KR101614851B1 - Accuracy measuring device of temperature distribution, and method using it - Google Patents

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KR101614851B1
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이창엽
유미연
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Abstract

The present invention relates to a device for precisely measuring optical temperature distribution and a method thereof. The device comprises: an oscillator configured to enable laser light to pass a measurement target gas; a light receiving device configured to detect an absorption signal in accordance with a plurality of absorption wavelengths; and a data analyzer with a temperature distribution length analyzing module. Therefore, the device can precisely measure temperature distribution in a combustion system.

Description

광학적 온도분포 정밀계측 장치 및 방법{ACCURACY MEASURING DEVICE OF TEMPERATURE DISTRIBUTION, AND METHOD USING IT} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an apparatus and method for accurately measuring optical temperature distribution,

본 발명은 온도 분포를 정밀 계측하기 위한 '광학적 온도분포 정밀계측 장치 및 방법'에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for accurately measuring an optical temperature distribution for precisely measuring a temperature distribution.

현재 제철 가열로 등 공업로와 산업용/발전용 보일러와 같은 연소시스템에서는 연소 효율 향상을 통한 연료의 완전 연소 및 에너지 효율 증대가 시스템 운영을 위한 가장 중요한 인자 중 하나이며, 이를 위해 연소시스템 내 조건 분석을 위한 필수적인 요소가 온도 분포 계측이다. In the present combustion system such as industrial furnace and industrial / power generation boiler, it is one of the most important factors for the system operation to improve the combustion efficiency and energy efficiency of the fuel by improving the combustion efficiency. For this purpose, An essential element for this is temperature distribution measurement.

연소시스템 내의 정확한 온도 분석은 보일러 연소 제어를 통한 연료 절감 및 온실가스 배출 저감에 기여가 가능하고, 실시간 온도 분석을 통해 연소시스템에서 가장 역동적인 연소실 내부의 실시간 감시로 파괴나 손실에 대한 예방 및 대처가 가능하다. 정밀한 온도값을 활용한 연소시스템의 제어는 대기 오염 물질 생성의 원천적 차감 및 로내 저감 기술 적용 가능성 증대 유도가 가능하며, 이는 고가의 후처리 설비의 투자비/유지비 저감에 기여할 수 있다.Accurate temperature analysis in the combustion system can contribute to fuel savings and greenhouse gas emission reduction through boiler combustion control, real-time temperature analysis, and real-time monitoring inside the combustion chamber, which is the most dynamic in the combustion system. Is possible. The control of the combustion system using the precise temperature value can reduce the source cost of air pollutant production and increase the application possibility of the furnace reducing technology, which can contribute to the reduction of the investment cost / maintenance cost of the expensive post-treatment facility.

한편 최근 TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) 방법을 이용한 온도 계측이 각광을 받고 있다. TDLAS 기반의 광학적 측정 장치를 활용하면, 상대적으로 정밀한 온도 계측이 가능하며, 거의 실시간으로 온도값 산출이 가능하고, 비접촉식으로 연소시스템 내에 전형 영향을 주지 않음과 동시에 유지/보수가 용이하고, 긴 수명이 보장된다. Recently, temperature measurement using TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) method has been spotlighted. The TDLAS-based optical measuring device enables relatively accurate temperature measurement, can calculate the temperature value in almost real time, is non-contact type, does not affect the typical effect in the combustion system, is easy to maintain and repair, .

그러나 TDLAS 방법은 레이저 기반의 측정 방식으로, 도 1에 도시된 바와 같이 지나간 경로의 평균 온도를 측정한다. 즉 TDLAS를 이용한 계측은 기본적으로 선적분 방법으로 레이저가 지나간 선의 평균 온도로 계산된다. 이는 상대적으로 높은 편차의 최고/최저의 온도값을 가지고 있는 연소시스템에서는 큰 오차를 수반하는 원인이 되며, 평균값이 전체 온도를 대변하지 못하는 상황이 발생할 수도 있다.However, the TDLAS method is a laser-based measurement method and measures the average temperature of the past path as shown in FIG. In other words, the measurement using TDLAS is basically calculated as an average temperature of the line passing through the laser as a method of line counting. This may be accompanied by a large error in a combustion system having a relatively high deviation maximum / minimum temperature value, and a situation in which the average value does not represent the whole temperature may occur.

또한 온도계측 방법으로는 Pyrometry 방법이 사용된다. 이러한 Pyrometry방법은 고체나 기체의 복사파를 이용하는 pyrometer(고온계)를 통해 온도 계측이 가능하다. 그러나 pyrometry 방법은 측정의 정밀도가 보장되지 않는다.The pyrometry method is used for temperature measurement. This pyrometry method can be used for temperature measurement through a pyrometer (pyrometer) that uses solid or gaseous radiation. However, the pyrometry method does not guarantee the accuracy of the measurement.

등록번호 10-1159215Registration number 10-1159215

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, Pyrometry 방법을 이용한 온도계측 및 기체의 흡수파장에 따른 흡광도를 이용한 온도계측을 통해 연소시스템에서의 온도분포를 정밀하게 측정하는 '광학적 온도분포 정밀계측 장치 및 방법'을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an optical temperature distribution precise measurement method for precisely measuring a temperature distribution in a combustion system through temperature measurement using Pyrometry method and temperature measurement using absorbance according to absorption wavelength of gas Apparatus, and method.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 1차로 온도를 측정하고, 측정된 온도에서 온도분포길이를 측정하기 위한 온도를 선택하며, 기체의 흡수파장에 따른 흡광도를 이용하여, 선택온도가 분포하는 온도분포길이를 정밀 계측하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a temperature distribution of a gas, the method comprising: measuring a first temperature, selecting a temperature for measuring a temperature distribution length at a measured temperature, And measuring the temperature distribution length accurately.

또한 본 발명은 측정대상가스의 온도분포를 1차로 측정하고, 상기 측정온도 중 온도분포길이를 정밀하게 구하기 위한 온도를 선택하는 온도 측정 및 선택 단계; 측정대상가스의 흡수파장에 따른 흡광도를 연산하는 흡광도 분석 단계; 상기 흡수파장에 따른 흡광도가 연산되면, 흡광도를 이용하여 선택온도가 분포하는 온도분포길이를 연산하는 온도분포길이 분석 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a method for measuring a temperature of a gas to be measured, the method comprising: a temperature measurement and selection step of firstly measuring a temperature distribution of a gas to be measured and selecting a temperature for accurately obtaining a temperature distribution length of the measurement temperature; An absorbance analysis step of calculating an absorbance according to an absorption wavelength of the gas to be measured; And a temperature distribution length analysis step of calculating a temperature distribution length in which the selected temperature is distributed by using the absorbance when the absorbance according to the absorption wavelength is calculated.

또한 본 발명은 상기에서 기재된 광학적 온도분포 정밀계측 방법을 구현하기 위한 프로그램인 것을 특징으로 한다.The present invention is also a program for implementing the above-described optical temperature distribution precision measuring method.

또한 본 발명은 상기 프로그램을 기록한 기록 매체인 것을 특징으로 한다. The present invention is also a recording medium on which the above program is recorded.

