KR102214149B1 - 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중적외선 레이저를 이용하여 대기중에 포함된 가스를 분석함으로써, 환경오염, 유독가스, 및 폭발물 등을 중장거리에서 정확하게 검출할 수 있는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 중적외선 레이저를 대기로 조사하는 투광부(10)와, 대기에서 반사되는 중적외선 레이저의 반사광을 받아들여, 입력된 반사광을 전기신호로 변환하는 수광부(20)와, 투광부(10) 및 수광부(20)의 작동을 제어하고, 수광부(20)로부터 제공되는 전기신호와 레퍼런스 데이터 신호를 비교하여 대기중에 포함된 가스를 분석하는 컴퓨터 제어부(30)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 중적외선 레이저를 대기로 조사하는 투광부(10)와, 대기에서 반사되는 중적외선 레이저의 반사광을 받아들여, 입력된 반사광을 전기신호로 변환하는 수광부(20)와, 투광부(10) 및 수광부(20)의 작동을 제어하고, 수광부(20)로부터 제공되는 전기신호와 레퍼런스 데이터 신호를 비교하여 대기중에 포함된 가스를 분석하는 컴퓨터 제어부(30)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 중적외선 레이저를 이용하여 대기중에 포함된 가스를 분석함으로써, 환경오염, 유독가스 및 폭발물 등을 중장거리에서 정확하게 검출할 수 있는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치에 관한 것이다.
산업화의 발전에 따라 환경 오염원이 되거나 인체에 치명적인 해악을 가져오는 CO, N20,SOx,H2S,NH3등의 각종 가스나 미세 분진 등의 발생이 심각한 문제로 대두되고 있다.
따라서 환경 오염원을 파악하거나, 오염 가스를 고정 밀 실시간 동시 다발 계측하기 위한 환경 모니터링용 가스센서 기술이 요구된다. 화학무기로 사용되는 독가스 등은 기술의 발전과 함께 보다 맹독성이고 치명적인 화학무기로 전개되고 있으며, 폭발물에 의한 대테러도 빈번히 일어나고 있다. 따라서 이에 걸 맞는 초소형, 극미량 탐지 우수, 식별 능력 탁월한 원격탐지 센서 기술이 요구된다.
그러나, 현재까지 개발된 가스센서들은 실시간 탐지 및 원격 탐지가 불가능하고 정성 및 정량 분석 면에서 신뢰성이 낮고 부피가 커서 운용이 불편하다는 문제가 있어, 새로운 기술을 이용한 가스센서 기술이 요구되고 있으며, 중적외선 영역에서의 광원으로 CO2 레이저나, 고체레이저 등이 개발되었으나 가격이 고가이고 사용이 어렵다는 문제가 있다.
대한민국 특허 제10-1873910호(2018년 6월 27일, 등록)에 "가스분포 측정용 레이저 산란장치를 갖는 무인비행체"가 소개되어 있다.
상기 가스분포 측정용 레이저 산란장치를 갖는 무인비행체는 비행체 본체; 상기 비행체 본체에 설치되어 양력을 발생시키는 양력발생수단; 상기 비행체 본체에 설치되는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임에 설치되어 750㎚ ~ 1400㎚ 파장대의 적외선 단파장으로 된 레이저를 외부의 대기 중으로 방출하는 레이저 방출부와, 상기 베이스 프레임에 상기 레이저 방출부의 일측에 설치되어 대기 중의 입자로부터 후방 산란된 라이다(LIDAR) 신호를 수신하며 중심의 축이 상기 레이저 방출부에서 방출되는 레이저와 일정한 각도를 이루도록 설치되는 라이다 수신부와, 상기 라이다 수신부에 수신된 라이다 신호에 의해 대기 중의 가스 분포를 측정하는 데이터 처리부를 포함하고, 상기 라이다 수신부는 지면(地面)에 대해 연직한 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 모터에 의해 회전하면서 레이저와의 각도 조정이 가능하게 구성되는 가스분포 측정용 레이저 산란장치와; 상기 양력발생수단과 상기 가스분포 측정용 레이저 산란장치의 작동을 제어하는 비행체 컨트롤러;를 포함하며, 상기 가스분포 측정용 레이저 산란장치는 복수가 상기 베이스 프레임에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되고, 상기 베이스 프레임은 회동유닛에 의해 상기 비행체 본체에 지면(地面)에 대해 연직한 축을 중심으로 일정 각도로 회전하도록 설치되어, 상기 베이스 프레임의 회전 운동에 의해 상기 복수의 가스분포 측정용 레이저 산란장치가 360°방향에서의 가스 분포를 측정하며, 상기 회동유닛은 프레임 구동모터와, 프레임 구동모터의 동력을 베이스 프레임의 중앙에 형성된 구동축에 전달하기 위한 동력전달부재를 포함한다.
