KR101901207B1 - Matching method for detecting position of remote detection systems for hydrogen gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소가스의 분포 및 농도를 검출하는 수소가스 원격 탐지 시스템에서 레이저 빔을 조사하는 조사 영역과 조사된 레이저 빔에 의해 발생된 라만 산란신호의 영역을 수신할 수 있도록 수광부의 방향을 매칭할 수 있는 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for matching a detection position of a hydrogen gas remote sensing system, and more particularly, to a method for matching a detection position of a hydrogen gas in a hydrogen gas remote sensing system for detecting the distribution and concentration of hydrogen gas by a radiation area irradiating the laser beam, And a detection location matching method of a hydrogen gas remote sensing system capable of matching a direction of a light receiving unit so as to receive a region of the generated Raman scattering signal.
원자력 발전소에서 중대 사고가 발생할 경우, 핵 연료 피복재의 산화과정에서 다량의 수소가스가 발생하며 2차 폭발사고의 중요 원인으로 작용한다. 2011년 일본에서 발생한 후쿠시마 원전 사고는 쓰나미에 의한 원전 중대사고 과정에서 발생한 수소 가스가 2차 폭발사고로 이어진 대표적인 예라 할 수 있다.In the event of a serious accident at a nuclear power plant, a large amount of hydrogen gas is generated during the oxidation process of the nuclear fuel covering material, which is an important cause of the secondary explosion. The Fukushima nuclear power plant accident that occurred in Japan in 2011 is a typical example of the hydrogen gas generated during the nuclear accident in the nuclear power plant caused by the tsunami.
따라서 원전 안전을 위하여 수소 가스 검출 및 제거 장치가 필수적으로 요구된다.Therefore, hydrogen gas detection and removal equipment is essential for nuclear safety.
수소 가스는 연소과정에서 오염물질의 배출이 없는 친환경 에너지원이다. 그러나 연소 및 폭발성이 매우 강해 위험한 물질 중의 하나이다. 원자력 발전소의 중대 사고 발생시 핵연료의 산화 과정에서 다량의 수소 가스가 발생하며 원전 격납 건물의 2차 사고의 원인으로 작용함에 따라 원전의 안전을 확보하기 위해서는 수소 가스의 검출 기술은 매우 중요하다. Hydrogen gas is an environmentally friendly energy source that does not emit pollutants during the combustion process. However, it is one of the dangerous substances because it is very strong in combustion and explosion. In the event of a major accident at a nuclear power plant, a large amount of hydrogen gas is generated during the oxidation process of the fuel, which is a cause of secondary accidents in nuclear containment buildings. Therefore, in order to secure the safety of nuclear power plants, detection technology of hydrogen gas is very important.
수소가스의 검출에는 촉매 산화방식과 반도체 산화 센서, 열전도 센서, 전기 화학 센서 등의 센서를 이용한 방식이 주로 사용되고 있다. 그러나 이러한 센서를 이용한 검출 방식은 센서의 검출 유효거리가 짧아 넓은 공간을 측정하기 위해서는 수많은 센서가 설치되어야 하는 단점이 있다.For detection of hydrogen gas, a method using a catalyst oxidation method, a sensor such as a semiconductor oxidation sensor, a thermal conductivity sensor, and an electrochemical sensor is mainly used. However, the detection method using such a sensor has a disadvantage that a large number of sensors must be installed in order to measure a wide space because the detection effective distance of the sensor is short.
수소가스는 매우 강한 라만 산란(Raman scattering) 현상을 나타내며, 이러한 라만 산란 현상을 이용한 수소 라만 셀 등을 사용하여 검출하고 있다.Hydrogen gas shows a very strong Raman scattering phenomenon and is detected by using hydrogen Raman cell using this Raman scattering phenomenon.
수소가스의 라만 현상을 이용하는 라만 라이다(LIDAR, Light Detection and Ranging)는 수소가스의 농도 및 거리 정보 등을 정량적으로 측정할 수 있는 것으로서, 일본의 니노미야 히데키(Ninomiya Hideki) 등에 의하여 수소가스 검출용 라만 라이다 시스템이 개발되었다.Light Detection and Ranging (LIDAR), which utilizes the Raman phenomenon of hydrogen gas, is capable of quantitatively measuring the concentration and distance information of hydrogen gas. It can be used for hydrogen gas detection by Ninomiya Hideki, Raman laid system was developed.
등록특허공보 제10-1126951호에 기재된 수소가스 및 수소화염감시 방법 및 장치는 니노미야 히데키, 이찌가와 코지 등이 발명자로 하여 출원되고 등록된 특허로서, 상기 기술은 감시대상공간에 조사한 2 이상의 다른 레이저광에 기인하는 파장 약 309nm의 피검출광을 집광하고 전자화상으로 변환하며, 증폭하고 재차 광학상으로 변환하여 수소가스를 검출하는 수소가스 및 수소화염 감시장치에 관한 것이다.The hydrogen gas and hydrogen flame monitoring method and apparatus described in Patent Registration No. 10-1126951 are filed and registered as inventors by Hideki Ninomiya and Koji Ichigawa, To a hydrogen gas and hydrogen flame monitoring apparatus for collecting light to be detected having a wavelength of about 309 nm and converting it into an electronic image, amplifying the light, and converting the light into an optical image to detect hydrogen gas.