상기와 같은 본 발명은, Pyrometry 방법을 이용해 온도분포를 1차로 측정하고, 측정된 온도 중 일부를 선택하여, 선택온도의 분포길이를 정밀하게 구하는 것으로, 흡수파장에 따른 흡광도 및 선택온도에 따른 선강도를 이용하여, 선택온도의 분포길이를 정확하게 구함으로써, 연소시스템 내의 온도 분포도를 정확하게 구할 수 있다. 따라서 본 발명은 연소시스템 내의 정확한 온도 분석을 통해, 보일러 연소 제어를 통한 연료 절감 및 온실가스 배출 저감에 기여가 가능하고, 실시간 온도 분석을 통해 연소시스템에서 가장 역동적인 연소실 내부의 실시간 감시로 파괴나 손실에 대한 예방 및 대처가 가능하며, 정밀한 온도값을 활용한 연소시스템의 제어를 통해 대기 오염 물질 생성의 원천적 차감이 가능한 효과가 있다.According to the present invention as described above, the temperature distribution is firstly measured using the Pyrometry method, and a part of the measured temperatures is selected to obtain the distribution length of the selected temperature precisely. Thus, the absorbance according to the absorption wavelength and the line By using the intensity to obtain the distribution length of the selected temperature accurately, it is possible to accurately obtain the temperature distribution diagram in the combustion system. Accordingly, the present invention can contribute to fuel savings and greenhouse gas emission reduction through boiler combustion control through accurate temperature analysis in the combustion system, and real-time temperature analysis can be performed to provide the most dynamic, It is possible to prevent and cope with the loss, and it is possible to deduce the source of air pollutant production from the control of the combustion system using the precise temperature value.

도 1은 종래의 문제점을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치를 개락적으로 나타낸 구성도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 다양한 실시예를 나타낸 도면이고,
도 9는 H2O 흡수파장에 따른 흡수신호 및 흡광면적 분석 과정을 설명하기 위한 데이터도이고,
도 10은 O2 흡수파장을 이용하여 측정된 온도와 실제 온도 간의 오차율을 설명하기 위한 데이터도이고,
도 11은 고온에서의 O2 흡수신호를 나타낸 데이터도이고,
도 12는 O2 흡수파장을 이용한 온도 분할 실험을 통해 온도 구배 별 오차율을 설명하기 위한 데이터도이고,
도 13은 H2O 흡수파장을 이용하여 측정된 온도와 실제 온도 간의 오차율을 설명하기 위한 데이터도이고,
도 14는 H2O 흡수파장을 이용한 온도 분할 실험을 통해 온도 구배 별 오차율을 설명하기 위한 데이터도이다.1 is a view for explaining a conventional problem,
FIG. 2 is a schematic diagram showing an optical temperature distribution precision measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a schematic view of a part of the optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention,
4 to 8 are views showing various embodiments of an optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention,
9 is a data diagram for explaining an absorption signal and an absorption area analysis process according to the H 2 O absorption wavelength,
10 is a data diagram for explaining the error rate between the measured temperature and the actual temperature using the O 2 absorption wavelength,
11 is a data chart showing an O 2 absorption signal at a high temperature,
FIG. 12 is a data diagram for explaining the error rate for each temperature gradient through the temperature division experiment using the O 2 absorption wavelength,
13 is a data diagram for explaining the error rate between the measured temperature and the actual temperature using the H 2 O absorption wavelength,
FIG. 14 is a data chart for explaining error rates of temperature gradients through a temperature division experiment using H 2 O absorption wavelengths.

이하 첨부도면에 의거하여 본 발명을 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig.

1. 본 발명의 제1실시예에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치1. An optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기체의 흡수파장을 이용한 온도 분포 정밀 계측 장치를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 온도 분포 정밀 계측 장치를 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 is a schematic view of a temperature distribution accuracy measuring apparatus using an absorption wavelength of a gas according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the temperature distribution accuracy measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention As follows.

본 발명의 제1실시예에 따른 온도 분포 정밀 계측 장치는 발진기(10)와, 수광기(20)와, 데이터분석기(30)와, 파형발생기(40) 및, 제어기(50)를 포함하여, 연소로 내의 온도 분포를 정밀 계측한다.The apparatus for accurately measuring the temperature distribution according to the first embodiment of the present invention includes an oscillator 10, a receiver 20, a data analyzer 30, a waveform generator 40, and a controller 50, The temperature distribution in the furnace is precisely measured.

발진기(10)는 광을 발진하는 다이오드레이저(11)와, 광이 역방향으로 흐르는 것을 막아주는 아이솔레이터(12)와, 광을 원하는 비율로 분기하는 커플러(13)와, 광신호를 직진의 형태로 검출대상 가스에 발진하는 발진부(14)와, 레이저의 강도 및 파장 변화를 조절하는 다이오드레이저컨트롤러(15)를 갖추고서, 레이저 광이 연소로 내의 가스를 통과하도록 다양한 파장으로 레이저 광을 발진한다. The oscillator 10 includes a diode laser 11 for emitting light, an isolator 12 for preventing the light from flowing in the opposite direction, a coupler 13 for branching the light at a desired ratio, An oscillating portion 14 that oscillates in the gas to be detected and a diode laser controller 15 that adjusts the intensity and wavelength of the laser to oscillate the laser light at various wavelengths so that the laser light passes through the gas in the furnace.

상기 다이오드레이저(11)는 다이오드레이저의 마운트(16)에 연결되어 있으며, 다이오드레이저컨트롤러(15)의 신호에 따라 광을 발진한다.The diode laser 11 is connected to a mount 16 of a diode laser and emits light in accordance with a signal from the diode laser controller 15.

상기 발진부(14)는 광신호를 직진의 형태로 측정대상가스에 발진하는 역할을 한다. 보통 발진부(14)는 콜리메이터가 구비되어 콜리메이터가 기능을 대부분 담당한다. 이때 콜리메이터는 광학 케이블을 따라 전달된 빛이 직진할 수 있도록 하는 것으로, 발진부(14)는 광케이블을 통과하지 않고 다이오드레이저에서 레이저가 직접 발진할 경우, 콜리메이터의 구성이 필요치 않을 수도 있다.The oscillating unit 14 oscillates the optical signal in the form of a straight line on the gas to be measured. Usually, the oscillating unit 14 includes a collimator, and the collimator functions most of the function. At this time, the collimator allows the light transmitted along the optical cable to go straight. When the laser oscillates directly in the diode laser without passing through the optical cable, the configuration of the collimator may not be required.

상기 다이오드레이저컨트롤러(15)는 제어기(50)에 의해 작동제어되어, 다이오드 레이저의 변화를 조절한다. 이때 다이오드레이저컨트롤러(15)는 온도와 전류의 크기를 변화시킴으로써 다이오드레이저(11)의 강도 및 파장, 주파수, 온도를 변화시킬 수 있다. 한편 다이오드레이저컨트롤러(15)는 필요에 따라서는 제어기(50)에 작동제어되지 않고 독립적으로 작동제어될 수도 있다.The diode laser controller 15 is controlled by the controller 50 to control the change of the diode laser. At this time, the diode laser controller 15 can change the intensity, wavelength, frequency, and temperature of the diode laser 11 by changing the magnitude of the temperature and the current. On the other hand, the diode laser controller 15 may be independently controlled to be operated independently of the operation of the controller 50 if necessary.

