KR20150027421A - 열 및 가스 농도 분포 영상장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 하나의 열원으로부터 방출되는 적외선과 가스를 동시에 검출함으로써, 사람의 육안으로 확인이 어려운 열원 또는 접근이 어려운 영역에서의 열원을 용이하게 감지한다. 그 결과, 화재 진압 후 잔불을 확인하거나 엔진의 과열 상태 또는 가스 누출 상태를 점검하여 안전사고를 미연에 예방할 수 있게 된다. 또한, 하나의 열원으로부터 검출된 적외선과 가스를 각각의 디스플레이부를 통해 표시하거나 모드 전환 기능을 이용하여 하나의 디스플레이부를 통해 선택적으로 표시할 수 있도록 함으로써, 비용을 절감할 수 있음은 물론 사용의 편리성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

Description

열 및 가스 농도 분포 영상장치 및 그 방법{detecting apparatus for heat and gas concentration distribution and method for detecting thereof}
본 발명은 열 및 가스 농도 분포 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 측정원리로 열과 가스를 동시에 검지할 수 있도록 하는 열 및 가스 농도 분포 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 일정한 온도를 가진 물질은 해당 온도에 대한 에너지 복사 특성을 가지는데, 이는 흑체 복사 이론(Black Body Radiation)에 의해 해석된다. 예를 들어 지구로부터 약 1억 5천만km 떨어져 있는 태양의 온도는 이러한 흑체 복사 이론에 의해 표면 온도를 측정할 수 있으며, 측정 결과 태양의 표면 온도는 약 6000K인 것으로 예상할 수 있다.
도 1에는 복사 에너지의 밀도 분포 곡선이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, X축은 파장(λ)을 나타내며, Y축은 에너지 밀도(ｕ(λ)) 를 나타낸다.
상기 에너지 밀도는 하기의 식 (1)으로 표현된다.
ｕ(λ)=
Figure pat00001
Figure pat00002
..... (식 1)
λ: 복사 광의 파장
T: 절대 온도
h: 플랑크 상수 = 6.625×10-27 ergㆍsec
c: 광 속도 = 3.0×1010 cm/sec
k: 볼츠만μμ 상수 = 1.381×10-16 erg/K
그리고, L1, L2, L3 및 L4는 각각 절대온도 3000K, 4000K, 5000K 및 6000K의 열원에 대한 복사 에너지 분포도를 나타낸다.
도 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 온도가 낮은 물체일수록 상대적으로 긴 파장대의 광을 복사(L1→L2→L3→L4)하며, 이러한 긴 파장대의 광은 적외선 영역에 포함된다.
예컨대, 상기 L1은 필라멘트의 온도가 약 3000K인 백열등의 복사 에너지 분포도로서, 적외선 이외에 가시광선을 일부 복사하지만 그 비율은 전체 광의 약 5∼7% 정도로서, 대부분 적외선이 복사되는 것을 예측할 수 있다.
한편, 도 2에는 보다 구체적인 온도에 대한 정규화(normalization)된 복사 에너지의 밀도 분포 곡선이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, X축은 파장(λ)을 나타내며, Y축은 에너지 밀도(ｕ(λ))를 나타낸다. 그리고, L5, L6 및 L7은 각각 절대온도 1000K, 373K, 및 310K의 열원에 대한 복사 에너지 분포도를 나타낸다.
도 2에 도시된 것과 같이, 일반적으로 온도가 낮아질수록 가시광선은 거의 복사되지 않으며 사실상 적외선만을 복사하게 된다. 예컨대, 흑체 복사 이론에 의하면 물체의 온도가 약1000K(727℃) 경우, 최대 2.9㎛의 적외선을 복사하며(L5) 전체 복사 에너지 중에 가시광선의 비율은 0.00048% 정도에 불과하여 사실상 가시광선을 육안으로 감지하는 것은 불가능하다. 그리고, 끓는 물의 온도인 373K(100℃)에서는 약 7.8㎛의 적외선(L6)이 복사되고, 체온인 310K(36.5℃)에서는 9.7㎛의 적외선(L7)이 최대 복사되며, 이러한 끓는 물 또는 체온에서는 가시 광선이 거의 방출되지 않는다.
우리가 물체를 본다는 것은 물체가 광(light)을 복사하거나 반사하여 사람의 눈의 시각 신경을 자극하는 것이다. 사람이 볼 수 있는 광인 가시광선의 파장대는 대략 0.38㎛∼0.74㎛ 로서, 이보다 파장이 짧거나 길면 사람의 눈을 통해서는 광을 인식할 수 없다. 그러므로 가시광선이 존재하지 않으면 사람은 물체를 볼 수 없으므로 별도의 가시 광선을 포함한 조명이 필요한 것이다.
그러나, 가시 광선이 없어도 물체를 보는 방법이 존재하는데, 이는 적외선 센서를 이용하여 제작한 열상(thermal image) 카메라와 특정 파장의 적외선을 흡수하는 가스(gas) 카메라를 이용하는 것이다.
먼저, 열상 카메라를 이용한 방법은 물체로부터 복사되는 적외선을 감지하여 물체를 인식하는 것이다. 이러한 열상 카메라는 예를 들어, 화재 진압 이후 잔불의 존재 여부를 확인하거나, 엔진의 과열 상태 또는 건물의 열 효율 상태를 점검하거나, 야간에서의 생물체의 움직임을 확인하는등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
그리고, 가스 카메라를 이용한 방법은 2종 이상의 원자로 구성된 가스 분자가 특정 파장의 적외선을 흡수하는 특성을 이용하여 가스 분자의 해당 파장에 대한 광 흡수율을 측정하여 가스의 분포를 검지하는 것이다. 예를 들어 이산화탄소(CO2)는 4.26㎛ 파장대의 적외선을 흡수하며 메탄(CH4)은 약 3.3㎛ 파장대의 적외선을 흡수한다. 따라서, 상기 특정 파장대의 적외선을 이용하면 해당 특정 파장대의 적외선을 흡수하는 특정 가스를 검지할 수 있다. 그리고, 이러한 원리를 이용하여 가스의 분포를 카메라로 볼 수 있는데, 예를 들어 사람의 호흡에서 날숨에는 약 4%의 이산화탄소가 포함되어 있으며 이를 해당 파장대를 검지할 수 있는 적외선 센서를 이용한다면 사람의 호흡에서 배출되는 이산화탄소의 움직임을 볼 수 있는 카메라를 제작할 수 있다. 또 다른 예로써, 도시 가스의 주요 성분인 메탄은 사람의 눈으로 가스의 누출을 확인할 수 없으나 메탄이 흡수하는 적외선 센서를 이용한다면 파이프에서 도시가스가 누출되고 있는지 여부를 파악할 수 있다.
또한, 화재 진압 이후에 잔불을 확인하는 과정에서 불꽃 없이 물체가 연소되는 경우에도 열상 카메라를 이용하여 확인할 수 있다. 그러나, 열원 앞에 장애물이 있는 경우에는 열상 카메라를 이용할 수 없으며, 이러한 경우에는 가스 카메라를 이용하여 연소 시 필연적으로 발생하는 이산화탄소를 감지하여 잔불을 확인하게 된다.
