KR20070121749A

KR20070121749A - 가스검출방법과 장치

Info

Publication number: KR20070121749A
Application number: KR1020077023573A
Authority: KR
Inventors: 도날드 홀커; 스테펜 수톤
Original assignee: 허니웰 애널리틱스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-12-27
Also published as: NO20075915L; DE602005021857D1; EP1715325A1; WO2006111717A1; JP2008537138A; EP1715325B1

Abstract

본 발명은 대상가스를 검출하기 위한 가스검출시스템과 방법에 관한 것으로, 트랜스미터 유니트(26)가 대상가스에 의하여 흡수되는 파장에서 간섭성 광선의 1차 빔(32)이 1차 광학경로를 따라 진행하도록 하고, 광학장치(44)가 다른 광학경로를 따라 간섭성 광선의 2차 빔(46)이 진행할 수 있도록 한다. 리시버 유니트(28)는 간섭성 광선의 1차 및 2차 빔을 수광하며, 광학빔조합기(52)가 조합된 빔을 형성할 수 있도록 두 빔을 조합한다. 1차 빔과 2차 빔이 조합되어 조합된 빔의 간섭이 이루어질 수 있도록 하고, 리시버 유니트의 측정검출기(35)가 간섭에 의하여 발생된 간섭무늬를 검출할 수 있도록 구성된다.

가스검출, 트랜스미터 유니트, 리시버 유니트, 간섭성 검출빔, 간섭무늬.

Description

가스검출방법과 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR THE DETECTION OF GAS}

본 발명은 가스검출방법과 장치에 관한 것으로, 증기를 포함하는 가스의 적외선검출분야에 적용하기 위한 가스검출방법과 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 모니터될 공간의 한 경로를 통하여 광선빔을 전달하는 트랜스미터 유니트와 공간을 통과하는 광선을 검출하는 검출기를 포함하는 리시버 유니트를 포함하는 개방경로의 가스검출기에 적용하기 위한 것이다. 본 발명에서 용어 "개방경로의 가스검출기"란 경로의 길이에 관계가 없고 이러한 경로가 대기조건하에 개방되었거나 폐쇄된 것에 관계없는 검출장치를 포함하는 것에 사용된다.

탄화수소 가스를 검출하기 위한 비분산 적외선분광법의 이용은 잘 알려져 있다. 실질적으로 이는 모니터될 영역의 한 경로를 따라 적외선을 전달하는 것을 포함하고, 이러한 적외선의 파장은 대상이 되는 가스(이후 "대상가스"라 함)에 의하여 흡수되나 모니터될 대기중의 다른 가스에 의하여서는 실제로 흡수되지 않는 파장으로 선택된다. 만약, 옥외에서 모니터링하는 경우, 이상적으로는 선택된 파장이 액체 또는 기체상의 물(예를 들어 습기, 수증기의 물방울, 안개, 비 또는 물안개의 형태)에 의하여서는 흡수되지 않아야 한다. 모니터되는 영역의 경로를 따라 통과하는 광선의 강도가 측정되고 광선의 강도에서 감쇠량이 모니터되는 영역에서 대상가 스의 양의 측정값이 된다.

그러나, 검출빔의 암흑화(obscuration), 광선의 대기중 분산, 예를 들어 먼지나 수증기 물방울에 의한 검출기 표면의 오염과, 부품의 노화를 포함하는 대상가스에 의한 흡수 이외의 요인이 적외선을 감쇠시킨다. 적외선 가스검출기의 신뢰성은 참조광을 이용함으로서 현저히 개선된다. 이러한 참조광은 통상적으로 상이한 파장의 적외선이며, 이러한 파장은 이상적으로 대상가스가 현저한 흡수를 보이지 않는 파장이다. 하나 이상의 참조광 파장의 광선이 사용될 수 있으며, 마찬가지로 하나 이상의 검출파장이 사용될 수 있다. 대상가스가 흡수하는 파장("표본"파장)에서 얻는 신호와 대상가스가 현저히 흡수하지 않는 파장("참조광"파장)에서 얻는 신호 사이의 비율은 환경조건이 원인이 되는 감쇠를 상쇄하는 바, 그 이유는 이상적으로 참조광파장의 신호와 표본파장의 신호가 광선을 감쇠시키는 효과(대상가스의 존재 이외의 효과)에 의하여 동일한 정도로 영향을 받기 때문일 것이다.

검출기에 근접한 영역에서 가스를 검출하는 국지형 가스검출기를 이용하여 대기중 유독가스의 존재를 모니터하는 것이 알려져 있다(본문에서 "유독"가스라는 용어는 산소, 질소 및 수소 이외의 가스나 증기, 예를 들어, 황화수소, 플루오르화수소, 암모니아, 이산화황, 이산화탄소 및 일산화탄소와 같은 가스나 증기를 의미한다). 이러한 국지형 가스검출기는 전기화학적 가스검출기 또는 광학적 가스검출기일 수 있다. 그러나, 넓은 영역을 모니터할 때, 국지형 가스검출기를 이용하는 것은 이러한 영역의 여러 곳에 다수의 검출기를 설치하는 것에 많은 비용이 들기 때문에 문제점이 될 수 있다. 더욱이, 대상가스가 검출기 사이의 영역에 존재하는 경우 이를 검출할 수 없을 것이다.

경로길이가 1 미터 이상, 전형적으로는 적어도 10 미터인 개방경로형 가스검출기가 알려져 있으며 이는 아주 넓은 영역이 하나의 검출기에 의하여 모니터될 수 있도록 한다.

개방경로형 가스검출기의 이용은 적정가의 조정형 레이저 다이오드를 이용함으로서 준비상태가 완료될 수 있으므로 더욱 매력적이라 할 수 있는 바, 조정형 레이저 다이오드는 유독가스의 파장흡수특성을 검출하기 위하여 비교적 좁은 파장으로 조정될 수 있다. 그러나, 검출되어야 할 유독가스의 레벨은 전형적으로 5 ppm(parts per million), 더 낮게는 예를 들어 1 ppm 정도로 낮다. 이러한 낮은 레벨에서, 개방경로형 가스검출기의 잡음은 대상가스를 나타내는 신호보다 커서 이와 같이 낮은 레벨의 유독성 대상가스를 검출하는 것이 매우 어렵도록 한다. 아울러, 검출신호는 전자 또는 광학소자의 경시변화, 온도 또는 대기조건의 변화 등에 의하여 식별이 어렵게 될 수 있다. 더욱이, 조정형 레이저 다이오드로부터 발생되는 간섭성 레이저광선의 이용은 간섭무늬가 나타날 수 있도록 하는 바, 이는 밝은 무늬부분과 어두운 무늬부분 사이에서 광선의 강도변화가 낮은 레벨의 대상가스의 존재로부터 나타나는 신호를 능가하기 때문에 문제가 된다.