또한 상기 아이솔레이터(12) 및 커플러(13)는 필수사항은 아니며, 상황에 따라서 구비되지 않을 수도 있다.In addition, the isolator 12 and the coupler 13 are not essential and may not be provided according to circumstances.

수광기(20)는 측정대상가스로부터의 복사파에 따른 광신호 또는 발진기(10)로부터의 광신호를 수신하는 PD(Photo Diode)센서 타입의 수광부(21)를 갖추며, 수신한 광신호를 데이터분석기(30)에 전달한다. 이때 수광기(20)는 복사파에 따른 광신호 또는 발진기(10)에 따른 광신호를 시차를 두고 수신한다. 여기서 수광기(20)와 발진기(10) 사이에는 포커싱렌즈(FL)가 설치되어 수광기(20)가 일정지점에 대한 복사파 광신호를 수신한다. 한편 Pyrometry 방법을 이용한 측정방법과, 본 발명에 따른 기체의 흡수파장을 이용한 온도 분포 계측방법에서 분석하는 파장범위는, 수광기(20)에서 받을 수 있는 영역대 안에 포함되도록 한다. The photodetector 20 is equipped with a photodiode 21 of a photodiode sensor type for receiving an optical signal according to a radiation wave from the gas to be measured or an optical signal from the oscillator 10, To the analyzer (30). At this time, the light receiver 20 receives the optical signal according to the radiation wave or the optical signal according to the oscillator 10 with a time lag. A focusing lens FL is provided between the photodetector 20 and the oscillator 10 so that the photodetector 20 receives the radiated wave signal at a certain point. On the other hand, the wavelength range analyzed in the pyrometry measurement method and the temperature distribution measurement method using the absorption wavelength of the gas according to the present invention is included in the area band that can be received by the photodetector 20.

또한 수광기(20)는 필요에 따라서 광이 역으로 흐르는 것을 막아주는 아이솔레이터(22)와, 광신호를 수신하고 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 광검출기(23)를 갖추며, 이를 통해 가스를 통과한 레이저 광으로부터 다수의 흡수신호를 검출한다. 여기서 상기 수광기(20)는 콜리메이터를 더 구비할 수 있으며, 콜리메이터는 측정대상가스를 지나온 광신호를 광학 케이블를 통해 광검출기에 전달한다. 이때 콜리메이터는 광학 케이블을 사용하지 않는 시스템에서는 구비되지 않을 수도 있다. 이때 아이솔레이터, 광검출기, 콜리메이터의 설치위치는 설계에 따라 다양하게 실시될 수 있다.The photodetector 20 further includes an isolator 22 for blocking light from flowing backward as needed, and a photodetector 23 for receiving and converting an optical signal into an electrical signal, And detects a plurality of absorption signals from one laser light. The photodetector 20 may further include a collimator. The collimator transmits the optical signal passing through the gas to be measured to the photodetector through an optical cable. At this time, the collimator may not be provided in a system not using an optical cable. At this time, the installation position of the isolator, the photodetector, and the collimator can be variously implemented according to the design.

데이터분석기(30)는 락인증폭기(31)와, 오실로스코프(32)와, 흡광도분석모듈(33)과, 온도분석모듈(35)과, 측정온도선택모듈(36)및, 온도분포길이분석모듈(34)을 갖추고서, 선택온도에 대한 온도분포길이를 분석한다. The data analyzer 30 includes a lock-in amplifier 31, an oscilloscope 32, an absorbance analysis module 33, a temperature analysis module 35, a measurement temperature selection module 36 and a temperature distribution length analysis module 34) to analyze the temperature distribution length to the selected temperature.

상기 락인증폭기(31)는 수광기(20)의 수광부(21)로부터 수신한 흡수신호와 파형발생기(40)로부터 수신한 정현파의 신호를 통해 흡수신호 모양과 가까운 1차 조화신호 또는 흡수 중심 파장에서 최고 높이를 갖는 2차 조화신호를 추출할 수 있다. 또한 락인 증폭기(31)는 파장변조기법을 활용할 경우 필수적이나, 직접흡수기법이 적용될 경우 필수적인 장치는 아니다.The lock-in amplifier 31 amplifies the signal from the absorption signal received from the light receiving unit 21 of the light receiver 20 and the signal of the sinusoidal wave received from the waveform generator 40, The second harmonic signal having the highest level can be extracted. Also, the lock-in amplifier 31 is essential when utilizing the wavelength modulation technique, but is not essential when the direct absorption technique is applied.

상기 오실로스코프(32)는 신호를 쉽게 인지할 수 있도록 화면에 출력할 수 있게 한다. 또한 오실로스코프(32)는, 파형발생기(40)의 신호, 수광기(20)의 광검출기(23)의 신호, 락인 증폭기(31)의 신호 등을 육안으로 인지할 수 있게 한다. 오실로스코프(32)는 분석자의 편리성 증대를 위한 것으로 필수적인 장치는 아니다.The oscilloscope 32 makes it possible to output a signal to the screen so that the signal can be easily recognized. The oscilloscope 32 allows the user to visually recognize the signal of the waveform generator 40, the signal of the photodetector 23 of the photodetector 20, the signal of the lock-in amplifier 31, and the like. The oscilloscope 32 is intended to increase the convenience of the analyst and is not an essential device.

흡광도분석모듈(33)은 각각의 흡수파장에 따른 흡광도를 연산한다. 본 실시예에서 상기 흡광도는 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)에서 사용되는 직접흡수기법(DAS, Direct Absorption Spectroscopy)의 수학식 1 및 수학식 1에서 유도되는 수학식 2를 통해 연산된다. The absorbance analysis module 33 calculates the absorbance according to each absorption wavelength. In the present embodiment, the absorbance is calculated by Equation (1) of Direct Absorption Spectroscopy (DAS) used in TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) and Equation (2) derived from Equation (1).

Figure 112014099175268-pat00001
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Figure 112014099175268-pat00002
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수학식 1 및 수학식 2에서 Xabs = 측정대상가스의 농도, P = 측정대상가스의 압력, S(T) = 온도에 따른 선강도, L = 흡수길이, A = 흡광도를 나타낸다. 여기서 측정대상가스의 압력 및 농도는 일정하다고 가정되며, 흡수파장의 각 온도에서의 선강도는 이미 알려진 값이다.In the equations (1) and (2), X abs represents the concentration of the gas to be measured, P represents the pressure of the gas to be measured, S (T) represents the degree of linearity with respect to temperature, L represents the absorption length and A represents the absorbance. Here, it is assumed that the pressure and concentration of the gas to be measured are constant, and the line intensity at each temperature of the absorption wavelength is already known.

온도분석모듈(35)은 수광기(20)로부터의 복사파에 따른 광신호를 분석하여, 일정지점에서의 온도를 측정한다.The temperature analysis module 35 analyzes the optical signal according to the radiation wave from the light receiver 20 and measures the temperature at a certain point.

