KR102252560B1 - 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치 - Google Patents
광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102252560B1 KR102252560B1 KR1020200022639A KR20200022639A KR102252560B1 KR 102252560 B1 KR102252560 B1 KR 102252560B1 KR 1020200022639 A KR1020200022639 A KR 1020200022639A KR 20200022639 A KR20200022639 A KR 20200022639A KR 102252560 B1 KR102252560 B1 KR 102252560B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- filter
- concentration
- signal
- optical
- measurement
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 129
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 97
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 68
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 18
- 238000000041 tunable diode laser absorption spectroscopy Methods 0.000 claims description 18
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000004332 deodorization Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 58
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- WJMFXQBNYLYADA-UHFFFAOYSA-N 1-(3,4-dihydroxyphenyl)-6,7-dihydroxy-1,2-dihydronaphthalene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C12=CC(O)=C(O)C=C2C=C(C(O)=O)C(C(=O)O)C1C1=CC=C(O)C(O)=C1 WJMFXQBNYLYADA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
- B01D46/42—Auxiliary equipment or operation thereof
- B01D46/44—Auxiliary equipment or operation thereof controlling filtration
- B01D46/442—Auxiliary equipment or operation thereof controlling filtration by measuring the concentration of particles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—Specially adapted to detect a particular component
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
- G01N2021/396—Type of laser source
- G01N2021/399—Diode laser
Abstract
광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법은, 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 단계; 상기 다이오드 레이저에서 발생된 광 신호를 획득하는 단계; 획득된 상기 광 신호의 광 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해하는 단계; 상기 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하는 단계; 및 상기 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하여 획득된 흡수 스펙트럼의 변화로부터 상기 필터의 전후의 상기 측정 대상 가스의 농도를 추정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
Description
아래의 실시예들은 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차 등 공기정화를 목적으로 사용되는 필터의 소취율을 계측하는 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 기존의 필터 탈취 성능을 확인하기 위해 KS I 2218(검지관식 가스 측정기 평가)를 활용한다. 이 방법은 2L 챔버에 시료와 가스 100ppm을 넣은 뒤 시간에 따른 소취율을 확인하는 것으로, 실제 필터가 사용되는 환경 즉, 필터 전후 유동이 존재하는 경우에 대해 설명할 수 없다.
한편, 레이저 기반 광학 성분 센서는 최근에 추출 측정 기술과 관련되어 관심을 끌고 있다. 레이저 기반 측정 기술은 현장에서 즉시 측정을 할 수 있고, 또한 동적 프로세스 제어에 적합한 고속의 피드백을 제공한다는 이점이 있다. 가변 다이오드 레이저 흡수 분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, 이하 TDLAS라 함)은 연소가스의 성분, 온도 등의 연소 파라미터를 측정하는 매우 유망한 기술이다.
TDLAS는 전형적으로 근적외선(near-infrared)과 중적외선(mid-infrared) 스펙트럼 영역에서 작동하는 다이오드 레이저를 사용한다. 통신 산업에서 사용하기 위해 적절한 레이저들이 광범위하게 개발되어 왔다. 그러므로 그 레이저들은 TDLAS 응용을 위해 즉시 사용될 수 있다. 가변 다이오드 레이저가 발명된 후, 연소 프로세스를 감지하고 제어하기 위한 여러 TDLAS 기술들이 개발되어 왔다.
실시예들은 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 광학 계측 방식을 적용하여 필터의 전후 유동이 있는 상황에서도 정밀한 농도 계측이 가능한 기술을 제공한다.
실시예들은 측정 대상인 가스의 흐름이 유지되는 상태에서 필터의 전후의 가스의 농도 확인을 통해 실시간으로 필터의 탈취 성능을 분석함으로써, 보다 신뢰성 있는 결과를 제공할 수 있는 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 필터 전후로 TDLAS를 복수로 구성하여, 측정 대상 가스의 농도 정보를 상대 비교함으로써, 필터의 전후 유동이 있는 상황에서도 정밀한 농도 계측이 가능한 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법은, 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 단계; 상기 다이오드 레이저에서 발생된 광 신호를 획득하는 단계; 획득된 상기 광 신호의 광 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해하는 단계; 상기 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하는 단계; 및 상기 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하여 획득된 흡수 스펙트럼의 변화로부터 상기 필터의 전후의 상기 측정 대상 가스의 농도를 추정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
질량 유량계를 이용하여 상기 측정 대상 가스의 농도를 조절하고 상기 측정 시험부에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 광 신호의 송수신을 위해 상기 측정 시험부의 필터의 전후에 각각 콜리메이터(collimator) 및 검출기(detector) 세트를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 단계는, 하나의 DFB 다이오드 레이저로부터 송신되는 상기 광 신호를 복수 개로 분배할 수 있다.
