KR20120007363A - 차등흡수분광법을 이용한 대기오염물질 원격 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

차등흡수분광법을 이용한 대기오염물질 원격 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차등흡수분광법(DOAS)을 이용한 대기오염물질 원격 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기 중에 광을 조사하여 대기 중의 오염물질에 의해 흡수된 광을 검출하여 오염물질의 종류나 농도를 원격으로 측정할 수 있는 대기오염물질 원격 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.
본 발명의 대기오염물질 원격 측정장치는 대기 중의 일 지점에 광을 조사하는 송신광학계와, 반사경에 의해 반사된 광을 수신하는 수신광학계가 구비된 본체부와, 지점에 레이저를 조사하여 상기 송신광학계에서 조사되는 광의 진로를 상기 지점으로 정렬시키기 위한 광로정렬수단을 구비한다.

Description

차등흡수분광법을 이용한 대기오염물질 원격 측정장치 및 측정방법{Remote detecting apparatus and method for air pollution using differential optical abosrption spectroscopy}
본 발명은 차등흡수분광법(DOAS)을 이용한 대기오염물질 원격 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기 중에 광을 조사하여 대기 중의 오염물질에 의해 흡수된 광을 검출하여 오염물질의 종류나 농도를 원격으로 측정할 수 있는 대기오염물질 원격 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 분광학은 전자기 방사선과 샘플 (가스, 고체 및 액체 중 하나 이상을 포함함) 간의 상호 작용에 관한 연구이다. 방사선이 샘플과 반응하는 방식은 샘플의 특성에 좌우된다.
방사선이 샘플을 통과함에 따라 특정 방사 파장이 샘플 내의 분자에 의해 흡수된다. 흡수되는 방사선의 특정파장은 특정 샘플 내의 각각의 분자에 특유하다. 방사선의 어떤 파장이 흡수되는 지를 식별함으로 샘플 내에 존재하는 특정 분자를 식별하는 것이 가능하다.
차등흡수분광법(Differential Optical Absorption Spectrometry, DOAS)은 대기 중 여러 종류의 미량 기체물질들의 검출에 광범위하게 사용되는 기술이며, 기본적으로 빛이 어떤 매질을 통과할 때 파장에 의존하여 흡수가 일어나는 원리를 이용한다.
이러한 차등흡수분광법을 이용한 시스템은 대기환경분야에 응용되기 시작하여 대기계측분야에 여러 가지 기능을 제시하였다. 특히, 차등흡수분광법의 도입은 점관측 중심의 기존관념을 뛰어 넘어 빛의 투과영역에 속하는 거리 내에 존재하는 오염물질들의 공간적 대표농도를 산출가능케하는 선관측 체계로의 개편을 촉진하는 계기를 제공하였다.
차등흡수분광법을 이용한 시스템은 백색광원을 이용하여 평행광을 대기 중에 방출시키고 반사경에 의해 되돌아 온 광을 검출함으로써 차등 흡수분광법을 이용하여 자외선 영역과 가시광선영역에 흡수 밴드를 가지는 오염물질등의 정량적인 농도를 결정하게 된다.
최근 들어 차등흡수분광법을 이용한 시스템은 대기 중의 여러 가지 오염물질을 먼 거리에서도 한꺼번에 검출해낼 수 있는 기기로서 큰 관심을 받아 왔다.
차등흡수분광법을 이용한 대기오염물질 측정장치는 광원에 따라 인위적 광원을 사용하는 능동형 시스템과 자연광(예를 들어 태양산란광, 달빛)을 사용하는 수동형 시스템으로 크게 구분될 수 있다.
이 중 능동형 시스템은 광을 생성하는 광원과, 광원의 광을 대기 중으로 조사하는 송신광학계와, 반사경에 의해 반사된 광을 수신하는 수신광학계와, 수신광학계를 통해 광을 측정하는 분광계와, 분광계에서 전송된 데이터를 자동연산하여 오염물질을 분석하는 컴퓨터로 구성된다.