그러나, 상기 가스분포 측정용 레이저 산란장치를 갖는 무인비행체는 50㎚ ~ 1400㎚ 파장대의 적외선 단파장으로 된 레이저를 조사하게 되면, 일반 대기에서 단적외선이 흡수되기 때문에 측정거리가 짧은 단점이 있다.
따라서, 상기와 같은 종래의 단점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 중적외선 레이저를 이용하여 대기중에 포함된 가스를 분석함으로써, 환경오염, 유독가스, 및 폭발물 등을 중장거리에서 정확하게 검출할 수 있는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 드론에 탑재하여, 사람이 접근하기 어렵거나 위험한 원격 탐지 지역의 대기 가스를 중장거리에서 정확하게 검출할 수 있는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 드론에 적용되었을 때, 중적외선 발생기의 이상 유무를 자체 평가할 수 있고, 타겟 포인트에서 다른 물질의 간섭이 최소화되어, 타겟 포인트의 대기 가스 성분을 정확한 검출할 수 있는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치의 일례는 중적외선 레이저를 대기로 조사하는 투광부와, 대기에서 반사되는 중적외선 레이저의 반사광을 받아들여, 입력된 반사광을 전기신호로 변환하는 수광부와, 투광부 및 수광부의 작동을 제어하고, 수광부로부터 제공되는 전기신호와 레퍼런스 데이터 신호를 비교하여 대기중에 포함된 가스를 분석하는 컴퓨터 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 드론의 정면에 형성된 장착구멍에 경통이 장착되고, 경통에 투광부의 시준 렌즈와 수광부의 수광 렌즈가 각각 장착되며, 경통의 중앙에 수광 렌즈가 배치되고, 수광 렌즈의 둘레에 시준 렌즈가 배치되며, 경통의 상부에 비전카메라가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 경통의 후방으로 초점 조절기, 빔 스플리터 및 수광부의 레이저 검출기가 순서대로 일렬로 배열되고, 투광부의 중적외선 레이저 발생기가 레이저 검출기와 평행하게 배치되며, 중적외선 레이저 발생기의 전방에 수광 렌즈가 배치되어, 중적외선 레이저 발생기에서 조사되는 중적외선 레이저가 수광 렌즈에 의해 빔 스플리터로 굴절되고, 빔 스플리터에 의해 중적외선 레이저의 대부분이 초점 조절기와 경통의 시준 렌즈를 통해 대기의 타겟 포인트로 투사되고, 중적외선 레이저의 나머지 일부가 레이저 검출기로 입력되는 것을 특징으로 한다.