상기 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 단계는, 하나의 다이오드 레이저로부터 송신되는 상기 광 신호를 동일한 세기로 분배하여 상기 필터의 전후에 송신하여 상기 필터의 전후 지점에 대한 농도 계측에 활용할 수 있다.
상기 광 신호의 광학 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해하는 단계는, Lambert-Beer 법칙을 활용하여 일반 공기를 제공하였을 때를 기준 신호로 두고, 측정 대상 가스의 유입이 이루어졌을 때를 측정 대상 신호로 두어 상대 비교하여 계측할 수 있다.
상기 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하는 단계는, 상기 측정 대상 가스의 농도를 ppm별로 나누어 상기 캘리브레이션(calibration) 시험을 수행하여 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록할 수 있다.
상기 필터의 전후로 TDLAS를 복수로 구성하여, 상기 측정 대상 가스의 농도 정보를 상대 비교할 수 있다.
다른 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치는, 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 광 송신부; 상기 다이오드 레이저에서 발생된 광 신호를 획득하는 광 수신부; 획득된 상기 광 신호의 광 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해하는 흡수 신호 분해부; 상기 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하는 캘리브레이션 시험부; 및 상기 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하여 획득된 흡수 스펙트럼의 변화로부터 상기 필터의 전후의 상기 측정 대상 가스의 농도를 추정하는 농도 추정부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 측정 대상 가스의 농도를 조절하고 상기 측정 시험부에 제공하는 질량 유량계를 더 포함할 수 있다.
상기 광 송신부는, 상기 측정 시험부의 필터에 설치되는 콜리메이터(collimator)를 포함하고, 상기 광 수신부는, 상기 측정 시험부의 필터에 설치되는 검출기(detector)를 포함하며, 상기 콜리메이터(collimator) 및 상기 검출기(detector)는 하나의 세트로 구성되어, 상기 측정 시험부의 필터의 전후에 각각 설치될 수 있다.
상기 광 송신부는, 하나의 DFB 다이오드 레이저로부터 송신되는 상기 광 신호를 복수 개로 분배할 수 있다.
상기 광 송신부는, 하나의 다이오드 레이저로부터 송신되는 상기 광 신호를 동일한 세기로 분배하여 상기 필터의 전후에 송신하여 상기 필터의 전후 지점에 대한 농도 계측에 활용할 수 있다.
상기 흡수 신호 분해부는, Lambert-Beer 법칙을 활용하여 일반 공기를 제공하였을 때를 기준 신호로 두고, 측정 대상 가스의 유입이 이루어졌을 때를 측정 대상 신호로 두어 상대 비교하여 계측할 수 있다.
상기 필터의 전후로 TDLAS를 복수로 구성하여, 상기 측정 대상 가스의 농도 정보를 상대 비교할 수 있다.
실시예들에 따르면 측정 대상인 가스의 흐름이 유지되는 상태에서 필터의 전후의 가스의 농도 확인을 통해 실시간으로 필터의 탈취 성능을 분석함으로써, 보다 신뢰성 있는 결과를 제공할 수 있는 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 필터 전후로 TDLAS를 복수로 구성하여, 측정 대상 가스의 농도 정보를 상대 비교함으로써, 필터의 전후 유동이 있는 상황에서도 정밀한 농도 계측이 가능한 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 광학 측정 방식의 계측 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 필터가 설치되는 측정 시험부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 필터가 설치되는 측정 시험부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 탈취 시험에 일반적으로 사용되는 KS I 2218(검지관식 가스 측정기 평가)의 시험 환경의 제약에서 벗어나 광학 측정 방식을 적용한다. 또한, 필터 전후 유해가스의 흐름이 유지되는 상황에서의 가스의 농도를 확인함으로써 보다 신뢰성 있는 결과를 제공할 수 있다.