상기와 같은 종래의 대기오염물질 측정장치는 오염물질을 측정하고자 하는 대기 중의 일 지점에 광을 조사하게 되는데, 측정장치와 측정하고자 하는 대기의 일 지점 사이의 거리가 가까운 경우 크게 문제되지 않으나, 측정장치와 측정하고자 하는 대기의 일지점 사이의 거리가 먼 경우(주로 100m 이상의 거리인 경우) 송신광학계에서 조사되는 광을 측정하고자 하는 대기의 일 지점에 정확하게 조사하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 원거리에서도 측정하고자 하는 대기 중의 어느 한 지점에 송신광학계에서 조사되는 광을 정확하게 조사시킬 수 있는 대기오염물질 원격 측정장치 및 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대기오염물질 원격 측정장치는 대기 중의 일 지점에 광을 조사하는 송신광학계와, 반사경에 의해 반사된 광을 수신하는 수신광학계가 구비된 본체부와; 상기 지점에 레이저를 조사하여 상기 송신광학계에서 조사되는 광의 진로를 상기 지점으로 정렬시키기 위한 광로정렬수단;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 광로정렬수단은 상기 본체부에 설치된 레이저발광소자와, 상기 레이저발광소자에서 생성된 레이저를 상기 반사경까지 조사하는 레이저송광학부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저송광학부는 상기 본체의 전면에 설치된 레이저광학하우징과, 상기 레이저광학하우징 내부에 설치되어 상기 레이저발광소자로부터 발생된 광을 정형화하는 광정형 렌즈와, 상기 광정형 렌즈에서 투사된 광의 발산각을 조절하기 위한 초점렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대기오염물질 원격 측정방법은 오염물질을 검출하고자 하는 대기 중의 일 지점에 레이저를 조사하여 송신광학계에서 조사될 광의 경로를 상기 지점에 정렬시키는 정렬단계와; 상기 송신광학계에서 상기 지점으로 광을 조사하는 광송신단계와; 상기 지점을 통과한 광을 수신광학계로 반사시키는 광수신단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 정렬단계 후 상기 송신광학계에서 상기 지점까지의 거리에 따라 상기 송신광학계에서 조사되는 광의 발산각도를 조절하는 광포커싱조절단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 광로정렬수단을 이용하여 원거리에서도 측정하고자 하는 대기 중의 어느 한 지점에 송신광학계에서 조사되는 광을 정확하게 정렬시킬 수 있다.
또한, 본체부를 상하 및 동서방향으로 회전시킬 수 있으므로 측정지점이 변경되더라도 검출하고자 하는 대기 중의 일 지점에 용이하게 광을 조사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대기오염물질 원격 측정장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 도 1에 적용된 대기오염물질 원격 측정장치를 나타내는 사시도이고,
도 3은 도 1에 적용된 송신광학계 및 수신광학계를 나타내는 구성도이고,
도 4는 도 1에 적용된 광로정렬수단을 나타내는 구성도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신광학계의 가변포커싱수단을 나타내는 구성도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대기오염물질 원격 측정장치를 나타내는 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대기오염물질 원격 측정장치에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 크게 본체부(10)와, 광로정렬수단(100)을 구비한다.
본체부(10)는 인공광원(82)과, 인공광원(82)의 광을 대기 중의 일 지점으로 조사하는 송신광학계(80)와, 상기 지점을 통과한 광을 반사시키는 반사경(110)과, 반사경(110)으로부터 반사되어 되돌아 오는 광을 수신하는 수신광학계(90)와, 수신광학계(90)를 통해 수신된 광을 광학센서를 이용하여 측정하는 분광계(140)와, 케이스(11)를 포함한다. 상기 구성요소 중 송신광학계(80)와, 수신광학계(90) 및 분광계(140)는 직육면체 형상을 갖는 통형 구조의 케이스(11)에 설치된다.이러한 본체부(10)는 분광계(140)에서 전송된 데이터를 자동연산하여 오염물질을 분석하는 컴퓨터(150)와 연결될 수 있다.
