KR101244397B1 - 기체 성분 농도 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
[과제] 출사 레이저 강도가 높은 레이저 출사 장치나 대형 집광 장치를 사용하지 않아도, 충분히 큰 광 검출값을 취득하여 원하는 구간에서의 대상 성분의 농도를 측정할 수 있는 기체 성분 농도 측정 장치를 제공한다. [해결 수단] 파장이 대상 성분의 광 흡수 파장인 제1 레이저광, 및, 파장이 대상 성분의 비흡수 파장인 제2 레이저광을 출사하는 레이저 출사 장치(3)와, 제1 레이저광과 제2 레이저광의 조사 범위 내에 위치함과 함께, 제1 레이저광과 제2 레이저광의 출사 방향에 간격을 두고 배치되는 제1 및 제2의 산란체(5, 7)와, 제1의 산란체(5)에서 산란된 제1 레이저광, 제2 레이저광의 제1, 제2의 산란광, 제2의 산란체(7)에서 산란된 제1 레이저광, 제2 레이저광의 제3, 제4의 산란광을 검출하는 광 검출기(9)와, 광 검출기(9)의 검출값에 근거하여, 제1의 산란체(5)와 제2의 산란체(7) 사이에서의 대상 성분의 농도를 산출하는 농도 산출 장치(11)를 구비한다.
Description
본 발명은 레이저광을 이용해 기체 중의 대상 성분의 농도를 측정하는 기체 성분 농도 측정 장치에 관한 것이다.
기체에 포함되는 특정한 대상 성분의 농도는 다음의 방법으로 측정할 수 있다.
먼 곳에 있는 기체에 대하여 레이저 출사 장치로부터 대상 성분에 고유한 흡수 파장 λ1을 가지는 레이저광을 출사한다. 흡수 파장 λ1의 레이저광이 기체 중의 분진 또는 기체 자체에 의해 산란된 산란광을, 레이저 출사 장치의 근방에 마련된 광 검출기로 검출한다. 이 경우, 레이저 출사 장치와 레이저광의 산란 위치와의 거리에 따라, 광 검출기에 의한 산란광 검출 시간에 차이가 생긴다. 이 시간 특성을 거리 특성으로 변환함으로써, 원하는 구간으로부터의 산란광의 검출 신호를 얻는다. 또한, 이 검출 신호에 근거하여 출사 시의 레이저광에 대한 상기 구간에서의 파장 λ1의 빛의 감쇠율을 구한다.
한편, 먼 곳에 있는 동일한 기체에 대하여 레이저 출사 장치로부터 상기 대상 성분의 비흡수 파장 λ2를 가지는 레이저광을 출사함으로써, 마찬가지로 동일한 상기 구간에서의 파장 λ2의 빛의 감쇠율을 구한다.
상기 구간에서의 파장 λ1의 빛의 감쇠율과 상기 구간에서의 파장 λ2의 빛의 감쇠율에 근거하여 상기 대상 성분에 의한 빛의 감쇠율을 구할 수 있다. 또한, 이 감쇠율과 기지(旣知)의 참조 데이터로부터, 상기 구간에서의 상기 대상 성분의 농도를 구할 수 있다.
한편, 본 출원의 선행 기술 문헌으로서 하기의 특허문헌 1 및 2가 있다.
상술한 방법으로 기체의 대상 성분의 농도를 검출할 경우에는, 다음과 같이 매우 고가의 장치를 이용할 필요가 있다.
기체 중의 분진 또는 기체 자체에 의해 산란된 산란광의 강도는 현저하게 작다. 그 때문에, 광 검출기가 산란광을 검출할 수 있도록, 충분히 강도가 높은 레이저광을 출사하는 레이저 출사 장치를 이용할 필요가 있다.
그렇지만, 특히 옥외에서 레이저광을 출사할 경우에는 안전성 관점에서 레이저 강도의 제약이 있다. 이와 같은 레이저 강도를 보완하기 위해, 미약한 산란광을 검출하기 위하여 취급이 곤란하고 비용이 비싼 대형의 집광 장치 등을 이용할 필요가 있었다.