측정온도선택모듈(36)은 온도분석모듈(35)에서 Pyrometry 방법으로 측정된 온도 중에서 온도분포길이를 구하기 위한 온도를 자동으로 선택한다.The measurement temperature selection module 36 automatically selects a temperature for obtaining the temperature distribution length among the temperatures measured by the pyrometry method in the temperature analysis module 35. [

온도분포길이분석모듈(34)는 상기 흡광도와, 측정온도선택모듈(36)에서 선택한 온도 값 및 상기 온도 값에 따른 선강도를 이용하여, 상기 선택온도에 따른 흡수길이(이하 온도분포길이)를 연산한다.The temperature distribution length analysis module 34 calculates an absorption length (hereinafter referred to as a temperature distribution length) according to the selected temperature by using the absorbance, the temperature value selected by the measurement temperature selection module 36, and the line intensity according to the temperature value .

즉 온도분포길이분석모듈(34)은 상기 흡광도 및 선강도를 수학식 3에 대입하여 상기 선택온도에 따른 온도분포길이를 연산한다.That is, the temperature distribution length analysis module 34 substitutes the absorbance and the line intensity into Equation 3 to calculate the temperature distribution length according to the selected temperature.

Figure 112014099175268-pat00003
Figure 112014099175268-pat00003

여기서 상기 수학식 3은 수학식 2에서 수학식 4로 유도되고, 수학식 4에서 매트릭스 형태인 수학식 5로 유도되며, 수학식 5에서 다시 유도된다.Here, the equation (3) is derived from the equation (4) in the equation (2), derived in the form of a matrix in the equation (4), and derived again from the equation (5).

Figure 112014099175268-pat00004
Figure 112014099175268-pat00004

Figure 112014099175268-pat00005
Figure 112014099175268-pat00005

그리고 수학식 3에서 수학식 6와 같은 최소제곱법(Least-square algorithm)을 이용하여, 수학식 7이 유도된다. Using the Least-square algorithm of Equation (6) in Equation (3), Equation (7) is derived.

Figure 112014099175268-pat00006
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Figure 112014099175268-pat00007
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수학식 3 내지 수학식 7에서 Xabs = 측정대상가스의 농도, P = 측정대상가스의 압력, S(T) = 선택온도에 따른 선강도, A = 일정 흡수파장에서의 흡광도, L = 선택온도 전체의 온도분포길이(흡수길이), Lj = 일정 선택온도의 온도분포길이, m = 흡수파장의 수, n = 선택온도의 수를 나타낸다. 여기서 측정대상가스의 압력 및 농도는 일정하다고 가정되며, 흡수파장의 각 온도에서의 선강도는 이미 알려진 값이다.(Absorptance at a certain absorption wavelength, L = temperature of the gas to be measured, S (T) = linear strength according to the selected temperature, X = absence of the gas to be measured, P = L j = temperature distribution length of certain selected temperature, m = number of absorption wavelengths, and n = number of selected temperatures. Here, it is assumed that the pressure and concentration of the gas to be measured are constant, and the line intensity at each temperature of the absorption wavelength is already known.

한편 상기 수학식 3에서 흡수파장의 수를 선택온도의 수보다 1개 이상 많게 한다. 이는 흡수파장의 수와 선택온도의 수를 동일하게 하여, 미지수와 방정식을 동일하게 할 경우, 온도분포길이의 값이 부정확하게 산출되기 때문이다. 즉 흡수파장의 수와 선택온도의 수를 1개 차이 이상으로 하였을 경우 가장 정확도가 높은 해 값이 산출되었으며, 이와 같이 흡수파장의 수와 선택온도의 수 차이에 따른 해 값을 구하기 위해 최소제곱법이 사용된다. In Equation (3), the number of absorption wavelengths is increased by one or more than the number of selected temperatures. This is because the number of absorption wavelengths is equal to the number of selection temperatures, and the value of the temperature distribution length is incorrectly calculated when the unknowns and the equations are made equal. In other words, when the number of absorption wavelengths and the number of selection temperatures are set to one difference or more, the most accurate solution is calculated. In order to obtain a solution value corresponding to the difference between the number of absorption wavelengths and the number of selection temperatures, Is used.

파형발생기(40)는 제어기(50)에 의해 작동제어되어, 레이저 신호의 모양이 다양하게 송출되도록 한다. 이러한 파형 모양으로는 톱니파, 삼각파, 변조합성파, 사각파, 사인파, 코사인파 또는 임의의 혼합파 등이 될 수 있다. 한편 파형발생기(40)는 필요에 따라서는 제어기(50)에 의해 작동제어되지 않고 독립적으로 작동제어될 수도 있다. 파형발생기(40)에서 발생된 파형은 다이오드레이저로 보내져 발진되는 레이저광의 신호로 사용된다. The waveform generator 40 is controlled by the controller 50 so that the shape of the laser signal is transmitted in various ways. The wave shape may be sawtooth wave, triangular wave, modulated wave, square wave, sine wave, cosine wave or any mixed wave. On the other hand, the waveform generator 40 may be independently controlled to operate independently of the operation of the controller 50 if necessary. The waveform generated by the waveform generator 40 is used as a signal of a laser beam which is sent to the diode laser and oscillated.

제어기(50)는 발진기(10) 및 파형발생기(40)를 작동제어한다. 이때 제어기(50)는 파형발생기(40)의 파형발생을 제어하거나, 발진기(10)의 다이오드레이저컨트롤러의 온도/전류값을 제어하여, 발진기(10)가 레이저 광을 발진하도록 한다. 또한 본 실시예에서 제어기(50)는 수광기(20) 및 데이터분석기(30)를 제어하도록 할 수도 있다. The controller 50 controls the operation of the oscillator 10 and the waveform generator 40. At this time, the controller 50 controls the waveform generation of the waveform generator 40 or controls the temperature / current value of the diode laser controller of the oscillator 10 so that the oscillator 10 oscillates the laser light. The controller 50 may also control the receiver 20 and the data analyzer 30 in this embodiment.

한편 본 실시예에서는 데이터를 입력하기 위한 입력유닛 및 데이터 처리에 따른 상황을 표시하는 디스플레이유닛이 더 구비될 수 있으며, TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)에서 사용되는 일반적인 구성이 더 포함될 수 있다.
In addition, the present exemplary embodiment may further include an input unit for inputting data and a display unit for displaying a situation according to data processing, and may further include a general configuration used in TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy).

2. 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 다양한 실시예2. Various embodiments of an optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention

도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 다양한 실시예를 나타낸 도면으로서, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 다양한 실시예를 설명한다.4 to 8 are views showing various embodiments of an optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention, and various embodiments of an optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to Figs. 4 to 8 .

