KR102056799B1 - Automatic Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 연소시스템에서 대기로 방출되는 배기가스의 농도를 광 계측하는 장치에 필요한 자동 정렬 시스템에 관한 것으로서, 연소시스템에서 대기로 방출되는 다종가스(multicomponent gas)의 농도 또는 온도를 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)기법을 사용하여 측정하는 시스템에 있어서 레이저광원과 광검출부의 부정렬인 상태에 대해서도 별도의 조정이 필요 없는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본원 발명은 포물선 형태의 거울과 포물선 형태의 거울의 촛점 부근에 위치하 추가의 포물선 거울을 사용하여 신호검출기에 직접 조사되지 않아도 레이저 신호를 별도의 정렬없이 검출할 수 있다는 장점이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic alignment system required for an apparatus for optically measuring the concentration of exhaust gas emitted from the combustion system to the atmosphere, wherein the concentration or temperature of the multicomponent gas emitted to the atmosphere from the combustion system is TDLAS (Tunable Diode). The present invention relates to an apparatus and a method that do not require any adjustment even for a misalignment state of a laser light source and a photodetector in a system measured using a laser absorption spectroscopy technique. The present invention has the advantage that the laser signal can be detected without a separate alignment without being directly irradiated to the signal detector using an additional parabolic mirror located near the focal point of the parabolic mirror and the parabolic mirror.
Description
본원 발명은 연소시스템에서 대기로 방출되는 배기가스의 농도를 광 계측하는 장치에 필요한 자동 정렬 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 연소시스템에서 대기로 방출되는 다종가스(multicomponent gas)의 농도 또는 온도를 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)기법을 사용하여 측정하는 시스템에 있어서 레이저광원과 광검출부의 부정렬인 상태에 대해서도 별도의 조정이 필요 없는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an automatic alignment system required for a device for optically measuring the concentration of the exhaust gas emitted to the atmosphere in the combustion system, in detail TDLAS the concentration or temperature of the multicomponent gas (gas) emitted to the atmosphere in the combustion system The present invention relates to an apparatus and a method that do not require any adjustment even for a misaligned state of a laser light source and a photodetector in a system measured using a Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) technique.
LAS, 특히 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, 파장가변형 다이오드레이저 흡수 분광법)는 최근 에너지, 환경 분야에서 크게 각광받고 있는 계측 기술이다. 이는 실시간으로 몇 가지 가스 종의 농도나 온도를 정밀 측정할 수 있으며, 측정이 어려운 대형 연소시스템에도 적용이 가능하여 다양한 형태로 응용 되고 있다.LAS, in particular Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS), is a measurement technology that is in the spotlight in energy and environment. It can accurately measure the concentration and temperature of several gas species in real time, and can be applied to large combustion systems that are difficult to measure.
TLDAS의 농도측정 기본원리는 도 1에서 보는 바와 같이 Beer-Lambert 법칙에 따라 가스의 광 흡수 특성에서 기인한다.The basic principle of concentration measurement of TLDAS is due to the light absorption characteristic of the gas according to the Beer-Lambert law as shown in FIG.
모든 가스는 정해져 있는 특정한 몇 가지 파장의 빛을 흡수한다. 대표적인 예로 760.21㎚ 파장의 빛을 다른 가스 종은 통과시키지만 산소는 이를 흡수한다. 즉 760.21nm의 빛을 발진해서 산소가 포함된 가스영역에 통과시키면, 그 파장의 빛은 다른 가스 종의 영향을 받지 않고 산소의 영향만 받으므로, 흡수된 양 및 모양을 분석하면 산소의 농도나 온도를 계측해 낼 수 있는 원리이다.Every gas absorbs light at a certain wavelength. As a typical example, light of 760.21 nm wavelength passes through other gas species but oxygen absorbs it. In other words, when light of 760.21nm is oscillated and passed through oxygen-containing gas region, light of that wavelength is not influenced by other gas species but only by oxygen. It is a principle that can measure temperature.
