KR100707066B1 - 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치 - Google Patents
레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 채취된 수질 분석 시료에 레이저를 조사하고 조사된 레이저에 의해 분석 시료에 포함되어 있는 입자성 물질이 분해되면서 발생되는 음파를 측정하여 수질 분석 시료에 포함되어 있는 물질의 농도를 측정할 수 있도록 하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치에 관한 것으로서, 일정한 주파수를 가는 레이저를 발생시켜 출력하는 레이저 발생기(1), 상기 레이저 발생기(1)의 레이저 진행 경로상에 설치되어 조사되는 레이저의 출력을 일정한 수준으로 제어하여 통과시키는 출력 제어부(2), 상기 출력 제어부(2)를 통해 출력되는 레이저의 경로를 2곳으로 분산시키는 빔 스플리터(4), 상기 빔 스플리터(4)에서 분산된 일측의 레이저의 출력 정도를 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 측광부(5), 레이저의 경로상에 위치되고 측정 대상인 용수가 저장되는 시료셀(7), 상기 빔 스플리터(4)에서 분산된 일측의 레이저를 상기 시료셀(7)로 집광하는 집광부(6), 상기 집광부(6)를 통과한 레이저를 흡수하여 외부로 누광되지 않도록 하는 차광부(8), 상기 시료셀(7)에 설치되고 시료셀(7)에서의 발생되는 음향을 측정하고 해당하는 신호를 출력하는 음향 측정부(9), 상기 구성요소에서 출력되는 신호를 입력받아 미립자 농도를 계산하고 기기 제어 신호를 출력하는 제어부(10)로 구성된다.
레이저, 입자, 검출
Description
도 1는 본 발명에 의한 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치의 일실시예의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에서 사용하는 시료셀의 구성을 나타내는 분해 사시도.
도 3은 본 발명에서 사용하는 출력 제어부의 구성을 나타내는 분해 사시도.
도 4는 본 발명에서 음향신호 발생 횟수에 따른 농도를 나타내는 그래프.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1 : 레이저 발생기 2 : 출력 제어부
4 : 빔 스플리터 5 : 측광부
6 : 집광부 7 : 시료셀
8 : 차광부 9 : 음향 측정부
10 : 제어부
본 발명은 채취된 수질 분석 시료에 레이저를 조사하고 조사된 레이저에 의 해 분석 시료에 포함되어 있는 입자성 물질이 분해되면서 발생되는 음파를 측정하여 수질 분석 시료에 포함되어 있는 물질의 농도를 측정할 수 있도록 하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치에 관한 것이다.
화력 발전소의 터빈에서 사용되는 용수에 부유하고 있는 불순물과 같은 미립자의 농도를 측정하기 위해서 기존에는 여과지에 일정량의 수분을 통과시킨 후, 여과지에 남아있는 미립자의 양을 측정하여 미립자의 농도를 측정하였다. 측정된 미립자의 농도가 높은 경우에는 터빈 용수로의 사용이 적합하지 않으므로 용수를 교체하는 작업을 진행하게 된다.
이때 화력 발전소의 터빈 용수에 존재하는 입자성 부식 생성물은 저농도로 존재하기 때문에 여과지를 사용하여 미립자의 농도를 측정하는 방법을 사용하는 경우는 하루 이상의 시료 채취 시간을 필요로 하고, 시료의 채취가 종료된 후에는 여과지에 남겨져 있는 시료의 양을 분석하기 위한 시간을 필요로 하기 때문에, 용수에 포함되어 있는 미립자의 농도를 측정하고 측정된 농도에 따른 조치를 취하기까지 많은 시간이 소모되어 효율적인 화력 발전소 용수의 관리에 문제점으로 지적되고 있다.
또한, 순수제조설비로부터 유출되는 콜로이드상 실리카는 보일러 튜브에서 스케일을 형성하여 열효율을 낮추고 증기터빈에 부착되는 경우에는 진동 발생으로 출력저하의 원인 물질이었으나, 입자가 작고 저농도의 콜로이드상 실리카 농도를 실시간으로 감시할 수 있는 기술이 없었다.
