KR102413574B1 - 개량된 굴뚝먼지 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 출원 발명은 기존의 공작에 구비된 굴뚝에 추가로 설치되어 굴뚝에서 배출되는 먼지 와 미세먼지를 구분 또는 구분하지 않고 측정하는 광산란방식을 먼지측정장치를 개선하고자 하는 것이다.
기존의 기술에서는 굴뚝에서 배출되는 먼지와 충돌한 산란광만이 측정되는 것이 아니라, 굴뚝의 벽면에 충돌한 광에서 발생하는 산란광도 함께 측정되는 문제가 있어왔다. 그러나, 굴뚝이 아닌 대기의 먼지 측정시스템 등에서는 공기 유입관을 두고 그 내부에 동일하게 광조사부와 수광부를 구비하고 있으나, 상기 유입관 내부에 광을 흡수하는 물질의 코팅 또는 페인팅을 통하여 이러한 문제를 방지하고 있으나, 굴뚝의 경우 광 흡수물질을 코팅 또는 페이팅하여도 굴뚝으로 배출되는 습기와 먼지 등이 달라붙기 때문에 동일한 효과를 기대할 수 없는 문제가 있어 이를 본 출원 발명에서 해결하고자 한다. 이를 위하여, 굴뚝; 및 상기 굴뚝의 일측에 구비되는 수광센서(200); 및 상기 수광센서(200)에서 상기 굴뚝으로 배출되는 배출가스에 포함된 먼지에 의하여 산란되는 광을 측정하기 위하여 광을 발생하는 광원(300); 및 상기 굴뚝에서 배출되는 배출가스의 속도를 측정하여 배출되는 먼지의 양을 계산하기 위한 배출가스 유속센서; 및 상기 광원(300)을 제어하고, 상기 수광센서에서 측정된 산란광 신호와 유속센서에서 측정된 유속신호를 이용하여 배출가스에 포함된 먼지 농도를 계산하는 제어부 및 입력부와 표시부를 구비한 개선된 굴뚝미세먼지 측정장치에 있어서, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 굴뚝의 벽면에서 반사되어 상기 수광센서에서 측정되는 신호를 보정하기 위하여 추가적으로 구비되는 추가광원을 더 구비한 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 제공한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 굴뚝의 내부에 설치되어 굴뚝에서 배출되는 배출가스에 포함된 먼지를 산란광 방식으로 측정하는 굴뚝 먼지 측정장치에서 먼지에 의한 산란광 이외에 굴뚝의 내벽에서 반사되는 산란광에 의한 측정 오차를 최소화하는 효과가 있는 발명이다.
기존의 기술에서는 굴뚝에서 배출되는 먼지와 충돌한 산란광만이 측정되는 것이 아니라, 굴뚝의 벽면에 충돌한 광에서 발생하는 산란광도 함께 측정되는 문제가 있어왔다. 그러나, 굴뚝이 아닌 대기의 먼지 측정시스템 등에서는 공기 유입관을 두고 그 내부에 동일하게 광조사부와 수광부를 구비하고 있으나, 상기 유입관 내부에 광을 흡수하는 물질의 코팅 또는 페인팅을 통하여 이러한 문제를 방지하고 있으나, 굴뚝의 경우 광 흡수물질을 코팅 또는 페이팅하여도 굴뚝으로 배출되는 습기와 먼지 등이 달라붙기 때문에 동일한 효과를 기대할 수 없는 문제가 있어 이를 본 출원 발명에서 해결하고자 한다. 이를 위하여, 굴뚝; 및 상기 굴뚝의 일측에 구비되는 수광센서(200); 및 상기 수광센서(200)에서 상기 굴뚝으로 배출되는 배출가스에 포함된 먼지에 의하여 산란되는 광을 측정하기 위하여 광을 발생하는 광원(300); 및 상기 굴뚝에서 배출되는 배출가스의 속도를 측정하여 배출되는 먼지의 양을 계산하기 위한 배출가스 유속센서; 및 상기 광원(300)을 제어하고, 상기 수광센서에서 측정된 산란광 신호와 유속센서에서 측정된 유속신호를 이용하여 배출가스에 포함된 먼지 농도를 계산하는 제어부 및 입력부와 표시부를 구비한 개선된 굴뚝미세먼지 측정장치에 있어서, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 굴뚝의 벽면에서 반사되어 상기 수광센서에서 측정되는 신호를 보정하기 위하여 추가적으로 구비되는 추가광원을 더 구비한 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 제공한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 굴뚝의 내부에 설치되어 굴뚝에서 배출되는 배출가스에 포함된 먼지를 산란광 방식으로 측정하는 굴뚝 먼지 측정장치에서 먼지에 의한 산란광 이외에 굴뚝의 내벽에서 반사되는 산란광에 의한 측정 오차를 최소화하는 효과가 있는 발명이다.