전 세계적으로 환경 문제가 사회적 이슈로 크게 부각됨에 따라 공해 물질의 저감 노력이 활발히 진행되고 있는 가운데, 국내에서도 마찬가지로 이에 대한 연구와 노력이 계속되고 있다. 그 중에서도 산업체에서 발생하는 질소 산화물과 같은 유해 가스를 줄이기 위한 방안 중 연소 시스템의 배기단에서 실시간으로 농도와 온도 등을 계측함으로써 최적의 운전 조건을 도출하여 공해 물질을 저감하는 방식이 널리 사용되고 있다. 이러한 계측에 TDLAS를 도입하려는 노력이 계속되고 있다.As environmental issues are highlighted as social issues all over the world, efforts are being made to reduce pollutants, and research and efforts on them are continuing in Korea as well. Among them, a method of reducing pollutants by deriving optimum operating conditions by measuring concentrations and temperatures in real time in the exhaust stage of a combustion system among methods for reducing harmful gases such as nitrogen oxide generated in an industry is widely used. Efforts continue to introduce TDLAS in these measurements.
기존 액체 및 기체를 매질로 하는 레이저를 이용한 계측 기술은 대부분 고출력의, 고가인 레이저를 사용해야 하며, 측정값이 직접적으로 얻어지는 것이 아니라 얻어진 자료의 분석이 필요하므로 사용법이 복잡하고, 기기의 특성상 세심한 주의가 요구되는 등의 그 문제점이 있었다. 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 TDLAS 기법은 크기를 줄였을 뿐만 아니라 내구성을 높였고, 응답성이 빠르며, 광섬유와 함께 사용하여 설치 및 유지보수가 쉽고, 또한 연소 생성물을 동시에 실시간으로 관측할 수 있게 하여 연소 시스템의 모니터링에 매우 유용하다.Most conventional measurement techniques using lasers with liquid and gas mediums require the use of high power and expensive lasers, and the measurement is not directly obtained but requires analysis of the obtained data. There was such a problem as required. Wavelength Modulated Spectroscopy and TDLAS techniques using fiber optics not only reduce size, but also increase durability, provide fast response, and are easy to install and maintain in conjunction with optical fibers, allowing simultaneous monitoring of combustion products in real time. Very useful for monitoring combustion systems.
그러나 산업체의 연소 시스템의 배기단은 그 직경 또는 일측에서 타측까지의 거리가 10여미터 이상인 경우가 많아 광원 레이저를 광검출부에 정렬시키는 것이 매우 어려운 문제가 되고 있다. 검출 대상의 거리가 짧은 경우에는 광원인 레이저가 도달하는 부분을 눈으로 확인하면서 광원의 경사면을 조절하여 수작업으로 정렬을 하였다. 그러나 연소 시스템의 배기단은 거리가 멀어 광원인 레이저가 도달하는 부분을 육안으로 확인하는 것도 어렵고 확인하여도 이를 눈으로 보고 경사면을 조절해 정렬하는 것이 실질적으로는 거의 불가능에 가까울 만큼 매우 시간이 많이 걸리고 어려운 작업이다. 강하고 직진성이 높은 레이저의 특성으로 인해 큰 규모의 배기단에서도 광 검출법을 사용할 수 있게 되었지만, 위와 같은 실제적인 정렬 문제로 현장에 도입하는 것이 쉽지 않다.However, the exhaust stage of the industrial combustion system has a diameter or distance from one side to the other side of about 10 meters or more, which makes it very difficult to align the light source laser to the photodetector. When the distance of the detection target was short, the alignment of the light source was performed by manually adjusting the inclined plane of the light source while visually confirming the area reached by the laser light source. However, because the exhaust stage of the combustion system is far away, it is difficult to visually see the area where the laser, which is the light source, arrives, and it is very time-consuming that it is practically almost impossible to see and adjust the inclined plane visually. It is a difficult and difficult task. Due to the strong and straightforward nature of the laser, it is possible to use the light detection method in a large exhaust stage, but it is not easy to bring it to the field due to the above practical alignment problem.
특허문헌 1은 복합 포물 집속체에 관한 것으로서, 광원을 정렬하지 않아도 포물선 형태의 집속체로 인해서 광원이 중심부의 쪽으로 반사되고 중심부에는 광섬유가 배치되어 이를 취합하는 기구에 관한 것이다. 그러나 특허문헌 1은 일종의 볼록 렌즈와 같은 집광 역할을 하는 것으로서 근거리에서는 별도의 정렬을 진행하지 않아도 적용될 수 있으나, 본원과 같이 원거리에서 요구하는 정렬과 관련된 해결책은 제시하지 않고 있다.Patent document 1 relates to a complex parabolic concentrator, and relates to a mechanism in which a light source is reflected toward a central portion and an optical fiber is disposed at the central portion to collect the light even when the light sources are not aligned. However, Patent Document 1, which serves as a condensing lens as a kind of convex lens, may be applied without a separate alignment at a short distance, but does not suggest a solution related to alignment required at a long distance as in the present application.
특허문헌 2는 레이저 회절 패턴을 이용한 부품의 마이크로 구멍 정렬방법 및 정렬 시스템에 관한 것으로서 복수개 부품의 각 구멍 간의 수직 정렬을 레이저 빔을 이용한 회절패턴을 형성시킴으로써 각 부품을 정렬하는 방법에 관한 것이다. 복수개 부품의 각 구멍의 수직 정렬이 바르지 않을 때 회절 패턴이 아예 나타나지 않거나, 또는 회절 패턴이 한쪽으로 치우치게 되어 이를 통해서 각 수직 부품의 정렬을 확일 할 수 있는 방법이다. 그러나 도 2에서 알 수 있듯이 특허문헌 2는 매우 근접한 수직 부품(도 2의 기호 번호 102 및 103 참조)을 정렬하기 위한 것으로서 본원 발명에서 필요한 배기단에서의 원거리 정렬에 대한 해결책과는 거리가 멀다.Patent document 2 relates to the micro-hole alignment method and alignment system of components using a laser diffraction pattern, and relates to the method of aligning each component by forming a diffraction pattern using a laser beam in the vertical alignment between the holes of a plurality of components. When the vertical alignment of each hole of a plurality of components is not correct, the diffraction pattern does not appear at all, or the diffraction pattern is biased to one side, thereby ensuring the alignment of each vertical component. However, as can be seen in FIG. 2, Patent Document 2 is for aligning very close vertical components (see
특허문헌 3은 고출력 레이저를 정렬시키기 위한 검출기에 관한 것으로서, 검출기가 각각의 4개의 독립된 영역으로 나누어져 있고, 레이저가 중심부에 정확히 정렬된 경우에는 4개의 영역에서 동일한 에너지가 검출되고 한쪽으로 치우친 경우에는 불균등한 에너지가 검출되어 이를 통해서 방향성을 확인하고 정렬할 수 있는 장치에 관한 것이다. 그러나 이와 유사한 종래의 정렬 장치가 본원 발명과 관련 기술에 적용하기 어려운 점은 본원 발명은 거리가 멀기 때문에 우선 정렬에 사용되는 검출기 범위 내로 정렬하는 것 자체가 어렵다는 점이다.Patent document 3 relates to a detector for aligning a high power laser, wherein the detector is divided into four independent regions, and when the laser is exactly aligned in the center, the same energy is detected in four regions and biased to one side. The present invention relates to a device capable of detecting and aligning directionality through uneven energy detection. However, a similar conventional alignment device is difficult to apply to the present invention and the related art, because the present invention is too long to align itself within the detector range used for alignment.
상기와 같이 배출단과 같이 내부에 많은 기체가 존재하고 거리가 먼 경우에 TDLAS를 활용할 수 있는 정렬에 대한 뚜렷한 해결책은 현재까지 제시되지 않고 있다.
As described above, no clear solution to the alignment that can utilize TDLAS in the presence of a large amount of gas inside and a long distance such as the discharge stage has not been proposed.
본원 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배출단과 같이 내부에 많은 기체가 존재하고 거리가 먼 경우에 TDLAS를 활용할 수 있도록 부정렬인 상태에서도 별도의 조정이 필요하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
The present invention is to solve the conventional problems as described above, the apparatus and method that requires a separate adjustment even in a misaligned state to use the TDLAS when there is a lot of gas in the interior, such as the discharge end and a long distance Aim to provide.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본원 발명의 제1양태는 레이저빔을 조사하는 레이저부; 측정을 위한 기체가 존재하며 상기 레이저빔이 통과하는 측정부; 상기 측정부를 통과한 레이저빔이 집광되는 광검출부; 상기 레이저빔을 이용하여 분석을 수행하는 프로세서부;를 포함하는 다중가스 동시 측정 TDLAS에 있어서, 상기 레이저부는 레이저광원을 시준렌즈1를 통해서 집광하여 조사하고, 상기 측정부는 농도 또는 온도를 측정할 기체가 있는 영역을 상기 레이저가 통과하며, 상기 광검출부는 상기 측정부를 통과한 레이저가 반사되는 3차원 포물선 형태의 포물선대거울과 상기 포물선대거울에 의해서 반사된 레이저가 상기 포물선대거울의 촛점을 지나고 다시 반사되는 상기 포물선대거울의 촛점을 지난 근처에 위치한 포물선촛점거울, 상기 포물선촛점거울에서 반사된 레이저를 집광하는 시준렌즈2를 포함하여, 상기 광검출부는 상기 시준렌즈2에서 집광된 레이저의 강도를 측정하는 신호검출기를 포함하는 다중가스 동시 측정 TDLAS를 제공한다.A first aspect of the present invention for solving the above problems is a laser unit for irradiating a laser beam; A measurement unit in which a gas for measurement exists and the laser beam passes; A light detector configured to focus the laser beam passing through the measurement unit; Simultaneous measurement of multiple gases comprising a processor unit for performing the analysis by using the laser beam In the TDLAS, the laser unit is focused by irradiating the laser light source through the collimating lens 1, the measuring unit gas to measure the concentration or temperature The laser passes through a region where the light is detected, and the photodetector passes through a parabolic mirror in the form of a three-dimensional parabolic mirror reflecting the laser beam passing through the measuring unit and the parabolic mirror. The photodetector includes a parabolic focus mirror positioned near the focal point of the parabolic mirror that is reflected back, and a collimating lens 2 that focuses a laser reflected by the parabolic mirror, and the light detection unit includes the intensity of the laser focused by the collimating lens 2. It provides a multi-gas simultaneous measurement TDLAS including a signal detector for measuring the.
본원 발명의 제2양태는 상기 레이저광원은 레이저 조절기를 이용하여 온도와 전류를 조절하고, 함수발생기를 사용하여 레이저의 파장을 변조하는 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 제공한다.The second aspect of the present invention provides a multi-gas simultaneous measurement TDLAS wherein the laser light source adjusts temperature and current using a laser regulator and modulates the wavelength of the laser using a function generator.
본원 발명의 제3양태는 상기 신호검출기 오실로스코프 및 데이타처리장치에 의해서 처리되는 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 제공한다.A third aspect of the invention provides a multi-gas simultaneous measurement TDLAS processed by the signal detector oscilloscope and data processing device.
본원 발명의 제4양태는 상기 포물선대거울은 중앙에 상기 레이저가 통과할 수 있는 윈도우가 형성된 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 제공한다.A fourth aspect of the present invention provides a multi-gas simultaneous measurement TDLAS in which the parabolic mirror has a window through which the laser can pass.
본원 발명의 제5양태는 상기 포물선대거울, 상기 포물선촛점거울은 배기단 내에 설치되는 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 제공한다.A fifth aspect of the present invention provides a multi-gas simultaneous measurement TDLAS wherein the parabolic mirror and the parabolic mirror are installed in an exhaust stage.
본원 발명의 제6양태는 상기 포물선대거울과 상기 포물선촛점거울은 상대적 위치가 고정되어 있고, 상기 포물선대거울은 상하좌우로 틸팅을 조절할 수 있는 장치가 부가된 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 제공한다.In a sixth aspect of the present invention, the parabolic mirror and the parabolic mirror have a fixed relative position, and the parabolic mirror provides a multi-gas simultaneous measurement TDLAS with an apparatus capable of adjusting tilting up, down, left, and right.
본원 발명의 제7양태는 상기 시준렌즈1과 상기 포물선대거울의 거리는 최소 5m 이상이며, 상기 포물선대거울의 직경은 시준렌즈1과 상기 포물선대거울의 거리의 1% 이하인 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 제공한다.According to a seventh aspect of the present invention, the distance between the collimator lens 1 and the parabolic mirror is at least 5 m, and the diameter of the parabolic mirror is equal to or less than 1% of the distance between the collimator lens 1 and the parabolic mirror. to provide.
본원 발명의 제8양태는 본원 발명에 따른 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 사용하여 다종 가스의 농도 또는 온도를 측정하는 방법을 제공한다.
An eighth aspect of the present invention provides a method for measuring the concentration or temperature of multiple gases using the multiple gas simultaneous measurement TDLAS according to the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 다종가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템은 통상적인 단거리가 아닌 배출단과 같이 내부에 다양한 기체가 존재하고 거리가 먼 경우에도 레이저광원과 광검출부의 부정렬인 상태에 대해서도 별도의 조정이 필요 없다는 장점이 있다.
As described above, the multi-gas simultaneous measurement TDLAS alignment system according to the present invention is also suitable for the misaligned state of the laser light source and the photodetector even when various gases exist inside and are far from each other, such as an exhaust stage rather than a conventional short distance. The advantage is that no adjustment is required.
도 1은 파장가변형 다이오드레이저 흡수분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, 이하 'TDLAS')에서 Beer-Lambert 법칙에 따른 계산식을 보여준다.
도 2는 특허문헌 2에서 발췌한 레이저 회절 패턴을 이용한 부품의 마이크로 구멍 정렬 방법에 관한 개략도이다.
도 3은 특허문헌 3에서 발췌한 검출기를 사용한 정렬기의 예시다.
도 4는 TDLAS 장치의 개략도이다.
도 5는 본원 발명에 따른 장치의 개략도이다.
도 6은 본원 발명에 따른 장치 중 광포물부를 확대한 개략도이다.
도 7은 본원 발명에 따른 장치 중 촛점부를 확대한 개략도이다.Figure 1 shows the calculation formula according to the Beer-Lambert law in Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (hereinafter referred to as 'TDLAS').
FIG. 2 is a schematic diagram of a micro hole alignment method of a component using a laser diffraction pattern extracted from Patent Document 2. FIG.
3 is an illustration of an aligner using a detector extracted from Patent Document 3.
4 is a schematic diagram of a TDLAS device.
5 is a schematic diagram of a device according to the invention.
6 is an enlarged schematic view of the mineral repellent unit in the apparatus according to the present invention.
7 is a schematic enlarged view of a focus portion of an apparatus according to the present invention.
이하에서는, 본원 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings in accordance with an embodiment of the present invention, but this is for the easier understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.
TDLAS는 파장가변형 다이오드 레이저(Tunable Diode Laser)를 이용한 계측시스템으로서 최근 들어서 실시간 계측 시스템 중 많은 관심을 받고 있다. 도 4는 대표적인 TDLAS 관련 구성으로서 TDLAS 자체에 대한 기술적 사항은 특허문헌 4, 5, 6에 기재된바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.TDLAS is a measurement system using a tunable diode laser (Tunable Diode Laser) has received a lot of attention recently in the real-time measurement system. 4 is a typical TDLAS-related configuration, the technical details of TDLAS itself are described in Patent Documents 4, 5, and 6, and a detailed description thereof will be omitted.
TDLAS 장비는 대체적으로 레이저빔을 조사하는 레이저부; 측정을 위한 기체가 포집되며 상기 레이저빔이 통과하는 측정 셀; 상기 측정 셀을 통과한 레이저빔이 집광되는 광검출부; 상기 레이저빔을 이용하여 분석을 수행하는 프로세서부;로 구성된다. 본원 발명이 적용되는 배출단의 경우에는 측정을 위한 별도의 측정 셀이 존재하지 않고, 배출단 내의 기체 그대로 측정하게 된다.TDLAS equipment generally includes a laser unit for irradiating a laser beam; A measurement cell in which gas for measurement is collected and through which the laser beam passes; A light detector configured to focus the laser beam passing through the measurement cell; And a processor configured to perform the analysis by using the laser beam. In the case of the discharge stage to which the present invention is applied, there is no separate measuring cell for measurement, and the gas in the discharge stage is measured as it is.
레이저부는 파장가변형 다이오드 레이저(Tunable Diode Laser) 또는 분포 궤환형 레이저(Distributed Feedback laser)일 수 있다. 통상적으로 레이저는 파장이 고정되어 있으나 다이오드 레이저를 사용함으로써 파장을 변조할 수 있으며, 이는 함수 생성기를 통해서 변조가 가능하다.The laser unit may be a tunable diode laser or a distributed feedback laser. Typically, lasers have a fixed wavelength but can be modulated by using a diode laser, which can be modulated by a function generator.
도 5 내지 도 7을 참고하면 본원 발명에 따른 TDLAS 장치는 레이저빔을 조사하는 레이저부; 측정을 위한 기체가 존재하며 상기 레이저빔이 통과하는 측정부; 상기 측정부를 통과한 레이저빔이 집광되는 광검출부; 상기 레이저빔을 이용하여 분석을 수행하는 프로세서부;를 포함하는 다중가스 동시 측정 TDLAS(10)에 있어서, 상기 레이저부는 레이저광원(230)을 시준렌즈1(240)를 통해서 집광하여 조사하고, 상기 측정부는 농도 또는 온도를 측정할 기체가 있는 영역을 상기 레이저가 통과하며, 상기 광검출부는 상기 측정부를 통과한 레이저가 반사되는 3차원 포물선 형태의 포물선대거울(110)과 상기 포물선대거울(110)에 의해서 반사된 레이저가 상기 포물선대거울(110)의 촛점을 지나고 다시 반사되는 상기 포물선대거울(110)의 촛점을 지난 근처에 위치한 포물선촛점거울(155), 상기 포물선촛점거울(155)에서 반사된 레이저를 집광하는 시준렌즈2(310)를 포함하여, 상기 광검출부는 상기 시준렌즈2(310)에서 집광된 레이저의 강도를 측정하는 신호검출기(320)를 포함하는 다중가스 동시 측정 TDLAS를 제공한다.5 to 7 the TDLAS apparatus according to the present invention is a laser unit for irradiating a laser beam; A measurement unit in which a gas for measurement exists and the laser beam passes; A light detector configured to focus the laser beam passing through the measurement unit; In the multi-gas simultaneous measurement TDLAS (10) including, the processor unit for performing the analysis by using the laser beam, the laser unit focuses and irradiates the
상기 레이저광원(230)은 레이저 조절기(220)를 이용하여 온도와 전류를 조절하고, 함수발생기(210)를 사용하여 레이저의 파장을 변조한다.The
상기 신호검출기(320)은 오실로스코프(330) 및 데이타처리장치(340)에 의해서 처리된다.The
상기 포물선대거울(110)은 중앙에 상기 레이저가 통과할 수 있는 윈도우(120)가 형성되었으며, 상기 포물선대거울(110), 상기 포물선촛점거울(155)은 배기단 내에 설치되거나 배기단 외부에 설치가 가능하다.The
한편 상기 포물선대거울(110)과 상기 포물선촛점거울(155)은 상대적 위치가 고정되어 있고, 상기 포물선대거울(110)은 상하좌우로 틸팅을 조절할 수 있는 장치가 더 부가될 수 있다. 통상적으로 상기 시준렌즈1(240)과 상기 포물선대거울(110)의 거리는 배출단의 경우 최소 5m 이상이며, 상기 포물선대거울(110)의 직경은 시준렌즈1(240)과 상기 포물선대거울(110)의 거리의 1% 이하인 것이 바람직하다.Meanwhile, the
도 6은 측정부를 지난 레이저가 실질적으로 포집되는 광포물부(100)을 확대한 것이다. 도 6에서는 다수의 레이저를 도식적으로 표시하였지만, 실제 측정에서는 1개의 레이저가 사용될 것이다. 레이저는 포물선대거울(110)의 표면에서 반사된다. 이때 레이저의 조사되는 위치와 포물선대거울(100)의 거리가 멀기 때문에 레이저는 평행하게 포물선대거울(110) 입사되는 것으로 볼 수 있다. 도 5에 기재된 쎄타(theta)는 이러한 평행에서 벗어난 각도를 표시하고 있다. 도 5에 기재된 시준렌즈1(240)에서 레이저(붉은색)이 렌즈의 중앙에서 벗어난 부위에서 조사되는 것으로 도식화 되었으나, 이는 이해를 돕기 위해서 표시한 것일 뿐임을 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 것이다. 만약 쎄타(theta)가 지나치게 커진다면 레이저가 포물선대거울(110)에 평형으로 입사되지 않기 때문에 이때는 포물선대거울(110)을 상하좌우로 틸팅할 수 있는 수단을 사용하여 포물선대거울(110) 자체의 위치를 조정해야 한다.FIG. 6 is an enlarged view of the
도 7은 광포물부(100) 중 촛점부(150)만을 다시 확대한 것이다. 포물선대거울부(110)에서 반사된 레이저는 통상적으로 포물선대거울(110)의 촛점을 통과하게 된다. 이때 포물선대거울(110)의 촛점과 동일한 위치의 촛점을 사용하는 포물선 촛점거울(155)을 포물선대거울(110)의 촛점이 지난 근처에 위치하면 포물선대거울(110)의 촛점을 지나친 레이저가 다시 포물선촛점거울(155)에서 반사되는 이 반사된 레이저는 포물선대거울(110)의 중심으로 평행하게 조사된다. 즉 본원 발명은 통상 사용되는 천체 만원경 또는 위성안테나의 파라볼릭을 포물선대거울(110)에 적용하였다. 포물선대거울(110)의 촛점부에 레이저검출부가 위치하는 것이 통상의 위성 안테나의 구성이나, 본원 발명의 배출단은 온도가 높기 때문에 신호검출기(320) 등의 안정성을 위해서 레이저를 다시 모아줄 수 있는 포물선촛점거울(155)을 마련한 것이다. 포몰선대거울(110)과 포물선촛점거울(155)은 촛점의 위치를 공유하는 점에서 평행한 레이저를 집광할 수 있는 효과가 있다.FIG. 7 is an enlarged view of only the
집광된 레이저는 포물선대거울(110)의 중심부에 있는 윈도우(120)을 지나 시준렌즈2(310)에서 집광되어 검출된다.The focused laser is focused by the collimating lens 2 310 through the
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 다종가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템은 통상적인 단거리가 아닌 배출단과 같이 내부에 다양한 기체가 존재하고 거리가 먼 경우에도 레이저광원과 광검출부의 부정렬인 상태에 대해서도 별도의 조정이 필요 없다는 장점이 있다.As described above, the multi-gas multi-measurement TDLAS alignment system according to the present invention can be used even in a misaligned state of the laser light source and the photodetector even when various gases exist inside and are far from each other, such as an exhaust stage rather than a conventional short distance. The advantage is that no adjustment is required.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
10 TDLAS 측정장치
100 광포물부
110 포물선대거울
120 윈도우
150 촛점부
155 포물선촛점거울
210 함수발생기
220 레이저 조절기
230 레이저광원
240 시준렌즈1
310 시준렌즈2
320 신호검출기
330 오실로스코프
340 데이타처리장치10 TDLAS measuring device
100 Diggers
110 parabolic mirror
120 windows
150 focus
155 Parabolic Focus Mirror
210 Function Generator
220 laser regulator
230 laser light source
240 collimating lens1
310 collimating lens2
320 signal detector
330 oscilloscope
340 Data Processing Equipment
Claims (8)
상기 레이저부는 레이저광원을 시준렌즈1를 통해서 집광하여 조사하고,
상기 측정부는 농도 또는 온도를 측정할 기체가 있는 영역을 상기 레이저가 통과하며,
상기 광검출부는 상기 측정부를 통과한 레이저가 반사되는 3차원 포물선 형태의 포물선대거울과 상기 포물선대거울에 의해서 반사된 레이저가 상기 포물선대거울의 촛점을 지나고 다시 반사되는 상기 포물선대거울의 촛점을 지난 근처에 위치한 포물선촛점거울, 상기 포물선촛점거울에서 반사된 레이저를 집광하는 시준렌즈2를 포함하여,
상기 광검출부는 상기 시준렌즈2에서 집광된 레이저의 강도를 측정하는 신호검출기를 포함하고,
상기 포물선대거울은 중앙에 상기 레이저가 통과할 수 있는 윈도우가 형성되며,
상기 포물선대거울과 상기 포물선촛점거울은 상대적 위치가 고정되어 있고, 상기 포물선대거울은 상하좌우로 틸팅을 조절할 수 있는 장치가 부가되고,
상기 시준렌즈1과 상기 포물선대거울의 거리는 최소 5m 이상이며, 상기 포물선대거울의 직경은 시준렌즈1과 상기 포물선대거울의 거리의 1% 이하이며,
상기 레이저광원은 레이저 조절기를 이용하여 온도와 전류를 조절하고, 함수발생기를 사용하여 레이저의 파장을 변조하는 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 사용하여 연소시스템 배기단에서 대기로 방출하는 다종 가스의 농도를 측정하는 방법. A laser unit for irradiating a laser beam; A measurement unit in which a gas for measurement exists and the laser beam passes; A light detector configured to focus the laser beam passing through the measurement unit; In the method for measuring the concentration of the multi-gas emitted from the exhaust stage of the combustion system to the atmosphere by using a multi-gas simultaneous measurement TDLAS comprising a processor for performing the analysis using the laser beam,
The laser unit focuses and irradiates a laser light source through a collimating lens 1,
The measuring unit passes the laser through a region containing a gas to measure the concentration or temperature,
The photodetector includes a three-dimensional parabolic mirror in which a laser beam is passed through the measuring unit and a parabolic mirror in which the laser reflected by the parabolic mirror passes through the parabolic mirror and is reflected again. Including a parabolic mirror located near the past, a collimating lens 2 for condensing the laser reflected from the parabolic mirror,
The light detector includes a signal detector for measuring the intensity of the laser focused from the collimating lens 2,
The parabolic mirror has a window through which the laser passes in the center is formed,
The parabolic mirror and the parabolic mirror is fixed relative position, the parabolic mirror is added a device for adjusting the tilt up, down, left and right,
The distance between the collimator lens 1 and the parabolic mirror is at least 5 m, and the diameter of the parabolic mirror is 1% or less of the distance between the collimator lens 1 and the parabolic mirror .
The laser light source adjusts temperature and current by using a laser controller, and simultaneously measures multiple gases that modulate the wavelength of the laser by using a function generator. How to.
신호검출기 오실로스코프 및 데이타처리장치에 의해서 처리되는 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 사용하여 연소시스템 배기단에서 대기로 방출하는 다종 가스의 농도를 측정하는 방법.The method of claim 1,
Multi-Gas Simultaneous Measurement Processed by a Signal Detector Oscilloscope and Data Processing Apparatus A method for measuring the concentration of multi-gases emitted from the combustion system exhaust to the atmosphere using TDLAS.
상기 포물선대거울, 상기 포물선촛점거울은 배기단 내에 설치되는 다중 가스 동시 측정 TDLAS를 사용하여 연소시스템 배기단에서 대기로 방출하는 다종 가스의 농도를 측정하는 방법.The method of claim 1,
And the parabolic mirror and the parabolic mirror are used to measure the concentration of multiple gases emitted from the combustion system exhaust to the atmosphere using a multi-gas simultaneous measurement TDLAS installed in the exhaust stage .
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