KR102155809B1 - 미세먼지를 측정하기 위한 분석 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치(10)와 관련이 있으며, 상기 광학 분석 장치는
- 서로 다른 파장을 갖는 세 개의 송신 빔(S1, S2, S3)을 방사하기 위한 3개의 광원(L1, L2, L3),
- 공동의 광학 경로(24) 상으로 상기 3개의 송신 빔(S1, S2, S3)을 통합하기 위한 장치(22),
- 그 내부로 미세먼지가 적재된 가스가 유입될 수 있고, 그 내부에서 상기 송신 광(S1, S2, S3)이 측정될 가스상으로 입사하며, 그 표면에서 미세먼지가 분산되는 측정 볼륨(25)(측정 볼륨 내부에 중점(29)이 규정되어 있고, 상기 중점으로부터 산란각(α)이 규정되어 있으며, 이때 광학 축은 전방 산란 방향으로 산란각 0°을 규정함),
- 산란되지 않은 광을 검출하는 0°에 놓인 광 흡수 장치(30),
- 0°에 최대한 가깝게 상기 광 흡수 장치(30) 바로 옆에 배치되어 있고 전방 방향으로의 산란광을 검출하는 제 1 검출기(40),
- 7° 내지 40°의 제 2 산란각에 배치되어 있는 제 2 검출기(42),
- 41° 내지 70°의 제 3 산란각에 배치되어 있는 제 3 검출기(44),
- 71° 내지 115°의 제 4 산란각에 배치되어 있는 제 4 검출기(46),
- 116° 내지 145°의 제 5 산란각에 배치되어 있는 제 5 검출기(48),
- 146° 내지 180°의 제 6 산란각에 배치되어 있는 제 6 검출기(50)(그에 따라 상기 검출기들은 개별 각도에서 산란광을 검출함),
- 상기 산란광이 상기 검출기들(40, 42, 44, 46, 48, 50)에 의해 파장 선택적으로 검출되도록 상기 광원들(L1, L2, L3)을 구동 제어하는 제어- 및 평가 유닛(60),
- 검출된 산란광 강도들을 저장하기 위한 메모리(62)를 포함하고,
- 상기 제어- 및 평가 유닛(60)은 상기 산란광 강도들로부터 미세먼지의 크기 분포 및 미세먼지 질량 분율들이 측정될 수 있도록 형성되어 있다.

Description

미세먼지를 측정하기 위한 분석 장치{ANALYZER TO DETERMINE FINE DUST}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치와 관련이 있다.
미세먼지는 현재 시사적인 문제이다. 미세먼지는 그 크기(공기역학적 지름)가 10㎛미만인 최소 입자를 의미한다.
미세먼지는 PM10, PM2.5 및 PM1로 특징화된다. 미세먼지 PM10로 언급되는 먼지 파편은 10㎛의 지름을 갖는 미립자를 50％ 포함하고, 더 작은 미립자를 더 높은 비율로 포함하며, 그리고 더 큰 미립자를 더 낮은 비율로 포함한다. 미세먼지 PM2.5로 언급되는 먼지 파편은 2.5㎛의 지름을 갖는 미립자를 50％ 포함하고, 더 작은 미립자를 더 높은 비율로 포함하며, 그리고 더 큰 미립자를 더 낮은 비율로 포함한다. PM2.5는 PM10의 부분 집합이다. PM1에 대해 지름은 1㎛이다.
미세먼지가 건강상의 위험들을 안고 있기 때문에, 미세먼지를 방지하거나 감소시키는 것이 중요하다. 올바른 조치들을 찾고 조절할 수 있기 위해, 미세먼지의 크기 분포 및 미세먼지 PM10, PM2.5 및 PM1의 질량 분율들을 아는 것이 필수적이다.
미세먼지 측정의 요구 조건들은 끊임없이 증가하는데, 그 이유는 석탄 화력 발전소들과 같은 방출 설비들의 필터 장치들이 점차 개선됨으로써, 그 결과 농도는 감소하지만 동시에, 예를 들어 국내 최대 방출량에 대한 지침(NEC-지침)의 2016년 가결된 개정법에 의해 한계값들이 점점 엄격해지기 때문으로, 상기 개정법은 2030년까지 독일 PM2.5-방출이 2005년보다 43％만큼 감소해야 한다는 2030년 규정을 중심으로 보완되었다. 다시 말해 점점 더 낮은 농도가 측정 및 분석되어야 한다.