또한, 산란광은 모든 각도로 반사되는 것이므로, 산란광은 거리의 2승에 비례하여 감쇠된다. 따라서, 측정 대상인 상기 구간의 일단으로부터의 산란광과 이 구간의 타단으로부터의 산란광은, 광 검출기의 위치에 따라 그 강도가 크게 다르다. 따라서, 검출 가능 강도 범위가 넓은 광 검출기가 필요해지기 때문에, 광 검출기가 고가인 것이 된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 출사 레이저 강도가 높은 레이저 출사 장치나 대형 집광 장치를 사용하지 않아도, 충분히 큰 광 검출값을 취득하여 원하는 구간에서의 대상 성분의 농도를 측정할 수 있는 기체 성분 농도 측정 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 기체 중에 레이저광을 출사하고, 이 기체를 통과한 상기 레이저광에 근거하여 상기 기체 중의 대상 성분의 농도를 검출하는 기체 성분 농도 측정 장치로서,
파장이 상기 대상 성분의 광 흡수 파장인 제1 레이저광, 및, 파장이 상기 대상 성분의 비흡수 파장인 제2 레이저광을 출사하는 레이저 출사 장치와,
제1 레이저광과 제2 레이저광의 조사 범위 내에 위치함과 함께, 제1 레이저광과 제2 레이저광의 출사 방향에 간격을 두고 배치되는 제1 및 제2의 산란체와,
제1의 산란체에서 산란된 제1 레이저광의 제1의 산란광, 제1의 산란체에서 산란된 제2 레이저광의 제2의 산란광, 제2의 산란체에서 산란된 제1 레이저광의 제3의 산란광, 및, 제2의 산란체에서 산란된 제2 레이저광의 제4의 산란광을 검출하는 광 검출기와,
상기 광 검출기에 의해 취득한 제1, 제2, 제3 및 제4의 산란광의 검출값에 근거하여, 제1의 산란체와 제2의 산란체 사이에서의 상기 대상 성분의 농도를 산출하는 농도 산출 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기체 성분 농도 측정 장치가 제공된다.
상술한 본 발명에 따른 기체 성분 농도 측정 장치에 따르면, 기체에 의해 산란된 산란광이 아니라, 제1 및 제2의 산란체에 의해 산란된 산란광의 검출값에 근거하여 대상 성분의 농도를 산출하므로, 출사 레이저 강도가 높은 레이저 출사 장치나 대형 집광 장치를 사용하지 않아도, 충분히 큰 광 검출값을 취득하여 원하는 구간에서의 대상 성분의 농도를 측정할 수 있다.
즉, 기체에서 산란된 레이저 산란광은 약하기 때문에, 출사 레이저 강도가 높은 레이저 출사 장치나 대형 집광 장치를 사용하지 않으면 충분히 큰 대상 성분 농도 산출용의 산란광 검출값을 얻을 수 없다. 이에 대해, 본 발명에서는, 제1 및 제2의 산란체를 마련하고, 제1 및 제2의 산란체에 의한 강한 산란광을 검출하므로, 고강도 레이저를 출사하는 레이저 출사 장치나 대형 집광 장치를 사용하지 않아도, 충분히 큰 대상 성분 농도 산출용의 산란광 검출값을 얻을 수 있어서, 원하는 구간에서의 대상 성분의 농도를 산출할 수 있다.
또한, 제1 및 제2의 산란체는 소정의 넓은 범위에 걸쳐서 레이저광을 산란시키는 산란체이므로, 제1 및 제2의 산란체의 방향을 레이저 출사 장치에 대하여 정확하게 맞출 필요가 없어진다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 제2의 산란체는 제1의 산란체보다 상기 광 검출기로부터 떨어진 위치에 배치되고,
제2의 산란체는 제1의 산란체보다 레이저광을 많이 산란시킨다.
이 실시 형태에서는, 제2의 산란체는 제1의 산란체보다 상기 광 검출기로부터 떨어진 위치에 배치되고, 제2의 산란체는 제1의 산란체보다 레이저광을 많이 산란시키므로, 하기와 같이, 떨어진 위치에 있는 제2의 산란체로부터의 산란광도 적절한 강도로 광 검출기에 도달할 수 있다.
