KR101076295B1 - In-situ stack gas analyzer - Google Patents

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KR101076295B1
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KR1020110062600A
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연규철
강순중
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동우옵트론 주식회사
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Abstract

본 발명은 덕트를 통해 외부로 배출되는 배출 가스를 측정하고 분석하는 인시츄 가스 측정 장치에 관한 것이다. 그 구성은; 일단은 덕트(D)의 측벽에 끼워져 고정되며 타단은 덕트(D)의 내부를 횡단하게끔 연장되는 기다란 파이프 형상으로서, 타단에는 제1반사경(111)이 설치되고, 중간에는 배출 가스가 수직으로 통과하는 곳으로서 가스측정영역이 되는 계측홀(112)이 마련되는 프로브(110); 상기 프로브(110)를 향해 빛을 조사하는 램프(121); 중심축(X)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 원판 형태로서 상기 램프(121)와 프로브(110) 사이에 위치되며, 입사되는 빛을 다양한 방식으로 조정하기 위해 원주방향을 따라 복수개의 빛조정부(125)가 설치되는 필터휠(122); 상기 필터휠(122)을 통과한 후 상기 프로브(110)의 제1반사경(11)에 반사된 빛을 수광함으로써 상기 덕트(D)를 통과하는 배출 가스를 분석하는 분광기(123); 상기 분광기(123)의 분광 성능을 교정하기 위한 것으로서, 질소, 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아와 같은 표준 가스가 상기 분광기(123)로 선택적으로 입사되도록 하는 교정부를 포함하되; 상기 교정부는 상기 램프(121)로부터 빛을 수광할 수 있도록 상기 필터휠(122)의 빛조정부(125) 중 일부를 구성하는 것으로서, 상기 표준 가스중 하나가 내부에 주입된 상태에서 밀봉되어 있는 1개 이상의 캡슐형 단위조정부; 상기 캡슐형 단위조정부로 입사되는 빛을 상기 분광기(123)로 안내하기 위한 빛안내수단을 포함하는 인시츄 가스 측정 장치에 있어서,
상기 빛안내수단은 중심축(X')을 중심으로 회전할 수 있게끔 상기 필터휠(122)의 후방에 설치되는 것으로서, 천공됨으로써 빛을 관통시키는 관통홀(141)과 제2반사경(142)이 구비된 원판 형태의 보조휠(140); 상기 제2반사경(142)에 의해 반사된 빛의 경로를 변경하여 상기 분광기(123)로 입사될 수 있도록 하는 빔스플릿터(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an in-situ gas measuring device for measuring and analyzing the exhaust gas discharged to the outside through the duct. Its composition; One end is fitted into the side wall of the duct (D) and the other end is an elongated pipe shape extending to cross the inside of the duct (D), the other end is provided with a first reflecting mirror 111, the middle of the discharge gas passes vertically A probe 110 having a measurement hole 112 serving as a gas measurement region; Lamp 121 for irradiating light toward the probe 110; The disk is rotatably installed around the central axis (X) is located between the lamp 121 and the probe 110, a plurality of light adjustment unit along the circumferential direction to adjust the incident light in various ways ( A filter wheel 122 on which 125 is installed; A spectrometer (123) for analyzing the exhaust gas passing through the duct (D) by receiving the light reflected by the first reflecting mirror (11) of the probe (110) after passing through the filter wheel (122); A calibration unit for calibrating the spectroscopic performance of the spectrometer 123, wherein a standard gas such as nitrogen, sulfur dioxide, nitrogen dioxide, nitrogen monoxide or ammonia is selectively incident on the spectrometer 123; The calibration unit constitutes a part of the light adjusting unit 125 of the filter wheel 122 to receive light from the lamp 121, and is sealed in a state in which one of the standard gases is injected therein. More than one capsule unit adjusting unit; In the in-situ gas measuring device comprising a light guide means for guiding the light incident to the capsule-type unit adjusting unit to the spectrometer 123,
The light guide means is installed at the rear of the filter wheel 122 to rotate about the central axis (X '), the through hole 141 and the second reflector 142 through which light is penetrated, Auxiliary wheel 140 of the disc shape provided; It characterized in that it comprises a beam splitter 130 for changing the path of the light reflected by the second reflector 142 to be incident to the spectrometer 123.

Description

인시츄 가스 측정 장치{In-Situ Stack Gas Analyzer}In-situ Stack Gas Analyzer

본 발명은 가스 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스택 덕트를 통해 외부로 배출되는 배출 가스를 측정하고 분석하는 분광기에 의한 측정값을 연속적으로 정교하게 교정할 수 있는 자동교정부가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a gas measuring apparatus, and more particularly, to an in-situ equipped with an automatic calibration unit capable of continuously and precisely correcting a measured value by a spectrometer for measuring and analyzing exhaust gas discharged to the outside through a stack duct. It relates to a gas measuring device.

인시츄(In-Situ) 가스 측정 장치는 산업용 스택 덕트(stack duct)를 통하여 외부로 배출되는 다양한 배출 가스의 성분을 현장에서 즉석으로 측정하고 분석하는 장치로서 통상 광학적 측정방식을 사용한다.In-situ gas measuring device is a device for measuring and analyzing various components of exhaust gas discharged to the outside through industrial stack duct on the spot and using optical measuring method.