입자 방출 또는 입자 유입을 모니터링하기 위해 세계적으로 연속 측정하는 자동 측정 시스템들(AMS)이 사용된다. AMS의 순수한 산란광 정보를 실제 먼지 질량 농도로 변환하기 위해, 실질적으로 AMS는 자체 설치 위치에서 중량 측정 표준 참조법(SRM)에 의해 보정되어야 한다. 낮은 먼지 질량 농도들(~1㎎/㎥)에 대해 이와 같은 보정은 부정확성이 커지면서 실질적으로 점점 더 어려워진다. 예를 들어 추가적인 먼지의 주입 또는 배기가스 정화작용의 감소로 인해 먼지 농도가 인공적으로 증가함으로써, SRM 측정값들을 검출 임계값 위로 제공하기 위해 세계적인 노력이 이루어지고 있다. 대안적으로, 매우 낮은 먼지 농도들을 더 우수하게 수량화하기 위해 유럽 입법 기관은 측정 시간의 연장을 허용하거나, 또는 상기 입법기관은 예외적인 경우에 그 입자 크기 분포가 배기가스의 입자 크기 분포와 유사한 소위 대체 물질들의 사용을 허용한다.
이와 같은 방법들이 측정 문제의 실제 해결책들을 제시하지 않는다는 사실이 단점적으로 작용하는데, 그 이유는 반대로 상기 방법들은 초기 보정 또는 정기적인 기능 검사의 설비 운영자를 위한 비용을 높이기 때문이다. 또한, 현재 AMS에 의해서는 먼지 농도의 크기 관련 정보를 전혀 얻을 수 없다.
EP 0 391 256 B1호로부터, 90° 산란광-기술이 사용되는 입자 크기 비율을 측정하기 위한 분석 장치가 공지되어 있다. 입자 크기는 측면으로 산란된 광을 통해 측정된다. 상기 산란광은 검출되고 전압 신호로서 측정된다. 보정 기능에 의해 상기 전압 신호로부터 입자 크기가 결정될 수 있다. 신호 펄스들이 계수됨으로써, 입자의 개수는 동일한 신호를 통해 얻어진다. 입자 크기에 따라 분리된 입자 질량 농도는 측정된 입자 개수 크기 분포 곡선의 볼륨 통합에 의해 계산된다.
이와 같은 90°산란광 기술의 가장 큰 단점은 개별적인 입자의 산란광이 측정된다는 것이다. 이를 위해, 측정 볼륨 내에 있어야 하고, 그에 따라 개별 입자로서 상기 측정 볼륨 내로 제공되어야 하는 개별 입자가 요구된다. 이와 같은 방식은 복잡하고, 낮은 부분압 및 (희석용) 캐리어 가스의 공급, 그리고 그에 따라 발생 가능한 측정 결과들의 오류와 같은 추가적인 문제들을 야기한다.
입자 크기 분석을 위한 하나의 추가 기술은 레이저 광회절(laser diffraction technology)이다. 레이저광과 입자들의 상호작용은 특징적인 산란 패턴들을 야기한다. 이와 같은 산란 패턴들은 입자 크기, 입자들의 광학적 특징들, 입사 광의 분산 및 파장에 의존한다. 큰 입자들은 광을 오히려 작은 산란각 방향으로 산란시킨다. 따라서 분석 장치는 전방 방향으로 높은 분해도를 필요로 할뿐만 아니라, 측면 및 배면 산란된 광의 큰 산란각 방향으로도 높은 분해도를 필요로 한다. 공지된 분석 장치는, 전방 방향으로 복수 소자-링 검출기를 포함하고, 측면 및 후방 방향으로 다수의 추가 개별 검출기를 포함하며, 그에 따라 전체 측정 영역의 대부분을 검출하는 HORIBA LA-960이다. 추가로 서로 다른 파장(650㎚ 또는 405㎚)을 갖는 두 개의 광원이 사용되며, 그 결과 더 작은 입자들(나노 입자들)에 대한 감도가 증가한다.
레이저 광회절(laser diffraction technology)의 가장 큰 단점은 장치가 절대 입자 크기 분포를 (물리적 단위들, 예를 들어 ㎍/㎥로) 제공하지 않는다는 것이다. 대신에 이와 같은 장치들은 상대 크기 분포 함수 및 0 내지 100％의 누적 크기 분포를 제공한다. 그에 따라 입자 질량 농도뿐만 아니라 미세먼지의 질량 분율들, 다시 말해 PM10, PM2.5 및 PM1도 얻을 수 없다.
이와 같은 선행 기술에서 출발한 본 발명의 과제는, 앞서 언급된 단점들을 방지할 수 있는 향상된 분석 장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 갖는 미세먼지를 측정하기 위한 광학 측정 장치에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 분석 장치는
- 서로 다른 파장을 갖는 세 개의 송신 빔을 방사하기 위한 3개의 광원,
- 공동의 광학 경로 상으로 상기 3개의 송신 빔을 통합하기 위한 장치,
- 그 내부로 미세먼지가 적재된 가스가 유입될 수 있고, 그 내부에서 상기 송신 광이 측정될 가스상으로 입사하며, 그 표면에서 미세먼지가 분산되는 측정 볼륨(측정 볼륨 내부에 중점이 규정되어 있고, 상기 중점으로부터 산란각이 규정되어 있으며, 이때 광학 축은 전방 산란 방향으로 산란각 0°을 규정함),
- 산란되지 않은 광을 검출하는 0°에 놓인 광 흡수 장치,
- 0°에 최대한 가깝게 상기 광 흡수 장치 바로 옆에 배치되어 있고 전방 방향으로의 산란광을 검출하는 제 1 검출기,
- 7° 내지 40°의 제 2 산란각에 배치되어 있는 제 2 검출기,
- 41° 내지 70°의 제 3 산란각에 배치되어 있는 제 3 검출기,
- 71° 내지 115°의 제 4 산란각에 배치되어 있는 제 4 검출기,
- 116° 내지 145°의 제 5 산란각에 배치되어 있는 제 5 검출기,
- 146° 내지 180°의 제 6 산란각에 배치되어 있는 제 6 검출기(그에 따라 상기 검출기들은 개별 각도에서 산란광을 검출함),
- 상기 산란광이 상기 검출기들에 의해 파장 선택적으로 검출되도록 상기 광원들을 구동 제어하는 제어- 및 평가 유닛,
- 검출된 산란광 강도들을 저장하기 위한 메모리를 포함하고,
- 상기 제어- 및 평가 유닛은 상기 산란광 강도들로부터 미세먼지의 크기 분포(PSD) 및 미세먼지 질량 분율들(PM)이 측정될 수 있도록 형성되어 있다.
이와 같은 특징들에 의해 본 발명은 레이저 회절 기술의 90° 산란광 기술의 몇몇 장점들을 조합하지만, 이때 기술된 단점들은 방지된다. 특히,
- 예를 들어 연소 공정들로부터의 더 작은 입자들의 검출 가능성을 계속해서 높이기 위해, (예를 들어 자외선 범위, 가시광선 범위 및 근적외선 범위 내) 서로 다른 세 개의 파장이 사용되고,
- 선형 편광된 광이 사용됨으로써, 측정된 산란광 강도들로부터의 입자 크기 분포의 계산이 개선될 수 있으며,
- 공지된 입자 크기 분포를 갖는 기준 입자들에 의해 절대 검출기 신호 보정이 이루어질 수 있고,
- 다수의 검출기가 전방-, 측방- 및 후방 산란 방향으로 사용됨으로써, 산란 신호 패턴이 더 우수하게 검출될 수 있고, 그에 따라 연소 공정들로부터의 더 작은 입자들이 검출될 수 있다.
본 발명에 따른 분석 장치에 의해 미세먼지 질량 분율들 PM10, PM2.5 및 PM1 및 전체 먼지 농도가 연속적으로 측정될 수 있다.
본 발명의 핵심은 검출기들의 각도 위치들이다. 언급된 각도 범위들에서 적어도 여섯 개의 검출기에 의해서만 장점들이 달성된다. 공지된 입자 형태 및 공지된 크기 분포를 갖는 인공적인 입자들에 의해, 검출기 위치들의 어떠한 구간에서 검출기 신호들의 최대 편차가 발생하는지 계산됨으로써 각도 범위들이 확인되었고, 그 결과 정상 작동시 서로 다른 크기 분포들이 최적으로 서로 구분되고 그에 따라 측정될 수 있는데, 이는 계속해서 아래에서 더 정확하게 기술되어 있다.