아래에서 본 발명의 실시예에 따른 측정 대상 가스에 대해 광학 측정을 이용한 필터 전후 농도 측정 방법을 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 레이저를 이용한 광학 측정 방식의 계측 시스템으로, 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치의 구성도를 나타낸다. 실시예들은 레이저를 이용한 광학 측정 방식을 이용하여 측정 시험부(130)의 필터의 전과 후의 측정 대상 가스(110)의 농도 확인을 통해 실시간으로 필터의 탈취 성능을 분석할 수 있다.
광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치는 광 신호 발생기(160), 레이저 컨트롤러(170) 및 DFB 다이오드 레이저(180), 광 분배기(빔 스플리터)를 이용한 광 송신부와 포토다이오드, 증폭기, 메모리 하이코더(190)를 이용한 광 수신부를 복합 활용한 광 신호 측정 시스템이다. 여기서, 복합 활용한 광 신호 측정 시스템은 가변 다이오드 레이저 흡수 분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)이 될 수 있다. 측정 시험부(130)의 필터의 전후로 TDLAS를 복수로 설치하여, 측정 대상 가스(110)의 농도 정보를 상대 비교할 수 있는 시스템이 구현될 수 있다.
건조 공기와 암모니아(NH3)를 질량 유량계(Mass Flow Controller, MFC)(120)를 이용하여 농도들 조정할 수 있다. 또한, 측정 시험부(130)인 측정 셀에 설치된 필터의 전과 후로 콜리메이터(collimator)(140)와 검출기(detector)(150)를 같은 선상에 두도록 설치하여, DFB 다이오드 레이저(1512nm)(180)에서 발생된 광 신호를 메모리 하이코더(memory hicorder)(190)를 이용하여 취득할 수 있다.
측정 대상 가스(110)는 질량 유량계(120)를 통하여 측정 대상 가스(110)의 농도를 제어하여 필터가 설치된 측정 시험부(130)에 제공할 수 있다. 이 때, 측정 시험부(130)의 출구가 열려 있음으로써 일정 유동 조건이 유지될 수 있다.
TDLAS는 가스 분자의 온도와 농도를 측정하고자 할 때 사용되며, 기본 원리는 Beer-Lambert 법칙으로 설명할 수 있다.
빛이 흡수 매체를 통과할 때 흡수 및 투과된 빛의 세기는 단위 부피 내의 기체의 입자수인 농도와 관련이 있으며, 흡수량 레이저의 초기 신호(입사광)와 투과된 신호(투과광)의 강도비는 다음과 같이 설명될 수 있다. 즉, 광 신호로부터 농도에 따른 흡수 스펙트럼을 분해하는 식은 다음과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, 
는 입사광의 초기 빛의 강도이고, 
는 선폭 함수이며, 
는 투과광의 빛의 강도이고, 
는 흡수 강도이며, 
는 온도 함수인 선강도(line strength)이다. 또한, 
은 흡수 길이이고, 
는‘i’종 기체의 수밀도(number density)를 나타낸다. 그리고 아래첨자 i, j, 
는 각각 측정 대상 가스(110)의 종(species), 레이저 경로(laser paths), 파장(wavelength)을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 필터가 설치되는 측정 시험부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 측정 시험부(200)의 필터(210)의 전과 후의 광 신호(광학 신호)를 계측하기 위해 레이저 송수신부가 장착될 영역을 나타낸다. 측정 시험부(200)인 측정 셀의 중앙에 설치된 필터(210)의 전·후로 다이오드 레이저 셋을 설치하여, 필터(210) 전·후의 암모니아 농도가 줄어드는 현상을 광 흡수 신호의 변화로 확인할 수 있다. 여기서, 필터(210)의 전의 광 신호를 계측하기 위해 레이저 송수신부가 장착될 영역(220)과 필터(210)의 전의 광 신호를 계측하기 위해 레이저 송수신부가 장착될 영역(230)에 각각 다이오드 레이저 셋을 설치할 수 있다.
