KR101507474B1 - 유체 분석용 분광기 - Google Patents

유체 분석용 분광기 Download PDF

Info

Publication number
KR101507474B1
KR101507474B1 KR1020107010311A KR20107010311A KR101507474B1 KR 101507474 B1 KR101507474 B1 KR 101507474B1 KR 1020107010311 A KR1020107010311 A KR 1020107010311A KR 20107010311 A KR20107010311 A KR 20107010311A KR 101507474 B1 KR101507474 B1 KR 101507474B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
guide
fluid
analyzed
light beam
Prior art date
Application number
KR1020107010311A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100092438A (ko
Inventor
조앙 푸르넬
알랭 루나띠
띠에리 제르고
Original Assignee
에스 뻬 트루와 아쉬
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스 뻬 트루와 아쉬 filed Critical 에스 뻬 트루와 아쉬
Publication of KR20100092438A publication Critical patent/KR20100092438A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101507474B1 publication Critical patent/KR101507474B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/10Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J3/108Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J2003/2866Markers; Calibrating of scan
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/021Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or particular reflectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0291Housings; Spectrometer accessories; Spatial arrangement of elements, e.g. folded path arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • G01N2021/8514Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample with immersed mirror
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 파장대를 커버하는 광선을 생성하도록 설정된 조명장치(LSRC), 상기 조명장치로부터 출력된 광선이 분석대상인 유체와 상호작용하도록 설정된 프로브, 및 상기 광선이 분석대상인 유체와 상호작용한 후에 광선을 수용하고, 다양한 범위의 파장에 대해 광도의 측정치를 제공하도록 설정된 스펙트럼 분석 장치를 포함하는 분광기로서, 상기 조명장치가, 다양한 범위의 파장의 빛을 발산하는 수개의 발광 부재(1a-1c), 및 상기 발광 부재(1a-1c)의 발광면에 고정되고, 상기 파장대를 커버하는 생성된 광선으로 상기 발광 부재에 의해 발산된 광류를 결합하며, 상기 생성된 광류를 프로브로 가이드하는 복합 광학 부재(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광기에 관한 것이다.

Description

유체 분석용 분광기{SPECTROMETRY DEVICE FOR FLUID ANALYSIS}
본 발명은 유체의 분석에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자동차의 엔진과 같은 연소엔진을 작동하게 하는 유체, 특히 탄화수소- 또는 생물연료-기재 연료의 정성 분석에 관한 것이다.
자동차는 센서에 의해 측정된 상이한 파라미터에 따라 엔진의 작동을 최적화하도록 설정된 전자 제어 시스템을 점차적으로 구비하고 있다. 일반적으로 상기 시스템은 특히 엔진 속도, 오일 및 냉각수의 온도, 및 대기압 및 주변 온도와 같은 외부 파라미터에 따라 엔진에 주입되는 연료의 양을 조절하고, 주입 시간, 점화 진각, 흡기 압력 및 배기가스의 재순환을 세팅하도록 설정된다.
그러나, 상기 최적화는 연료의 품질의 변동에 의해 제한된다. 실제로, 이들이 표준으로 정해져 있더라도, 연료는 날씨 및 주유소에 따라 품질이 유의적으로 변동된다. 연료는 일반적으로 물리-화학적 파라미터, 예컨대 불꽃 점화 엔진에 대한 옥탄가 및 증기압, 디젤 엔진에 대한 세탄가, 인화점 및 내저온성, 뿐만 아니라 증류 곡선, 밀도 및 산화 화합물 함량을 특징으로 갖는다. 따라서, 탄화수소-기재 연료의 물리-화학적 파라미터는 표준에서 명시된 표준화된 평균값 근처에서 15 내지 40% 또는 그 이상으로 변할 수 있다고 추정된다.
최근에, 연소엔진의 작동은 표준화된 연료에 대해 최적화된다. 만일 펌프에 주입된 연료의 품질이 표준화된 연료의 품질과 매우 상이하다면, 상기 최적화는 더 이상 행해지지 않으며, 엔진은 더 많은 연료를 소비하고 더 많은 오염가스를 생성하게 될 것이다.
따라서, 엔진에 공급하는 연료의 품질을 규명하고 엔진의 작동을 제어하기 위해 수득된 결과를 고려하는 것이 요구된다. 이러한 목적을 위해, 근적외선 흡수 분광기법이 탄화수소 또는 탄화수소 혼합물의 정성 평가에 적합하다.
유체 흡수 스펙트럼을 생성하는 표준 분광기는 일반적으로 하기의 부재를 포함한다:
- 측정이 이루어져야 하는 하나 이상의 파장대를 커버하는 광원,
- 상기 광원에 의해 생성된 빛과 분석대상인 유체가 상호작용하는, 하기에서 "프로브"로 언급되는 장치, 및
- 상기 프로브의 출구에서 빛을 분석하는 스펙트럼 분석 센서.
상기 분광기는 파장 λ에 따라 유체를 통과하는 빛의 양 T를 나타내는 T=f(λ) 유형의 곡선 형태로 흡수 스펙트럼을 수득할 수 있게 한다.
분광기는 그의 스펙트럼 분석 범위 (생성된 스펙트럼의 폭 및 위치), 그의 분석 정밀도 또는 제공된 스펙트럼을 구성하는 측정포인트의 수, 흡수값 측정의 그의 정확도 및 그의 민감도, 즉 소량의 빛을 측정하기 위한 그의 능력을 주로 특징으로 갖는다.
요즘의 분광기는 일반적으로 매우 복잡하며 따라서 매우 비싸며, 상대적으로 크기가 크다. 특히, 요즘의 분광기는 공역(air space)에 의해 분리된 많은 광학 부재들(렌즈, 필터, 프리즘, 거울, 회절 격자)을 포함한다. 상기 부재들의 배열은 분광기가 정확하게 기능하기 위해 중요하다. 따라서, 일반적으로 실험실용으로 설계된 요즘의 분광기는 연소엔진 또는 자동차의 환경에 적합하지 않다. 특히, 이들은 연소엔진 또는 자동차에 의해 생성되는 강한 진동을 견뎌내도록 설계되어 있지 않다. 실제로, 광원 및 스펙트럼 분석 장치 사이에서, 광선은 공역에 의해 분리된 상당히 많은 광학 부재들을 통과한다. 광학 부재 및 공기 사이의 각각의 계면은 오조정 또는 변질의 잠재적인 원인이다.
분광기법에서 통상적으로 사용되는 광원(백열 또는 금속 증기 램프, 할로겐 등)은 연소엔진 또는 차량 내에 장착되기 위해 필요한 강인성, 수명 및 크기의 요건에 적합하지 않다. 또한, 레이저의 사용은 원하는 스펙트럼의 측정 포인트와 동일한 수의 레이저가 필요하기 때문에 배제되어야 한다. 또한, 레이저의 사용은 유해한 환경에서 수명, 안정성 및 강인성의 이유 때문에 배제되어야 한다.
또한, 특허출원 FR 2 798 582호 및 FR 2 789 294호는 표준 광학 부재가 장착된 발광 다이오드를 사용하는 것을 고려하였다.
문헌 US 2007/0084990에는 수집 및 공정 회로, 및 샘플과 인터페이스하기 위한 광학 부재를 포함하는 단일 박스 내에 에너지원 및 검출기를 통합시킨, 축소화된 분광기가 기재되어 있다. 상기 스펙트럼의 선택성은 연속가변 광학 필터에 의해 또는 매트릭스 필터에 의해 수득된다. 상기 장치는 투과도, 흡수도, 혼탁도 및 형광도를 측정할 수 있게 한다. 상기 문헌은 협범위- 또는 광범위-스펙트럼 광원, 예컨대 백색 LED를 제공한다.
문헌 FR 2 583 164에는 광섬유를 통해 유체를 조명하는 초점 광학부재가 장착된 광원을 포함을 포함하는 장치가 기재되어 있다. 상기 빛은 색 구분 장치로 빛을 전송하는 다른 광섬유를 사용하여 상기 유체로부터 집적된다.
문헌 GB 2 283 091에는 분석대상인 액체의 통로 및 반사기를 포함하는 프로브로 광선을 전송하는 광섬유를 포함하는, 액체의 스펙트럼을 분석하기 위한 액체 스펙트럼 분석 장치가 기재되어 있다. 상기 반사기는 상기 섬유 내 광선을 분석 유닛으로 반사한다.
문헌 US 2005/0140270에는 적색, 녹색 또는 청색의 수개의 광원을 포함하는 발광 장치, 예컨대 LED가 기재되어 있다. 각각의 광원에 의해 발산된 빛은 집중기 어레이의 부재에 의해 집중된 후에, 광 가이드 번들의 각각의 광 가이드에 의해 전송된다.
문헌 US 6 560 038에는 LED 또는 LED 세트가 장착된 광 결합기가 기재되어 있다.
문헌 FR 2 566 909에는 빛을 액체에 전송하는 광섬유 번들의 한 부분, 상기 섬유 번들로 빛을 반사하는 액체 내 매몰된 거울, 검출기에 연결되어 있는 상기 섬유 번들의 다른 부분을 포함하는, 액체 내 생성물의 검출 장치가 기재되어 있다.
문헌 US 4 989 942에는 광섬유에 의해 조준 렌즈로 전송되는 광원을 포함하는 액체 분석용 장치가 기재되어 있다. 이어서, 상기 빛은 액체를 통과한 후에, 다른 조준 렌즈에 의해 집적된다. 상기 집적된 빛은 이어서 광섬유에 의해 분석 장치로 전송된다.
따라서, 연소엔진 또는 자동차에 설치될 수 있는 유체 분석 분광기를 제조하는 것이 요구된다.
상기 목적은 파장대를 커버하는 광선을 생성하도록 설정된 조명장치, 상기 조명장치로부터 출력된 광선이 분석대상인 유체와 상호작용하도록 설정된 프로브, 및 상기 광선이 분석대상인 유체와 상호작용한 후에 광선을 수용하고 다양한 범위의 파장에 대해 수용된 빛의 양에 따른 측정치를 제공하도록 설정된 스펙트럼 분석 장치를 포함하는 분광기를 제공함으로써 달성된다.
일구현예에 따르면, 상기 조명장치는, 발광면을 각각 포함하고, 상기 파장대에 포함된 다양한 범위의 파장의 빛을 발산하는 수개의 발광 부재, 및 상기 발광 부재의 발광면에 고정되고, 상기 파장대를 커버하는 생성된 광선으로 상기 발광 부재에 의해 발산된 광류를 결합하며, 상기 생성된 광류를 프로브로 가이드하는 복합 광학 부재를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 복합 광학 부재는 발광 부재로부터 출력된 빛을 수용하는 입구면, 광 가이드와 결합된 출구면, 및 발광 부재로부터 프로브에 가능한한 많은 빛을 집중하고 전송하기 위해 실질적으로 최적화된 회전체를 갖는 형태를 갖는다.
일구현예에 따르면, 상기 복합 광학 부재는 각각의 발광 부재의 발광면을 커버한다.
일구현예에 따르면, 상기 복합 광학 부재는 각각의 발광 부재의 발광면에 하나 이상의 광섬유에 의해 결합된다.
일구현예에 따르면, 상기 조명장치에 의해 생성된 광선은 700 nm 내지 1,100 nm의 파장대를 커버한다.
일구현예에 따르면, 상기 조명장치는 실질적으로 동일한 범위의 파장에서 빛을 발산하는 수개의 발광 부재를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 발광 부재는 발광 다이오드이다.
일구현예에 따르면, 상기 프로브는 조명장치로부터 출력된 광선을 분석대상인 유체로 전송하는 광섬유 조광 가이드, 및 상기 광 가이드에 결합되고 분석대상인 유체를 통과한 광선을 적어도 부분적으로 집적하고 이를 스펙트럼 분석 장치에 전송하는 광섬유 집광 가이드를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 집광 가이드는 조광 가이드 주변에 퍼져있는 수개의 집광섬유, 및 광선이 분석대상인 유체를 통과한 후에 상기 광선을 분석대상인 유체를 통해 집광섬유로 반송하는 반사기를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 반사기는 약간 더 넓은 각으로 입사광선의 방향에 대해 실질적으로 반대 방향으로 광선의 각각의 입사광선을 반사시키기 위해 제조된다.
일구현예에 따르면, 상기 반사기는 Scotchlite® 유형 또는 역반사 프리즘을 갖는 안전 반사기 유형이다.
일구현예에 따르면, 상기 반사기는 조광 가이드의 출구면의 중앙에 실질적으로 중심이 있는 구면 껍질의 형태를 갖는다.
일구현예에 따르면, 상기 프로브는 조광 가이드의 출구 및 분석대상인 유체 사이에 배치된 수렴 렌즈를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 프로브는 조광 가이드의 출구에서 광선을 분석대상인 유체로 전송하고, 분석대상인 유체로부터 출력된 광선을 집광 가이드로 전송하는 Y 광 결합기, 및 광선이 분석대상인 유체를 통과한 후에 상기 광선을 분석대상인 유체를 통해 상기 광 결합기로 반송하는 반사기를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 반사기는 입사광선의 방향에 대해 실질적으로 반대 방향으로 광선의 각각의 입사광선을 반사시키기 위해 제조된다.
일구현예에 따르면, 상기 반사기는 Scotchlite® 유형 또는 역반사 프리즘을 갖는 안전 반사기 유형이다.
일구현예에 따르면, 상기 반사기는 조광 가이드의 출구면의 중앙에 실질적으로 중심이 있는 구면 껍질의 형태를 갖는다.
일구현예에 따르면, 상기 프로브는 결합기 및 분석대상인 유체 사이에 배치된 수렴 렌즈를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 프로브는 조광 가이드이 출구 및 분석대상인 유체 사이에 배치된 수렴 렌즈, 및 집광 가이드 및 분석대상인 유체 사이에 배치된 수렴 렌즈를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 스펙트럼 분석 장치는, 프로브에 결합되고, 광선이 분석대상인 유체와 상호작용한 후에 상기 광선을 수용하고, 상기 파장대에 포함된 각 범위의 파장을 커버하는 일부 광선을 감광 셀의 세트의 적어도 한 부분의 감광 셀의 각각에 전송하도록 배치된 제1의 광필터링 장치를 통해 감광 셀의 제1세트에 상기 광선을 분산시키는, 제1의 광 가이드를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 제1의 광 가이드는 투명한 물질로 구성된 플레이트의 형태를 가지며, 이는 상기 플레이트의 모서리에 의해 분석대상인 유체로부터 출력된 광선을 수용하고, 제1의 필터링 장치 및 감광 셀의 제1세트가 위치해 있는 상기 플레이트의 반대편 모서리에 확산시킴으로써 분산시킨다.
일구현예에 따르면, 상기 집광 가이드는 제1의 광 가이드에 결합되어 상기 광 가이드에 광선을 전송한다.
일구현예에 따르면, 상기 스펙트럼 분석 장치는 제1의 필터링 장치를 통해 플레이트의 모서리에 고정된, 감광 셀의 제1세트를 포함하는 광검출기의 스트립을 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 제1의 필터링 장치는 그의 길이에 걸쳐 선형 가변적인 스펙트럼 전송 간섭 유형의 필터를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 필터링 장치는 700 nm 내지 1,100 nm의 파장대를 커버한다.
일구현예에 따르면, 상기 스펙트럼 분석 장치는, 조명장치의 출구에서 직접 광선의 일부를 수용하고, 상기 파장대에 포함된 각 범위의 파장을 커버하는 일부 광선을 각각의 감광 셀에 전송하도록 배치된 제2의 광필터링 장치를 통해 감광 셀의 제2세트에 광선의 일부를 전송하는, 제2의 광 가이드를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 제2의 광 가이드는 투명한 물질로 구성된 플레이트의 형태를 가지며, 이는 상기 플레이트의 모서리에 의해 조명장치로부터 출력된 일부 광선을 수용하고, 상기 광선을 제2의 필터링 장치 및 감광 셀의 제2세트가 위치해 있는 상기 플레이트의 반대편 모서리에 확산시킴으로써 분산시킨다.