산란광은 여러 방향으로 산란됨으로써 전파 거리의 2승에 비례하여 강도가 저하된다. 따라서, 광 검출기로부터 떨어진 위치에 있는 제2의 산란체로부터의 산란광의 강도는, 광 검출기의 위치에 있어서 광 검출기 쪽에 있는 제1의 산란체로부터의 산란광의 강도보다 큰 폭으로 작아진다. 따라서, 광 검출기의 검출 가능 강도 범위를 크게 설정하지 않으면 안 되게 된다.
이에 대해, 상기 실시 형태에서는, 제2의 산란체는 레이저광을 많이 산란시키므로, 제2의 산란체로부터의 산란광도 적절한 강도로 광 검출기에 도달할 수 있다. 예를 들어, 제2의 산란체가 레이저광을 산란시키는 정도를 적절히 설정함으로써, 제2의 산란체로부터의 산란광이 광 검출기에 도달했을 때 가지는 강도를, 제1의 산란체로부터의 산란광이 광 검출기에 도달했을 때 가지는 강도와 동일한 정도(바람직하게는, 동일)로 할 수 있다. 이 경우, 작은 검출 가능 강도 범위를 가지는 광 검출기도 사용 가능하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 및 제2의 산란체 각각은 복수의 와이어형상 부재를 간격을 두고 배치한 형상, 격자 형상, 또는, 구(球) 형상을 가진다.
상술한 본 발명에 따르면, 출사 레이저 강도가 높은 레이저 출사 장치나 대형 집광 장치를 사용하지 않아도, 충분히 큰 광 검출값을 취득하여 원하는 구간에서의 대상 성분의 농도를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 광 검출기에 의해 취득한 검출 신호의 파형을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치의 구성도이다.
도 5는 기체 성분 농도 측정 장치를 이용한 기체 성분 농도 측정 시스템의 구성도이다.
도 2는 광 검출기에 의해 취득한 검출 신호의 파형을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치의 구성도이다.
도 5는 기체 성분 농도 측정 장치를 이용한 기체 성분 농도 측정 시스템의 구성도이다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치(10)의 구성도이다. 이 기체 성분 농도 측정 장치(10)는 기체 중에 레이저광을 출사하고, 이 기체를 통과한 상기 레이저광에 근거하여 상기 기체의 대상 성분의 농도를 검출하는 장치이다. 이 대상 성분은, 예를 들어, 이산화탄소, 암모니아, 메탄, 이산화황 가스(S02) 등의 황화 가스(SOx), 또는, 일산화질소(N0) 등의 질소 산화 가스(NOx)이다.
기체 성분 농도 측정 장치(10)는 레이저 출사 장치(3), 제1 및 제2의 산란체(5, 7), 광 검출기(9), 및 농도 산출 장치(11)를 구비한다.
레이저 출사 장치(3)는 파장이 상기 대상 성분의 광 흡수 파장 λ1인 제1 레이저광, 및, 파장이 상기 대상 성분의 비흡수 파장 λ2인 제2 레이저광을 출사한다. 바람직하게는, 제1 레이저광은 광 흡수 파장 λ1의 파장 성분만 가지며, 제2 레이저광에는 상기 광 흡수 파장 λ1의 성분이 포함되어 있지 않다.
레이저 출사 장치(3)는 레이저광의 진행 방향과 직교하는 방향으로 레이저광을 적절한 치수로 넓히는 광학계(도시하지 않음)를 가진다. 이 광학계에 의해 레이저광은 상기 치수를 가지고 레이저 출사 장치(3)로부터 출사된다. 이 치수에 의해 레이저광을 제1 및 제2의 산란체(5, 7)에 용이하게 맞출 수 있다.
제1 및 제2의 산란체(5, 7)는 제1 레이저광과 제2 레이저광의 조사 범위 내에 위치함과 함께, 제1 레이저광과 제2 레이저광의 출사 방향에 소정의 간격을 두고 배치된다. 이 간격은 임의로 설정할 수 있다.
광 검출기(9)는 제1의 산란체(5)에서 산란된 제1 레이저광의 제1의 산란광, 제1의 산란체(5)에서 산란된 제2 레이저광의 제2의 산란광, 제2의 산란체(7)에서 산란된 제1 레이저광의 제3의 산란광, 및, 제2의 산란체(7)에서 산란된 제2 레이저광의 제4의 산란광을 검출한다.
