 다시 사용가능하거나 또는 각각의 광 전도 체는 또한 예를 들면 회전 시스템 또는 슬라이드 시스템에 연결가능하여 각각의 전 도체가 개별적으로 단일 검출기앞에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 검출기는 이동가능하여 다양한 고정 광 전도체앞에 위치될 수 있다.
검출기의 운동 또는 슬라이딩 또는 회전 시스템의 운동은 바람직하게 측정 결과를 처리가능한 컴퓨터 시스템에 의해 제어된다. 이 결과는, 예를 들면 표시장치에 온-라인으로 표시된다. 이 방식으로, 물질 흐름용의 분리 시스템에 있어서 오퍼레이터는 표시된 값에 따라 제어할 수 있다. 또한, 컴퓨터는 다운 스트림 기계 시스템에 연결되어 제어할 수 있다. 측정 결과는 또한 제조 공정에 이용될 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 그레이팅은 테스트 물질상에 충돌하는 복사선 빔 앞의 시스템에 위치할 수 있다. 이 경우, 분산된 광은 슬롯이 있는 플레이트를 통과하여 요구되는 파장으로 선택된 광은 광 전도체를 통해 물질상에 전해진다. 반사된 광의 양은 측정되어 물질의 형태를 결정하기 위해 분석될 수 있는 광을 얻는다.
이 경우, 플레이트내의 각 구멍은 요구되는 파장의 광이 통과하도록 한다. 통과된 광은 한 단부가 플레이트내의 슬롯에 인접하게 위치하고 다른 단부가 출사되는 복사선이 물질을 겨냥하도록 배치된 광 전도체를 통해 전달된다.
출사 복사선의 겨냥은 예를 들면 광 전도체의 단부를 회전할 때 다른 전도체를 광학적으로 물질로부터 고립시키고 특정 광 전도체가 물질에 방사하도록 하는 회전시스템내에서 종료하도록 함으로써 실행된다. 예를 들면 스테핑 모터 등을 이용하여 회전 시스템이 연속하여 복수의 다른 위치를 취하도록 함으로써, 물질은 연속적으로 다른 파장으로 방사되고 파장의 강도가 개별적으로 측정된다. 렌즈 시스템이 선택적으로 실험될 물질에 충분하게 조사되도록 하기 위해 제공될 수 있다.
본 시스템에 사용되는 적절한 광 전도체는 1000-2000nm 범위의 적외선을 투과하는 광 파이버이다. 저함량의 SiOH 유리 섬유가 2000-2500 nm 범위의 적외선 용으로 적합하다. 칼코게나이트 또는 Ag-할라이드 파이버가 중-적외선 범위용으로 적합하다. 요구되는 파장범위를 투과하는 다른 광파이버가 또한 사용될 수 있다.이들 파이버의 직경은 바람직하게 100 내지 1000㎛이다.
구멍의 위치는 요구되는 파장, 분광계의 기하학적 형태, 및 그레이팅의 특성에 따라 계산된다. 요구되는 파장은 플레이트내 구멍의 위치를 결정하는 검출되어 분리될 물질에 따라 다르다. 구멍의 위치는 전술한 클러스터 분석을 사용하여 결정될 수 있다.
본 발명의 두 번째 형태의 IR 분광계는 고속도(10-200Hz)로 구동되는 필터 휠에 위치한 필터의 조합을 사용한다. 이 실시형태을 이용하면, 샘플은 한 세트의 램프를 이용하여 방사되고 확산된 반사 광은 렌즈를 이용하여 수집된다. 광은 필터 휠을 통하도록 향하여 PbS 또는 InAsGa 검출기를 사용하여 검출된다.
필터 휠의 사용은 몇가지 독특한 이점이 있다. 예를 들면, 필터휠이 각 회전동안 4번 빔을 차단하기 때문에, 검출기가 어두을때의 전류가 자주 채취되어 온도 이동 또는 검출기의 다른 유동을 수정하기 위해 사용된다.
이 시스템을 위한 수집각도는 작게 바람직하게 5°로 유지되어, 필터의 스펙트럼 해상도를 20nm로 유지해야 한다. 검출기 신호는 온-보드 마이크로프로세서를 사용하여 처리된다.