일구현예에 따르면, 상기 장치는 조명장치로부터 출력된 광선을 제2의 광 가이드로 전송하기 위하여 제2의 광 가이드에 결합된 광섬유 광 가이드를 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 스펙트럼 분석 장치는 제1 및 제2의 필터링 장치를 통해 제1 및 제2의 광 가이드의 플레이트의 모서리에 고정된, 감광 셀의 제1 및 제2세트를 포함하는 광검출기의 스트립을 포함한다.
일구현예에 따르면, 상기 제2의 필터링 장치는 그의 길이에 걸쳐 선형 가변적인 스펙트럼 전송 간섭 유형의 필터를 포함한다.
본 발명의 구현예의 몇몇 실시예가 하기의 도와 관련하여 하기에 기재될 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다:
- 도 1은 연소엔진 또는 자동차의 환경에 적용된 분광기의 몇몇 기능의 블록 형태를 나타내며,
- 도 2a는 분광기의 조명장치의 측면이며,
- 도 2b는 조명장치의 광원의 정면이며,
- 도 3은 조명장치의 광원의 방출 스펙트럼의 몇몇 예의 곡선 형태를 나타내며,
- 도 4는 분광기의 조명장치의 선택적인 구현예의 측면이며,
- 도 5a는 조명장치에 의해 생성된 광선을 분석대상인 유체로 전송하기 위한 전송 프로브의 측면이며,
- 도 5b는 프로브 내 광섬유의 배치의 단면이며,
- 도 6은 프로브의 선택적인 구현예의 측면이며,
- 도 7은 프로브의 또다른 선택적인 구현예의 측면이며,
- 도 8a는 분광기의 스펙트럼 분석 장치의 평면도(top view)이며,
- 도 8b는 스펙트럼 분석 장치의 측면이며,
- 도 9는 분광기의 배치의 블록 형태를 나타내며,
- 도 10은 분광기의 선택적인 배치의 블록 형태를 나타내며,
- 도 11은 도 10에 나타낸 분광기의 스펙트럼 분석 장치의 평면도(top view)이며,
- 도 12는 스펙트럼 분석 장치에 의해 수득된 유체 흡수 곡선의 예를 나타내며,
- 도 13은 분광기의 제2의 선택적인 배치의 블록 형태를 나타내며,
- 도 14는 도 13에 나타낸 분광기의 프로브의 측면이다.
하기의 도면 설명에서, 동일한 부재는 동일한 인용을 갖는다.
도 1은 유체를 분석하기 위한 분광기 FAN을 나타낸다. 상기 장치 FAN은 하기를 포함한다:
- 분광기법 측정이 이루어져야 하는 하나 이상의 파장대를 커버하는 조명장치 LSRC,
- 상기 조명장치 LSRC에 의해 생성된 빛이 분석대상인 유체와 상호작용하도록 설정된 프로브 PRB,
- 상기 프로브의 출구에서 빛을 분석하는 스펙트럼 분석 센서 SPAN, 및
- 소스(source) 및 프로브 사이에서 그리고 프로브 및 센서 사이에서 광선을 가이드하도록 설정된 광학부재 4, 12.
분석대상인 유체는 기체 또는 액체, 특히 탄화수소 또는 탄화수소 혼합물, 또는 탄화수소 및 생물연료의 혼합물일 수도 있다.
도 2a 및 2b는 조명장치 LSRC의 일구현예를 나타낸다. 상기 조명장치 LSRC는 매체 2에 탑재되고 연결핀 5에 의해 에너지원(도시되지 않음)에 연결된 광원 1을 포함한다. 광원 1은 예를 들어 발광 다이오드(LED) 유형의 발광 부재를 포함한다. 상기 매체 2는 발광 부재 1이 탑재되고 연결된 인쇄회로웨이퍼(wafer)를 포함할 수 있다.
광섬유 4는 부재 1의 발광면에 결합되어, 생성된 빛을 프로브 PRB 방향으로 전송한다.
만일 분광기법 측정을 하기 위해 커버되는 파장대가 단일 발광 부재에 의해 커버될 수 없다면, 다양한 범위의 파장에서 수개의 발광 부재 1a-1g가 매체 2에 탑재될 수 있다.
따라서, 전류 발광 다이오드는 폭이 수십 나노미터인 방출 파장 스펙트럼을 갖는다. 따라서, 커버되는 스펙트럼이 수백 나노미터에 걸쳐 있다면, 수개의 발광 다이오드가 요구된다. 예를 들어, 상기 조명장치는 이에 따라 700 내지 1,100 nm 범위의 파장의 스펙트럼을 커버할 수 있다.
이어서, 상기 조명장치 LSRC는 발광 부재 1a-1g 각각으로부터 출력된 빛을 혼합하고 상기 혼합된 빛을 광섬유 4 방향으로 가이드하도록 설정된 광학 부재 3을 포함한다. 광학 부재 3은 분석기의 측정 파장의 스펙트럼 내에서 투명한 물질로 구성될 수 있다. 광학 부재 3은 예를 들어 발광 부재 1a-1g에 의해 생성된 광에너지를 광섬유 4로 최적의 효율로 전송하기 위하여 TIR(Total Internal Reflection, 전반사)-유형이다. 상기 부재 3은 모든 발광 부재 1a-1g를 커버하는 입구면, 및 섬유 4의 입구면과 실질적으로 동일한 형태와 크기를 갖는 출구면을 갖는다. 상기 부재 3의 회전체는 실질적으로 원추형이며, 그의 발생기는 발광 부재 1a-1g로부터 가능한 한 많은 빛을 광섬유 4에 전송하기 위해 최적화된다. 상기 부재 3은 예를 들어 부재 1a-1g를 완전히 커버하는 투명한 글루 3a의 층을 이용하여 상기 부재 1a-1g 및 매체 2에 고정된다. 상기 광섬유 4는 또한 투명한 글루를 이용하여 상기 부재 3에 고정될 수 있다.
도 3은 다양한 발광 다이오드의 방출 스펙트럼 C1-C5, 및 광학 부재 3이 스펙트럼 C1-C5를 결합한 후에 수득된 생성 스펙트럼 CR에 상응하는, 파장에 따른 광 파워의 6개의 곡선을 나타낸다. 각각의 방출 스펙트럼 C1-C5는 실질적으로 가우스(Gauss) 곡선의 형태를 갖는다. 스펙트럼 C1-C5는 각각 850 nm, 890 nm, 940 nm, 970 nm 및 1,050 nm의 근처에서 최대값을 갖는다. 상기 최대값이 동일하지 않기 때문에, 생성된 스펙트럼 CR이 커버되는 파장대에서 가능한한 평평하도록 (정 파워), 상기 조명장치 LSRC는 실질적으로 동일한 방출 스펙트럼을 갖는 수개의 발광 부재를 포함할 수 있다.
도 4는 조명장치의 또다른 구현예를 나타낸다. 도 4에서, 조명장치 LSRC1은 수개의 발광 부재 1a, 1b, 1c를 포함하며, 상기 각각의 부재는 매체 2a, 2b, 2c에 탑재되고 광섬유 7a, 7b, 7c에 직접 결합된다. 따라서, 각각의 부재 1a, 1b, 1c의 발광면은 광섬유 7a, 7b, 7c의 입구면과 접촉한다. 각각의 광섬유의 출구면은 상술한 광학 부재 3과 같은 광학 부재에 결합된다. 광섬유 7a, 7b, 7c는 투명한 글루를 이용하여 부재 1a, 1b, 1c에 또는 매체 2a, 2b, 2c에 그리고 부재 3에 고정될 수 있다.
