KR100822365B1 - 아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법을 이용한 유동장 내의 유동체 농도 분포 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법을 이용한 유동장 내의 유동체 농도 분포 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면 레이저 유도 형광 기법(Planar Laser Induced Fluorescence, 이하 'PLIF'라 한다)을 이용한 유동장 내의 유동체 농도 분포 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표준 시편에 의한 아세톤 PLIF 신호 세기를 이용하여 유동장 내의 임의의 지점에서의 유동체 농도의 산출이 가능한 유동체 농도 분포 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 아세톤의 농도 분포에 대한 아세톤 PLIF 신호의 세기를 일일이 파악하지 아니하고, 하나의 표준 시편에 대한 아세톤 PLIF 신호의 세기 만을 측정하여 전체적인 아세톤 PLIF 데이터를 정량화할 수 있다.
평면 레이저 유도 형광, PLIF, 농도 분포, 표준 시편, 광 분할부(splitter)

Description

아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법을 이용한 유동장 내의 유동체 농도 분포 측정 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING CONCENTRATION OF FLUID BY USING ACETONE PLANAR LASER INDUCED FLUORESCENCE}
도 1은 종래 기술에 의한 아세톤 PLIF 기법에 의한 유동체 농도 분포 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 아세톤 PLIF 를 이용한 유동체 농도 분포 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법을 이용한 농도 분포 측정 장치를 이용하여 유동체 농도 분포를 측정한 것을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
130: 유동체 공급 모듈 210: 제1 형광 화상 처리부
211: 제1 카메라 212: 제1 광 필터
213, 223: 카메라 컨트롤러부 220: 제2 형광 화상 처리부
221: 제2 카메라 222: 제2 광 필터
230: 광원 모듈 240: 광학 모듈 241: 광 분할부 242: 렌즈부
243: 미러부 250: 표준 시편
본 발명은 평면 레이저 유도 형광 기법(Planar Laser Induced Fluorescence, 이하 'PLIF'라 한다)을 이용한 유동장 내의 유동체 농도 분포 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표준 시편에 의한 아세톤 PLIF 신호 세기를 이용하여 유동장 내의 임의의 지점에서의 유동체 농도의 산출이 가능한 유동체 농도 분포 측정 장치에 관한 것이다.
형광(fluorescence)은 원자, 분자 또는 라디칼(radical)의 에너지 준위가 들뜬상태에서 바닥상태(ground state)로 전이되는 과정에서 광자를 방출하는 현상으로, 에너지 준위를 들뜬상태로 만들기 위해서는 가열, 화학반응, 또는 광자의 흡수 등 바닥상태의 원자, 분자 또는 라디칼 등에 적절한 에너지가 공급되어야 한다. 이때 레이저로부터 공급된 광자를 흡수하여 들뜬 원자, 분자 또는 라디칼 등이 자발방출(spontaneous emission)의 과정을 통하여 광자를 방출하는 현상을 레이저 유도 형광(LIF, Laser Induced Fluorescence)이라고 한다. 평면 레이저 유도 형광(PLIF)은 분광학적 기본 원리가 LIF 와 동일하며 단지 측정 영역이 2차원으로 확정된 것으로, 고성능 레이저의 개발과 최근에 급속히 발달한 CCD 소자 및 MCP(multichannel plate) 기술로 개발된 ICCD(Intensified charge coupled device) 카메라와 더불어 발전하였다.
아세톤(Dimethyl ketone, or 2-Propanone; CH3-CO-CH3)은 분자량이 58.08이고, 정상 조건에서 비중이 0.79인 투명한 액체이다. 녹는점은 -95℃, 끓는점은 56℃, 자동점화온도는 465℃로 인화성이 강하며, 높은 증기압을 가지고 있어서, 상온(20℃)에서 최고 30% 몰 분률(mole fraction)의 시딩 밀도(seeding density)를 나타낸다. 또한 형광효울(fluorescence efficiency)는 0.2이고, 4ns 이내의 짧은 수명을 갖는다. 레이저 광의 흡수 파장대는 225~320nm에 걸쳐 있으며 270~280nm 사이에 최고값을 가진다.