상기의 기술을 포함한 종래 라만 라이다를 이용한 수소가스 탐지 시스템에서는 레이저 빔이 조사되는 영역과 라만 산란신호를 수신하는 수신부의 방향이 매칭되어야 한다. 즉, 레이저 빔이 조사되는 영역으로 수신부의 방향이 일치되어야 정확한 라만 산란신호를 수신할 수 있고, 레이저 빔이 조사되는 영역이 가변되거나 거리가 달라지는 경우에도 수신부의 방향은 그에 대응되어 조정되어야 한다. 그러나 종래 기술에서는 이에 대한 연구가 미비한 실정이다.In the hydrogen gas detection system using the conventional Raman ladder including the above-described technique, the region irradiated with the laser beam must be matched with the direction of the receiver receiving the Raman scattering signal. That is, if the direction of the receiving part should be aligned with the area where the laser beam is irradiated, an accurate Raman scattering signal can be received. Also, if the area irradiated with the laser beam is varied or the distance is changed, the direction of the receiving part must be adjusted correspondingly. However, in the prior art, there is little research on this.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해소하고자 하는 과제는, 조사 대상의 영역으로 조사된 레이저 빔의 방향과 수광부의 방향을 매칭시킬 수 있는 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a hydrogen gas remote sensing device capable of matching a direction of a laser beam irradiated to a region to be irradiated with a direction of a light- And to provide a method for detecting position detection of the system.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법은 조사 대상 영역에 레이저 빔을 조사하는 빔송신부, 상기 빔송신부에서 조사된 레이저 빔에 의해 생성된 라만 산란 신호를 검출광으로 하여 수광하는 수광부, 상기 수광부에서 수신된 검출광을 입력받아 분리하고, 분리된 각각의 검출광을 전기적 신호로 변환하는 변환부를 포함하는 수소가스 원격 탐지 시스템에서, 상기 빔송신부에서 조사된 레이저 빔의 출력 방향과 상기 수광부의 수광 방향을 매칭시키는 방법으로서, a) 상기 변환부의 PMT(Phitomultiplier Tube)를 탈착하고, b) 상기 PMT가 탈착된 위치에 가이드 레이저모듈을 배치하여 레이저 광원을 조사하며, c) 상기 가이드 레이저모듈에서 레이저 광원이 조사되는 상태에서 상기 빔송신부의 레이저 빔을 조사하고, d) 상기 가이드 레이저모듈의 레이저 광원에 의해 투영된 제1 투영무늬의 범위에 상기 빔송신부의 레이저 빔에 의해 투영된 제2 투영무늬를 위치시키거나, 상기 제2 투영무늬가 제1 투영무늬의 범위에 위치되도록 상기 수광부 또는 상기 빔송신부의 위치를 조절하여 레이저 빔이 조사되는 방향과 라만 산란신호를 수신하는 상기 수광부의 방향이 매칭되도록 하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for matching a detection position of a hydrogen gas remote sensing system, comprising: a beam transmitting unit for irradiating a laser beam onto a region to be irradiated; a Raman scattering signal generated by the laser beam irradiated by the beam transmitting unit; And a converting unit for receiving and separating the detection light received by the light receiving unit and converting the separated detection light into an electrical signal, wherein in the hydrogen gas remote sensing system, A method for matching an output direction of a laser beam with a light receiving direction of a light receiving unit, comprising the steps of: a) removing a PMT (Phitomultiplier Tube) of the conversion unit; b) arranging a guide laser module at a position where the PMT is detached C) the laser beam of the beam transmitting section is irradiated with the laser beam from the guide laser module, D) positioning a second projection pattern projected by the laser beam of the beam transmission section in a range of a first projection pattern projected by the laser light source of the guide laser module, The position of the light receiving unit or the beam transmitting unit is adjusted so as to be positioned in the projection pattern range so that the direction of the laser beam is matched with the direction of the light receiving unit that receives the Raman scattering signal.
여기서, 상기 가이드 레이저모듈은 상기 변환부의 내부에 설치되고, 발진에 의해 레이저 광원을 발생시키며, 발생된 상기 레이저 광원은 상기 수광부를 통해 출력되는 것을 특징으로 한다.Here, the guide laser module is installed inside the conversion unit and generates a laser light source by oscillation, and the generated laser light source is outputted through the light receiving unit.
또한, 상기 가이드 레이저모듈에서 출력되는 레이저 광원의 파장은 500 ~ 700nm로 이루어질 수 있고, 상기 가이드 레이저모듈의 레이저 광원에 의해 투영된 제1 투영무늬는 소정 원주상에 복수 개로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the wavelength of the laser light source output from the guide laser module may be 500 to 700 nm, and the first projection pattern projected by the laser light source of the guide laser module may include a plurality of the first projection patterns on a predetermined circumference.
아울러, 탈착되는 상기 PMT는 상기 수광부에서 수광되는 라만 산란신호의 입사방향과 동일 축상에 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, the PMT to be desorbed is provided on the same axis as the incident direction of the Raman scattering signal received by the light receiving portion.
본 발명에 의하면, 조사 영역으로 조사된 레이저 빔의 방향과 조사된 레이저 빔에 의해 라만 산란신호가 발생된 영역으로 수광부의 방향을 매칭시킬 수 있으므로, 레이저 빔에 의해 발생된 라만 산란신호의 수신율을 증가시켜 수소가스의 농도를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, since the direction of the laser beam irradiated to the irradiation area and the direction of the light receiving part can be matched to the area where the Raman scattering signal is generated by the irradiated laser beam, the reception ratio of the Raman scattering signal generated by the laser beam is So that the concentration of the hydrogen gas can be accurately detected.