광산란법에 의한 입도분석 기술은 수중의 미립자 물질양이 높아야 하고, 입 자 크기도 0.02μm 이상인 경우에만 검출이 가능한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화력 발전소의 터빈 용수에 레이저를 조사하고 조사된 레이저에 의해 미립자가 분해되면서 발생되는 음향 신호를 검출하여 검출된 값에 의해 터빈 용수의 미립자 농도를 측정하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1는 본 발명에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치의 일실시예의 구성을 나타내는 도면으로서, 일정한 주파수를 가는 레이저를 발생시켜 출력하는 레이저 발생기(1), 상기 레이저 발생기(1)의 레이저 진행 경로상에 설치되어 조사되는 레이저의 출력을 일정한 수준으로 제어하여 통과시키는 출력 제어부(2), 상기 출력 제어부(2)를 통해 출력되는 레이저의 경로를 2곳으로 분산시키는 빔 스플리터(4), 상기 빔 스플리터(4)에서 분산된 일측의 레이저의 출력 정도를 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 측광부(5), 레이저의 경로상에 위치되고 측정 대상인 용수가 저장되는 시료셀(7), 상기 빔 스플리터(4)에서 분산된 일측의 레이저를 상기 시료셀(7)로 집광하는 집광부(6), 상기 집광부(6)를 통과한 레이저를 흡수하여 외부로 누광되지 않도록 하는 차광부(8), 상기 시료셀(7)에 설치되고 시료셀(7)에서의 발생되는 음향을 측정하고 해당하는 신호를 출력하는 음향 측정부(9), 상기 구성요소에서 출력되는 신호를 입력받아 미립자 농도를 계산하고 기기 제어 신호를 출력하는 제어부(10)로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 출력 제어부(2)는 원반형태로 형성되고 중심축을 기준으로 회전하며 위치에 따라 농도가 변화되는 가변형 감광 필터로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 출력 제어부(2)는 원반형태로 형성되고 중심축을 기준으로 회전하는 편광 필터인 것이 바람직하다.
상기 시료셀(7)은 직육면체 형태로 형성되고 시료로 사용되는 용수가 저장되는 본체(11), 상기 본체(11)의 상부에 위치되어 본체(11)를 밀봉하는 커버(12)로 구성되고, 상기 커버(12)에는 본체(11)의 내부로 새로운 수분이 유입되도록 하는 시료 유입관(13)과 본체(11) 내부의 수분을 외부로 유출시키는 시료 유출관(14)이 각각 설치되고, 상기 시료 유입관(13)과 시료 유출관(14)은 본체(11)의 내부에 서로 다른 높이로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 본체(11)는 석영 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
레이저 발생기(1)에 전원을 인가하여 레이저가 출력되도록 한다. 출력되는 레이저는 레이저의 경로상에 설치되어 있는 출력 제어부(2)를 통과하도록 한다. 이때 레이저 발생기(1)에서 출력되는 레이저는 일정한 주파수(예 5~30Hz)를 갖는 것이 바람직하다.
출력 제어부(2)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 원반형태로 형성되고 중심축에는 모터(M)의 동작에 의해 회전하는 가변형 감광 필터 또는 편광 필터로 구성되어 있어, 제어 신호에 따라 모터(M)가 동작하여 필터를 회전되면서 필터를 통과하는 레이저의 출력이 변화된다. 즉, 외부의 영향에 의해 레이저의 출력이 약화 되어 있는 경우에는 필터의 저농도 부분으로 레이저가 통과되도록 하여 레이저의 감광량이 저하되도록 하고 레이저의 출력이 강화되어 있는 경우에는 필터의 고농도 부분으로 레이저가 통과되도록 하여 레이저의 감광량이 증가되도록 하여 레이저의 출력이 일정하게 유지되도록 한다.
필터를 통과한 레이저는 레이저의 경로상에 설치되어 있는 빔 스플리터(beam splitter)(4)를 통과하도록 한다. 박막 유리 또는 프리즘과 같은 재질로 형성되어 있는 빔 스플리터(4)는 출력 제어부(2)를 통과하여 조사되는 레이저를 2개를 경로로 분산시켜 일측 경로로 분산된 레이저는 측광부(5)로 보내고, 타측 경로로 분산된 레이저는 후술하는 시료셀(7)로 보내도록 한다.
측광부(5)는 빔 스플리터(4)에 의해 분산된 레이저의 일측 경로상에 위치되어 있어 조사되는 레이저의 출력을 측정하고 측정된 값에 해당하는 신호를 출력하여 제어부(10)로 입력되도록 한다. 제어부(10)는 측광부(5)에서 입력되는 신호를 이용하여 레이저의 출력 정도가 변화되는 것이 감지되면 모터 제어 신호를 출력하여 출력 제어부(2)의 필터를 회전시켜 레이저의 출력이 항상 일정하도록 한다.
빔 스플리터(4)에서 분산된 레이저 중 타측 경로는 시료셀(7)로 조사된다. 이때 여러 경로를 거치 레이저는 분사되어 있으므로 효율적인 레이저 조사를 위해 레이저는 볼록 렌즈와 같은 구성 요소로 이루어진 집광부(6)를 통과하여 시료셀(7)로 조사된다.
시료셀(7)은 직육면체 형태로 형성되고 시료로 사용되는 용수가 저장되는 본체(11)와 본체(11)를 밀봉하는 커버(12)로 구성되어 있고, 커버(12)에는 본체(11) 의 내부로 새로운 수분이 유입되도록 하는 시료 유입관(13)과 본체(11) 내부의 수분을 외부로 유출시키는 시료 유출관(14)이 각각 설치되어 있다.
이때, 시료 유입관(13)의 출구와 시료 유출관(14)의 입구는 본체(11)의 내부에 서로 다른 높이로 형성되도록 한다. 시료 유입관(13)의 출구와 시료 유출관(14)의 입구가 동일한 위치로 형성되면 유입되는 용수의 미립자 농도를 측정하기 전에 시료 유출관을 통해 유출될 수 있으므로, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 서로 다른 높이로 형성되는 것이 필요하다.
또한, 시료셀(7)의 본체(11)는 레이저가 갖는 높은 에너지에 견딜 수 있도록 높은 경도를 갖고 투명한 석영으로 제작된다. 또한, 원통형으로 형성되는 경우 조사되는 레이저가 본체(11)의 형태에 의해 굴절 또는 왜곡될 수 있으므로 직육면체로 형성되는 것이 바람직하다.
본체(11)에 저장되어 있는 용수에 레이저가 조사되면 레이저에 의해 용수에 포함되어 이는 미립자들은 레이저의 에너지를 흡수하여 팽창되면서 분해된다. 이때 미립자의 분해 도중 발생되는 음향은 음향 측정부(9)에 의해 측정되고, 음향 측정부(9)는 측정된 음향에 해당하는 신호를 출력하고, 출력된 신호는 제어부(10)로 입력된다. 이때 측정되는 음향은 사람의 귀에 청취 가능한 수준이 아닌 미세한 음이므로 외부의 잡음이 들어오지 않도록 방음 처리를 필요로 한다.
한편 시료셀(7)을 통과한 레이저는 아직도 고출력 상태를 유지하고 있으므로 외부의 다른 물체로 조사되는 경우 안전 사고의 발생을 야기할 수 있으므로, 시료셀(7)의 후방에 위치되는 차광부(8)에 의해 차단되도록 한다.
이때 차광부(8)는 세라믹과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
제어부(10)는 음향 측정부(9)에서 입력되는 신호를 이용하여 다음과 같은 방식으로 농도를 측정하도록 한다.
