KR100481433B1 - Semiconductor diode laser photo-analyzing system - Google Patents
Semiconductor diode laser photo-analyzing system Download PDFInfo
- Publication number
- KR100481433B1 KR100481433B1 KR1020030075258A KR20030075258A KR100481433B1 KR 100481433 B1 KR100481433 B1 KR 100481433B1 KR 1020030075258 A KR1020030075258 A KR 1020030075258A KR 20030075258 A KR20030075258 A KR 20030075258A KR 100481433 B1 KR100481433 B1 KR 100481433B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- delete
- diode laser
- optical fiber
- extractor
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 11
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/255—Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0037—NOx
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/06—Illumination; Optics
- G01N2201/061—Sources
- G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
- G01N2201/0612—Laser diodes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/08—Optical fibres; light guides
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 연소시스템에서 대기로 방출되는 유해 가스의 농도를 광 계측함에 있어 빠른 응답성과 고 정밀 계측이 가능한 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템에 관한 것이다.전 세계적으로 환경 문제가 사회적 이슈로 크게 부각됨에 따라 공해 물질의 저감 노력이 활발히 진행되고 있는 가운데, 국내에서도 마찬가지로 이에 대한 연구와 노력이 계속되고 있다. 그 중에서도 산업체에서 발생하는 질소 산화물과 같은 유해 가스를 줄이기 위한 방안 중 연소 시스템의 배기단에서 실시간으로 농도와 온도 등을 계측함으로써 최적의 운전 조건을 도출하여 공해 물질을 저감하는 방식이 널리 사용되고 있다. 이러한 계측을 위하여 레이저를 이용한 계측기법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나, 기존의 액체 및 기체를 매질로 하는 레이저를 이용한 계측 기술은 대부분 고출력의, 고가인 레이저를 사용해야 하며, 측정값이 직접적으로 얻어지는 것이 아니라 얻어진 자료의 분석이 필요하므로 사용법이 복잡하고, 기기의 특성상 세심한 주의가 요구되는 등의 그 문제점이 있었다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wavelength modulation spectroscopy technique and a semiconductor diode laser optical measurement system using optical fibers, which enable fast response and high precision in optical measurement of the concentration of harmful gases emitted from the combustion system to the atmosphere. As social issues have emerged as a major social issue, efforts are being made to reduce pollution, while domestic research and efforts have been continued. Among them, a method of reducing pollutants by deriving optimum operating conditions by measuring concentrations and temperatures in real time in the exhaust stage of a combustion system among methods for reducing harmful gases such as nitrogen oxide generated in an industry is widely used. For this measurement, researches on measuring techniques using lasers are being actively conducted. However, most conventional measurement techniques using lasers with liquid and gas mediums require the use of high power and expensive lasers. There was a problem such as requiring close attention to the nature.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템은 소형이고 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 응답성이 빠르며, 광섬유와 함께 사용하여 설치 및 유지보수가 쉬우며, 또한 연소 생성물을 동시에 실시간으로 관측할 수 있게 하여 연소 시스템의 모니터링에 유용하게 쓰일 수 있는 반도체 다이오드 레이저 광계측 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is that the wavelength modulation spectroscopy and semiconductor diode laser optical measurement system using optical fiber is not only compact and durable, but also responsive, and installed and maintained using optical fiber The present invention provides a semiconductor diode laser light measurement system that is easy to repair and that can simultaneously monitor combustion products in real time, which can be useful for monitoring combustion systems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템은, 광원으로 사용되는 레이저 소오스와, 이 레이저 소오스를 부착시킬 수 있는 공간 설정이 되어 있는 마운트(23)와, 상기 마운트(23)에 주입하는 전류의 조절과 온도 조절을 할 수 있는 다이오드 레이저 콘트롤러(22)와, 합성 주파수 파형을 상기 콘트롤러(22)에 주입할 수 있는 임의파형 발생기(21)를 포함하는 발진부(20)와; 상기 레이저 소오스에 연결되어 광원의 역 반사를 방지하는 아이솔레이터(31)와, 상기 아이솔레이터(31)에서 나온 빔을 특정 비율을 가지는 기준 신호와 투과 신호로 분기시켜 주기 위한 커플러(32)와, 각각이 측정하고자 하는 가스가 들어 있는 가스 셀 한쪽 단에서 집광하여 빔을 발진하고 다른 쪽 단에서 상기 가스 셀을 통과한 빔을 집광하는 콜리메이터(33, 35)를 포함하고, 이들이 서로 광섬유로 된 커넥터로 연결되어 있는 광섬유 