여기서 또한, 상기 복합 광학 부재 3은 생략될 수 있다. 다이오드로부터 출력된 광섬유는 이어서 조명장치로부터 출력된 광선을 프로브 PRB에 전송하는 광섬유의 번들로 함께 그룹을 형성한다.
도 4의 구현예에서, 다이오드 1a-1c는 또한 도 2a, 2b에서 나타낸 바와 같이 동일한 매체 2에 탑재될 수 있다는 것에 주목될 것이다.
도 5a는 프로브 PRB를 나타낸다. 상기 프로브 PRB는 번들 내에 배치된 수개의 광섬유 4, 12 및 수렴 렌즈 19를 포함한다.
도 5b는 번들 내의 섬유의 배치의 예를 나타낸다. 도 5b에서, 상기 번들은 조명장치 LSRC로부터 출력된 섬유 4에 상응하며 조명 광섬유로 언급되는 중앙 광섬유, 및 중앙 섬유 4 주변에 배치되고 집광섬유로 언급되는 측면 광섬유 12를 포함한다. 상기 중앙 광섬유 4는 상이한 직경, 예를 들어 측면 섬유 12의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 도 5b의 예에서, 프로브 PRB는 7개의 섬유 12를 포함한다.
상기 렌즈 19는 그의 광축 16이 중앙 섬유 4의 출구에서 광선의 축과 실질적으로 만나도록 섬유 4, 12와 결합되며, 상기 섬유 4의 출구면의 중앙은 상기 렌즈의 초점 근처에 위치해 있다. 렌즈 19의 직경은 섬유 4의 출구에서 광선의 각을 부여받아, 섬유 4에 의해 전송된 광선이 렌즈에 의해 무한대로 완전히 전송된다. 모든 섬유 4, 12 및 전체 렌즈 19는 박스 18 내에 배치될 수 있다.
분석대상인 유체는 렌즈 19의 출구에서 광선의 경로 상에 배치된다. 상기 목적을 위해, 분석대상인 유체 20을 포함하는 파이프 또는 탱크 10은 렌즈 19의 출구에서 광선의 경로 상에 배치된, 투명창 11a 및 평평한 반사기 13을 포함한다. 반사기 13은 광축 16에 직각으로 배치되어, 광선이 분석대상인 유체 20을 통과하고 렌즈 19를 통해 섬유 4 및 12 방향으로 반사되도록 한다. 따라서, 상기 광선은 창 11a 및 반사기 13 사이에서 분석대상인 유체를 2번 통과한다.
반사기 13은 광원에 대해 역반사 유형, 즉 각각의 입사광선을 약간 굴절되어 입사광선의 방향에 대해 반대 방향에서 반사시키는 유형이며, 상기 반사된 광선은 특히 섬유 12의 입구면을 커버하는, 섬유 4보다 더 큰 표면적 상에서 렌즈 19에 의해 집중된다.
예를 들어, 3M사에서 상표명 Scotchlite®으로 시판되는 반사면은 이러한 특징을 갖는다: 상기 반사면에 도달한 광선은 약간 더 넓은 각으로 반대 방향에서 반사면을 떠난다. 이러한 유형의 표면은 예를 들어 역반사 안전의류를 제조하기 위해 사용된다. 상기 목적을 위해, 반사면은 매체에 고정된 투명한 마이크로비드를 포함하며, 상기 매체를 향한 반사면의 절반은 반사층으로 커버된다.
역반사 프리즘을 갖는 안전 반사기도 또한 동일한 특징을 갖는다.
이러한 특징은 반사기 13에 수직인 축 및 렌즈 19의 광축 16 사이의 배열의 결함을 상쇄시킨다.
파이프 또는 탱크 10은 반사기 13이 고정되어 있고 광선의 경로 상에 위치해 있는 제2의 투명창 11b를 포함할 수 있다.
투명창 11a는 렌즈 19와 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 6은 프로브의 또다른 구현예를 나타낸다. 상기 구현예예서, 프로브 PRB1은 렌즈 19의 부재 때문에 도 5a에 도시된 것과 상이하다. 분석대상인 유체 20을 포함하는 탱크 또는 파이프 10'은 도 5a에서와 같이 섬유 4로부터 출력된 광선을 분석대상인 유체로 주입하는 투명창 11a를 포함한다. 투명창 11a의 반대편에, 섬유 4의 출구면의 중앙에 실질적으로 중심이 있는 구면 껍질의 형태인 반사기 13'이 제공된다. 따라서, 섬유 4의 출구에서 광선의 모든 선은 분석대상인 유체 20 내에서 실질적으로 동일한 길이의 경로를 이동한다.
반사기 13'은 반사선을 확장하여 섬유 12의 입구면을 커버하는 역반사면을 갖는다.
따라서, 섬유 4로부터 출력된 전체 선은 투명창 11a를 통해 파이프 또는 탱크 10'에 주입되며, 반사기 13에 의해 섬유 4, 12 방향으로 반사된다.
반사기 13'은 파이프 또는 탱크 10'에 제공된 구면 껍질의 형태로 투명창 상에 또는 파이프 또는 탱크 내부에 또다시 배치된다.
또한, 섬유 4, 12의 말단을 반사기 13'과 연동시키고 이를 분석대상인 유체 20 내에 수용하는 것이 제공될 수 있다.
도 7은 프로브의 또다른 구현예를 나타낸다. 상기 구현예에서, 프로브 PRB2는 Y 결합기 25 및 단일 집적섬유 12'의 존재 때문에 도 5a에 나타낸 것과는 상이하다. 프로브 PRB2는 광선을 분석대상인 유체 20으로 전송하고 이로부터 출력된 광선을 캡쳐하는 단일 섬유 26을 포함한다. 결합기 25는 그의 전달 방향에 따라 광선을 분리하고 이에 따라 조명장치 LSRC 또는 LSRC1로부터 출력된 선을 섬유 26 및 분석대상인 유체 방향으로 인도하도록 설정되며, 분석대상인 유체를 통과한 광선은 스펙트럼 분석 센서 SPAN의 입구와 결합된 광섬유 12' 방향으로 섬유 26에 의해 전송된다. 광섬유 4, 26 및 12'는 투명한 글루를 이용하여 결합기 25에 고정될 수 있다.
도 6에 대해 상술한 바와 같이, 도 7의 구현예에서 렌즈 19는 제거될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이 경우, 도 6에 나타낸 것과 같은 구면 껍질의 형태인 반사기가 사용된다.
도 8a, 8b는 스펙트럼 분석 센서 SPAN의 일구현예를 나타낸다. 상기 센서 SPAN은 광 가이드 21, 광필터 22 및 감광 센서 24를 포함한다. 광 가이드 21은 투명한 물질, 예를 들어 유리로 구성되며, 프로브 PRB로부터 출력된 광섬유 12의 직경과 실질적으로 동일하거나 더 큰 얇은 두께의, 실질적으로 평행육면체 플레이트의 형태를 갖는다. 각각의 집광섬유 12는 예를 들어 투명한 글루를 사용하여 플레이트의 측면 또는 모서리 210에 고정된다.
센서 24는 스트립으로서 배치되고 필터 22에 의해 커버될 수 있는 감광 셀의 세트를 포함한다. 필터 22를 갖는 감광 셀의 스트립은 집광섬유 12가 고정된 측면 또는 모서리 210의 맞은편의 가이드 21의 측면 또는 모서리 211을 커버한다. 센서 24는 예를 들어 다수의 감광 부재, 예컨대 64 또는 128개의 감광 셀을 포함하는 CMOS-센서 유형이다. 필터 22는 분석되어지는 파장대의 파장의 각각의 범위에 위치한 광선을 전송하도록 설정된, 감광 셀 당 하나의 필터 부재를 포함하며, 각각의 감광 셀은 생성된 스펙트럼의 곡선 상에 포인트 값을 제공한다. 각각의 셀의 출구 신호는 필터 22에 의해 셀로 전송된 파장 범위에 대해 분석대상인 유체를 통과한 빛의 양의 측정치이다.
이에 따라 상기 셀에 의한 측정치는 파장 λ에 따라 분석대상인 유체에 의해 전송된 빛 I의 양을 나타내는 I=f(λ) 형태의 스펙트럼을 생성하도록 설정된 신호 처리 장치 RDP로 전송된다. 신호 처리 장치는 또한 흡수 스펙트럼으로부터 추정되도록 설정되며, 이에 따라 조명장치 LSRC로부터 출력된 광선에 의해 통과된 유체의 특정 특징 SPCT를 생성한다.
가이드 21을 구성하는 물질은 모서리 210에 의해 도입된 모든 광선이 상기 가이드의 벽에 의해 반사되어 맞은편의 모서리 211을 통해 이를 떠나게만 하는 굴절률을 갖는다. 이에 따라, 집광섬유 12의 출구에서 광선은 필터 22로 완전히 전송된다. 따라서, 가이드 21에 대해 선택된 기하구조는 프로브 PRB로부터 출력된 광선을 필터 22의 전체면에 걸쳐 실질적으로 동일한 방식으로 확산시킬 수 있게 한다.
상기 가이드 21은 예를 들어 직경이 각각 1 mm인 7개의 집적섬유 12에 대해 약 1 mm의 두께 및 약 7 mm의 폭을 갖는다. 가이드 21의 길이는 예를 들어 가이드 21 내의 섬유 12의 출구에서 광선의 각에 따라 결정되며, 가이드 21의 폭의 중간에 고정된 집적섬유의 출구에서 선 27이 전체 필터 22를 커버한다.
필터 22는 그의 길이에 걸쳐 선형 가변적인 스펙트럼 전송 간섭 유형일 수 있으며, 이는 가이드 21의 출구면 (모서리) 211의 폭에 따라, 그의 파장에 따른 위치에서 수용된 광선의 각각의 파장 부재를 통과시킨다. 따라서, 센서 24의 각각의 감광 셀은 별개의 파장대에 위치한 광선을 수용하며, 센서의 2개의 인접한 셀은 2개의 연속범위의 파장에 위치한 광선을 수용한다.
만일 프로브가 도 7 내 섬유 12'와 같은 단일 집광섬유를 포함한다면, 단일 섬유는 광 가이드 21의 입구면 (모서리) 210에, 바람직하게는 상기 입구면의 중간에 고정된다고 이해될 것이다.
도 9는 분광기 FAN에서 상술한 상이한 부재들의 배치를 나타낸다. 도 9에서, 조명장치 LSRC는 광섬유 4를 통해 프로브 PRB (또는 PRB1, PRB2)에 연결된다. 프로브 PRB 또는 PRB2의 경우에, 렌즈 19는 분석대상인 유체 20을 포함하는 파이프 또는 탱크 10의 투명창 11a 및 반사기 13의 반대편에 위치한다. 프로브 PRB (또는 PRB1, PRB2) 는 광섬유 12 (또는 프로브 PRB2의 경우 광섬유 12')를 통해 스펙트럼 분석 센서 SPAN에 연결된다.
도 10은 분광기의 또다른 구현예를 나타낸다. 도 10에서, 분광기 FAN1은 스펙트럼 분석 장치 SPAN1 및 조명장치 LSRC의 출구를 장치 SPAN1에 연결한 광섬유 4'를 포함한다는 점에서, 분광기 FAN과 상이하다.
도 9 및 10에서, 조명장치는 또한 장치 LSRC1일 수 있다.
도 11은 분광기 FAN1의 스펙트럼 분석 센서 SPAN1을 나타낸다. 도 11에서, 스펙트럼 분석 센서 SPAN1은 도 8a, 8b에서 나타낸 1개의 SPAN과 같은 2개의 센서를 포함한다. 따라서, 센서 SPAN1은 2개의 광 가이드 21, 21' 및 2개의 광필터 22, 22' 및 2개의 감광 센서를 포함한다. 가이드 21의 입구면은 광섬유 12와 결합되며, 가이드 21'의 입구면은 광섬유 4'과 결합된다.
광섬유 4'는 2개의 광섬유 4, 4'에 균형을 이룬 방식으로 실질적으로 임의의 손실 없이 복합 부재 3의 출구에서 광선을 전송할 수 있는, 그 자체로 공지된 광섬유 결합기(도시되지 않음)를 통해 조명장치 LSRC (또는 LSRC1)에 연결될 수 있다.
도 11의 예에서, 센서 SPAN1은 필터 22, 22'가 각각 구비된, 2개의 가이드 21, 21'에 의해 전송된 광선을 분석하기 위한 2배 이상의, 예를 들어 128 또는 256개의 감광 셀을 포함하는 단일 감광 센서 24를 포함한다.
섬유 4'에 의해 조명장치 LSRC로부터 직접 전송된 빛은 필터 22'를 통해 분석되며, 각각의 파장 λ에 대해 조명장치에 의해 발산된 빛의 양 R(λ)을 나타낸다.
집적섬유 12에 의해 프로브 PRB로부터 전송된 빛은 각각의 파장 λ에 대해 분석대상인 유체를 통과한 빛의 양 t(λ)을 나타낸다.
따라서, 장치 SPAN1은 T(λ)=t(λ)/R(λ) 형태의, 조명장치로부터 출력된 광선의 임의의 변동을 고려하여 보정된 전송 스펙트럼을 구성할 수 있다.
도 12는 파장 850 nm 내지 1,050 nm에서의 상기 흡수 스펙트럼 T의 예를 나타내며, 유체가 상응하는 파장 λ에서 완전히 투명할 때 T는 실질적으로 1과 같고, 유체가 상응하는 파장 λ에서 완전히 관통할 수 없을 때 실질적으로 0과 같다.
도 13은 분광기의 또다른 구현예를 나타낸다. 도 13에서, 분광기 FAN2는 2개의 부분 PRB3, PRB4, 즉 조명장치 LSRC에 연결된 1개의 프로브 부분 PRB3 및 분석 센서 SPAN1에 연결된 1개의 프로브 부분 PRB4를 포함하는 변형된 프로브의 존재 때문에, 장치 FAN1과 상이하다. 2개의 프로브 부분 PRB3, PRB4는 투명창 11a, 11b의 정면의 파이프 또는 탱크 10의 옆에 위치하며, 상기 부분 PRB1은 조명장치에 의해 생성된 광선을 분석대상인 유체 20으로 전송하는 섬유 4에 연결되어 있으며, 상기 부분 PRB2는 광선이 분석대상인 유체를 통과한 후에 광선을 수용하고, 이를 섬유 12'에 전송한다.
조명장치 LRSC1은 또한 장치 FAN2에서 사용될 수 있다고 이해될 것이다.
도 14는 2 개의 프로브 부분 PRB3, PRB4를 나타낸다. 상기 부분 PRB3은 박스 18 및 프로브 PRB의 렌즈 19를 포함한다. 상기 부분 PRB4는 섬유 12'의 입구면의 중앙에서, 분석대상인 유체 20을 통과한 광선을 집중시키는 렌즈 19' 및 창 11b를 포함한다. 전렌즈 19' 및 섬유 12'의 말단은 박스 18' 내에 탑재될 수 있다. 상기 배치에서, 섬유 4, 12' 및 렌즈 19, 19'는 서로 결합되어, 섬유 4의 출구에서 광선의 축이 렌즈 19, 19'의 광축 16 및 섬유 12'의 입구 축과 일치한다.
또한, 렌즈 19, 19'는 투명창 11a, 11b를 구성할 수 있다고 여겨진다.
조명장치 LSRC, LSRC1, 프로브 PRB, PRB1-PRB4 및 분석 장치 SPAN, SPAN1에 연결된 상술한 광섬유 4, 4', 12, 12'는 섬유 번들로 대체될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
분광기 FAN, FAN1, FAN2의 상이한 광학부재들은 상기 부재들의 조립 및 광섬유에 의한 그의 연결 동안 정렬된다. 상기 조립은 광섬유를 사용함으로써 광학 부재 사이에 임의의 공기 없이 또는 진공에서 단일 블록을 형성하기 위하여 실시될 수 있으며, 이는 또한 상기 장치에 진동 비감응성을 부여한다. 따라서, 상기 장치의 모든 부재 및 광섬유는 예를 들어 수지 내에 매몰될 수 있으며, 예를 들어 공격적인 환경에 저항하는데 적합한 포팅(potting) 유형일 수 있다.
또한, 분광기 FAN, FAN1, FAN2는 장기간의 수명을 갖는 저비용의 부재만을 사용하며, 그의 조성물은 이를 대량 생산 공정에 적합하게 한다. 따라서, 상기 분광기는 연소엔진 및 자동차의 환경에 완전하게 적합하다는 것이 입증된다.
당업자라면 본 발명의 다양한 선택적인 구현예 및 (다양한) 적용이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 특히, 본 발명은 분광기의 상이한 부재(조명장치, 프로브 및 스펙트럼 분석 장치)를 연결하기 위한 광섬유의 용도에 한정되지 않는다. 본 발명은 조명장치를 프로브 및 스펙트럼 분석 장치에 연결하는 단일 광섬유를 포함하는 장치, 및 프로브를 스펙트럼 분석 장치에 연결하는 1 또는 7개의 광섬유에 한정되지 않는다. 실제로, 상기 연결은 또한 광섬유 번들로 구성된 광 가이드에 의해 제조될 수 있다.
본 발명은 또한 임의의 복합 광학 부재 3이 없는 조명장치를 포함할 수 있다. 실제로, 모든 발광 다이오드를 커버하는 입구면을 갖는 광섬유 또는 광섬유 번들이 사용된다면, 이러한 부재는 생략될 수 있다. 광섬유 또는 번들은 이어서 다이오드가 매몰된 투명한 글루 층을 이용하여 다이오드에 고정될 수 있다. 복합 광학 부재 3의 부재 하에서, 발광 다이오드 1a-1g에 의해 생성된 다양한 범위의 파장에 위치한 광선은 분석대상인 유체 내에서 혼합된 후, 광섬유 12 또는 섬유 12' 및 광 가이드 21에 의해 집적된다. 도 11의 구현예에서, 스펙트럼 분석 장치 SPAN1로 직접 전송된 광선은 섬유 4'에서 그리고 광 가이드 21'에서 혼합된다.
본 발명은 플레이트의 형태의 광 가이드 21, 21'에 한정되지 않는다. 다른 형태가 감광 셀의 형태 및 분포에 따라 또한 적절할 수 있다. 상기 광 가이드를 제공함으로써, 광선은 감광 센서의 모든 셀에 걸쳐 실질적으로 동일한 방식으로 확산될 수 있다.

Claims (30)

  1. 파장대를 커버하는 광선을 생성하도록 설정된 조명장치(LSRC, LSRC1),
    상기 조명장치로부터 출력된 광선이 분석대상인 유체(20)와 상호작용하도록 설정된 프로브(PRB, PRB1-PRB4), 및
    상기 광선이 분석대상인 유체와 상호작용한 후에 광선을 수용하고, 다양한 범위의 파장에 대해 수용된 빛의 양에 따른 측정치를 제공하도록 설정된 스펙트럼 분석 장치(SPAN, SPAN1)를 포함하는 분광기로서,
    상기 조명장치(LSRC, LSRC1)가, 발광면을 각각 포함하고, 상기 파장대에 포함된 다양한 범위의 파장의 빛을 발산하는 수개의 발광 부재(1a-1g), 및 상기 발광 부재(1a-1g)의 발광면에 고정되고, 상기 파장대를 커버하는 생성된 광선으로 상기 발광 부재에 의해 발산된 광류를 결합하며, 상기 생성된 광류를 프로브(PRB, PRB1-PRB4)로 가이드하는 복합 광학 부재(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복합 광학 부재(3)가 발광 부재(1a-1g)로부터 출력된 빛을 수용하는 입구면, 광 가이드(4)와 결합된 출구면, 및 상기 발광 부재로부터 프로브(PRB, PRB1-PRB4)에 빛을 집중하고 전송하기 위한 회전체를 갖는 것인 분광기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복합 광학 부재(3)가 각각의 발광 부재(1a-1g)의 발광면을 커버하는 것인 분광기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합 광학 부재(3)가 각각의 발광 부재(1a-1c)의 발광면에 하나 이상의 광섬유(7a, 7b, 7c)에 의해 결합된 것인 분광기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조명장치(LSRC, LSRC1)에 의해 생성된 광선이 700 nm 내지 1,100 nm의 파장대를 커버하는 것인 분광기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조명장치(LSRC, LSRC1)가 동일한 범위의 파장에서 빛을 발산하는 수개의 발광 부재를 포함하는 것인 분광기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광 부재(1a-1g)가 발광 다이오드인 분광기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브(PRB, PRB1-PRB4)가 상기 조명장치(LSRC, LSRC1)로부터 출력된 광선을 분석대상인 유체(20)로 전송하는 광섬유 조광 가이드(4), 및 상기 광 가이드에 결합되고 분석대상인 유체를 통과한 광선을 적어도 부분적으로 집적하고 이를 스펙트럼 분석 장치(SPAN, SPAN1)에 전송하는 광섬유 집광 가이드(12, 12')를 포함하는 것인 분광기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 집광 가이드가 조광 가이드(4) 주변에 퍼져있는 수개의 집광섬유(12), 및 광선이 분석대상인 유체(20)를 통과한 후에 상기 광선을 분석대상인 유체를 통해 집광섬유로 반송하는 반사기(13, 13')를 포함하는 것인 분광기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반사기(13, 13')가 약간 더 넓은 각으로 입사광선의 방향에 대해 반대 방향으로 광선의 각각의 입사광선을 반사시키기 위해 제조된 것인 분광기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사기(13, 13')는 역반사 프리즘을 갖는 안전 반사기 유형이거나, 매체에 고정된 투명한 마이크로비드를 포함하고 상기 매체를 향한 반사면의 절반은 반사층으로 커버되는 분광기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 반사기(13')가 조광 가이드(4)의 출구면의 중앙에 중심이 있는 구면 껍질의 형태를 갖는 것인 분광기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 프로브가 조광 가이드(4)의 출구 및 분석대상인 유체(20) 사이에 배치된 수렴 렌즈(19)를 포함하는 것인 분광기.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 프로브(PRB2)가 조광 가이드(4)의 출구에서 광선을 분석대상인 유체(20)로 전송하고, 상기 분석대상인 유체로부터 출력된 광선을 집광 가이드(12)로 전송하는 Y 광 결합기(25), 및 광선이 분석대상인 유체를 통과한 후에 상기 광선을 분석대상인 유체를 통해 상기 광 결합기로 반송하는 반사기(13, 13')를 포함하는 것인 분광기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반사기(13, 13')가 입사광선의 방향에 대해 반대 방향으로 광선의 각각의 입사광선을 반사시키기 위해 제조된 것인 분광기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 반사기(13, 13')가 역반사 프리즘을 갖는 안전 반사기 유형이거나, 매체에 고정된 투명한 마이크로비드를 포함하고 상기 매체를 향한 반사면의 절반은 반사층으로 커버되는 분광기.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 반사기(13')가 조광 가이드(4)의 출구면의 중앙에 중심이 있는 구면 껍질의 형태를 갖는 것인 분광기.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 프로브(PRB2)가 결합기(25) 및 분석대상인 유체(20) 사이에 배치된 수렴 렌즈(19)를 포함하는 것인 분광기.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 프로브(PRB3, PRB4)가 조광 가이드(4)의 출구 및 분석대상인 유체(20) 사이에 배치된 수렴 렌즈(19), 및 집광 가이드(12) 및 분석대상인 유체 사이에 배치된 수렴 렌즈(19')를 포함하는 것인 분광기.