도 1은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 탐지 시스템이 원자력 발전소에 설치된 상태의 구성도.
도 2는 수소가스 원격 탐지 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 탐지 시스템에서 빔송신부, 수광부 및 변환부의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 빔송신부의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 수광부 및 변환부의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 변환부와 수광부의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 변환부와 수광부의 다른 실시 예에 대한 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 가이드 레이저모듈의 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 가이드 레이저모듈에 의해 투영된 형상을 나타낸 도면.FIG. 1 is a view showing a state in which a detection system to which a detection position matching method of a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied is installed in a nuclear power plant.
2 is a block diagram of a hydrogen gas remote sensing system;
FIG. 3 is a block diagram of a beam transmission unit, a light receiving unit, and a conversion unit in a detection system using a detection position matching method of a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a beam transmission unit to which a detection position matching method of a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied. FIG.
5 is a configuration diagram of a light receiving unit and a conversion unit to which the detection position matching method of the hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied.
FIG. 6 is a block diagram of a conversion unit and a light receiving unit to which the method of detecting a position of a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied. FIG.
FIG. 7 is a block diagram of another embodiment of a light receiving unit and a conversion unit to which the detection position matching method of the hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied. FIG.
8 is a configuration diagram of a guide laser module to which the detection position matching method of the hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied.
9 is a view illustrating a shape projected by a guide laser module to which a detection position matching method of a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 원자력 발전소의 중대사고시 발생되는 수소가스의 분포 및 농도를 원격에서 탐지하여 수소가스의 분포 및 농도를 검출함으로써, 수소가스의 연소 또는 자연발화를 방지할 수 있는 수소가스 원격 탐지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen gas remote sensing system capable of preventing the combustion or spontaneous combustion of hydrogen gas by detecting distribution and concentration of hydrogen gas by remotely detecting the distribution and concentration of hydrogen gas generated in a nuclear power plant, will be.
도 1은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 탐지 시스템이 원자력 발전소에 설치된 상태의 구성도를 나타낸 도면이고, 도 2는 수소가스 원격 탐지 시스템의 구성도를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view illustrating a configuration of a detection system to which a detection position matching method of a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is installed in a nuclear power plant, and FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a hydrogen gas remote sensing system .
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템은 빔송신부(100), 수광부(200), 변환부(300), 제어부(400), 표시부(500) 및 팬틸트구동부(600)를 포함하여 구성된다.1 and 2, a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention includes a
여기서 상기 빔송신부(100), 수광부(200) 및 변환부(300)는 원자력 발전소의 격납건물(1) 내부에 설치되고, 제어부(400)와 표시부(500)는 제어실(또는 조정실) 등에 설치된다.The
도 3은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템에 적용된 빔송신부, 수광부 및 변환부의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a block diagram of a beam transmitter, a light receiving unit, and a conversion unit applied to the hydrogen gas remote sensing system according to the present invention.
빔송신부(100)는 조사 대상 영역에 레이저 빔을 조사하는 것으로서, 조사되는 레이저 빔 생성을 위해 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 결정에 네오디뮴(Nd)의 희유원소를 첨가하여 고체 레이저를 생성할 수 있는 Nd:YAG 레이저가 사용될 수 있다.The
도 4는 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템에 적용된 빔송신부의 구성을 나타낸 도면이다.4 is a block diagram of a beam transmitter applied to a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention.
첨부된 도 4를 참조하면, 상기 빔송신부(100)는 크게, 1064nm의 기본 파장을 발생시키는 레이저 드라이버(110)와 상기 레이저 드라이버(110)에서 발생된 레이저 빔의 파장을 변환시키는 파장변환부(120)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 파장변환부(120)는 1064nm의 기본 파장을 변환하여 355nm 파장을 가지는 레이저 빔을 출력한다.4, the
여기서, 상기 발진부(120)의 구성을 살펴보면, 상기 레이저 드라이버(110)에서 출력되는 레이저 빔의 투과율을 제한하는 ND 필터(Neutral Density Filter, 121), 상기 ND 필터(121)에서 출력되는 레이저 빔의 광량을 조절하는 조리개(122), 상기 조리개(122)를 통과한 레이저 빔을 확장시키는 빔 익스팬더(123), 상기 빔 익스팬더(123)에서 출력되는 레이저 빔 중에서 355nm 파장을 가진 레이저 빔만을 투과하는 라인필터(Line filter, 124) 및 상기 라인필터(124)를 통과한 레이저 빔을 전반사시키는 반사미러(125, 126)를 포함하여 구성된다.Here, the configuration of the
여기서, 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템은 원자력 발전소의 격납건물 내부에 설치되기 때문에 비교적 장거리의 탐지능력이 없어도 무방하다. 또한, 격납건물 내부에 설치됨에 따라 소형화되어야 한다. 이에 따라 상기 발진부(120)를 통해 조사되는 레이저 빔은 최대 20m의 유효거리 내에 있는 수소가스를 탐지할 수 있는 정도이면 충분하므로, 상기 발진부(120)에서 조사되는 레이저 빔은 355nm의 파장에서 11 ~ 13mJ의 에너지를 갖는 것이면 충분하다.Here, the hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is installed in the containment building of the nuclear power plant, so that it is not necessary to have a relatively long detection capability. In addition, it needs to be miniaturized as it is installed inside the containment building. Accordingly, it is sufficient that the laser beam irradiated through the
수광부(200)는 상기 빔송신부(100)에서 조사된 레이저 빔에 의해 생성된 라만 산란 신호를 검출광으로 하여 수광하는 것이고, 변환부(300)는 상기 수광부(200)에서 수신된 검출광을 입력받아 전기적 신호로 변환하는 기능을 수행한다.The
도 5는 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템에 적용된 수광부 및 변환부의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a light receiving unit and a conversion unit applied to the hydrogen gas remote sensing system according to the present invention.