예를 들어 하나의 레이저 다이오드의 광 신호를 다열로 분배하고, 측정 시험부(200)의 필터(210) 전후에 각각 설치된 콜리메이터(collimator) 및 검출기(detector)를 통해 광 신호를 계측할 수 있다.
광 흡수 신호를 구하기 위해서 건조 공기 100%를 측정 시험부(200)에 제공하여 측정 대상 가스의 흡수가 나타나지 않는 스펙트럼을 구현할 수 있다.
또한, 질량 유량계를 활용하여 측정 대상 가스의 농도를 조절하고 측정 시험부에 제공할 수 있다. 측정 대상 가스의 농도를 ppm별로 나누어 캘리브레이션(calibration) 시험을 수행할 수 있다.
상기 캘리브레이션(calibration) 결과를 토대로 해당 시스템에서 필터(210)를 바꾸어 동일한 성능 테스트를 수행함으로써 측정하고자 하는 필터(210)의 소취율에 대한 성능을 해석할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치(300)는 광 송신부(310), 광 수신부(320), 흡수 신호 분해부(330), 캘리브레이션 시험부(340) 및 농도 추정부(350)를 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치(300)는 질량 유량계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 질량 유량계는 측정 대상 가스의 농도를 조절하고 측정 시험부에 제공할 수 있다.
광 송신부(310)는 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신할 수 있다. 예를 들어 광 송신부(310)는 하나의 DFB 다이오드 레이저로부터 송신되는 광 신호를 복수 개로 분배할 수 있다. 특히, 광 송신부(310)는 하나의 DFB 다이오드 레이저로부터 송신되는 광 신호를 다열로 분배할 수 있다.
광 송신부(310)는 하나의 다이오드 레이저로부터 송신되는 광 신호를 동일한 세기로 분배하여 필터의 전후에 송신하여 필터의 전후 지점에 대한 농도 계측에 활용할 수 있다.
이러한 광 송신부(310)는 광 신호를 송신하는 다이오드 레이저와, 복수 개로 분배된 광 신호를 측정 시험부로 제공하는 콜리메이터(collimator)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 필요에 따라 광 송신부(310)는 광 신호를 복수 개로 분할하기 위해 빔 스플리터(beam splitter)를 더 포함할 수도 있다.
광 수신부(320)는 다이오드 레이저에서 발생된 광 신호를 획득할 수 있다.
광 수신부(320)는 측정 시험부의 필터에 설치되는 검출기(detector)를 포함할 수 있다. 검출기(detector)는 측정 시험부의 필터의 전후에서 광 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 콜리메이터(collimator) 및 검출기(detector)는 하나의 세트로 구성되어, 측정 시험부의 필터의 전후에 각각 설치될 수 있다.
흡수 신호 분해부(330)는 획득된 광 신호의 실시간 광 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해할 수 있다.
여기서, 흡수 신호 분해부(330)는 Lambert-Beer 법칙을 활용하여 일반 공기를 제공하였을 때를 기준 신호로 두고, 측정 대상 가스의 유입이 이루어졌을 때를 측정 대상 신호로 두어 상대 비교하여 계측할 수 있다.
캘리브레이션 시험부(340)는 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록할 수 있다.
농도 추정부(350)는 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하여 획득된 흡수 스펙트럼의 변화로부터 필터의 전후의 측정 대상 가스의 농도를 추정할 수 있다.
필터의 전후로 TDLAS를 복수로 구성하여, 측정 대상 가스의 농도 정보를 상대 비교할 수 있다. TDLAS를 이용해 측정하는 센서는 파장 가변형 다이오드 레이저인 레이저 빔을 측정 영역에 쏜 후, 이를 통과해 나오는 레이저 양을 통해 가스의 농도를 측정할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법은, 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 단계(S120), 다이오드 레이저에서 발생된 광 신호를 획득하는 단계(S130), 획득된 광 신호의 광 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해하는 단계(S140), 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하는 단계(S150), 및 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하여 획득된 흡수 스펙트럼의 변화로부터 필터의 전후의 측정 대상 가스의 농도를 추정하는 단계(S160)를 포함하여 이루어질 수 있다.