농도 산출 장치(11)는 상기 광 검출기(9)에 의해 취득한 제1, 제2, 제3 및 제4의 산란광의 검출값에 근거하여, 제1의 산란체(5)와 제2의 산란체(7) 사이의 구간에서의 상기 대상 성분의 농도를 산출한다.
기체 성분 농도 측정 장치(10)의 구성에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.
제2의 산란체(7)는 제1의 산란체(5)보다 광 검출기(9)로부터 떨어진 위치에 배치되어 있다. 이 경우, 바람직하게는, 제2의 산란체(7)는 제1의 산란체(5)보다 레이저광을 많이 산란시킨다.
도 1의 예에서는, 제1 및 제2의 산란체(5, 7)는 복수의 와이어형상 부재가 소정의 간격을 두고 평행하게 배치된 것이지만, 제2의 산란체(7)에서의 와이어형상 부재의 밀도를 제2의 산란체(7)에서의 와이어형상 부재의 밀도보다 높게 하는 것이 좋다. 예를 들어, 도 1과 같이, 제1의 산란체(5)는 레이저 출사 장치(3)로부터 소정의 간격 L1을 두고 복수의 와이어형상 부재가 평행하게 배치된 형상인 것이며, 이와 같이 평행하게 배치된 복수의 와이어형상 부재에 더해, 이것들에 교차(예를 들어, 직교)하는 방향으로 복수의 와이어형상 부재가 레이저 출사 장치(3)로부터 소정의 간격 L2를 두고 평행하게 더 배치된 격자상인 것을 제2의 산란체(7)로 한다.
레이저 출사 장치(3)로부터의 레이저광은 제1의 산란체(5)를 통과할 때, 제1의 산란체(5)에 충돌한 레이저광 부분을 잃는다. 이 결손은 제1의 산란체(5)의 통과 후, 빛의 회절에 의해 보완된다. 따라서, 제1의 산란체(5)의 구성 요소(와이어형상 부재)의 치수를, 제1의 산란체(5)를 통과한 레이저광이 제2의 산란체(7)에 도달할 때까지 상기 결손이 보완되도록 설정한다.
제1 및 제2의 산란체(5, 7)는 대상 성분 농도를 측정하는 구간의 양단(兩端)에 상설(常設)하지 않아도 된다. 즉, 대상 성분 농도의 측정 시에만 일시적으로 제1 및 제2의 산란체(5, 7)를 상기 구간의 양단에 배치해도 된다.
도 1과 같이, 광 검출기(9)는 집광 장치로서 볼록 렌즈(9a)를 가진다. 본 실시 형태에서는 비교적 강도가 큰 제1~제4의 산란광이 광 검출기(9)에 도달하므로, 볼록 렌즈(9a)는 대형이 아니어도 된다.
(농도의 산출)
도 2는 광 검출기(9)에 의해 취득한 검출 신호를 나타낸다. 이 그래프에서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 상술한 제1, 제2, 제3 및 제4의 산란광의 강도에 비례하는 전압값을 나타낸다. 검출 신호는 표시 장치(도시하지 않음)에 표시된다. 한편, 이 그래프에서, t1=2L1/c이고, t2=2L2/c이다. 여기서, c는 광속(光速)이다.
람베르트·비어(Lambert-Beer)의 법칙을 이용하여, 이하와 같이 제1의 산란체(5)에서 제2의 산란체(7)까지의 구간에서의 대상 성분의 농도를 산출할 수 있다.
먼저, 람베르트·비어의 법칙에 의해, 다음 식 (1)이 성립된다.
Tx(λx)=Tx′×exp{-2α(λx)×Nx×Lx}…(1)
이 식 (1)에 있어서, 각 문자의 정의는 다음과 같다.
첨자 x: 1 또는 2,
Tx(λx): 도 1에 나타내는 거리 L1 또는 L2에 있어서의 파장 λx를 가지는 빛에 대한 투과율,
Tx′: 도 1에 나타내는 거리 L1 또는 L2에 있어서의 기체의 광 흡수 이외의 요인(제1 및 제2의 산란체(5, 7) 등)에 의한 빛의 투과율,
α(λx): 파장 λx의 빛에 대한 단위 길이 및 단위 농도 당의 상기 대상 성분의 광 흡수계수,
Nx: 거리 Lx에 있어서의 상기 대상 성분의 평균 농도,
Lx: 도 1에 나타내는 거리 L1 또는 L2
여기서, 광 검출기(9)에 의한 광 검출 강도는 Tx(λx)에 비례하므로, Tx(λx)에서 전압으로의 변환계수를 E로 하면, L1에 대하여, 다음 식 (2) 및 (3)이 성립된다.
V1(λ1)=E×T1′×exp{-2α(λ1)×N1×L1}…(2)
V1(λ2)=E×T1′×exp{-2α(λ2)×N1×L1}…(3)
식 (2)를 식 (3)으로 나누면, 다음 식 (4)가 얻어진다.
V1(λ1)/V1(λ2)=exp[-2N1L1{α(λ1)-α(λ2)}]…(4)
V1(λ1), V1(λ2)는 광 검출기(9)에 의한 계측으로 취득할 수 있고, L1, α(λ1), α(λ2)는 기지이므로, 식 (4)를 변형함으로써, 다음 식 (5)와 같이 N1이 구해진다.
N1=-ln{V1(λ1)/V1(λ2)}/2L1{α(λ1)-α(λ2)}…(5)
L2에 대해서도 마찬가지로 하여, 다음 식 (6)과 같이 N2가 구해진다.
N2=-ln{V2(λ1)/V2(λ2)}/2L2{α(λ1)-α(λ2)}…(6)
한편, 구하는 상기 구간에서의 상기 대상 성분의 농도 Nt는 다음 식 (7)로 나타내어진다.
Nt=(N1×L1-N2×L2)/(L2-L1)…(7)
따라서, 식 (7)에, 식 (5), (6) 및 L1, L2를 대입함으로써, 상기 대상 성분의 농도 Nt를 산출할 수 있다.
이와 같은 농도 Nt의 산출은 농도 산출 장치(11)에 의해 실행된다. 즉, 식 (5)~(7)의 연산이 농도 산출 장치(11)에 의해 실행된다.
제1 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치(10)에 따르면, 기체에 의해 산란된 산란광이 아니라, 제1 및 제2의 산란체(5, 7)에 의한 산란광의 검출값에 근거하여 기체 중의 대상 성분의 농도를 산출하므로, 출사 레이저 강도가 높은 레이저 출사 장치나 대형 집광 장치를 사용하지 않아도, 충분히 큰 광 검출값을 취득하여 원하는 구간에서의 대상 성분의 농도를 측정할 수 있다.
즉, 기체에서 산란된 레이저 산란광은 약하기 때문에, 출사 레이저 강도가 높은 레이저 출사 장치(3)나 대형 집광 장치를 사용하지 않으면 충분히 큰 대상 성분 농도 산출용의 산란광 검출값을 얻을 수 없다. 이에 대해, 본 발명에서는, 제1 및 제2의 산란체(5, 7)를 마련하고, 제1 및 제2의 산란체(5, 7)에 의한 강한 산란광을 검출하므로, 고강도 레이저를 출사하는 레이저 출사 장치(3)나 대형 집광 장치를 사용하지 않아도, 충분히 큰 대상 성분 농도 산출용의 산란광 검출값을 얻을 수 있어서, 원하는 구간에서의 대상 성분의 농도를 산출할 수 있다.
또한, 제1 및 제2의 산란체(5, 7)는 소정의 넓은 범위에 걸쳐서 레이저광을 산란시키는 산란체이므로, 제1 및 제2의 산란체(5, 7)의 방향을 레이저 출사 장치(3)에 대하여 정확하게 맞출 필요가 없어진다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 제2의 산란체(7)가 레이저광을 많이 산란시키므로, 제2의 산란체(7)로부터의 산란광도 적절한 강도로 광 검출기(9)에 도달할 수 있다. 바람직하게는, 제2의 산란체(7)가 레이저광을 산란시키는 정도를 적절하게 설정함으로써, 제2의 산란체(7)로부터의 산란광이 광 검출기(9)에 도달했을 때 가지는 강도를, 제1의 산란체(5)로부터의 산란광이 광 검출기(9)에 도달했을 때 가지는 강도와 같게 한다. 이에 의해, 작은 검출 가능 강도 범위를 가지는 광 검출기(9)도 사용 가능하다.
[제2 실시 형태]
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치(10)의 구성도이다.