상기 중적외선 레이저 발생기는 컴퓨터 제어부에 의해 구동되는 퀀텀 캐스케이드 레이저(Quantum cascade laser)와, 퀀텀 캐스케이드 레이저에서 나오는 단파장의 단적외선을 중적외선으로 변조하는 변조부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수광부는 경통에 장착되는 수광 렌즈와, 수광 렌즈를 통해 입력되는 반사광으로부터 가스 분자를 검출하는 레이저 검출기를 포함하고, 대기중으로 투사된 중적외선이 특정 가스의 원자의 질량과 결합세기에 반응하여 반사된 레이저를 수광 렌즈를 통해 입력받아, 레이저 검출기에서 진동 스펙트럼 방식으로 대기의 타겟 포인트에 있는 가스 분자를 검출하고, 검출된 가스 분자에 대응하는 전기 신호를 컴퓨터 제어부로 제공하게 되는 것을 특징으로 한다.
상기 컴퓨터 제어부는 핵심 분류 피크의 발생 개수, 피크의 상대적 크기 비교, 피크 비율의 차이를 종합적으로 판단하여 가스의 종류를 구분하게 되는 것을 특징으로 한다.
다른 대안으로, 상기 드론은 정면에 2개의 경통이 각각 장착되며, 경통의 상부면에 축이 세워지고, 축의 상단에 종동기어가 장착되며, 종동기어가 구동기어와 맞물려 연동되고, 구동기어가 감속 모터의 구동기어에 장착됨으로써, 감속모터에 의해 드론에 장착된 경통의 레이저 투사 방향이 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 경통은 제 1 경통과 제 2 경통으로 구분되어, 제 1 경통의 레이저 투사 방향과 제 2 경통의 레이저 투사 방향을 각각 조정함으로써, 제 1 경통과 제 2 경통의 레이저 투사 지점이 일치하는 지점을 타겟 포인트로 설정하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 환경오염, 유독가스, 및 폭발물 등을 중장거리에서 정확하게 검출할 수 있으며, 드론에 탑재될 수 있으며, 중적외선 발생기의 이상 유무를 자체 평가할 수 있고, 타겟 포인트에서 다른 물질의 간섭이 최소화되어, 타겟 포인트의 대기 가스 성분을 정확한 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치를 도시한 블록도
도 2는 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치를 탑재한 드론을 도시한 사시도
도 3은 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치를 탑재한 드론을 도시한 사시도
도 4는 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치의 구성요소 배열을 도시한 개략도
도 5는 2개의 경통이 드론에 장착된 상태를 도시한 사시도
도 6은 감속 모터에 의해 경통이 레이저 투사 방향이 제어되는 구조를 도시한 개략도
도 7은 2개의 경통을 이용하여 타겟 포인트를 설정하는 것을 설명하기 위한 개략도
도 2는 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치를 탑재한 드론을 도시한 사시도
도 3은 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치를 탑재한 드론을 도시한 사시도
도 4는 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치의 구성요소 배열을 도시한 개략도
도 5는 2개의 경통이 드론에 장착된 상태를 도시한 사시도
도 6은 감속 모터에 의해 경통이 레이저 투사 방향이 제어되는 구조를 도시한 개략도
도 7은 2개의 경통을 이용하여 타겟 포인트를 설정하는 것을 설명하기 위한 개략도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 중적외선 레이저를 대기로 조사하는 투광부(10)와, 대기에서 반사되는 중적외선 레이저의 반사광을 받아들여, 입력된 반사광을 전기신호로 변환하는 수광부(20)와, 투광부(10) 및 수광부(20)의 작동을 제어하고, 수광부(20)로부터 제공되는 전기신호와 레퍼런스 데이터 신호를 비교하여 대기중에 포함된 가스를 분석하는 컴퓨터 제어부(30)로 구성된다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 중적외선 레이저를 이용하여 대기중에 포함된 가스를 분석함으로써, 환경오염, 유독가스, 및 폭발물 등을 중장거리에서 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 드론(50)에 장착되어, 원격 탐지가 요구되는 곳의 대기 가스를 탐지할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 즉, 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 드론(50)의 정면에 형성된 장착구멍(51)에 경통(40)이 장착되고, 경통(40)에 투광부(10)의 시준 렌즈(15)와 수광부(20)의 수광 렌즈(21)가 각각 장착되며, 경통(40)의 중앙에 수광 렌즈(21)가 배치되고, 수광 렌즈(21)의 둘레에 시준 렌즈(15)가 배치되며, 경통(40)의 상부에 비전카메라(60)가 배치된다.