도 1은 종래 기술에 의한 아세톤 PLIF 기법에 의한 유동체 농도 분포 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 아세톤 PLIF 기법에 의한 유동체 농도 분포 측정 장치는 광원(111)에서 레이저 광을 출력하고, 상기 레이저 광은 광학계(112)를 거쳐 평면 레이저 광으로 변환 후, 농도분포를 측정하고자 하는 유동체 A와 아세톤(유동체 B)의 혼합 유동체가 존재하는 유동장(140)에 상기 평면 레이저 광을 조사하고, 유동장(140)에서 출력되는 아세톤 PLIF 신호를, 상기 아세톤 PLIF 신호에서 산란신호를 분리하기 위한 광 필터(122)를 장착한 카메라부(121)를 통하여 측정된다. 상기 아세톤 PLIF 신호는 소정의 보정과정을 통하여 상기 유동체의 농도 분포가 카메라 컨트롤러(camera controller, 123)를 통하여 측정되어 소정의 디스플레이 수단으로 출력된다.
그러나, 종래의 아세톤 PLIF 기법에 의한 유동체 농도 분포 측정 장치에서 얻어진 상기 아세톤 PLIF 신호는 정성적인(qualitative) 혼합을 나타내는 이것을 정량적인 농도 분포를 확인하기 위해서는 신호 처리 과정을 거쳐야 하고, 상기 아세톤 PLIF 신호로부터 상기 신호 처리 과정을 거쳐서 얻어지는 결과도 상기 아세톤 PLIF 신호로부터 도출되는 세기 맵(intensity map) 형식으로 얻어지는 것이 보통이다. 상술한 세기 맵 형식의 농도 분포 측정은 측정 시 마다 상기 보정을 위한 여러 개의 표준 시편(standard specimen)이 필요하므로, 시간, 인력, 재원 면에서 많은 경제적인 투자가 필요하다.
또한, 종래의 보정 작업에서는 레이저 펄스마다 레이저 에너지의 변화, 레이저 평면 광의 공간적인 불균일, 가시화창의 곡률에 의한 왜곡, ICCD 카메라각 CDD 소자(element)의 감도(sensitivity) 차이 그리고, 아세톤 첨가제 외의 다른 원인에 의한 형광 등으로 인하여 보정 시 고려되어야 하는 많은 요소들로 인하여, 측정된 상기 농도 분포 맵의 신뢰성에 문제가 생기는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 단순화된 정량화 기법을 제공하는 아세톤 평면 레이저 형광 기법을 이용한 유동체 농도 분포 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 아세톤의 농도 분포에 대한 아세톤 PLIF 신호의 세기를 일일이 파악하지 아니하고, 하나의 표준 시편에 대한 아세톤 PLIF 신호의 세기 만을 측정하여 전체적인 아세톤 PLIF 데이터를 정량화하는 유동체 농도 분포 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 선정된 농도에서의 표준 시편 하나에 대한 보정 측정만으로도 아세톤 PLIF 신호의 정량화를 수행할 수 있는 유동체 농도 분포 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법(Acetone Planar Laser Induced Fluorescence, Acetone PLIF)을 이용한 유동체(fluid) 농도 분포 측정 장치에 있어서, 측정하고자 하는 유동체를 저장하고, 측정 시 상기 유동체 및 아세톤의 혼합 유동체를 유동장 내로 공급하는 유동체 공급 모듈; 레이저 광을 출력하는 광원 모듈; 균일하게 분포된 아세톤을 포함하는 표준 시편(standard specimen); 상기 출력된 레이저 광을 제1 레이저 광과 제2 레이저 광으로 분할(split)하고, 분할된 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 각각 제1 평면 레이저 광 및 제2 평면 레이저 광으로 변환하여 상기 제1 평면 레이저 광을 상기 표준 시편으로 조사되도록 하고, 상기 제2 평면 레이저 광을 상기 유동장으로 조사되도록 하는 광학 모듈; 및 상기 표준 시편의 제1 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하는 제1 형광 화상 처리부 및 상기 유동장의 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하는 제2 형광 화상 처리부를 포함하는 형광 화상 처리 모듈을 포함하고, 상기 형광 화상 처리 모듈은 