이처럼, 열상 카메라와 가스 카메라는 육안으로 확인할 수 없는 열원이 존재하는 현장에서 매우 유용하게 사용되나, 적외선(열)과 가스를 동시에 측정해야 할 필요가 있는 현장에서는 2종의 카메라를 모두 구비해야 하는 번거로운 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-03767240000호(등록일자 2003.03.06) 등록특허공보 제10-05805630000호(등록일자 2006.5.09)
본 발명의 실시예는 하나의 동일 열원으로부터 적외선과 가스를 동시에 검출할 수 있도록 하는 열 및 가스 농도 분포 영상장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 하나의 동일 열원으로부터 검출된 적외선과 가스를 하나의 디스플레이부를 통해 표시할 수 있도록 하는 열 및 가스 농도 분포 영상장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 열원으로부터 분출되는 가스의 농도를 검출하여 표시할 수 있도록 하는 열 및 가스 농도 분포 영상장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 열 및 가스 농도 분포 영상장치는, 열원으로부터 방출되는 적외선을 포집하는 광 포집 렌즈부; 상기 광 포집 렌즈부를 통해 포집된 적외선 중에서 측정하고자 하는 가스가 흡수하는 파장대의 적외선만을 분리하는 광 분리부; 상기 광 분리부를 통해 분리되지 않은 적외선이 통과하는 제1 결상 렌즈 시스템부; 상기 제1 결상 렌즈 시스템부를 통과한 적외선이 배열되는 제1 적외선 센서 배열부; 상기 광 분리부를 통해 분리된 적외선이 통과하는 제2 결상 렌즈 시스템부; 상기 제2 결상 렌즈 시스템부를 통과한 적외선이 배열되는 제2 적외선 센서 배열부; 상기 제1 적외선 센서 배열부 및 제2 적외선 센서 배열부로부터 출력된 각각의 전기신호를 입력받아 영상신호로 출력하는 영상 처리부; 및 상기 영상 처리부로부터 출력된 영상 신호를 열(적외선) 영상 또는 가스 영상으로 디스플레이하는 영상 디스플레이부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 열 및 가스 농도 분포 검출방법은, 광 포집 렌즈를 통해 열원으로부터 방출되는 적외선을 포집하는 단계와; 광 분리기를 이용하여 상기 광 포집 렌즈를 통과한 전체 적외선 중, 특정 가스가 흡수하는 특정 파장대인 적외선을 분리하는 단계와; 상기 광 분리기를 통해 분리된 특정 파장대 이외의 적외선은 제1 결상 렌즈 시스템으로 입사하고, 상기 광 분리기에 의해 분리된 특정 파장대의 적외선은 제2 결상 렌즈 시스템으로 입사하는 단계와; 상기 제1 결상 렌즈 시스템으로 입사된 적외선이 제1 적외선 센서 배열에 결상되도록 한 후, 광량 분포에 따라 배열된 상기 제1 적외선 센서로부터 제1 전기 신호를 출력하고, 상기 제2 결상 렌즈 시스템으로 입사된 특정 파장대의 적외선이 제2 적외선 센서 배열에 결상되도록 한 후, 광량 분포에 따라 배열된 상기 제2 적외선 센서로부터 제2 전기 신호를 출력하는 단계와; 상기 제1 전기 신호 및 제2 전기 신호를 영상 처리부로 입력하는 단계와; 상기 영상 처리부를 통해 상기 제1 전기 신호의 패턴 구성으로부터 제1 영상 신호를 도출하여 열 영상으로 디스플레이하고, 상기 제2 전기 신호의 패턴 구성으로부터 제2 영상 신호를 도출하여 가스 영상으로 디스플레이하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 하나의 열원으로부터 방출되는 적외선과 가스를 동시에 검출하여 디스플레이함으로써, 사람의 육안으로 확인이 어려운 열원 또는 접근이 어려운 영역에서의 열원을 용이하게 감지할 수 있다.
그리고, 하나의 열원으로부터 검출된 적외선과 가스를 각각의 디스플레이부를 통해 표시하거나 모드 전환 기능을 이용하여 하나의 디스플레이부를 통해 선택적으로 표시할 수 있도록 함으로써, 비용을 보다 절감할 수 있음은 물론 사용의 편리성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 복사 에너지의 밀도 분포 곡선을 나타낸다.
도 2는 구체적인 온도에 대한 정규화(normalization)된 복사 에너지의 밀도 분포 곡선을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 및 가스 농도 분포 영상장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 열 및 가스 농도 분포 검출방법을 설명하기 위한 플로우챠트를 나타낸다.
도 5는 4.26㎛ 적외선이 이산화탄소에 의해 흡수되는 개념을 나타낸다.
도 6은 비어-램버트 이론에 의한 이산화탄소 농도와 적외선 센서에 도달하는 광량(I)간의 상관관계를 나타낸다.