이것에 의해, 비전카메라(60)가 투광부(10)와 연동됨으로써, 비전카메라(60)가 대기중의 타겟 포인트를 비추어, 작업자가 무선 조정기(도시하지 않음)의 디스플레이부를 보고 타겟 포인트를 식별한 후, 투광부(10)에서 중적외선을 타겟 포인트로 조사하게 된다. 이때, 투광부(10)의 시준 렌즈(15)를 통해 타겟 포인트로 중적외선 레이저가 조사되고, 타겟 포인트에서 반사된 반사광이 수광 렌즈(21)로 입력되면, 수광부(20)의 레이저 검출기(22 ; 도 4 참조)에서 대기의 타겟 포인트에 있는 가스 분자를 검출하여, 검출된 가스 분자에 대응하는 전기 신호를 컴퓨터 제어부(30)로 출력하게 된다.
도 4를 참조하면, 여기서, 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 경통(40)의 후방으로 초점 조절기(14), 빔 스플리터(13) 및 수광부(20)의 레이저 검출기(22)가 순서대로 일렬로 배열되고, 투광부(10)의 중적외선 레이저 발생기(11)가 레이저 검출기(22)와 평행하게 배치되며, 중적외선 레이저 발생기(11)의 전방에 수광 렌즈(23)가 배치되어, 중적외선 레이저 발생기(11)에서 조사되는 중적외선 레이저가 수광 렌즈(12)에 의해 빔 스플리터(13)로 굴절되고, 빔 스플리터(13)에 의해 중적외선 레이저의 대부분(약 75%)이 초점 조절기(14)와 경통(40)의 시준 렌즈(15)를 통해 대기의 타겟 포인트로 투사되고, 중적외선 레이저의 나머지 일부가 레이저 검출기(22)로 입력된다.
이것에 의해, 중적외선 레이저 발생기(11)에서 조사되는 중적외선 레이저는 수광 렌즈(12)와 빔 스플리터(13)에 의해 초점 조절기(14)로 굴절되고, 초점 조절기(13) 및 경통(40)의 시준 렌즈(15)를 통해 타겟 포인트로 투사되며, 타겟 포인트에서 반사된 반사광이 경통(40)의 수광 렌즈(21)를 통해 레이저 검출기(22)로 입력되어, 레이저 검출기(22)에서 타겟 포인트의 가스 분자를 검출하게 된다. 이때, 상기 빔 스플리터(14)에 의해 레이저 검출기(22)로 입력되는 중적외선 레이저는 컴퓨터 제어부(30)에서 중적외선 레이저 발생기(11)의 이상 유무를 검출하는 기준신호로 사용된다.
상기 중적외선 레이저 발생기(11)는 컴퓨터 제어부(30)에 의해 구동되는 퀀텀 캐스케이드 레이저(Quantum cascade laser)와, 퀀텀 캐스케이드 레이저에서 나오는 단파장의 단적외선을 중적외선으로 변조하는 변조부로 구성된다.
상기 퀀텀 캐스케이드 레이저(11)는 이미 공지되어 있어, 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 수광부(20)는 경통(40)에 장착되는 수광 렌즈(21)와, 수광 렌즈(21)를 통해 입력되는 반사광으로부터 가스 분자를 검출하는 레이저 검출기(22)를 포함하고, 대기중으로 투사된 중적외선이 특정 가스의 원자의 질량과 결합세기에 반응하여 반사된 레이저를 수광 렌즈(21)를 통해 입력받아, 레이저 검출기(22)에서 진동 스펙트럼 방식으로 대기의 타겟 포인트에 있는 가스 분자를 검출하고, 검출된 가스 분자에 대응하는 전기 신호를 컴퓨터 제어부(30)로 제공하게 된다.