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 기초로 하여 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 보정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일측에 따르면, 아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법을 이용한 농도 분포 측정 장치를 이용하여 유동체 농도 분포 측정 방법에 있어서, 선정된 농도를 갖고 균일하게 분포된 아세톤을 포함하는 표준 시편을 준비하는 단계; 유동체 공급 모듈로부터 측정 대상 유동체 및 아세톤이 공급되고 혼합되어 유동장 내로 혼합 유동체가 공급되는 단계; 광원 모듈로부터 출력된 레이저 광을 제1 레이저 광과 제2 레이저 광으로 분할(split)하고, 분할된 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 각각 제1 평면 레이저 광 및 제2 평면 레이저 광으로 변환하여 상기 제1 평면 레이저 광을 상기 표준 시편으로 조사하고, 상기 제2 평면 레이저 광을 상기 유동장으로 조사하는 단계; 및 상기 표준 시편의 제1 평면 레이저 유도 형광 신호 및 상기 유동장의 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동체의 농도 분포 측정 방법이 제공된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 아세톤 PLIF 를 이용한 유동체 농도 분포 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다. 본 발명의 유동체 농도 분포 측정 장치는 유동체 공급 모듈(130), 유동장(140), 형광 화상 처리 모듈, 광원 모듈(230), 광학 모듈(240), 및 표준 시편(250)을 포함한다.
유동체 공급 모듈(130)은 측정하고자 하는 유동체를 저장하는 연료탱크(131)와 측정시 상기 유동체와 혼합될 아세톤을 저장하는 아세톤 탱크(132)를 포함하고, 측정 시 상기 유동체 및 상기 아세톤의 혼합 유동체를 유동장(140) 내로 공급한다.
유동장(140)은 연료탱크(131)에 저장된 측정하고자 하는 상기 유동체와 아세톤 탱크(132)에서의 아세톤이 혼합되어 상기 혼합 플로이드가 위치하고 평면 레이저 광의 조사를 받기 위한 공간이다.
광원 모듈(230)은 레이저 광을 출력하고, 본 발명의 광원 모듈(230)에서 출력되는 상기 레이저 광은 네오디뮴-이트륨 알루미늄 석류석(Nd-YAG) 레이저 광(266nm) 일 수 있다. 그러나 본 발명의 광원 모듈은 상기 Nd-YAG 레이저 광에 한정되지 아니하고, 상기 아세톤이 흡수되는 레이저 광 파장 대인 225~320nm 의 파장 내의 레이저이면 적용 가능하다. 예를 들면 KrF 엑시머(excimer) 레이저(248nm)도 사용 가능하다.
광학 모듈(240)은 상기 평면 레이저 광의 경로를 이동하기 위한 미러부(243), 광원 모듈(230)로부터 출력된 상기 레이저 광을 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광으로 분할하기 위한 광 분할부(splitter, 241), 및 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 각각 상기 제1 평면 레이저 광 및 상기 제2 평면 레이저 광으로 변환하기 위한 렌즈부(242)를 포함할 수 있다. 즉 광학 모듈(240)은 광원 모듈(230)에서 출력된 상기 레이저 광을 제1 레이저 광과 제2 레이저 광으로 분할하고, 분할된 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 각각 제1 평면 레이저 광 및 제2 평면 레이저 광으로 변환하여 상기 제1 평면 레이저 광을 표준 시편(250)으로 조사되도록 하고, 상기 제2 평면 레이저 광을 유동장(140)으로 조사되도록 한다. 표준 시편(250)으로 조사된 상기 제1 평면 레이저 광은 표준 시편(250)에 포함된 아세톤 분자를 여기시킨다. 표준 시편(250)은 그 내부의 선정된 농도를 갖는 아세톤을 포함하고, 그 내부에 상기 아세톤이 균일하게 분포된 기체를 포함하며, 광학적으로는 곡면(curvature)이 없는 직육면체의 석영 셀(quartz cell)을 말한다.
