KR102293020B1 - 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
차량의 배기가스 중에 매연이 포함된 경우 상기 매연에 의하여 측정에 사용하는 적외선과 자외선이 차단되어, 전체적으로 수광되는 신호의 크기가 작아지는 문제가 있다. 그런데 필터를 사용하여 선택된 파장만을 측정하여 가스의 종류와 농도를 측정하는 방법에서는 필터의 해당 파장에서의 광흡수가 높은 것으로 측정되어 실제보다 높은 농도로 가스가 측정될 우려가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 실시간으로 차량이 운행하는 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 타측 방향으로 배기가스 분석 광원을 조사하는 광송신부; 및 상기 차로의 폭 방향 타측에 설치되어 상기 광송신부에서 조사된 광원을 상기 차로의 폭 방향 일측으로 반사하는 반사부; 및 상기 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 상기 반사부에서 반사된 광원을 수신하여 광원을 분석하는 광수신부를 포함하며,
상기 광송신부는, 적외선을 조사하는 적외선 조사기; 및 자외선을 조사하는 자외선 조사기를 포함하고, 상기 광수신부에서 측정된 배기가스에 포함된 매연의 농도를 이용하여 상기 배기가스에 포함된 가스의 농도를 교정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 차량에서 매연이 많이 배출되는 경우에도 정확하게 배기가스에 포함된 가스의 농도를 측정하는 효과가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 실시간으로 차량이 운행하는 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 타측 방향으로 배기가스 분석 광원을 조사하는 광송신부; 및 상기 차로의 폭 방향 타측에 설치되어 상기 광송신부에서 조사된 광원을 상기 차로의 폭 방향 일측으로 반사하는 반사부; 및 상기 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 상기 반사부에서 반사된 광원을 수신하여 광원을 분석하는 광수신부를 포함하며,
상기 광송신부는, 적외선을 조사하는 적외선 조사기; 및 자외선을 조사하는 자외선 조사기를 포함하고, 상기 광수신부에서 측정된 배기가스에 포함된 매연의 농도를 이용하여 상기 배기가스에 포함된 가스의 농도를 교정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 차량에서 매연이 많이 배출되는 경우에도 정확하게 배기가스에 포함된 가스의 농도를 측정하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 차량에서 배출되는 배기가스의 성분을 검출하는 차량의 배기가스 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정 대상 차량의 배기가스가 배출되는 도로 상에 적외선과 자외선을 조사하고 배기가스를 경유한 적외선과 자외선의 수신을 통해 배기가스 오염물질을 검출하여 도로 상에서 운행 중인 자동차에서 배출되는 배기가스의 오염물질 성분을 실시간으로 측정하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명 이전의 선행기술로는 차량이 도로에서 운행되는 배출가스를 도로 상에 적외선과 자외선을 조사하고 배기가스를 경유한 적외선과 자외선의 수신을 통해 배기가스 오염물질을 검출하여 도로 상에서 운행 중인 자동차에서 배출되는 배기가스의 오염물질 성분을 실시간으로 측정하는 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로는 시험실로 입고되어 차대동력계 위에서 구동시키거나, 정차상태에서 엔진만 가동하는 무부하 상태에서 차량의 배기구에 측정용 프로브를 삽입 후 배기가스의 일부분을 채취하여 배기가스 분석기 내의 측정 셀에 배기가스를 흡입시켜 측정하는 방식이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로는 시험실로 입고되어 차대동력계 위에서 구동시키거나, 정차상태에서 엔진만 가동하는 무부하 상태에서 차량의 배기구에 측정용 프로브를 삽입 후 배기가스의 일부분을 채취하여 배기가스 분석기 내의 측정 셀에 배기가스를 흡입시켜 측정하는 방식이 개시되어 있다.
상기 선행기술 1에 제시된 기술은 가장 최신의 기술로 도로상에서 운행하는 차량의 배기가스 성분을 적외선과 자외선을 이용하여 배기가스의 성분을 측정하는 기술이다. 그런데, 차량의 배기가스 중에 매연이 포함된 경우 상기 매연에 의하여 측정에 사용하는 적외선과 자외선이 차단되어, 전체적으로 수광되는 신호의 크기가 작아지는 문제가 있다. 그런데 전체 파장대역을 스캔하여 측정하는 경우 이러한 점을 고려하여 측정된 신호를 보정할 수 있으나, 필터를 사용하여 선택된 파장만을 측정하여 가스의 종류와 농도를 측정하는 방법에서는 필터의 해당 파장에서의 광흡수가 높은 것으로 측정되어 실제보다 높은 농도로 가스가 측정될 우려가 있다.
본 발명은 배기가스에 포함된 매연에 의한 배기가스 성분의 측정오차를 줄이기 위한 방법을 개발하고자 하였다.
본 발명은 배기가스에 포함된 매연에 의한 배기가스 성분의 측정오차를 줄이기 위한 방법을 개발하고자 하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 하기의 과제해결 수단을 제공한다.