연결부(30)와; 상기 기준 신호와 가스 셀을 지난 통과 신호를 동시에 검출할 수 있는 광검출기(15)와, 이 광검출기(15)에서 검출된 신호를 증폭시키는 증폭 추출기(14)와, 이 증폭 추출기(14)에서 증폭된 신호 표시를 위한 오실로스코프(13)와, 상기 증폭 추출기(14)에서 증폭된 신호의 스펙트럼을 분석하기 위한 스펙트럼 분석기(12)와, 상기 신호로부터 보다 정밀한 데이터를 산출하기 위한 컴퓨터(11)를 포함하는 수광부(10)를 포함하며; 상기 임의파형 발생기(21)는 램프파와 사인파를 합성한 주파수 파형을 상기 다이오드 레이저 콘트롤러(22)에 주입하고, 상기 증폭 추출기(14)는 파장변조 분광기법에서 적용된 합성파에 들어가는 기준 사인파를 동시에 주입하여 상을 주입하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a wavelength modulation spectroscopy method and a semiconductor diode laser optical measurement system using an optical fiber according to a preferred embodiment of the present invention include a laser source used as a light source and a space for attaching the laser source. Mount 23, diode laser controller 22 capable of regulating the temperature and current controlled to be injected into the mount 23, and arbitrary frequency which can inject a synthesized frequency waveform into the controller 22. An oscillator 20 including a waveform generator 21; An isolator 31 connected to the laser source to prevent back reflection of the light source, a coupler 32 for branching the beam from the isolator 31 into a reference signal and a transmission signal having a specific ratio, A collimator (33, 35) for condensing the beam by collecting at one end of the gas cell containing the gas to be measured and condensing the beam passing through the gas cell at the other end, which are connected to each other by an optical fiber connector An optical fiber connecting portion 30; A photodetector 15 capable of simultaneously detecting a signal passing through the reference signal and the gas cell, an amplification extractor 14 for amplifying the signal detected by the photodetector 15, and the amplification extractor 14 An oscilloscope 13 for displaying the amplified signal, a spectrum analyzer 12 for analyzing the spectrum of the signal amplified by the amplification extractor 14, and a computer 11 for calculating more precise data from the signal. It includes a light receiving unit 10 including; The arbitrary waveform generator 21 injects a frequency waveform obtained by synthesizing a ramp wave and a sine wave into the diode laser controller 22, and the amplified extractor 14 simultaneously injects a reference sine wave into the synthesized wave applied by the wavelength modulation spectroscopy. It is characterized by injecting a phase.
여기에서, 상기 콜리메이터는 3축 방향으로 위치가 조절되고 빔의 직진성을 유지할 수 있는 콜리메이팅 렌즈와 커넥터를 포함한다. Here, the collimator includes a collimating lens and a connector which can be adjusted in three axes and maintain the straightness of the beam.
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템 회로도이고, 도 2는 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템의 레이저 발진부의 회로도이며, 도 3은 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템의 광섬유 연결부의 회로도이고, 도 4는 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템의 수광부의 회로도이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a circuit diagram of a semiconductor diode laser light measurement system using wavelength modulation spectroscopy and an optical fiber according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a laser oscillation unit of a semiconductor diode laser light measurement system, and FIG. 3 is a semiconductor diode laser light. It is a circuit diagram of the optical fiber connection part of a measurement system, and FIG. 4 is a circuit diagram of the light receiving part of a semiconductor diode laser light measurement system.
도 1 내지 도4에서 보는 바와 같이 크게 발진부(20), 광섬유 연결부(30), 수광부(10)의 3부분으로 구성된다. 도 1 및 도 2에 도시된 발진부(20)는 다시 다이오드 레이저 콘트롤러(22)와 마운트(23), 임의 파형 발생기(21) 및 레이저 소오스(source)로 구분되어 진다.As shown in FIGS. 1 to 4, the oscillation part 20, the optical fiber connection part 30, and the light receiving part 10 are largely composed of three parts. The oscillator 20 shown in FIGS. 1 and 2 is further divided into a diode laser controller 22, a mount 23, an arbitrary waveform generator 21, and a laser source.