첨부된 도 5를 참조하면, 수광부(200)는 집광렌즈(210), 다이아프램(220), 분산렌즈(230) 및 노치필터(240)를 포함한다.5, the
집광렌즈(210)는 라만 산란 신호를 집광하는 것으로서, 소형화를 위해 50mm의 광학식 망원렌즈가 사용될 수 있다.The
다이아프램(220)은 상기 집광렌즈(210)로부터 입사되는 검출광의 광량을 조절하는 기능을 수행하고, 분산렌즈(230)는 상기 다이아프램(220)을 통과한 검출광을 분산시키고, 노치필터(240)는 상기 분산렌즈(230)를 통과한 검출광 중 특정 주파수 대역의 주파수를 제거하여 유효 주파수만을 통과시킨다.The
첨부된 도 5를 참조하면 상기 변환부(300)는 상기 수광부(200)에서 출력되는 검출광을 분리하는 빔 스플리터(310), 상기 빔 스플리터(310)를 이용하여 입사각과 평행한 검출광에 대하여 설정 주파수 대역만 통과시키는 제1 밴드패스필터(320), 상기 제1 밴드패스필터(320)를 통과한 검출광을 광전자를 이용하여 전기신호로 변환하는 제1 PMT(Phitomultiplier Tube)(330), 상기 빔 스플리터(310)를 이용하여 입사각과 수직인 검출광에 대하여 설정 주파수 대역만 통과시키는 제2 밴드패스필터(340) 및 상기 제2 밴드패스필터(340)를 통과한 검출광을 광전자를 이용하여 전기신호로 변환하는 제2 PMT(Photomultiplier Tube)(350)를 포함한다.5, the
여기서, 상기 제1 밴드패스필터(320)는 416㎚±0.15㎚의 주파수를 통과시키고, 상기 제2 밴드패스필터(340)는 386.7㎚±0.15㎚의 주파수를 통과시킨다.Here, the first band-
355nm의 레이저 빔이 수소가스에 조사되면 416㎚ 파장대의 라만 산란이 발생하고, 질소가스에 조사되면 386nm 파장대의 라만 산란이 발생된다.When a 355 nm laser beam is irradiated with hydrogen gas, Raman scattering occurs at a wavelength of 416 nm. When irradiated with nitrogen gas, Raman scattering at a wavelength band of 386 nm occurs.
이에, 상기의 변환부(300)의 구성에 의하면, 제1 밴드패스필터(320)와 제1 PMT(330)에 의해서 수소가스에 대한 라만 산란의 주파수가 탐지되고, 제2 밴드패스필터(340)와 제2 PMT(350)에 의해서 질소가스에 대한 라만 산란의 주파수가 탐지된다.According to the configuration of the
상기 변환부(300)의 구성에서, 밴드패스필터와 PMT 사이에는 각각 밴드패스필터를 통과한 검출광을 PMT로 유도하기 위한 집광렌즈(360, 370)가 설치될 수 있다.In the configuration of the
아울러, 상기에서 제1 PMT(330)및 제2 PMT(350)에서 변환된 전기 신호는 디지타이저를 이용하여 디지털 신호로 변환되고, 변환된 디지털 신호는 제어부(400)로 전송되게 된다.In addition, the electrical signals converted by the
이때, 상기 디지타이저는 라만 산란 신호를 계측하기 위하여 1GHz의 대역폭을 가지며, 1GS/s의 샘플링이 가능한 고속 디지타이저가 사용될 수 있다.In this case, the digitizer has a bandwidth of 1 GHz and a high-speed digitizer capable of sampling at 1 GS / s can be used to measure Raman scattering signals.