실시간으로 차량이 운행하는 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 타측 방향으로 배기가스 분석 광원을 조사하는 광송신부;
상기 차로의 폭 방향 타측에 설치되어 상기 광송신부에서 조사된 광원을 상기 차로의 폭 방향 일측으로 반사하는 반사부; 및
상기 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 상기 반사부에서 반사된 광원을 수신하여 광원을 분석하는 광수신부;를 포함하며,
상기 광송신부는, 적외선을 조사하는 적외선 조사기; 및 자외선을 조사하는 자외선 조사기를 포함하고,
상기 광수신부에서 측정된 배기가스에 포함된 매연의 농도를 이용하여 상기 배기가스에 포함된 가스의 농도를 교정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광송신부에서 발생한 빛을 확장하여 상기 반사부에 전달하도록 일측 방향으로 오목하게 형성된 제1 곡률미러; 를 포함하며, 상기 광송신부는 상기 제1 곡률미러를 향해 빛을 조사하는, 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광수신부는, 상기 반사부를 통해 반사된 적외선을 수신하는 적외선 수신기; 상기 반사부를 통해 반사된 자외선을 수신하는 자외선 수신기를 포함하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광수신부는, 상기 제2 곡률미러에서 집광된 빛을 적외선 및 자외선을 각각 분리하여 적외선은 상기 적외선 수신기에 전달하고, 자외선은 상기 자외선 수신기에 전달하도록, 상기 빛을 분광하여 전달하는 분광부를 포함하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 자외선 수신기에서 수신된 신호를 이용하여 상기 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 중에 포함된 매연의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 측정된 상기 매연의 농도를 이용하여 상기 자외선 수신기와 상기 적외선 수신기에서 측정된 배기가스 신호의 크기를 교정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법에 있어서,
상기 광송신부에서 자외선, 백색광 및 적외선을 동시에 또는 설정시간 간격으로 조사하는 광조사단계; 및
상기 광조사단계에서 조사된 빛이 운행 중인 차량의 배기가스 배출 영역을 투과하여 반사부를 거쳐 광수신부에서 측정되는 측정단계; 및
상기 측정단계에서 적외선대역의 측정결과로 CO2 검출을 위한 4,25 마이크로미터 신호, CO 검출을 위한 4.7 마이크로미터 신호, HC 검출을 위한 3.34마이크로미터 신호 및 상기 세 가지 가스의 영향을 받지 않는 3.80마이크로미터 신호를 이용하여 상기 3 가지 가스의 농도를 계산하는 적외선 반응 가스농도계산단계; 및
상기 측정단계에서 자외선대역의 측정결과로 NO와 매연의 농도를 측정하기 위하여 분광계(Embed Spectrometer)를 이용하여 NO와 매연의 농도를 계산하는 자외선 반응가스농도계산단계; 및
계산된 매연농도를 이용하여 상기 적외선 반응 가스농도계산단계에서 계산된 결과와 상기 자외선 반응가스농도계산단계에서 계산된 NO의 측정결과를 상기 매연의 농도에 의하여 왜곡된 크기만큼 보정하는 매연측정결과를 이용한 배기가스 측정결과보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법을 제공한다.
실시간으로 차량이 운행하는 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 타측 방향으로 배기가스 분석 광원을 조사하는 광송신부;
상기 차로의 폭 방향 타측에 설치되어 상기 광송신부에서 조사된 광원을 상기 차로의 폭 방향 일측으로 반사하는 반사부; 및
상기 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 상기 반사부에서 반사된 광원을 수신하여 광원을 분석하는 광수신부;를 포함하며,
상기 광송신부는, 적외선을 조사하는 적외선 조사기; 및 자외선을 조사하는 자외선 조사기를 포함하고,
상기 광수신부에서 측정된 배기가스에 포함된 매연의 농도를 이용하여 상기 배기가스에 포함된 가스의 농도를 교정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광송신부에서 발생한 빛을 확장하여 상기 반사부에 전달하도록 일측 방향으로 오목하게 형성된 제1 곡률미러; 를 포함하며, 상기 광송신부는 상기 제1 곡률미러를 향해 빛을 조사하는, 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광수신부는, 상기 반사부를 통해 반사된 적외선을 수신하는 적외선 수신기; 상기 반사부를 통해 반사된 자외선을 수신하는 자외선 수신기를 포함하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 광수신부는, 상기 제2 곡률미러에서 집광된 빛을 적외선 및 자외선을 각각 분리하여 적외선은 상기 적외선 수신기에 전달하고, 자외선은 상기 자외선 수신기에 전달하도록, 상기 빛을 분광하여 전달하는 분광부를 포함하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 자외선 수신기에서 수신된 신호를 이용하여 상기 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 중에 포함된 매연의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 측정된 상기 매연의 농도를 이용하여 상기 자외선 수신기와 상기 적외선 수신기에서 측정된 배기가스 신호의 크기를 교정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법에 있어서,
상기 광송신부에서 자외선, 백색광 및 적외선을 동시에 또는 설정시간 간격으로 조사하는 광조사단계; 및
상기 광조사단계에서 조사된 빛이 운행 중인 차량의 배기가스 배출 영역을 투과하여 반사부를 거쳐 광수신부에서 측정되는 측정단계; 및
상기 측정단계에서 적외선대역의 측정결과로 CO2 검출을 위한 4,25 마이크로미터 신호, CO 검출을 위한 4.7 마이크로미터 신호, HC 검출을 위한 3.34마이크로미터 신호 및 상기 세 가지 가스의 영향을 받지 않는 3.80마이크로미터 신호를 이용하여 상기 3 가지 가스의 농도를 계산하는 적외선 반응 가스농도계산단계; 및
상기 측정단계에서 자외선대역의 측정결과로 NO와 매연의 농도를 측정하기 위하여 분광계(Embed Spectrometer)를 이용하여 NO와 매연의 농도를 계산하는 자외선 반응가스농도계산단계; 및
계산된 매연농도를 이용하여 상기 적외선 반응 가스농도계산단계에서 계산된 결과와 상기 자외선 반응가스농도계산단계에서 계산된 NO의 측정결과를 상기 매연의 농도에 의하여 왜곡된 크기만큼 보정하는 매연측정결과를 이용한 배기가스 측정결과보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법을 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 차량에서 매연이 많이 배출되는 경우 상기 매연에 의하여 센서에서 수광되는 신호가 작아짐으로 인하여 상기 차량의 배기가스에 포함된 측정 대상 가스의 농도가 높게 측정되는 문제를 해결함으로써, 정확한 배기가스 농도 측정이 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 운행 중인 차량의 배기가스 측정장치
도 2은 본 발명의 운행 중인 차량의 배기가스 구성도
도 3은 본 발명의 운행 중인 차량의 배기가스 측정예시
도 4는 본 발명의 매연이 많은 운행 중인 차량의 배기가스 측정예시
도 2은 본 발명의 운행 중인 차량의 배기가스 구성도
도 3은 본 발명의 운행 중인 차량의 배기가스 측정예시
도 4는 본 발명의 매연이 많은 운행 중인 차량의 배기가스 측정예시
본 발명의 작용효과를 도면을 이용하여 설명하면 하기와 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 광송신부(100)와 광수신부(300)는 단일의 함체 상의 케이스(500)에 구비될 수 있다. 광송신부(100)에서 조사된 광원은 케이스(500)의 타측면에 구비된 제1 유리(510)를 통해 반사부(200)에 전달되며, 반사부(200)를 통해 반사된 광원은 제1 유리(510)에 인접하여 구비된 제2 유리(510)를 통해 광수신부(300)에 전달된다.
광송신부(100)는 자외선 조사기(110), 적외선 조사기(120), 제1 콜드미러(130), 제1 곡률미러(140)를 포함하여 구성된다. 광송신부(100)에서 조사되는 배기가스 분석 광원으로 본 발명의 측정 장치(1000)는 자외선과, 적외선을 이용한다.
따라서 자외선 조사기(110)는 자외선을 차로의 폭 방향을 따라 조사하기 위한 구성으로 통상의 UV램프가 적용될 수 있다. 더욱 상세하게 185~400nm 까지 파장의 자외선 조사가 가능하고, UV 영역에 방해가 되지 않는 유리커버가 장착된 중수소 램프(deuterium lamp)가 적용될 수 있다.
또한, 적외선 조사기(120)는 적외선을 차로의 폭 방향을 따라 조사하기 위한 구성으로 적외선 광원은 측정대상의 오픈된 공간에서 수분, 먼지 등 다양한 방해 조건에서도 충분한 적외선 광원의 전달이 가능하여 광원의 감쇄에 영향이 가지 않도록 DC12V/20W 의 소모 전력을 가지며, 적외선 조사 시 1100도 까지 가열이 가능한 적외선 조사기가 적용될 수 있다.
이때 자외선 조사기(110)와 적외선 조사기(120)는 동일한 영역에 배치할 수 없기 때문에 자외선 조사기(110)와 적외선 조사기(120)에서 조사되는 자외선과 적외선은 동일선상에 위치시킬 수 없다. 따라서 본 발명은 자외선은 반사시키고 적외선은 투과시키는 특성을 갖는 콜드미러를 이용하여 자외선과 적외선을 동일 선상에 조사하도록 구성한다.
즉 광송신부(100)는 제1 콜드미러(130)를 포함하며, 제1 콜드미러(130)를 통해 반사되는 자외선과, 제1 콜드미러(130)를 통해 투과되는 적외선이 동일선상에 위치하도록 자외선 조사기(110)와 적외선 조사기(120)를 배치시킨다. 제1 콜드 미러(130)를 통해 전달되는 자외선과 적외선은 케이스(500) 내부의 일측에 배치된 제1 곡률미러(140)의 중심에 조사되도록 구성된다. 일예로 자외선 파장영역 (200nm~380nm)은 반사하고, 적외선 파장영역 (600nm 이상)은 투과하는 콜드미러를 적용하였다. 제1 곡률미러(140)는 전달되는 자외선과 적외선을 확장하여 제1 유리 (510)에 반사하기 위한 구성으로 케이스(500) 내부의 일측에 배치된다. 제1 곡률 미러(140)는 타면에 반사면이 형성되고, 반사면은 일측으로 오목한 형태를 갖는 오목 미러일 수 있다. 상기와 같이 확장된 배기가스 분석 광원은 차로의 폭 방향을 따라 배기가스를 경유한 후 반사부(200)에 전달된다. 이는 측정 대상 차량에서 배출되어 확장되는 배기가스 오염물질의 손실을 최소화 하여 측정하기 위함으로 3인치 (76.20mm) 구경의 빛을 일직선화하여 반사부(200)에 송신 가능하도록 파라볼릭 미러가 적용될 수 있다. 또한, 제1 곡률미러(140)는 자외선과 적외선 광원의 반사율을 최대화하기 위하여 자외선 흡수영역과 적외선 흡수 영역을 모두 만족하는 재질로 코팅될 수 있다.
반사부(200)는 복수 개의 평면미러로 구성되며, 상기 광원을 차로의 길이 방향으로 반사하는 제1 반사미러(210)와, 제1 반사미러(210)에서 상기 차로의 길이 방향으로 일정거리 이격 배치되며, 제1 반사미러(210)에서 반사된 광원을 광수신부 (300)로 반사하는 제2 반사 미러(220)로 구성된다. 따라서 제1 반사미러(210)와 제2 반사미러(220)의 이격거리는 광송신부(100)와 광수신부(300)의 이격거리에 대응될 수 있다.
이때 제2 반사미러(220)는 제1 반사미러(210)의 설치 오차에 관계없이 일정한 위치로 광원을 반사시키도록 다음과 같은 구성을 갖는다. 도 2를 참조하면, 제2 반사미러(220)는 상측미러(221)와 하측미러(222)를 포함하여 구성된다. 상측미러(221)는 제2 반사미러(222)의 상측에 배치되어 하단에서 상방으로 갈수록 차로 방향으로 기울어지게 형성된다. 하측미러(222)는 제2 반사미러(220)의 하측에 배치되어, 상단이 상측미러(221)의 하단에 맞닿도록 구성된다. 하측미러(222)는 상단에서 하방으로 갈수록 차로 방향으로 기울어지게 형성된다. 상기와 같은
구성을 통해 제1 반사미러(210)에서 반사된 광원이 설치오차에 따라 제2 반사미러(220)의 중심이 아닌 상측이나 하측에 치우쳐 조사되어도 상측미러(221)와 하측미러(222)의 반사를 통해 광수신부(300)에 정확히 전달되도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 광수신부(300)는 적외선 수신기(310), 자외선 수신기(320), 제2 콜드미러(330), 제2 곡률미러 (340), 12각미러(351) 및 제3 곡률미러(352)를 포함하여 구성된다.
적외선 수신기(310)는 반사부(200)를 통해 반사되어 전달되는 광원의 적외선을 수신하여 분석 가능하도록 적외선 감도에 충분한 검출 능력을 갖춘 4개의 적외선 검출소자(PbSe)를 적용하였다. 적외선 수신기(310)를 통해 검출 가능한 배기가스 오염원은 CO, CO2, HC 및 기준신호가 있다.
4개의 적외선 검출소자는 각각 CO2 검출을 위한 4,25마이크로미터 신호 검출소자, CO 검출을 위한 4.7 마이크로미터 신호 검출소자, HC 검출을 위한 3.34마이크로미터 신호 검출소자 및 상술된 세 가지 신호에 간섭 받지 않는 3.80마이크로미터 신호 검출소자로 구성된다.
자외선 수신기(320)는 반사부(200)를 통해 반사되어 전달되는 광원의 자외선을 수신하여 NO 및 매연의 농도를 분석하기 위해 분광광도계(photodiode array)를 이용한 분광계(Embed Spectrometer)를 적용하였다.
반사부(200)를 통해 반사되어 차로의 폭 방향을 따라 배기가스를 다시 한 번 경유한 광원은 제2 유리(520)를 통해 제2 곡률미러(340)에 전달된다. 제2 곡률 미러(340)는 상술된 제1 곡률미러(140)와는 반대로 전달되는 확장된 광원을 집광하여 제2 콜드미러(330)에 반사하기 위한 구성으로 케이스(500) 내부의 일측에 배치된다. 제2 곡률미러(340)는 타면에 반사면이 형성되고, 반사면은 일측으로 오목한 형태를 갖는 오목미러일 수 있다. 제2 곡률미러(340)는 자외선과 적외선을 동시에 받아 집광하여 적외선 수신기(310) 및 자외선 수신기(320)에 전달하도록
3인치(76.20mm) 구경의 파라볼릭 미러가 적용될 수 있다. 또한, 제2 곡률미러(340) 역시 자외선과 적외선 광원의 반사율을 최대화하기 위하여 자외선 흡수영역과 적외선 흡수 영역을 모두 만족하는 재질로 코팅될 수 있다.
제2 콜드미러(230)는 동일선상으로 조사되는 적외선과 자외선을 서로 분리시켜 적외선 수신기(310)와 자외선 수신기(320) 각각에 전달하기 위한 구성으로, 제2 곡률미러(340)를 통해 전달되는 적외선은 투과시켜 12각 미러(351)에 전달하며, 제2 곡률미러(340)를 통해 전달되는 자외선은 반사시켜 자외선 수신기(320)에 전달한다.
12각 미러(351)는 3600rpm 으로 구동되는 모터를 통해 회전하며, 제2 콜드미러(230)를 통해 전달되는 적외선 광원을 순차적으로 제3 곡률 미러(352)를 통해 반사시켜 상술된 4개의 적외선 검출소자 각각에 전달한다.
제3 곡률미러(352)는 12각 미러(351)를 통해 전달되는 적외선 광원을 4개의 적외선 검출소자 각각에 전달하도록 4개의 적외선 검출소자에 대응되는 4개의 곡률미러로 구성될 수 있다. 또한, 제3 곡률미러(352)는 검출소자에 전달하는 적외선 영역의 파장에서 적외선 광이 흡수되지 않도록 알루미늄 코팅 처리될 수 있다.
도3은 상기와 같은 구성에 의하여 운행 중인 차량의 배기가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화탄소 및 매연을 측정하는 경우
매연이 배기가스에 적게 포함된 경우에는 상기 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소의 측정결과에 미치는 영향이 작다. 그러나, 상기 매연의 농도가 높아지면, 동일한 농도의 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소를 포함한 배기가스의 경우에 이들 측정 농도가 높게 나타난다. 이는 상기 매연의 농도가 높을수록 측정되는 신호의 크기가 작아짐으로 인하여, 각각의 가스별로 흡광도가 높게 측정되기 때문이다.
도4는 배기가스에 매연이 많이 포함된 경우를 도시하고 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 매연에 의하여 수광되는 광의 크기가 줄어듦으로써 측정 오차가 발생하는 것을 볼 수 있다.
본 발명은 상기 매연의 농도를 이용하여 상기 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소의 농도를 교정하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 광송신부에서 자외선 및 적외선을 동시에 또는 설정시간 간격으로 조사하는 광조사단계; 및
상기 광조사단계에서 조사된 빛이 운행 중인 차량의 배기가스 배출 영역을 투과하여 반사부를 거쳐 광수신부에서 측정되는 측정단계; 및
상기 측정단계에서 적외선대역의 측정결과로 CO2 검출을 위한 4,25 마이크로미터 신호, CO 검출을 위한 4.7 마이크로미터 신호, HC 검출을 위한 3.34마이크로미터 신호 및 상기 세 가지 가스의 영향을 받지 않는 3.80마이크로미터 신호를 이용하여 상기 3 가지 가스의 농도를 계산하는 적외선 반응 가스농도계산단계; 및
상기 측정단계에서 자외선대역의 측정결과로 NO와 매연의 농도를 측정하기 위하여 분광계(Embed Spectrometer)를 이용하여 NO와 매연의 농도를 계산하는 자외선 반응가스농도계산단계; 및
계산된 매연농도를 이용하여 상기 적외선 반응 가스농도계산단계에서 계산된 결과와 상기 자외선 반응가스농도계산단계에서 계산된 NO의 측정결과를 상기 매연의 농도에 의하여 왜곡된 크기만큼 보정하는 매연측정결과를 이용한 배기가스 측정결과보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법을 제공한다.
상기 매연의 농도의 자연로그 값으로 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소의 농도를 나누어 줌으로써 배기가스에 포함된 가스의 농도를 보정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법을 제공한다.
또한, 상기 측정 결과가 기준치를 넘긴 경우 상기 차로의 전방에 전광판 등의 설치하여 상기 기준치를 넘은 차량을 번호를 표시하여 차량을 안전하게 유도하여 차량의 점검 또는 기타 정보를 제공하여 차량을 수리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치의 측정방법을 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같이 광송신부(100)와 광수신부(300)는 단일의 함체 상의 케이스(500)에 구비될 수 있다. 광송신부(100)에서 조사된 광원은 케이스(500)의 타측면에 구비된 제1 유리(510)를 통해 반사부(200)에 전달되며, 반사부(200)를 통해 반사된 광원은 제1 유리(510)에 인접하여 구비된 제2 유리(510)를 통해 광수신부(300)에 전달된다.
광송신부(100)는 자외선 조사기(110), 적외선 조사기(120), 제1 콜드미러(130), 제1 곡률미러(140)를 포함하여 구성된다. 광송신부(100)에서 조사되는 배기가스 분석 광원으로 본 발명의 측정 장치(1000)는 자외선과, 적외선을 이용한다.
따라서 자외선 조사기(110)는 자외선을 차로의 폭 방향을 따라 조사하기 위한 구성으로 통상의 UV램프가 적용될 수 있다. 더욱 상세하게 185~400nm 까지 파장의 자외선 조사가 가능하고, UV 영역에 방해가 되지 않는 유리커버가 장착된 중수소 램프(deuterium lamp)가 적용될 수 있다.
또한, 적외선 조사기(120)는 적외선을 차로의 폭 방향을 따라 조사하기 위한 구성으로 적외선 광원은 측정대상의 오픈된 공간에서 수분, 먼지 등 다양한 방해 조건에서도 충분한 적외선 광원의 전달이 가능하여 광원의 감쇄에 영향이 가지 않도록 DC12V/20W 의 소모 전력을 가지며, 적외선 조사 시 1100도 까지 가열이 가능한 적외선 조사기가 적용될 수 있다.
이때 자외선 조사기(110)와 적외선 조사기(120)는 동일한 영역에 배치할 수 없기 때문에 자외선 조사기(110)와 적외선 조사기(120)에서 조사되는 자외선과 적외선은 동일선상에 위치시킬 수 없다. 따라서 본 발명은 자외선은 반사시키고 적외선은 투과시키는 특성을 갖는 콜드미러를 이용하여 자외선과 적외선을 동일 선상에 조사하도록 구성한다.
즉 광송신부(100)는 제1 콜드미러(130)를 포함하며, 제1 콜드미러(130)를 통해 반사되는 자외선과, 제1 콜드미러(130)를 통해 투과되는 적외선이 동일선상에 위치하도록 자외선 조사기(110)와 적외선 조사기(120)를 배치시킨다. 제1 콜드 미러(130)를 통해 전달되는 자외선과 적외선은 케이스(500) 내부의 일측에 배치된 제1 곡률미러(140)의 중심에 조사되도록 구성된다. 일예로 자외선 파장영역 (200nm~380nm)은 반사하고, 적외선 파장영역 (600nm 이상)은 투과하는 콜드미러를 적용하였다. 제1 곡률미러(140)는 전달되는 자외선과 적외선을 확장하여 제1 유리 (510)에 반사하기 위한 구성으로 케이스(500) 내부의 일측에 배치된다. 제1 곡률 미러(140)는 타면에 반사면이 형성되고, 반사면은 일측으로 오목한 형태를 갖는 오목 미러일 수 있다. 상기와 같이 확장된 배기가스 분석 광원은 차로의 폭 방향을 따라 배기가스를 경유한 후 반사부(200)에 전달된다. 이는 측정 대상 차량에서 배출되어 확장되는 배기가스 오염물질의 손실을 최소화 하여 측정하기 위함으로 3인치 (76.20mm) 구경의 빛을 일직선화하여 반사부(200)에 송신 가능하도록 파라볼릭 미러가 적용될 수 있다. 또한, 제1 곡률미러(140)는 자외선과 적외선 광원의 반사율을 최대화하기 위하여 자외선 흡수영역과 적외선 흡수 영역을 모두 만족하는 재질로 코팅될 수 있다.
반사부(200)는 복수 개의 평면미러로 구성되며, 상기 광원을 차로의 길이 방향으로 반사하는 제1 반사미러(210)와, 제1 반사미러(210)에서 상기 차로의 길이 방향으로 일정거리 이격 배치되며, 제1 반사미러(210)에서 반사된 광원을 광수신부 (300)로 반사하는 제2 반사 미러(220)로 구성된다. 따라서 제1 반사미러(210)와 제2 반사미러(220)의 이격거리는 광송신부(100)와 광수신부(300)의 이격거리에 대응될 수 있다.
이때 제2 반사미러(220)는 제1 반사미러(210)의 설치 오차에 관계없이 일정한 위치로 광원을 반사시키도록 다음과 같은 구성을 갖는다. 도 2를 참조하면, 제2 반사미러(220)는 상측미러(221)와 하측미러(222)를 포함하여 구성된다. 상측미러(221)는 제2 반사미러(222)의 상측에 배치되어 하단에서 상방으로 갈수록 차로 방향으로 기울어지게 형성된다. 하측미러(222)는 제2 반사미러(220)의 하측에 배치되어, 상단이 상측미러(221)의 하단에 맞닿도록 구성된다. 하측미러(222)는 상단에서 하방으로 갈수록 차로 방향으로 기울어지게 형성된다. 상기와 같은
구성을 통해 제1 반사미러(210)에서 반사된 광원이 설치오차에 따라 제2 반사미러(220)의 중심이 아닌 상측이나 하측에 치우쳐 조사되어도 상측미러(221)와 하측미러(222)의 반사를 통해 광수신부(300)에 정확히 전달되도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 광수신부(300)는 적외선 수신기(310), 자외선 수신기(320), 제2 콜드미러(330), 제2 곡률미러 (340), 12각미러(351) 및 제3 곡률미러(352)를 포함하여 구성된다.
적외선 수신기(310)는 반사부(200)를 통해 반사되어 전달되는 광원의 적외선을 수신하여 분석 가능하도록 적외선 감도에 충분한 검출 능력을 갖춘 4개의 적외선 검출소자(PbSe)를 적용하였다. 적외선 수신기(310)를 통해 검출 가능한 배기가스 오염원은 CO, CO2, HC 및 기준신호가 있다.
4개의 적외선 검출소자는 각각 CO2 검출을 위한 4,25마이크로미터 신호 검출소자, CO 검출을 위한 4.7 마이크로미터 신호 검출소자, HC 검출을 위한 3.34마이크로미터 신호 검출소자 및 상술된 세 가지 신호에 간섭 받지 않는 3.80마이크로미터 신호 검출소자로 구성된다.
자외선 수신기(320)는 반사부(200)를 통해 반사되어 전달되는 광원의 자외선을 수신하여 NO 및 매연의 농도를 분석하기 위해 분광광도계(photodiode array)를 이용한 분광계(Embed Spectrometer)를 적용하였다.
반사부(200)를 통해 반사되어 차로의 폭 방향을 따라 배기가스를 다시 한 번 경유한 광원은 제2 유리(520)를 통해 제2 곡률미러(340)에 전달된다. 제2 곡률 미러(340)는 상술된 제1 곡률미러(140)와는 반대로 전달되는 확장된 광원을 집광하여 제2 콜드미러(330)에 반사하기 위한 구성으로 케이스(500) 내부의 일측에 배치된다. 제2 곡률미러(340)는 타면에 반사면이 형성되고, 반사면은 일측으로 오목한 형태를 갖는 오목미러일 수 있다. 제2 곡률미러(340)는 자외선과 적외선을 동시에 받아 집광하여 적외선 수신기(310) 및 자외선 수신기(320)에 전달하도록
3인치(76.20mm) 구경의 파라볼릭 미러가 적용될 수 있다. 또한, 제2 곡률미러(340) 역시 자외선과 적외선 광원의 반사율을 최대화하기 위하여 자외선 흡수영역과 적외선 흡수 영역을 모두 만족하는 재질로 코팅될 수 있다.
제2 콜드미러(230)는 동일선상으로 조사되는 적외선과 자외선을 서로 분리시켜 적외선 수신기(310)와 자외선 수신기(320) 각각에 전달하기 위한 구성으로, 제2 곡률미러(340)를 통해 전달되는 적외선은 투과시켜 12각 미러(351)에 전달하며, 제2 곡률미러(340)를 통해 전달되는 자외선은 반사시켜 자외선 수신기(320)에 전달한다.
12각 미러(351)는 3600rpm 으로 구동되는 모터를 통해 회전하며, 제2 콜드미러(230)를 통해 전달되는 적외선 광원을 순차적으로 제3 곡률 미러(352)를 통해 반사시켜 상술된 4개의 적외선 검출소자 각각에 전달한다.
제3 곡률미러(352)는 12각 미러(351)를 통해 전달되는 적외선 광원을 4개의 적외선 검출소자 각각에 전달하도록 4개의 적외선 검출소자에 대응되는 4개의 곡률미러로 구성될 수 있다. 또한, 제3 곡률미러(352)는 검출소자에 전달하는 적외선 영역의 파장에서 적외선 광이 흡수되지 않도록 알루미늄 코팅 처리될 수 있다.
도3은 상기와 같은 구성에 의하여 운행 중인 차량의 배기가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화탄소 및 매연을 측정하는 경우
매연이 배기가스에 적게 포함된 경우에는 상기 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소의 측정결과에 미치는 영향이 작다. 그러나, 상기 매연의 농도가 높아지면, 동일한 농도의 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소를 포함한 배기가스의 경우에 이들 측정 농도가 높게 나타난다. 이는 상기 매연의 농도가 높을수록 측정되는 신호의 크기가 작아짐으로 인하여, 각각의 가스별로 흡광도가 높게 측정되기 때문이다.
도4는 배기가스에 매연이 많이 포함된 경우를 도시하고 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 매연에 의하여 수광되는 광의 크기가 줄어듦으로써 측정 오차가 발생하는 것을 볼 수 있다.
본 발명은 상기 매연의 농도를 이용하여 상기 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소의 농도를 교정하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 광송신부에서 자외선 및 적외선을 동시에 또는 설정시간 간격으로 조사하는 광조사단계; 및
상기 광조사단계에서 조사된 빛이 운행 중인 차량의 배기가스 배출 영역을 투과하여 반사부를 거쳐 광수신부에서 측정되는 측정단계; 및
상기 측정단계에서 적외선대역의 측정결과로 CO2 검출을 위한 4,25 마이크로미터 신호, CO 검출을 위한 4.7 마이크로미터 신호, HC 검출을 위한 3.34마이크로미터 신호 및 상기 세 가지 가스의 영향을 받지 않는 3.80마이크로미터 신호를 이용하여 상기 3 가지 가스의 농도를 계산하는 적외선 반응 가스농도계산단계; 및
상기 측정단계에서 자외선대역의 측정결과로 NO와 매연의 농도를 측정하기 위하여 분광계(Embed Spectrometer)를 이용하여 NO와 매연의 농도를 계산하는 자외선 반응가스농도계산단계; 및
계산된 매연농도를 이용하여 상기 적외선 반응 가스농도계산단계에서 계산된 결과와 상기 자외선 반응가스농도계산단계에서 계산된 NO의 측정결과를 상기 매연의 농도에 의하여 왜곡된 크기만큼 보정하는 매연측정결과를 이용한 배기가스 측정결과보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법을 제공한다.
상기 매연의 농도의 자연로그 값으로 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소의 농도를 나누어 줌으로써 배기가스에 포함된 가스의 농도를 보정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법을 제공한다.
또한, 상기 측정 결과가 기준치를 넘긴 경우 상기 차로의 전방에 전광판 등의 설치하여 상기 기준치를 넘은 차량을 번호를 표시하여 차량을 안전하게 유도하여 차량의 점검 또는 기타 정보를 제공하여 차량을 수리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치의 측정방법을 제공한다.
1000 : 배기가스 실시간 측정 장치
100 : 광송신부 110 : 자외선 조사기
120 : 적외선 조사기 130 : 제1 콜드미러
140 : 제1 곡률미러
200 : 반사부 210 : 제1 반사미러
220 : 제2 반사미러 221 : 상측미러
222 : 하측미러
300 : 광수신부 310 : 적외선 수신기
320 : 자외선 수신기 330 : 제2 콜드미러
340 : 제2 곡률미러 351 : 12각 미러
352 : 제3 곡률미러
100 : 광송신부 110 : 자외선 조사기
120 : 적외선 조사기 130 : 제1 콜드미러
140 : 제1 곡률미러
200 : 반사부 210 : 제1 반사미러
220 : 제2 반사미러 221 : 상측미러
222 : 하측미러
300 : 광수신부 310 : 적외선 수신기
320 : 자외선 수신기 330 : 제2 콜드미러
340 : 제2 곡률미러 351 : 12각 미러
352 : 제3 곡률미러
Claims (4)
- 실시간으로 차량이 운행하는 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 타측 방향으로 배기가스 분석 광원을 조사하는 광송신부;
상기 차로의 폭 방향 타측에 설치되어 상기 광송신부에서 조사된 광원을 상기 차로의 폭 방향 일측으로 반사하는 반사부; 및
상기 차로의 폭 방향 일측에 설치되어 상기 반사부에서 반사된 광원을 수신하여 광원을 분석하는 광수신부;를 포함하며,
상기 광송신부는, 적외선을 조사하는 적외선 조사기; 및 자외선을 조사하는 자외선 조사기를 포함하고,
상기 광수신부는 적외선 수신기(310), 자외선 수신기(320), 제2 콜드미러(330), 제2 곡률미러 (340), 12각미러(351) 및 제3 곡률미러(352)로 구성되며,
상기 광수신부의 상기 자외선 수신기에서 수신된 신호를 이용하여 상기 운행 중인 차량의 배기가스 중에 포함된 매연의 농도를 측정하고, 상기 자외선 수신기에서 측정된 매연의 농도를 이용하여 상기 적외선 수신기에서 측정된 배기가스의 신호의 크기를 교정하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법에 있어서,
상기 광송신부에서 자외선, 백색광 및 적외선을 동시에 또는 설정시간 간격으로 조사하는 광조사단계; 및
상기 광조사단계에서 조사된 빛이 운행 중인 차량의 배기가스 배출 영역을 투과하여 반사부를 거쳐 상기 적외선 수신기 및 상기 자외선 수신기에서 신호를 측정하는 측정단계; 및
상기 측정단계에서 적외선 수신기에서 측정된 적외선대역의 측정결과로 CO2 검출을 위한 4,25 마이크로미터 신호, CO 검출을 위한 4.7 마이크로미터 신호, HC 검출을 위한 3.34마이크로미터 신호 및 상기 세 가지 가스의 영향을 받지 않는 3.80마이크로미터 신호를 이용하여 상기 3 가지 가스의 농도를 계산하는 적외선 반응 가스농도계산단계; 및
상기 측정단계에서 자외선 수신기에서 측정된 자외선대역의 측정결과로 NO와 매연의 농도를 측정하기 위하여 분광계(Embed Spectrometer)를 이용하여 NO와 매연의 농도를 계산하는 자외선 반응가스농도계산단계; 및
상기 적외선 반응 가스농도계산단계에서 계산된 측정결과를 상기 자외선 반응가스농도계산단계에서 계산된 매연농도가 낮은 경우에는 상기 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소의 측정결과에 미치는 영향이 작지만, 측정된 상기 매연농도가 높아지면, 동일한 농도의 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소를 포함한 배기가스의 경우에 이들 가스의 측정 농도가 높게 나타나는데, 이는 상기 매연농도가 높을수록 자외선광도 차단하는 효과가 있어 적외선 수신기에서 측정되는 신호의 크기가 작아짐으로 인하여, 각각의 가스별로 흡광도가 높게 측정되는 현상 때문으로 측정된 상기 매연농도를 이용하여 상기 적외선 반응 가스농도계산단계에서 측정된 가스의 농도를 상기 매연의 농도의 자연로그 값으로 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 일산화질소의 농도를 나누어 줌으로써 배기가스에 포함된 가스의 농도를 보정하는 것을 특징으로 하는 매연 교정수단을 구비한 운행 중인 차량의 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정 교정 방법. - 삭제
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