KR20090070899A - 광학계의 오염을 자동 보정하는 터널내 가스 및 가시거리측정장치 - Google Patents

광학계의 오염을 자동 보정하는 터널내 가스 및 가시거리측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치를 개시한다. 본 발명의 가스 및 가시거리 측정 장치는 광학계의 오염을 차단하기 위해서 광을 발생시키고 광을 수신하는 광수신 장치와 광을 반사하는 광반사 장치의 전면에 윈도우를 설치하여 광학계의 오염을 차단하는 효과가 있다. 아울러, 본 발명은 각 윈도우의 오염도를 측정하여 윈도우가 설치된 상태에서 측정된 가스 농도 및 가시거리를 보정함으로써, 보다 정확한 가스 농도 및 가시거리 측정이 가능한 효과가 있다. 또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 측정 오차를 실시간으로 보정할 수 있으므로 인해서, 터널내에 설치되어 시시각각 변화하는 교통환경에 유연하게 대처할 수 있는 장점 및 장기적으로 유지보수가 용이하여 비용 절감 효과 또한 나타낸다.

Description

광학계의 오염을 자동 보정하는 터널내 가스 및 가시거리 측정장치{Apparatus for measuring gas and visibility range in tunnel}
본 발명은 가스의 성분과 농도 및 가시거리를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 터널내의 가스의 성분과 농도 및 가시거리를 측정하는 장치에 관한 것이다.
산업화에 따른 에너지 소비 증가로 인해 대기중에 오염물질이 배출되었고, 이로 인한 공해 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 이러한 오염 물질과 분진등은 사람의 호흡기에 악영향을 미칠뿐만 아니라 가시거리를 단축시키는 문제를 발생시키는데, 이러한 문제는 평지에 비해서 상대적으로 밀폐된 터널의 경우 더욱 심각하다.
평지의 경우에는 자연적으로 발생하는 바람이나 비의 영향으로 사람들이 위치하는 지역, 또는 사람들이 주거하는 지역에 존재하는 오염물질이나 분진 등이 다른 곳으로 이동 또는 확산되거나, 비와 함께 지면으로 떨어져 그 피해를 완화시킬 수 있으나, 터널 내부의 경우에는 평지에 비하여 상대적으로 밀폐되어 자연적으로 터널내부의 오염 물질 및 분진 등은 터널외부로 배출되기 어려운 문제점이 존재한 다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 출원인은 굴뚝내에 설치되어 각 가스의 성분 및 농도를 측정하는 도 1 에 도시된 바와 같은 장치를 이용하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 장치를 고안하였다. 본 발명의 설명하기에 앞서, 도 1을 참조하여 종래 기술에 따라서 굴뚝내의 가스의 종류 및 농도를 측정하는 측정 장치의 구성 및 동작을 설명한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 가스 측정 장치는 광송수신 장치(100)와 반사장치(120)로 구성되고, 광송수신 장치(100) 및 반사 장치(120)는 서로 평행하도록 굴뚝내에 설치된다.
먼저, 광송수신 장치(100)는 가스측정용 광원(101)으로서 흑체복사광원을 이용하여 적외선을 생성하여 반사장치(120)로 전송하고, 광원(101)에서 생성된 적외선은 먼지 보호 파이프(115)를 따라서 반사 장치(120)로 진행하며, 반사 장치(120)의 내부에 설치된 반사경(122)에서 반사되어 먼지 보호 파이프(125)를 따라서 다시 광송수신 장치(100)로 진행한다.
이 때, 복사면적이 비교적 크므로 빔이 퍼져나가면서 반사경(122)을 거쳐 센서에 도달하면서 세기가 미약해진다. 이를 최대한 억제하고 광선 빔을 모아서 센서에 전달하기 위해 광송수신 장치(100)에는 집광 렌즈(105)를 부착한다.
적외선 빔은 약 3~5 미터 떨어진 반사 장치(120)측 내부에 고정된 반사경에 닿아 반사되고, 그 빔은 집광용 렌즈에서 모여 광송수신 장치(100)의 검출부(108)로 보내진다.
검출부(108)와 렌즈(105)사이에는 측정하고자 하는 가스에 최적화된 가스 필터 및 밴드 패스 필터(106) 등으로 구성된 CALIBRATION WHEEL(107)이 장착되어 있다. CALIBRATION WHEEL(107)은 주기적으로 회전하면서 검출부(108)에 신호를 교대로 인가하여 정확한 가스농도 측정을 위해 신호를 교대로 쵸핑(CHOPPING)하는 기능을 포함한다. 측정된 신호는 CPU보드(109)로 보내어져서 상호 간섭 성분등을 제거한 후 해당가스의 농도를 외부로 출력하게 된다.
그러나, 종래의 가스 측정 장치는 시간의 경과에 따라서 광학계가 오염되고, 그 오염에 따라서, 실제보다 가스의 농도가 더 증가되도록 측정되는 문제점이 존재한다. 즉, 반사경에 분진 등이 묻는 경우에는 반사경에서 반사되는 광의 세기가 더 약해지고, 광송수신 장치(100)의 검출부(108)에 이러한 분진등이 묻는 경우에도 마찬가지 현상이 발생하여, 실제보다 더 가스의 농도가 높게 측정되는 문제점이 나타난다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 광학계를 정기적으로 청소하여야 하는데, 이러한 종래의 굴뚝용 가스 측정장치를 터널에 설치하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는데 적용하는 경우에는, 터널내의 특별한 환경을 고려할 때 교통흐름에 영향을 미치지 않으면서 가스 측정 장치를 청소하는 것은 현실적으로 상당한 어려움이 따른다.
따라서, 이러한 방법 이외의 방식으로 측정 오차를 보정할 수 있는 방법으로는, 터널내의 교통량을 고려하여 보정을 행하는 방법을 생각해 볼 수 있으나, 이러한 방식은 하루 중 교통량이 가장 적을때를 기준으로 영점보정을 실시하는 방법인 데, 이는 어디까지나 통계적인 수치일뿐 시시각각으로 변하는 교통환경을 정확하게 반영한다고 볼수 없으며 돌발상황 발생시 대처할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 터널내의 가스의 농도 및 가시거리를 측정할 수 있는 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 것으로서, 특히, 터널내의 광학계의 오염을 자동으로 보정하여 보다 정확한 가스 및 가시거리의 측정이 가능한 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 이루기 위한 본 발명의 가스 및 가시거리 측정장치는, 광의 전송 경로에 제 1 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광의 전송 경로에 제 2 윈도우가 설치된 광반사 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치로서, 광수신 장치는 광을 발생시켜 제 1 윈도우를 통해서 광반사 장치로 전송하고, 광반사 장치로부터 제 1 윈도우를 통해서 유입되는 광의 세기를 측정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하고, 광반사 장치는 제 2 윈도우를 통과하여 유입된 광을 반사시켜 제 2 윈도우를 통해서 광수신 장치로 전송한다.
한편, 상술한 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 가스 및 가시거리 측정장치는, 광의 전송 경로에 제 1 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광의 전송 경로에 제 2 윈도우가 설치된 광송신 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치로서, 광송신 장치는 광을 발생시켜 제 2 윈도우를 통해서 광수신 장치로 전송하고, 광수신 장치는 제 1 윈도우를 통해서 광송신 장치로부터 광을 수신하고, 수신된 광의 세기를 측정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정한다.
또한, 상술한 가스 및 가시거리 측정장치들의 광수신 장치는 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우 각각에서 감쇠되는 광의 세기인 각 윈도우의 오염도를 측정하고, 광의 세기를 측정한 측정값을 각 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 가스 및 가시거리 측정장치들의 제 1 윈도우의 오염도는 제 2 윈도우가 광경로상에 위치하고 제 1 윈도우가 광경로상에서 제거된 상태에서 측정된 광의 세기에서, 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기를 감산하여 측정될 수 있다.
또한, 상술한 가스 및 가시거리 측정장치들의 제 2 윈도우의 오염도는 제 1 윈도우가 광경로상에 위치하고 제 2 윈도우가 광경로상에서 제거된 상태에서 측정된 광의 세기에서, 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기를 감산하여 측정될 수 있다.
또한, 상술한 가스 및 가시거리 측정장치들의 광수신 장치에서 수신되는 광은 가시 영역의 광이고, 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값에 각 윈도우의 오염도를 가산하여, 터널내의 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 구하고, 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 이용하여 터널내의 부유분진 농도(K)를 구하며, 터널내의 부유분진의 농도에 따라서 가시거리를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 가스 및 가시거리 측정장치들의 광수신 장치는 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값(I)을 다음의 수학식
Figure 112007093972786-PAT00001
(여기서, Io 는 광원에서 발생된 광의 세기이고, Lm 은 측정거리 임)에 대입하여 터널내의 부유 분진 농도(K)를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 가스 및 가시거리 측정장치들의 광수신 장치는 사전에 정의된 투과율(I/Io)일 때를 기준으로 부유분진 농도(K)를 다음의 수학식
Figure 112007093972786-PAT00002
에 대입하여 가시거리(L)를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 가스 및 가시거리 측정장치들의 광수신 장치에 수신되는 광은 적외선 영역의 광이고, 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정 대상 가스 성분이 흡수하는 파장의 광의 세기 측정값에 각 윈도우에 의해서 감소된 파장의 광의 세기 측정값인 오염도를 가산하여, 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 구하고, 터널내의 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 이용하여 터널내의 가스성분의 농도(C)를 구할 수 있다.
또한, 상술한 가스 및 가시거리 측정장치들의 광수신 장치는 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 다음의 수학식
Figure 112007093972786-PAT00003
(여기서, Io 는 광원에서 발생된 적외선 영역의 광의 세기이고, L 은 측정거리이며, M 은 측정하고자 하는 가스 성분이 에너지를 흡수하는 파장의 흡광 계수임)에 대입하여 터널내의 가스 성분의 농도(C)를 측정할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 가스 및 가시거리 측정장치는, 광의 전송 경로에 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광반사 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치로서, 광수신 장치는 광을 발생시켜 윈도우를 통해서 광반사 장치로 전송하고, 광반사 장치로부터 윈도우를 통해서 유입되는 광의 세기를 측정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하고, 광반사 장치는 광수신 장치로부터 유입된 광을 반사시켜 광수신 장치로 전송할 수 있다.
또한, 상술한 광수신 장치는 윈도우가 제거된 상태에서 측정된 광의 세기에서 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기를 감산하여 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 윈도우에서 감쇠되는 광의 세기인 윈도우의 오염도를 측정하고, 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값을 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 광수신 장치는 가시 영역의 광을 발생시키고, 윈도우의 오염도에 사전에 정의된 팩터를 승산하여 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도를 계산하고, 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값에 윈도우의 오염도와 반사경의 오염도를 가산하여 터널내의 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 구하고, 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 이용하여 터널내의 부유분진 농도(K)를 구하며, 터널내의 부유분진의 농도에 따라서 가시거리를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 광수신 장치는 적외선 영역의 광을 발생시키고, 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정 대상 가스 성분이 흡수하는 파장의 광의 세기 측정값에 윈도우에 의해서 감소된 파장의 광의 세기 측정값인 오염도를 가산하고, 윈도우의 오염도에 사전에 정의된 팩터를 승산하여 계산된 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도를 가산하여, 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파 장의 광의 세기 측정값(I)을 구하고, 터널내의 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 이용하여 터널내의 가스성분의 농도(C)를 구할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 이루기 위한 본 발명의 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법은, 광의 전송 경로에 제 1 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광의 전송 경로에 제 2 윈도우가 설치된 광반사 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치를 이용하여 터널내 가스 및 가시거리를 측정하는 방법으로서, (a) 광수신 장치에서 광을 생성하여 광반사 장치로 전송하고 광반사 장치로부터 수신된 광의 세기를 측정하여 측정값(V12)을 생성하는 단계; (b) 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우 각각에서 감쇠되는 광의 세기인 각 윈도우의 오염도를 측정하는 단계; 및 (c) 측정값(V12)을 각 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 단계를 포함한다.
한편, 상술한 과제를 이루기 위한 본 발명의 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법은, 광의 전송 경로에 제 1 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광의 전송 경로에 제 2 윈도우가 설치된 광송신 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치를 이용하여 터널내 가스 및 가시거리를 측정하는 방법으로서, (a) 광송신 장치에서 광을 생성하여 광수신 장치로 전송하고 광수신 장치가 수신된 광의 세기를 측정하여 측정값(V12)을 생성하는 단계; (b) 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우 각각에서 감쇠되는 광의 세기인 각 윈도우의 오염도를 측정하는 단계; 및 (c) 측정값(V12)을 각 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 단계를 포함한다.
또한, 상술한 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법들의 (b) 단계는 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우를 번갈아 광경로상에서 제거하고 측정된 광의 세기에서 측정값(V12)을 감산하여, 제 1 윈도우의 오염도와 제 2 윈도우의 오염도를 번갈아 측정할 수 있다.
또한, 상술한 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법들의 (a) 단계는 가시 영역의 광을 생성하고, 상술한 (c) 단계는 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값에 각 윈도우의 오염도를 가산하여, 터널내의 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 구하고, 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 이용하여 터널내의 부유분진 농도(K)를 구하며, 터널내의 부유분진의 농도에 따라서 가시거리를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법들의 (c) 단계는 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값(I)을 다음의 수학식
Figure 112007093972786-PAT00004
(여기서, Io 는 광원에서 발생된 광의 세기이고, Lm 은 측정거리 임)에 대입하여 터널내의 부유 분진 농도(K)를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법들의 (c) 단계는 사전에 정의된 투과율(I/Io)일 때를 기준으로 부유분진 농도(K)를 다음의 수학식
Figure 112007093972786-PAT00005
에 대입하여 가시거리(L)를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법들의 상술한 (a) 단계는 적외선 영역의 광을 발생시키고, 상술한 (c) 단계는 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정 대상 가스 성분이 흡수하는 파장의 광의 세기 측정값에 각 윈도우에 의해서 감소된 파장의 광의 세기 측정값인 오염도를 가산하여, 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 구하고, 터널내의 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 이용하여 터널내의 가스성분의 농도(C)를 구할 수 있다.
또한, 상술한 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법들의 (c) 단계는 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 다음의 수학식
Figure 112007093972786-PAT00006
(여기서, Io 는 광원에서 발생된 적외선 영역의 광의 세기이고, L 은 측정거리이며, M 은 측정하고자 하는 가스 성분이 에너지를 흡수하는 파장의 흡광 계수임)에 대입하여 터널내의 가스 성분의 농도(C)를 측정할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 터널내 가스 및 가시거리 측정방법은, 광의 전송 경로에 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광반사 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치에서 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 방법으로서, (a) 광수신 장치에서 광을 생성하여 광반사 장치로 전송하고 광반사 장치로부터 수신된 광의 세기를 측정하여 측정값(V12)을 생성하는 단계; (b) 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 윈도우에서 감쇠되는 광의 세기인 윈도우의 오염도를 측정하는 단계; 및 (c) 측정값(V12)을 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 단계를 포함한다.
또한, 상술한 (b) 단계는 윈도우가 제거된 상태에서 측정된 광의 세기에서 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기를 감산하여 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 윈도우에서 감쇠되는 광의 세기인 윈도우의 오염도를 측정 하고, 상술한 (c) 단계는 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값을 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 (a) 단계는 가시 영역의 광을 발생시키고, 상술한 (c) 단계는 윈도우의 오염도에 사전에 정의된 팩터를 승산하여 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도를 계산하고, 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값에 윈도우의 오염도와 반사경의 오염도를 가산하여 터널내의 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 구하고, 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 이용하여 터널내의 부유분진 농도(K)를 구하며, 터널내의 부유분진의 농도에 따라서 가시거리를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 (a) 단계는 적외선 영역의 광을 발생시키고, 상술한 (c) 단계는 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정 대상 가스 성분이 흡수하는 파장의 광의 세기 측정값에 윈도우에 의해서 감소된 파장의 광의 세기 측정값인 오염도를 가산하고, 윈도우의 오염도에 사전에 정의된 팩터를 승산하여 계산된 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도를 가산하여, 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 구하고, 터널내의 가스 성분만에 의해서 감쇠된 파장의 광의 세기 측정값(I)을 이용하여 터널내의 가스성분의 농도(C)를 구할 수 있다.
본 발명의 가스 및 가시거리 측정 장치는 광학계의 오염을 차단하기 위해서 광을 발생시키고 광을 수신하는 광수신 장치와 광을 반사하는 광반사 장치의 전면에 윈도우를 설치하여 광학계의 오염을 차단하는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 각 윈도우의 오염도를 측정하여 윈도우가 설치된 상태에서 측정된 가스 농도 및 가시거리를 보정함으로써, 보다 정확한 가스 농도 및 가시거리 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 측정 오차를 실시간으로 보정할 수 있으므로 인해서, 터널내에 설치되어 시시각각 변화하는 교통환경에 유연하게 대처할 수 있는 장점 및 장기적으로 유지보수가 용이하여 비용 절감 효과 또한 나타낸다.
본 발명의 터널내 가스 및 가시거리 측정장치의 구성을 설명하기에 앞서, 측정 원리를 설명하면, 본 발명은 Beer-Lambert 원리에 따라서 가시거리 및 가스의 농도를 측정한다. 먼저, 가시거리를 측정하는 방식을 예시적으로 설명하면, 다음의 수학식 1 에 따라서 가시거리가 측정된다.
Figure 112007093972786-PAT00007
수학식 1에서 I0 는 광원에서 생성된 광의 세기를 나타내고, I 는 터널을 통과한 후 측정된 광의 세기를 나타내며, K는 감쇠상수를 나타내고, L은 측정거리를 나타낸다. 이 때, 감쇠상수 K는 부유 분진의 농도에 따라서 비례하는 값으로서, I0, I, 및 L 을 알면 K를 구할 수 있고, 따라서 K에 비례하는 부유분진의 농도를 구 할 수 있다.
한편, 가시거리는 광투과율이 95% 감소되어 최초 광의 세기가 5%가 되는 거리를 기준으로 설정하는 것이 일반적이다. 따라서, 상술한 수학식 1에서 구한 부유분진 농도(K)값을 다시 수학식 1 에 대입하고, 광투과율(I/I0)이 5%인 상황에서의 L을 구하면, 이것이 바로 부유분진 농도에 비례하는 감쇠상수가 K 일때의 가시거리가 된다.
이를 수식으로 정리하면 다음과 같다. 먼저 부유분진 농도에 비례하는 감쇠상수 K 는 다음의 수학식 2 에 측정값을 대입하여 구할 수 있다.
Tm=(I/I0)=e-KLm
여기서, Lm 은 측정거리를 나타내고, Tm 은 측정된 투과도를 나타낸다.
수학식 2를 감쇠상수 K 에 대해서 풀면 다음의 수학식 3 과 같이 정리된다.
감쇠상수 K=(1/Lm)*ln(1/Tm)=(1/Lm)*ln(I0/I)
상술한 수학식 3 에 의해서 구해진 감쇠상수 K를 이용하여, 투과도가 5%일때의 가시거리를 구하는 식은 수학식 1 을 가시거리 L 에 대해서 정리하여 다음의 수학식 4 와 같이 얻을 수 있다.
가시거리(L)=(1/K)*ln(1/T)=(1/K)*ln(1/0.05)=ln20/K
구체적 예를 들어 설명하면, 먼저, 측정거리가 6m인 터널에서 투과도가 0.5% 감소되었을때 측정 결과를 상술한 수학식 3 에 대입하면, K=(1/6)*ln(1/0.995)=0.000835*m-1 이 되고, K를 다시 수학식 4 에 대입하면, 가시거리 L=(1/0.000835*m-1)*ln(1/0.05)=ln20/0.000835*m-1=2.99/0.000835*m-1 = 3.5km 가 구해진다.
다른 예를 들면, 측정기에서 투과도가 5% 감소되었을 때 측정 결과를 상술한 수학식 3 에 대입하면, K=(1/6)*ln(1/0.95)=0.008549*m-1 이 되고, K를 다시 수학식 4 에 대입하면, 가시거리 L=(1/0.008549*m-1)*ln(1/0.05)=2.99/0.008549*m-1=350m 가 구해진다.
또 다른 예를 들면, 측정기에서 투과도가 50% 감소되었을 때 측정 결과를 상술한 수학식 3 에 대입하면, K=(1/6)*ln(1/0.5)=0.115525*m-1 이 되고, K를 다시 수학식 4 에 대입하면, 가시거리 L=(1/0.115525*m-1)*ln(1/0.05)=2.99/0.115525*m-1=26m 가 구해진다.
지금까지 가시거리 측정 원리를 설명하였다. 이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 오차가 보정되는 가시거리 측정 방법을 설명한다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예 의 측정 장치는 터널내에 서로 평행하게 설치되는 광수신 장치(200)와 광반사 장치(220)를 포함하여 구성된다.
먼저, 광수신 장치(200)는, 적외선 영역 또는 가시광선 영역의 광을 발생시키는 광원(201), 광원(201)에서 발생된 광과 광반사장치(220)로부터 유입되는 광을 통과시키는 제 1 윈도우(204), 제 1 윈도우(204)를 이동시키는 제 1 모터(213), 광수신 장치(200)와 광반사 장치(220)간에 송수신되는 광을 유도하는 먼지 보호 파이프(215), 광반사 장치(220)에서 반사되어 유입된 광을 집중시키는 렌즈(205), 렌즈(205)를 통과한 광의 세기를 측정하는 검출부(208), 렌즈(205)와 검출부(208) 사이에 설치된 가스 필터(206)와 가스 필터(206)가 설치된 캘리브레이션 윌(calibaration wheel;207), 캘리브레이션 윌(207)을 주기적으로 회전시키면서 검출부(208)에 신호를 교대로 인가하여 정확한 가스 농도 측정을 위해서 신호를 교대로 쵸핑하는 제 3 모터(211), 및 검출부(208)에서 출력된 신호를 이용하여 가스의 농도 및 가시거리를 계산하는 제어부(209)를 포함한다.
상술한 구성에서, 광원(201)은 가시거리를 측정하기 위해서 Laser Diode 로 구현되어 가시광선 영역인 658nm 파장을 사용하여 주기적인 펄스 신호를 발생시켜 광반사 장치(220)로 송신하는 가시광 발생부(도 3 의 201a 참조)와 가스의 농도를 측정하기 위해서 적외선을 생성하여 광반사 장치(220)로 송신하는 적외선 발생부(도 3 의 201b 참조)를 포함하는 구성이다.
한편, 광반사 장치(220)는 광수신 장치(200)로부터 수신되는 광을 통과시키고, 반사경(222)에서 반사되어 광수신 장치(200)로 향하는 광을 통과시키는 제 2 윈도우(228), 제 2 윈도우(228)를 이동시키는 제 2 모터(224), 광수신 장치(200)와 광반사 장치(220)간에 송수신되는 광을 유도하는 먼지 보호 파이프(225) 및 광수신 장치(200)로부터 수신되는 광을 반사시키는 반사경(222)을 포함하여 구성된다.
상술한 구성들 중 제 1 윈도우(204) 및 제 2 윈도우(228)는 가시광선과 적외선 영역까지 투과율이 양호한 칼슘플로라이드(CaF2) 재질로 제작된다. 또한, 제 1 모터(213)와 제 2 모터(224)를 제어하면, 제 1 윈도우(204) 및 제 2 윈도우(228)는 각각 제 1 모터(213)와 제 2 모터(224)의 회전축을 따라서 이동하여 광경로상에 위치하거나 광경로를 벗어나 위치할 수 있다.
즉, 본 발명에서는, 광학계의 오염으로 인한 측정값의 오차를 보정하기 위해서, 제 1 모터(213) 및 제 2 모터(224)를 제어하여, 광원(201)에서 송신된 광이 제 1 윈도우(204)만을 투과할 경우의 측정값, 제 2 윈도우(228)만을 투과할 경우의 측정값, 제 1 윈도우(204)와 제 2 윈도우(228)를 모두 투과할 때의 측정값을 모두 측정하여 오차를 보상한다.
이하에서는 도 2 에 도시된 측정 장치를 이용하여 터널내 가시거리 및 가스를 측정하는 과정을 설명한다.
터널내의 가시거리를 측정하기 위해서, 본 발명은 일정한 시간 간격(수 초마다 또는 수십 초마다)으로 제 1 윈도우(204) 및 제 2 윈도우(228)가 모두 광경로상에 위치하는 상태에서 가시거리 측정을 실시한다.
가시거리를 측정하기 위해서 광원(201)은 가시영역의 광을 발생시켜 제 1 윈 도우(204)를 통해서 광반사 장치(220)로 송신하고, 제 1 윈도우(204)를 통과한 광은 터널내를 진행하면서 그 세기가 분진의 양에 따라서 감소하면서 광반사 장치(220)로 진행하여 광반사 장치(220)의 전면에 설치된 제 2 윈도우(228)를 통과하여 내부의 반사경(222)에서 반사된다.
반사된 광은 다시 제 2 윈도우(228)를 통과하여 터널내를 진행하면서 광의 세기가 분진의 양에 따라서 감소되면서 광수신 장치(200)로 향하고, 광수신 장치(200)의 제 1 윈도우(204)를 통과하고, 렌즈(205)에서 집광되어 가스 필터(206)를 통과하여 검출부(208)에서 수신된다.
검출부(208)는 수신된 광의 세기를 측정하여 광의 세기에 대응되는 측정 전압값(V12)을 제어부(209)로 출력하고, 제어부(209)는 상술한 수학식 3 및 수학식 4 에 측정값을 대입하여 가시거리를 측정한다.
그러나, 상술한 바와 같이 제 1 윈도우(204)와 제 2 윈도우(228)가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정값은 광원(201)에서 발생된 광이 순수하게 터널내의 부유 분진에 의해서 감쇠된 것을 측정한 것이 아니라, 오염된 윈도우에 의해서 감쇠된 부분도 함께 포함하므로, 윈도우들의 오염에 의한 오차를 보정하여야 한다.
이를 위해서, 본 발명은 일정한 시간 간격(하루 1~5회)으로 윈도우의 오염도를 측정하여 보상하는 과정을 아래와 같이 실시하고, 측정된 각 윈도우의 오염도는 다음번 윈도우 오염도가 측정될 때까지 내부에 저장되어 실시간 가시거리 측정에 이용된다.
윈도우 오염도 측정 방법을 설명하면, 먼저, 제 1 윈도우(204)를 광경로에서 제거하고 제 2 윈도우(228)만이 광경로상에 위치한 상태에서 상술한 과정을 반복하여 제 2 윈도우(228)만이 설치된 경우의 광의 세기를 측정한 측정값(V2)을 구한다.
또한, 제 2 윈도우(228)를 광경로에서 제거하고 제 1 윈도우(204)만이 광경로상에 위치한 상태에서 상술한 과정을 반복하여 제 1 윈도우(204)만이 설치된 경우의 광의 세기를 측정한 측정값(V1)을 구한다.
그 후, 제어부(209)는 다음의 수학식 5 에 따라서 제 1 윈도우(204)의 오염으로 인한 광의 세기 측정값의 감소분인 제 1 윈도우 오염도(Q1)를 구하고, 다음의 수학식 6 에 따라서 제 2 윈도우(228)의 오염으로 인한 광의 세기 측정값의 감소분인 제 2 윈도우 오염도(Q2)를 구한다.
Q1 = (V2-V12)
Q2 = (V1-V12)
한편, 윈도우를 설치하지 않고 순수하게 터널내의 부유 분진에 의해서만 감쇠된 광의 세기값을 V0라고 하면, 제 1 윈도우(204) 및 제 2 윈도우(228)를 설치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값(V12)은 순수하게 부유분진에 의해서 광의 세기가 감쇠된 측정값에서 제 1 윈도우(204) 및 제 2 윈도우(228)의 오염에 의해서 광이 감쇠되는 감소분을 차감한 값(V0-Q1-Q2)과 같다. 즉, V12=V0-Q1-Q2 이고, 부유 분진만에 의한 가시거리를 계산하기 위해서 필요한 V0 는 V0=V12+Q1+Q2 와 같다.
여기서 V12 은 제 1 윈도우(204) 및 제 2 윈도우(228)를 광경로상에 배치하 여 광의 세기를 측정한 값이고, Q1 및 Q2 는 상술한 수학식 5 와 수학식 6 에 의해서 계산된 값이며, 측정거리(Lm)와 최초 광원(201)에 의해서 발생된 광의 세기(Io)는 사전에 설정된 값이므로, 이러한 값들을 상술한 수학식 3 에 대입하면 감쇠상수 K=(1/Lm)*ln(I0/I) =(1/Lm)*ln(I0/(V12+Q1+Q2)) 와 같이 구해진다.
이러한 방식으로 구해진, 순수하게 부유 분진에 의한 감쇠상수 K를 상술한 수학식 4 에 대입하면 윈도우의 오염에 의한 측정오차가 보정된 터널내의 가시거리를 구할 수 있다.
한편, 제어부(209)는 상술한 바와 같이 일정한 시간 주기로 각 윈도우의 오염도를 측정하여 내부에 저장하고, 다음번 윈도우들의 오염도가 측정될때까지 저장된 값을 이용하여 실시간으로 측정되는 터널내의 가시거리를 보정한다.
또한, 제어부(209)는 소정의 통신수단을 이용하여 실시간으로 측정된 가시거리를 통신망을 통해서 중앙의 통제 서버(미도시됨)로 전송한다. 본 발명은 가시거리 및 가스 측정에 관한 것이므로, 통제 서버와 관련된 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 가스 및 가시거리 측정장치는 상술한 바와 동일한 방식을 이용하여 터널내의 가스를 측정한다. 본 발명의 터널내의 가스 및 해당 가스의 농도를 측정하는 방식은 적외선(IR) 흡수법에 기초한다. 적외선(IR) 흡수법을 설명하면, CO 가스나 CO2 가스처럼 2개 이상의 다른 원자로 구성된 가스 분자의 경우, 가스 분자의 화학 결합, 원자량, 분자 진동 등에 따라서 특정 파장의 적외선을 흡수하는 특성이 있다.
적외선 흡수법은 이러한 흡수 스펙트럼을 이용하여 기체에 포함된 성분 및 농도를 측정하는 방식으로, 기체를 통과한 적외선의 각 파장의 에너지 변화를 조사하여 흡수 파장에서는 기체에 포함된 분자의 종류를 판별하고, 흡수 피크의 강약으로 해당 분자의 농도를 측정한다. 각 가스에 있어서 흡수 파장 대역은 여러 개가 있으나 주로 CO2는 4.24㎛, CO는 4.64㎛, HC는 3.4㎛을 이용한다.
측정 가스에 포함된 각 성분의 농도는 아래의 수학식 7 에 기재된 Beer-Lambert 의 법칙에 대입하여 계산된다.
Figure 112007093972786-PAT00008
수학식 7에서 I0 는 측정하고자 하는 가스가 포함된 공간으로 입사된 적외선의 에너지 레벨 측정값을 나타내고, I 는 가스를 통과한 적외선의 에너지 레벨 측정값을 나타내며, M 은 측정하고자 하는 가스 성분이 에너지를 흡수하는 파장의 흡광 계수를 나타내고, C 는 측정 대상 성분의 농도를 나타내며, L 은 측정 길이를 나타낸다.
수학식 7에서 I0, M, 및 L 은 사전에 정의된 값들이고, I 는 측정값이므로, 이 들을 수학식 7 에 대입하여 C 에 대해서 풀면 가스에 포함된 측정 대상 성분의 농도를 구할 수 있다.
상술한 본 발명의 가스 및 가시거리 측정장치를 이용하여 측정 대상 가스의 성분 농도를 측정하는 방법을 설명하면, 제 1 윈도우(204) 및 제 2 윈도우(228)가 광경로상에 배치된 상태에서 광원(201)에서 적외선을 발생시켜 광반사 장치(220)로 전송한다.
광수신 장치(200)의 광원(201)에서 발생된 적외선은 제 1 윈도우(204)를 통과하고 터널내의 가스를 통과한 후, 광반사 장치(220)의 제 2 윈도우(228)를 통과하여 반사경(222)에서 반사된다. 또한, 반사된 적외선은 다시 제 2 윈도우(228)를 통과하고 터널내의 가스를 통과한 후, 광수신 장치(200)의 제 1 윈도우(204)를 통과하여 검출부(208)에 수신된다.
한편, 검출부(208)에서 수신된 적외선 세기의 측정값(V12)은 가시거리 측정시에 설명한 바와 같이, 오염된 각 윈도우에 의해서 적외선의 세기가 감소된 감소분이 반영되어 있다.
즉, 검출부(208)에서 측정된 측정값(V12)은 순수하게 터널내의 측정 대상 가스에 의해서만 적외선의 특정 파장의 세기가 감쇠된 경우의 측정값(V0)에서 제 1 윈도우(204)의 오염에 의해서 적외선의 세기가 감쇠된 감소분(Q1) 및 제 2 윈도우(228)의 오염에 의해서 적외선의 세기가 감쇠된 감소분(Q2)을 감산한 결과(V12=V0-Q1-Q2)가 된다. 각 윈도우에 묻은 분진 등은 측정하고자 하는 가스에 대응되는 특정 파장의 적외선 세기만을 감소시키는 것은 아니지만, 전체적인 적외선의 통과를 방해하여 전체 적외선의 측정값을 감소시킨다. 이 때, Q1 및 Q2 는 가시거리 측정과 동일한 방식으로 측정된다.
그 후, 제어부(209)는 윈도우가 모두 광경로상에 배치된 상태에서 측정된 적외선 세기 측정값에서 각 윈도우의 오염도(Q1 및 Q2)를 가산하여, 순수하게 농도를 측정하고자 하는 가스 성분에 의해서 감쇠된 적외선 세기의 측정값(V0=V12+Q1+Q2)을 구하고, 이 값을 상술한 수학식 7 에 대입하여 터널내의 측정 대상 가스의 농도(C)를 구하여 중앙 관제 서버(미도시 됨)로 전송한다.
가시거리 측정의 경우와 마찬가지로, 각 윈도우의 오염도 측정은 일정한 시간 주기(하루 1~5회)로 실시되어 저장되고, 가스 농도 측정은 거의 실시간으로(수 초마다 또는 수십 초마다) 수행되며 윈도우에 의한 오염도 보정은 내부에 저장된 각 윈도우의 오염도를 이용하여 수행된다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광수신 장치의 구현예를 도시한 도면이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 도 2 에서는 광원(201) 및 검출부(208)를 하나의 구성으로 도시하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 실제로는 광원(201)은 가시거리 측정을 위해서 가시광을 발생시키는 가시광 발생부(201a)와 가스 측정을 위해서 적외선을 발생시키는 적외선 발생부(201b)를 포함하여 구성되고, 검출부(208) 역시 가시광 수신부(208a) 및 적외선 수신부(208b)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가시 및 가시거리 측정장치의 터널내 설치예를 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가스 및 가시거리 측정 장치를 도시하는 도면이다. 도 5 에서는 도 2 에 도시된 구성 요소와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호로 참조하였다. 도 5 를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 가스 및 가시거리 측정 장치는 제 1 실시예와 마 찬가지로 광수신 장치와 광반사 장치로 구성된다. 다만, 도 5 에 도시된 가스 및 가시거리 측정장치의 경우에는 광수신 장치에만 윈도우가 설치되고, 광반사 장치에는 윈도우가 설치되지 않는다.
이 경우에, 상술한 가스 및 가시거리를 측정함에 있어서, 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도와 광수신 장치에 설치된 윈도우의 오염도는 서로 비례관계가 성립됨을 실험적으로 알 수 있다.
따라서, 도 5 에 도시된 가스 및 가시거리 측정 장치는 광수신 장치에 설치된 윈도우를 광경로상에서 제거하고 측정된 측정값에서 광수신 장치에 설치된 윈도우가 광경로상에 배치된 상태에서 측정한 측정값을 감산하여 윈도우의 오염도(제 1 실시예의 Q1에 대응됨)를 측정한다.
그 후, 사전 실험에 의해서 계산된 일정한 팩터(약 1 내외)를 윈도우의 오염도에 승산하여 반사경의 오염도(제 1 실시예의 Q2 에 대응됨)를 측정한다. 윈도우의 오염도와 반사경의 오염도를 이용하여 가스 및 가시거리를 측정하는 과정은 상술한 제 1 실시예에서 제 1 윈도우와 제 2 윈도우의 오염도를 이용하여 측정하는 과정과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 가스 및 가시거리 측정장치를 도시하는 도면이다. 도 6 에서는 도 2 에 도시된 구성 요소와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호로 참조하였다. 도 6 을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 가스 및 가시거리 측정장치는 광송신 장치(280)와 광수신 장치(260)로 구성된다. 제 3 실시예는, 광수신 장치(200)가 광을 송신하고 반사된 광 을 수신하여 가스 및 가시거리를 측정하는 제 1 실시예와 달리, 광을 송신하는 구성과 광을 수신하여 가스 및 가시거리를 측정하는 구성을 분리하였다.
따라서, 제 1 실시예에서 광반사 장치(220)에 광원을 설치하여 광을 생성하여 광수신 장치(200)로 전송하고, 광수신 장치(220)는 광을 수신하여 가스 및 가시거리를 측정하는 것으로 그 구성이 변경된 것으로 볼 수 있다. 이에 따라서 측정 거리가 1/2로 줄어든다는 점을 제외하면, 광수신 장치(260)에 설치된 제 1 윈도우(204)와 광송신 장치(280)에 설치된 제 2 윈도우(228)의 오염도를 측정하여 터널내 가스 및 가시거리를 측정하는 방식은 제 1 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따라서 굴뚝내의 가스의 종류 및 농도를 측정하는 측정 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 광수신 장치의 구현예를 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가시 및 가시거리 측정장치의 터널내 설치예를 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가스 및 가시거리 측정 장치를 도시하는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 가스 및 가시거리 측정장치를 도시하는 도면이다.

Claims (26)

  1. 광의 전송 경로에 제 1 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광의 전송 경로에 제 2 윈도우가 설치된 광반사 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치로서,
    상기 광수신 장치는 광을 발생시켜 상기 제 1 윈도우를 통해서 상기 광반사 장치로 전송하고, 상기 광반사 장치로부터 제 1 윈도우를 통해서 유입되는 광의 세기를 측정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하고,
    상기 광반사 장치는 상기 제 2 윈도우를 통과하여 유입된 광을 반사시켜 상기 제 2 윈도우를 통해서 상기 광수신 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  2. 광의 전송 경로에 제 1 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광의 전송 경로에 제 2 윈도우가 설치된 광송신 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치로서,
    상기 광송신 장치는 광을 발생시켜 상기 제 2 윈도우를 통해서 상기 광수신 장치로 전송하고,
    상기 광수신 장치는 상기 제 1 윈도우를 통해서 상기 광송신 장치로부터 광을 수신하고, 수신된 광의 세기를 측정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광수신 장치는
    터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우 각각에서 감쇠되는 광의 세기인 각 윈도우의 오염도를 측정하고, 상기 광의 세기를 측정한 측정값을 상기 각 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 윈도우의 오염도는
    상기 제 2 윈도우가 광경로상에 위치하고 상기 제 1 윈도우가 광경로상에서 제거된 상태에서 측정된 광의 세기에서, 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기를 감산하여 측정되는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 윈도우의 오염도는
    상기 제 1 윈도우가 광경로상에 위치하고 상기 제 2 윈도우가 광경로상에서 제거된 상태에서 측정된 광의 세기에서, 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기를 감산하여 측정되는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 광수신 장치에서 수신되는 광은 가시 영역의 광이고,
    상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값에 상기 각 윈도우의 오염도를 가산하여, 터널내의 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 구하고, 상기 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 이용하여 터널내의 부유분진 농도(K)를 구하며, 상기 터널내의 부유분진의 농도에 따라서 가시거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광수신 장치는 상기 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값(I)을 다음의 수학식
    Figure 112007093972786-PAT00009
    (여기서, 상기 Io 는 광원에서 발생된 광의 세기이고, 상기 Lm 은 측정거리 임)
    에 대입하여 상기 터널내의 부유 분진 농도(K)를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광수신 장치는 사전에 정의된 투과율(I/Io)일 때를 기준으로 상기 부유분진 농도(K)를 다음의 수학식
    Figure 112007093972786-PAT00010
    에 대입하여 가시거리(L)를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 광수신 장치에 수신되는 광은 적외선 영역의 광이고,
    상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정 대상 가스 성분이 흡수하는 파장의 광의 세기 측정값에 상기 각 윈도우에 의해서 감소된 상기 파장의 광의 세기 측정값인 상기 오염도를 가산하여, 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 구하고, 상기 터널내의 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 이용하여 터널내의 가스성분의 농도(C)를 구하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광수신 장치는 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 다음의 수학식
    Figure 112007093972786-PAT00011
    (여기서, 상기 Io 는 광원에서 발생된 적외선 영역의 광의 세기이고, 상기 L 은 측정거리이며, 상기 M 은 측정하고자 하는 가스 성분이 에너지를 흡수하는 파장의 흡광 계수임)
    에 대입하여 상기 터널내의 가스 성분의 농도(C)를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  11. 광의 전송 경로에 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광반사 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치로서,
    상기 광수신 장치는 광을 발생시켜 상기 윈도우를 통해서 상기 광반사 장치로 전송하고, 상기 광반사 장치로부터 상기 윈도우를 통해서 유입되는 광의 세기를 측정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하고,
    상기 광반사 장치는 상기 광수신 장치로부터 유입된 광을 반사시켜 상기 광수신 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광수신 장치는
    상기 윈도우가 제거된 상태에서 측정된 광의 세기에서 상기 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기를 감산하여 상기 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 상기 윈도우에서 감쇠되는 광의 세기인 윈도우의 오염도를 측정하고, 상기 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값을 상기 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 광수신 장치는
    가시 영역의 광을 발생시키고,
    상기 윈도우의 오염도에 사전에 정의된 팩터를 승산하여 상기 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도를 계산하고, 상기 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값에 상기 윈도우의 오염도와 상기 반사경의 오염도를 가산하여 터널내의 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 구하고, 상기 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 이용하여 터널내의 부유분진 농도(K)를 구하며, 상기 터널내의 부유분진의 농도에 따라서 가시거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 광수신 장치는
    적외선 영역의 광을 발생시키고,
    상기 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정 대상 가스 성분이 흡수하는 파장의 광의 세기 측정값에 상기 윈도우에 의해서 감소된 상기 파장의 광의 세기 측정값인 상기 오염도를 가산하고, 상기 윈도우의 오염도에 사전에 정의된 팩터를 승산하여 계산된 상기 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도를 가산하여, 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 구하고, 상기 터널내의 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 이용하여 터널내의 가스성분의 농도(C)를 구하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정장치.
  15. 광의 전송 경로에 제 1 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광의 전송 경로에 제 2 윈도우가 설치된 광반사 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치를 이용하여 터널내 가스 및 가시거리를 측정하는 방법으로서,
    (a) 상기 광수신 장치에서 광을 생성하여 상기 광반사 장치로 전송하고 상기 광반사 장치로부터 수신된 광의 세기를 측정하여 측정값(V12)을 생성하는 단계;
    (b) 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우 각각에서 감쇠되는 광의 세기인 각 윈도우의 오염도를 측정하는 단계;
    (c) 상기 측정값(V12)을 상기 각 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법.
  16. 광의 전송 경로에 제 1 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광의 전송 경로에 제 2 윈도우가 설치된 광송신 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치를 이용하여 터널내 가스 및 가시거리를 측정하는 방법으로서,
    (a) 상기 광송신 장치에서 광을 생성하여 상기 광수신 장치로 전송하고 상기 광수신 장치가 수신된 광의 세기를 측정하여 측정값(V12)을 생성하는 단계;
    (b) 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우 각각에서 감쇠되는 광의 세기인 각 윈도우의 오염도를 측정하는 단계;
    (c) 상기 측정값(V12)을 상기 각 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널내 가 스 및 가시거리 측정 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우를 번갈아 광경로상에서 제거하고 측정된 광의 세기에서 상기 측정값(V12)을 감산하여, 상기 제 1 윈도우의 오염도와 상기 제 2 윈도우의 오염도를 번갈아 측정하는 것을 특징으로 하는 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 가시 영역의 광을 생성하고,
    상기 (c) 단계는 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값에 상기 각 윈도우의 오염도를 가산하여, 터널내의 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 구하고, 상기 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 이용하여 터널내의 부유분진 농도(K)를 구하며, 상기 터널내의 부유분진의 농도에 따라서 가시거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값(I)을 다음의 수학식
    Figure 112007093972786-PAT00012
    (여기서, 상기 Io 는 광원에서 발생된 광의 세기이고, 상기 Lm 은 측정거리 임)
    에 대입하여 상기 터널내의 부유 분진 농도(K)를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    사전에 정의된 투과율(I/Io)일 때를 기준으로 상기 부유분진 농도(K)를 다음의 수학식
    Figure 112007093972786-PAT00013
    에 대입하여 가시거리(L)를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정 방법.
  21. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 적외선 영역의 광을 발생시키고,
    상기 (c) 단계는 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정 대상 가스 성분이 흡수하는 파장의 광의 세기 측정값에 상기 각 윈도우에 의해서 감소된 상기 파장의 광의 세기 측정값인 상기 오염도를 가산하여, 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 구하고, 상기 터널내의 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 이용하여 터널내의 가스성분의 농도(C)를 구하는 것을 특징 으로 하는 가스 및 가시거리 측정 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 다음의 수학식
    Figure 112007093972786-PAT00014
    (여기서, 상기 Io 는 광원에서 발생된 적외선 영역의 광의 세기이고, 상기 L 은 측정거리이며, 상기 M 은 측정하고자 하는 가스 성분이 에너지를 흡수하는 파장의 흡광 계수임)
    에 대입하여 상기 터널내의 가스 성분의 농도(C)를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정 방법.
  23. 광의 전송 경로에 윈도우가 설치된 광수신 장치 및 광반사 장치를 포함하는 터널내의 가스 및 가시거리 측정 장치에서 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 방법으로서,
    (a) 상기 광수신 장치에서 광을 생성하여 상기 광반사 장치로 전송하고 상기 광반사 장치로부터 수신된 광의 세기를 측정하여 측정값(V12)을 생성하는 단계;
    (b) 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 상기 윈도우에서 감쇠되는 광의 세기인 윈도우의 오염도를 측정하는 단계;
    (c) 상기 측정값(V12)을 상기 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내 의 가스 및 가시거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널내 가스 및 가시거리 측정 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 윈도우가 제거된 상태에서 측정된 광의 세기에서 상기 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기를 감산하여 상기 터널내 부유 분진으로 인해서 오염된 상기 윈도우에서 감쇠되는 광의 세기인 윈도우의 오염도를 측정하고,
    상기 (c) 단계는 상기 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값을 상기 윈도우의 오염도를 이용하여 보정하여 터널내의 가스 및 가시거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 가시 영역의 광을 발생시키고,
    상기 (c) 단계는 상기 윈도우의 오염도에 사전에 정의된 팩터를 승산하여 상기 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도를 계산하고, 상기 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 광의 세기 측정값에 상기 윈도우의 오염도와 상기 반사경의 오염도를 가산하여 터널내의 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 구하고, 상기 부유 분진만에 의해서 감쇠된 광의 세기 측정값을 이용하여 터널내의 부유분진 농도(K)를 구하며, 상기 터널내의 부유분진의 농도에 따라서 가시거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 적외선 영역의 광을 발생시키고,
    상기 (c) 단계는 상기 윈도우가 광경로상에 위치한 상태에서 측정된 측정 대상 가스 성분이 흡수하는 파장의 광의 세기 측정값에 상기 윈도우에 의해서 감소된 상기 파장의 광의 세기 측정값인 상기 오염도를 가산하고, 상기 윈도우의 오염도에 사전에 정의된 팩터를 승산하여 계산된 상기 광반사 장치에 설치된 반사경의 오염도를 가산하여, 터널내의 측정 대상 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 구하고, 상기 터널내의 가스 성분만에 의해서 감쇠된 상기 파장의 광의 세기 측정값(I)을 이용하여 터널내의 가스성분의 농도(C)를 구하는 것을 특징으로 하는 가스 및 가시거리 측정 방법.
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