  20. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분석 장치(SPAN, SPAN1)가, 프로브(PRB, PRB1-PRB4)에 결합되고, 광선이 분석대상인 유체(20)와 상호작용한 후에 상기 광선을 수용하고, 상기 파장대에 포함된 각 범위의 파장을 커버하는 일부 광선을 감광 셀의 세트의 적어도 한 부분의 감광 셀의 각각에 전송하도록 배치된 제1의 광필터링 장치(22)를 통해 감광 셀의 제1세트(24, 24')에 상기 광선을 분산시키는, 제1의 광 가이드(21)를 포함하는 것인 분광기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1의 광 가이드(21)가 투명한 물질로 구성된 플레이트의 형태를 가지며, 이는 상기 플레이트의 모서리(210)에 의해 분석대상인 유체(20)로부터 출력된 광선을 수용하고, 상기 광선을 제1의 필터링 장치(22) 및 감광 셀의 제1세트(24, 24')가 위치해 있는 상기 플레이트의 반대편 모서리(211)에 확산시킴으로써 분산시키는 것인 분광기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1의 광 가이드(21)는 상기 프로브의 집광 가이드에 결합되어 상기 집광 가이드로부터 광선을 수신하는 것인 분광기.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분석 장치(SPAN, SPAN1)가 제1의 필터링 장치(22)를 통해 플레이트(21)의 모서리(211)에 고정된, 감광 셀의 제1세트를 포함하는 광검출기의 스트립(24, 24')을 포함하는 것인 분광기.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제1의 필터링 장치(22)가 그의 길이에 걸쳐 선형 가변적인 스펙트럼 전송 간섭 유형의 필터를 포함하는 것인 분광기.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 필터링 장치(22)가 700 nm 내지 1,100 nm의 파장대를 커버하는 것인 분광기.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분석 장치(SPAN1)가, 조명장치(LSRC, LSRC1)의 출구에서 직접 광선의 일부를 수용하고, 상기 파장대에 포함된 각 범위의 파장을 커버하는 일부 광선을 각각의 감광 셀에 전송하도록 배치된 제2의 광필터링 장치(22')를 통해 감광 셀의 제2세트(24')에 광선의 일부를 전송하는, 제2의 광 가이드(21')를 포함하는 것인 분광기.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제2의 광 가이드(21')가 투명한 물질로 구성된 플레이트의 형태를 가지며, 이는 상기 플레이트의 모서리에 의해 조명장치(LSRC, LSRC1)로부터 출력된 일부 광선을 수용하고, 상기 광선을 제2의 필터링 장치(22') 및 감광 셀의 제2세트(24')가 위치해 있는 상기 플레이트의 반대편 모서리에 확산시킴으로써 분산시키는 것인 분광기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 조명장치(LSRC, LSRC1)로부터 출력된 광선을 제2의 광 가이드(21')로 전송하기 위하여 제2의 광 가이드(21')에 결합된 광섬유 광 가이드(4')를 포함하는 것인 분광기.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분석 장치(SPAN1)가, 제1 및 제2의 필터링 장치(22, 22')를 통해 제1 및 제2의 광 가이드(21, 21')의 플레이트의 모서리에 고정된, 감광 셀의 제1 및 제2세트를 포함하는 광검출기의 스트립(24')을 포함하는 것인 분광기.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 제2의 필터링 장치(22')가 그의 길이에 걸쳐 선형 가변적인 스펙트럼 전송 간섭 유형의 필터를 포함하는 것인 분광기.
KR1020107010311A 2007-10-12 2008-09-26 유체 분석용 분광기 KR101507474B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR07/07154 2007-10-12
FR0707154A FR2922304B1 (fr) 2007-10-12 2007-10-12 Dispositif de spectrometrie pour l'analyse d'un fluide
PCT/IB2008/002563 WO2009047605A1 (fr) 2007-10-12 2008-09-26 Dispositif de spectrometrie pour l'analyse d'un fluide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100092438A KR20100092438A (ko) 2010-08-20
KR101507474B1 true KR101507474B1 (ko) 2015-04-01

Family

ID=39267773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107010311A KR101507474B1 (ko) 2007-10-12 2008-09-26 유체 분석용 분광기

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7982189B2 (ko)
EP (1) EP2198275B1 (ko)
JP (2) JP2011501121A (ko)
KR (1) KR101507474B1 (ko)
CN (1) CN101821611A (ko)
AT (1) ATE507474T1 (ko)
BR (1) BRPI0818063A2 (ko)
DE (1) DE602008006582D1 (ko)
ES (1) ES2365649T3 (ko)
FR (1) FR2922304B1 (ko)
WO (1) WO2009047605A1 (ko)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2822911C (en) 2011-01-03 2018-07-10 Fundacio Institut De Recerca De L'energia De Catalunya Optoelectronic device, system and method for obtaining an ambient light spectrum and modifying an emitted light
WO2013033099A1 (en) * 2011-08-29 2013-03-07 Tk Holdings Inc. System for non-invasive measurement of an analyte in a vehicle driver
FR2985311B1 (fr) 2012-01-04 2015-11-27 Rhodia Operations Procede pour le diagnostic du dysfonctionnement d'un dispositif d'additivation d'un additif dans un carburant pour un vehicule et systeme pour la mise en oeuvre de ce procede
FR2985316B1 (fr) * 2012-01-04 2015-08-07 Rhodia Operations Procede pour le diagnostic externe du dysfonctionnement d'un dispositif d'additivation d'un additif dans un carburant pour un vehicule
EP3038865B1 (en) 2013-08-27 2017-09-06 Automotive Coalition for Traffic Safety, Inc. Systems and methods for controlling vehicle ignition using biometric data
CN104849213B (zh) * 2014-02-19 2017-12-29 赛默飞世尔(上海)仪器有限公司 光源以及光学测量系统
WO2015130217A1 (en) 2014-02-28 2015-09-03 Scania Cv Ab Device and method for impacting the amount of nitrogen oxides in exhaust gases from an internal combustion engine
SE539803C2 (en) * 2015-06-05 2017-12-05 Scania Cv Ab A method and a system for determining a composition of a gas mix in a vehicle
SE539129C2 (en) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Process and system for processing a single stream combustion exhaust stream
SE539131C2 (sv) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Förfarande och avgasbehandlingssystem för behandling av en avgasström
SE539130C2 (sv) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Förfarande och avgasbehandlingssystem för behandling av en avgasström
SE539134C2 (sv) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Avgasbehandlingssystem och förfarande för behandling av en avgasström
WO2017034470A1 (en) 2015-08-27 2017-03-02 Scania Cv Ab Method and exhaust treatment system for treatment of an exhaust gas stream
SE539133C2 (sv) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Avgasbehandlingssystem och förfarande för behandling av en avgasström
JP2017083321A (ja) * 2015-10-29 2017-05-18 株式会社日本自動車部品総合研究所 ガス濃度計測装置
EP3417273B1 (en) * 2016-02-15 2023-07-19 ExxonMobil Technology and Engineering Company Method and system for in-situ identification of working fluids
EP3270045B1 (de) * 2016-07-11 2023-06-07 Bluepoint Medical GmbH & Co. KG Anordnung zum messen von gaskonzentrationen
JP6950262B2 (ja) * 2016-08-09 2021-10-13 株式会社ジェイテクト 工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置
KR102608701B1 (ko) 2016-09-06 2023-11-30 가부시키가이샤 아타고 비파괴 측정 장치
US10842381B2 (en) * 2017-10-10 2020-11-24 Colgate-Palmolive Company Spectroscopic system and method therefor
EP3511697B1 (de) * 2018-01-12 2023-07-12 Drägerwerk AG & Co. KGaA Anordnung und verfahren zur analyse eines fluids
CN112601482A (zh) 2018-09-28 2021-04-02 奥林巴斯株式会社 分光分析装置
FR3088720A1 (fr) * 2018-11-19 2020-05-22 Cmr Group Sonde adaptée pour la mesure de la composition d'un gaz comburant
US11708760B2 (en) * 2019-03-12 2023-07-25 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Immersed lens downhole refractometer