제어부(400)는 상기 변환부(300)에서 분리된 검출광을 처리하여 분포 및 농도를 산출하는 기능을 수행한다.The
이때, 상기 제어부(400)는 빔송신부(100)에서 출력되는 레이저 빔과 디지타이저 사이의 동기화를 위해 레이저의 Q-스위치 신호가 사용될 수 있다.At this time, the
Q-스위치 신호는 레이저 광 펄스 출력 빔을 생성하는 방식 중의 하나로서, 레이저 공진기의 Q값이 떨어진 상태에서 여기(勵起)하여 레이저 매질에 충분한 에너지를 축적한 후, 순간적으로 Q값을 증가시키면 발진이 시작되어 축적되었던 에너지가 빠르고 예리한 광 펄스로 방출되는 신호이다. 이러한 Q-스위치 방식은 높은 피크 출력과 폭이 좁은 광 펄스를 얻는 데 이용된다The Q-switch signal is one of the methods of generating a laser light pulse output beam. When the Q value of the laser resonator is excited in the state where the Q value is decreased, sufficient energy is accumulated in the laser medium and then the Q value is instantaneously increased It is a signal that the accumulated energy is emitted by a fast and sharp optical pulse. This Q-switched scheme is used to obtain high peak output and narrow optical pulses
아울러, 상기 제어부(400)는 S/N비(signal to noise ratio)를 높이기 위하여 누적 평균이 가능하도록 구성될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 제어부(400)는 상기 빔송신부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 발진 파장을 제어하도록 구성된다. 즉, 빔송신부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 발진 주파수가 355nm가 유지되도록 피드백을 통해 상기 발진 주파수를 제어하도록 구성된다.The
표시부(500)는 상기 제어부(400)의 제어에 따라 검출광에 대한 분포 및 농도를 시각적으로 표시한다.The
팬틸트구동부(600)는 상기 빔송신부(100), 수광부(200) 및 변환부(300)의 좌우 또는 상하 방향을 변경하여 수소가스 탐지 영역을 가변시키는 것으로서, 모터에 의해 좌우로 이동되는 팬동작과 상하로 이동되는 틸트 동작이 가능한 마운트(mount, 도면에 미표시)의 상부에 상기 빔송신부(100), 수광부(200) 및 변환부(300)가 설치되도록 한다. 이때, 팬틸트구동부(600)의 동작은 제어부(400)의 동작제어신호에 의해서 이루어질 수 있고, 상기 동작제어신호는 이미 설정된 경로에 따라 출력되도록 구성될 수 있다.The pan
이에, 마운트의 동작에 의해 레이저빔의 조사 방향과 조사된 레이저 빔에 의해 생성된 라만 산란 신호를 수광하도록 구성되어, 설정된 구역에서의 수소와 질소의 분포 및 농도를 탐지할 수 있는 장점이 있다. Accordingly, it is constituted to receive the Raman scattering signal generated by the irradiated laser beam and the irradiation direction of the laser beam by the operation of the mount, and it is possible to detect the distribution and concentration of hydrogen and nitrogen in the set zone.
한편, 빔송신부(100)와 수광부(200)의 방향은 일치되어야 한다.Meanwhile, the directions of the
즉, 빔송신부(100)와 수광부의 방향이 일치되지 않은 경우에는 빔송신부(100)에서 조사된 레이저 빔에 의해 발생된 라만 산란신호의 일부만 검출되거나 검출할 수 없게 되는 문제점이 있다.That is, when the directions of the
빔송신부(100)와 수광부의 방향이 일치하지 않는 경우, 수소가스의 농도가 낮게 검출되거나 수소가스가 없는 것으로 판단될 수 있어, 빔송신부(100)의 방향과 수광부의 방향을 일치시켜야 한다.When the directions of the
이에, 본 발명에서는 변환부(300)에 가이드 레이저모듈(380)을 설치하여, 상기 가이드 레이저모듈(380)의 안내에 따라 상기 변환부(300)와 수광부(200)의 방향을 상기 빔송신부(100)의 방향과 일치시키도록 구성된다.In the present invention, the
상기 가이드 레이저모듈(380)은 점 광원의 레이저를 조사하는 것으로서, 그 내부에는 레이저 다이오드가 사용될 수 있다. 레이저 다이오드를 사용하는 경우, 상기 레이저 다이오드는 비교적 소형이면서 레이저 발진을 위한 임계 전류(threshold current)가 다른 레이저 장치에 비해 작은 장점이 있다.The
이러한 가이드 레이저모듈(380)은 변환부(300)의 내부에 설치되고, 발진에 의해 레이저 광원을 발생시키고, 발생된 상기 레이저 광원은 수광부(200)를 통해 출력된다.The
도 6은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 변환부와 수광부의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a view illustrating a configuration of a conversion unit and a light receiving unit to which the detection position matching method of the hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied.
첨부된 도 6을 참조하면, 상기 변환부(300)에 설치되는 상기 가이드 레이저모듈(380)은 제1 PMT(330) 또는 제2 PMT(350) 중에서 선택된 하나를 대체하는 방식으로 설치될 수 있다.Referring to FIG. 6, the
즉, 상기 제1 PMT(330) 또는 제2 PMT(350) 중에서 선택된 하나의 PMT를 탈착(제거)한 후, 상기 가이드 레이저모듈(380)을 설치하고, 가이드 레이저모듈(380)의 안내에 따라 상기 변환부(300)와 수광부(200)의 방향을 상기 빔송신부(100)의 방향과 일치시킨 다음, 일치된 방향을 유지하는 상태에서 설치된 가이드 레이저모듈(380)을 탈착하고 제거된 PMT를 장착하여 수소가스의 농도를 검출하게 된다.That is, after one PMT selected from the
바람직하게, 상기 가이드 레이저모듈(380)은 상기 수광부(200)에서 수광되는 라만 산란신호의 입사방향과 동일 축상에 설치되도록 상기 제1 PMT(330)를 탈착하고, 상기 제1 PMT(330)가 탈착된 위치에 설치될 수 있다.Preferably, the
또는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 변환부(300)에 설치되는 상기 가이드 레이저모듈(380)은 제1 PMT(330) 및 제2 PMT(350)를 그대로 유지한 상태에서, 발생된 점 광원의 레이저를 조사하도록 구성될 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 7, the
즉, 상기 가이드 레이저모듈(380)에서 발생된 점 광원의 레이저는 빔 스플리터(310)를 통해 굴절되어 수광부(200)를 통해 조사되도록 구성될 수 있다.That is, the laser of the point light source generated in the
이러한 구성에서 상기 가이드 레이저모듈(380)과 빔 스플리터(310) 사이에는 상기 가이드 레이저모듈(380)에서 조사되는 광원을 집광하는 집광렌즈(387)와 상기 집광렌즈(387)에서 출력되는 광 중에서 설정 주파수 대역만 통과시키는 밴드패스필터(388)가 구성될 수 있다.A
도 8은 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 가이드 레이저모듈의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a guide laser module to which a detection position matching method of a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied.