다이오드 레이저 콘트롤러(22)는 내부의 주입 전류 조절 보드(board)와 온도 조절 보드를 통하여 계측하고자 하는 대상 가스의 흡수 파장에 부합하는 파장과 출력을 가질 수 있도록 주입 전류와 온도 제어에 필요한 전류치를 0 mA에서 수백 mA까지 조절이 가능하도록 구성되어 있다. 그리고, 임의 파형 발생기(21)를 통하여 외부에서 변조 주파수를 걸어주기 위하여 부가적으로 변조 주입 단자가 부착되어 있다. The diode laser controller 22 has a current value necessary for controlling the injection current and temperature so as to have a wavelength and an output corresponding to the absorption wavelength of the target gas to be measured through the internal injection current control board and the temperature control board. It is configured to control from mA to several hundred mA. A modulation injection terminal is additionally attached in order to apply a modulation frequency externally through the arbitrary waveform generator 21.
또한, 내부 회로 구성에 있어 파장 안정화를 기하기 위하여 설정값에 맞추어 적절한 전류 주입 방식을 유지시켜 광원에 정밀하고 일정한 주입 전류와 온도를 유지, 변화시켜준다.In addition, in order to stabilize the wavelength in the internal circuit configuration, it maintains and changes the precise and constant injection current and temperature in the light source by maintaining an appropriate current injection method in accordance with the set value.
상기 마운트(23)는 광원으로 쓰이는 다이오드 레이저 소오스를 안착시키기 위해 크기에 맞게 부착시킬 수 있도록 공간 설정이 되어 있으며, 10 ㏀ 서미스터(thermistor)가 부착되어 다이오드 레이저 소오스의 온도를 피드백하고, 내부의 양단에 열-전기 냉각기(thermo-electric cooler; TEC)가 부착되어 있어 10 ℃에서 80 ℃까지 필요한 온도로 조절되어지기 때문에 안정된 파장을 얻을 수 있다.The mount 23 is spaced so that it can be attached according to the size in order to seat the diode laser source used as the light source, the 10 ㏀ thermistor is attached to feed back the temperature of the diode laser source, both ends of the inside The thermo-electric cooler (TEC) is attached to the temperature controlled from 10 ℃ to 80 ℃ to obtain a stable wavelength can be obtained.
상기 임의 파형 발생기(21)는 파장 변조 분광기법을 적용하기 위해 주파수 변조에 필요한 수 백 mV크기를 가지는 수 십 Hz 레벨의 램프파와 수 십 mV의 크기를 가지는 수 십 kHz 레벨의 사인파를 합성한 주파수 파형을 다이오드 레이저 콘트롤러(22)에 주입시켜 준다. 또한, 특정 크기 및 주파수를 가지는 파형을 임의로 생성 가능하기 때문에 흡수 파장 영역을 효과적으로 규명해 낼 수 있으며, 고주파수를 이용하기 때문에 흡수 영역을 통과한 투과 신호에서 조화 신호를 추출하여 높은 분해능을 가질 수 있도록 한다. The arbitrary waveform generator 21 is a frequency obtained by synthesizing a wave wave of several tens of Hz and a sine wave of several tens of kHz with a magnitude of several hundred mV for frequency modulation to apply wavelength modulation spectroscopy. The waveform is injected into the diode laser controller 22. In addition, it is possible to arbitrarily generate a waveform having a specific size and frequency to effectively identify the absorption wavelength region, and the use of high frequency to extract the harmonic signal from the transmitted signal passing through the absorption region to have a high resolution do.
광원으로는 예로써 이산화탄소의 경우, 고유 흡수 파장인 1.57 ㎛에 적합한 근적외선 영역대 20 mW, 1572 nm의 출력과 파장을 가지는 SM(single mode) 형태의 14-pin 버터플라이(butterfly) 다이오드 레이저 소오스를 사용하며, 광학 장치들의 정렬(alignment)을 위해 가시광 영역대 5 mW, 635 nm의 출력과 파장을 가지는 피그테일드 형태(pigtailed type)의 소자를 적용한다. 이러한 방식으로 계측하고자 하는 대상 가스의 파장에 부합하는 소오스를 마운트(23)에 부착하여 흡수 영역대에 부합하는 파장을 다이오드 레이저 콘트롤러(22)를 통한 주입 전류 및 온도 제어를 통해 농도를 계측할 수 있다. As a light source, for example, in the case of carbon dioxide, a 14-pin butterfly diode laser source in the form of a SM (single mode) having an output and a wavelength of 20 mW and 1572 nm in the near infrared region suitable for an intrinsic absorption wavelength of 1.57 μm is used. In order to align the optical devices, a pigtailed type device having an output range and wavelength of 5 mW and 635 nm is used. In this way, the source corresponding to the wavelength of the target gas to be measured can be attached to the mount 23, and the concentration corresponding to the absorption band can be measured by controlling the injection current and temperature through the diode laser controller 22. have.
광섬유 연결부(30)는 광 부품 정렬의 편리성 및 현장 적용에 용이한 광섬유(optical fiber) 방식을 채택하였으며, 이는 아이솔레이터(isolator)(31), 콜리메이터(collimator)(33,35), 커플러(coupler)(32), 및 커넥터(connector)로 구성되고, FC/APC 또는 FC/PC 타입으로 이루어진다. 아이솔레이터(31)는 최초 다이오드 레이저 소오스로부터 연결되어, 광원의 역 반사(back-reflection)에 취약한 소자를 보호하기 위해 사용하였다. 커플러(32)는 아이솔레이터(31)에서 나온 빔을 특정 비율의 기준 신호와 투과 신호로 분기시켜 수광부에서 광량의 차이를 효과적으로 검출하기 위해 사용되었으며, 빔의 분기 비율은 기준신호 50과 투과신호 50의 비율로 하는 것이 바람직하나 이에 제한되지는 않는다. 콜리메이터는 빔의 직진성을 유지하기 위한 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)와 커넥터로 구성되어 있으며, 가스 셸 양단에서 집광된 빔을 발진하고 집광하기 위해 사용되었고, 광원을 집광하는 역할도 수행한다. 여기서, 콜리메이팅 렌즈는 마이크로미터가 부착된 이송 스테이지(translation stage)를 이용하여 X, Y, Z의 3축 방향으로 위치를 조절하고, 측각도계(goniometer)를 통해 상하, 좌우 방향의 각도 변화를 주어 정렬시킨다. The optical fiber connector 30 adopts an optical fiber method for the convenience of optical component alignment and field application, which includes an isolator 31, a collimator 33, 35, and a coupler. 32), and a connector, and is of an FC / APC or FC / PC type. The isolator 31 was connected from the original diode laser source and used to protect the device vulnerable to back-reflection of the light source. The coupler 32 splits the beam from the isolator 31 into a specific ratio of the reference signal and the transmission signal to effectively detect the difference in the amount of light in the light receiving unit. Preferably, the ratio is not limited thereto. The collimator is composed of a collimating lens and a connector for maintaining the straightness of the beam, was used to oscillate and collect the beam collected at both ends of the gas shell, and also serves to condense the light source. Here, the collimating lens adjusts the position in three axes of X, Y, and Z using a translation stage with a micrometer attached thereto, and adjusts the angular change in up, down, left and right directions through a goniometer. To align the subject.
수광부(10)는 자동 조절형 광검출기(15), 증폭 추출기(14), 오실로스코프(13), 스펙트럼 분석기(12), 컴퓨터(11)로 구성된다. 광검출기(15)는 기준 신호와 가스 셸을 지난 통과 신호를 동시에 받아들여, 내부의 광 다이오드(photo-diode)를 통해 빔을 검출하여 흡수된 광량의 크기값을 얻기 위하여 사용되었다. 여기서, 검출된 신호는 증폭되어 지며, 광검출기(15)에서 나온 신호가 증폭 추출기(14)로 들어가 1f 나 2f 조화 신호로 추출되어진다. 증폭 추출기(14)에서는 파장 변조 분광기법에서 적용된 합성파에 들어가는 기준 사인파를 동시에 주입하여 상(phase)을 조절하게 되는데, 이를 통해 투과 신호로부터 정확하게 조화 신호를 추출하여 더욱 안정화된 고 정밀 데이터를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 10배 정도로 증폭시킬 수 있기 때문에 획득한 신호로부터 보다 정밀한 데이터를 산출할 수 있으며, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 크게 높일 수 있어 계측 정밀도를 높일 수 있다. The light receiving unit 10 includes an automatically adjustable photodetector 15, an amplifying extractor 14, an oscilloscope 13, a spectrum analyzer 12, and a computer 11. The photodetector 15 was used to simultaneously receive a reference signal and a signal passing through the gas shell, detect a beam through an internal photo-diode, and obtain a magnitude value of the amount of light absorbed. Here, the detected signal is amplified, and the signal from the photodetector 15 enters the amplification extractor 14 and is extracted as a 1f or 2f harmonic signal. The amplification extractor 14 simultaneously adjusts a phase by simultaneously injecting a reference sine wave into the synthesized wave applied by the wavelength modulation spectroscopy. Through this, the harmonic signal is accurately extracted from the transmitted signal to obtain more stabilized high precision data. In addition to being able to amplify by 10 times, more accurate data can be calculated from the acquired signal, and the signal-to-noise ratio (SNR) can be greatly increased, resulting in increased measurement accuracy.
부가적으로, 압력에 의하여 흡수 선폭이 넓어져 계측 정밀도가 감소하는 것을 방지하기 위하여 진공 펌프(47)를 이용하여 흡수 영역 내 압력을 대기압 이하로 낮춤으로써 계측 정밀도를 더욱 높일 수 있다.In addition, the measurement accuracy can be further increased by lowering the pressure in the absorption region to below atmospheric pressure using the vacuum pump 47 in order to prevent the absorption line width from being widened and the measurement accuracy from decreasing due to the pressure.
도 5는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템을 이용하여 직접 흡수 기법을 통한 detector에서 검출된 흡수 신호와 파장 변조 분광기법을 이용하여 얻은 2f 조화 신호를 나타내고 있으며, 두 계측 방식에 따른 신호의 신호 대 잡음비의 차이가 현저히 나타남을 알 수 있다.FIG. 5 shows 2f each obtained by using an absorption signal and a wavelength modulation spectroscopy detected by a detector through a direct absorption method using a wavelength modulation spectroscopy method and a semiconductor diode laser optical measurement system using an optical fiber according to a preferred embodiment of the present invention. The harmonic signal is shown, and the difference in signal-to-noise ratio of the signal according to the two measurement methods is remarkable.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. As described above, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, it is to be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the appended claims and their equivalents, rather than the detailed description, are included in the scope of the present invention.
상기와 같은 구성에 따르면 본 발명은 질소 산화물과 같은 각종 유해 배기 물질을 실시간으로 모니터링함에 따라 최적의 연소 조건으로 연소 시스템을 조절할 수 있기 때문에 현재 배출되는 유해 가스를 촉매 장치와 같은 부가적인 장치 없이 효과적으로 저감시킬 수 있어 원가 절감 및 환경적 효과를 거둘 수 있다. According to the configuration as described above, the present invention can control the combustion system in the optimal combustion conditions according to the monitoring of various harmful exhaust substances such as nitrogen oxide in real time to effectively remove the harmful gas discharged without additional equipment such as catalytic equipment It can be reduced, resulting in cost reduction and environmental effects.
또한, 기존의 레이저 계측기에 비해 유지, 보수가 용이하므로 인력 절감의 간접적인 경제 효과를 볼 수가 있으며, 파장을 가변화할 수 있기 때문에 질소 산화물 및 일산화탄소 등에 국한되지 않고 CO2 등과 같은 연소 생성물과 OH, C2F6 , CF4 등과 같은 기존의 계측기로는 불가능한 중간 생성물 및 특정 유해 물질의 계측까지 가능하다.In addition, it is easier to maintain and repair than the conventional laser measuring instrument, so it can indirectly reduce the manpower, and because the wavelength can be changed, it is not limited to nitrogen oxides and carbon monoxide, but also combustion products such as CO 2 , OH, Measurement of intermediates and certain hazardous substances is not possible with conventional instruments such as C 2 F 6 and CF 4 .
뿐만 아니라 계측 Parameter를 단순 농도 계측만 하는 것이 아니라 온도, 밀도, 유체의 속도 등과 같은 여러 변수를 계측할 수 있어 이 시스템을 광범위하게 적용할 수 있다.In addition, the measurement parameters can be used not only for simple concentration measurement, but also for measuring various variables such as temperature, density, and fluid velocity, making the system widely applicable.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템 회로도이고;1 is a circuit diagram of a semiconductor diode laser light measurement system using wavelength modulation spectroscopy and an optical fiber according to an embodiment of the present invention;
도 2는 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템의 레이저 발진부의 회로도이며;2 is a circuit diagram of a laser oscillation unit of a semiconductor diode laser light measurement system;
도 3은 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템의 광섬유 연결부의 회로도이고;3 is a circuit diagram of an optical fiber connection portion of a semiconductor diode laser light metrology system;
도 4는 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템의 수광부의 회로도이며;4 is a circuit diagram of a light receiving portion of a semiconductor diode laser light measuring system;
도 5는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 반도체 다이오드 레이저 광 계측 시스템을 이용하여 직접 흡수 기법을 통한 광검출기에서 검출된 흡수 신호와 파장 변조 분광기법을 이용하여 얻은 2f 조화 신호를 나타내는 도표들이다.5 is obtained by using an absorption signal and a wavelength modulation spectroscopy detected by a photodetector through a direct absorption method using a wavelength modulation spectroscopy method and a semiconductor diode laser optical measurement system using optical fibers according to a preferred embodiment of the present invention, respectively. 2f are diagrams representing harmonic signals.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 수광부 11 : 컴퓨터10: light receiver 11: computer
12 : 스펙트럼 분석기 13 : 오실로스코프12 Spectrum Analyzer 13 Oscilloscope
14 : 증폭 추출기 15 : 광검출기14 amplification extractor 15 photodetector
20 : 레이저 발진부 21 : 임의파형 발생기20: laser oscillation unit 21: arbitrary waveform generator
22 : 다이오드 레이저 콘트롤러 23 : 마운트22: diode laser controller 23: mount
30 : 광섬유 연결부 31 : 아이솔레이터(isolator)30: optical fiber connection part 31: isolator
32 : 커플러(coupler) 33, 35 : 콜리메이터32: coupler 33, 35: collimator
34 : 가스 셸 42 : 가스 공급원34 gas shell 42 gas source
43 : 유량 제어계 45 : 공기43: flow control meter 45: air
46 : 마이크로 나노미터 47 : 진공 펌프 46: micro nanometer 47: vacuum pump
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030075258A KR100481433B1 (en) | 2003-10-27 | 2003-10-27 | Semiconductor diode laser photo-analyzing system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030075258A KR100481433B1 (en) | 2003-10-27 | 2003-10-27 | Semiconductor diode laser photo-analyzing system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100481433B1 true KR100481433B1 (en) | 2005-04-14 |
Family
ID=37302215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020030075258A KR100481433B1 (en) | 2003-10-27 | 2003-10-27 | Semiconductor diode laser photo-analyzing system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100481433B1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103532639A (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-22 | 成都林海电子有限责任公司 | Test method for modulator based on PCI bus interface |
| KR20190023856A (en) | 2017-08-30 | 2019-03-08 | 한국생산기술연구원 | Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
| KR20190023853A (en) | 2017-08-30 | 2019-03-08 | 한국생산기술연구원 | Precision Measurement System for Precursor Materials of Fine Particle |
| KR20190048817A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Precision Measurement System with Prism Reflector for Precursor Materials of Fine Particle |
| KR20190048836A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas using Micro Optical Passage |
| KR20190048808A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Outdoor multi-pass cell for TDLAS with temperature control unit |
| KR20190048856A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Diffraction Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
| KR20190048851A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Automatic Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
| KR102226368B1 (en) | 2019-11-18 | 2021-03-11 | 한국생산기술연구원 | TDLAS gas detection apparatus comprising sonic standing wave |
| KR20210059375A (en) | 2019-11-15 | 2021-05-25 | 한국생산기술연구원 | Detection apparatus for leak gas from reservoir tank |
| US11366058B2 (en) | 2017-10-31 | 2022-06-21 | Korea Institute Of Industrial Technology | Outdoor multi-pass cell for TDLAS |
-
2003