질량 유량계를 이용하여 측정 대상 가스의 농도를 조절하고 측정 시험부에 제공하는 단계(S110)를 더 포함할 수 있다.
한편, 광 신호의 송수신을 위해 측정 시험부의 필터의 전후에 각각 콜리메이터(collimator) 및 검출기(detector) 세트를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법의 각 단계를 설명한다.
일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법은 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 장치를 통해 수행될 수 있다.
먼저, 광 신호의 송수신을 위해 측정 시험부의 필터 전후에 콜리메이터(collimator)와 검출기(detector)를 복수 설치할 수 있다. 즉, 측정 시험부의 필터의 전후에 각각 콜리메이터(collimator) 및 검출기(detector) 세트를 설치할 수 있다.
그리고 단계(S110)에서, 질량 유량계를 이용하여 측정 대상 가스의 농도를 조절하고 측정 시험부에 제공할 수 있다.
단계(S120)에서, 광 송신부는 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신할 수 있다.
광 송신부는 하나의 DFB 다이오드 레이저로부터 송신되는 광 신호를 복수 개로 분배할 수 있다. 예컨대, 한 개의 DFB 다이오드 레이저에서 다열로 분배할 수 있다. 보다 구체적으로, 광 송신부는 하나의 다이오드 레이저로부터 송신되는 광 신호를 동일한 세기로 분배하여 필터의 전후에 송신하여 필터의 전후 지점에 대한 농도 계측에 활용할 수 있다.
단계(S130)에서, 광 수신부는 다이오드 레이저에서 발생된 광 신호를 획득할 수 있다.
단계(S140)에서, 흡수 신호 분해부는 획득된 광 신호의 광 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해할 수 있다.
흡수 신호 분해부는 Lambert-Beer 법칙을 활용하여 일반 공기를 제공하였을 때를 기준 신호로 두고, 측정 대상 가스의 유입이 이루어졌을 때를 측정 대상 신호로 두어 상대 비교하여 계측할 수 있다.
단계(S150)에서, 캘리브레이션 시험부는 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록할 수 있다.
단계(S160)에서, 농도 추정부는 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하여 획득된 흡수 스펙트럼의 변화로부터 필터의 전후의 측정 대상 가스의 농도를 추정할 수 있다. 즉, 농도 추정부는 필터 전후 유동이 있는 상황에서 측정된 캘리브레이션(calibration) 시험 결과를 토대로 필터 전후의 유동이 있는 상황에서의 흡수 스펙트럼 변화로부터 측정 지점의 농도를 추정할 수 있다.
이와 같이 필터의 전후로 TDLAS를 복수로 구성하여 측정 대상 가스의 농도 정보를 상대 비교함으로써, 필터의 전후 유동이 있는 상황에서도 정밀한 농도 계측이 가능하다.
또한, 측정 대상인 가스의 흐름이 유지되는 상태에서 필터의 전후의 가스의 농도 확인을 통해 실시간으로 필터의 탈취 성능을 분석함으로써, 보다 신뢰성 있는 결과를 제공할 수 있다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (15)
- 질량 유량계를 이용하여 측정 대상 가스의 농도를 조절하고 측정 시험부에 제공하는 단계;
상기 측정 대상 가스가 흐르는 상기 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 단계;
상기 다이오드 레이저에서 발생된 광 신호를 획득하는 단계;
획득된 상기 광 신호의 광 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해하는 단계;
상기 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하는 단계; 및
상기 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하여 획득된 흡수 스펙트럼의 변화로부터 상기 필터의 전후의 상기 측정 대상 가스의 농도를 추정하는 단계
를 포함하고,
상기 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 단계는,
하나의 다이오드 레이저로부터 송신되는 상기 광 신호를 동일한 세기로 분배하여 상기 필터의 전후에 송신하여 상기 필터의 전후 지점에 대한 농도 계측에 활용하며,
상기 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하는 단계는,
상기 측정 대상 가스의 농도를 ppm별로 나누어 상기 캘리브레이션 시험을 수행하여 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하고,
상기 필터의 전후로 TDLAS를 복수로 구성하여, 상기 측정 대상 가스의 농도 정보를 상대 비교하는 것
을 특징으로 하는, 필터 성능 분석 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광 신호의 송수신을 위해 상기 측정 시험부의 필터의 전후에 각각 콜리메이터(collimator) 및 검출기(detector) 세트를 설치하는 단계
를 더 포함하는, 필터 성능 분석 방법. - 제1항에 있어서,
상기 측정 대상 가스가 흐르는 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 단계는,
하나의 DFB 다이오드 레이저로부터 송신되는 상기 광 신호를 복수 개로 분배하는 것
을 특징으로 하는, 필터 성능 분석 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광 신호의 광학 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해하는 단계는,
Lambert-Beer 법칙을 활용하여 일반 공기를 제공하였을 때를 기준 신호로 두고, 측정 대상 가스의 유입이 이루어졌을 때를 측정 대상 신호로 두어 상대 비교하여 계측하는 것
을 특징으로 하는, 필터 성능 분석 방법. - 삭제
- 삭제
- 측정 대상 가스의 농도를 조절하고 측정 시험부에 제공하는 질량 유량계;
상기 측정 대상 가스가 흐르는 상기 측정 시험부의 필터에 다이오드 레이저를 이용하여 광 신호를 송신하는 광 송신부;
상기 다이오드 레이저에서 발생된 광 신호를 획득하는 광 수신부;
획득된 상기 광 신호의 광 스펙트럼의 변화로부터 흡수 신호를 분해하는 흡수 신호 분해부;
상기 필터의 전후의 가스 유동이 있는 상황에서 캘리브레이션(calibration) 시험을 통해 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하는 캘리브레이션 시험부; 및
상기 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하여 획득된 흡수 스펙트럼의 변화로부터 상기 필터의 전후의 상기 측정 대상 가스의 농도를 추정하는 농도 추정부
를 포함하고,
상기 광 송신부는,
하나의 다이오드 레이저로부터 송신되는 상기 광 신호를 동일한 세기로 분배하여 상기 필터의 전후에 송신하여 상기 필터의 전후 지점에 대한 농도 계측에 활용하며,
상기 캘리브레이션 시험부는,
상기 측정 대상 가스의 농도를 ppm별로 나누어 상기 캘리브레이션 시험을 수행하여 각 농도별 흡수 신호의 세기를 기록하고,
상기 필터의 전후로 TDLAS를 복수로 구성하여, 상기 측정 대상 가스의 농도 정보를 상대 비교하는 것
을 특징으로 하는, 필터 성능 분석 장치. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 광 송신부는,
상기 측정 시험부의 필터에 설치되는 콜리메이터(collimator)를 포함하고,
상기 광 수신부는,
상기 측정 시험부의 필터에 설치되는 검출기(detector)를 포함하며,
상기 콜리메이터(collimator) 및 상기 검출기(detector)는 하나의 세트로 구성되어, 상기 측정 시험부의 필터의 전후에 각각 설치되는 것
을 특징으로 하는, 필터 성능 분석 장치. - 제9항에 있어서,
상기 광 송신부는,
하나의 DFB 다이오드 레이저로부터 송신되는 상기 광 신호를 복수 개로 분배하는 것
을 특징으로 하는, 필터 성능 분석 장치. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 흡수 신호 분해부는,
Lambert-Beer 법칙을 활용하여 일반 공기를 제공하였을 때를 기준 신호로 두고, 측정 대상 가스의 유입이 이루어졌을 때를 측정 대상 신호로 두어 상대 비교하여 계측하는 것
을 특징으로 하는, 필터 성능 분석 장치. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200022639A KR102252560B1 (ko) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200022639A KR102252560B1 (ko) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102252560B1 true KR102252560B1 (ko) | 2021-05-17 |
Family
ID=76157891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200022639A KR102252560B1 (ko) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102252560B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230082362A (ko) * | 2021-12-01 | 2023-06-08 | 주식회사 지스코 | 탈질설비의 필터 성능시험 장치 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096561A (ja) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Fuji Electric Systems Co Ltd | レーザ式ガス分析計の校正装置 |
| KR101288784B1 (ko) * | 2008-12-08 | 2013-07-22 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 배기 가스 정화 장치 |
| KR101460874B1 (ko) * | 2010-06-24 | 2014-11-11 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 암모니아 화합물 농도 계측 장치 및 암모니아 화합물 농도 계측 방법 |
| KR101785896B1 (ko) * | 2017-03-28 | 2017-10-13 | 한국해양대학교 산학협력단 | Tdlas 기반 레이저 빔 3차원 배열을 이용한 가스의 온도, 농도 및 속도 분포 동시 측정 방법 및 시스템 |
| KR101913216B1 (ko) | 2017-10-25 | 2018-10-31 | 한국원자력연구원 | 가스 탐지 장치 및 가스 탐지 방법 |
-
2020
- 2020-02-25 KR KR1020200022639A patent/KR102252560B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096561A (ja) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Fuji Electric Systems Co Ltd | レーザ式ガス分析計の校正装置 |