첨부된 도 8을 참조하면, 가이드 레이저모듈(380)은 베이스판(381), 상기 베이스판(381)의 일측면에 형성되는 히트싱크(heat sink, 382), 상기 히트싱크(382)에 구비되어 인가되는 전원에 의해 레이저 광원을 발생시키는 레이저 다이오드(383), 상기 베이스판(381)의 타면에 설치되어 상기 레이저 다이오드(383)와 전기적으로 접속되는 복수 개의 전원핀(384), 상기 베이스판(381)의 일측면에 설치되어 상기 히트싱크(382)와 레이저 다이오드(383)를 보호하는 캡(cap, 385) 및 상기 캡(385)의 중앙부에 설치되고 상기 레이저 다이오드(383)로부터 발생된 레이저 빔이 집광되어 출사되는 집광렌즈(386)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 8, the
이때, 상기 집광렌즈(386)에는 출사된 레이저 광원이 원자력 발전소 내벽에 투영되게 되는 데, 투영 위치를 확인하기 위한 투영무늬 또는 투영 가이드홈이 구비될 수 있다.At this time, the emitted laser light source is projected on the inner wall of the nuclear power plant in the
또한, 상기 가이드 레이저모듈(380)에서 출사(출력)되는 레이저 광원은 빔송신부(100)에서 출력되는 레이저 빔과 다른 파장을 가지도록 구성된다.The laser beam emitted from the
즉, 빔송신부(100)에서 출력되는 레이저 빔의 파장은 355nm의 연한 보라색을 띄는 것으로서, 육안 판단을 위해 상기 가이드 레이저모듈(380)에서 출사(출력)되는 레이저 광원의 파장은 500 ~ 700nm로 구성될 수 있다. 더욱 자세하게는 파장 510 ~ 535nm의 그린(green), 540 ~ 570nm의 엘로우-그린(yellow-green), 575 ~ 595nm의 엘로우 또는 600 ~ 700nm의 레드(red) 중에서 선택된 하나의 파장으로 이루어질 수 있다.That is, the wavelength of the laser beam output from the
도 9는 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법이 적용된 가이드 레이저모듈에 의해 투영된 형상을 나타낸 도면이다.9 is a view illustrating a shape projected by a guide laser module to which a detection position matching method of a hydrogen gas remote sensing system according to the present invention is applied.
첨부된 도 9를 참조하면, 가이드 레이저모듈(380)에서 출사(출력)되는 레이저 광원은 원자력 발전소 내벽에 투영되어 제1 투영무늬(380A)가 표시되고, 빔송신부(100)에서 출력되는 레이저 빔의 투영된 제2 투영무늬(100A)가 표시되어, 이를 육안으로 확인이 가능하다.9, the laser light source emitted from the
여기서, 제1 투영무늬(380A)는 소정 원주상에 복수 개로 나타나도록 구성될 수 있으며, 설계조건에 따라서 소정 원의 중심부에도 투영되도록 구성될 수 있다.Here, the first projection patterns 380A may be configured so as to appear on a plurality of predetermined circumferences, and may be configured to be projected to the center of a predetermined circle according to design conditions.
또한, 제1 투영무늬(380A)를 이루는 파장과 제2 투영무늬(100A)를 이루는 파장이 다르기 때문에 투영색에 의해서도 육안 식별이 가능하다.Since the wavelength of the first projection pattern 380A is different from the wavelength of the
이에, 제1 투영무늬(380A)의 범위에 제2 투영무늬(100A)를 위치시키거나, 반대로 제2 투영무늬(100A)가 제1 투영무늬(380A)의 범위에 위치되도록 수광부(200) 또는 빔송신부(100)의 위치를 조절하여 레이저 빔이 조사되는 영역과 라만 산란신호를 수신하는 수신부의 방향이 매칭되게 한다.It is also possible to place the
상기와 같은 구성에 따른 본 발명에 따른 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법에 대해서 설명한다.A method for matching the detection position of the hydrogen gas remote sensing system according to the present invention will be described.