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치는, 제1실시예의 수광기(20)가 발진기(10)로부터의 광신호를 수신하는 제1수광기(20a)와, 일정지점에서의 복사파에 따른 광신호를 수신하는 제2수광기(20b)를 갖춘다. 이때 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)는 서로 위치를 바꿀 수 있게 구성되어, 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)가 나란히 배치된 상태에서, 제1수광기(20a)가 광신호 수신 위치에 배치되면 제1수광기(20a)는 발진기(10)로부터의 광신호를 수신하고, 제2수광기(20b)가 광신호 수신 위치에 배치되면 제2수광기(20b)는 일정지점에 대한 복사파에 따른 광신호를 수신한다. 여기서 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)의 위치변환은 회전형 구조 또는 슬라이드형 구조를 통해 이루어진다.4, the optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention is configured such that the light receiver 20 of the first embodiment receives the optical signal from the oscillator 10, 20a, and a second light receiver 20b for receiving an optical signal according to a radiation wave at a certain point. At this time, the first photodetector 20a and the second photodetector 20b are configured to be able to change positions with each other. In a state where the first photodetector 20a and the second photodetector 20b are arranged side by side, When the photodetector 20a is disposed at the optical signal receiving position, the first photodetector 20a receives the optical signal from the oscillator 10, and when the second photodetector 20b is disposed at the optical signal receiving position, The light receiver 20b receives an optical signal corresponding to a radiation wave at a certain point. Here, the positional conversion of the first photodetector 20a and the second photodetector 20b is performed through a rotatable structure or a slide-type structure.

상기 제2실시예는 이와 같이 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)를 구비함으로써, 발진기(10)에 따른 광신호와 복사파에 따른 광신호가 완전히 파장이 다르더라도 광신호의 분석을 정확하게 수행할 수 있으며, 별도로 광분리를 수행할 필요가 없기 때문에 광신호가 약하더라도 광신호의 분석을 정확하게 수행할 수 있다.Since the second embodiment includes the first photodetector 20a and the second photodetector 20b as described above, even if the optical signal according to the oscillator 10 and the optical signal corresponding to the radiation are completely different in wavelength, The analysis can be performed accurately and the optical signal can be accurately analyzed even if the optical signal is weak because there is no need to perform optical separation separately.

또한 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 제3실시예는, 제1실시예의 수광기(20)가 발진기(10)로부터의 광신호를 수신하는 제1수광기(20a)와, 일정지점에서의 복사파에 따른 광신호를 수신하는 제2수광기(20b)를 갖추고, 발진기(10)와 수광기(20) 사이에 광분리를 위한 광분리기(LS)가 구비된다.5, the third embodiment of the apparatus for measuring the optical temperature distribution precision according to the present invention is characterized in that the receiver 20 of the first embodiment comprises a first receiver (not shown) for receiving an optical signal from the oscillator 10, And a second photodetector 20b for receiving an optical signal according to a radiation wave at a certain point and a light separator LS for optical separation between the oscillator 10 and the photodetector 20 Respectively.

이때 광분리기(LS)는 발진기(10)로부터의 광신호 및 복사파에 따른 광신호를 파장대별로 분리하여 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)로 각각 보내거나, 상기 광신호들 자체를 나누어 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)로 각각 보낸다. 이때 광분리기(LS)는 Beam splitter나 coated lens가 적용된다.At this time, the optical isolator LS separates the optical signal from the oscillator 10 and the optical signal according to the radiated wave into the first photodetector 20a and the second photodetector 20b, respectively, And sends them to the first light receiver 20a and the second light receiver 20b, respectively. In this case, a beam splitter or coated lens is applied to the optical isolator (LS).

상기 제3실시예는 이와 같이 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)를 구비함으로써, 발진기(10)에 따른 광신호와 복사파에 따른 광신호가 완전히 파장이 다르더라도 광신호의 분석을 정확하게 수행할 수 있으며, 상기와 같이 별도로 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)의 위치변환을 수행하는 구조를 갖추지 않아도 됨으로, 구조가 간단하여 제조가 편리하다. Since the third embodiment includes the first photodetector 20a and the second photodetector 20b as described above, even if the optical signal according to the oscillator 10 and the optical signal according to the radiated wave are completely different in wavelength, It is possible to accurately perform the analysis and the structure for performing the positional conversion of the first photodetector 20a and the second photodetector 20b is not required separately as described above.

또한 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 제4실시예는, 제3실시예에서 일정지점의 복사파에 따른 광신호를 수신하기 위한 포커싱렌즈(FL)의 위치를 변형할 수 있다. 이때 포커싱렌즈(FL)는 제1수광기(20a) 또는 제2수광기(20b)의 전방에 설치된다.6, the fourth embodiment of the optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention is characterized in that the position of the focusing lens FL for receiving the optical signal according to the radiation wave at a certain point in the third embodiment, Can be modified. At this time, the focusing lens FL is installed in front of the first light receiver 20a or the second light receiver 20b.

상기 제4실시예는 이와 같이 포커싱렌즈(FL)의 설치위치를 변형함으로써, 설계 구조의 다양성을 이룰 수 있어, 제조가 편리하다.In the fourth embodiment, by changing the mounting position of the focusing lens FL in this manner, a variety of design structures can be achieved, which is convenient to manufacture.

또한 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 제5실시예는, 제3실시예에서 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)의 전방에 필터(Filter, F)가 구비되어, 파장을 선별적으로 각각의 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)에 보낼 수 있다.7, the fifth embodiment of the optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention is characterized in that, in the third embodiment, a filter (not shown) is disposed in front of the first light receiver 20a and the second light receiver 20b. Filter, F) are provided so that the wavelengths can be selectively transmitted to the respective first photodetector 20a and the second photodetector 20b.

상기 제5실시예는 이와 같이 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)에 파장을 선별적으로 보냄으로써, 보다 정확한 광신호 분석을 통한 온도계측이 가능하다.In the fifth embodiment, the wavelength can be selectively transmitted to the first photodetector 20a and the second photodetector 20b, thereby enabling temperature measurement through more accurate optical signal analysis.

또한 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치의 제6실시예는 제3실시예에서 제1수광기(20a) 및 제2수광기(20b)의 전방에 집광렌즈(L)가 구비된다. 이때 집광렌즈(L)는 수광기(20)가 작거나 집광이 필요할 경우 사용된다.8, the sixth embodiment of the optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention differs from the sixth embodiment in that, in the third embodiment, the converging lens (the first optical receiver 20a and the second optical receiver 20b) L). At this time, the condenser lens L is used when the light receiver 20 is small or when condensing is necessary.

상기 제6실시예는 이와 같이 집광을 통해 보다 정확한 온도계측이 가능하다.
In the sixth embodiment, more accurate temperature measurement is possible through condensation.

한편 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치는 상기와 같은 실시예들을 상황에 맞춰 선택적으로 사용함으로써, 온도계측의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
Meanwhile, the optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention can improve the accuracy of the temperature measurement by selectively using the above-described embodiments according to the circumstances.

3. 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 방법3. Optical measurement of optical temperature distribution according to the present invention

도 9는 H2O 흡수파장에 따른 흡수신호 및 흡광면적 분석 과정을 설명하기 위한 데이터도로서, 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 온도 분포 정밀 계측 방법을 설명한다.FIG. 9 is a data diagram for explaining an absorption spectrum and a light absorption area analysis process according to the H 2 O absorption wavelength, and a method of accurately measuring the temperature distribution according to the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명에 따른 기체의 흡수파장을 이용한 온도 분포 정밀 계측 방법은 온도 측정 및 선택 단계(S10)와, 흡광도 분석 단계(S20)와, 온도분포길이 분석 단계(S30)를 포함하여, 연소로 내의 온도 분포를 정밀 계측한다.The method for accurately measuring the temperature distribution using the absorption wavelength of the gas according to the present invention includes the step of measuring and selecting the temperature (S10), the step of analyzing the absorbance (S20), and the step of analyzing the temperature distribution length (S30) Measure the distribution precisely.