종래의 자동교정부가 부착된 인시츄 가스 측정 장치는, 장기간 사용시 지속적으로 정교하게 측정 및 분석하기 위해서는 분광기의 주기적인 교정을 필요로 하게 되는데, 이러한 교정을 위해서는 자동교정부가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 핵심 구성요소인 분광기를 스택 덕트(이하, 단지 '덕트'라 한다)로부터 분리하여 이동하여야 하는 번거로움이 있고, 오프라인 상에서 교정하여야 하므로 배출 가스의 연속적인 측정 및 분석이 곤란하였다. The conventional in-situ gas measuring device equipped with automatic correction requires periodic calibration of the spectrometer in order to continuously measure and analyze it continuously for a long period of time. It was difficult to move the spectrometer, which is a key component of, from the stack duct (hereinafter, simply referred to as 'duct') and to move and to calibrate off-line, so that continuous measurement and analysis of the exhaust gas was difficult.

이러한 문제에 대하여 램프로부터 발광되는 빛을 프로브 또는 교정 셀로 선택적으로 가이드하여 덕트 내의 배출 가스를 연속적으로 정교하게 분석하고, 또한 제어부를 프로브 또는 덕트로부터 분리하지 않은 상태에서도 자동적으로 장치의 측정값을 교정할 수 있는 인시츄(In-Situ) 가스 측정 장치가 제안되기도 하였다. In response to this problem, the light emitted from the lamp can be selectively guided to the probe or calibration cell to continuously and precisely analyze the exhaust gas in the duct, and to automatically calibrate the measured values of the device without removing the control from the probe or duct. An in-situ gas measuring apparatus has been proposed.

도 1은 새롭게 제안된 인시츄(In-Situ) 가스 측정 장치의 개략 구성도이다. 램프(10)에서 발광된 빛은 회전 가능하게 설치되는 필터휠(20)에 의해 여러 가지 방식으로 처리되어 분광기(30)로 입사되어 신호처리기(40)에서 처리된다. 참고로 필터휠(20)은 원판 형태로서 원주방향을 따라 복수개의 빛조정부(21)가 설치된다. 처리 방식중 하나는 필터휠(20)을 그대로 통과하여 프로브(50)로 입사시키고, 프로브(50) 끝단에 설치된 제1반사경(51)에 반사되어 돌아오면서 가이드수단(60, 예를 들어 빔스플릿)을 거쳐 분광기(30)로 입사되도록 하는 것이다. 이 방식(mode)은 프로브(50)의 가스측정영역인 계측홀(52)을 수직방향으로 통과하는 배출 가스를 분석하기 위한 것이다. 1 is a schematic configuration diagram of a newly proposed In-Situ gas measuring apparatus. The light emitted from the lamp 10 is processed in various ways by the filter wheel 20 which is rotatably installed and is incident on the spectrometer 30 and processed by the signal processor 40. For reference, the filter wheel 20 has a disc shape, and a plurality of light adjusting units 21 are installed along the circumferential direction. One of the processing methods passes through the filter wheel 20 as it is and enters the probe 50, and is reflected back to the first reflector 51 installed at the end of the probe 50 to guide the means 60 (for example, a beam split). It is to be incident to the spectrometer 30 through the (). This mode is for analyzing the exhaust gas passing vertically through the measurement hole 52 which is the gas measurement region of the probe 50.

다른 방식은 별도의 제3반사경(70)을 통해 빛을 교정 셀(80)로 입사시키는 것이다. 교정 셀(80)에는 질소 가스 등의 표준 가스가 계측홀(52)에 따라 규정되는 양만큼 선택적으로 주입된다. 교정 셀(80)에 입사된 빛으로 하여금 제2반사경(81)에 반사되어 제3반사경(70)과 가이드수단(60)을 거쳐 분광기(30)로 입사되도록 하는 것이다. 이 방식은 분광기(30)를 교정하는 모드로서 이종(異種)의 표준 가스가 교정 셀(80)로 교차 주입되는 과정을 밟는다. Another way is to inject light into the calibration cell 80 through a separate third reflector 70. The calibration cell 80 is selectively injected with a standard gas such as nitrogen gas in an amount defined by the measurement hole 52. The light incident on the calibration cell 80 is reflected by the second reflector 81 to be incident on the spectrometer 30 via the third reflector 70 and the guide means 60. This method is a mode for calibrating the spectrometer 30 to undergo a process of cross-injection of heterogeneous standard gases into the calibration cell 80.

위에 개략적으로 설명된 교정부는 매우 효과적이지만, 교정과정에서 빛의 경로가 너무 복잡하여 측정시 오차가 생길 수 있다는 문제점을 가지고 있다. 즉 램프(10)를 떠난 빛은 제3반사경(70), 제2반사경(81), 제3반사경(70) 및 가이드수단(60)을 순차적으로 거친 후 분광기(30)에 입사되므로 제3반사경에 생길 수 있는 작은 문제점은 2배 이상 확대되게 된다. Although the calibration section outlined above is very effective, there is a problem in that the path of light is too complicated in the calibration process, so that an error may occur in the measurement. That is, the light leaving the lamp 10 passes through the third reflecting mirror 70, the second reflecting mirror 81, the third reflecting mirror 70, and the guide means 60, and then enters the spectrometer 30. Small problems that can occur are more than doubled.