제1 및 제2의 산란체(5, 7)는 도면에 나타내는 바와 같이, 유리에 흠집, 얼룩, 내포물, 또는, 이것들의 조합을 의도적으로 부가한 것이다. 제2 실시 형태에 있어서의 다른 구성은 제1 실시 형태와 동일하다.
한편, 제2 실시 형태에 있어서, 제2의 산란체(7)가 제1의 산란체(5)보다 레이저광을 많이 산란시키기 위하여, 유리(7)에 부가되는 흠집, 얼룩, 내포물 등의 정도, 밀도를, 유리(5)에 부가되는 흠집, 얼룩, 내포물 등의 정도, 밀도보다 크게 하고 있다.
[제3 실시 형태]
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기체 성분 농도 측정 장치(10)의 구성도이다.
제1 및 제2의 산란체(5, 7)는 도면에 나타내는 바와 같이, 폴(pole)의 선단에 부착된 구상 부재이다. 제3 실시 형태에 있어서의 다른 구성은 제1 실시 형태와 동일하다.
한편, 제3 실시 형태에 있어서, 제2의 산란체(7)가 제1의 산란체(5)보다 레이저광을 많이 산란시키기 위하여, 도 4에서는 제2의 산란체(7)를 구성하는 구상 부재의 수를, 제1의 산란체(5)를 구성하는 구상 부재의 수보다 많게 하고 있다.
[기체 성분 농도 측정 시스템]
도 5는 상술한 기체 성분 농도 측정 장치(10)를 이용한 기체 성분 농도 측정 시스템(20)의 구성도이다. 이 기체 성분 농도 측정 시스템(20)은 상술한 제1 실시 형태, 제2 실시 형태 또는 제3 실시 형태의 기체 성분 농도 측정 장치(10), 환경 관측 위성(13), 데이터 해석 장치(15), 표시 장치(17), 및 이동 수단(19)을 가진다.
환경 관측 위성(13)은 태양광이 지표 또는 수면에서 반사된 반사광을 검출하고, 이 검출 데이터를 송신한다. 이 검출 데이터에는 상기 반사광의 통과 영역을 나타내는 위치 데이터도 포함되어 있다.
데이터 해석 장치(15)는 환경 관측 위성(13)으로부터 송신된 상기 검출 데이터를 수신하여, 이 검출 데이터를 해석한다. 이 해석은 상기 대상 성분의 농도가 소정의 규정값보다 높은 영역이 있는 지를 판단하는 것이다. 데이터 해석 장치(15)는 상기 대상 성분의 농도가 소정의 규정값보다 높은 영역이 있다고 판단되면, 비정상이라고 하고 그 취지의 비정상 신호를 출력한다. 이 비정상 신호에는 상기 대상 성분의 농도가 소정의 규정값보다 높은 영역의 위치·영역을 나타내는 위치 정보도 포함되어 있다.
표시 장치(17)는 데이터 해석 장치(15)로부터 상기 비정상 신호를 받아, 이 비정상 신호에 근거하여 상기 규정값보다 농도가 높은 기체 성분과, 이 기체 성분이 상기 규정값보다 농도가 높아져 있는 위치·영역을 표시한다. 사람이 이 표시를 보고, 목적지(당해 위치·영역 또는 그 부근)에 이동 수단(19)으로 기체 성분 농도 측정 장치(10)를 이동시킬 수 있다. 한편, 표시 장치(17)는 이동 수단(19)에 탑재되어 있어도 된다.
이동 수단(19)은 도 5의 예에서는 기체 성분 농도 측정 장치(10)가 적재되는 차량이지만, 기체 성분 농도 측정 장치(10)가 적재되는 항공기, 기구, 비행선, 선박 등이어도 된다. 이동 수단(19)이 상기 목적지에 도달하면, 사람이 레이저 출사 장치(3), 광 검출기(9), 제1 및 제2의 산란체(5, 7)를, 예를 들어 도 1과 같이 원하는 위치에 배치한다. 한편, 레이저 출사 장치(3)와 광 검출기(9)는 이동 수단(19)에 탑재된 상태 그대로여도 된다.
제1 및 제2의 산란체(5, 7)가 배치되면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 및 제2의 산란체(5, 7) 사이의 구간에 있어서의 상기 대상 성분의 농도를 측정한다.