(( S10S10 ) 온도 측정 및 선택 단계) Temperature measurement and selection step

분포길이를 구하고자 하는 온도를 연소로 내에서 측정한다. The temperature at which the distribution length is to be determined is measured in the furnace.

본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치는 포커싱렌즈(FL)의 초점거리를 조절하여 측정하고자 하는 지점에 초점을 맞추고, 수광기(20)는 측정지점의 복사파에 따른 광신호를 수신하며, 데이터분석기(30)의 온도분석모듈(35)은 측정지점의 복사파에 따른 온도를 1차로 분석한다. 즉 연소로 내에서의 온도를 Pyrometry 방법으로 측정한다.The optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention focuses on a point to be measured by adjusting a focal distance of the focusing lens FL, and the photodetector 20 receives an optical signal according to a radiation wave of the measurement point, The temperature analysis module 35 of the data analyzer 30 firstly analyzes the temperature according to the radiation wave of the measurement point. That is, the temperature in the furnace is measured by Pyrometry method.

이후 본 실시예에서 데이터분석기(30)는 상기 Pyrometry 방법으로 분석된 온도 값에서 최저온도 및 최대온도를 선택하고, 최저온도와 최대온도 사이에서 일정온도를 선택한다. 이때 데이터분석기(30)를 통해 상기 최저온도, 최대온도, 일정온도가 자동으로 선택되도록 할 수 있지만, 작업자가 육안으로 Pyrometry 방법에 의한 온도값을 확인한 후, 별도의 입력유닛을 통해 온도값을 입력할 수도 있다.In the present embodiment, the data analyzer 30 selects the minimum temperature and the maximum temperature from the temperature values analyzed by the Pyrometry method, and selects a predetermined temperature between the minimum temperature and the maximum temperature. At this time, the minimum temperature, the maximum temperature, and the predetermined temperature may be automatically selected through the data analyzer 30. However, after the operator confirms the temperature value by the pyrometry method with the naked eye, the temperature value is input through a separate input unit You may.

한편 본 실시예에서는 데이터분석기(30)가 선택한 선택온도를 1100.0℃(온도값 1, 최소온도), 1201.2℃(온도값 2, 일정온도), 1221.4℃(온도값 3, 최대온도)로 한다.
On the other hand, in the present embodiment, the selected temperature selected by the data analyzer 30 is 1100.0 캜 (temperature value 1, minimum temperature), 1201.2 캜 (temperature value 2, constant temperature), 1221.4 캜 (temperature value 3, maximum temperature).

(( S20S20 ) 흡광도 분석 단계) Absorbance analysis step

상기 연소로 내의 가스에서 상기 선택온도의 개수 보다 1개 많은 흡수파장 수을 검출하여 흡수파장에 따른 흡광도를 연산한다.The number of absorption wavelengths that is one more than the number of selected temperatures is detected in the gas in the combustion furnace to calculate the absorbance according to the absorption wavelength.

본 실시예에서 흡수파장은 H2O 흡수파장을 이용하며, 4개의 흡수파장(1347.85nm, 1348.10nm, 1395.69nm, 1395.85nm)을 선정한다. In this embodiment, the absorption wavelength utilizes the H 2 O absorption wavelength, and four absorption wavelengths (1347.85 nm, 1348.10 nm, 1395.69 nm, and 1395.85 nm) are selected.

한편 발진기(10)를 통해 연소로 내로 레이저 광이 발진하면, 수광기(20)가 이를 수광하여 전기적인 신호로 변환되며, 이렇게 측정된 흡수신호는 데이터분석기(30)로 전송된다. 이때 데이터분석기(30)의 흡광도분석모듈(33)은 상기 흡수신호를 이용하여 수학식 2를 통해 흡수파장에 따른 흡광도를 연산한다. 여기서 H2O 흡수파장에 따른 흡수신호 및 흡광면적 분석 과정은 도 3을 통해 확인할 수 있다.
On the other hand, when laser light oscillates into the combustion furnace through the oscillator 10, the light receiver 20 receives the laser light and converts it into an electrical signal, and the measured absorption signal is transmitted to the data analyzer 30. At this time, the absorbance analysis module 33 of the data analyzer 30 calculates the absorbance according to the absorbed wavelength through Equation (2) using the absorbed signal. Here, the absorption signal and the absorption area analysis process according to the H 2 O absorption wavelength can be confirmed through FIG.

(( S30S30 ) 온도분포길이 분석 단계) Temperature distribution length analysis step

상기 각각의 흡수파장에 따른 흡광도가 연산되면, 상기 흡광도와, 선택온도 값 및 선택온도 값에 따른 선강도를 이용하여, 선택온도가 분포한 온도분포길이를 연산한다. When the absorbance corresponding to each absorption wavelength is calculated, the temperature distribution length in which the selected temperature is distributed is calculated using the absorbance, the line strength corresponding to the selected temperature value and the selected temperature value.

본 실시예에서 데이터분석기(30)의 온도분포길이분석모듈(34)은 상기 흡광도를 이용하여 상기 수학식 3을 통해 흡수파장에 따른 흡광도를 대입한 후, 수학식 6을 이용하여 수학식 7을 도출하며, 수학식 7을 통해 각각의 선택온도가 분포하는 온도분포길이를 구할 수 있다.
In the present embodiment, the temperature distribution length analysis module 34 of the data analyzer 30 substitutes the absorbance according to the absorbed wavelength through Equation 3 using the absorbance, and then calculates Equation (7) using Equation (6) And the temperature distribution length at which the selected temperature is distributed can be obtained from Equation (7).

본 실시예에서는 H2O 흡수파장을 이용하여 온도분포길이를 구한다. 이는 H2O는 흡수파장의 범위가 넓고 다양하며, 강한 흡수신호를 보여, 온도 계측이 매우 유리하기 때문이다. 도 10은 O2 흡수파장을 이용하여 측정된 온도와 실제 온도 간의 오차율을 설명하기 위한 데이터도이고, 도 11은 고온에서의 O2 흡수신호를 나타낸 데이터도이고, 도 12는 O2 흡수파장을 이용한 온도 분할 실험을 통해 온도 구배 별 오차율을 설명하기 위한 데이터도이고, 도 13은 H2O 흡수파장을 이용하여 측정된 온도와 실제 온도 간의 오차율을 설명하기 위한 데이터도이고, 도 14는 H2O 흡수파장을 이용한 온도 분할 실험을 통해 온도 구배 별 오차율을 설명하기 위한 데이터도로서, 도 10 내지 도 14를 참조하여, H2O 흡수파장을 이용할 경우 가장 정확한 온도 측정이 가능한 이유를 설명하면 다음과 같다.In this embodiment, the temperature distribution length is obtained by using the H 2 O absorption wavelength. This is because H 2 O has a wide and diverse range of absorption wavelengths, exhibits a strong absorption signal, and temperature measurement is very advantageous. FIG. 10 is a data chart for explaining the error rate between the measured temperature and the actual temperature using the O 2 absorption wavelength, FIG. 11 is a data chart showing the O 2 absorption signal at a high temperature, FIG. 12 is a graph showing the O 2 absorption wavelength FIG. 13 is a data diagram for explaining the error rate between the temperature measured by using the H 2 O absorption wavelength and the actual temperature, and FIG. 14 is a data chart for explaining the error rate by H 2 10 to 14, a description will be given of the reason why the most accurate temperature measurement can be performed by using the H 2 O absorption wavelength, Respectively.