따라서, 지금까지는 10 ppm 정도로 낮은 레벨의 대상가스를 측정하기 위하여 유독가스의 검출을 위한 저가의 신뢰가능한 개방경로형 가스검출기가 제조되기 어려웠다.

특허문헌 GB-2353591은 측정경로내에 존재하는 대상가스를 검출하기 위하여 검출을 위한 빔을 측정경로를 통하여 광선검출기측으로 향하도록 하는 광원으로서 조정형 레이저 다이오드를 이용하는 개방경로형 가스검출기를 기술하고 있다. 레이저 다이오드는 대상가스의 흡수피크(absorption peak) 보다 매우 좁은 초협대역에서 광선을 전달한다.

이러한 공지의 시스템에서, 레이저 다이오드의 파장은 대상가스의 흡수대(absorption band)를 통하여 주파수 f로 스캔된다. 이러한 스캔과정에서, 전달되는 광선의 강도도 역시 주파수 f에 따라서 변화한다. 만약, 대기중에 대상가스가 포함되어 있지 않은 경우, 검출기로부터의 신호는 스캔 주파수 f와 동일한 주파수를 갖는다. 그러나, 대기중에 대상가스가 포함되어 있는 경우, 대상가스는 이러한 광선을 흡수하여 검출기에 도달하는 광선을 감쇠시킴으로서 시간에 대하 강도의 좌표는 부가적인 주파수성분 2f를 가질 것이다.

2f 성분의 진폭이 크면 클수록 측정경로내에 있는 대상가스의 양이 많다. 신호의 2f 성분(그리고 높은 고조파성분)은 위상감응측정증폭기(락-인 증폭기)를 이용하여 측정될 수 있다. 2f 성분과 1f 성분으로부터 얻는 지수는 측정경로내에서 가스의 측정량을 얻을 수 있도록 한다. 1f 및 2f 성분은 여러 감쇠조건, 예를 들어, 측정경로의 길이, 검출빔의 암흑화, 대기중의 분산 등의 조건에 응답하여 유사한 방법으로 영향을 받을 것이며, 이에 따라 2f:1f 지수는 측정경로내의 대상가스의 양 이외의 감쇠요인에 의하여 거의 영향을 받지 않는다.

대상가스의 가스흡수대를 통한 스캔에 필요한 변화를 얻기 위하여, 레이저를 통한 전류가 변화되고 이에 따라서 광출력 역시 변화한다. 레이저 다이오드의 특성 에 따라서, 1f 성분의 크기가 불가피하게 커진다. 2f 성분의 크기는 가스흡수에 따라서 달라질 것이며 낮은 레벨의 유독가스를 검출하기 위하여 작게 될 것이다. 따라서, 2f:1f 지수는 전형적으로 10^-4 내지 10^-6 정도로 매우 작으며, 이러한 지수의 작은 값은 정확히 측정할 수 없기 때문에 이러한 기술의 실질적인 결점이 된다. 더욱이, 레이저를 구동시키고 위상감응측정증폭기를 구성하기 위하여 사용된 전자조립체는 신호의 고조파왜곡의 원인이 되고 2f의 성분을 포함하는 1f 성분의 고조파가 발생될 수 있도록 할 것이다. 이러한 부가적인 2f 성분은 유독가스에 의한 흡수로부터 나타나는 2f 성분과 합하여져 측정되는 대상가스농도가 부정확하도록 한다.

특허문헌 GB-2353591에 있어서, 스캔된 파장의 중앙값은 다음과 같이 피드백회로에 의하여 제어된다. 빔분할기가 레이저 다이오드 빔진로내에 제공되고 빔의 일부가 측정경로를 따라 진행하며 일부가 부가적인 검출유니트로 향한다. 대상가스의 표본(또는 알려진 적당한 흡수특성을 갖는 일부 다른 물질)을 포착하는 셀이 부가적인 검출유니트의 전방에 배치되어 대상가스의 파장에서 광선을 흡수한다. 부가적인 검출기로부터의 신호는 다이오드로부터 방사된 광선이 상기 언급된 바와 같이 검출빔에 대한 것과 동일한 방법으로 이러한 피드백 빔에 대한 2f:1f 지수를 측정함으로서 대상가스의 흡수대를 스캔하는지의 여부를 보일 것이다. 만약, 레이저 다이오드의 파장이 변화하는 경우, 이는 검출기의 신호로부터 명백하게 될 것이며 정확한 파장으로 회복시키기 위하여 레이저 다이오드에 적용될 보정을 허용한다. 그러나, 이러한 구성의 한가지 결점은 상기 언급된 바와 같이 측정경로내에 낮은 농 도의 대상가스가 존재할 때 빔분할기가 대상가스의 신호를 감쇠시킬 수 있는 간섭무늬를 만들어 내는 것이다.

개방경로형 가스검출기가 갖는 다른 문제점은 측정경로에 관련된 거리의 관점에서 보았을 때 트랜스미터 유니트와 리시버 유니트의 정확한 광학적 정렬을 필요로 하는 조건이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 특허문헌 GB-2353591은 측정경로의 양측 단부에 배치된 트랜스미터 유니트와 리시버 유니트 사이의 최적한 정렬이 이루어질 수 있도록 하고 이러한 목적으로 리시버 유니트를 향하여 전달되는 빔의 방향을 제어하기 위하여 리시버 유니트와 트랜스미터 유니트 사이에 양방향 전달링크를 이용하는 것을 제안하고 있다. 트랜스미터 유니트는 전달빔의 방향을 변경시키기 위한 조향반사경(steering mirror)을 포함하고, 전달빔은 일정한 각도범위를 통하여 주기적으로 스캔되며 빔의 최적한 방향은 리시버 유니트에 의하여 측정된 강도가 최대가 되는 방향으로 결정된다. 리시버 유니트와 트랜스미터 유니트 사이의 전달링크는 정렬이 이루어질 수 있도록 조향반사경의 최적한 위치에 피드백된다. 그러나, 그 결과로서 반사경의 제어 및 조향을 위하여 상당한 부가적인 부품으로 구성되는 복잡한 시스템을 필요로 하게 된다.

다른 형태의 개방경로형 가스검출기가 본원 출원인의 유럽특허출원 제04257895.5호에 기술되어 있다. 이 출원에 따라서, 개방경로형 가스검출기의 검출기에 대하여 광선의 전달빔을 정렬시키는 방법은 주파수 f'에서 검출기 둘레에 사전에 결정된 루프 패턴으로 빔을 조향하는 단계와, 검출기를 이용하여 해당 검출기신호를 발생하기 위하여 광선이 경로를 통과한 후 이러한 광선의 강도를 검출하는 단계로 구성된다. 루프형 빔에 대한 검출기의 위치는 주파수 f' 또는 f'의 고조파(예를 들어 2f', 4f' 등)에서 검출기신호로 나타내는 강도의 변화로부터 결정될 수 있다.

이와 같이, 빔은 검출기를 향하는 경로내에서 조향되고 검출기로부터의 신호가 분석되어 경로내에서의 검출기 위치를 확인함으로서 빔이 검출기에 대하여 정렬될 수 있다. 이러한 과정은 정렬이 이루어질 때까지 예를 들어 연속적인 좁은 루프형 경로를 이용하여 반복적으로 수행될 수 있다.

주파수 f' 또는 f'의 고조파(여기에서 f'는 빔이 사전에 결정된 루프형 패턴을 따라 이동하는 주파수이다)는 루프내의 중앙영역과 검출기 사이의 각도범위, 예를 들어 원형 루프의 중심과 검출기 사이의 각도범위의 값을 제공하도록 이용될 수 있다. 빔은 원형 또는 예를 들어 타원형과 같은 비원형의 경로에서 조향될 것이며, 비원형의 패턴으로 조향될 때, 기본주파수 f' 또는 예를 들어 2f'와 같은 그 고조파에서 신호의 진폭과 예를 들어 4f'와 같은 다른 고조파에서 신호의 진폭의 비율이 루프내의 중앙영역과 검출기 사이의 거리값을 제공할 수 있다. 주파수 f' 또는 f'의 고조파에서 검출기로부터의 신호의 강도에서 변화의 위상은 루프내의 중앙영역, 예를 들어 원형루프의 중심에 대한 검출기의 방향값을 제공할 것이다.

특허문헌 GB-2353591 및 본원 출원인의 유럽특허출원에 기술된 시스템은 복잡하며 모두 트랜스미터 유니트와 리시버 유니트의 정렬을 위한 상당수의 부가적인 부품을 필요로 하는 바, 그 모든 것은 장치의 제조 및 유지비용에 영향을 주고 장치의 신뢰도에 영향을 줄 수 있다.

따라서, 대상가스의 레벨을 효과적이고 신뢰가능하게 측정하기 위한 저가의 개방형 가스검출기가 요구된다.

본 발명은 상기 언급된 종래기술의 문제점을 극복하고 적은 비용으로 제작될 수 있으며 효과적이고 신뢰가능하게 작동될 수 있는 가스검출시스템을 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 적어도 이후 설명되는 우선실시형태에서 보인 바와 같이 복잡한 빔조향시스템이나 기타 다른 가동부품을 필요로 하지 않는 가스검출시스템을 제공하는데 있다.

더욱이, 본 발명은 에를 들어 유독가스와 같은 대상가스를 검출하기 위한 개방경로형 가스검출기에 적용하기 적합한 가스검출시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 신호분리 및 검출을 위한 무선수신에 통상적으로 사용되는 슈퍼헤테로다인 수신기술이 선택성과 잡음감소의 면에서 직접신호검출방식에 비하여 실질적인 성능개선을 이룰 수 있다는 사실로부터 유도된다.

본 발명의 이해를 돕기 위하여, 무선통신에 사용되는 헤테로다인 혼합과 슈퍼헤테로다인 수신의 기술을 간단히 설명키로 한다. 헤테러다인 혼합기술은 합/차 구파수를 얻기 위하여 비선형응답성을 갖는 증폭기단과 같은 전자장치에서 무선신호를 가산(혼합)하는 것을 포함한다.

전자장치에 대한 두개의 입력신호를 다음과 같이 정의한다.

여기에서,

S₁ 과 S₂ 는 입력신호를 나타낸다.

ω₁ 과 ω₂ 는 신호주파수를 나타낸다.

t 는 시간을 나타낸다.

그리고 전자장치에서 이루어지는 혼합은 비선형 전달함수로서 나타낼 수 있다.

여기에서,

R 은 프로세스의 응답이다.

D 는 입력 또는 구동신호이다.

a, b 및 c 는 상수이다.

3제곱 이상의 상수가 있을 수 있다. 그러나, 본 발명에 있어서는 다음의 분석에서 제곱항만이 고려될 것이다.

따라서, 전자장치로부터의 출력신호 S 는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

선형변수를 무시하고 제곱항을 전개하여 다음 식을 얻는다.

다음의 표준 삼각함수 관계식

을 등식 5에 대입하여 다음의 등식을 얻는다.

등식 7은 출력신호가 합 주파수 ω₁+ω₂ 와 차 주파수 ω₁-ω₂ 와 함께 주파수값 ω₁ 과 ω₂ 의 두배의 주파수를 포함함을 보이고 있다. 슈퍼헤테로다인 검출에서, 차 주파수 ω₁-ω₂가 사용되고 본래 신호의 값보다 작은 값의 진동주파수를 효과적으로 발생한다.

슈퍼헤테로다인 수신의 실제 적용에 있어서, 제1 입력신호 S₁ 은 무선반송신호이고, 제2 입력신호 S₂ 의 주파수 ω₂ 는 동조가 이루어질 수 있도록 하고 차 주파수 ω₁-ω₂가 일정하게 되도록 변화된다. 따라서, 무선수신기에서 연속 여파 및 증폭단은 알려진 주파수의 부근에서 설계될 수 있도록 하는 바, 이는 회로설계를 크게 단순화하고 성능을 향상시킬 수 있도록 한다. 아울러, 차 주파수 ω₁-ω₂를 이용한다는 것은 이러한 여파 및 증폭단이 무선반송신호의 비교적 높은 주파수 ω₁ 에 비교하였을 때 현저히 낮은 주파수에서 작동할 수 있음을 의미한다.

유사한 계산방식이 투명매체를 통한 두개의 광선 빔의 전달에 적용될 수 있다. 투명매체내에서, 광선 빔은 분자의 국부 분극화(local polarization)에 의하여 전파된다(여기에서, 분극화란 매체내에서 원자 또는 분자를 중심으로 하는 외부 전자파 기능의 비편재화에 관한 것이다). 이러한 분극화는 광학신호의 전계성분의 강도에 비례하고 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기에서,

P 는 분극화이고,

E 는 전계강도이며,

k 는 상수이다.

그러나, 일부 물질의 경우, 분극화가 전계와 선형관계를 이루지 않아 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이러한 경우, 광선 빔이 상기 언급된 방식과 동일한 방식으로 매체를 통과할 때 합과 차 신호가 발생된다.

본 발명에 따라서, 이러한 합 및/또는 차 신호는 대상가스의 존재를 모니터하고 존재하는 가스의 레벨을 측정하기 위하여 가스검출시스템과 방법에 사용될 수 있다.

본 발명의 제1관점에 따라서, 대상가스를 검출하기 위한 가스검출시스템을 제공하는 바, 이 가스검출시스템이 대상가스에 의하여 흡수되는 파장에서 간섭성 광선의 제1 빔이 제1의 광학경로를 따라 진행할 수 있도록 하는 트랜스미터 유니트, 간섭성 광선의 2차 빔이 다른 광학경로를 따라 진행할 수 있도록 하는 광학장치, 측정검출기를 가지고 간섭성 광선의 1차 및 2차 빔을 수광하기 위한 리시버 유니트와, 조합된 빔을 형성하기 위하여 광선의 두 빔을 조합하기 위한 광학빔 조합기로 구성되고, 1차 빔과 2차 빔이 조합된 빔에서 간섭을 발생하도록 제어되며, 리시버 유니트의 검출기가 간섭에 의하여 발생된 간섭무늬를 검출할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 제2관점에 따라서, 대상가스를 검출하기 위한 가스검출방법을 제공하는 바, 이 방법이 대상가스에 의하여 흡수되는 파장에서 간섭성 광선의 제1 빔을 제1의 광학경로를 따라 진행시키는 단계, 간섭성 광선의 2차 빔을 다른 광학경로를 따라 진행시키는 단계와, 조합된 빔을 형성하기 위하여 광선의 두 빔을 조합하는 단계로 구성되고, 또한, 조합된 빔에서 간섭을 발생하도록 1차 빔과 2차 빔을 제어하는 단계와, 간섭에 의하여 발생된 간섭무늬를 검출하는 단계를 포함한다.

이와 같이 본 발명은 지금까지 가스검출기에서 문제가 되었고 바람직하지 않은 것으로 고려된 점, 특히 측정목적으로 간섭무늬를 생성하고 이를 검출하는 것을 이용한다.

본 발명은 다수의 현저한 잇점을 갖는다. 특히, 가동부품을 포함하여 복잡한 정렬 및/또는 조향시스템의 필요성이 배제됨으로서 제조코스트가 현저히 낮아질 수 있다. 오히려, 트랜스미터 유니트로부터의 광학 빔을 구동 및 정렬하기 위한 가동부품과 피드백회로에 관련된 구성을 필요로 함이 없이 간섭무늬가 발생되고 만족스럽게 측정될 수 있다.

이후 상세히 설명되는 우선실시형태에서, 간섭성 광선의 1차 및 2차 빔 모두 레이저와 같은 단일광원으로부터 유도되고, 1차 빔이 2차 빔의 발생을 위하여 빔분할장치에 의하여 분할된다.

2차 빔은 광섬유 가이드에 의하여 다른 광학경로를 따라서 전달될 수 있다.

유리하게, 두 광학경로의 하나에는 광학지연수단이 제공된다. 두 광학경로의 하나에는 광학지연수단을 제공함으로서, 1차 빔과 2차 빔이 조합될 때 이들 빔 사이의 주파수 차이가 정밀하게 제어될 수 있다.

조합된 빔의 다른 제어방식은 리시버 유니트의 측정검출기에서 1차 빔과 2차 빔의 중복을 조절하기 위한 제어장치를 제공함으로서 수행될 수 있다. 이러한 조절은 예를 들어 측정검출기에서 1차 빔과 2차 빔 중의 적어도 하나의 초점을 변화시키거나 측정검출기의 위치를 조절함으로서 이루어질 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 원리를 설명하기 위하여 영의 슬리트실험(Young's slit experiment)에 사용된 통상적인 광학장치의 개략도.

도 2는 도 1의 광학장치로부터 얻은 광패턴을 보인 설명도.

도 3은 본 발명에 따른 장치의 제1실시형태를 보인 개략구성도.

도 4는 본 발명에 따른 장치의 제2실시형태를 보인 개략구성도.

도 5는 도 4에서 보인 장치의 상세도.

슈퍼헤테로다인 수신과 유사한 기술이 어떻게 가스검출시스템에 이용되었는지를 이해하기 위하여, 먼저 영의 슬리트실험(Young's slit experiment)이 도 1 및 도 2에 관련하여 설명될 것이다. 도 1에서 보인 바와 같이, 레이저(10)와 같은 간섭성 광원이 방산렌즈(12)를 통과한 광선의 빔을 발산 빔의 주연내에 배치된 두개의 슬리트(16)를 갖는 벽(14)을 향하여 전달될 수 있도록 배치된다. 두 슬리트(16)를 통하여 통과하는 광선은 스크린(8)을 향하는 광선의 두 경로를 형성한다. 광선의 두 경로가 스크린(18)에서 겹치는 영역(20)에서, 도 2에서 보인 바와 같이 강도의 최고점과 최저점을 갖는 광선의 패턴을 만들어낸다. 간섭무늬로서 알려진 이들 강도의 최고점과 최저점의 패턴은 간섭성 광원으로부터 유도된 광선의 여러 경로가 겹칠 때 생성된다.

도 1의 구성은 본 발명에 따라 적용되어 도 3에서 보인 장치를 제공한다. 도 3은 트랜스미터 유니트(26)와 리시버 유니트(28)를 갖는 본 발명에 따른 개방경로형 가스검출기를 보인 것이다. 트랜스미터 유니트(26)는 레이저(30)의 형태인 간섭성 광원을 포함하고, 이는 간섭성 검출빔(32)을 대상가스 모니터링공간(34)을 가로질러 리시버 유니트(28)로 전달한다. 레이저(30)로부터 방출된 검출빔(32)은 한쌍의 렌즈(40, 42)로 구성되는 빔확대기(38)를 통과하여 모니터링공간(34)으로 향한 다. 모니터링공간(34)의 건너편에 위치하는 리시버 유니트(28)는 검출스크린(36)을 갖는 측정검출기(35)를 포함하고, 검출스크린(36)은 일반적으로 검출빔(32)에 대하여 수직으로 배치된다.

간섭성 광선의 2차 빔(46)을 발생하도록 검출빔을 분할하기 위하여, 1차 빔분할기(44)가 빔확대기(38)와 모니터링공간(34) 사이의 검출빔(32)의 경로내에 배치되며, 2차 빔은 한쌍의 반사경(48, 50)과 다른 빔분할기(52)에 의하여 리시버 유니트(28)의 검출스크린(36)을 향하는 다른 광학경로를 따라서 반사된다. 빔분할기(52)는 검출빔(32)의 광학경로내에 배치되어 검출빔과 2차 빔이 검출스크린(36)을 조명하기 전에 재조합된다. 도시된 예에서는 검출빔(32)과 2차 빔(46)이 재조합시에 정확히 정렬되지 않고 각도 α로 빗나간 것으로 도시되어 있는 바, 그 이유는 다음과 같다.

이러한 예에서, 검출스크린(36)의 조명은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기에서,

E_y 는 스크린의 기준점으로부터 거리 y 만큼 떨어진 위치에서 검출스크린(36)의 조명에 대한 전계벡터이고,

E_g 는 검출스크린(36)에서 검출빔(32)의 직접방사에 대한 전계벡터이며,

E_s 는 검출스크린(36)에서 2차 빔(46)의 직접방사에 대한 전계벡터이고,

α 는 재조합시 검출빔(32)에 대한 2차 빔(46)의 각도이며,

ω 는 레이저(30)로부터의 간섭성 광선의 주파수이고,

λ 는 레이저(30)로부터의 간섭성 광선의 파장이다.

검출스크린(36)의 위치 y 에서 조명의 강도는 E_y ² 로 주어진다. 등식 10으로부터, E_y ² 에 대한 등식은 검출스크린(36)의 방향 y 에서 밝은 조명부분과 어두운 조명부분이 교대로 띠를 이루는 간섭무늬를 보이는 합 및 차 주파수 항을 포함함을 알 수 있다. 밝은 영역과 어두운 영역은 거리 y_f 만큼 간격을 두고 있다.

예를 들어, 개방경로형 가스검출기에 전형적으로 사용되는 파장이 1600 나노미타인 경우, 여러 각도 α 에 대하여 간섭무늬 사이의 간격은 다음의 표 1과 같다.

표 1: 주어진 각도에서 조합된 빔에 대한 간섭무늬의 간격

각도 (도)	간격 (mm)
0.1	0.46
0.2	0.23
0.3	0.15
0.4	0.11
0.5	0.09
0.6	0.08
0.7	0.07
0.8	0.06
0.9	0.05
1	0.05

표 1로부터, 검출빔과 2차 빔이 재조합되는 각도 α 가 예를 들어 0.2 도 이하로 비교적 작게 유지되는 경우, 예를 들어 0.3 mm 직경의 비교적 작은 검출기에 의하여 검출될 수 있는 간격을 갖는 간섭무늬가 발생될 수 있음을 알 수 있다.

주어진 예는 레이저(30)에 의하여 방출된 광선의 파장이 일정한 것으로 가정되고 이에 따라서 검출스크린(36)상의 간섭무늬패턴이 일정한 것으로 가정된 것이다. 그러나, 실제로는 개방경로형 가스 검출기에서 대상가스의 흡수대를 스캔하기 위하여 트랜스미터 유니트(26)로부터 방출된 레이저 광선의 파장은 통상적으로 시간에 따라서 변화된다. 2차 빔(46)은 검출빔(32)과는 달리 보다 간접적인 경로를 통하여 검출스크린(36)으로 이동하므로, 이는 검출스크린(36)에 부딪치는 시간에 2차 빔이 검출빔(32)에 비하여 지연됨을 의미한다. 따라서, 2차 빔(46)은 검출빔(32)에 비하여 파장(그리고, 주파수)이 약간 상이할 것이다. 이는 등식 10을 다음과 같이 수정한다.

여기에서,

ω₁ 과 ω₂ 는 각각 검출빔과 2차 빔의 주파수이다.

이러한 상황에서, 간섭무늬패턴이 계속 검출스크린(36)에 발생된다. 그러나, 교대로 나타나는 밝은 영역과 어두운 영역의 패턴은 검출빔과 2차 빔의 상대위상이 시간에 따라서 변화하므로 시간에 따라 방향 y 로 이동할 것이다. 어느 고정된 위치 y 에서, 이러한 운동의 유효속도는 ω₁-ω₂ 로 주어진다.

이러한 상황은 상기 언급된 슈퍼헤테로다인 개념과 유사한 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 과정은 슈퍼헤테로다인 수신의 경우와 같이 실제의 독립적인 합/차 주파수를 발생하지 않는다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 대체로 고출력 레이저 에 이용되는 파장배가 또는 혼합과정과 같이 무선신호 또는 실질적인 광학신호의 슈퍼헤테로다인 수신에서는 합 및/또는 차 주파수가 실제측정가능한 복사전자계와 같이 실질적으로 발생된다.

예를 들어, 네오디뮴 이트리움 알루미늄 가닛(NdYAG) 레이저의 출력을 혼합할 때, 혼합과정은 요구된 비선형 분극화특성을 갖는 적당한 광학 결정체에서 수행된다. 레이저로부터 1064 nm 의 비가시성 적외선(IR) 파장의 광선 빔은 결정체내에서 532 nm 의 초가시성 녹색 파장의 광선으로 전환된다. 통상적으로 녹색광은 결정체내의 결함 또는 결정체 표면의 먼지 등에 의한 가벼운 산란 때문에 명백하게 보일 수 있다. 더욱이, 녹색광 빔도 광선 일부를 산란시키는 먼지입자 때문에 결정체 밖의 공기중에서 보일 수 있다(고출력 레이저의 경우). 이와 같이, 레이저의 비가시성 IR 출력이 결정체내로 향하게 되고 결정체 밖으로는 잔류 IR 광 뿐만 아니라 파장의 두배가 되는 명백한 가시성의 광선을 포함하는 조합된 빔이 나온다. 이러한 가시성 빔은 예를 들어 적당한 파장종속형 필터를 이용하여 잔류 IR 광선으로부터 분리될 수 있으며, 이는 본래의 IR 광선으로부터 전체가 분리되고 독립된 전자기방사선의 리얼 빔(real beam)이다.

그러나, 본 발명의 방법에 있어서는 비선형의 혼합단계가 없다. 오히려, 두개의 입사빔이 각 빔의 광선에 감응하나 특별히 합/차 주파수에는 감응하지 않는 검출기에 입사된다. 만약 이러한 검출기가 존재하지 않는다면 합 또는 차 광선이 발생되지 않는다. 더욱이, 다른 신호는 검출하지 않으므로 합 또는 차 주파수에만 감응하는 검출기로 대체할 필요는 없을 것이다.

특히 본 발명에 있어서는 파장이 약 1600 nm(약 2x10¹⁴Hz 주파수) 정도인 광선이 사용된다. 이는 비록 일부 응답중에 낮은 파장이 포함될 수 있으나 전형적으로 피크응답이 약 1500 nm 인 인듐 갈륨 비소(InGaAs) 검출기를 이용하여 용이하게 검출된다. 그러나, 발생되는 차 주파수는 일반적으로 10¹⁴ Hz 보다는 매우 작으며, 전형적으로는 수 메가헤르츠 정도이다. 이러한 주파수는 수십 미터 정도의 파장을 가지므로 이는 InGaAs 검출기에 의하여 검출되지 않는다. 실제로, 적당한 검출기는 한가닥의 와이어(공중선)일 수 있다. 그러나, 두 빔이 겹치는 영역에 간단한 와이어 한가닥이 배치되는 경우 MHz 주파수에서 실제의 광선이 간단히 존재하지 않으므로 차 주파수가 검출되지 않을 수 있다. 여기에서 요점은 검출기는 광학신호(2x10₁₄Hz)를 검출하여야 하며 차 주파수(MHz)는 간섭무늬패턴 또는 두 광학신호 사이에서 일어나는 진동에 의하여서만 나타난다는 것이다.

이와 같이, 검출스크린(36)에서 검출기(35)는 이동하는 간섭무늬패턴을 검출하며 그 이동속도는 ω₁-ω₂ 이다. 검출빔(32)과 2차 빔(46)의 조합의 각도를 작게 함으로서, 간섭무늬간격이 비교적 작은 검출기에 의하여 검출될 수 있도록 충분히 넓어질 것이다.

간섭무늬의 검출은 검출빔 만을 직접 측정하는 것에 비하여 많은 잇점을 주는 것으로 확인되었다. 특히, 검출기(35)에 의한 측정신호출력이 검출빔(32)을 직접 측정하는 경우 보다 이러한 빔을 감쇠시키는 대기중의 요인에 의하여 더 적게 영향을 받는 것으로 입증되었다. 따라서, 검출기(35) 또는 이후의 전자증폭단내에서 발생된 잡음의 효과는 거의 문제가 되지 않는다.

이러한 개선점의 이유는 다음과 같다. 만약 E_g 가 모니터링 공간(34)을 통하여 레이저(30)로부터 검출스크린(36)으로 직접 전달되고 잠재적인 가스흡수상태에 놓이는 검출빔에 대한 전계벡터이고, F_s 가 레이저(30)로부터 검출스크린(36)으로 전달된 2차 또는 간접 빔에 대한 전계벡터인 경우, 가스흡수에 의한 감쇠 때문에 전계벡터 E_g 는 전계벡터 E_s 모다 현저히 작을 것이다. 간섭무늬패턴의 밝은 영역(또는 최고점)에서 측정된 조합전계벡터의 크기는 E_s+E_g 인 반면에, 어두운 영역(또는 최저점)에서의 크기는 E_s-E_g 이다. 검출스크린(36)에서 검출기(35)에 의하여 측저된 광의 강도는 다음과 같이 평가될 수 있다.

여기에서,

P_max 는 밝은 영역의 광 강도이고,

P_min 는 어두운 영역의 광 강도이며,

k 는 상수이다.

이와 같이 간섭무늬 강도범위는 다음과 같이 표현될 수 있다.

또한 참조광이 사용되는 경우, 별도 검출기에 의하여 P_s 를 측정하고 레이저(30)와 그 광학장치에 관련된 체계적 변화가 제거될 수 있는 통상적인 간섭무늬신호를 발생함으로서, 측정신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.

본 발명에 따른 두 등식 15 및 16에서 측정신호에 제곱근항이 존재하는 것은 측정신호가 직접 검출빔 만으로부터 얻은 측정신호의 경우 보다 증가하는 대기요인에 의한 감쇠에 응답하여 매우 느리게 감쇠함을 의미하기 때문 종래기술에 따른 검출빔의 직접측정과 비교하였을 때 이러한 신호에 극적효과를 갖는다. 따라서, 대기중 요인에 의한 감쇠와 검출기 또는 공정회로의 잡음레벨에 의하여 발생된 문제점이 현저히 감소된다.

가스를 검출할 수 있는 능력은 P_g 자체 보다는 P_g 의 변화에 기초하고 있으므로 다른 최소의 수정이 도입될 필요가 있다. P_g 가 δP_g 만큼 변화할 때, 간섭무늬강도는 다음과 같이 변화한다.

여기에서,

F₁ 은 변화 δP_g 이전의 간섭무늬강도범위이고,

F₂ 는 변화 δP_g 이후의 간섭무늬강도범위이다.

여기에서 δP_g << P_g 인 것으로 추정될 수 있다.

등식 17은 감지된 변화가 2배 만큼 감소되었으나 이는 제곱근항의 존재에 의하여 제공되는 실질적인 잇점에 비하여 감당하여야 할 단점이 매우 적음을 보이고 있다.

상기 언급된 잇점은 특수한 예로서 설명될 수 있다. 이러한 예에서, 검출기(35)는 인듐 갈륨 비소(InGaAs) 장치이고, 이는 양호한 잡음특성을 보이며 1MHz의 전형적인 신호대역폭에 대하여 2 x 10^-11 정도의 전형적인 등가잡음전력(NEP; Noise Equivalent Power)을 갖는 것으로 가정된다. 또한 이는 측정경로가 50 미터이고 레이저빔이 1도의 발산각도를 갖는 것으로 가정된다. 레이저 출력은 빅셀(VCSEL), 즉, 수직공진형 표면발광 레이저인 경우 전형적으로 0.5 mw 이며, 분포궤환형 레이저(DFB)가 대신에 사용되는 경우 10배가 증가될 수 있다.

이러한 예에서 직접검출빔에 대한 전형적인 값은 다음의 표 2와 같다.

표 2: 안개상태에 대한 집광효율과 검출기잡음

레이저 출력	0.5 mW
광학적 효율	0.2
기하학적 효율	0.002
대기전달	0.001
집광출력	2 x 10^-11 Watt

광학적 효율은 검출빔에 기초한 트랜스미터 유니트와 리시버 유니트 모두의 모든 여러 광학소자를 통하여 전달된 총출력의 실제평가값을 나타내지만, 실제의 효율은 이것보다 약간 클 수 있다. 기하학적 효율은 포인팅 에러(pointing errors)와 진동에 대한 허용오차를 제공하기 위하여 레이저 빔을 적당한 발산각도로 확대하는 조건에 관한 것이다. 표 2에 주어진 요소는 트랜스미터 유니트의 포인팅 에러를 보상하기 위하여 검출빔의 빔 발산각도가 1도이고 집광광학소자는 직경이 3 cm 인 것으로 가정한다. 끝으로, 대기전달은 기구에 의하여 허용되어야 하는 예상된 "최악의 경우"이다. 이들 값에 대한 검출빔의 수광출력은 검출기 NEP 레벨의 약 10이다.

이 예에서 계속하여, 간접 2차 빔의 출력레벨은 0.05 mW 정도인 것으로 가정될 수 있으며 이는 검출기 스크린(36)에 검출기 바닥잡음의 약 2.5 x 10⁶ 인 기본신호를 발생할 것이다. 이들 값에 기초하여, 등식 15로부터 얻은 간섭무늬패턴의 밝은 영역과 어두운 영역 사이의 출력차이는 다음과 같다.

검출기로부터의 출력신호는 (P_max-P_min)/NEP 로 주어지는 신호대잡음비(S/N)를 가질 것이다. 이러한 신호대잡음비는 20,000 으로서 직접 검출빔 단독의 경우보다 2,000배가 크다.

실제로, 얻을 수 있는 실제의 잡음레벨은 검출기신호가 샘플링되는 평균시간과 레이저의 스캔속도에 따라서 달라질 수 있다. 아울러, 검출기 잡음레벨은 검출 시스템의 성능을 제한하지 않고 오히려 잡음이 검출기(35)로부터의 출력신호에서 수행되는 신호증폭의 제1단계에 의하여 발생된다. 전형적으로, 이러한 증폭은 트랜스임피던스 증폭기에 의하여 수행되며, 이 증폭기는 20배 정도의 잡음에 의한 성능감소가 이루어질 수 있도록 한다. 이러한 감소가 이루어질 수 있도록 함으로서 S/N 비는 1,000 으로 감소될 수 있다. 평균을 고려할 때 최종 S/N 비는 550,000 정도로서, 이는 허용될 수 있는 것으로 간주되는 100,000의 최종 S/N 비를 얻는데 보다 적합하다.

이제 도 4와 도 5로 돌아가서, 본 발명의 제2실시형태가 설명될 것이다. 이 실시형태는 도 3에서 보인 것과 동일한 원리로 작동한다. 도 3에서 보인 실시형태의 경우 처럼, 본 발명의 제2실시형태는 레이저(62)를 포함하는 트랜스미터 유니트(60)와, 검출스크린(69)을 갖는 측정검출기(66)를 포함하는 리시버 유니트(64)를 포함한다.

레이저(62)로부터의 출력은 광섬유 가이드(70)에 공급되고 빔분할기(72)에 공급되며 여기에서 광선 빔은 검출빔(74)과 2차 빔(76)으로 분할된다. 검출빔(74)은 다른 광섬유 가이드(78)에 의하여 이루어지는 광학지연을 통하여 빔확대기(80)에 전달되고 모니터될 영역(82)을 지나 측정검출기(66)의 검출스크린(68)에 검출빔의 초점을 맞추기 위한 집광렌즈(84)에 전달된다.

한편, 2차 빔(76)은 다른 광섬유 가이드(86)를 통하여 빔확대기(88)에 전달되고 이 빔확대기는 빔분할기(90)에서 2차 빔(76)의 약 90%에 달하는 실질적인 부분이 집광렌즈(84)로 향한 다음 검출스크린(68)으로 향하도록 한다. 2차 빔(76)의 나머지 약 10%의 부분은 빔분할기(90)를 통하여 다른 집광렌즈(92)에 전달되고 레이저(62)의 출력의 체계적인 병화를 보상하기 위한 정상화 참조광으로 사용하기 위하여 참조광 검출기(94)에 전달된다.

이미 언급된 바와 같이, 일부가 모니터링 영역(82)에 존재하는 미량의 가스에 의하여 흡수되는 검출빔(74)과 2차 빔(76)이 빔분할기(90)의 하류측에서 조합되어 측정검출기(66)의 검출스크린(68)에 간섭무늬를 발생한다. 이러한 조합된 신호는 측정검출기(66)에 의하여 검출되어 상기 언급된 바와 같은 출력으로서 측정신호를 제공한다.

상기 설명한 바와 같이, 레이저 출력은 모니터되는 대상가스의 흡수대를 통하여 스캔되고, 검출빔(74)과 2차 빔(76) 사이의 경로길이의 차이는 재조합시에 2차 빔(76)에 시간지연이 도입되도록 할 것이다. 광섬유 가이드(78)에 의한 광학지연을 조절함으로서, 이러한 지연은 제어될 수 있고 어떠한 선택된 값이 되도록 선택될 수 있다.

이미 설명된 바와 같이, 검출빔(74)과 2차 빔(76)은 간섭무늬에서 넓은 간격을 갖는 간섭무늬패턴이 검출스크린(68)의 크기와의 비교로 발생될 수 있도록 재조합시 충분히 정렬되는 것이 중요하다. 상기 표 1은 재조합시 두 빔의 상대각도가 0.1도 정도인 것이 좋음을 보이고 있다. 이러한 변화의 크기가 레이저 빔의 발산각도 보다 작으므로(즉, 주어진 에에서 + 또는 -0.5도 이하), 이러한 각도는 트랜스미터 유니트(60)에서의 포인팅 에러 또는 진동에 의하여 비교적 영향을 받지 않는다.

그럼에도 불구하고, 리시버 유니트(64)에서의 포인팅 에러 또는 진동은 검출빔(74)과 검출스크린(68)에서의 검출빔(76)의 중복현상에 강한 영향을 줄 것이다. 보다 특별하게는, 도 5에 관련하여, 빔분할기(90)와 집광렌즈(84)가 리시버 유니트(64)에서 상대측에 대하여 고정되어 있고, 빔분할기(90)에 의하여 반사되어 집광렌즈(84)를 통해 진행하는 2차 빔(76)으로부터의 광선이 점 x1에서 검출스크린(68)에 초점을 맺는다. 그러나, 리시버 유니트(64)가 트랜스미터 유니트(60)에 대하여 정렬되는 경우, 검출빔(74)은 실선으로 보인 경로를 따라서 리시버 유니트(64)내에 수광될 것이고 재조합시 2차 빔(76)과 일치하게 될 것이며 동일한 점 x1에서 검출스크린(68)에 초점을 맺게 될 것이다. 그러나, 도 5에서 보인 바와 같이, 리시버 유니트(64)가 각도 β 만큼 트랜스미터 유니트(60)에 대하여 약간 오정렬된 경우, 검출빔(74)은 점선으로 보인 바와 같은 방향으로 진행하여 검출스크린(68)에서 점 x2에 초점을 맺게 될 것이다. 이와 같은 경우 두 빔의 경로는 검출스크린(68)상에서 겹치지 않아 간섭무늬가 발생되지 않는다.

이러한 상황을 치유하는 한가지 방법은 측정검출기(66)를 집광렌즈(84)를 향하여, 예를 들어 평면 f-f로 이동시키는 것이다. 비록 간섭무늬의 상대적인 간격이 감소되기는 하나, 검출빔(74)과 2차 빔(76)은 다시 겹치게 될 것이다. 환언컨데, 검출스크린(68)에서 간섭무늬의 수가 증가할 것이다. 이에 따라서 간섭무늬패턴의 밝은 부분과 어두운 부분을 나누는 간섭무늬 강도범위가 또한 감소할 것이며 검출감도는 증가될 필요가 있을 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위한 다른 방법은 검출빔(74)과 2차 빔(76) 중의 어 느 한 빔이 측정검출기(66)의 검출스크린(68)에 정확히 초점을 맺도록 하는 반면에 다른 빔은 불완전하게 초점이 맺어져 검출스크린(68)의 전역을 채울 수 있도록 하기 위하여 초점장치를 검출빔(74)과 2차 빔(76)의 어느 하나 또는 이들 모두에 대하여 도입하는 것이다. 예를 들어, 이는 광섬유 가이드(86)의 단부의 운동 및/또는 빔확대기(88)의 운동을 허용하는 장치에 의하여 달성될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시형태에 대하여서는 다양한 수정이 가능하다는 것이 명백할 것이다.

특히, 본래의 레이저 출력은 1차 검출빔과 2차 빔으로 분리하고 검출을 위한 간섭무늬를 발생하기 위하여 이들 두 빔을 재조합하기 위한 다른 수단이 이용될 수 있을 것이다.

마찬가지로, 2차 빔(76)으로부터 참조신호를 유도하기 위한 참조광 검출기(94)를 제공하는 것을 생략할 수도 있다. 또한, 참조신호를 상이한 위치, 예를 들어 도시된 바와 같은 빔분할기(90)의 하유측 보다는 상류측에서 2차 빔(76)으로부터 얻을 수 있을 것이다.

이상의 방법과 장치는 개방경로형 가스검출기를 이용하여 가스를 검출하기 위한 고감도의 수단을 제공하고 안개상태 및 불투명한 대기상태에서도 사용될 수 있는 실질적인 잇점을 제공한다.

Claims

대상가스를 검출하기 위한 가스검출시스템에 있어서, 이 가스검출시스템이 대상가스에 의하여 흡수되는 파장에서 간섭성 광선의 제1 빔이 제1의 광학경로를 따라 진행할 수 있도록 하는 트랜스미터 유니트, 간섭성 광선의 2차 빔이 다른 광학경로를 따라 진행할 수 있도록 하는 광학장치, 측정검출기를 가지고 간섭성 광선의 1차 및 2차 빔을 수광하기 위한 리시버 유니트와, 조합된 빔을 형성하기 위하여 광선의 두 빔을 조합하기 위한 광학빔 조합기로 구성되고, 1차 빔과 2차 빔이 조합된 빔에서 간섭을 발생하도록 제어되며, 리시버 유니트의 검출기가 간섭에 의하여 발생된 간섭무늬를 검출할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
제1항에 있어서, 트랜스미터 유니트가 레이저로 구성됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 광학장치가 2차 빔을 발생하기 위하여 1차 빔을 분할하기 위한 빔분할장치로 구성됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 다른 광학경로가 2차 빔을 광학빔조합기로 전달하기 위한 광섬유 가이드에 의하여 적어도 부분적으로 형성됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서, 검출되는 가스흡수범위에서 1차 빔의 파장을 스캔하기 위한 스캔장치를 포함함을 특징으로 하는 가스검출시스템.
전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 광학지연수단이 1차 광학경로내에 포함됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
제6항에 있어서, 광학지연수단이 광섬유로 구성됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 2차 빔으로부터 유도된 참조신호를 검출하기 위한 참조광 검출기를 포함함을 특징으로 하는 가스검출시스템.
전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 측정검출기에서 1차 빔과 2차 빔의 중복을 조절하기 위한 제어장치를 포함함을 특징으로 하는 가스검출시스템.
제9항에 있어서, 제어장치가 측정검출기에서 1차 빔과 2차 빔의 적어도 하나의 초점을 조절할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
제9항에 있어서, 제어장치가 다른 광학경로의 광학소자의 위치를 조절할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
제9항에 있어서, 제어장치가 측정검출기의 위치를 조절할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 가스검출시스템.
대상가스를 검출하기 위한 가스검출방법에 있어서, 이 방법이 대상가스에 의하여 흡수되는 파장에서 간섭성 광선의 제1 빔을 제1의 광학경로를 따라 진행시키는 단계, 간섭성 광선의 2차 빔을 다른 광학경로를 따라 진행시키는 단계와, 조합된 빔을 형성하기 위하여 광선의 두 빔을 조합하는 단계로 구성되고, 또한, 조합된 빔에서 간섭을 발생하도록 1차 빔과 2차 빔을 제어하는 단계와, 간섭에 의하여 발생된 간섭무늬를 검출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제13항에 있어서, 2차 빔을 발생하기 위하여 1차 빔을 분할하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 다른 광학경로를 통하여 2차 빔을 광학빔조합기로 전달하기 위하여 광섬유 가이드를 사용하는 단계롤 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제13항 내지 제15항에 있어서, 검출되는 가스흡수범위에서 1차 빔의 파장을 스캔하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제13항 내지 제16항에 있어서, 1차 광학경로에 광학지연을 도입하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제13항 내지 제17항에 있어서, 2차 빔으로부터 유도된 참조신호를 검출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제13항 내지 제18항에 있어서, 간섭무늬를 검출하기 위한 측정검출기에서 1차 빔과 2차 빔의 중복을 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제19항에 있어서, 1차 빔과 2차 빔의 적어도 하나의 초점을 조절하여 중복을 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제19항에 있어서, 다른 광학경로의 광학소자의 위치를 조절하여 중복을 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.
제19항에 있어서, 측정검출기의 위치를 조절하여 중복을 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가스검출방법.