다른 문제점은 가스를 교정 셀(80)로 교체하며 주입(및 배출)하는데 시간을 필요로 하므로 교정 작업이 더디다는 것이다.
Another problem is that the calibration operation is slow because the gas is replaced with the calibration cell 80 and requires time for injection (and discharge).

위와 같은 문제에 대하여 본 발명은 덕트를 통해 외부로 배출되는 배출 가스를 분석하는 분광기를 연속적으로 정교하게 교정할 수 있는 인시츄 가스 측정 장치를 제공하되, 한걸음 더 나아가 오차의 가능성을 줄여 더욱 정밀한 측정 내지 교정을 할 수 있으며 작업시간을 단축시킬 수 있으며 내구성이 향상된 인시츄 가스 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
In order to solve the above problems, the present invention provides an in-situ gas measuring device that can continuously and precisely calibrate a spectrometer that analyzes exhaust gas discharged to the outside through a duct, but more precisely by reducing the possibility of error. It is an object of the present invention to provide an in-situ gas measuring device which can be calibrated, shortens working time and improves durability.

상기한 목적은; 덕트(D) 내부를 통과하는 배출 가스를 측정하는 것으로 일단은 덕트(D)의 측벽에 끼워져 고정되며 타단은 덕트(D)의 내부를 횡단하게끔 연장되는 기다란 파이프 형상으로서, 타단에는 제1반사경(111)이 설치되고, 중간에는 배출 가스가 수직으로 통과하는 곳으로서 가스측정영역이 되는 계측홀(112)이 마련되는 프로브(110); 상기 프로브(110)를 향해 빛을 조사하는 램프(121); 중심축(X)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 원판 형태로서 상기 램프(121)와 프로브(110) 사이에 위치되며, 입사되는 빛을 다양한 방식으로 조정하기 위해 원주방향을 따라 복수개의 빛조정부(125)가 설치되는 필터휠(122); 상기 필터휠(122)을 통과한 후 상기 프로브(110)의 제1반사경(11)에 반사된 빛을 수광함으로써 상기 덕트(D)를 통과하는 배출 가스를 분석하는 분광기(123); 상기 분광기(123)의 분광 성능을 교정하기 위한 것으로서, 질소, 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아와 같은 표준 가스가 상기 분광기(123)로 선택적으로 입사되도록 하는 교정부를 포함하되; 상기 교정부는 상기 램프(121)로부터 빛을 수광할 수 있도록 상기 필터휠(122)의 빛조정부(125) 중 일부를 구성하는 것으로서, 상기 표준 가스중 하나가 내부에 주입된 상태에서 밀봉되어 있는 1개 이상의 캡슐형 단위조정부; 상기 캡슐형 단위조정부로 입사되는 빛을 상기 분광기(123)로 안내하기 위한 빛안내수단을 포함하는 인시츄 가스 측정 장치에 있어서,
상기 빛안내수단은 중심축(X')을 중심으로 회전할 수 있게끔 상기 필터휠(122)의 후방에 설치되는 것으로서, 천공됨으로써 빛을 관통시키는 관통홀(141)과 제2반사경(142)이 구비된 원판 형태의 보조휠(140); 상기 제2반사경(142)에 의해 반사된 빛의 경로를 변경하여 상기 분광기(123)로 입사될 수 있도록 하는 빔스플릿터(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인시츄 가스 측정 장치에 의해 달성된다.
The above object is; Measuring the exhaust gas passing through the duct (D), one end is fitted into the side wall of the duct (D) and the other end is an elongated pipe shape extending to cross the inside of the duct (D), the other end of the first reflecting mirror ( A probe 110 having a measuring hole 112 serving as a gas measuring region as a place where the exhaust gas passes vertically; Lamp 121 for irradiating light toward the probe 110; The disk is rotatably installed around the central axis (X) is located between the lamp 121 and the probe 110, a plurality of light adjustment unit along the circumferential direction to adjust the incident light in various ways ( A filter wheel 122 on which 125 is installed; A spectrometer (123) for analyzing the exhaust gas passing through the duct (D) by receiving the light reflected by the first reflecting mirror (11) of the probe (110) after passing through the filter wheel (122); A calibration unit for calibrating the spectroscopic performance of the spectrometer 123, wherein a standard gas such as nitrogen, sulfur dioxide, nitrogen dioxide, nitrogen monoxide or ammonia is selectively incident on the spectrometer 123; The calibration unit constitutes a part of the light adjusting unit 125 of the filter wheel 122 to receive light from the lamp 121, and is sealed in a state in which one of the standard gases is injected therein. More than one capsule unit adjusting unit; In the in-situ gas measuring device comprising a light guide means for guiding the light incident to the capsule-type unit adjusting unit to the spectrometer 123,
The light guide means is installed at the rear of the filter wheel 122 to rotate about the central axis (X '), the through hole 141 and the second reflector 142 through which light is penetrated, Auxiliary wheel 140 of the disc shape provided; It is achieved by the in-situ gas measurement device comprising a beam splitter 130 for changing the path of the light reflected by the second reflector 142 to be incident to the spectrometer 123 .

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본 발명에 의하면, 기본적으로는 장비의 일부 구성요소를 덕트로부터 분리하지 않고도 분광기를 교정할 수 있는 인시츄 가스 측정 장치가 제공된다. 좀 더 구체적으로는 회전하는 필터휠에 의해서 램프에서 조사되는 빛을 프로브 또는 단위조정부로 선택적으로 가이드하여 연속적으로 정교하게 교정할 수 있는 인시츄 가스 측정 장치가 제공된다. 또한, 종래와 같은 표준 가스 주입식이 아니라 표준 가스가 주입된 상태에서 밀봉된 캡슐을 반영구적으로 이용하므로 경제적이며 교정부를 거치는 빛의 경로를 단순화시킴으로써 측정 오차를 줄여 정밀 측정 내지 교정이 가능하게 된다.
According to the present invention, there is basically provided an in-situ gas measuring device capable of calibrating the spectrometer without removing some components of the equipment from the duct. More specifically, there is provided an in-situ gas measuring device capable of continuously precisely calibrating continuously by selectively guiding the light emitted from the lamp by the rotating filter wheel to the probe or the unit adjusting unit. In addition, since the semi-permanent use of the sealed capsule in the state in which the standard gas is injected, rather than the standard gas injection type as in the prior art, it is economical and simplifies the measurement path by reducing the measurement error, thereby enabling precise measurement or calibration.

도 1은 종래 기술에 의한 인시츄 가스 측정 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 인시츄 가스 측정 장치의 개략적 사시도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 인시츄 가스 측정 장치의 작용상태를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 필터휠의 일부 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 필터휠의 일부 분해 사시도이다. 1 is a schematic perspective view of an in-situ gas measuring apparatus according to the prior art.
Figure 2 is a schematic perspective view of the in-situ gas measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 to 4 is a block diagram showing an operating state of the in-situ gas measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a partially exploded perspective view of the filter wheel according to an embodiment of the present invention.
6 is a partially exploded perspective view of a filter wheel according to another embodiment of the present invention.

이하, 상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention for achieving the above object will be described in detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 자동교정부가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 사시도이고, 도 3 내지 도 4는 작용상태를 설명하기 위한 구성도이며, 도 5는 필터휠을 일부 분해 및 절개한 사시도이다. Figure 2 is a perspective view of the in-situ gas measurement device with an automatic correction according to an embodiment of the present invention, Figures 3 to 4 is a configuration diagram for explaining the operation state, Figure 5 is part of the filter wheel disassembled and cut One perspective view.

자동교정부가 부착된 인시츄 가스 측정 장치(100)는 프로브(110), 제어부(120) 및 교정부로 이루어진다.The in-situ gas measurement apparatus 100 to which the automatic correction is attached is composed of a probe 110, a control unit 120, and a calibration unit.

프로브(probe)(110)는 개략적으로는 기다란 원통 형상이고, 프로브(110)의 길이방향을 따라 마련된 중공은 빛의 이동 경로가 된다. 프로브(110)에 대한 좀 더 상세한 사항은 본 출원인이 대한민국 특허청에 출원하고 등록을 마친 특허등록 제10-0989430호를 참조하면 된다. The probe 110 is roughly elongated cylindrical shape, the hollow provided along the longitudinal direction of the probe 110 is a path of light movement. For more detailed information about the probe 110, refer to Patent Registration No. 10-0989430 filed by the applicant of the Korean Patent Office.

기다란 원통형상의 프로브(110)는 덕트(D, duct)의 내측으로 관통 삽입된 상태에서 고정된다. 프로브(110)의 일단은 플랜지 등에 의해 덕트(D)의 측벽에 고정된다. 프로브(110)의 타단에는 램프(121)으로부터 조사된 빛을 회귀 반사하는 제1반사경(111)이 설치된다. 프로브(110)의 중간 영역에는 덕트(D) 내의 배출 가스, 예컨대 이산화황(SO2), 이산화질소(NO2), 일산화질소(NO) 또는 암모니아(NH3)가 수직 통과하는 구간, 즉 가스측정영역으로서의 계측홀(112)이 마련된다. 여기서, 프로브(110)는 덕트(D)를 통과하는 배출 가스의 유동방향에 직각으로 교차하는 수평 방향으로 설치될 수 있다. 계측홀(112)은 원통 형상의 프로브(110)의 측면에 형성된 개구부로서 수직방향으로는 배출 가스가 용이하게 통과될 수 있고, 수평방향으로는 빛이 원활하게 통과할 수 있도록 되어 있다. 램프(121)로부터 조사되는 광은 자외선, 가시광선 또는 적외선일 수 있다.The elongated cylindrical probe 110 is fixed while being inserted through the inside of the duct (D, duct). One end of the probe 110 is fixed to the side wall of the duct D by a flange or the like. The other end of the probe 110 is provided with a first reflector 111 for retroreflecting light emitted from the lamp 121. In the middle region of the probe 110, a section through which the exhaust gas in the duct D, for example, sulfur dioxide (SO 2 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), nitrogen monoxide (NO) or ammonia (NH 3 ) passes vertically, that is, a gas measurement region As a measuring hole 112 is provided. Here, the probe 110 may be installed in a horizontal direction crossing at right angles to the flow direction of the exhaust gas passing through the duct (D). The measurement hole 112 is an opening formed in the side surface of the cylindrical probe 110 so that the exhaust gas can be easily passed in the vertical direction, and light can pass smoothly in the horizontal direction. The light irradiated from the lamp 121 may be ultraviolet light, visible light or infrared light.

케이싱 형태로 제공되는 제어부(controller)(120)는 덕트(D)의 외측에 고정되며 프로브(110)의 일단과 연결된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 램프(121)로부터 조사된 빛을 다양한 방식으로 조정하기 위한 필터휠(filter wheel)(122)과, 입사되는 빛으로부터 소정의 가스를 분석하는 분광기(spectrometer)(123)를 포함한다. 분광기(123)는 배출 가스를 통과하여 입사되는 광으로부터 파장 대비 광도의 변화를 감지하여 배출 가스의 성분 특성, 예컨대 덕트(D) 내의 배출 가스의 성분 농도를 정교하게 측정하고 분석하는 장비이다. 분광기(123)는 분광기(123)로부터 전달되는 배출 가스의 성분 신호를 해석하여 가스의 성분을 분석하는 신호처리기(signal processor)(123a)를 포함할 수 있다. The controller 120 provided in a casing form is fixed to the outside of the duct D and connected to one end of the probe 110. As shown in FIG. 2, the controller 120 includes a filter wheel 122 for adjusting light emitted from the lamp 121 in various ways, and a spectrometer for analyzing a predetermined gas from the incident light. (spectrometer) 123. The spectrometer 123 is a device for detecting and analyzing a component characteristic of the exhaust gas, for example, the concentration of the component of the exhaust gas in the duct D by detecting a change in brightness versus wavelength from light incident through the exhaust gas. The spectrometer 123 may include a signal processor 123a for analyzing a component signal of the exhaust gas delivered from the spectrometer 123.

교정부는 필터휠(122)을 중심으로 하여 이하 설명되는 몇가지 구성요소를 포함한다. The calibration section includes several components described below with respect to the filter wheel 122.

필터휠(122)은 미도시된 구동모터에 의해 중심축(X)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 것으로서 원판 형태를 가진다. 필터휠(122)에는 원주방향을 따라 빛조정부(125)가 설치된다(도 5 참조). 빛조정부(125)는 입사되는 빛의 경로를 변화시키거나 기타 빛의 각종 특성에 변화를 줌으로써 그 결과값을 가스 분석에 이용하도록 하는 것이다. 교정부의 상세한 내용은 후술된다.
The filter wheel 122 is installed to be rotatable about the central axis X by a driving motor (not shown) and has a disc shape. The filter wheel 122 is provided with a light adjusting unit 125 along the circumferential direction (see FIG. 5). The light adjusting unit 125 changes the path of incident light or changes various characteristics of the light so as to use the result value for gas analysis. Details of the calibration section will be described later.

주지하는 바와 같이 특정 파장의 빛(본 실시예에서는 지외선, 가시광선 또는 적외선)이 소정의 가스를 구성하고 있는 기체 분자를 통과하게 되면, 기체 분자는 빛에너지를 흡수하여 여기되고(excited) 이에 따라 기체 분자를 통과한 빛의 세기가 변화되게 된다. 분광기(123)는 이러한 물리적 변화를 이용하여 Beer-Lambert 법칙에 의거하여 가스의 성분 특성을 정교하게 분석할 수 있다.
As is well known, when light of a specific wavelength (in this embodiment, ultraviolet, visible or infrared) passes through gas molecules constituting a predetermined gas, the gas molecules are excited by absorbing light energy. As a result, the intensity of light passing through the gas molecules changes. The spectrometer 123 may analyze the component properties of the gas precisely based on the Beer-Lambert law using this physical change.

이하, 본 발명의 핵심인 교정부에 대해 도 5를 더 참조하면서 설명한다. Hereinafter, the calibration unit, which is the core of the present invention, will be described with reference to FIG. 5.

램프(121)에서 발광된 빛은 렌즈(121a)를 거쳐 필터휠(122)을 향해 수직으로 입사된다. 언급한 바와 같이 필터휠(122)에는 도 5에 도시된 바와 같이 원주방향을 따라 복수개의 단위조정부(125a, 125b, 125c, 125d, 125e, 125f 등)로 구성된 빛조정부(125)가 설치된다. 단위조정부의 개수는 필요에 따라 도시 및 설명된 것보다 많을 수도 있고 적을 수도 있다. 이는 인시츄 가스 측정 장치의 사양에 따라 결정되는 문제이다. Light emitted from the lamp 121 is incident vertically toward the filter wheel 122 via the lens 121a. As mentioned, the filter wheel 122 is provided with a light adjusting unit 125 including a plurality of unit adjusting units 125a, 125b, 125c, 125d, 125e, 125f, etc. in the circumferential direction as shown in FIG. The number of unit adjustment units may be larger or smaller than those shown and described as necessary. This is a problem determined by the specifications of the in-situ gas measuring device.

제1단위조정부(125a)는 램프(121)로부터 조사된 빛이 필터휠(122)을 그대로 관통하여 프로브(110)에 수직으로 입사되도록 하는 구멍이다. The first unit adjusting unit 125a is a hole through which the light radiated from the lamp 121 passes through the filter wheel 122 as it is and is incident perpendicularly to the probe 110.

제2,3,4단위조정부(125b, 125c, 125d)는 내부 공간에 표준 가스가 주입되어 밀봉되어 있는 원통형의 캡슐일 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐 표준 가스를 담고 있는 제2,3,4단위조정부(125b, 125c, 125d)와 같은 빛조정부(125)를 캡슐형 단위조정부로 부르기로 한다. 공지된 바와 같이 제2,3,4단위조정부(125b, 125c, 125d)에 충전되는 표준 가스의 양은 가스측정영역이 되는 계측홀(112)의 면적과 상관관계를 이루고 있다. The second, third, and fourth unit adjusting units 125b, 125c, and 125d may be cylindrical capsules in which standard gas is injected into the inner space and sealed. Throughout this specification, the light adjusting unit 125 such as the second, third and fourth unit adjusting units 125b, 125c, and 125d containing the standard gas will be referred to as a capsule type unit adjusting unit. As is known, the amount of standard gas filled in the second, third, and fourth unit adjusting units 125b, 125c, and 125d is correlated with the area of the measurement hole 112 serving as the gas measuring region.

캡슐형 단위조정부의 일측으로는 빛이 유입되고 타측으로는 빛이 유출된다. 그중 제2단위조정부(125b)에는 질소 가스가 특정 분량(ppm)으로 충전되어 있을 수 있고, 제3,4단위조정부(125c)에는 이산화황(SO2), 이산화질소(NO2), 일산화질소(NO) 또는 암모니아(NH3)가 특정 분량(ppm)으로 각각 충전될 수 있다. 캡슐형 단위조정부는 도 5에서 도시된 것처럼 필터휠(122)에 구멍을 뚫고 끼워서 고정시키거나 필터휠(122)에 뚫린 구멍을 중심으로 일측벽에 접부착됨으로써 고정될 수도 있다. 캡슐형 단위조정부는 기타 다양한 방식으로 필터휠(122)과 일체를 이룰 수 있다.Light flows in one side of the capsule-type unit adjusting unit and light flows out the other side. Among them, the second unit adjusting unit 125b may be filled with nitrogen gas in a specific amount (ppm), and the third and fourth unit adjusting units 125c may include sulfur dioxide (SO 2 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), and nitrogen monoxide (NO). ) Or ammonia (NH 3 ) may each be charged in a specific amount (ppm). As shown in FIG. 5, the capsule-type unit adjusting unit may be fixed by drilling and inserting a hole in the filter wheel 122 or by attaching to a side wall around the hole drilled in the filter wheel 122. The capsule unit may be integrated with the filter wheel 122 in various other ways.

필터휠(122)은 제5,6단위조정부(125e,125f)를 더 포함할 수 있다. 제5단위조정부(125e)는 광량을 전파장 대역에서 균등하게 감소시키기 위한 공지의 ND필터(Neutral Density filter)일 수 있으며, 제6단위조정부(125f)는 광 잡음(noise)을 측정하기 위한 공지의 블랙필터(black filter)일 수 있다. The filter wheel 122 may further include fifth and sixth unit adjusting units 125e and 125f. The fifth unit adjusting unit 125e may be a known ND filter (Neutral Density filter) for equally reducing the amount of light in the full-wave band, and the sixth unit adjusting unit 125f may include a known unit for measuring optical noise. May be a black filter.

본 실시예에 의하면, 필터휠(122)의 후방에는 미도시된 구동모터에 의해 중심축(X')을 중심으로 회전할 수 있는 원판 형태의 보조필터(140)가 필터휠(122)과 평행하게 설치된다. 보조필터(140)는 천공됨으로써 마련되는 관통홀(141)과 전면반사를 하는 제2반사경(142)이 설치될 수 있다. 필터휠(122)의 중심축(X)과 보조필터(140)의 중심축(X')은 일치할 수도 있으며 이 경우에는 서로의 직경이 같아야 할 것이다. 그러나 보조필터(140)는 관통홀(141)에 의해 빛을 통과시키거나, 아니면 제2반사경(142)에 의해 빛을 반사시키는 2가지 기능만을 수행하면 되므로 도시된 것처럼 필터휠(122)보다는 작은 직경으로 하는 것이 무난하며 이 경우에는 2개의 중심축(X,X')은 이심될 수밖에 없다. 물론 필터휠(122)과 보조필터(140)를 회전시키는 구동모터는 독립적으로 작동될 수 있어야 한다.
According to the present exemplary embodiment, an auxiliary filter 140 having a disc shape parallel to the filter wheel 122, which may rotate about the central axis X ′ by a driving motor (not shown), behind the filter wheel 122. Is installed. The auxiliary filter 140 may be provided with a through hole 141 and a second reflecting mirror 142 for front reflection. The central axis X of the filter wheel 122 and the central axis X 'of the auxiliary filter 140 may coincide, and in this case, the diameters of the filter wheels 122 may be the same. However, since the auxiliary filter 140 only needs to perform two functions of passing the light by the through hole 141 or reflecting the light by the second reflector 142, the auxiliary filter 140 may be smaller than the filter wheel 122. It is acceptable to use a diameter, in which case the two central axes (X, X ') are bound to be eccentric. Of course, the drive motor for rotating the filter wheel 122 and the auxiliary filter 140 should be able to operate independently.