| KR101288784B1 (ko) * | 2008-12-08 | 2013-07-22 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 배기 가스 정화 장치 |
| KR101460874B1 (ko) * | 2010-06-24 | 2014-11-11 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 암모니아 화합물 농도 계측 장치 및 암모니아 화합물 농도 계측 방법 |
| KR101785896B1 (ko) * | 2017-03-28 | 2017-10-13 | 한국해양대학교 산학협력단 | Tdlas 기반 레이저 빔 3차원 배열을 이용한 가스의 온도, 농도 및 속도 분포 동시 측정 방법 및 시스템 |
| KR101913216B1 (ko) | 2017-10-25 | 2018-10-31 | 한국원자력연구원 | 가스 탐지 장치 및 가스 탐지 방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230082362A (ko) * | 2021-12-01 | 2023-06-08 | 주식회사 지스코 | 탈질설비의 필터 성능시험 장치 |
| KR102635844B1 (ko) | 2021-12-01 | 2024-02-13 | 주식회사 지스코 | 탈질설비의 필터 성능시험 장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6786752B2 (ja) | フォトサーマル干渉装置および方法 | |
| Washenfelder et al. | Broadband measurements of aerosol extinction in the ultraviolet spectral region | |
| US9939376B2 (en) | Method for calibration-free scanned-wavelength modulation spectroscopy for gas sensing | |
| US7710566B2 (en) | Method and apparatus for photoacoustic measurements | |
| US9523637B2 (en) | Thermal selectivity multivariate optical computing | |
| EP2669660B1 (en) | Method and apparatus for remote detection of ethanol vapors in the atmosphere | |
| US8268493B2 (en) | Fiber optic based in-situ diagnostics for PEM fuel cells | |
| KR20040086152A (ko) | 기상관측 라이더 시스템 | |
| US8872133B2 (en) | Device for measuring the fluorescence of a medium | |
| JP2009510480A (ja) | ２線のガス分光法の較正 | |
| US9347878B2 (en) | Method and apparatus for external cavity laser absorption spectroscopy | |
| US9423350B2 (en) | Method and device for determining a concentration | |
| CN104903704A (zh) | 进行水汽测定的可调谐二极管激光吸收光谱 | |
| KR20080085747A (ko) | 가스 농도의 정량 분석 방법 및 장치 | |
| KR102252560B1 (ko) | 광학 측정 방식을 이용한 실시간 필터 성능 분석 방법 및 장치 | |
| WO1999015880A1 (en) | Spectroscopic analysis of samples with turbidity and high absorbance | |
| CN107064119A (zh) | 用于监视光学传感器的光源的器件 | |
| EP1069426A1 (en) | Method and device for measuring concentration of absorbing component of scattering/absorbing body | |
| US9007592B2 (en) | Gas analyzer | |
| US10739255B1 (en) | Trace moisture analyzer instrument, gas sampling and analyzing system, and method of detecting trace moisture levels in a gas | |
| KR20040064506A (ko) | 다이오드 레이저를 이용한 계측시스템 | |
| US20170010208A1 (en) | Device and method for determining the concentration of at least one gas in a sample gas stream by means of infrared absorption spectroscopy | |
| US11137351B2 (en) | Trace chemical concentration measurement using mid-infrared absorption spectroscopy in a highly absorbing medium | |
| JP6750410B2 (ja) | レーザ式ガス分析装置 | |
| JP2008134076A (ja) | ガス分析装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |