KR20130081843A

KR20130081843A - 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치

Info

Publication number: KR20130081843A
Application number: KR1020120002894A
Authority: KR
Inventors: 황정배
Original assignee: 주식회사 스펙트로
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-07-18

Abstract

본 발명은 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치에 관한 것이다. 이는 공간적으로 떨어져 있는 다수 지점에서의 대기오염물질을 동시에 파악 분석하기 위한 것으로서, 인공광원의 빛을 방출하는 송광부와; 외부로부터 입사된 빛을 받아 통과시키는 수광부와; 상기 송광부에서 발생한 빛을 통과시켜 연장방향으로 조사하는 송광광섬유와; 상기 송광광섬유를 통과한 빛의 광경로를 조절하는 송광모듈과; 대기오염물질을 사이에 두고 상기 송광모듈에 대응 배치되며, 상기 송광모듈을 통과해 조사되는 빛을 받은 후 반사하는 반사경과; 상기 반사경에 반사된 빛을 그 내부로 통과시키는 수광모듈과; 상기 수광모듈에 연결되며 수광모듈을 통과한 빛을 상기 수광부로 전달하는 수광광섬유와; 상기 수광부를 통과한 빛을 받아들여 파장별로 분리하는 분광계와; 상기 분광계에서 분리된 빛의 파장스펙트럼을 검출하는 검출계를 포함한다.
상기한 본 발명은, 공간적으로 떨어져 있는 여러 지역에서의 대기 오염물질의 검출 및 감시가 한 장소에서 가능하므로, 수직 수평적 오염물질의 분포 및 확산을 편리하고 효율적으로 모니터링 할 수 있다.

Description

대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치{Apparatus for simultaneous monitoring of Atmosphere contamination at multi-point}

본 발명은 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치에 관한 것이다.

산업 발전과 에너지 사용량의 급증으로 인한 대기오염은 생활환경을 악화시켜 사회적으로 여러 가지 문제를 야기하고 있다. 특히 일부 지역에서 발생한 대기 오염물질은 해당 지역에 머물러 있는 것이 아니라 기상 조건에 따라서 넓은 지역에 전파되어 영향을 끼치므로 국가간 지역간 환경 규제 시스템이 도입되기에 이르렀다.

또한 대기 오염물질에 있어서도, 기존의 대기환경 기준물질(예; SOx, NOx, O3, CO, PM10) 뿐만 아니라, 대기 중에 미량으로 존재하는 유해가스, 악취물질, 래디컬(radical) 등 그 종류가 다변화되고 있으며 발생원 또한 다양화되고 있다.

이에, 대기환경 규제를 보다 효과적으로 할 수 있도록, 이를테면 도심이나 공단지역 등에서의 오염도를 상시 감시하는 감시체계나, 발생 오염원의 효과적 추적, 또는 화학공장 밀집지역에서의 화학물질 누출 방제를 위한 펜스 모니터링(fence monitoring), 대기 오염물질의 시간 및 공간적 확산 분포 측정 등을 포함하는 구체적이고 신뢰성 있는 측정 및 감시 시스템이 요구되고 있다. 기존에 사용되고 있는 포인트 샘플링(point sampling)과 같은 측정방법으로는, 현대사회의 다차원 측정 정보의 요구를 충족하지 못하기 때문이다.

한편, 최근에는 대기 오염물질의 관측과 분석에 분광학(spectroscopy)이 응용되고 있다. 상기 응용 분광학은 전자기 방사선과 대기중 오염물질(가스) 간의 상호 작용에 관한 연구로서, 다종의 가스물질을 다채널검출기로 측정하는 방식까지 발전하였다.

그러나 상기한 종래의 다채널 검출기로서는, 공간적으로 떨어져 있는 여러 지역의 공기오염을 동시에 측정할 수 없어, 이를테면 광범위한 지역에서의 2~3차원적 유해물질의 농도분포 등의 현상을 규명하는 것은 물론, 유해 가스물질의 발생, 확산, 지속적인 펜스(Fence) 모니터링이 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 공간적으로 떨어져 있는 여러 지역에서의 대기 오염물질의 검출 및 감시가 한 장소에서 가능하므로, 수직 수평적 오염물질의 분포 및 확산을 효율적으로 모니터링 할 수 있는 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치는, 공간적으로 떨어져 있는 다수 지점에서의 대기오염물질을 동시에 파악 분석하기 위한 것으로서, 외부의 전원으로부터 공급된 전력에 의해 빛을 발생하는 인공광원을 내장하며, 상기 인공광원의 빛을 그 외부로 방출하는 송광부와; 외부로부터 입사된 빛을 통과시키며 광필터를 내장한 수광부와; 그 일단부가 상기 송광부에 연결된 상태로 관심지점으로 연장 배치되며, 상기 송광부에서 발생한 빛을 통과시켜 연장방향으로 조사하는 송광광섬유와; 상기 송광광섬유를 통과한 빛의 광경로를 조절하는 송광모듈과; 대기오염물질을 사이에 두고 상기 송광모듈에 대응 배치되며, 상기 송광모듈을 통과해 조사되는 빛을 받은 후 반사하는 반사경과; 상기 반사경에 반사된 빛을 그 내부로 통과시키는 수광모듈과; 상기 수광모듈에 연결되며 수광모듈을 통과한 빛을 상기 수광부로 전달하는 수광광섬유와; 상기 수광부를 통과한 빛을 받아들여 파장별로 분리하는 분광계와; 상기 분광계에서 분리된 빛의 파장스펙트럼을 검출하는 검출계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 송광광섬유와 수광광섬유는 하나의 쌍을 이룬 상태로 송수광부로부터 측정지점으로 연장 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 송광모듈은; 빛이 통과하는 내부공간을 제공하며 상기 송광광섬유의 연장단부가 인입 고정되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 구비되며 상기 송광광섬유를 통과한 빛을 통과시키는 다수의 렌즈와, 상기 렌즈를 통과한 빛의 광경로를 조절하여 상기 반사경으로 조사시키는 반사미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 수광모듈은; 상기 반사경에 반사된 빛이 통과하며, 상기 수광광섬유의 연장 단부가 인입 고정되는 하우징과, 상기 하우징의 내부로 조사된 빛을 상기 수광광섬유로 유도하는 반사미러 및 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인공광원은, 외부의 전력을 공급받아 빛을 발생하는 제논램프이고, 상기 송광부는; 상기 제논램프를 수용하는 케이스와, 상기 케이스의 내에 구비되며, 상기 램프를 그 내부에 수용하며 램프로부터 발생하는 빛을 송광광섬유로 집광시키는 반사경을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수광부는; 상기 수광광섬유를 통해 전달된 빛을 통과시켜 상기 광필터로 조사시키는 슬릿이 형성되어 있는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 슬릿을 통해 입사된 빛을 필요시에만 통과시키는 셔터를 갖는 입사광학계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분광계는; 박스의 형태를 취하며 일측에 입사구가 마련되어 있고 측부에 검출계가 고정되어 있는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되며 상기 입사구를 통과해 들어온 빛을 받아 반사하는 제 1비구면미러와, 상기 제 1비구면미러에서 반사된 빛을 받아 단색광으로 스팩트럼화 시키는 회절판과, 상기 회절판에서 반사된 빛을 반사시켜 상기 검출계로 보내는 제 2비구면미러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치는, 하나의 검출기로 여러 지역에서의 대기 오염물질을 동시에 측정 및 감시 할 수 있으므로 오염물질의 모델링 분석 작업에 활용할 수 있고, 특히 근접하기 곤란한 지역에서의 대기 오염상태를 원격 모니터링 할 수 있어 그만큼 편리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치의 전체적인 구성을 나타내 보인 도면이다.
도 2는 상기 도 1에 도시한 송광부의 세부 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 상기 도 1에 도시한 송수광모듈의 구조 및 동작을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 상기 도 1에 도시한 입사광학계의 기본 구조를 나타내 보인 도면이다.
도 5는 상기 도 1에 도시한 분광계 및 검출계를 함께 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 다지점 동시 감시장치의 전체적인 구성을 나타내 보인 도면이다.

도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 다지점 동시 감시장치는, 이를테면 실험실이나 중앙통제소 등에 설치되는 분석부(35)와, 송광광섬유(29a) 및 수광광섬유(29b)를 통해 상기 분석부(35)에 병렬적으로 연결되며, 관심지역(오염지역, 오염예상지역 등)에 배치되는 다수의 센싱부(37)로 이루어진다.

상기 분석부(35)는, 송수광부(11)와, 분광계(21)와, 검출계(23)와, 제어부(25)와, 컴퓨터(27) 등으로 구성되어 있다.

또한 상기 송광광섬유(29a)와 수광광섬유(29b)는 그 내부로 빛을 통과시키는 일반적인 광섬유로서, 두 개가 하나의 쌍을 이루며 분석부(35)와 각 센싱부(37)를 연결한다. 상기 송광광섬유(29a)와 수광광섬유(29b)는 예컨대 기 설치되어 있는 통신선과 함께 묶을 수 있어 설치에는 별 제약이 없다.

상기 송수광부(11)를 구성하는, 송광부(13)는 빛을 발생하여 송광모듈(도 3의 31f)로 보내는 역할을 하고, 수광부(15)는 다수의 센싱부(37)를 거쳐 수광광섬유(29b)를 통해 되돌아온 빛을 받아 분광계(21)로 전달한다. 또한 분광계(21)는 수광부(15)로부터 받은 빛(산란광)을 단색 스펙트럼화 한다. 아울러 상기 검출계(23)는 CCD카메라(23a)를 통해 파장 스펙트럼을 검출한다.

먼저, 상기 송광부(13)는 도 2에 도시한 바와같이, 인공광원으로서 제논램프(13c)를 갖는다. 즉, 도 2를 참조하면, 상기 송광부(13)는 박스형 케이스(13a)와, 상기 케이스(13a)의 내부에 지지체(13b)에 고정되며 전원(17)에서 전달받은 전력에 의해 빛을 발생하는 제논램프(13c)와, 상기 제논램프(13c)를 감싸 제논램프(13c)의 빛을 집광시키는 반사경(13d)을 포함한다.

또한 상기 케이스(13a)의 측부에는 홀더(13e)가 구비되어 있다. 상기 홀더(13e)는 송광광섬유(29a)의 단부를 고정시키며, 반사경(13d)에 의해 집광된 빛이 송광광섬유(29a)의 단부에 조사되도록 한다.

상기 수광부(15)는 수광광섬유(29b)를 통해 들어온 빛(산란광)을 분광계(21)에 최적의 상태로 입사시키기 위한 것으로서, 분광계(21)의 개구율에 맞게 산란광을 확산시킴은 물론 측정데이터의 안정도를 높이기 위한 입사광학계(19)를 갖는다. 상기 입사광학계(19)는, 수광광섬유(29b)의 단부로부터 조사되는 빛을 통과시키는 슬릿(19b)이 형성되어 있는 케이스(19a)와, 상기 케이스(19a)의 내부에 구비되는 광필터(19c)와, 셔터(19d)를 포함한다.

상기 광필터(19c)는 측정하려는 가스의 파장에 대응하는 필터이다. 또한 셔터(19d)는 분광계(21)에서의 측정 노이즈를 최소화하기 위한 것으로서, 산란광의 측정시에만 개방되어 산란광을 분광계(21)로 보낸다.

한편, 상기 각 센싱부(37)는, 송수광모듈(31)과, 상기 송수광모듈(31)에 대응 배치되는 레트로반사경(33)으로 이루어진다. 상기 송수광모듈(31)과 레트로반사경(33)은 대기중 오염물질을 측정하기 위한 오염지역에 설치되는 것으로서, 오염물질(A)을 사이에 두고 대향한다. 상기 송수광모듈(31)과 레트로반사경(33)의 간격은 경우에 따라 매우 다양하다.

상기 송수광모듈(31)은, 송광광섬유(29a)을 통해 들어온 제논램프(13c)의 빛을 통과시켜 상기 레트로반사경(33)으로 조사하는 송광모듈(31f)과, 레트로반사경(33)에 반사된 빛을 받아 수광광섬유(29b)로 유도하는 수광모듈(31g)로 구성된다. 상기 송광모듈(31f)과 수광모듈(31g)은 하나의 하우징(31a)에 포함시킬 수 있다.

상기 송광모듈(31f)은, 수광광섬유(29a)에서 조사된 빛을 받아 빛의 조사 면적을 확장하는 다수의 송광렌즈(31b)와, 상기 송광렌즈(31b)를 통과한 빛을 받아 상기 레트로반사경(33)에 조사광을 정렬시키는 평면반사미러(31c)와, 상기 송광렌즈(31b)와 평면반사미러(31c)의 위치를 미세 조정하기 위한 조정장치(미도시) 등을 포함한다.

상기 송광모듈(31f)을 통과한 빛은 오염물질(A)을 통과하여 레트로반사경(33)에 부딪힌 후 반사되어 수광모듈(31g)로 진입한다.

상기 수광모듈(31g)은, 레트로반사경(33)으로부터 반사된 빛의 경로를 조절하는 평면반사미러(31d)와, 상기 평면반사미러(31d)에 의해 조절된 빛을 집속시켜 수광광섬유(29b)로 보내는 다수의 수광렌즈(31e)를 갖는다.

결국, 송광부(13)에서 발생한 빛은 오염지역의 오염물질(A)을 통과하여 해당 오염물질의 분자와 부딪혀 변화된 산란광으로서, 수광부(15)로 들어와 분광계(21)로 전달된다.

상기 분광계(21)는 입사된 산란광의 파장을 분리하여 빛의 스펙트럼을 분석하는 장치로서, 여러 광경로의 산란광들을 서로 중첩되지 않도록 분광시켜 파장의 스펙트럼을 검출계(23)로 전달하는 역할을 한다.

도 5를 참조하면, 상기 분광계(21)는, 그 측부에 입사구(21f)를 갖는 박스형 케이스(21a)와, 상기 입사구(21f)의 반대편에 배치되며 입사구(21f)를 통해 입사된 산란광을 반사하는 제 1비구면미러(21c)와, 상기 제 1비구면미러(21c)에서 반사된 산란광을 받아 반사하며 단색 광스펙트럼화 하는 회절판(21e)과, 상기 회절판(21e)을 반사한 산란광을 출사구(21g)를 통해 검출계(23)로 보내는 제 2비구면미러(21d)를 포함한다.

상기 제 1,2비구면미러(21c,21d)는 분광계 고유의 광학수차인 난시(Astigmatism) 즉, 광축으로부터 떨어진 피사점들이 동일 평면상에서 상을 맺지 않고, 다른 평면상에 여러 쌍의 선들로 상을 맺는 현상을 감안하여 적용된 것이다.

여하튼, 상기 검출계(23)로 입사된 빛은, 검출계(23) 내부의 CCD카메라에 촬상되고, 이 내용은 컴퓨터(27)로 전송되어, 컴퓨터내의 광분석 소프트웨어를 통해 상기 오염물질(A)의 종류와 크기 등을 알아내게 된다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

11:송수광부(送受光部) 13:송광부
13a:케이스 13b:지지체
13c:제논램프 13d:반사경
13e:홀더 15:수광부
17:전원 19:입사광학계
19a:케이스 19b:슬릿
19c:광필터 19d:셔터
21:분광계 21a:케이스
21c:제 1비구면미러 21d:제 2비구면미러
21e:회절판 21f:입사구
21g:출사구 23:검출계
23a:CCD카메라 25:제어부
27:컴퓨터 29a:송광광섬유
29b:수광광섬유 31:송수광모듈
31a:하우징 31b:송광렌즈
31c,31d:평면반사미러 31e:수광렌즈
31f:송광모듈 31g:수광모듈
33:레트로반사경 35:분석부
37:센싱부

Claims

공간적으로 떨어져 있는 다수 지점에서의 대기오염물질을 동시에 파악 분석하기 위한 것으로서,
외부의 전원으로부터 공급된 전력에 의해 빛을 발생하는 인공광원을 내장하며, 상기 인공광원의 빛을 그 외부로 방출하는 송광부와;
외부로부터 입사된 빛을 통과시키며 광필터를 내장한 수광부와;
그 일단부가 상기 송광부에 연결된 상태로 관심지점으로 연장 배치되며, 상기 송광부에서 발생한 빛을 통과시켜 연장방향으로 조사하는 송광광섬유와;
상기 송광광섬유를 통과한 빛의 광경로를 조절하는 송광모듈과;
대기오염물질을 사이에 두고 상기 송광모듈에 대응 배치되며, 상기 송광모듈을 통과해 조사되는 빛을 받은 후 반사하는 반사경과;
상기 반사경에 반사된 빛을 그 내부로 통과시키는 수광모듈과;
상기 수광모듈에 연결되며 수광모듈을 통과한 빛을 상기 수광부로 전달하는 수광광섬유와;
상기 수광부를 통과한 빛을 받아들여 파장별로 분리하는 분광계와;
상기 분광계에서 분리된 빛의 파장스펙트럼을 검출하는 검출계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치.
제 1항에 있어서,
상기 송광광섬유와 수광광섬유는 하나의 쌍을 이룬 상태로 송수광부로부터 측정지점으로 연장 배치된 것을 특징으로 하는 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치.
제 1항에 있어서,
상기 송광모듈은;
빛이 통과하는 내부공간을 제공하며 상기 송광광섬유의 연장단부가 인입 고정되는 하우징과,
상기 하우징의 내부에 구비되며 상기 송광광섬유를 통과한 빛을 통과시키는 다수의 렌즈와,
상기 렌즈를 통과한 빛의 광경로를 조절하여 상기 반사경으로 조사시키는 반사미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치.
제 1항에 있어서,
상기 수광모듈은;
상기 반사경에 반사된 빛이 통과하며, 상기 수광광섬유의 연장 단부가 인입 고정되는 하우징과,
상기 하우징의 내부로 조사된 빛을 상기 수광광섬유로 유도하는 반사미러 및 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치.
제 1항에 있어서,
상기 인공광원은, 외부의 전력을 공급받아 빛을 발생하는 제논램프이고,
상기 송광부는;
상기 제논램프를 수용하는 케이스와,
상기 케이스의 내에 구비되며, 상기 램프를 그 내부에 수용하며 램프로부터 발생하는 빛을 송광광섬유로 집광시키는 반사경을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치.
제 1항에 있어서,
상기 수광부는;
상기 수광광섬유를 통해 전달된 빛을 통과시켜 상기 광필터로 조사시키는 슬릿이 형성되어 있는 케이스와,
상기 케이스의 내부에 설치되고, 상기 슬릿을 통해 입사된 빛을 필요시에만 통과시키는 셔터를 갖는 입사광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치.
제 1항에 있어서,
상기 분광계는;
박스의 형태를 취하며 일측에 입사구가 마련되어 있고 측부에 검출계가 고정되어 있는 케이스와,
상기 케이스의 내부에 배치되며 상기 입사구를 통과해 들어온 빛을 받아 반사하는 제 1비구면미러와,
상기 제 1비구면미러에서 반사된 빛을 받아 단색광으로 스팩트럼화 시키는 회절판과,
상기 회절판에서 반사된 빛을 반사시켜 상기 검출계로 보내는 제 2비구면미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 오염물질의 다지점 동시 감시장치.