a) 먼저, 변환부(300)의 PMT(Phitomultiplier Tube)를 탈착한다.a) First, the PMT (Phytomultiplier Tube) of the
이때, 탈착되는 PMT는 제1 PMT(330) 또는 제2 PMT(350) 중에서 선택된 하나일 수 있다. 그러나 상기 PMT 탈착 후 장착되는 가이드 레이저모듈(380)의 직진성을 확보하기 위해, 탈착되는 PMT는 상기 수광부(200)에서 수광되는 라만 산란신호의 입사방향과 동일 축상에 설치된 제1 PMT(300)로 이루어질 수 있다.At this time, the PMT to be desorbed may be one selected from the
b) 다음으로, 상기 PMT가 탈착된 위치에 가이드 레이저모듈(380)을 배치하여 레이저 광원을 조사한다.b) Next, the
이에, 상기 가이드 레이저모듈(380)에서 발생된 상기 레이저 광원은 상기 수광부(200)를 통해 출력된다.Accordingly, the laser light source generated in the
또한, 출력되어 조사된 상기 레이저 광원은 원자력 발전소의 격납건물 내벽에 투영된다. 여기서, 투영된 레이저 광원은 도 8에 보인 바와 같이, 원주상에 복수 개의 무늬를 갖도록 구성될 수 있다.Further, the output laser beam source is projected onto the inner wall of the containment building of the nuclear power plant. Here, the projected laser light source may be configured to have a plurality of patterns on the circumference as shown in Fig.
c) 상기 가이드 레이저모듈(380)의 구동으로 레이저 광원이 조사되는 상태에서 빔송신부(100)의 레이저 빔을 조사한다.c) irradiates the laser beam of the
상기 빔송신부(100)에서 조사된 레이저 빔도 상기 원자력 발전소의 격납건물 내벽에 투영된다.The laser beam irradiated from the
d) 상기 가이드 레이저모듈(380)의 레이저 광원에 의해 투영된 제1 투영무늬(380A)의 범위에 상기 빔송신부(100)의 레이저 빔에 의해 투영된 제2 투영무늬(100A)를 위치시키거나, 상기 제2 투영무늬(100A)가 제1 투영무늬(380A)의 범위에 위치되도록 상기 수광부(200) 또는 상기 빔송신부(100)의 위치를 조절한다.d) placing the
즉, 제1 투영무늬(380A)의 투영 영역을 조사 영역으로 설정한 경우에는 상기 빔송신부(100)의 위치를 조절하여 상기 제2 투영무늬(100A)가 제1 투영무늬(380A)의 범위에 위치되도록 하고, 제2 투영무늬(100A)의 투영 영역을 조사 영역으로 설정한 경우에는 상기 수광부(300)의 위치를 조절하여 상기 제1 투영무늬(380A)가 제2 투영무늬(100A)의 범위에 위치되도록 조절한다.That is, when the projection area of the first projection pattern 380A is set as the irradiation area, the position of the
이와 같은 구성에 따라 빔송신부(100)에서 출력되는 레이저 빔이 조사되는 방향과 라만 산란신호를 수신하는 상기 수광부(200)의 방향이 매칭되게 된다.With this configuration, the direction in which the laser beam output from the
본 발명에 의하면, 조사 영역으로 조사된 레이저 빔의 방향과 조사된 레이저 빔에 의해 라만 산란신호가 발생된 영역으로 수광부의 방향을 매칭시킬 수 있으므로, 레이저 빔에 의해 발생된 라만 산란신호의 수신율을 증가시켜 수소가스의 농도를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, since the direction of the laser beam irradiated to the irradiation area and the direction of the light receiving part can be matched to the area where the Raman scattering signal is generated by the irradiated laser beam, the reception ratio of the Raman scattering signal generated by the laser beam is So that the concentration of the hydrogen gas can be accurately detected.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100: 빔송신부 200: 수광부
210: 집광렌즈 220: 다이아프램
230: 분산렌즈 240: 노치필터
300: 변환부 310: 빔 스플리터
320: 제1 밴드패스필터 330: 제1 PMT
340: 제2 밴드패스필터 350: 제2 PMT
360, 370: 집광렌즈 380: 가이드 레이저모듈
400: 제어부 500: 표시부
600: 팬틸트구동부100: beam transmission unit 200:
210: condenser lens 220: diaphragm
230: Dispersion lens 240: Notch filter
300: conversion unit 310: beam splitter
320: first band pass filter 330: first PMT
340: second band pass filter 350: second PMT
360, 370: condenser lens 380: guide laser module
400: control unit 500: display unit
600: a pan tilt driver
Claims (5)
a) 상기 변환부(300)의 PMT(Phitomultiplier Tube)를 탈착하고,
b) 상기 PMT가 탈착된 위치에 가이드 레이저모듈(380)을 배치하여 레이저 광원을 조사하며,
c) 상기 가이드 레이저모듈(380)에서 레이저 광원이 조사되는 상태에서 상기 빔송신부(100)의 레이저 빔을 조사하고,
d) 상기 가이드 레이저모듈(380)의 레이저 광원에 의해 투영된 제1 투영무늬(380A)의 범위에 상기 빔송신부(100)의 레이저 빔에 의해 투영된 제2 투영무늬(100A)를 위치시키거나, 상기 제2 투영무늬(100A)가 제1 투영무늬(380A)의 범위에 위치되도록 상기 수광부(200) 또는 상기 빔송신부(100)의 위치를 조절하여 레이저 빔이 조사되는 방향과 라만 산란신호를 수신하는 상기 수광부(200)의 방향이 매칭되도록 이루어지되,
상기 가이드 레이저모듈(380)은,
베이스판(381);
상기 베이스판(381)의 일측면에 형성되는 히트싱크(heat sink, 382);
상기 히트싱크(382)에 구비되어 인가되는 전원에 의해 레이저 광원을 발생시키는 레이저 다이오드(383);
상기 베이스판(381)의 타면에 설치되어 상기 레이저 다이오드(383)와 전기적으로 접속되는 복수 개의 전원핀(384);
상기 베이스판(381)의 일측면에 설치되어 상기 히트싱크(382)와 레이저 다이오드(383)를 보호하는 캡(cap, 385); 및
상기 캡(385)의 중앙부에 설치되고 상기 레이저 다이오드(383)로부터 발생된 레이저 빔이 집광되어 출사되는 집광렌즈(386)로 구성되고,
상기 가이드 레이저모듈(380)에서 출력되는 레이저 광원의 파장은 500 ~ 700nm의 범위로 구성되되, 510 ~ 535nm의 그린(green), 540 ~ 570nm의 엘로우-그린(yellow-green), 575 ~ 595nm의 엘로우 또는 600 ~ 700nm의 레드(red) 중에서 선택된 하나의 파장으로 이루어지며,
상기 가이드 레이저모듈(380)의 레이저 광원에 의해 투영된 제1 투영무늬(380A)는 소정 원주상에 복수 개로 구성되고,
상기 가이드 레이저모듈(380)에서 발생된 레이저는, 상기 변환부(300)의 빔 스플리터(310)를 통해 굴절되어 수광부(200)를 통해 조사되도록 구성되며,
상기 가이드 레이저모듈(380)과 빔 스플리터(310) 사이에는, 상기 가이드 레이저모듈(380)에서 조사되는 광원을 집광하는 집광렌즈(387)와 상기 집광렌즈(387)에서 출력되는 광 중에서 설정 주파수 대역만 통과시키는 밴드패스필터(388)가 구성되고,