Description
본 출원 발명은 광산란 방식의 먼지 측정 장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 굴뚝에 설치하는 광산란 방식의 먼지 측정장치에 관한 것이다.
본 출원 발명의 출원 이전의 선행기술로 미세먼지 측정장치 및 미세먼지 측정방법이 개시되어 있다. 이 기술에서는 굴뚝인 미세먼지유동덕트 내부의 소정 위치의 유동단면에 광을 확산시키고, 이 유동단면에 광이 확산되어 만들어진 광확산영역 중 적어도 영역에 대해 광이 미세먼지에 의해 산란된 산란광을 이미지화하여 미세먼지의 양을 측정하는 기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로 응축성 미세먼지를 포함하는 굴뚝 미세먼지의 연속측정장치 및 유해중금속을 포함한 다이옥신 연속포집장치가 구비된 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는 굴뚝 내 배출가스시료를 등속으로 채취하도록 구성되는 시료 제1 등속 채취부; 외부 공기(2)로부터 희석 공기를 생성하도록 구성되는 희석 공기 생성부; 및 상기 배출가스시료와 상기 희석 공기의 혼합시료가스를 대기 조건으로 모사하도록 구성되는 대기조건반응챔버를 포함한 기술이 개시되어 있다.
본 출원 발명은 기존의 공장에 구비된 굴뚝에 추가로 설치되어 굴뚝에서 배출되는 먼지와 미세먼지를 구분 또는 구분하지 않고 측정하는 광산란방식의 먼지측정장치의 측정 정밀도를 개선하고자 하는 것이다. 도1에 도시된 바와 같이 굴뚝에 구비되는 광산란방식의 먼지 또는 미세먼지 측정 시스템은 광조사부 수광부로 구성되어 광을 조사하고 조사된 광이 먼지 또는 미세먼지와 충돌 후 여러 방향으로 산란되는 산란광을 수광센서부에서 측정하고, 측정되는 광의 세기에 따라 먼지 또는 미세먼지의 양을 측정하는 방식이다. 그러나 기존에는 도1에 도시된 바와 같이 먼지와 충돌한 산란광만이 측정되는 것이 아니라, 굴뚝의 벽면에 충돌한 광에서 발생하는 산란광도 함께 측정되는 문제가 있어왔다. 그러나, 굴뚝이 아닌 대기의 먼지 측정시스템 등에서는 공기 유입관을 두고 그 내부에 동일하게 광조사부와 수광센서부를 구비하고 있으나, 상기 유입관 내부에 광을 흡수하는 물질의 코팅 또는 페인팅을 통하여 이러한 문제를 방지하고 있으나, 굴뚝의 경우 광 흡수물질을 코팅 또는 페이팅하여도 굴뚝으로 배출되는 습기와 먼지 등이 달라붙기 때문에 동일한 효과를 기대할 수 없는 문제가 있어 이를 본 출원 발명에서 해결하고자 한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 다음의 과제해결 수단을 제공한다.
굴뚝 및
상기 굴뚝의 일측에 구비되는 수광센서(200); 및
상기 수광센서(200)에서 상기 굴뚝으로 배출되는 배출가스에 포함된 먼지에 의하여 산란되는 광을 측정하기 위하여 광을 발생하는 광원(300); 및
상기 굴뚝에서 배출되는 배출가스의 속도를 측정하여 배출되는 먼지의 양을 계산하기 위한 배출가스 유속센서; 및
상기 광원(300)을 제어하고, 상기 수광센서에서 측정된 산란광 신호와 유속센서에서 측정된 유속신호를 이용하여 배출가스에 포함된 먼지 농도를 계산하는 제어부 및 입력부와 표시부를 구비한 개선된 굴뚝미세먼지 측정장치에 있어서,
상기 광원에서 조사된 광이 상기 굴뚝의 벽면에서 반사되어 상기 수광센서에서 측정되는 신호를 보정하기 위하여 추가적으로 구비되는 추가광원을 더 구비한 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 제공한다.