본체부(10)는 하부에 마련된 메인 프레임(40)에 지지된다. 바람직하게 본체부(10)는 메인 프레임(40)에 대하여 회전이 가능하면서도 상하 기울기를 조절할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 후술한다.
인공광원(82)으로 측정하고자 하는 오염물질 또는 대기의 상태에 따라 특정파장영역대역에 적합한 광원을 적용할 수 있다. 인공광원(82)으로 제논아크광, 중수소광, 텅스텐할로겐광 등이 적용될 수 있다. 일 예로 500W급의 제논아크광을 이용할 수 있다. 도시되지 않았지만 인공광원(82)의 광량의 손실을 최소화하기 위해 인공광원(82)의 방사광 면적을 극대화시키기 위해 타원구조 또는 원형구조의 리플렉터를 인공광원(82) 주위에 배치하는 것이 바람직하다.
인공광원(82)에서 발생된 광은 송신광학계(80)로 전달되는데, 송신광학계(80)는 인공광원(82)에서 발생된 광을 평행광화할 수 있는 렌즈(85)와, 렌즈(85)를 통과한 광의 경로를 조절하기 위해 평면반사거울(87) 및 광학계 하우징(81)으로 구성된다. 렌즈로 바람직하게 자외선-가시광선-근적외선 파장대역에서 투과율이 좋은 플라노 컨벡스(Plano convex)구조를 갖는 2개의 렌즈(85)를 이용한다. 2개의 렌즈(85)를 적절히 배열하여 최대 1km거리에서 조사광의 발산각을 0.5도 이내로 유지할 수 있다. 송신광학계 하우징(81)은 케이스(11)의 전면에 돌출되어 형성된다.
송신광학계(80)는 광원(82)에서 발생한 광을 측정하고자 하는 대기 중의 일 지점(이하, '측정지점'이라 한다)으로 광을 조사한다. 도 1에 도시된 예에서는 굴뚝(1)에서 배출되는 배기 가스 중의 오염물질을 측정하기 위해 굴뚝(1) 상단에서 상방으로 이격된 위치를 측정지점으로 설정한다. 굴뚝(1)으로부터 배출되는 가스 중의 오염물질은 각각의 고유한 특성에 의해 송신광학계에서 조사된 광으로부터 서로 다른 파장 영역대의 광을 흡수한다. 측정지점을 통과한 광은 반사경(110)에 의해 수신광학계(90)로 전달된다.
반사경(110)은 100m이상의 원거리에서도 광을 정밀하고 효과적으로 수신광학계로 전달하기 위해 레트로(retro) 포커스 렌즈 타입의 반사경을 이용할 수 있다. 도 1에 구체적으로 도시되지 않았지만 반사경(110)은 굴뚝(1)에 고정된 지지체에 의해 굴뚝 상단 주변에 설치된다.
반사경(110)에서 반사되는 광을 수신하기 위한 수신광학계(90)는 송신광학계(80)와 동일한 광학 구성을 가진다. 수신광학계 하우징(91)은 케이스(11) 전면에 돌출되어 형성된다. 수신광학계 하우징(91)은 송신광학계 하우징(81)과 인접하여 설치된다.
수신광학계(90)에서 확보한 광은 분광계(140)로 입사되어 광이 측정된다. 이때 수신광학계(90)와 분광계(140) 사이에는 분광계(140)의 개구율(aperture ratio)에 맞게 광을 확산시키고, 기기차원에서 측정데이터의 안정도를 좋게 하기 위해 측정하려는 항목에 맞는 밴드패스필터(bandpass pilter)와 광을 측정시에만 분광계로 입사시켜 측정노이즈를 최소화하기 위한 광학셔터로 이루어진 입사광학계가 더 구비될 수 있다. 이때 광을 수직으로 정렬하여 분광계(140)로 입사시키기 위해 광섬유(92)를 이용하여 수신광학계(90)에서 입사광학계로 광을 전달한다.