상기 컴퓨터 제어부(30)는 핵심 분류 피크의 발생 개수, 피크의 상대적 크기 비교, 피크 비율의 차이를 종합적으로 판단하여 가스의 종류를 구분하게 된다.
예를 들어, TNT가스의 경우, 7.41㎛ 파장대에서 가장 큰 흡수가 일어나며, 9개의 핵심 분류 피크가 발생하고, 피크의 크기가 7.41㎛>6.25㎛=10.99㎛>12.62㎛>9.19㎛>13.65㎛>10.65㎛>8.28㎛>9.73㎛ 순서로 나타난다. 또한 7.41㎛와 9.19㎛의 피크 비율이 약50~60%이다.
아세톤(Acetone)은 5.78㎛의 파장대에서 가장 큰 흡수가 일어나며 9개의 핵심 분류 피크가 발생한다. 피크의 크기가 5.78㎛> 8.23㎛> 7.32㎛> 3.3㎛> 18.8㎛> 6.9㎛> 11.2㎛ > 9.1㎛> 2.89㎛ 파장대 순서로 나타난다. 8.23㎛과 7.32㎛가 동일한 피크 비율을 나타내게 된다.
톨루엔은 13.6㎛에서 가장 큰 흡수가 일어난다. 13.6㎛ > 14.3㎛ > 3.2㎛ > 6.6㎛ > 6.1㎛ > 3.4㎛ > 6.8㎛ > 9.6㎛ > 9.2㎛ 9개의 핵심피크가 이와 같은 크기순서로 나타난다. 피크의 비율은 9.6㎛와 9.2㎛ 피크 차이가 10%이내 이다.
일산화탄소는 2개의 핵심 분류 피크가 발생하며 4.59㎛와 4.7㎛에서 동일한 비율의 피크가 나타나게 된다.
일산화질소는 5개의 핵심피크가 나타나게 되며, 5.4㎛에서 가장 큰 피크를 나타내며, 피크의 크기가 5.4㎛ > 5.2㎛ > 6.0㎛ > 7.5㎛ > 4.5㎛의 파장대 순서로 나타난다.
마약류중 하나인 필로폰(Methamphetamine)은 6개의 피크로 나타나며, 3.3㎛에서 가장 큰 피크를 나타내게 된다. 3.3㎛ > 14.3㎛ > 13.5㎛ > 6.8㎛ > 8.7㎛ > 7.2㎛ 파장대 순서로 피크의 크기가 나타난다.
상기와 같은 본 발명에 따른 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치는 퀀텀 캐스케이드 레이저의 단적외선을 중적외선으로 변환하여 일반 대기에 흡수되지 않아 중장거리 측정이 가능하고, 전기신호와 레퍼런스 데이터 신호를 비교하여 대기중에 포함된 가스를 정확하게 분석할 수 있어, 환경오염, 유독가스, 및 폭발물 등을 중장거리에서 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다른 대안으로, 상기 드론(50)은 정면에 2개의 경통(40)이 각각 장착되며, 경통(40)의 상부면에 축(61)이 세워지고, 축(61)의 상단에 종동기어(62)가 장착되며, 종동기어(62)가 구동기어(63)와 맞물려 연동되고, 구동기어(63)가 감속 모터(64)의 구동기어(65)에 장착됨으로써, 감속모터(64)에 의해 드론(50)에 장착된 경통(40)의 레이저 투사 방향이 제어된다.
도 7을 참조하면, 여기서, 상기 경통(40)은 제 1 경통(40a)과 제 2 경통(40b)으로 구분되어, 제 1 경통(40a)의 레이저 투사 방향(a)과 제 2 경통(40b)의 레이저 투사 방향(b)을 각각 조정함으로써, 제 1 경통(40a)과 제 2 경통(40b)의 레이저 투사 지점이 일치하는 지점을 타겟 포인트(T)로 설정할 수 있다.
이것에 의해, 측정하고자 하는 거리(S)에 따라 제 1 경통(40a)의 레이저 투사 방향(a)과 제 2 경통(40b)의 레이저 투사 방향(b)을 각각 조정하여, 타겟 포인트(T)로 설정할 수 있으며, 제 1 경통(40a)의 시준 렌즈(15a)를 통해 조사되는 중적외선 레이저가 타겟 포인트(T)에서 반사되어 제 2 경통(40b)의 수광 렌즈(21b)로 입력되고, 제 2 경통(40b)의 시준 렌즈(15b)를 통해 조사되는 중적외선 레이저가 타겟 포인트(T)에서 반사되어 제 1 경통(40a)의 수광 렌즈(21a)로 입력됨으로써, 제 1 경통(40a)의 수광 렌즈(21a)로 입력되는 반사광에 의한 대기 가스와 제 2 경통(40b)의 수광 렌즈(21b)로 입력되는 반사광에 의한 대기 가스를 서로 비교하여 다른 물질의 간섭을 최소화할 수 있다.
10 : 투광부 15 : 시준 렌즈
20 : 수광부 21 : 수광 렌즈
30 : 컴퓨터 제어부 40 : 경통
50 : 드론 60 : 비전카메라
20 : 수광부 21 : 수광 렌즈
30 : 컴퓨터 제어부 40 : 경통
50 : 드론 60 : 비전카메라
Claims (8)
- 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치에 있어서,
중적외선 레이저를 대기로 조사하는 투광부(10)와, 대기에서 반사되는 중적외선 레이저의 반사광을 받아들여, 입력된 반사광을 전기신호로 변환하는 수광부(20)와, 투광부(10) 및 수광부(20)의 작동을 제어하고, 수광부(20)로부터 제공되는 전기신호와 레퍼런스 데이터 신호를 비교하여 대기 중에 포함된 가스를 분석하는 컴퓨터 제어부(30)로 구성되되,
드론(50)의 정면에 형성된 장착구멍(51)에 경통(40)이 장착되고, 경통(40)에 투광부(10)의 시준 렌즈(15)와 수광부(20)의 수광 렌즈(21)가 각각 장착되며, 경통(40)의 중앙에 수광 렌즈(21)가 배치되고, 수광 렌즈(21)의 둘레에 시준 렌즈(15)가 배치되며, 경통(40)의 상부에 비전카메라(60)가 배치되며,
상기 드론(50)은 정면에 2개의 경통(40)이 각각 장착되고, 경통(40)의 상부면에 축(61)이 세워지고, 축(61)의 상단에 종동기어(62)가 장착되며, 종동기어(62)가 구동기어(63)와 맞물려 연동되고, 구동기어(63)가 감속 모터(64)의 구동기어(65)에 장착됨으로써, 감속 모터(64)에 의해 드론(50)에 장착된 경통(40)의 레이저 투사 방향이 제어되고,
상기 경통(40)은 제 1 경통(40a)과 제 2 경통(40b)으로 구분되어, 제 1 경통(40a)의 레이저 투사 방향(a)과 제 2 경통(40b)의 레이저 투사 방향(b)을 각각 조정함으로써, 제 1 경통(40a)과 제 2 경통(40b)의 레이저 투사 지점이 일치하는 지점을 타겟 포인트(T)로 설정하는 것을 특징으로 하는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
경통(40)의 후방으로 초점 조절기(14), 빔 스플리터(13) 및 수광부(20)의 레이저 검출기(22)가 순서대로 일렬로 배열되고, 투광부(10)의 중적외선 레이저 발생기(11)가 레이저 검출기(22)와 평행하게 배치되며, 중적외선 레이저 발생기(11)의 전방에 수광 렌즈(12)가 배치되어, 중적외선 레이저 발생기(11)에서 조사되는 중적외선 레이저가 수광 렌즈(12)에 의해 빔 스플리터(13)로 굴절되고, 빔 스플리터(13)에 의해 중적외선 레이저의 대부분이 초점 조절기(14)와 경통(40)의 시준 렌즈(15)를 통해 대기의 타겟 포인트로 투사되고, 중적외선 레이저의 나머지 일부가 레이저 검출기(22)로 입력되는 것을 특징으로 하는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 중적외선 레이저 발생기(11)는 컴퓨터 제어부(30)에 의해 구동되는 퀀텀 캐스케이드 레이저(Quantum cascade laser)와, 퀀텀 캐스케이드 레이저에서 나오는 단파장의 단적외선을 중적외선으로 변조하는 변조부로 구성되는 것을 특징으로 