상기 추가광원은 상기 수광센서의 측정범위의 상단부와 상기 굴뚝의 내벽면이 만나는 지점을 경계로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 제공한다.
상기 추가광원은 상기 광원과 교번하여 광을 조사하는 것을 특징으로 하는
개선된 굴뚝 먼지측정장치를 제공한다.
또한, 상기 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법에 있어서,
상기 광원과 추가광원을 교번하여 일정시간 광을 조사하는 과정을 반복하며, 상기 광원과 추가광원의 광조사 사이에 상기 광원과 추가광원을 모두 끄는 구간을 둘 수 있는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
상기 광원과 추가광원을 교번하여 일정시간 광을 조사하는 과정을 반복하며, 상기 광원과 추가광원을 조사한 후 다시 상기 광원을 조사하기 전에 상기 광원과 추가광원을 모두 끄는 구간을 둘 수 있는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
상기 광원과 굴뚝 내벽사이의 광조사 거리와 상기 추가광원과 굴뚝 내벽사이의 광조사 거리에 차이가 있는 경우에는 상기 추가광원의 크기를 상기 광조사 거리의 차이에 의하여 보정하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
상기 광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호에서 상기 추가광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호를 차감함으로써 상기 광원이 조사되는 기간에 상기 광원에 의하여 굴뚝 내벽에서 산란된 광신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
상기 광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호에서 상기 추가광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호를 상기 광원이 굴뚝의 내벽에 이르는 거리와 상기 추가광원이 굴뚝의 내벽에 이르는 거리와 차이를 비율로 보상한 후 상기 광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호에서 차감함으로써 상기 광원이 조사되는 기간에 상기 광원에 의하여 굴뚝 내벽에서 산란된 광신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 굴뚝의 내부에 설치되어 굴뚝에서 배출되는 배출가스에 포함된 먼지를 산란광 방식으로 측정하는 굴뚝 먼지 측정장치에서 먼지에 의한 산란광 이외에 굴뚝의 내벽에서 반사되는 산란광에 의한 측정 오차를 최소화하는 효과가 있는 발명이다.
도 1은 기존의 굴뚝 광산란 먼지 측정 장치의 동작 개념도 이다.
도 2는 기존의 굴뚝 광산란 먼지 측정 장치의 광원에 전압을 주었을 때 수광센서에서 측정되는 신호를 도시하고 있다.
도 3은 기존의 굴뚝에서 먼지가 없을 때의 수광부에서의 측정 결과이다.
도 4는 기존의 굴뚝에서 먼지가 없을 때의 측정 장치의 동작 개념도 이다.
도 5는 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치에서의 측정 결과를 개념도로 도시한 도면이다.
도 6은 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치의 설치구조와 수광센서의 수광범위를 개념적으로 도시하고 있다.
도 7은 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치의 설치구조와 수광센서의 수광범위를 고려하여 굴뚝의 내부 벽면에 의한 산란광만을 측정할 수 있는 위치를 찾아낸 개념도이다.
도 8은 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 굴뚝 산란광 측정장치 개념도이다.
도 9는 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 후 수광센서에서 측정한 결과를 기존의 측정 결과와 비교한 그래프이다.
도 10은 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 후 수광센서에서 측정한 결과를 이용하여 벽면에서 산란된 신호만큼을 보정한 보정결과를 수광센서에서 측정된 결과와 비교하여 도시하고 있다.
도 11은 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 보정한 결과를 기존의 기술로 측정한 결과와 비교하여 그래프로 도시하고 있다.
도 12는 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호 보정을 설치 조건에 따라 추가적인 보정이 필요한 경우 이를 보정하는 원리를 개념적으로 도시하고 있다.
도 13은 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 간접적으로 추가광원을 이용하여 측정하고, 실제 광원의 광경로와 추가광원의 광경로가 일치하지 않는 것을 추가적으로 보상한 보상 결과를 도시하고 있다.
도 14는 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 간접적으로 추가광원을 이용하여 측정하고, 실제 광원의 광경로와 추가광원의 광경로가 일치하지 않는 것을 추가적으로 보상한 보상 결과를 반영한 먼지측정 결과를 도시하고 있다.
도 2는 기존의 굴뚝 광산란 먼지 측정 장치의 광원에 전압을 주었을 때 수광센서에서 측정되는 신호를 도시하고 있다.
도 3은 기존의 굴뚝에서 먼지가 없을 때의 수광부에서의 측정 결과이다.
도 4는 기존의 굴뚝에서 먼지가 없을 때의 측정 장치의 동작 개념도 이다.
도 5는 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치에서의 측정 결과를 개념도로 도시한 도면이다.
도 6은 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치의 설치구조와 수광센서의 수광범위를 개념적으로 도시하고 있다.
도 7은 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치의 설치구조와 수광센서의 수광범위를 고려하여 굴뚝의 내부 벽면에 의한 산란광만을 측정할 수 있는 위치를 찾아낸 개념도이다.
도 8은 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 굴뚝 산란광 측정장치 개념도이다.
도 9는 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 후 수광센서에서 측정한 결과를 기존의 측정 결과와 비교한 그래프이다.
도 10은 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 후 수광센서에서 측정한 결과를 이용하여 벽면에서 산란된 신호만큼을 보정한 보정결과를 수광센서에서 측정된 결과와 비교하여 도시하고 있다.
도 11은 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 보정한 결과를 기존의 기술로 측정한 결과와 비교하여 그래프로 도시하고 있다.
도 12는 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호 보정을 설치 조건에 따라 추가적인 보정이 필요한 경우 이를 보정하는 원리를 개념적으로 도시하고 있다.
도 13은 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 간접적으로 추가광원을 이용하여 측정하고, 실제 광원의 광경로와 추가광원의 광경로가 일치하지 않는 것을 추가적으로 보상한 보상 결과를 도시하고 있다.
도 14는 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 간접적으로 추가광원을 이용하여 측정하고, 실제 광원의 광경로와 추가광원의 광경로가 일치하지 않는 것을 추가적으로 보상한 보상 결과를 반영한 먼지측정 결과를 도시하고 있다.
본 출원 발명의 굴뚝 먼지 측정 장치는 기존의 굴뚝의 먼지를 유입관을 통하여 유입하여 측정하는 방식이 아닌, 굴뚝에 직접 광산란 측정장치를 설치하여 측정하는 방식에 있어서, 그 측정 정밀도를 높이고자 하는 것이다.
최근 미세먼지 및/ 또는 먼지에 대한 규제가 강화되면서 굴뚝에 먼지 측정장치를 설치하는 경우가 늘고 있다. 그러나, 굴뚝에서 설치하는 먼지측정 센서는 먼지를 유입하여 측정하는 먼지측정 방법과 비교하여 측정 정밀도를 높이기 어려운 문제가 있다. 유입하여 먼지를 측정하는 장치의 경우에는 굴뚝에서 배출가스를 유입한 이후에는 모든 측정 환경을 조절할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 굴뚝에 직접 설치하는 경우에는 굴뚝의 설치 시에 함께 설치하지 않고서는 설치환경을 바꾸는 것은 어렵다. 본 출원 발명도 이러한 문제 때문에 발생하는 굴뚝 내벽에 의한 광원의 빛이 반사되는 문제를 해결하고자 하는 것이다.
본 출원 발명이 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 기존의 굴뚝 광산란 먼지 측정 장치의 동작 개념도 이다. 광원에서 광을 조사하면, 상기 조사된 광이 굴뚝에서 배출되는 배출가스 중의 먼지 성분과 충돌하여 광산란이 발생한다. 산란된 광은 일정각도로 경사지게 설치된 수광센서에 의하여 측정되고 이를 환산하여 먼지의 농도를 계산한다. 상기 배출가스의 배출속도에 따라 단위 시간당 배출되는 먼지의 양이 변화되기 때문에 배출가스의 배출 속도를 측정하고, 굴뚝의 크기를 이용하여 단위시간당 배출되는 먼지의 양을 측정하고 이를 저장하며, 필요한 경우에 이를 유무선 통신을 통하여 관련부서에 송신한다.
도 2는 기존의 굴뚝 광산란 먼지 측정 장치의 광원에 전압을 주었을 때 수광센서에서 측정되는 신호를 도시하고 있다. 광이 조사되는 기간에 수광센서에서 먼지의 농도에 해당하는 신호가 측정되는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 기존의 굴뚝에서 먼지가 없을 때의 수광부에서의 측정 결과이다. 광산란 방식의 먼지 센서를 굴뚝에 설치한 후 공장이 가동하지 않을 때 측정한 신호이다. 이론적으로는 먼지가 없으면, 먼지를 측정한 신호도 측정되지 않아야 함에도 신호가 측정되는 것을 확인할 수 있다. 그 측정 신호의 크기가 작기 때문에 백그라운드 신호로 판단하고 무시할 수도 있는 신호지만 정밀한 측정을 위해서는 반드시 신호처리를 통하여 제거해야하는 신호로 판단되었다.
도 4는 굴뚝에 광산란방식의 먼지센서를 설치하고, 측정을 시작하면서 굴뚝의 내부를 살펴본 결과로써 도시한 기존의 굴뚝에서 먼지가 없을 때의 측정 장치의 동작 개념도 이다. 먼지가 없음에도 광원에서 조사된 광이 굴뚝의 내벽에 반사되어 수광센서에서 신호가 측정되는 것을 확인할 수 있었다. 기존의 다른 광산란방식의 경우 이러한 점을 인지하고 광을 조사하는 반대쪽에 광흡수 필름 또는 페인트로 광이 벽면에서 반사되는 것을 막고 있다. 그러나, 굴뚝의 경우 이러한 방법을 사용하여도 내부에 배출가스에서 배출되는 수분과 먼지가 침착되어 상기의 방법을 사용할 수 없다.
도 5는 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치에서의 측정 결과를 개념도로 도시한 도면이다. 즉, 기존에 굴뚝에 설치된 광산란 방식의 먼지측정 장치들은 먼지에 의한 산란광신호(A)와 굴뚝의 변면에 의한 산란광신호(B)를 모두 측정함으로써 실제보다 먼지의 양이 더 많은 것으로 측정되어왔다.
도 6은 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치의 설치구조와 수광센서의 수광범위를 개념적으로 도시하고 있다. 수광센서를 기준으로 벽면의 산란광과 먼지에 의한 산란광을 분리하여 측정할 수 있는 위치를 확인해보았다. 일반적으로 수광센서는 일정한 측정 폭을 가지고 있으며, 수광센서의 전단에 구비한 렌즈를 이용하여 이를 조절할 수 있다. 도면으로부터 수광센서의 측정상한과 굴뚝의 내벽이 만나는 지점의 아래쪽에서는 굴뚝의 내벽에서 발생하는 산란광만을 측정할 수 있을 것으로 판단하였다. 한편, 먼지에 의한 산란광만을 측정할 수 있는 측정 위치는 찾아볼 수가 없었다. 이는 굴뚝 내부 전반에 걸쳐 먼지가 있기 때문이었다.
도 7은 기존의 굴뚝에 설치된 먼지 산란광 측정 장치의 설치구조와 수광센서의 수광범위를 고려하여 굴뚝의 내부 벽면에 의한 산란광만을 측정할 수 있는 위치를 찾아낸 개념도이다. 이렇게 찾아진 위치에서 굴뚝 내벽에 의한 산란광의 크기를 측정하여 이를 보정에 이용하기 위한 개념도 이다.
도 8은 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 굴뚝 산란광 측정장치 개념도이다. 추가적인 광원을 더 구비하여 추가광원에서 빛을 굴뚝의 내벽에 조사하고 상기 굴뚝의 내벽에서 산란되는 광을 상기 수광센서에서 별도로 측정하여 이를 기존의 광원에서 측정된 신호에서 차감함으로써 굴뚝 내벽에 의한 산란광의 영향을 제거할 수 있을 것으로 판단하였다.
도 9는 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 후 수광센서에서 측정한 결과를 기존의 측정 결과와 비교한 그래프이다. 기존의 방식은 일정 시간간격으로 광원을 켜고 끄는 것을 반복하여 수광센서에서 신호를 받아 이를 먼지 농도로 사용하였다. 그러나 본 출원 발명이 개선된 방법은 광원을 켜고 추가광원은 끄고 수광부에서 측정하고, 광원은 끄고 추가광원은 켜고 측정하는 것을 반복하여 광원만을 켜고 측정한 신호와 추가광원만을 켜고 측정한 신호를 이용하여 굴뚝 내벽에 의한 반사 신호를 제거하고자 하였다. 이는 굴뚝 내벽의 반사정도가 모두 유사하다는 가정을 기본으로 하고 있고, 측정시간대가 다르지만 이 역시도 확률적으로 매우 유사한 노이즈를 가지는 것으로 동작환경을 설정하였다. 또한, 광학적 측정방법은 측정에 따른 노이즈를 상쇄하기 위하여 여러 번 측정한 값을 평균을 내어 이를 측정에 이용하기 때문에 이러한 정도의 차이는 신호처리 중에 사라질 것으로 가정하였다. 한편, 상기 굴뚝 내벽에 의한 신호의 크기가 도 3에서 살펴본 바와 같이 충분히 노이즈와 구별될 정도로 크기 때문에 본 출원 발명의 추가광원에 의한 신호처리에 의하여 먼지측정 성능이 개선되었다.
도 10은 본 출원 발명의 굴뚝 내부 벽면에 의한 산란광의 영향을 제거하기 위하여 추가로 추가광원을 설치한 후 수광센서에서 측정한 결과를 이용하여 벽면에서 산란된 신호만큼을 보정한 보정결과를 수광센서에서 측정된 결과와 비교하여 도시하고 있다. 도 10에서 보정 전 측정결과는 우선 광원만을 켜고측정하고, 추가광원만을 켜는 것을 반복하면서 측정한 결과이고, 보정결과는 우선 광원만을 켜고 측정한 결과를 저장하고, 추가광원만을 켜고 측정한 결과가 수광센서에서 측정되면, 상기 저장된 결과와 0.5초 간격을 두고 측정결과를 차감하여 굴뚝 내벽에 의한 산란광 신호를 제거한 측정결과이다. 상기 측정시간간격, 광원과 추가광원의 켜는 주기과 방법은 상기 수광센서의 응답속도, 제어부의 연산속도 등에 따라 통상의 기술자가 적절히 설계변경할 수 있는 사항이며, 신호의 후처리 방법 또한 차감 또는 비율의 이용, 평균값의 이용 등 다양한 신호처리 방법을 사용할 수 있다.
도 11은 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 보정한 결과를 기존의 기술로 측정한 결과와 비교하여 그래프로 도시하고 있다. 기존의 방식과 비교하여 측정 주기가 짧아지고, 측정값도 작아진 것을 볼 수 있다. 굴뚝 내벽의 산란에 의한 신호가 사라졌기 때문에 먼지 신호의 크기가 작아진 것을 확인할 수 있다.
도 12는 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 보정을 설치 조건에 따라 추가적인 보정이 필요한 경우 이를 보정하는 원리를 개념적으로 도시하고 있다. 상기 추가광원의 경우 굴뚝 내벽과 수광센서가 측정하는 한계지점이 만나는 부분을 이용하여야만 벽면에 의한 산란광의 신호를 측정할 수 있기 때문에 광원과 동일한 광 조사 각도를 설정할 수 없고 이에 따라, 대부분의 경우 더 짧은 광경로를 가지게된다. 이러한 짧은 광경로 때문에 상기 수광부에서 측정되는 신호는 더 클 수밖에 없다. 따라서, 광경로 차의 비율로 신호를 보정할 필요가 있다. 한편 여기에 먼지 농도에 비례하여 수광부에 도달하는 광신호의 크기도 작아질 수 있기 때문에 광경로와 먼지 농도에 따른 추가광원에 의한 굴뚝 내벽 산란광의 크기는 정밀한 측정을 위하여 보정할 필요가 있음을 도 12에서 설명하고 있다. 즉, 광경로차가 크면 보정값이 커야하고, 먼지의 농도가 낮으면, 먼지의 농도에 의한 영향이 적고, 먼지 농도가 높으면 먼지에 의하여 광강도가 작아지기 때문에 절대적인 광강도의 차이는 줄어든다.
따라서, 상기 보정은 추가광원에의한 산란광신호*(광경로차)/(먼지농도)*(비례상수)로 결정될 수 있다. 상기 비례상수는 간단한 광측정 실험에 의하여 결정할 수 있는 상수이다. 상기 광경로차 = (추가광원에서 굴뚝 내벽까지의 거리)/(광원에서 굴뚝 내벽까지의 거리) 로 계산된다.
도 13은 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 간접적으로 추가광원을 이용하여 측정하고, 실제 광원의 광경로와 추가광원의 광경로가 일치하지 않는 것을 추가적으로 보상한 보상 결과를 도시하고 있다. 대분의 경우 추가광원에 의한 광경로가 짧아지기 때문에 광경로 보상전에 광신호가 강하며, 도 13에 도시한 바와 같이 보상에 의하여 신호가 작아진다.
도 14는 본 출원 발명의 굴뚝 내벽에서 반사되는 신호를 간접적으로 추가광원을 이용하여 측정하고, 실제 광원의 광경로와 추가광원의 광경로가 일치하지 않는 것을 추가적으로 보상한 보상 결과를 반영한 먼지측정 결과를 도시하고 있다. 굴뚝 내벽에의한 산란광 신호를 제거하면, 먼지 농도가 낮게 측정되며, 여기에 광경로 차이를 보정하면 약잔의 먼지 농도가 높아짐을 알 수 있다.
도시하지 아니하였으나, 본 출원 발명에 수광부에서 굴뚝 내벽까지의 거리측정을 위한 거리측정센서를 더 구비하여, 상기 거리측정센서에서 측정된 거리에 따라 상기 추가광원의 설치각도를 설정할 수 있는 추가광원의 설치 각도 값을 상기 수광센서의 설치 각도와 수광범위를 입력하면, 상기 굴뚝 먼지측정기에서 계산하여 주는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
본 출원 발명의 상기과 같은 작용효과가 나타나기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.
굴뚝 및
상기 굴뚝의 일측에 구비되는 수광센서(200); 및
상기 수광센서(200)에서 상기 굴뚝으로 배출되는 배출가스에 포함된 먼지에 의하여 산란되는 광을 측정하기 위하여 광을 발생하는 광원(300); 및
상기 굴뚝에서 배출되는 배출가스의 속도를 측정하여 배출되는 먼지의 양을 계산하기 위한 배출가스 유속센서; 및
상기 광원(300)을 제어하고, 상기 수광센서에서 측정된 산란광 신호와 유속센서에서 측정된 유속신호를 이용하여 배출가스에 포함된 먼지 농도를 계산하는 제어부 및 입력부와 표시부를 구비한 개선된 굴뚝미세먼지 측정장치에 있어서,
상기 광원에서 조사된 광이 상기 굴뚝의 벽면에서 반사되어 상기 수광센서에서 측정되는 신호를 보정하기 위하여 추가적으로 구비되는 추가광원을 더 구비한 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 제공한다.
상기 추가광원은 상기 수광센서의 측정범위의 상단부와 상기 굴뚝의 내벽면이 만나는 지점을 경계로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 제공한다.
상기 추가광원은 상기 광원과 교번하여 광을 조사하는 것을 특징으로 하는
개선된 굴뚝 먼지측정장치를 제공한다.
또한, 상기 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법에 있어서,
상기 광원과 추가광원을 교번하여 일정시간 광을 조사하는 과정을 반복하며, 상기 광원과 추가광원의 광조사 사이에 상기 광원과 추가광원을 모두 끄는 구간을 둘 수 있는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
상기 광원과 추가광원을 교번하여 일정시간 광을 조사하는 과정을 반복하며, 상기 광원과 추가광원을 조사한 후 다시 상기 광원을 조사하기 전에 상기 광원과 추가광원을 모두 끄는 구간을 둘 수 있는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
상기 광원과 굴뚝 내벽사이의 광조사 거리와 상기 추가광원과 굴뚝 내벽사이의 광조사 거리에 차이가 있는 경우에는 상기 추가광원의 크기를 상기 광조사 거리의 차이에 의하여 보정하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
상기 광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호에서 상기 추가광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호를 차감함으로써 상기 광원이 조사되는 기간에 상기 광원에 의하여 굴뚝 내벽에서 산란된 광신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
상기 광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호에서 상기 추가광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호를 상기 광원이 굴뚝의 내벽에 이르는 거리와 상기 추가광원이 굴뚝의 내벽에 이르는 거리와 차이를 비율로 보상한 후 상기 광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호에서 차감함으로써 상기 광원이 조사되는 기간에 상기 광원에 의하여 굴뚝 내벽에서 산란된 광신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정 장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법을 제공한다.
50 : 굴뚝
90 : 기존의 굴뚝 먼지 측정장치 개념도
100 : 개선된 굴뚝 먼지 측정장치
200 : 수광센서
300 : 광원
A : 먼지 산란광의 크기
B : 굴뚝벽 산란광(W1) 크기
C : 굴뚝벽 산란광 교정용(W2) 크기
D : 먼지 농도에 따른 측정 광량 감소분
W1 : 굴뚝벽 산란광
W2 : 굴뚝벽 산란광 교정용 측정
90 : 기존의 굴뚝 먼지 측정장치 개념도
100 : 개선된 굴뚝 먼지 측정장치
200 : 수광센서
300 : 광원
A : 먼지 산란광의 크기
B : 굴뚝벽 산란광(W1) 크기
C : 굴뚝벽 산란광 교정용(W2) 크기
D : 먼지 농도에 따른 측정 광량 감소분
W1 : 굴뚝벽 산란광
W2 : 굴뚝벽 산란광 교정용 측정
Claims (7)
- 삭제
- 삭제
- 굴뚝 및
상기 굴뚝의 일측에 구비되는 수광센서(200); 및
상기 수광센서(200)에서 상기 굴뚝으로 배출되는 배출가스에 포함된 먼지에 의하여 산란되는 광을 측정하기 위하여 광을 발생하는 광원(300); 및
상기 굴뚝에서 배출되는 배출가스의 속도를 측정하여 배출되는 먼지의 양을 계산하기 위한 배출가스 유속센서; 및
상기 광원(300)을 제어하고, 상기 수광센서에서 측정된 산란광 신호와 유속센서에서 측정된 유속신호를 이용하여 배출가스에 포함된 먼지 농도를 계산하는 제어부 및 입력부와 표시부를 구비한 개선된 굴뚝 먼지측정장치에 있어서,
상기 광원에서 조사된 광이 상기 굴뚝의 벽면에서 반사되어 상기 수광센서에서 측정되는 신호를 보정하기 위하여 추가적으로 구비되는 추가광원; 및
상기 추가광원은 상기 수광센서의 측정범위의 상단부와 상기 굴뚝의 내벽면이 만나는 지점을 경계로 광을 조사하고,
상기 추가광원은 상기 광원과 교번하여 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치. - 제3항의 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법에 있어서,
상기 광원과 추가광원을 교번하여 일정시간 광을 조사하는 과정을 반복하며, 상기 광원과 추가광원의 광조사 사이에 상기 광원과 추가광원을 모두 끄는 구간을 둘 수 있는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법. - 제4항에 있어서,
상기 광원과 추가광원을 교번하여 일정시간 광을 조사하는 과정을 반복하며, 상기 광원과 추가광원을 조사한 후 다시 상기 광원을 조사하기 전에 상기 광원과 추가광원을 모두 끄는 구간을 둘 수 있는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법. - 제5항에 있어서,
상기 광원과 굴뚝 내벽사이의 광조사 거리와 상기 추가광원과 굴뚝 내벽사이의 광조사 거리에 차이가 있는 경우에는 상기 추가광원의 크기를 상기 광조사 거리의 차이에 의하여 보정하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법. - 제6항에 있어서,
상기 광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호에서 상기 추가광원이 조사되는 기간에 상기 수광센서에서 측정된 산란광신호를 차감함으로써 상기 광원이 조사되는 기간에 상기 광원에 의하여 굴뚝 내벽에서 산란된 광신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 개선된 굴뚝 먼지측정장치를 이용한 개선된 굴뚝 먼지측정 방법.
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| KR1020220019980A KR102413574B1 (ko) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 개량된 굴뚝먼지 측정장치 |
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-
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