입사광학계를 거친 광이 분광계(140)로 입사되면, 분광계(140)에서 광학센서를 이용하여 광에 대한 파장스펙트럼을 검출하다. 광학센서로 CCD 카메라를 이용할 수 있다. 광학센서는 스펙트럼의 광량신호를 아날로그 전기신호로 변환하여 주고 다시 16비트로 아날로그-디지털 변환하여 데이터로 저장한다.
분광계(140)에서 얻는 데이터는 컴퓨터(150)에서 자동연산하여 오염물질을 분석한다. 데이터의 기기함수반영, 하이 패스 필터링(에어로졸, 대기입자, 수분 등의 영향 제거), 비선형 최소좌승법에 의한 연산, 참조 스펙트럼과 비교연산(표준가스 농도와의 비교), 기타 보상(온도, 습도 등)을 반영하여 분석알고리즘을 자동으로 수행하여 오염물질의 종류나 농도를 산출한다. 상술한 과정에 대한 분석 소프트웨어, 자동측정루틴을 구현하는 제어회로는 컴퓨터 장치로 통합한다.
이와 같이 본 발명은 평행광을 대기 중에 방출시키고 반사경에 의해 되돌아 온 광을 차등 흡수 분광법을 이용하여 각 파장대별 물질의 흡수 스펙트럼을 측정함으로써 대기 중에 존재하는 오염물질의 종류 및 조성을 관찰하고 데이터화 할 수 있다.
한편, 상술한 송신광학계(80), 수신광학계(90), 분광계(140), 컴퓨터(150)는 통상적인 DOAS시스템을 적용할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 특징인 광로정렬수단(100)은 송신광학계(80)에서 조사되는 광의 진로를 측정지점에 정확하게 정렬할 수 있도록 한다.
광로정렬수단(100)은 본체부(10)에 설치된 레이저발광소자(103)와, 상기 송신광학계(80)와 인접하게 설치되어 레이저발광소자(103)에서 생성된 레이저를 상기 반사경(110)까지 조사하는 레이저송광학부(104)를 구비한다.
레이저송광학부(104)는 레이저광학하우징(101)과, 레이저광학하우징(81) 내부에 설치되어 상기 레이저발광소자(103)로부터 발생된 광을 정형화하는 광정형 렌즈(105)와, 광정형 렌즈(105)에서 투사된 광의 발산각을 조절하기 위한 초점렌즈(107)를 구비한다. 레이저광학하우징(101)은 송신광학계 하우징(81)과 수신광학계 하우징(91) 사이에 설치된다. 레이저발광소자(103)에서 발생된 레이저는 광정형 렌즈(105)와 초점렌즈(107)를 순차로 통과하여 반사경(110)에 도달한다.
한편, 광로정렬수단은 반사경(110)에서 반사된 레이저 반사파를 수신하여 반사경(110)까지의 거리를 측정할 수 있도록 광수신 포토다이오드(Light-receiving photodiode)가 더 구비될 수 있다. 이때 송신광학계(80)는 반사경(110)까지의 거리에 대응하여 발산각을 가변시킬 수 있도록 가변포커싱수단을 구비하는 것이 바람직하다.
일 예로 도 5에 도시된 바와 같이 송신광학계 하우징(미도시)의 전단에 경통이 설치되고, 경통에는 초점 렌즈(122) 및 줌 렌즈(121)가 설치된다. 줌 렌즈(121)의 구동은 DC 모터(124)를 채용하여 일정한 속도로 조작하며, 초점 렌즈의 구동은 스텝(step)모터(125)를 채용하여 조작하다. 가변포커싱스위치(미도시)를 온(ON)시키면 마이크로프로세스(128)는 측정된 반사경까지의 거리에 따라 설정된 프로그램에 의해 줌 모터 드라이버(131)를 구동시킨다. 줌 모터 드라이버(131)의 구동신호에 의해 DC 모터(124)가 정회전 또는 역회전하고, 워엄 기어(미도시)에 의해 줌 렌즈(121)가 선형 이동되어 주밍(zooming)이 수행된다. 한편 초점 에러(error)는 초점오차검출 신호처리기(127)에서 검출되어 마이크로프로세스(128)에 입력되고, 마이크로프로세스에서 신호처리 과정을 거쳐 초점렌즈 모터드라이버(129)에 입력되며, 이 초점렌즈 모터드라이버의 구동신호에 의해 초점렌즈 모터가 동작된다. 초점렌즈 모터의 동작에 의해 워엄 기어(미도시)가 구동되고 이에 따라 초점 렌즈(122)도 이동되어 자동 초점이 수행된다. 초점렌즈(122)는 슬라이드 가변저항(130) 값에 의해 위치가 판별된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 대기오염물질 원격 측정장치를 도 6에 도시하고 있다. 도 6에서는 광을 대기 중의 일 지점으로 조사시 본체부의 이동을 용이하도록 상기에서 언급한 바와 같이 회전유닛을 더 구비한다.
도 6을 참조하면, 회전유닛(30)은 본체부(10)를 상하방향 및 상하방향으로 연장형성된 중심선을 기준으로 회전시키는 역할을 하는 것으로서, 본체부(10)의 하부에 형성된 지지부(20)와 메인 프레임(40) 사이에 마련된다.
지지부(20)는 소정의 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 지지부(20)의 하면에는 후술할 서브프레임(50)에 양단이 회전가능하게 설치되는 회동축(23)이 설치되어 있다.
회동축(23)은 소정의 반경을 갖는 환봉형으로 형성되어 있으며, 지지부(20)의 길이방향에 대해 나란하게 연장형성된다. 상기 회동축(23)은 지지부(20)의 폭에 대해 중앙부에 설치된다. 이때, 회동축(23)은 후술되는 제1회전부재에 의해 회전시, 제1회전부재에 의해 공급된 회전력에 의해 지지부(20)가 회전될 수 있도록 다수의 고정브라켓(22)에 의해 외주면이 지지부(20)의 하면에 고정되어 있다.
한편, 도면에 도시되진 않았지만, 본 실시 예와는 다르게 회동축(23)이 다수의 고정브라켓(22)에 의해 지지부(20)의 하면에 고정된 것이 아니라 지지부(20)의 하면에 회동축(23)의 외주면을 용접고정시킬 수도 있다.
회전유닛(30)은 메인프레임(40)과, 메인프레임(40)에 상하방향으로 연장형성된 중심선을 기준으로 회전가능하게 설치되며, 상기 지지부(20)가 상하방향으로 회전가능하게 설치되는 서브프레임(50)과, 상기 지지부(20)를 상하방향으로 회전시키기 위해 상기 거치프레임을 상하방향으로 회동시키는 제1회동부재(60)와, 상기 지지부(20)를 상기 중심선을 기준으로 회전시키기 위해 상기 서브프레임(50)을 회전시키는 제2회동부재(70)를 구비한다.
메인프레임(40)은 소정의 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 지지부(20)의 길이방향에 나란한 방향으로 연장형성되어 있다. 메인프레임(40)은 측정대상 유해가스가 발생하는 위치에 인접되게 고정설치된다.
한편, 도면에 도시되진 않았지만, 메인프레임(40)의 상면 중앙부분에는 후술되는 제2회동부재(70)의 회전축부재(71)의 하단부가 회전가능하게 설치될 수 있도록 베이어링이 마련되어 있다.
서브프레임(50)은 소정의 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 메인프레임(40)에 대응되게 길이방향으로 연장형성되어 있다. 서브프레임(50)의 상면에는 지지부(20)의 회동축(23) 양단을 회전가능하게 지지할 수 있도록 2개의 지지대(51)가 설치되어 있다.
서브프레임(50) 및 메인프레임(40) 사이에는 제2회동부재(70)가 설치되며, 서브프레임(50)은 메인프레임(40)에 의해 회전한다.
지지대(51)는 지지부(20)의 상면에 상방으로 연장형성되며, 지지부(20)의 회동축(23) 양단을 회전가능하게 지지할 수 있도록 상기 회동축(23)의 길이에 대응되는 간격으로 상호 이격되게 설치된다. 지지대(51) 상면에는 회동축(23)의 양단을 용이하게 지지할 수 있도록 회전브라켓(52)이 설치되어 있다.
도면에 도시되진 않았지만, 회전브라켓(52)에 의해 지지되는 회동축(23)이 용이하게 회전할 수 있도록 회동축(23)이 지지되는 위치의 회전브라켓(52)에는 베어링이 설치되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1회동부재(60)를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1회동부재(60)는 지지부(20)의 회동축(23)에 체결된 제1치합부재(61)와, 제1치합부재(61)에 치합되는 제2치합부재(62)와, 상기 지지부(20)를 상하방향으로 회전시킬 수 있게 제2치합부재(62)를 회전시키는 제1구동부재(63)를 구비한다.
제1치합부재(61)는 외주면에 원주방향을 따라 다수의 기어이가 형성되며, 후술되는 제2치합부재(62)가 용이하게 치합될 수 있도록 외주면이 오목하게 형성된 웜기어이다. 제1치합부재(61)는 회동시 지지부(20)에 의해 간섭되는 것을 방지할 수 있도록 회동축(23)의 일단부에 체결되어 있는 것이 바람직하다.
제2치합부재(62)는 원통형으로 형성되고, 상기 제1치합부재(61)에 치합될 수 있도록 외주면에 나선형으로 기어이가 형성된 웜이다. 제2치합부재(62)의 단부에는 제1구동부재(63)의 회전축이 체결되어 있다.
제1구동부재(63)는 서브프레임(50)의 상면에 설치되며, 전력에 의해 회전력을 발생시키는 전기모터인 것이 바람직하다. 제1구동부재(63)의 회전축에는 제2치합부재(62)가 체결되어 제2치합부재(62)를 통해 지지부(20)를 회전시킨다.
한편, 본 발명에 따른 제2회동부재(70)를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2회동부재(70)는 서브프레임(50)의 하면에 하방으로 돌출형성된 회전축부재(71)와, 회전축부재(71)에 체결된 제3치합부재(72)와, 제3치합부재(72)에 치합되는 제4치합부재(73)와, 서브프레임(50)을 상하방향으로 연장형성된 중심선을 기준으로 회전시키기 위해 제4치합부재(73)를 회전시키는 제2구동부재(74)를 구비한다.
회전축부재(71)는 소정의 반경을 갖는 환봉형으로 형성된다. 회전축부재(71)는 상단면이 서브프레임(50)의 중앙부에 고정되며, 하단면은 메임프레임의 상면에 회전가능하게 설치된다.
제3치합부재(72)는 외주면에 원주방향을 따라 다수의 기어이가 형성되며, 후술되는 제4치합부재(73)가 용이하게 치합될 수 있도록 외주면이 오목하게 형성된 웜기어인 것이 바람직하다.
제4치합부재(73)는 원통형으로 형성되고, 상기 제3치합부재(72)에 치합될 수 있도록 외주면에 나선형으로 기어이가 형성된 웜이다. 제4치합부재(73)의 단부에는 제2구동부재(74)의 회전축이 체결되어 있다.
제2구동부재(74)는 서브프레임(50)의 하면에 설치되며, 전력에 의해 회전력을 발생시키는 전기모터인 것이 바람직하다. 제2구동부재(74)의 회전축에는 제4치합부재(73)가 체결되어 제4치합부재(73)를 통해 서브프레임(50)을 회전시킨다.
본 발명에 따른 대기오염물질 원격 측정장치는 본체부(10)를 상하 및 동서방향으로 회전시킬 수 있으므로 측정대상 범위 및 위치가 변경되더라도 용이하게 검출하고자 하는 대기 중의 일 지점에 광을 조사할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하면서, 상술한 대기오염물질 원격 측정장치를 이용한 대기오염물질 원격 측정방법에 대해서 설명한다.
먼저, 광로정렬수단(200)을 이용하여 오염물질을 검출하고자 하는 대기 중의 측정지점에 레이저를 조사한다. 이때 본체부(10)를 움직여 레이저송광학부(104)로부터 출사되는 레이저를 측정하고자 하는 지점에 조준한다. 이 경우 도 6에서와 같이 회전유닛(30)이 구비된 경우 조준작업을 매우 용이하고 빠르게 진행할 수 있다. 본체부(10)는 회전유닛에 의해 좌우로 회전시킴과 동시에 상하방향으로 기울기를 조절하여 레이저를 측정하고자 하는 지점에 조준한다.
도 1에 도시된 바와 같이 굴뚝(1) 상부에서 배출되는 배기가스를 측정 지점으로 설정하였다라면 레이저가 측정 지점에 조준되었는지를 육안으로 확인한다. 육안으로 레이저가 측정지점에 조준되었음을 확인하여 정렬단계를 수행한 후 측정 지점으로 광을 조사하는 광송신단계를 수행한다.
광송신단계에서는 인공광원(82)에 전원을 인가하게 되면 송신광학계(80)를 통해 광이 측정 지점으로 정확하게 조사된다. 그리고 상술한 정렬단계에서 본체부(10)와 측정 지점까지의 거리가 측정된 경우 광의 초점을 측정 지점에 맞추기 위해 도 5에 도시된 가변포커싱수단에 의해 광의 발산각도를 조절하는 광포커싱조절단계를 더 수행할 수 있다.
측정지점으로 광이 조사되면 반사경에 의해 광이 반사되어 수신광학계(90)에서 광을 수신하는 광수신단계가 수행된다. 그리고 수신광학계(90)를 통해 수신된 광을 분광계(140)에서 측정하는 측정단계와, 분광계(140)에서 전송된 데이터를 자동연산하여 오염물질을 컴퓨터(150)에 의해 분석하는 분석단계가 더 수행될 수 있다.
이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 본체부 30: 회전유닛
40: 메인프레임 50: 서브프레임
60: 제1회동부재 61: 제1치합부재
80: 송신광학계 82: 인공광원
90: 수신광학계 100: 광로정렬수단
110:반사경 140: 분광계
150:컴퓨터

Claims (5)

  1. 대기 중의 일 지점에 광을 조사하는 송신광학계와, 반사경에 의해 반사된 광을 수신하는 수신광학계가 구비된 본체부와;
    상기 지점에 레이저를 조사하여 상기 송신광학계에서 조사되는 광의 진로를 상기 지점으로 정렬시키기 위한 광로정렬수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 대기오염물질 원격 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광로정렬수단은 상기 본체부에 설치된 레이저발광소자와, 상기 레이저발광소자에서 생성된 레이저를 상기 반사경까지 조사하는 레이저송광학부를 구비하는 것을 특징으로 하는 대기오염물질 원격 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 레이저송광학부는 상기 본체의 전면에 설치된 레이저광학하우징과, 상기 레이저광학하우징 내부에 설치되어 상기 레이저발광소자로부터 발생된 광을 정형화하는 광정형 렌즈와, 상기 광정형 렌즈에서 투사된 광의 발산각을 조절하기 위한 초점렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 대기오염물질 원격 측정장치.
  4. 오염물질을 검출하고자 하는 대기 중의 일 지점에 레이저를 조사하여 송신광학계에서 조사될 광의 경로를 상기 지점에 정렬시키는 정렬단계와;
    상기 송신광학계에서 상기 지점으로 광을 조사하는 광송신단계와;
    상기 지점을 통과한 광을 수신광학계로 반사시키는 광수신단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염물질 원격 측정방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 정렬단계 후 상기 송신광학계에서 상기 지점까지의 거리에 따라 상기 송신광학계에서 조사되는 광의 발산각도를 조절하는 광포커싱조절단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대기오염물질 원격 측정방법.


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