US11513070B2 (en) 2019-06-12 2022-11-29 Automotive Coalition For Traffic Safety, Inc. System for non-invasive measurement of an analyte in a vehicle driver
CN117120815A (zh) * 2021-11-18 2023-11-24 大连兆晶生物科技有限公司 光学分析系统及其光学分析仪

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331542A (ja) * 1993-03-25 1994-12-02 Minamide Syst Eng:Kk 同色粉体の混合度測定用検出装置
JP2000245747A (ja) 1999-02-05 2000-09-12 Decaudin Jean Michel 特に歯科分野で利用される感光性複合材料の光活性化を可能にする機器
US20070084990A1 (en) 2003-08-14 2007-04-19 Microspectral Sensing, Llc Integrated sensing system approach for handheld spectral measurements

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5669607A (en) * 1979-11-09 1981-06-11 Mitsubishi Electric Corp Photocoupler
JPS582721A (ja) * 1981-06-30 1983-01-08 Murata Mfg Co Ltd 結霜または結露検知装置
DE8128634U1 (de) * 1981-09-30 1982-03-04 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Messeinrichtung zur entnahmefreien optischen gasanalyse, insbesondere rauchgasanalyse
FR2566909B1 (fr) * 1984-06-27 1986-08-14 Inst Francais Du Petrole Dispositif de detection d'un produit en suspension, en emulsion ou sous forme de microbules dans un liquide homogene absorbant la lumiere visible
FR2583164B1 (fr) * 1985-06-06 1988-10-14 Trapil Transports Petroliers P Procede et dispositif pour determiner la couleur et la turbidite d'un fluide
US5195162A (en) * 1987-12-16 1993-03-16 General Motors Corporation Planar polymer light guide methods and apparatus
JPH01295136A (ja) * 1988-02-17 1989-11-28 Kiyouseki Seihin Gijutsu Kenkyusho:Kk エンジン油の劣化検出装置
US4989942A (en) * 1989-09-27 1991-02-05 Hughes Aircraft Company Collimated light optrode
JPH04138326A (ja) * 1990-09-28 1992-05-12 Shimadzu Corp 測光装置
JPH05190910A (ja) * 1992-01-13 1993-07-30 Omron Corp 発光装置及びその製造方法、並びに光電センサ
US5438420A (en) * 1993-08-09 1995-08-01 Vickers, Incorporated Monitoring of fluid contamination level wherein the light energy is focused on the fluid passage means
GB2283091B (en) * 1993-10-19 1997-10-01 John Christopher Richmond Apparatus and method for spectroscopic analysis
US5625459A (en) * 1995-03-03 1997-04-29 Galileo Electro-Optics Corporation Diffuse reflectance probe
JPH1048129A (ja) * 1996-08-06 1998-02-20 Kubota Corp 品質評価装置
JPH1068845A (ja) * 1996-08-27 1998-03-10 Matsushita Electric Works Ltd 光搬送システム
US6137108A (en) * 1998-06-17 2000-10-24 Foss Nirsystems Incorporated Instrument and method for spectroscopic analysis by reflectance and transmittance
JP2001027635A (ja) * 1999-07-15 2001-01-30 Hitachi Ltd オイル劣化度診断装置
JP3725406B2 (ja) * 2000-07-21 2005-12-14 サンクス株式会社 光結合装置
JP2002162345A (ja) * 2000-11-22 2002-06-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 分光機能を持った光導波路型spr現象計測チップ及びspr現象測定装置
JP2003066269A (ja) * 2001-08-23 2003-03-05 Hitachi Cable Ltd 波長多重分離光学デバイス及び波長多重光伝送モジュール
US6560038B1 (en) * 2001-12-10 2003-05-06 Teledyne Lighting And Display Products, Inc. Light extraction from LEDs with light pipes
US7153015B2 (en) * 2001-12-31 2006-12-26 Innovations In Optics, Inc. Led white light optical system
US7239901B2 (en) * 2003-05-19 2007-07-03 Hutchinson Technology Incorporated Tissue spectrometer with improved optical shutter
JP2005134126A (ja) * 2003-10-28 2005-05-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電磁波分光装置
US7329887B2 (en) * 2003-12-02 2008-02-12 3M Innovative Properties Company Solid state light device
JP2005192612A (ja) * 2003-12-26 2005-07-21 Olympus Corp グルコース濃度測定装置
JP2005192610A (ja) * 2003-12-26 2005-07-21 Olympus Corp グルコース濃度測定装置
US7324195B2 (en) * 2004-01-08 2008-01-29 Valorbec Societe Em Commandite Planar waveguide based grating device and spectrometer for species-specific wavelength detection
JP2005224525A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Olympus Corp グルコース濃度測定装置
JP2005241746A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Toshiba Corp 導光装置及びこれを用いた成分測定装置
JP4440704B2 (ja) * 2004-05-18 2010-03-24 日本電信電話株式会社 導波路型光センサ
JP2006153770A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Omron Corp 分光計測装置
WO2007083755A1 (ja) * 2006-01-20 2007-07-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 分析装置、真贋判定装置、真贋判定方法、及び地中探索方法
JP2007198883A (ja) * 2006-01-26 2007-08-09 Juki Corp 光ファイバープローブによる分光測定装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331542A (ja) * 1993-03-25 1994-12-02 Minamide Syst Eng:Kk 同色粉体の混合度測定用検出装置
JP2000245747A (ja) 1999-02-05 2000-09-12 Decaudin Jean Michel 特に歯科分野で利用される感光性複合材料の光活性化を可能にする機器
US20070084990A1 (en) 2003-08-14 2007-04-19 Microspectral Sensing, Llc Integrated sensing system approach for handheld spectral measurements

Also Published As

Publication number Publication date
FR2922304A1 (fr) 2009-04-17
ES2365649T3 (es) 2011-10-07
EP2198275A1 (fr) 2010-06-23
EP2198275B1 (fr) 2011-04-27
DE602008006582D1 (de) 2011-06-09
JP2014232120A (ja) 2014-12-11
US20100252737A1 (en) 2010-10-07
FR2922304B1 (fr) 2009-11-20
WO2009047605A1 (fr) 2009-04-16
BRPI0818063A2 (pt) 2015-03-31
ATE507474T1 (de) 2011-05-15
CN101821611A (zh) 2010-09-01
JP2011501121A (ja) 2011-01-06
US7982189B2 (en) 2011-07-19
KR20100092438A (ko) 2010-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101507474B1 (ko) 유체 분석용 분광기
US7659987B2 (en) Device and method for acquiring information on objective substance to be detected by detecting a change of wavelength characteristics on the optical transmittance
US10408745B2 (en) Method and device for measuring the concentration of substances in gaseous or fluid media through optical spectroscopy using broadband light sources
CN101889346B (zh) 带有光谱传感器的图像传感器
CN102042961B (zh) 一种光纤反射式微纳体系分光光度计及其应用
CN102890067A (zh) 基于近红外的甲醇汽油快速检测仪
US7149033B2 (en) UV visual light beam combiner
EP2198277B1 (fr) Dispositif de spectrométrie pour l&#39;analyse d&#39;un fluide
AU2008309338B2 (en) Spectrometry device for fluid analysis
WO2010084957A1 (ja) 分光放射計
KR102223821B1 (ko) 다종 가스 측정 장치
CN101248335A (zh) 具有发光二极管照明器的分光光度计
US20080100839A1 (en) Method and system for measuring light propagating at multiple wavelengths
US20240167946A1 (en) Sensor device and sensor arrangement
CN101261217A (zh) 自动生化分析仪分光光度计用光学系统
US20070195312A1 (en) Refractometer
CN113916151A (zh) 一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
LAPS Lapse due to unpaid annual fee