이 경우,
- 제 1 산란각이 0° 내지 6°에 있고,
- 제 2 산란각이 23° 내지 33°, 특히 대략 28°에 있으며,
- 제 3 산란각이 56° 내지 66°, 특히 대략 61°에 있고,
- 제 4 산란각이 91° 내지 101°, 특히 대략 96°에 있으며,
- 제 5 산란각이 125° 내지 135°, 특히 대략 128°에 있고,
- 제 6 산란각이 145° 내지 165°, 특히 대략 155°에 있는 경우에 최적의 결과들이 달성된다는 사실이 드러났다.
추가 형성예들은 종속 청구항들의 대상이다.
이와 같은 방식으로 예를 들어 송신 빔들이 확장될 수 있고 측정 볼륨 범위 내에서 대략 4㎜의 지름을 가질 수 있다. 그럼으로써 상기 측정 볼륨이 그에 상응하게 크고, 그 결과 검출 한계를 더 작은 질량 농도들까지 개선하는 더 높은 산란광 효율이 가능하다.
다음에서 본 발명은 실시예들에 의해 도면 참조하에 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 분석 장치의 개략도이고;
도 2는 분석 장치의 추가 실시 형태이다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 분석 장치(10)는, 바람직하게 다이오드 레이저로서 형성되어 있고 송신 빔들(S1, S2, S3)을 통합하여 방사하는 세 개의 광원(L1, L2, L3)을 포함한다. 세 개의 다이오드 레이저의 파장들은 서로 다르고 바람직하게 자외선- 또는 가시광선- 또는 근적외선 범위 내에 있다. 이와 같은 실시예에서 제 1 송신 빔은 600 내지 650㎚의 범위 내 파장을 갖고, 제 2 송신 빔(S2)은 900 내지 950㎚의 범위 내 파장을 가지며, 그리고 제 3 송신 빔(S3)은 400 내지 450㎚의 범위 내 파장을 갖는다. 각각의 송신 빔(S1, S2, S3)은 개별적인 빔 확장 광학 수단(12, 14, 16)에서 바람직하게 대략 4㎜의 지름으로 확장된다. 상기 빔 확장 광학 수단들(12, 14, 16)은 각각 짧은 초점거리를 갖는 렌즈 및 긴 초점거리를 갖는 렌즈, 그리고 조리개로 구성된다.
그 편광 방향이 동일하게 설계되어 있는 편광 필터들(P1, P2, P3)에 의해 송신 광은 100％ 선형으로 편광되고, 이때 편광 방향은 도 1의 도면 평면에 대해 수평으로, 다시 말해, 그 내부에 계속해서 아래에서 설명된 검출기들이 놓이는 산란 평면에 대해 수평으로 놓인다. 상기 편광 필터들(P1, P2 및 P3)은 작동기(18)에 의해 방향(20)으로 선택적으로 빔 경로로부터 제거되거나, 또는 빔 경로 내로 제공될 수 있다.
아직 분리된 빔 경로들(S1, S2, S3)은 장치(22)에 의해 공동의 광학 경로(24) 상으로 통합된다. 상기 장치(22)는 도 1에 따른 실시예에서 다수의 거울로 구성된다. 은 코팅된 고반사성 제 1 거울(M1)은 제 1 송신 빔(S1)을 90°만큼 편향시킨다. 이색성(dichroic) 제 2 및 제 3 거울(DM2 및 DM3)은 제 1 빔을 투과시킨다. 제 2 빔(S2)은 상기 제 2 거울(DM2)에 의해 마찬가지로 90°만큼 편향됨으로써, 결과적으로 제 1 및 제 2 송신 빔은 공동의 광학 경로 상에 위치한다. 동일한 원리에 따라 상기 제 3 거울(DM3)에서 빔 통합이 이루어짐으로써, 결과적으로 마지막에 모든 세 개의 송신 빔이 동일한 광학 경로 상에 놓인다. 두 개의 추가 거울(M4 및 M5)은 상기 동일한 광학 경로 상에 위치하는 송신 빔들을 최종적으로 측정 볼륨(25) 내로 안내하고, 이때 광학 축 상에 놓이지 않고, 그에 따라 방해가 되는 광은 조리개들(26 및 28)에 의해 차단된다.
상기 측정 볼륨(25)은, 동일한 광학 경로(24) 상에서 큐벳(cuvette)(26)을 통과하는 송신 빔들(S1, S2, S3)에 의해 규정된다. 상기 큐벳(26)은 측정될 미세먼지 입자 함유 가스를 통과시키기 위해 이용된다. 상기 측정 볼륨(25) 내부에는 중점(29)이 규정되어 있고, 상기 중점으로부터 산란각(α)이 규정되어 있으며, 이때 산란광은 미세먼지 입자들에서의 광 산란에 의해 발생한다. 산란각의 영점은 여기에서 광학 축(공동의 광학 경로)에 의해 전방 산란 방향으로 규정되어 있다.
산란광의 측정을 방해할 수 있는 산란되지 않은 광은 도시된 실시예에 나타난 바와 같이, 세 단계로 광 흡수 장치(30) 내에서 흡수된다. 우선 0°에 있는 상기 산란되지 않은 광은 높은 광학 밀도를 갖고 단지 약 0.001％만을 반사하는 중성 농도 필터(neutral density filter)(32) 상으로 안내된다. 이와 같은 방식으로 반사된 잔여 광은 동일한 광학 밀도를 갖는 제 2 중성 농도 필터(34) 상으로 입사한다. 그리고 나서 여전히 남아 있는 광은 차광판(36)에서 흡수된다.
상기 중점(29)의 둘레에는 공동 평면, 도 1에 따른 실시예에서는 도면 평면 내 특정 산란광 각도(α)에서 산란광을 검출하기 위한 검출기들이 배치되어 있다.
제 1 검출기(40)는 0°에 최대한 가까이 배치되어 있다. 송신 빔들이 특정 폭, 여기서는 4㎜의 폭을 갖고, 0˚ 아래로 방해받지 않은 광이 입사하며, 이와 같은 광은 광 흡수 장치(30)에 의해 흡수되어야 하기 때문에, 상기 제 1 검출기(40)는 자체적으로 특정 연장부를 갖는 흡수성 중성 농도 필터(32) 바로 옆에 배치되어 있다. 이와 같은 기하학적 구조들로 인해 가능한 전형적인 최소 산란각은 α=6°의 범위 내에 있다. 그에 따라 이와 같은 제 1 검출기(40)는 전방 방향으로의 산란광을 검출한다. 상기 제 1 검출기(40)는 단순한 광검출기일 수 있지만, 바람직하게는 예를 들어 2048개의 픽셀을 갖는 통합 CMOS 행 감지기로 형성되어 있다.
추가 검출기들은 다음과 같이 배치되어 있다:
- 제 2 검출기(42)는 7˚ 내지 40˚, 바람직하게는 23˚ 내지 33˚ 및 특히 대략 28˚의 제 2 산란각(α2)에 배치되어 있고,
- 제 3 검출기(44)는 41˚ 내지 70˚, 바람직하게는 56˚ 내지 66˚ 및 특히 대략 61˚의 제 3 산란각(α3)에 배치되어 있으며,
- 제 4 검출기(46)는 71˚ 내지 115˚, 바람직하게는 91˚ 내지 101˚ 및 특히 대략 96˚의 제 4 산란각(α4)에 배치되어 있고,
- 제 5 검출기(48)는 116˚ 내지 145˚, 바람직하게는 125˚ 내지 135˚ 및 특히 대략 128˚의 제 5 산란각(α5)에 배치되어 있으며,
- 제 6 검출기(50)는 146˚ 내지 180, 바람직하게는 145˚ 내지 165˚ 및 특히 대략 155˚의 제 6 산란각(α6)에 배치되어 있다.
바람직하게 제 7 검출기(52)가 166˚ 내지 180˚의 제 7 산란각 범위(α7), 특히 170˚에 배치되어 있다. 다시 말해, 제 5, 제 6 및 제 7 검출기는 후방 방향으로 측정한다.
