KR102451575B1 - 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치 - Google Patents

운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치 Download PDF

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Abstract

기존에 개발된 운행차량의 배기가스측정 장치는 한 개의 차선을 통과하는 장치에 관한 것으로 최근 차량의 수도 많이 늘어나고, 측정을 위하여 통과차량을 하나의 차선으로 유도하는 과정에서 사고의 위험과 운전자의 불편함이 있어, 다수의 차선에 운행하는 차량의 배기가스 측정 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 단일 함체에 구성된 광송신부와 광수신부; 및 2개 이상의 차선의 반대측에 설치되는 반사부를 포함한 운행 중인 차량의 다 차선 배기가스 실시간 측정 장치에 있어서, 상기 다 차선 배기가스 실시간 측정 장치를 3 개 설치하되, 상기 3 개의 장치 중 1개의 장치는 상기 2개 이상의 차선에 수직하게 설치하며, 다른 2개의 장치는 상기 수식하게 설치된 장치의 좌우측 대각선 방향으로 설치하여, 2 개의 차선에 차량이 나란히 주행하는 경우에도 상기 좌우측 대각선 방향의 장치에서 각각 배기가스에 포함된 배기가스의 종류와 농도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 2 이상의 차선을 주행하는 차량의 배기가스를 차량의 간섭 없이 측정할 수 있는 수단을 제공함으로써, 운자자의 불편 없이 신속하게 운행 중인 차량의 배기가스를 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치{.}
본 발명은 차량에서 배출되는 배기가스의 성분을 검출하는 차량의 배기가스 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2차선 이상의 도로상에서 운행 중인 자동차에서 배출되는 배기가스의 오염물질 성분을 차량의 위치에 관계없이 실시간으로 측정하는 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명 이전의 선행기술로는 차량이 도로에서 운행되는 배출가스를 도로상에 적외선과 자외선을 조사하고 배기가스를 경유한 적외선과 자외선의 수신을 통해 배기가스 오염물질을 검출하여 도로상에서 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.
등록특허공보 10-1518968 공개특허공보 10-2003-0011131
기존에 개발된 운행차량의 배기가스측정 장치는 한 개의 차선을 통과하는 장치에 관한 것으로 최근 차량의 수도 많이 늘어나고, 측정을 위하여 통과차량을 하나의 차선으로 유도하는 과정에서 사고의 위험과 운전자의 불편함이 있어, 다수의 차선에 운행하는 차량의 배기가스 측정장치가 요구되고 있다.
그러나, 하나의 측정 장치만으로는 다차선을 운행하는 차량의 배기가스를 측정할 수 없고, 여러 대의 측정장치를 구비한다고 하여도, 측면에서 측정하는 기존의 방식은 차량이 나란히 운행하는 경우에는 측정할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 하기의 과제해결 수단을 제공한다.
단일 함체에 구성된 광송신부와 광수신부; 및 2개 이상의 차선의 반대측에 설치되는 반사부를 포함한 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치에 있어서, 상기 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 3 개 설치하되, 상기 3 개의 장치 중 1개의 장치는 상기 2개 이상의 차선에 수직하게 설치하며, 다른 2개의 장치는 상기 수식하게 설치된 장치의 좌우측 대각선 방향으로 설치하여, 2 개의 차선에 차량이 나란히 주행하는 경우에도 상기 좌우측 대각선 방향의 장치에서 각각 배기가스에 포함된 배기가스의 종류와 농도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 좌우측 대각선 방향으로 설치된 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치는 30~45도 차선의 수직방향에 대하여 경사진 것을 특징으로 하는 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
상기 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치는 직선 경로에 설치되는 것을 특징으로 하는 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
또한,
단일 함체에 구성된 광송신부와 광수신부; 및
2개 이상의 차선의 반대측에 설치되는 반사부를 포함하는 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 3 개 설치하되,
상기 3 개의 장치 중 1개의 장치는 상기 2개 이상의 차선에 수직하게 설치하며, 다른 2개의 장치는 상기 수직하게 설치된 장치의 좌우측 대각선 방향으로 설치하여, 2 개의 차선에 차량이 나란히 주행하는 경우에도 상기 좌우측 대각선 방향의 장치에서 각각 배기가스에 포함된 배기가스의 종류와 농도를 측정할 수 있는 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치에 있어서,
상기 좌우측 대각선 방향으로 설치된 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치는 30 ~ 45도 차선의 수직방향에 대하여 경사지고,
상기 수직하게 설치된 장치에 구비된 광수신부를 제거하고, 상기 광수신부로 입사되는 측정광을 좌측 또는 우측으로 반사하여 좌대각 배기가스 실시간 측정 장치 및/ 또는 우대각 배기가스 실시간 측정 장치로 전달하며, 이렇게 전달된 광은 상기 좌대각 배기가스 실시간 측정 장치 및/ 또는 우대각 배기가스 실시간 측정 장치의 측면 창에 구비된 광섬유를 통하여 각각의 광 수신부로 입사되어 배기가스 중에 포함된 가스의 종류별로 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 2 이상의 차선을 주행하는 차량의 배기가스를 차량의 간섭 없이 측정할 수 있는 수단을 제공함으로써, 운자자의 불편 없이 신속하게 운행 중인 차량의 배기가스를 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 운행차량의 배기가스 측정장치 구성도
도 2는 기존의 다 차선에서의 운행차량의 배기가스 측정 모식도
도 3은 기존의 다 차선에서의 운행차량의 배기가스 측정불가한 경우 모식도
도 4는 본 발명의 다 차선에서의 운행차량의 배기가스 측정 모식도
도 5는 본 발명의 다 차선에서의 운행차량의 배기가스 측정 모식도
도 6은 본 발명의 다 차선에서의 운행차량의 배기가스 측정 모식도
도 7은 본 발명의 다 차선에서의 운행차량의 배기가스 측정 모식도
도 8은 본 발명의 다 차선에서의 운행차량의 배기가스 측정 모식도
도 9는 본 발명의 중앙측정 장치의 광 수신부를 제거한 구성의 전체 시스템 구성도이다.
도10은 본 발명의 좌대각, 중앙, 우대각 측정장치의 상세구성도 이다.
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.
상기 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 PM의 농도를 분석하기 위해 분광광도계(photodiode array)를 이용한 분광계(Embed Spectrometer)를 적용하였다.
상기와 같이 구성된 장치는 도2에 도시된 바와 같이 주행 중인 차량의 후방에서 배출되는 배기가스에 포함된 성분을 분석하게 된다. 도2와 같이 측정 장치를 가리는 차량이 없는 경우 차선에 여러 개일 경우에도 측정에 문제가 없으나, 도3에 기존방법 II로 도시한 바와 같이 다른 차선의 차량이 측정장치에서 나오고 들어가는 광을 막는 경우에는 측정이 불가하다. 도3에 기존방법 III로 도시한 것과 같이 2 대의 차량이 나란히 주행하는 경우에도 2 대 차량의 배기가스가 동시에 측정되기 때문에 정확한 측정이 불가하다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 도4와 같이 일정한 각도를 두고, 3대의 측정장비를 구비하여 좌대각, 직선, 우대각으로 측정을 할 수 있도록 한다. 이렇게 구성함으로써 상기 도3에 도시한 바와 같이 2개의 차로에 2대의 차량이 나란히 운행하는 경우에 상기 좌대각 및 우대각 측정결과를 이용하여 2대의 차량의 배기가스 중에 포함된 가스의 성분을 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 도5와 같이 두 대의 차량이 약간의 차이를 두고 앞뒤로 나란히 주행하는 경우에도 대각선 방향의 운행차 실시간 배기가스 측정장치로 앞선 차량의 배기가스 배출 성분을 측정할 수 있다. 도6은 상기의 경우 후방 차량의 배기가스 측정을 도시하고 있다.
또한, 도7 및 도8은 상기 도5 및 도6의 경우와 차량의 진행 순서가 반대인 경우를 도시하고 있다.
각각의 차선에 1 개씩의 운행차 실시간 배기가스 측정 장치를 설치할 수도 있으나, 상기 운행차 실시간 배기가스 측정 장치가 차선과 차선의 중간에 설치되면 차량의 운행에 방해가 될 수 있고, 차량과 충돌의 우려가 있으며, 비가오거나 눈이오는 경우 등 기상환경에 따라 장치의 오염 등의 문제가 있을 수 있기 때문에 3개의 운행차 실시간 배기가스 측정 장치를 이용한 배기가스 실시간 측정시스템을 구현하였다.
개량된 발명의 구성의 경우 3개의 운행차 실시간 배기가스 측정 장치 중 중앙의 직선 배기가스 실시간 측정 장치의 경우 1대의 차량이 중첩 없이 진행하는 경우에는 사용가능하지면, 다른 차선의 차량이 상기 중앙의 직선 배기가스 실시간 측정 장치를 가리거나, 두 대의 차량이 나란히 주행하는 경우에는 측정에 이용할 수 없다. 따라서, 3 대의 배기가스 실시간 측정 장치 중 동시측정에 사용하는 경우에도 2대의 장치만 사용되고, 이때에는 중앙의 직선 배기가스 실시간 측정 장치는 사용되지 않고 있다.
따라서, 상기 중앙의 직선배기가스 실시간 측정장에 구비된 광수신부를 제거하고, 상기 광수신부로 입사되는 측정광을 좌대각 배기가스 실시간 측정 장치 배기가스 실시간 측정 장치로 광을 전달하여 측정한다면, 광수신장치 설치비용이 절감될 수 있을 것이다.
이를 위하여 도9에 도시된 바와 같이, 광수신부로 입사된 광을 좌측 또는 우측으로 반사하여 좌대각 배기가스 실시간 측정 장치 및/ 또는 우대각 배기가스 실시간 측정 장치로 전달하며 이렇게 전달된 광은 상기 좌대각 배기가스 실시간 측정 장치 및/ 또는 우대각 배기가스 실시간 측정 장치의 측면 창에 구비된 광섬유에 입사되어 각각의 광 수신부로 입사되어 배기가스 중에 포함된 가스의 종류별로 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
도10은 상기 좌대각, 중앙, 우대각 측정장치의 상세구성도 이다.
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
300 : 광수신부 310 : 적외선 수신기
320 : 자외선 수신기 330 : 제2 콜드미러
340 : 제2 곡률미러 351 : 12각 미러
352 : 제3 곡률미러
500 : 수신부함체
510 : 송신부윈도우
520 : 수신부윈도우
600 : 측창
610, 620 : 광섬유
700 : 이동식반사미러
A : 좌대각 배기가스 실시간 측정 장치
B : 직선 배기가스 실시간 측정 장치
C : 우대각 배기가스 실시간 측정 장치

Claims (3)

  1. 2개 이상의 차선의 반대측에 설치되는 반사부를 포함하는 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 3 개 설치하되,
    상기 3 개의 장치 중 1개의 장치는 상기 2개 이상의 차선에 수직하게 설치하고, 광수신부를 제거하며,
    다른 2개의 장치는 상기 수직하게 설치된 장치의 좌우측 대각선 방향으로 30 ~ 45도 차선의 수직방향에 대하여 경사지게 설치하여, 2 개의 차선에 차량이 나란히 주행하는 경우에도 상기 좌우측 대각선 방향의 장치에서 각각 배기가스에 포함된 배기가스의 종류와 농도를 측정할 수 있는 있도록 구성한 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정방법에 있어서,
    상기 수직하게 설치된 장치로 입사되는 측정광을 좌측 또는 우측으로 반사하여 좌대각 배기가스 실시간 측정 장치 또는 우대각 배기가스 실시간 측정 장치로 전달하며,
    이렇게 전달된 광은 상기 좌대각 배기가스 실시간 측정 장치 또는 우대각 배기가스 실시간 측정 장치의 측면 창에 구비된 광섬유를 통하여 각각의 광 수신부로 입사되어 배기가스 중에 포함된 가스의 종류별로 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 운행 중인 차량의 다차선 배기가스 실시간 측정 장치를 이용한 배기가스 측정방법.
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