도 4는 음향신호 발생 횟수에 따른 농도를 나타내는 그래프로서, 음향신호를 나타내는 Y 값은 다음의 [수학식 1]에 의해 계산된다. 즉, 시료셀에 도입된 레이저 펄스수에 대한 음향신호 발생 횟수의 비율(breakdown probability)을 측정하여 농도로 환산하였다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 화력 발전소의 터빈 용수에 레이저를 조사하고 조사된 레이저에 의해 미립자가 분해되면서 발생되는 음향 신호를 검출하여 검출된 값에 의해 터빈 용수의 미립자 농도를 실시간으로 측정하는 효과를 갖는다.
Claims (7)
- 삭제
- 일정한 주파수를 가는 레이저를 발생시켜 출력하는 레이저 발생기(1), 상기 레이저 발생기(1)의 레이저 진행 경로상에 설치되어 조사되는 레이저의 출력을 일정한 수준으로 제어하여 통과시키는 출력 제어부(2), 상기 출력 제어부(2)를 통해 출력되는 레이저의 경로를 2곳으로 분산시키는 빔 스플리터(4), 상기 빔 스플리터(4)에서 분산된 일측의 레이저의 출력 정도를 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 측광부(5), 레이저의 경로상에 위치되고 측정 대상인 용수가 저장되는 시료셀(7), 상기 빔 스플리터(4)에서 분산된 일측의 레이저를 상기 시료셀(7)로 집광하는 집광부(6), 상기 집광부(6)를 통과한 레이저를 흡수하여 외부로 누광되지 않도록 하는 차광부(8), 상기 시료셀(7)에 설치되고 시료셀(7)에서의 발생되는 음향을 측정하고 해당하는 신호를 출력하는 음향 측정부(9), 상기 구성요소에서 출력되는 신호를 입력받아 미립자 농도를 계산하고 기기 제어 신호를 출력하는 제어부(10)를 포함하여 이루어지며,상기 출력 제어부(2)는 원반형태로 형성되고 중심축을 기준으로 회전하며 위치에 따라 농도가 변화되는 가변형 감광 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치.
- 일정한 주파수를 가는 레이저를 발생시켜 출력하는 레이저 발생기(1), 상기 레이저 발생기(1)의 레이저 진행 경로상에 설치되어 조사되는 레이저의 출력을 일정한 수준으로 제어하여 통과시키는 출력 제어부(2), 상기 출력 제어부(2)를 통해 출력되는 레이저의 경로를 2곳으로 분산시키는 빔 스플리터(4), 상기 빔 스플리터(4)에서 분산된 일측의 레이저의 출력 정도를 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 측광부(5), 레이저의 경로상에 위치되고 측정 대상인 용수가 저장되는 시료셀(7), 상기 빔 스플리터(4)에서 분산된 일측의 레이저를 상기 시료셀(7)로 집광하는 집광부(6), 상기 집광부(6)를 통과한 레이저를 흡수하여 외부로 누광되지 않도록 하는 차광부(8), 상기 시료셀(7)에 설치되고 시료셀(7)에서의 발생되는 음향을 측정하고 해당하는 신호를 출력하는 음향 측정부(9), 상기 구성요소에서 출력되는 신호를 입력받아 미립자 농도를 계산하고 기기 제어 신호를 출력하는 제어부(10)를 포함하여 이루어지며,상기 출력 제어부(2)는 원반형태로 형성되고 중심축을 기준으로 회전하는 편광 필터인 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치.
- 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,상기 시료셀(7)은 직육면체 형태로 형성되고 시료로 사용되는 용수가 저장되는 본체(11), 상기 본체(11)의 상부에 위치되어 본체(11)를 밀봉하는 커버(12)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 본체(11)는 석영 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 커버(12)에는 본체(11)의 내부로 새로운 수분이 유입되도록 하는 시료 유입관(13)과 본체(11) 내부의 수분을 외부로 유출시키는 시료 유출관(14)이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 시료 유입관(13)의 출구와 시료 유출관(14)의 입구는 본체(11)의 내부에 서로 다른 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저에 의한 수중 입자성 물질 검출 장치.
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2005
- 2005-10-31 KR KR1020050103494A patent/KR100707066B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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