이하, 도 3과 도 4를 참조하여 작용상태를 설명한다. Hereinafter, the working state will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3은 제2단위조정부(125b)와 제2반사경(142)이 측정위치(램프로부터 빛을 받을 수 있는 위치)에 놓여 있는 상태를 도시하는데, 이 상태에서 램프(121)에서 발광된 빛은 빔스플릿터(130)를 통과하여 캡슐형 단위조정부중 하나인 제2단위조정부(125b)를 관통하고, 제2반사경(142)에 반사되어 다시금 제2단위조정부(125b)를 관통하여 빔스플릿터(130)로 향하게 된다. 그러면 빔스플릿터(130)의 작용에 의해 빛은 도 3에 도시된 것처럼 직하방향으로 경로를 변경하여 분광기(123)로 입사하게 되고 신호처리기(123a)에 의해 처리된다. 마찬가지로 제3단위조정부(125c) 또는 제4단위조정부(125d) 중 하나가 측정위치에 있고 램프(121)에서 빛이 발광하게 되면 빛은 다른 표준 가스를 통과하여 분광기(123)에 입사되게 된다. 이러한 과정을 통해 표준가스를 통과한 빛을 분광기(123)에 입사시키고, 그에 따라 공지의 방법으로 분광 성능을 교정하게끔 하는 것이다. 이러한 교정작업은 필요시마다 수시로 행할 수 있게 된다. 분광기(123)는 장시간 측정 및 분석시 주기적인 교정을 필요로 하게 되는데, 제로 값, 스팬 값 및 제로 값과 스팬 값 사이의 중간 값에 측정함으로써 분광 성능, 예컨대 선형성(linearity)을 유지할 수 있도록 교정할 수 있다.
3 illustrates a state in which the second unit adjusting unit 125b and the second reflecting mirror 142 are placed at a measurement position (a position where light can be received from the lamp). In this state, the light emitted from the lamp 121 is It passes through the beam splitter 130 and passes through the second unit adjusting unit 125b, which is one of the capsule type unit adjusting units, is reflected by the second reflector 142, and again passes through the second unit adjusting unit 125b. Is directed to (130). Then, the light is incident on the spectrometer 123 by changing the path in the direct direction as shown in FIG. 3 by the action of the beam splitter 130 and processed by the signal processor 123a. Similarly, when one of the third unit adjusting unit 125c or the fourth unit adjusting unit 125d is in the measurement position and the light is emitted from the lamp 121, the light passes through another standard gas and enters the spectrometer 123. Through this process, the light passing through the standard gas is incident on the spectrometer 123, and accordingly, to correct the spectral performance by a known method. This calibration can be done from time to time as needed. The spectrometer 123 requires periodic calibration for long time measurement and analysis, and is calibrated to maintain spectral performance, such as linearity, by measuring at zero, span and intermediate values between zero and span values. can do.

도 4는 덕트(D)를 통과하는 배출 가스를 검측하기 위한 모드이다. 본 모드에서 관구멍으로 되어 있는 필터휠의 제1단위조정부(125a)가 측정위치에 놓여 있고, 보조휠(140) 의 관통홀(141) 역시 측정위치에 놓여 있다. 그러면 램프(121)의 빛은 필터휠(122)과 보조휠(140)을 순차적으로 관통하여 프로브(110)를 거쳐 제1반사경(111)에 이른 후 수직으로 반사된다. 그러면 빛은 다시금 프로브(110)를 통해 빔스플릿터(130)를 거쳐 도 4에 도시된 것처럼 경로 변경된 후 분광기(123)로 입사되고 신호처리기(123a)에 의해 분석된다.
4 is a mode for detecting the exhaust gas passing through the duct D. FIG. In this mode, the first unit adjusting portion 125a of the filter wheel, which is a tube hole, is placed at the measurement position, and the through hole 141 of the auxiliary wheel 140 is also placed at the measurement position. Then, the light of the lamp 121 sequentially penetrates through the filter wheel 122 and the auxiliary wheel 140, reaches the first reflecting mirror 111 through the probe 110, and is vertically reflected. Then, the light is re-routed through the probe 110 through the beam splitter 130 and then enters the spectrometer 123 as shown in FIG. 4 and is analyzed by the signal processor 123a.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이 제2반사경(142')이 캡슐형 단위조정부(125b, 125c 또는 125d)의 측벽에 부착될 수 있다. 이 경우에는 이전 실시예에서의 보조필터(140)가 필요 없게 되며 구성이 좀 더 단순하게 된다. 캡슐형 단위조정부(125b, 125c 또는 125d)와 제2반사경(142')은 서로 완전히 밀착될 수도 있고 약간의 간격으로 이격될 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, the second reflecting mirror 142 ′ may be attached to the side wall of the capsule unit adjusting unit 125b, 125c or 125d. In this case, the auxiliary filter 140 in the previous embodiment is not necessary and the configuration becomes simpler. The capsule unit adjusting unit 125b, 125c or 125d and the second reflecting mirror 142 ′ may be completely in close contact with each other or may be spaced at a slight interval.