O2 흡수파장을 이용할 경우, 도 10에 도시된 바와 같은 흡수신호를 보이며, O2 흡수파장을 이용해 측정된 온도는 1.9%의 오차율을 보인다. 또한 도 11에서 알 수 있듯이, 고온에서는 O2의 흡수신호가 매우 약해 정확한 온도측정이 어렵다. 나아가 O2 흡수파장을 이용하여 온도분포를 구할 경우 도 12에서 알 수 있듯이, 구간별 최소 오차율은 5.4%이고, 최대 오차율은 10%이며, 평균 오차율은 7.7%로 오차율이 매우 큼을 알 수 있다. When the O 2 absorption wavelength is used, the absorption signal as shown in FIG. 10 is shown, and the temperature measured using the O 2 absorption wavelength shows an error rate of 1.9%. Also, as can be seen from Fig. 11, the absorption signal of O 2 is very weak at high temperature, making accurate temperature measurement difficult. Further, when the temperature distribution is obtained by using the O 2 absorption wavelength, as shown in FIG. 12, the minimum error rate per section is 5.4%, the maximum error rate is 10%, and the average error rate is 7.7%.

그러나 H2O 흡수파장을 이용할 경우, 도 13에 도시된 바와 같은 흡수신호를 보이며, H2O를 이용해 측정된 온도는 매우 정확한 0.1%의 오차율을 보인다. 또한 H2O 흡수파장을 이용하여 온도분포를 구할 경우 도 14에서 알 수 있듯이, 구간별 최소 오차율은 0.2%이고, 최대 오차율은 6.4%이며, 평균 오차율은 3.3%로, O2 흡수파장을 이용한 것에 비해 매우 정확도가 높은 것을 확인할 수 있다.
However, when the H 2 O absorption wavelength is used, the absorption signal as shown in FIG. 13 is shown, and the temperature measured using H 2 O shows a very accurate 0.1% error rate. In addition, as can be seen in Figure 14, if available, the temperature distribution by using a H 2 O absorption wavelength, piecewise minimum error rate is 0.2%, the maximum error rate is 6.4%, and the average error rate to 3.3% O 2 using the absorption wavelength It can be confirmed that the accuracy is high.

한편 본 실시예에서는 선택온도를 3개로 하여 온도계측을 하였지만, Pyrometry 방법으로 측정한 온도에서 다수의 온도를 선택하고 이렇게 선택된 선택온도를 통해 다수의 스텝을 나눔으로써 온도계측을 더욱 정밀하게 할 수 있다. 또한 본 실시예에서는 측정대상을 연소로로 하였지만, 본 발명에 따른 광학적 온도분포 정밀계측 장치가 설치될 수 있는 측정대상이면 다양한 구조에 대한 온도측정이 가능하다.
In the present embodiment, the temperature is measured by setting the selection temperature to three, but it is possible to select the plurality of temperatures at the temperature measured by the Pyrometry method and to divide a plurality of steps through the selected temperature to further precise the temperature measurement . In this embodiment, the measurement target is the combustion furnace, but it is possible to measure the temperature of various structures as long as it is an object to which the optical temperature distribution precision measuring apparatus according to the present invention can be installed.

또한 본 실시예에서 상기 기체의 흡수파장을 이용한 온도 분포 정밀 계측 방법은 프로그램화 되어 기록매체에 기록된다.In the present embodiment, the temperature distribution accuracy measurement method using the absorption wavelength of the gas is programmed and recorded on a recording medium.

여기서, 「프로그램」이란 임의의 언어나 기술 방법으로 기술된 데이터 처리 방법이며, 소스 코드나 바이너리 코드 등의 형식을 불문한다. 또한, 「프로그램」은, 반드시 단일적으로 구성되는 것으로 한정되지 않고, 복수의 모듈이나 라이브러리로서 분산 구성되는 것이나, OS(Operating System)으로 대표되는 별개의 프로그램과 협동하여 그 기능을 달성하는 것을 포함한다. 또한, 프로그램은, 기록 매체에 기록되어 있으며, 기록 매체에 기록된 프로그램을 각 장치로 판독하기 위한 구체적인 구성이나 판독 수순이나 판독후의 인스톨 수순 등에 관해서는, 주지의 구성이나 수순을 사용할 수 있다.Here, the term " program " means a data processing method described in an arbitrary language or a technical method, regardless of the format such as a source code or a binary code. The term " program " is not limited to being constituted by a single unit. The term " program " includes not only being distributed as a plurality of modules or libraries but also achieving its functions in cooperation with a separate program represented by an OS do. The program is recorded on a recording medium, and a well-known configuration or procedure can be used for a specific configuration for reading a program recorded on the recording medium to each apparatus, a reading procedure, and an installation procedure after reading.

또한, 「기록 매체」란 임의의 「가반용의 물리 매체」나 임의의 「고정용의 물리 매체」나 「통신 매체」를 포함하는 것으로 한다. 또한, 「가반용의 물리 매체」란 플렉시블 디스크나 광자기 디스크나 ROM이나 EPROM이나 EEPROM이나 CD-ROM이나 MO나 DVD 등이다. 「고정용의 물리 매체」란 각종 컴퓨터 시스템에 내장되는 ROM이나 RAM이나 HD 등이다. 「통신 매체」란, LAN이나 WAN이나 인터넷 등의 네트워크를 개재하여 프로그램을 송신하는 경우에 프로그램을 보유하는 매체를 말한다.
It should be noted that the term " recording medium " includes any arbitrary " physical medium for transportation ", an arbitrary " fixed physical medium " The " physical medium for portable use " is a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, an EPROM, an EEPROM, a CD-ROM, an MO, or a DVD. The " fixed physical medium " is a ROM, a RAM, or an HD that is embedded in various computer systems. The "communication medium" refers to a medium that holds a program when a program is transmitted through a network such as a LAN, WAN, or the Internet.

상술한 바와 같이 본 발명은 Pyrometry 방법으로 정성적 온도분포를 분석한 후, 이렇게 분석된 온도에서 최저온도, 최대온도, 최저온도 및 최대온도 사이의 다수의 온도를 선택한 후, 선택온도의 분포길이를 구하는 것으로, 흡수파장에 따른 흡광도 및 선택온도에 따른 선강도를 이용하여, 선택온도의 분포길이를 정확하게 구할 수 있다.As described above, the present invention analyzes the qualitative temperature distribution by the Pyrometry method, and then selects a plurality of temperatures between the lowest temperature, the maximum temperature, the lowest temperature and the maximum temperature at the analyzed temperature, , The distribution length of the selected temperature can be accurately obtained by using the absorbance along the absorption wavelength and the line strength according to the selected temperature.