모터에 의해 좌우로 이동되는 팬동작과 상하로 이동되는 틸트 동작이 가능한 마운트(mount)의 상부에 상기 빔송신부(100), 수광부(200) 및 변환부(300)가 설치되고, 상기 마운트의 동작에 의해 이미 설정된 경로에 따라 상기 빔송신부(100), 수광부(200) 및 변환부(300)의 좌우 또는 상하 방향을 변경하여 탐지 영역을 가변시켜, 상기 마운트의 동작에 의해 레이저빔의 조사 방향과 조사된 레이저 빔에 의해 생성된 라만 산란 신호를 수광하도록 구성되어, 설정된 구역에서의 수소와 질소의 분포 및 농도를 탐지하는 팬틸트구동부(600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스 원격 탐지 시스템의 검출위치 매칭 방법.
A light receiving unit 200 for receiving the Raman scattering signal generated by the laser beam irradiated by the beam transmitting unit 100 as detection light, a light receiving unit 200 for receiving the Raman scattering signal generated by the laser beam irradiated by the beam transmitting unit 100, And a conversion unit (300) for converting the separated detection light into an electrical signal. The hydrogen gas remote sensing system according to claim 1, wherein the sensor unit A method for matching an output direction and a light receiving direction of the light receiving unit (200)
a) removing the PMT (Phytomultiplier Tube) of the converting unit 300,
b) arranging a guide laser module 380 at the position where the PMT is detached, irradiating the laser light source,
c) irradiating the laser beam of the beam transmitter 100 in a state where the guide laser module 380 irradiates the laser beam source,
d) placing the second projection pattern 100A projected by the laser beam of the beam transmission section 100 in the range of the first projection pattern 380A projected by the laser light source of the guide laser module 380 , The position of the light receiving unit 200 or the beam transmitting unit 100 is adjusted so that the second projection pattern 100A is positioned within the range of the first projection pattern 380A to adjust the direction in which the laser beam is irradiated and the Raman scattering signal And the direction of the light receiving unit 200 to be received is matched,
The guide laser module 380,
A base plate 381;
A heat sink 382 formed on one side of the base plate 381;
A laser diode (383) provided in the heat sink (382) and generating a laser light source by a power source applied thereto;
A plurality of power pins (384) provided on the other surface of the base plate (381) and electrically connected to the laser diode (383);
A cap 385 installed on one side of the base plate 381 to protect the heat sink 382 and the laser diode 383; And
And a condenser lens 386 installed at the center of the cap 385 and condensed and emitted from the laser beam generated from the laser diode 383,
The wavelength of the laser light source output from the guide laser module 380 is in the range of 500 to 700 nm. The wavelength ranges from 510 to 535 nm, from 540 to 570 nm, and from 575 to 595 nm. Yellow or red having a wavelength of 600 to 700 nm,
A plurality of first projection patterns 380A projected by the laser light source of the guide laser module 380 are formed on a predetermined circumference,
The laser generated in the guide laser module 380 is refracted through the beam splitter 310 of the conversion unit 300 and irradiated through the light receiving unit 200,
Between the guide laser module 380 and the beam splitter 310, a condenser lens 387 for condensing a light source irradiated by the guide laser module 380 and a condenser lens 387 for condensing the light of a predetermined frequency band A band-pass filter 388 which passes only the band-
The beam transmission unit 100, the light receiving unit 200, and the conversion unit 300 are installed on an upper portion of a mount capable of a pan operation to be moved left and right by a motor and a tilt operation to be moved up and down, The light receiving unit 200, and the converting unit 300 according to a path previously set by the laser beam irradiating unit 200 to change the detection region so that the irradiation direction of the laser beam is changed by the operation of the mount, And a pan tilt driver (600) configured to receive the Raman scattering signal generated by the irradiated laser beam and to detect the distribution and concentration of hydrogen and nitrogen in the set zone. Detecting position matching method.
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