본 발명은 램프(121)의 빛을 표준가스를 거쳐 분광기로 입사되도록 하는 방법 내지 그 구성에 핵심이 있다. 그러므로 분광기(123)가 어떠한 방식으로 작용하여 신호를 처리하며 연산하는지 여부는 본 발명의 핵심에서 벗어나므로 그에 대한 설명을 생략한다.
The present invention is the core of the method or the configuration to allow the light of the lamp 121 to be incident to the spectrometer via the standard gas. Therefore, whether or not the spectrometer 123 operates to process and calculate a signal is outside the core of the present invention, and thus description thereof will be omitted.

전술한 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 자동교정부가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 대해 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
The above terms are terms set in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the producer, and the definitions should be made based on the contents throughout the specification. In addition, in the following description of the embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings has been described for the in-situ gas measuring device attached to the automatic correction having a specific shape and structure, the present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art And, such variations and modifications should be construed as falling within the protection scope of the present invention.

100 : 인시츄 가스 측정 장치
110 : 프로브 111 : 제1반사경
112 : 계측홀 120 : 제어부
121 : 램프 122 : 필터휠
123 : 분광기 125 : 빛조정부
130 : 빔스플릿터 142,142' : 제2 반사경
D : 덕트100: in situ gas measuring device
110: probe 111: first reflecting mirror
112: measurement hole 120: control unit
121: lamp 122: filter wheel
123: spectrometer 125: light control unit
130: beam splitter 142, 142 'second reflector
D: Duct

Claims (3)

덕트(D) 내부를 통과하는 배출 가스를 측정하는 것으로 일단은 덕트(D)의 측벽에 끼워져 고정되며 타단은 덕트(D)의 내부를 횡단하게끔 연장되는 기다란 파이프 형상으로서, 타단에는 제1반사경(111)이 설치되고, 중간에는 배출 가스가 수직으로 통과하는 곳으로서 가스측정영역이 되는 계측홀(112)이 마련되는 프로브(110); 상기 프로브(110)를 향해 빛을 조사하는 램프(121); 중심축(X)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 원판 형태로서 상기 램프(121)와 프로브(110) 사이에 위치되며, 입사되는 빛을 다양한 방식으로 조정하기 위해 원주방향을 따라 복수개의 빛조정부(125)가 설치되는 필터휠(122); 상기 필터휠(122)을 통과한 후 상기 프로브(110)의 제1반사경(11)에 반사된 빛을 수광함으로써 상기 덕트(D)를 통과하는 배출 가스를 분석하는 분광기(123); 상기 분광기(123)의 분광 성능을 교정하기 위한 것으로서, 질소, 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아와 같은 표준 가스가 상기 분광기(123)로 선택적으로 입사되도록 하는 교정부를 포함하되; 상기 교정부는 상기 램프(121)로부터 빛을 수광할 수 있도록 상기 필터휠(122)의 빛조정부(125) 중 일부를 구성하는 것으로서, 상기 표준 가스중 하나가 내부에 주입된 상태에서 밀봉되어 있는 1개 이상의 캡슐형 단위조정부; 상기 캡슐형 단위조정부로 입사되는 빛을 상기 분광기(123)로 안내하기 위한 빛안내수단을 포함하는 인시츄 가스 측정 장치에 있어서,
상기 빛안내수단은 중심축(X')을 중심으로 회전할 수 있게끔 상기 필터휠(122)의 후방에 설치되는 것으로서, 천공됨으로써 빛을 관통시키는 관통홀(141)과 제2반사경(142)이 구비된 원판 형태의 보조휠(140); 상기 제2반사경(142)에 의해 반사된 빛의 경로를 변경하여 상기 분광기(123)로 입사될 수 있도록 하는 빔스플릿터(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인시츄 가스 측정 장치.Measuring the exhaust gas passing through the duct (D), one end is fitted into the side wall of the duct (D) and the other end is an elongated pipe shape extending to cross the inside of the duct (D), the other end of the first reflecting mirror ( A probe 110 having a measuring hole 112 serving as a gas measuring region as a place where the exhaust gas passes vertically; Lamp 121 for irradiating light toward the probe 110; The disk is rotatably installed around the central axis (X) is located between the lamp 121 and the probe 110, a plurality of light adjustment unit along the circumferential direction to adjust the incident light in various ways ( A filter wheel 122 on which 125 is installed; A spectrometer (123) for analyzing the exhaust gas passing through the duct (D) by receiving the light reflected by the first reflecting mirror (11) of the probe (110) after passing through the filter wheel (122); A calibration unit for calibrating the spectroscopic performance of the spectrometer 123, wherein a standard gas such as nitrogen, sulfur dioxide, nitrogen dioxide, nitrogen monoxide or ammonia is selectively incident on the spectrometer 123; The calibration unit constitutes a part of the light adjusting unit 125 of the filter wheel 122 to receive light from the lamp 121, and is sealed in a state in which one of the standard gases is injected therein. More than one capsule unit adjusting unit; In the in-situ gas measuring device comprising a light guide means for guiding the light incident to the capsule-type unit adjusting unit to the spectrometer 123,
The light guide means is installed at the rear of the filter wheel 122 to rotate about the central axis (X '), the through hole 141 and the second reflector 142 through which light is penetrated, Auxiliary wheel 140 of the disc shape provided; And a beam splitter (130) for changing the path of the light reflected by the second reflector (142) to be incident to the spectrometer (123). 삭제delete 삭제delete
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