이와 다르게, 필터는 복사선이 소비자가 사용한 폐기물 카펫에 충돌하기 전에 적외선 원으로부터 파장을 결정하기 위해 사용된다. 이 시스템에 있어서, 필터 휠은 적외선 복사선인 분광계를 떠나기 위한 미리 결정된 파장 범위를 갖도록 하기위해 회전한다. 방출된 광은 소비자가 사용한 폐기 카펫에 의해 반사되고 검출기에 의해 검출된다.
필터 휠을 사용하는 대신, 음향 광학 튜너블 필터(acoustic optical tunable filter;AOTF) 를 사용할 수 있다. AOTF 장치는 매체의 광학 굴절 지수가 초음파(Laser focus World, May, 1992 참조)를 사용하여 변화되는 음향-광학 효과에 기초한 것이다. 본질적으로, AOTF 장치는 광 빔을 수용하여 음향 입력 신호의 주파수에 기초하여 입사 광빔의 선택된 파장을 투과한다. AOTF 장치를 사용하면, AOTF 장치에 입력되는 초음파의 주파수를 변화시킴으로써 파장이 선택될 수 있고, 따라서 필터휠과 관련된 가동 부품을 제거할 수 있다.
지금부터 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 적절한 실시 예를 보다 더 자세히 설명하도록 하겠다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 핸드-헬드 분광계의 측면도;
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 핸드-헬드 분광계의 측면도;
도 3은 본 발명의 제3실시 예에 따른 핸드-헬드 분광계의 측면도;
도 4는 본 발명의 제4실시 예에 따른 핸드-헬드 분광계의 측면도;
도 5는 본 발명의 제5실시 예에 따른 핸드-헬드 분광계의 측면도;
도 6은 도 5에 설명된 상기 핸드-헬드 분광계를 가지고 사용하는 필터 휠; 및
도 7은 본 발명의 제6실시 예에 따른 핸드-헬드 분광계의 측면도이다.
방사선 빔의 경계는 도면에 점찍힌 실선으로 도시되어 있으며, 각 광선은 점선으로 표시되어 있다. 도 1에서, 광원(1)은 반사기 케이스(2)내에 놓여 있다. 상기 광원(1)에서 나온 빛은 시험될 물질(3)위로 바로 진행한다. 반사된 방사선은 렌즈(4)에서 집중되는데, 그 중심 빔은 출입슬릿(5)을 통해 그레이팅(6)상에 부딪친다. 상기 그레이팅(6)에 의해 이 방사는 여러 파장으로 흩어진다. 판(7)이 상기 흩어진 방사선빔내에 놓여 있는데, 이 판에는 상기 스펙트럼내의 선택된 파장위치에 대응하는 통로(8)가 있다. 빛 전도체(9)의 한 끝은 상기 판(7)의 통로(8)에 설치되어 있고 다른 끝은 선택판(10)내의 표면(11)의 통로에 각각 삽입된다.
상기 선택판(10)은 검출기(12)가 상기 선택판(10)과 상기 검출기(12)사이에 삽입된 부전도성 판(14)내의 통로(13)를 통해 특정 빛 전도체로부터의 빛만을 볼 수 있도록 스태핑 모터(도시하지 않음)로 이동 가능하게 되어있다. 상기 검출기(12)는 처리 시스템(도시하지 않음)과 연결되어 있다.
도 2에서, 광원(201)이 반사기 케이스(202)내에 놓여 있다. 이 빛은 렌즈(204)에서 집중되어 출입슬릿(205)을 통해 그레이팅(206)상에 부딪친다. 이 방사는 상기 그레이팅에 의해 여러 파장으로 흩어진다. 상기 흩어진 방사선빔내에 판(207)이 있는데, 이 판에는 선택된 파장에 대응하는 위치 조절되는 통로가 있다. 빛 전도체(209)의 한 끝은 상기 판(207)의 통로(208)내에 설치되고 다른 한 끝은 각 각 선택판(210)의 표면에서 끝나도록 이 판에 삽입된다. 이 선택판 뒤에는 통로(213)가 있는 부전도성 판(214)이 있게된다. 이 판(214)은 스태핑 모터(도시하지 않음)에 의해 움직일 수 있어서 오직 특정 빛 전도체에서 나온 빛만이 상기 통로(213) 통과하게 한다. 이 통로(213)를 통과한 빛은 렌즈(216)에서 집중되어 발산된 방사가 실험될 물질(203)상에 부딪친다. 상기 물질에 의해 반사된 이 방사는 렌즈(217)에서 집중되어 검출기(212)상에 부딪친다. 상기 검출기는 처리 시스템(도시하지 않음)과 연결되어 있다.
본 발명의 IR 분광계는 사용하기 쉽도록 매우 콤팩트하게 만들어 질 수 있다. 이 IR 분광계는 일반적으로 플라스틱 재활용 분야에도 유용하게 사용될 수 있는데, 주어진 물질의 특성에 적합하게 특정 파장을 선택한다
도 3 및 도 4는 표본 물질을 통과하는 빛이 분광계 내에서 모이고 평가된다는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2와 각 각 동일하다.
도 5는 우편 소비자 폐기 카펫의 스펙트럼 양을 측정하는데 사용되기도 하는 장치의 제2 실시 예를 보여주고 있다. 도 5에서, 분광계(100)에는 모터(104)로 구동되는 로터리 필터 휠(102)이 있다.
상기 분광계(100)의 한 쪽에는 하나 또는 둘 이상의 램프(106)가 있어서 빛을 만들고 이 빛은 폐기 카펫(108)의 표본상에 부딪친다. 이 표본에서 반사된 빛은 렌즈(110)에 모이고 로터리 필터 휠(102)을 통과하고 PbS 또는 InGaAs 검출기(112)에 의해 감지된다.
로터리 필터 휠(102)의 한 예를 도 6에 도시하였다. 이 예에서, 상기 로터리 필터 휠(102)상에 4 개의 필터(114)(A-D)가 있다. 상기 로터리 필터 휠(102)의 중앙에는 구멍(116)이 있어서 상기 모터(104)에서 뻗어 나온 구동축(118)이 들어가게 되어 있다.
동작함에 있어서, 상기 모터(104)는 상기 로터리 필터 휠(102)을 회전하게 만들어서 렌즈(110)를 통과한 빛이 상기 필터(114)에 의해 남게된 특정 양에 따라 필터 되게 한다. 검출기(112)가 이 필터된 빛을 검출하고 그 결과를 출력하는 전기회로(120)로 신호를 제공한다.
도 7은 로터리 필터 휠(102)을 사용하는 분광계의 다른 예로서, 빛이 폐기 카펫(108)의 표본 상에 입사되기 전에 필터링 된다는 점이 다르다. 도 7에 도시된 바와 같이, 광원(106)은 적외선을 만들고 이 적외선은 로터리 필터 시스템(102,103,118)에 의해 필터링 된다. 상기 필터는 광학장치(122)를 경유하여 분광계 하우징을 빠져나가는 미리 결정된 파장을 통과시킨다.
분광계 하우징을 빠져나간 후, 상기 미리 결정된 파장은 폐기 카펫(108)의 표본상에 부딪치고 그 표본에 의해 반사된다. 하나 또는 둘 이상의 검출기가 이 반사된 빛을 검출하고 그 결과를 출력하는 전기회로(120)로 신호를 출력한다. 이 예가 비록 상기 분광계의 한 쪽에서부터만 빛을 방출하는 광학장치를 설명하였으나, 상기 필터를 통과하는 빛은 다르게 나누어질 수 있으며 다양한 위치에서 상기 분광계를 빠져나갈 수 있다.
본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 한 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 더 다른 수정이 있을 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에 첨부된 특허청구범위의 범위는 본 명세서에 설명된 것으로 한정되는 것은 아니며, 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 동일하게 다루어 질 수 있는 모든 것을 포함하여 본 발명에 있는 특허 가능한 모든 신규성 특성들을 포함하는 것으로 해석될 수 있는 것이다.
Claims (23)
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66 을 분석하는데 사용되고,적외선 방사를 하여 상기 폐기물(카펫)을 비추는 적외선 방사 소스;상기 폐기물(카펫)에서 반사된 적외선 방사로부터 다수의 불연속 파장을 선택하는 선택기; 및상기 선택된 불연속 파장들을 검출하는 적외선 검출 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 1 항에 있어서,상기 선택기는 상기 방사를 흩어지게 하는 산란장치 및 상기 흩어진 방사에서 불연속 파장을 선택하는 불연속 파장 선택기를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 1 항에 있어서,상기 선택기는 오직 미리 결정된 방사 파장만을 전송하는 다수의 필터를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66을 분석하는데 사용되고,폐기물(카펫)의 한 표본으로 적외선 방사를 하는 적외선 방사 소스;다수의 불연속 파장을 선택하고, 상기 방사를 흩어지게 하는 산란장치 및 상기 흩어진 방사로부터 불연속 파장을 선택하는 불연속 파장 선택기를 구비한 방사선 선택기; 및상기 불연속 파장을 검출하는 검출 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 4 항에 있어서,상기 방사선은 흩어지고, 상기 방사선이 폐기물(카펫)의 상기 표본상에 부딪치기 전에 선택 파장이 선택되는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 4 항에 있어서,상기 방사선은 흩어지고, 상기 방사선이 폐기물(카펫)의 상기 표본상에 부딪친 후 선택 파장이 선택되는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66 을 분석하는데 사용되고,폐기물(카펫)의 한 표본으로 적외선 방사를 하는 적외선 방사 소스;상기 폐기물 카펫의 표본에 의해 반사된 방사선으로부터 다수의 불연속 파장을 선택하고, 상기 반사된 방사선을 흩어지게 하는 산란장치 및 상기 흩어진 방사선으로부터 불연속 파장을 선택하는 불연속 파장 선택기를 구비한 방사선 선택기;및상기 불연속 파장을 검출하는 검출 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드-필드 적외선 분광계.
- 제 7 항에 있어서,상기 불연속 파장 선택기는 상기 흩어진 방사선의 선택된 불연속 파장의 위치에 대응하는 위치 내에 통로가 있는 판을 구비하고 있고, 상기 판은 IR 방사선에 부전도성이고 상기 소스와 검출 시스템 사이에 놓여 있어서 방사선이 상기 통로를 통과하는 것 외에는 상기 검출 시스템에 도달하지 못하게 하는 것을 특징으로 하는 핸드-월드 적외선 분광계.
- 제 8 항에 있어서,상기 검출 시스템은 다수의 검출기로 구성되어 있는데, 이 중 한 검출기는 상기 판의 각 통로 뒤에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 8 항에 있어서,상기 검출 시스템은 상기 판의 통로 뒤에 배치될 수 있는 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 8 항에 있어서,다수의 빛 전도체를 구비하고, 상기 빛 전도체 각각은 상기 판의 통로의 하나와 연결되어 상기 판의 통로를 통과하는 빛을 상기 검출 시스템으로 전달하는 빛 전도체 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 11 항에 있어서,상기 검출 시스템은 다수의 검출기를 구비하고 있으며 상기 각각의 빛 전도 체는 상기 검출기의 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계
- 제 11 항에 있어서,상기 검출 시스템 및 상기 빛 전도체는 상기 빛 전도체가 각각 빛을 상기 검출 시스템으로 전달할 수 있도록 서로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 핸드-헬드적외선 분광계 .
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66을 분석하는데 사용되고,폐기물(카펫)의 한 표본으로 적외선 방사를 하는 적외선 방사 소스;오직 반사된 방사선의 미리 결정된 파장만을 전송하는 다수의 필터를 구비한 필터 시스템; 및상기 필터 시스템에 의해 전송된 방사선을 검출하는 검출 시스템을 구비하며,상기 필터 시스템은 2382nm± 20nm, 2430 ± 20nm, 2452nm ± 20nm, 및2472nm ± 20nm 의 파장을 각각 갖는 빛을 통과시키는 네 개의 필터를 갖는 로터리 필터 휠을 사용하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 14 항에 있어서,상기 적외선 방사 소스는 폐기물(카펫)의 한 표본상에 적외선을 방사하고, 상기 필터 시스템은 상기 폐기물(카펫)의 표본에 의해 반사된 방사선의 오직 미리 결정된 파장만을 전송하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 14 항에 있어서,상기 필터 시스템은 상기 폐기물(카펫)에 의해 반사될 방사선의 오직 미리 결정된 파장만을 전송하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 14 항에 있어서,상기 필터 시스템은 셋 이상의 필터를 갖는 로터리 필터 휠을 사용하는 것을 특징으로 하는 핸드-헬드 적외선 분광계.
- 제 14 항에 있어서,상기 필터 시스템은 음향 광학적 가변 필터인 것을 특징으로 하는 핸드-헬드적외선 분광계 .
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66 의 여러 타입을 분별하는 방법에 있어서 ,핸드-헬드 적외선 분광계-여기서, 상기 핸드-헬드 적외선 분광계는적외선 방사를 하여 상기 폐기물(카펫)을 비추는 적외선 방사 소스;상기 폐기물(카펫)에서 반사된 적외선 방사로부터 다수의 불연속 파장을 선택하는 선택기; 및상기 선택된 불연속 파장들을 검출하는 적외선 검출 시스템을 구비함-를 제공하는 단계; 및상기 폐기물(카펫)의 물질 타입을 확인하기 위해 상기 핸드-헬드 적외선 분광계를 사용하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 분별 방법.
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66 의 여러 타입을 분별하는 방법에 있어서 ,핸드-헬드 적외선 분광계를 제공하는 단계;상기 분광계내의 적외선 방사 소스로부터 폐기물(카펫) 표본상에 적외선 방사선을 조사하는 단계;상기 분광계내의 방사 선택기를 사용하여 상기 폐기물(카펫)의 표본에서 반사된 방사선으로부터 다수의 불연속 파장을 선택하는 단계; 및상기 분광계에 제공되는 검출기를 가지고 불연속 파장을 검출하여, 상기 분광계를 사용하여 상기 폐기물(카펫)의 물질 타입을 확인하는 단계를 구비하고,상기 다수의 불연속 파장을 선택하는 단계는 산란장치를 사용하여 상기 반사된 방사선을 흩어지게 하는 부단계 및 상기 흩어진 방사선으로부터 다수의 불연속파장을 선택하는 부단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 분별 방법.
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66 의 여러 타입을 분별하는 방법에 있어서,핸드-헬드 적외선 분광계를 제공하는 단계;상기 분광계내의 적외선 방사 소스로부터 폐기물(카펫) 표본상에 미리 결정된 여러 파장을 갖는 적외선 방사선을 조사하는 단계; 및상기 분광계에 제공되는 검출기를 가지고 불연속 파장을 검출하여 상기 분광계를 사용하여 상기 폐기물(카펫)의 타입을 확인하는 단계를 구비하고,상기 미리 결정된 여러 파장들은 산란장치를 사용하여 적외선 방사선의 빔을흩어지게 함으로서 그리고 상기 흩어진 방사선으로부터 다수의 불연속 파장을 선택함으로서 선택되는 것을 특징으로 하는 분별 방법.
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66 의 여러 타입을 분별하는 방법에 있어서 ,핸드-헬드 적외선 분광계를 제공하는 단계;상기 분광계내의 적외선 방사 소스로부터 폐기물 표본상에 적외선 방사선을 조사하는 단계;상기 분광계내의 방사선 선택기를 사용하여 상기 폐기물(카펫)의 표본에서 반사된 방사선으로부터 여러 불연속 파장을 선택하는 단계; 및상기 분광계 내에 제공된 검출기를 가지고 불연속 파장을 검출하여 상기 분광계를 사용하여 상기 폐기물(카펫)의 물질 타입을 확인하는 단계를 구비하고,상기 여러 불연속 파장을 선택하는 단계는 상기 반사된 방사선을 필터링하는부단계를 구비하여 미리 결정된 여러 파장의 방사선이 상기 분광계 내에 제공된 검 출기 시스템을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 분별 방법.
- 소비자 사용 후 또는 산업상 이용 후의 폐기물 카펫, 또는 폐기물 카펫을 포함하고 있지 않은 폴리아미드-6 및/또는 폴리아미드-66 의 여러 타입을 분별하는 방법에 있어서 ,핸드-헬드 적외선 분광계를 제공하는 단계;상기 분광계내의 적외선 방사 소스로부터 폐기물(카펫) 표본상에 미리 결정된 여러 파장을 갖는 적외선 방사선을 조사하는 단계; 및상기 분광계 내에 제공된 검출기를 가지고 불연속 파장을 검출하여 상기 분광계를 사용하여 상기 폐기물(카펫)의 물질 타입을 확인하는 단계를 구비하고,상기 미리 결정된 여러 파장은 다수의 필터를 사용하여 적외선 방사선의 빔을 필터링 함으로서 선택되는 것을 특징으로 하는 분별 방법.
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