또한, 렌즈부(242)는 원형 렌즈 또는 실린더형 렌즈로 구성되어 광원 모듈(230)에서 출력된 상기 레이저 광을 레이저 쉬트 빔(laser sheet beam)으로 만들 수 있다.
형광 화상 처리 모듈은 제1 형광 화상 처리부(210), 제2 형광 화상 처리부(220)를 포함하고, 제1 형광 화상 처리부(210)는 표준 시편(250)의 제1 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하고, 제2 형광 화상 처리부(220)는 유동장(140)의 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정한다. 상기 형광 화상 처리 모듈은 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 기초로 하여 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 보정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정한다. 구체적으로는 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 상기 분포를 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 상기 분포로 나누어 보정한 후 상기 보정 프로세스를 통하여 측정하고자 하는 유동체의 농도 분포의 측정이 가능하다.
종래에는 레이저 펄스마다 레이저 에너지의 변화, 레이저 평면 광의 공간적인 불균일, 가시화창의 곡률에 의한 왜곡, ICCD 카메라각 CDD 소자(element)의 감도(sensitivity) 차이 그리고, 아세톤 첨가제 외의 다른 원인에 의한 형광 등으로 인하여 보정 시 고려하여야 하는 보정 인자들이 다수가 존재하였으나, 본 발명의 아세톤 PLIF 를 이용한 농도 분포 측정 장치에서는 표준 시편(250)에 대한 아세톤 PLIF 신호의 분포를 사용하여 우선적으로 레이저 평면 광의 공간적인 불균일 및 ICCD 카메라의 소자별 감도 분포의 보정을 수행하고, 측정 대상의 유동체에 조사되는 평면 레이저 광은 동일한 광원 모듈(230)에서 분할된 광이므로 표준 시편(250)에 대한 아세톤 PLIF 신호 세기를 사용하여 유동장(140)의 아세톤 PLIF 신호 세기 변화의 보정이 가능하다.
즉, 종래에는 (1) 상기 레이저 광을 조사하기 전에 상기 혼합 유동체와 동일한 성분의 혼합 유동체를 표준 시편과 같은 석영 셀에 충전시키고, (2) 상기 석영 셀 내의 혼합 유동체를 향하여 상기 평면 레이저 광을 조사하여 상기 혼합 유동체의 PLIF 신호 분포를 측정하며, (3) 상기 레이저 광을 조사한 후에 측정 대상 유동체의 최종 PLIF 신호를 측정하고, (4) 미리 측정된 상기 석영 셀의 PLIF 신호 분포를 기초로 하여 상기 최종 PLIF 신호를 보정하는 방식을 채용하였기 때문에, 상술한 보정 프로세스에서 생길 수 있는 보정 인자들이 다수 존재하였으나, 본 발명에 따른 아세톤 PLIF 를 이용한 농도 분포 측정 장치에서는 표준 시편(250)에 대한 아세톤 PLIF 신호의 분포를 사용하여 우선적으로 레이저 평면 광의 공간적인 불균일 및 ICCD 카메라의 소자별 감도 분포 만의 보정을 수행 만으로도, 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 상기 분포를 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 상기 분포로 나누어 보정한 후 유동장(140)의 아세톤 PLIF 신호 세기 변화의 보정이 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 형광 화상 처리 모듈은 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하는 제1 카메라(211), 및 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하기 위한 제2 카메라(221)를 포함하는 카메라부, 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호 및 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 디스플레이하고, 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호에 기초한 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 보정을 제어하는 카메라 컨트롤러부(213, 223)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 카메라부는 각각 상기 제1 평면 레이저 유도 형광(PLIF) 신호의 제1 산란신호를 분리 또는 제거하기 위한, 상기 제1 카메라에 장착되는 제1 광 필터(212), 및 상기 제2 평면 레이저 유도 형광(PLIF) 신호의 제2 산란신호를 분리 또는 제거하기 위한, 상기 제2 카메라에 장착되는 제2 광 필터(222)를 포함하는 광 필터부를 더 포함할 수도 있다. 또한, 상기 카메라부는 ICCD(Intensified Charge Coupled Device) 카메라로 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 상기 형광 화상 처리 모듈(도시되지 아니함) WG305, 화상 취득 보드(image grabber), 딜레이 생성기(delay generator), 및 자외선 필터 등을 더 포함할 수도 있다. 이러한 설계 변경은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다고 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법을 이용한 농도 분포 측정 장치를 이용하여 유동체 농도 분포를 측정한 것을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우선 선정된 농도를 갖고 균일하게 분포된 아세톤을 포함하는 기체로 이루어진 표준 시편을 준비한다(단계(310)). 표준 시편은 그 내부의 선정된 농도를 갖는 아세톤을 포함하고, 그 내부에 상기 아세톤이 균일하게 분포된 기체를 포함하며, 광학적으로는 곡면이 없는 직육면체의 석영 셀임은 상술한 바와 같다.
다음으로, 유동체 공급 모듈로부터 측정 대상 유동체 및 아세톤이 공급되고 혼합되어 유동장 내에 혼합 유동체가 공급된다(단계(320)). 유동체 공급 모듈은 측정하고자 하는 유동체를 저장하는 연료탱크)와 측정 시 상기 유동체와 혼합될 아세톤을 저장하는 아세톤 탱크를 포함할 수 있고, 측정 시 상기 유동체 및 상기 아세톤의 상기 혼합 유동체를 상기 유동장 내로 공급한다.
이후, 광원 모듈로부터 출력된 레이저 광을 광학 모듈의 광 분할부가 제1 레이저 광과 제2 레이저 광으로 분할하고, 분할된 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광은 광학 모듈의 렌즈부 및 슬릿(slit) 등에 의해서 각각 제1 평면 레이저 광 및 제2 평면 레이저 광으로 변환한다(단계(330)). 다음으로, 변환된 상기 제1 평면 레이저 광 및 상기 제2 평면 레이저 광은 광학 모듈의 미러부에 의해 각각 상기 표준 시편 및 상기 유동장으로 조사된다(단계(340)).
이후, 상기 표준 시편의 제1 평면 레이저 유도 형광 신호 및 상기 유동장의 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하게 된다(단계(350)). 즉, 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 기초로 하여 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 보정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하고, 구체적으로는 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 상기 분포를 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 상기 분포로 나누어 보정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정한다. 본 발명에 따르면, 선정된 농도에서의 표준 시편 하나에 대한 보정 측정으로도 아세톤 PLIF 신호의 정량화를 수행할 수 있는 유동체 농도 분포 측정 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법을 이용한 농도 분포 측정 장치를 이용하여 유동체 농도 분포 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 계층으로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명에 의하면, 단순화된 정량화 기법을 제공하는 아세톤 평면 레이저 형광 기법을 이용한 유동체 농도 분포 측정 장치 및 그 방법이 제공된다.
또한 본 발명에 의하면, 아세톤의 농도 분포에 대한 아세톤 PLIF 신호의 세기를 일일이 파악하지 아니하고, 하나의 표준 시편에 대한 아세톤 PLIF 신호의 세기 만을 측정하여 전체적인 아세톤 PLIF 데이터를 정량화하는 유동체 농도 분포 측정 장치 및 그 방법이 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 선정된 농도에서의 표준 시편 하나에 대한 보정 측정만으로도 아세톤 PLIF 신호의 정량화를 수행할 수 있는 유동체 농도 분포 측정 방법이 제공된다.