또한 본 발명은 수학식 3을 유도한 후 흡수파장에 따른 흡광도를 대입함으로써, 선택온도가 분포한 온도분포길이를 정확하게 구할 수 있으며, H2O 흡수파장을 이용함으로써, 그 정밀도가 더욱 향상된다.Further, by deriving Equation (3) and substituting the absorbance according to the absorption wavelength, the temperature distribution length in which the selected temperature is distributed can be accurately obtained, and the accuracy is further improved by using the H 2 O absorption wavelength.

따라서 본 발명은 연소로 내의 최저온도, 최대온도, 최저온도 및 최대온도 사이의 온도를 임의로 설정하거나 상기 온도에 대한 데이터를 구비하고 있을 필요가 없으며, Pyrometry 방법으로 온도분포를 자동으로 측정한후 흡수파장을 이용한 온도계측방법을 통해 보다 정확하게 온도분포길이를 구함으로써, 연소로 내의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.Therefore, the present invention does not need to arbitrarily set the temperature between the minimum temperature, the maximum temperature, the minimum temperature, and the maximum temperature in the combustion furnace, and does not need to include the data on the temperature. The temperature distribution is automatically measured by the Pyrometry method, It is possible to more accurately measure the temperature in the furnace by obtaining the temperature distribution length more accurately through the temperature measurement method using the wavelength.

10; 발진기 20; 수광기
20a; 제1수광기 20b; 제2수광기
30; 데이터분석기 33; 흡광도분석모듈
34; 온도분포길이분석모듈 35; 복사파분석모듈
40; 파형발생기 50; 제어기
FL; 포커싱렌즈 LS; 광분리기
F; 필터 L; 집광렌즈10; Oscillator 20; Receiver
20a; A first light receiver 20b; The second receiver
30; A data analyzer 33; Absorbance analysis module
34; Temperature distribution length analysis module 35; Radiation analysis module
40; A waveform generator 50; Controller
FL; Focusing lens LS; Optical isolator
F; Filter L; Condensing lens

Claims (23)

1차로 온도를 측정하고, 측정된 온도에서 온도분포길이를 측정하기 위한 온도를 선택하며, 기체의 흡수파장에 따른 흡광도를 이용하여, 선택온도가 분포하는 온도분포길이를 정밀 계측하는 것을 특징으로 하는 광학적 온도분포 정밀계측 장치에 있어서,
상기 온도 분포 정밀 계측 장치는,
레이저 광이 측정대상가스를 통과하도록 하는 발진기;
광신호를 거르는 필터 또는 집광렌즈가 구비하며 상기 발진기로부터의 광신호를 수신하는 제1수광기와, 광신호를 거르는 필터 또는 집광렌즈가 구비하며 상기 측정대상가스의 복사파에 따른 광신호를 수신하는 제2수광기와, 상기 발진기와 제1수광기 및 제2수광기 사이에 위치하여 발진기로부터의 광신호 및 측정대상가스의 복사파에 따른 광신호로 광분리를 위한 광분리기와, 제1수광기 및 제2수광기의 전방에 배치되는 포커싱렌즈를 구비하여 측정대상가스를 통과한 레이저 광을 수광하여, 다수의 흡수파장에 따른 흡수신호를 검출하는 수광기;
각각의 흡수신호에 따른 흡광도를 분석하는 흡광도분석모듈과, 측정대상가스의 온도분포를 상기 광신호를 이용하여 1차로 분석하는 온도분석모듈과, 온도분석모듈에서 분석된 온도 중에서 온도분포길이를 측정하기 위한 온도를 선택하는 측정온도선택모듈과, 흡광도분석모듈로부터의 흡광도와, 측정온도선택모듈로부터의 선택온도 값 및 선택온도 값에 따른 선강도를,
Figure 112015115123801-pat00026

(m = 흡수파장의 수, n = 선택온도의 수, A = 흡광도, Xabs = 측정대상가스의 농도, P = 측정대상가스의 압력, S(T) = 선택온도에 따른 선강도, L = 선택온도 분포길이)
식에 대입하되, 선택온도의 수 3개, 흡수파장의 수는 4개로 하여, 선택온도가 분포하는 온도분포길이를 연산하는 온도분포길이분석모듈을 갖춘 데이터분석기;
를 포함하며,
상기 흡수파장으로 H2O 흡수파장을 이용하는 것을 특징으로 하는 광학적 온도분포 정밀계측 장치.
Wherein a temperature for measuring the temperature distribution length at the measured temperature is selected first and a temperature distribution length at which the selected temperature is distributed is accurately measured using the absorbance according to the absorption wavelength of the gas, In an optical temperature distribution precision measuring apparatus,
The temperature distribution precision measuring apparatus comprises:
An oscillator for causing the laser light to pass through the gas to be measured;
A first filter that filters an optical signal or a condenser lens and receives an optical signal from the oscillator; and a filter or a condenser lens that filters the optical signal and receives an optical signal corresponding to a radiation wave of the gas to be measured An optical isolator disposed between the oscillator and the first photodetector and the second photodetector for optical separation of the optical signal from the oscillator and the optical signal according to the radiated wave of the measurement target gas, A photodetector for receiving a laser beam having passed through a gas to be measured and detecting an absorption signal corresponding to a plurality of absorption wavelengths, the focusing lens being disposed in front of the photodetector and the second photodetector;
A temperature analysis module for primarily analyzing the temperature distribution of the gas to be measured by using the optical signal, and a temperature distribution module for measuring a temperature distribution length in the temperature analyzed by the temperature analysis module The absorbance from the absorbance analysis module, and the line strength according to the selected temperature value and the selected temperature value from the measurement temperature selection module,
Figure 112015115123801-pat00026

L is the degree of linearity with respect to the selected temperature, m is the number of absorption wavelengths, n is the number of selected temperatures, A is the absorbance, X abs is the concentration of the gas to be measured, P is the pressure of the gas to be measured, Selected temperature distribution length)
A data analyzer having a temperature distribution length analysis module for calculating the temperature distribution length in which the selected temperature is distributed, with the number of selected temperatures being 3 and the number of absorption wavelengths being 4;
/ RTI >
And an H 2 O absorption wavelength is used as the absorption wavelength.
제1항에 있어서,
상기 데이터분석기의 온도분포길이분석모듈은 상기 식에서 최소제곱법을 이용하여, 설정온도가 분포하는 온도분포길이를 연산하는 것을 특징으로 하는 광학적 온도분포 정밀계측 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature distribution length analyzing module of the data analyzer calculates the temperature distribution length in which the set temperature is distributed by using the least squares method.
제2항에 있어서,
상기 최소제곱법을 이용할 시,
Figure 112015115123801-pat00009

(m = 흡수파장의 수, n = 선택온도의 수, A = 흡광도, Xabs = 측정대상가스의 농도, P = 측정대상가스의 압력, S(T) = 선택온도에 따른 선강도, L = 선택온도분포길이)
식을 이용하는 것을 특징으로 하는 광학적 온도분포 정밀계측 장치.


3. The method of claim 2,
When the least squares method is used,
Figure 112015115123801-pat00009

L is the degree of linearity with respect to the selected temperature, m is the number of absorption wavelengths, n is the number of selected temperatures, A is the absorbance, X abs is the concentration of the gas to be measured, P is the pressure of the gas to be measured, Selected temperature distribution length)
Is used as the optical temperature distribution measuring device.


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