한편, 상기 대상 성분이 CO2인 경우에는, 이동 수단(19)은 CO2를 배출하지 않는 것(예를 들어, 전기 자동차)인 것이 좋다.
상술한 기체 성분 농도 측정 시스템(20)에서는, 환경 관측 위성(13)에 의한 검출 데이터에 의해 기체의 대상 성분이 비정상적인 농도가 되어 있는 영역이 존재하는지를 조사할 수 있으며, 이러한 영역이 존재하는 경우에는, 이동 수단(19)에 의해 그 영역으로 이동하여 기체 성분 농도 측정 장치(10)에 의해 농도를 상세하게 측정할 수 있다.
이에 의해, 광범위에 걸쳐서 기체의 대상 성분의 농도 비정상값을 상세하게 검출할 수 있고, 또한 농도 측정 시에만 기체 성분 농도 측정 장치(10)를 측정 영역에 일시적으로 배치하면 되게 된다.
본 발명에서 사용하는 상기 각 산란체는 각 실시 형태에서 기술한 것 이외의 산란체여도 된다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는 2개의 산란체(5, 7)를 이용하였지만, 3개 이상의 산란체를 제1 레이저광과 제2 레이저광의 조사 범위 내에 위치시킴과 함께, 제1 레이저광과 제2 레이저광의 출사 방향에 간격을 두고 배치해도 된다. 이 경우에는, 제1 실시 형태와 같은 방법으로 제1 및 제2의 산란체(5, 7) 사이의 구간뿐만 아니라, 제2 및 제3의 산란체 사이의 구간 등, 복수의 구간에서의 대상 성분의 농도를 동시에 측정할 수 있다.
즉, 광 검출기(9)는 상술한 제1~제4의 산란광에 더해, 제3의 산란체에서 산란된 제1 레이저광의 제5의 산란광, 및, 제3의 산란체에서 산란된 제2 레이저광의 제6의 산란광도 검출하고, 농도 산출 장치(11)는 상기 광 검출기(9)에 의해 취득한 제3, 제4, 제5 및 제6의 산란광의 검출값에 근거하여, 제2의 산란체(7)와 제3의 산란체 사이에서의 상기 대상 성분의 농도도 동시에 산출한다.
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다.
Claims (3)
- 기체 중에 레이저광을 출사하고, 상기 기체를 통과한 상기 레이저광에 근거하여 상기 기체 중의 대상 성분의 농도를 검출하는 기체 성분 농도 측정 장치로서,
파장이 상기 대상 성분의 광 흡수 파장인 제1 레이저광, 및, 파장이 상기 대상 성분의 비흡수 파장인 제2 레이저광을 출사하는 레이저 출사 장치와,
제1 레이저광과 제2 레이저광의 조사 범위 내에 위치함과 함께, 제1 레이저광과 제2 레이저광의 출사 방향에 순서대로 간격을 두고 직렬로 배치되는 제1 및 제2의 산란체와,
상기 레이저 출사 장치에 접속하여 그 근방에 위치하고, 제1의 산란체에서 산란된 제1 레이저광의 제1의 산란광, 제1의 산란체에서 산란된 제2 레이저광의 제2의 산란광, 제1의 산란체를 통과하고 제2의 산란체에서 산란된 제1 레이저광의 제3의 산란광, 및, 제1의 산란체를 통과하고 제2의 산란체에서 산란된 제2 레이저광의 제4의 산란광을 직접 검출하는 광 검출기와,
상기 광 검출기에 의해 취득한 제1, 제2, 제3 및 제4의 산란광의 검출값에 근거하여, 제1의 산란체와 제2의 산란체 사이에서의 상기 대상 성분의 농도를 산출하는 농도 산출 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기체 성분 농도 측정 장치. - 제1항에 있어서,
제2의 산란체는, 제1의 산란체보다 상기 광 검출기로부터 떨어진 위치에 배치되고,
제2의 산란체는, 제1의 산란체보다 레이저광을 많이 산란시키는 것을 특징으로 하는 기체 성분 농도 측정 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 및 제2의 산란체 각각은, 복수의 와이어형상 부재를 간격을 두고 배치한 형상, 격자 형상, 또는, 구 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 기체 성분 농도 측정 장치.
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