Claims (12)

  1. 아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법(Acetone Planar Laser Induced Fluorescence, Acetone PLIF)을 이용한 유동체(fluid) 농도 분포 측정 장치에 있어서,
    측정하고자 하는 유동체를 저장하고, 측정 시 상기 유동체 및 아세톤의 혼합 유동체를 유동장 내로 공급하는 유동체 공급 모듈;
    레이저 광을 출력하는 광원 모듈;
    균일하게 분포된 아세톤을 포함하는 표준 시편(standard specimen);
    상기 출력된 레이저 광을 제1 레이저 광과 제2 레이저 광으로 분할(split)하고, 분할된 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 각각 제1 평면 레이저 광 및 제2 평면 레이저 광으로 변환하여 상기 제1 평면 레이저 광을 상기 표준 시편으로 조사되도록 하고, 상기 제2 평면 레이저 광을 상기 유동장으로 조사되도록 하는 광학 모듈; 및
    상기 표준 시편의 제1 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하는 제1 형광 화상 처리부 및 상기 유동장의 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하는 제2 형광 화상 처리부를 포함하는 형광 화상 처리 모듈
    을 포함하고,
    상기 형광 화상 처리 모듈은
    상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 기초로 하여 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 보정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광 화상 처리 모듈은 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 상기 분포를 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 상기 분포로 나누어 보정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표준 시편은 선정된 농도를 갖는 아세톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광은 네오디뮴-이트륨 알루미늄 석류석(Nd-YAG) 레이저 광인 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광학 모듈은
    상기 제1 평면 레이저 광 및 제2 평면 레이저 광의 경로를 이동하기 위한 미러부;
    상기 광원 모듈로부터 출력된 상기 레이저 광을 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광으로 분할하기 위한 광 분할부(splitter); 및
    상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 각각 상기 제1 평면 레이저 광 및 상기 제2 평면 레이저 광으로 변환하기 위한 렌즈부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 렌즈부는 원형 렌즈 또는 실린더형 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형광 화상 처리 모듈은
    상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하는 제1 카메라, 및 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하기 위한 제2 카메라를 포함하는 카메라부; 및
    상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호 및 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 디스플레이하고, 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호에 기초한 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 보정을 제어하는 카메라 컨트롤러부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카메라부는 상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 제1 산란신호를 분리하기 위한, 상기 제1 카메라에 장착되는 제1 광 필터, 및 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 제2 산란신호를 분리하기 위한, 상기 제2 카메라에 장착되는 제2 광 필터를 포함하는 광 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 카메라부는 ICCD(Intensified Charge Coupled Device) 카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 장치.
  10. 아세톤 평면 레이저 유도 형광 기법을 이용한 농도 분포 측정 장치를 이용하여 유동체 농도 분포 측정 방법에 있어서,
    선정된 농도를 갖고 균일하게 분포된 아세톤을 포함하는 표준 시편을 준비하는 단계;
    유동체 공급 모듈로부터 측정 대상 유동체 및 아세톤이 공급되고 혼합되어 유동장 내로 혼합 유동체가 공급되는 단계;
    광원 모듈로부터 출력된 레이저 광을 제1 레이저 광과 제2 레이저 광으로 분할(split)하고, 분할된 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 각각 제1 평면 레이저 광 및 제2 평면 레이저 광으로 변환하여 상기 제1 평면 레이저 광을 상기 표준 시편으로 조사하고, 상기 제2 평면 레이저 광을 상기 유동장으로 조사하는 단계; 및
    상기 표준 시편의 제1 평면 레이저 유도 형광 신호 및 상기 유동장의 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동체의 농도 분포 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 표준 시편의 제1 평면 레이저 유도 형광 신호 및 상기 유동장의 제2 평면 레이저 유도 형광 신호를 측정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하는 상기 단계는,
    상기 제1 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 기초로 하여 상기 제2 평면 레이저 유도 형광 신호의 분포를 보정하여 상기 유동체의 농도 분포를 측정하는 단계인 것을 특징으로 하는 유동체 농도 분포 측정 방법.
  12. 제10항 및 제11항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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