각각의 검출기에는 수신 광학 수단(40-1, 42-1, 44-1, 46-1, 48-1, 50-1 또는 52-1)이 할당되어 있고, 상기 수신 광학 수단은 산란광을 각각 대략 +/-1˚의 산란각 허용 오차 범위로부터 검출하고 각각의 검출기 상으로 초점 조정함으로써, 결과적으로 예를 들어 검출기(44)는 61˚에 배치되어 있는 경우에 60˚ 내지 62˚의 각도 범위 내에서 방출되는 산란광을 검출할 수 있다.
계속해서 분석 장치(10)는 제어- 및 평가 유닛(60)을 포함하는데, 상기 제어- 및 평가 유닛은 한편으로 광원들(L1, L2, L3)을 구동 제어하고, 다른 한편으로는 검출기 신호들을 수신하고 적합한 알고리즘에 의해 이와 같은 검출기 신호로부터 평가를 실시하며, 최종적으로 미세먼지의 크기 분포(Particle Size Distribution PSD)를 측정하고 미세먼지 질량 분율들(다시 말해 PMx 값들)을 측정한다. 산란광을 검출기들(40 내지 52)에 의해 파장 선택적으로 검출할 수 있기 위해 광원들의 구동 제어가 필요하다. 평가 유닛(60) 내 평가를 위해서는 검출된 산란광 강도들을 저장하기 위한 메모리(62)가 필요하다.
본 발명의 핵심은 검출기들의 각도 범위 또는 각도 위치들이다. 공지된 입자 형태 및 공지된 크기 분포를 갖는 인공적인 입자들에 의해, 검출기 위치들의 어떠한 구간에서 검출기 신호들의 최대 편차가 발생하는지 계산됨으로써 이와 같은 각도 범위들 또는 각도 위치들이 확인되었고, 그 결과 정상 작동시 서로 다른 크기 분포들이 최적으로 서로 구분되고 그에 따라 측정될 수 있다. 이를 위해, 차별적인 산란 단면적들이 105개의 입자 형태 및 9개의 서로 다른 크기 분포 및 0° 내지 180°의 각도 범위 내 3개의 서로 다른 파장까지 계산되었다. 마침내, 6개의 검출기 각도의 어떠한 구간에서 최적의 결과, 다시 말해 앞서 언급된 검출기 신호들의 최대 편차가 발생하는지 계산되었다. 상기 결과는 위에서 언급된 검출기 각도 범위 또는 검출기 각도(α)이다.
강화된 검출기 신호들은 공지된 크기 분포 및 공지된 광학적 특성들을 갖는 검사 입자들에 의해 물리적 단위들(차별적인 산란 계수)로 보정된다.
상기 평가 유닛(60) 내에서 차별적인 산란 단면적들로부터 사용된 3개의 파장(예컨대 405㎚, 638㎚ 및 915㎚)에 대해 저장된, 그리고 산란 이론으로부터 공지된 알고리즘에 따라 입자 크기 분포가 측정된다. 그리고 입자 크기에 걸쳐서 상응하는 통합에 의해 상기 입자 크기 분포로부터 마침내 미세먼지 질량 분율들(PM1, PM2.5 및 PM10) 및 총 입자 질량 농도가 얻어진다.
그에 따라 본 발명에 따른 분석 장치에 의해서는 절대 보정에 의해 입자 크기 분포 및 미세먼지 질량 분율들(PMx)이 연속적으로 측정될 수 있다. 다시 말해, 입자 크기 분포의 측정은 알고리즘에 기초하고, 그에 따라 바람직하게 입자의 종류와 무관하다.
다른 하나의 실시 형태에서는 위에서 CMOS 행 감지기로 형성되어 있는 위에 기술된 제 1 검출기(40)가 고감도 광검출기로 형성될 수 있는데, 상기 고감도 광검출기는 입사하는 레이저광 및 빔 제한 조리개들에 기인하는 회절 효과들을 차단하기 위해 중성 농도 필터에 의해 가려져야 한다. 이는 도 2에 표시되어 있다. 그런 다음 더 나은 공간비로 인해 경우에 따라, 예를 들어 단지 하나의 중성 농도 필터(32) 및 차광판(36)에 의해 광 흡수 장치(30)도 더 간단하게 설계될 수 있다.
마찬가지로 도 2에 도시된 본 발명의 하나의 실시 형태에서는 빔 통합 장치(22)가 고정된 거울들에 의해 구현되지 않고, 오히려 선회 가능한 포물면 거울(pfarabolic mirror)(70)에 의해 구현되었으며, 이 경우 상기 포물면 거울은 제어- 및 평가 유닛(60)에 의해 구동 제어되고 선회 각도 위치에 따라 3개의 빔(S1, S2, S3) 각각을 하나의 광학 경로(24) 상으로 안내할 수 있다. 선회 가능한 포물면 거울(70)을 갖는 이와 같은 장치(22)는 더 적은 설치 공간 및 더 적은 광학 부품을 필요로 한다. 레이저 다이오드들에 의해 방사된 서로 다르게, 그리고 불특정하게 편광된 광은 광대역 와이어 그리드 편광기(wire grid polarizer)(71)에 의해 산란 평면에 대해 수평으로 선형 편광된다.

Claims (10)

  1. 미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치(10)로서,
    - 서로 다른 파장을 갖는 세 개의 송신 빔(S1, S2, S3)을 방사하기 위한 3개의 광원(L1, L2, L3),
    - 공동의 광학 경로(24) 상으로 상기 3개의 송신 빔(S1, S2, S3)을 통합하기 위한 빔 통합 장치(22),
    - 미세먼지가 적재된 가스가 내부로 유입될 수 있는 측정 볼륨(25)으로서, 상기 측정 볼륨 내부에서 측정될 가스상으로 상기 송신 빔(S1, S2, S3)이 입사하고 상기 측정 볼륨의 표면에서 미세먼지가 분산되며, 상기 측정 볼륨의 내부에 중점(29)이 규정되어 있고 상기 중점으로부터 산란각(α)이 규정되되 광학 축은 전방 산란 방향으로 산란각 0°를 규정하는, 측정 볼륨(25),
    - 산란되지 않은 광을 흡수하는 0°에 놓인 광 흡수 장치(30),
    - 0° 내지 6°의 제 1 산란각 범위로 상기 광 흡수 장치(30) 바로 옆에 배치되어 있고 전방 방향으로의 산란광을 검출하는 제 1 검출기(40),
    - 28°의 제 2 산란각에 배치되어 있는 제 2 검출기(42),
    - 61°의 제 3 산란각에 배치되어 있는 제 3 검출기(44),
    - 96°의 제 4 산란각에 배치되어 있는 제 4 검출기(46),
    - 128°의 제 5 산란각에 배치되어 있는 제 5 검출기(48),
    - 155°의 제 6 산란각에 배치되어 있는 제 6 검출기(50),
    - 상기 산란광이 검출기들에 의해 파장 선택적으로 검출되도록 광원들을 구동 제어하는 제어- 및 평가 유닛(60), 및
    - 검출된 산란광 강도들을 저장하기 위한 메모리(62)를 포함하고,
    상기 검출기 각각은 개별 각도에서 산란광을 검출하고, 상기 검출기(40, 42, 44, 46, 48, 50) 각각은 광학 수단(40-1, 42-1, 44-1, 46-1, 48-1, 50-1)을 포함하고, 상기 광학 수단은 +/- 1°의 산란 각 허용 오차 범위로부터 광을 검출하고 각각의 검출기 상으로 초점 조정하고,
    상기 제어- 및 평가 유닛(60)은 상기 산란광 강도들로부터 미세먼지의 크기 분포 및 미세먼지 질량 분율들이 측정될 수 있도록 형성되어 있는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    그 편광 방향이 동일하게 정렬되어 있는 편광 필터들(P1, P2, P3)이 송신 광의 선형 편광을 위해 제공되는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 7 검출기가 166˚ 내지 180˚의 제 7 산란각 범위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 검출기는 CMOS 행 감지기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 송신 빔이 선형 편광되어 있는 것을 특징으로 하는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 7 검출기가 170˚의 제 7 산란각에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 빔 통합 장치는 고정된 거울들에 의해 구현되거나, 또는 선회 가능한 포물면 거울(pfarabolic mirror)을 포함하고, 상기 포물면 거울은 선회 각도 위치에 따라 3개의 광원 각각의 송신 빔을 하나의 광학 경로 상으로 안내할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광원들의 파장들은 자외선, 가시광선 및 적외선 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 송신 빔들은 확장되어 있고, 측정 볼륨 범위 내에서 4㎜의 지름을 갖는 것을 특징으로 하는,
    미세먼지를 측정하기 위한 광학 분석 장치.
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