- 2003-10-27 KR KR1020030075258A patent/KR100481433B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103532639A (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-22 | 成都林海电子有限责任公司 | Test method for modulator based on PCI bus interface |
| KR20190023856A (en) | 2017-08-30 | 2019-03-08 | 한국생산기술연구원 | Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
| KR20190023853A (en) | 2017-08-30 | 2019-03-08 | 한국생산기술연구원 | Precision Measurement System for Precursor Materials of Fine Particle |
| KR20190048817A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Precision Measurement System with Prism Reflector for Precursor Materials of Fine Particle |
| KR20190048836A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas using Micro Optical Passage |
| KR20190048808A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Outdoor multi-pass cell for TDLAS with temperature control unit |
| KR20190048856A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Diffraction Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
| KR20190048851A (en) | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 한국생산기술연구원 | Automatic Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
| US11366058B2 (en) | 2017-10-31 | 2022-06-21 | Korea Institute Of Industrial Technology | Outdoor multi-pass cell for TDLAS |
| KR20210059375A (en) | 2019-11-15 | 2021-05-25 | 한국생산기술연구원 | Detection apparatus for leak gas from reservoir tank |
| KR102226368B1 (en) | 2019-11-18 | 2021-03-11 | 한국생산기술연구원 | TDLAS gas detection apparatus comprising sonic standing wave |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3108420B2 (en) | Method and apparatus for measuring gas concentration by spectroscopy | |
| JP6786752B2 (en) | Photothermal interferometers and methods | |
| Miller et al. | Diode laser-based air mass flux sensor for subsonic aeropropulsion inlets | |
| US20030189711A1 (en) | Optical heterodyne detection in optical cavity ringdown spectroscopy | |
| KR100481433B1 (en) | Semiconductor diode laser photo-analyzing system | |
| CN109991189A (en) | A kind of fixed point wavelength modulation gas concentration measuring apparatus and its measurement method based on wave number drift correction | |
| Song et al. | Interband cascade laser-based ppbv-level mid-infrared methane detection using two digital lock-in amplifier schemes | |
| Wu et al. | Compact hollow waveguide mid-infrared gas sensor for simultaneous measurements of ambient CO 2 and water vapor | |
| RU2736178C1 (en) | Method and device for autonomous remote determination of concentration of atmospheric gas components | |
| KR102056794B1 (en) | Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas using Micro Optical Passage | |
| JP2008268064A (en) | Multicomponent responsive laser type gas analyzer | |
| RU2694461C1 (en) | Remote optical absorption laser gas analyzer with radiation wavelength in the region of 1_6 mcm (2 versions), method of its implementation and a fiber-optic raman amplifier for a remote optical absorption laser gas analyzer with radiation wavelength in the region of 1_6 mcm | |
| CN110031426A (en) | A kind of the escaping of ammonia analyzer and analysis method based on multi beam light source off-axis integrated chamber output spectrum technology | |
| US20230280365A1 (en) | Synchronous Measurement System for Velocity and Temperature of Engine Plume Flow Field | |
| US10302558B2 (en) | Gas analysis system and boiler | |
| JP2703835B2 (en) | Gas concentration measuring method and its measuring device | |
| Wang et al. | Simultaneous measurement of temperature and water concentration using a novel laser dispersion spectrum extraction method immune to carrier phase variation | |
| Buric et al. | Raman sensing of fuel gases using a reflective coating capillary optical fiber | |
| KR100481429B1 (en) | Method of semiconductor diode laser photo-analysis | |
| JP2540670B2 (en) | Multi-type gas detector using optical fiber | |
| Song et al. | An optical sensor for hydrogen sulfide detection in open path using WMS-2 f/1 f technique | |
| Ahlberg et al. | Industrialized high-sensitivity fiber optic near-IR diode-laser-based gas analysis system | |
| Yu et al. | Long-distance in-situ near-infrared gas sensor system using a fabricated fiber-coupled Herriott cell (FC-HC) operating within 1.5–2.3 μm | |
| CN113640248A (en) | In-situ monitoring method for gas multi-component concentration | |
| He et al. | Study on mash gas monitoring with distributed multipoint fiber optic sensors system in coal mine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120308 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130111 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |