KR20090112639A - 문 - Google Patents
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Abstract
검출기를 포함하는 문 또는 출입구가 제공되며, 문 또는 출입구는 처프 레이저; 개방형 광학 샘플 셀; 및 셀을 통과한 처프 레이저로부터의 광을 검출하는 검출기를 포함한다. 처프 레이저는 양자 종속 레이저일 수 있다.
문, 출입구, 처프 레이저, 개방형 광학 샘플 셀, 검출기
Description
본 발명은 물질, 특히 위험하거나 바람직하지 않은 물질들을 검출하도록 된 문 또는 출입구에 관한 것이다.
많은 환경, 예컨대, 공항에서 보안 문제가 대두되고 있다. 테러 위협의 증가로, 잠재적인 위험 물질들, 특히 공항 보안 게이트를 통해 운반되는 것들을 검출할 수 있는 것이 점점 중요해지고 있다.
그러나 실제로 이는, 종종 물질의 추적 레벨만이 제공되고 기존의 많은 시스템들은 이러한 로우 레벨을 검출할 수 있는 감도를 갖고 있지 않기 때문에 어렵다.
공항 환경에서 위험 물질들을 검출하기 위한 한가지 알려진 시스템은 IMS(Ion Mobility Spectroscopy)를 사용한다.
입자들이 샘플 영역, 전형적으로 보안 게이트로부터 수집되어, 공기 흐름 또는 샘플 라인을 통해 샘플 수집 챔버로 보내진다. 이는 미리 결정된 농도의 샘플이 수집될 때까지 행해진다. 일단 사전에 농축된 샘플이 수집되면, 입자들은 기체상(gas phase)에 도달할 까지 가열된 다음 이온화됨으로써, 입자들의 질량은 두 대전판들 사이에서의 이동 시간의 측정을 통해 결정될 수 있다. 분자량은 수집된 입자들의 아이덴티티(identity)를 나타낸다.
IMS의 문제점은 상이한 많은 분자들은 유사한 질량을 갖고 있어, 긍정 식별 및 부정 식별의 오류가 발생하기 쉽다는 점이다. 다른 문제점은 입자들이 수집되는 샘플 영역이 비교적 제한되어 있고, 관심 있는 입자들이 포집되지 않을 가능성이 있다는 점이다. 또한, 샘플은 사전 농축되고 가열되고 이온화되어야 하며, 이는 측정 응답 시간이 전형적으로 수십 초 정도임을 의미한다. 이는 많은 보안 응용에는 너무 느리다.
본 발명에 따라, 기체 검출기를 포함하는 문 또는 출입구가 제공되며, 문 또는 출입구는 처프 레이저(chirped laser); 개방형 광학 샘플 셀; 및 셀을 바람직하게는 복수 회 통과한 처프 레이저로부터의 광을 검출하는 검출기를 포함한다. 바람직하게는, 개방형 광학 샘플 셀은 비공진형이다. 개방형 샘플 셀은 문의 실질적으로 전체 길이를 따라 뻗어 있을 수 있다. 개방형 샘플 셀은 1 미터, 이상적으로는 1.5 미터보다 길 수 있다. 파장 처프 자체에 의해 제공되는 파장 변동은 파장 스캔을 제공하는데 사용된다.
따라서, 예컨대, 펄스열 상에 중첩되는 저속 DC 전류 램프(current ramp)를 사용하여 스펙트럼 영역을 가로지르는 유효 방사 선폭을 튜닝할 필요가 없다. 이는 샘플링율이 매우 높을 수 있고 전체 스펙트럼 분석이 매우 빠르게 행해질 수 있음을 의미한다.
빠른 처프들의 이용은 난류(turbulence) 및 진동(vibration) 노이즈의 영향들이 극복될 수 있음을 의미한다. 이는 상당한 이점이다. 처프 레이저는 반도체 레이저, 예컨대 반도체 다이오드 레이저일 수 있다.
처프 광은 하나 또는 일련의 실질적으로 계단 함수 전기 펄스를 반도체 다이오드 레이저에 인가하여 레이저가 하나 이상의 펄스를 출력하도록 함으로써 발생되며, 각각의 펄스는 광학 셀에 주입되도록 연속 파장 처프를 갖는다. 레이저는 양자 종속 레이저(quantum cascade laser)일 수도 있다.
각각의 인가된 펄스는 150ns, 특히 200ns 보다 큰 지속 기간을 가질 수 있다. 각각의 인가된 펄스는 150 내지 300ns, 바람직하게는 200 내지 300ns 범위에 속하는 지속 기간을 가질 수 있다. 이는 약 60GHz의 튜닝 범위를 제공할 수 있다.
처프 속도는 광 간섭 발생을 실질적으로 방지하기에 충분한 비공진 셀의 반사 요소들 상의 스팟들 사이에 시간 지연이 존재하도록 선택되며, 스팟들은 주입된 처프가 셀 벽으로부터 반사되는 위치들을 정의한다.
각각의 검출된 펄스는 150ns, 특히 200ns보다 큰 지속 기간을 가질 수 있다. 바람직하게는, 각각의 검출된 펄스는 150 내지 300ns, 바람직하게는 200 내지 300ns 범위의 지속 기간을 갖는다.
본 발명에 따라, 위험하거나 바람직하지 않은 물질들을 검출하도록 된 문 또는 출입구가 제공된다.
도 1은 단일 문의 개략도이다.
도 2는 다수의 문 배열의 개략도이다.
이제 단지 예로서 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 각종 양태들을 설명한다.
도 1은 사람이 예컨대 공항 내의 보안 또는 피제어 영역을 들어가기 위해 통과해야 하는 문 또는 출입구(10)를 도시한다.
문 또는 출입구(10)는 상부 수평 상인방((上引枋,14) 및 두 대향 수직 지지대(16, 17)를 가진 개방형 알루미늄 골격(12)을 갖고 있다. 수직 지지대(16) 중 하나의 수직 지지대 내에는 개방형의 비공진 광학 샘플 셀(18)이 있고, 광학 샘플 셀(18)의 각각의 단부는 미러(20)에 의해 정의된다.
개방형은 광학 셀(18)과 문 개구(22) 사이에는 물리적인 장벽이 없음을 의미한다. 가능한한 많은 분자들이 흡착 손실 없이 셀(18) 안으로 들어가도록 보장하기 위해, 레이저 셀(18)은 지지대(16)의 전체 수직 길이를 따라 뻗어 있다.
따라서, 실제로, 바람직하게는 개방형 샘플 셀(18)은 1 미터보다 길며, 이상적으로는 1.5 미터보다 길다.
완전히 개방형이고 비교적 긴 광학 셀(18)의 사용은 낮은 기체 농도, 예컨대 PPB(parts per billion)를 검출할 때 중요하다. 기체가 폐쇄형 셀 안으로 펌핑되는 경우에는, 분자들은 셀 벽에 달라 붙게 되며, 셀이 리프레쉬된 후에도 긴 기간 동안 검출 가능할 수 있다. 이는 긍정이라는 오류를 낳을 수 있고, 응답 시간을 감소시킬 수 있다. 이 문제를 회피하기 위해, 전체 셀이 가열될 수 있다.
그러나, 이 가열은, 본 발명의 개방형 골격을 사용하면 긴 길이 및 개방형 구성이 달라붙음을 방지하고 매우 빠른 셀 리프레쉬 속도(refresh rate) 및 훨씬 빠른 측정 시간을 제공함에 따라 필요가 없다.
샘플 셀(18)에 대향된 지지대(17) 상에는, 공기를 샘플 셀(18)쪽으로 실질적으로 수평으로 불어 넣도록 배열된 일련의 팬(24)들이 제공된다. 이는 공기흐름의 전체 방향이 샘플 셀(18) 안으로 향하도록 보장한다.
선택적으로, 샘플 셀(18) 안으로 공기를 불어 넣기 위해 샘플 셀 지지대(16) 상에 팬(26)들이 제공될 수 있으며, 이에 따라 셀(18) 안으로 끌어 당겨진 분자들이 증가한다. 이들 팬(26)은 또한 셀의 리프레쉬 속도를 고속화하는데 도움이 된다.
양자 종속 레이저(quantum cascade laser; 28)로부터의 광이 광 섬유 케이블(30)을 사용하여 셀 안으로 연결된다. 계단 함수 전기 펄스가 양자 종속 레이저(28)에 인가되어, 연속 파장 처프(continuous wavelength chirp)를 출력하게 만든다. 바람직하게는, 각각의 인가된 펄스는 150ns, 특히 200ns 보다 큰 지속 기간을 갖는다. 바람직하게는, 각각의 인가된 펄스는 150 내지 300ns, 바람직하게는 200 내지 300ns 범위의 지속 기간을 갖는다. 이는 약 60GHz의 튜닝 범위(tuning range)를 제공할 수 있다.
연속 파장 처프는 광섬유 커플링(30)을 통해 광학 셀(18)에 주입된다. 이에 의해 제공되는 파장 변동은 인트라-펄스 스캔(intra-pulse scan)으로서 이용된다.
처프 속도는 광학 셀에서 일어나는 광 간섭을 실질적으로 방지하기 위해 선택된다. 특히, 처프 속도는 광 간섭 발생을 실질적으로 방지하기에 충분한 비공진 셀의 반사 요소들 상의 스팟들(spots) 사이에 시간 지연이 존재하도록 선택될 수 있고, 스팟들은 주입된 처프가 셀 벽으로부터 반사되는 위치들을 정의한다. 이는 검출기의 동작에 이상이 없도록 보장한다. 이를 행하는 기술이 WO03087787에 기재되어 있으며, 이 문헌의 내용은 여기에 참고 문헌으로서 포함된다.
셀(18)안으로 주입된 광은 복수회 통과한다. 높은 수준의 감도를 제공하기 위해, 바람직하게는 셀(18)은 100 회 이상의 통과를 제공하도록 배열된다. 셀(18)로부터 방출된 광은 광 섬유 케이블(34)을 사용하여 검출기(32)에 연결된다. 인가된 처프 펄스의 파장 변동은 어떤 물질, 예컨대 과산화물(peroxide) 및 EGDN의 화학적 지문이 검출되기에 충분하다. 이 방식으로, 검출된 광은 예컨대 검출된 지문을 알려진 물질에 대한 저장된 지문과 비교함으로써 어떤 화학물질, 특히 어떤 위험하거나 바람직하지 않은 물질을 확실하게 식별하는데 사용될 수 있다. 이상적으로는 화학 물질이 긍정 식별되나, 선택적으로는, 설명되지 않은 신호들이 낮은 수준의 경고를 제공하는데 사용될 수 있다.
이 배열에 양자 종속 레이저를 사용하면 많은 이점이 제공된다. 매우 빠른 응답 속도 때문에, 측정 시간은 다른 배열에 비해 크게 감소될 수 있다. 또한, 샘플 셀(18)은 완전히 개방형이기 때문에, 전송 라인 또는 다른 타입의 샘플 수집 배열을 통해 손실이 초래되지 않는다. 또한, 전체적인 측정은 다른 종래의 측정보다 상당히 더 민감하다.
당업자는 본 발명으로부터 벗어나지 않고 당해 배열이 변경 가능함을 이해할 것이다. 예컨대, 본 발명은 사람이 걸어서 통과하는 문에 대해 설명되었으나, 상품이 예컨대 보안 또는 피제어 영역에 들어가기 전에 통과해야 하는 문 또는 개구 또는 출입구일 수도 있다. 마찬가지로, 도 1에는 하나의 문만이 도시되어 있지만, 복 수의 문이 제공될 수 있으며, 이들의 출력은 도 2에 도시된 바와 같이 단일 검출기 유닛에 공급된다. 따라서, 상기 특정 실시예의 설명은 예에 불과하며 한정하기 위한 것이 아니다. 위에서 설명된 동작에 큰 변화 없이 적은 수정이 행해질 수 있음은 당업자에게는 명백할 것이다
본 발명에 따라, 위험하거나 바람직하지 않은 물질들을 검출하도록 된 문 또는 출입구가 제공된다.
Claims (19)
- 처프 레이저;개방형 광학 샘플 셀; 및상기 셀을 통과한 상기 처프 레이저로부터의 광을 검출하는 검출기를 포함하는 문 또는 출입구.
- 제 1 항에 있어서, 상기 샘플 셀은 광이 상기 셀을 복수회 통과하도록 배열된 문 또는 출입구.
- 제 2 항에 있어서, 상기 셀은 광이 상기 셀을 100회 이상 통과하도록 배열된 문 또는 출입구.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방형 샘플 셀은 상기 문의 실질적으로 전체 길이를 따라 뻗어 있는 문 또는 출입구.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방형 샘플 셀은 1 미터, 바람직하게는 1.5 미터보다 긴 문 또는 출입구.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 문 내의 기체를 상기 개방형 셀 쪽으로 지향시키는 수단을 구비하는 문 또는 출입구.
- 제 6 항에 있어서, 상기 지향 수단은 하나 이상의 팬을 포함하는 문 또는 출입구.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방형 샘플 셀은 상기 문 또는 출입구의 수직 지지대에 포함되는 문 또는 출입구.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처프 레이저는 반도체 레이저, 예컨대 반도체 다이오드 레이저, 바람직하게는 양자 종속 레이저(quantum cascade laser)인 문 또는 출입구.
- 제 8 항에 있어서, 상기 처프 광은 하나 또는 일련의 실질적인 계단 함수 전기 펄스를 상기 반도체 다이오드 레이저에 인가하여 상기 레이저가 하나 이상의 펄스를 출력하도록 함으로써 발생되며, 각각의 펄스는 상기 광학 셀에 주입되도록 연속 파장 처프를 갖는 문 또는 출입구.
- 제 10 항에 있어서, 각각의 인가된 펄스는 150ns, 특히 200ns보다 큰 지속 기간을 갖는 문 또는 출입구.
- 제 10 항에 있어서, 각각의 인가된 펄스는 150 내지 300ns, 바람직하게는 200 내지 300ns 범위의 지속 기간을 갖는 문 또는 출입구.
- 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 처프 속도는 광 간섭 발생을 실질적으로 방지하기에 충분한 상기 셀의 반사 요소들 상의 스팟들 사이에 시간 지연이 존재하도록 선택되고, 상기 스팟들은 상기 주입된 처프가 상기 셀 벽으로부터 반사되는 위치를 정의하는 문 또는 출입구.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 검출된 펄스는 150ns, 특히 200ns보다 큰 지속 기간을 가진 문 또는 출입구.
- 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 검출된 펄스는 150 내지 300ns, 바람직하게는 200 내지 300ns 범위의 지속 기간을 가진 문 또는 출입구.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀은 비공진형인 문 또는 출입구.
- 제 1 항 내지 제 16 항에 정의된 복수의 문 또는 출입구를 포함하는 시스템.
- 제 17 항에 있어서, 상기 복수의 문 또는 출입구는 단일 검출기를 공유하는 시스템.
- 제 18 항에 있어서, 상기 복수의 문 또는 출입구로부터의 광은 광 섬유 케이블을 사용하여 상기 단일 검출기에 전달되는 시스템.
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