하는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 수광부(20)는 경통(40)에 장착되는 수광 렌즈(21)와, 수광 렌즈(21)를 통해 입력되는 반사광으로부터 가스 분자를 검출하는 레이저 검출기(22)를 포함하고, 대기중으로 투사된 중적외선이 특정 가스의 원자의 질량과 결합세기에 반응하여 반사된 레이저를 수광 렌즈(21)를 통해 입력받아, 레이저 검출기(22)에서 진동 스펙트럼 방식으로 대기의 타겟 포인트에 있는 가스 분자를 검출하고, 검출된 가스 분자에 대응하는 전기 신호를 컴퓨터 제어부(30)로 제공하게 되는 것을 특징으로 하는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 컴퓨터 제어부(30)는 핵심 분류 피크의 발생 개수, 피크의 상대적 크기 비교, 피크 비율의 차이를 종합적으로 판단하여 가스의 종류를 구분하게 되는 것을 특징으로 하는 중적외선 레이저를 이용한 가스탐지장치.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230098453A (ko) | 2021-12-24 | 2023-07-04 | 주식회사 주원 | 반도체 레이저 기반 비접촉식 화학작용제 탐지기 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101649574B1 (ko) * | 2015-05-27 | 2016-08-19 | 윤명섭 | 드론 탑재용 가스누출 감지장치 |
| CN105424650B (zh) | 2015-12-17 | 2018-02-16 | 重庆大学 | 基于量子级联激光器的高速红外调频激光光谱气体检测系统及方法 |
| KR101873910B1 (ko) * | 2018-01-30 | 2018-07-04 | 한국건설기술연구원 | 가스분포 측정용 레이저 산란장치를 갖는 무인비행체 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11326205A (ja) * | 1998-05-08 | 1999-11-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザブレイクダウン分光分析装置 |
| DE602005021857D1 (de) | 2005-04-20 | 2010-07-29 | Honeywell Analytics Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Gas |
| US8101915B2 (en) | 2007-10-24 | 2012-01-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Detection of chemicals with infrared light |
| KR101014245B1 (ko) | 2008-11-11 | 2011-02-16 | 한국표준과학연구원 | 멀티가스필터를 갖는 비분산적외선 검출기를 이용한 다종오염물질 측정장치 및 방법 |
| KR101881123B1 (ko) | 2018-01-22 | 2018-07-23 | 주식회사 엠지아이티 | 가스누출 탐지드론 |
-
2019
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101649574B1 (ko) * | 2015-05-27 | 2016-08-19 | 윤명섭 | 드론 탑재용 가스누출 감지장치 |
| CN105424650B (zh) | 2015-12-17 | 2018-02-16 | 重庆大学 | 基于量子级联激光器的高速红外调频激光光谱气体检测系统及方法 |
| KR101873910B1 (ko) * | 2018-01-30 | 2018-07-04 | 한국건설기술연구원 | 가스분포 측정용 레이저 산란장치를 갖는 무인비행체 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230098453A (ko) | 2021-12-24 | 2023-07-04 | 주식회사 주원 | 반도체 레이저 기반 비접촉식 화학작용제 탐지기 |
Also Published As
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