KR101317982B1 - 원격먼지측정시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적외선LED로부터 방출되는 빛을 먼지에 조사하여 후방으로 산란되는 빛의 양을 측정하고, 측정치를 원격지에서 모니터링되도록 한 원격먼지측정시스템에 관한 것으로, 스테인리스 스틸 프로브 끝의 튜브 내에 설치된 광학헤드에서 LED 소스로부터 조사된 광은 포밍렌즈를 통해 빔을 형성하고 빔에 있는 샘플링볼륨은 모든방향에서 광산란이 발생하고, 산란된 광은 집광렌즈를 통해 신호검출부로 보내어지고; 산란광은 집광렌즈를 통해 실리콘포토다이오드에 모아지고 신호검출부는 광을 전류신호로 변환시키며, 레퍼런스디텍터에 있는 실리콘포토다이오드는 LED에서 조사된 광의 일부를 받아 광학헤드 내부에서 증폭되고 LED출력전원의 보상값으로 제어되며, 신호는 다시 증폭부를 통해서 전달되고 더 나은 처리를 위해 컨트롤박스에 피드백되며, 증폭된 신호는 동기검출기와 비율회로를 거치면서 LED조사강도에 따른 온도 및 부품의 변화에 따라서 보상되며, 이 신호는 최종적으로 내부에 저장된 제어프로그램의 제어신호에 따라 제어되는 컨트롤박스로부터 제공된 LCD에 디스플레이되며, 이와 동시에 직렬통신방식으로 연결된 리모트컨트롤장치로 전달되어 제어혹은 디스플레이되는 것을 특징으로 한다.

Description

원격먼지측정시스템{Remote dust measurement system}
본 발명은 원격먼지측정시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 대기환경이나사업장 굴뚝에서 배출되는 먼지농도를 실시간으로 측정하는 측정기의 측정값 모니터링과 제어 등을 RS-485 통신선으로 굴뚝아래까지 끌어내려 원격으로 컨트롤 할 수 있도록 한 원격먼지측정시스템에 관한 것이다.
본원발명의 출원인이 2007년11월07일자로 대한민국 특허청에 등록한 "굴뚝먼지측정시스템(특허등록번호 10-0776223호)"에 따르면, "일정 레벨의 전원을 공급하는 전원공급부; 미리 설치된 프로그램에 따른 제어신호를 발하는 CPU; 굴뚝으로 배출되는 오염물질을 감지하여 측정하는 센서부; 회전력을 발생시키는 구동모터와, 굴뚝으로부터 배출되는 오염물질을 흡입하기 위한 에어블로워와, 상기 에어블로워 및 CPU를 상온(常溫)으로 유지하기 위한 히팅라인을 가진 구동부; 소정 압력을 측정하기 위한 로워프레져센서와 상기 로워프레져센서 보다 높은 압력을 측정하기 위한 하이프레져센서로 이루어지고, 호스커넥터를 통해 상기 에어블로워와 연결된 스위치부; 상기 전원공급부, CPU, 센서부, 구동부, 스위치부를 수용하여 고정시키는 뼈대로서 기능하는 몸체; 상기 몸체의 외부에 설치되고, 상기 에어블로워를 통해 상기 히팅라인과 연결되며, 먼지측정이 완료된 오염물질을 걸러주는(Filtering) 필터박스를 포함하는 것을 특징으로 한다."고 개시된 바가 있다.
그러나, 종래의 굴뚝먼지측정시스템은 측정된 데이터는 굴뚝상부로 올라가 확인 및 제어 등을 확인할 수는 있지만, 굴뚝 바로아래 벽면이나 컨트롤 룸(Control Room) 또는 쉘터(Shelter) 등에서 원격제어하는 기능은 구비되지 않았다.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 적외선LED로부터 방출되는 빛을 먼지에 조사하여 후방으로 산란되는 빛의 양을 측정하고, 측정된 데이터를 굴뚝 바로 아래 벽면이나 컨트롤 룸(Control Room) 또는 쉘터(Shelter) 등에서 원격제어가 가능하도록 한 원격먼지측정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광학헤드와 컨트롤박스로 이루어지고, 광산란법에 의해 먼지를 측정하는 원격먼지측정시스템에 있어서; 스테인리스 스틸 프로브 끝의 튜브 내에 설치된 광학헤드에서 LED 소스로부터 조사된 광은 포밍렌즈를 통해 빔을 형성하고 빔에 있는 샘플링볼륨은 모든방향에서 광산란이 발생하고, 산란된 광은 집광렌즈를 통해 신호검출부로 보내어지고; 산란광은 집광렌즈를 통해 실리콘포토다이오드에 모아지고 신호검출부는 광을 전류신호로 변환시키며, 레퍼런스디텍터에 있는 실리콘포토다이오드는 LED에서 조사된 광의 일부를 받아 광학헤드 내부에서 증폭되고 LED출력전원의 보상값으로 제어되며, 신호는 다시 증폭부를 통해서 전달되고 더 나은 처리를 위해 컨트롤박스에 피드백되며, 증폭된 신호는 동기검출기와 비율회로를 거치면서 LED조사강도에 따른 온도 및 부품의 변화에 따라서 보상되며, 이 신호는 최종적으로 내부에 저장된 제어프로그램의 제어신호에 따라 제어되는 컨트롤박스로부터 제공된 LCD에 디스플레이되며, 이와 동시에 직렬통신방식으로 연결된 외부장치로 전달되어 인쇄 혹은 디스플레이되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 측정기 본체와의 원격 통신은 직렬 통신방식인 RS-485인 것이다.
실시예에 있어서, 상기 원격 컨트롤러(Controller)에 의해 측정되고 제어된 데이터는 다시 중간수집기(data logger)를 거쳐서 관제센터의 주컴퓨터와 온라인으로 연결하여 먼지의 배출상황을 24시간 감시할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 바람직한 양태에 따르면, 먼지측정기를 굴뚝상부로 올라가 측정기의 상태를 확인하지 않고 굴뚝 바로 아래 벽면이나 컨트롤 룸(Control Room) 또는 쉘터(Shelter) 등에서 정상여부 확인 및 교정 등을 실시간으로 할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 TMS 구성체계를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 적용된 후방광산란법을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 먼지측정시스템의 회로구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 먼지측정시스템의 외관을 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 먼지측정시스템의 광학헤드 외관을 나타낸 사시도.
도 6은 도 4의 주요 부분을 설명하기 위한 확대사시도.
도 7은 도 3과 연결된 장치구성을 나타낸 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용된 TMS 구성체계를 나타낸 블록도로서, 사업장시설의 연돌(굴뚝) 등에 설치된 먼지측정기에 추가된 리모트컨트롤, 자료수집장치 등을 구비함으로써 정부시설의 관제센터, 행정기관 등의 원격지로 측정 데이터를 송수신하고 제어가능하도록 한 원격먼지측정시스템이 아래와 같이 개시(disclose)된다.
도 2는 본 발명에 적용된 후방광산란법을 설명하기 위한 블록도로서, 방사빛기둥인 이미티드빔(1), 샘플용량인 샘플링볼륨(2), 후방산란빛기둥인 백스캐터드빔(3), 후방으로 빛을 모으는 렌즈인 집광렌즈(4), 기준검출기인 레퍼런스디텍터(5), 발광체인 LED(6), 빛을 빛기둥으로 모아주는 렌즈인 빔포밍렌즈(7), 빛을 전기신호로 광전변환시키는 신호검출기(8)가 도시되어 있다.
본 발명에 적용된 먼지측정은 후방광산란법을 이용하는데, 후방산란법이란 적외선LED(6)로부터 방출되는 빛을 먼지에 조사하여 후방으로 산란되는 빛의 양을 측정하는 것이다.
즉, 적외선LED(6)에서 빛이 발생되고, 인접한 위치에 구비된 레퍼런스디텍터(5)에 의해 발생된 최초 광량을 측정하여 기준치로 설정하게 되며, 빔포밍렌즈(7)에 의해 LED(6)의 빛을 모아서 빔을 형성하며, 집광렌즈(4)는 산란된 빛을 후방으로 모아주며, 외부의 먼지를 흡입하여 일정량의 먼지인 샘플링볼륨(2)을 투과하여 전방으로 방사된 이미티드빔(1)이 형성되며, 샘플링볼륨(2)에 의해 산란된 백스캐터드빔(3)이 형성되며, 신호검출기(8)는 기준치 대비 측정치를 검출하여 전기신호로 출력한다.
도 3은 본 발명의 원격먼지측정시스템을 개략적으로 나타낸 블록도로서, 광학헤드(10)와 컨트롤박스(20)로 이루어진다.
1)광학헤드
광학헤드(10)에는 레퍼런스디텍터(11), 앰프(12), LED(13), 빔포밍렌즈(14), 앰프(15), 신호검출기(16), 집광렌즈(17)가 구비된다.
2)컨트롤박스
컨트롤박스(20)에는 LED펄스기(21), 클락발생기(22), 동기검출기(23), 비율회로(24), 측정기(25)가 구비된다.
여기서, 상기 LED펄스기(21)는 LED(13)와 연결되고, 동기검출기(23)는 앰프(15)와 연결되며, 상기 비율회로(24)는 상기 앰프(12)와 연결된다.
상술한 본 발명은 먼지를 포함하고 있는 굴뚝배출가스에 광을 조사하면 먼지로부터 산란광이 발생되고 산란광의 강도는 성상, 크기, 상대굴절율 등에 따라 변하지만, 이들 조건이 동일하다는 먼지농도에 비례되는 원리를 이용한다.
스테인리스 스틸 프로브 끝의 튜브 내에 설치된 광학헤드에서 LED 소스로부터 조사된 광은 빔포밍렌즈를 통해 빔을 형성하고 빔에 있는 먼지물질 즉, 샘플링볼륨은 모든방향에서 광산란의 원인이 된다. 산란된 광은 집광렌즈를 통해 신호검출부로 보내어진다. 산란광은 집광렌즈를 통해 실리콘포토다이오드에 모아지고 신호검출부는 광을 전류신호로 변환시킨다. 레퍼런스디텍터에 있는 실리콘포토다이오드는 LED에서 조사된 광의 일부를 받아 광학헤드 내부에서 증폭되고 LED출력전원의 보상값으로 제어된다. 신호는 다시 증폭부를 통해서 전달되고 더 나은 처리를 위해 컨트롤박스에 피드백된다.
증폭된 신호는 동기검출기와 비율회로를 거치면서 LED조사강도에 따른 온도 및 부품의 변화에 따라서 보상되고, 이 신호는 최종적으로 내부에 저장된 제어프로그램의 제어신호에 따라 제어되는 컨트롤박스로부터 제공된 LCD에 디스플레이되며, 이와 동시에 RS485와 같은 직렬통신방식으로 연결된 외부 컨트롤로 전달되어 제어 혹은 디스플레이된다.
도 4는 본 발명에 따른 원격먼지측정시스템의 외관을 나타낸 측면도로서, 제로스펀제어를 위한 전자회로가 구비된 제로스펀전자샤시(31), 외부로부터 내부구성요소를 보호하기 위한 케이스(32), 외부로부터 먼지가 유입되지 않도록 걸러주는 필터(34), 필터(34)와 그 하우징을 위한 외부구조물인 필터및하우징샤시(33), 스탠더드퍼지제어를 위한 송풍기인 STD퍼지블로우(35), 하이불륨퍼지제어를 위한 송풍기인 HI볼륨퍼지블로우(36), 먼지와 빛의 출입 통로인 프로브(37), 감속기어장치인 기어드모터(38), 밴드위치를 조정하여 밸브를 개폐하는 밴드포지션포트(39), 제로스펀제어를 위한 기구장치가 구비된 제로스펀샤시(40), 밴드위치를 지시하는 포인터(41)가 구비된다.
위에서 살펴본 장치구성은 LED의 방사광이 나오지만, 뒤로 산란된 산란광은 신호검출기에 도달하지 못하도록 제어하는 제로스펀제어를 위한 것이다. 밴드를 더 이동시키면 이미 알려진 반사율을 광학헤드에 반사시키므로 스펀신호가 출력되고 밴드를 완전히 끝까지 이동시키면 밴드는 밸브를 폐쇄하여 가스의 흐름에 의해 기기의 작동이 완전히 차단된다.
상술한 광학헤드 외관을 살펴보면 도 5와 같다.
광학헤드의 주요부분을 나타낸 도 6을 참조하면, STD밴드어셈블리(51), 클로져밸브(52), 클로져밸브새들(53), 스크류(54), 클로져밸브엔드캡(55), STD클로져밸브인슐레이션슬리브(56)가 구비된다.
한편, 본 발명은 원격측정을 위한 시스템구성을 가지므로, 도 3과 같은 먼지측정장치에 도 7과 같은 원격보고를 위한 장치구성이 필요하다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 굴뚝 등으로부터 측정된 먼지데이터는 먼지측정장치(100)에 의해서 계측되고, 원격 컨트롤러(Controller)(110)에서 확인되고 제어된 데이터는 다시 중간수집기(120)(data logger)를 거쳐서 관제센터의 주컴퓨터와 온라인으로 연결하여 먼지데이터를 전달하게 된다.
또한, 상기 먼지측정장치(100), 리모트 컨트롤러(110), 중간수집기(data logger)(120) 사이의 통신방식은 추가적인 인터페이스 카드 등의 장비없이 RS-485 시리얼통신방식을 사용하여 송수신 데이터의 제어를 처리하게 된다.
10 ; 광학헤드 11 ; 레퍼런스디텍터
12 ; 앰프 13 ; LED
14 ; 빔포밍렌즈 15 ; 앰프
16 ; 신호검출기 17 ; 집광렌즈
20 ; 리모트 컨트롤러 21 ; LED펄스기
22 ; 클락발생기 23 ; 동기검출기
24 ; 비율회로 25 ; 측정기

Claims (3)

  1. 광학헤드와 컨트롤박스로 이루어지고, 광산란법에 의해 먼지를 측정하는 원격먼지측정시스템에 있어서,
    스테인리스 스틸 프로브 끝의 튜브 내에 설치된 광학헤드에서 LED 소스로부터 조사된 광은 빔포밍렌즈를 통해 빔을 형성하고 빔에 있는 샘플링볼륨은 모든방향에서 광산란이 발생하고, 산란된 광은 집광렌즈를 통해 신호검출부로 보내어지고;
    산란광은 집광렌즈를 통해 실리콘포토다이오드에 모아지고 신호검출부는 광을 전류신호로 변환시키며, 레퍼런스디텍터에 있는 실리콘포토다이오드는 LED에서 조사된 광의 일부를 받아 광학헤드 내부에서 증폭되고 LED출력전원의 보상값으로 제어되며, 신호는 다시 증폭부를 통해서 전달되고 더 나은 처리를 위해 컨트롤박스에 피드백되며, 증폭된 신호는 동기검출기와 비율회로를 거치면서 LED조사강도에 따른 온도 및 부품의 변화에 따라서 보상되며, 이 신호는 최종적으로 내부에 저장된 제어프로그램의 제어신호에 따라 제어되는 컨트롤박스로부터 제공된 LCD에 디스플레이되며, 이와 동시에 직렬통신방식으로 연결된 컨트롤 장치로 전달되어 제어 혹은 디스플레이 되는 것을 특징으로 하는 원격먼지측정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬통신방식은 RS-485인 것을 특징으로 하는 원격먼지측정시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤박스에 의해 측정된 먼지데이터는 리모트 컨트롤장치(110)를 거쳐서 중간 수집기(data logger; 120)에 연결되며, 중간수집기인 데이터로거(120)는 관제센터의 주컴퓨터와 온라인으로 연결하여 먼지데이터를 전달하여 24시간 실시간으로 감시할 수 있는 것을 특징으로 하는 원격먼지측정시스템.
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