이하, 하기의 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열 및 가스 농도 분포 영상장치 및 이를 이용한 열 및 가스 농도 분포 검출방법에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 및 가스 농도 분포 영상장치가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 열 및 가스 농도 분포 영상장치는 열원에서 방출되는 적외선을 포집하는 광 포집 렌즈(100), 상기 광 포집 렌즈(100)를 통해 포집된 적외선 중에서 측정하고자 하는 가스가 흡수하는 파장대의 적외선만을 분리하는 광 분리기(beam splitter: 102), 광 경로 1을 따라 이동하는 광(적외선)이 통과하는 제1 결상 렌즈 시스템(104), 상기 제1 결상 렌즈 시스템(104)을 통과한 광(적외선)이 배열되는 제1 적외선 센서 배열(106), 광 경로 2을 따라 이동하는 광(적외선)이 통과하는 제2 결상 렌즈 시스템(108), 상기 제2 결상 렌즈 시스템(108)을 통과한 광이 배열되는 제2 적외선 센서 배열(110), 상기 제1 적외선 센서 배열(106) 및 제2 적외선 센서 배열(110)로부터 출력된 각각의 전기신호 1 및 전기신호 2를 입력받아 영상신호로 출력하는 영상 처리부(112), 상기 영상 처리부(112)로부터 출력된 영상 신호 1을 열(적외선) 영상으로 디스플레이하는 열 영상 디스플레이부(114) 및 상기 영상 처리부(112)로부터 출력된 영상 신호 2를 가스 영상으로 디스플레이하는 가스 영상 디스플레이부(116)로 구성된다.
여기서, 상기 영상 신호 1은 전기신호 1로부터 도출된 열 영상 신호이며, 상기 영상 신호 2는 전기신호 2로부터 도출된 가스 영상 신호이다. 그리고, 상기 가스 영상 디스플레이부(116)에서는 영상 신호 2를 통해 가스 영상을 디스플레이하는 것과 더불어 가스의 농도 분포 또한 디스플레이한다.
그리고, 상기 광 분리기(102)는 하나 또는 그 이상 갯수의 특정 적외선을 분리할 수 있도록 구현될 수 있다. 즉, 상기 광 분리기(102)는 검출하고자 하는 특정 가스가 흡수하는 파장대의 적외선을 분리하기 위해 구비되는데, 예컨대 이산화탄소를 검출하기 위해서는 이산화탄소의 흡수 파장대인 4.26㎛ 의 적외선을 분리하는 광 분리기를 구비하고, 메탄을 검출하기 위해서는 3.3㎛ 의 적외선을 분리하는 광 분리기를 구비할 수 있다.
따라서, 이산화탄소 또는 메탄등의 가스를 단독으로 검출하기 위해서는 하나의 광 분리기를 구비하나, 이산화탄소와 메탄을 동시에 검출하기 위해서는 이산화탄소와 메탄의 흡수 파장대인 4.26㎛ 및 3.3㎛ 의 적외선을 각각 분리하기 위한 두 개의 광 분리기가 구비된다. 그리고, 이산화탄소와 메탄 이외에 검출하고자 하는 가스의 종류에 따라 광 분리기의 갯수는 얼마든지 늘어날 수 있다.
그리고, 본 발명은 하나의 열원으로부터 열과 가스를 동시에 검출할 수 있도록 하는 열 및 가스 농도 분포 영상장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상기와 같이 열 영상 디스플레이부 및 가스 영상 디스플레이부를 각각 구비할 수도 있고, 모드 전환 스위치를 이용하여 하나의 디스플레이부를 통해 열 영상 및 가스 영상을 자유롭게 선택하여 확인할 수도 있다.
그러면, 상기 도 3에 도시되어 있는 열 및 가스 농도 분포 영상장치 및 하기 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 열 및 가스 농도 분포 검출방법을 보다 구체적으로 살펴보기로 하자.
도 4에는 본 발명에 따른 열 및 가스 농도 분포 검출방법을 설명하기 위한 플로우챠트가 도시되어 있다. 도 4에서는 본 발명의 이해를 위한 구체적인 열 및 가스 농도 분포 검출방법의 예로서, 화재 진압 이후의 잔불 확인 과정을 제시한다. 따라서, 열원은 화재 진압 현장에 존재하는 물체로서, 예컨대 화재로 인해 연소된 목재나 플라스틱 재질의 물체일 수 있으며, 검지하고자 하는 가스는 연소시 필연적으로 발생하는 이산화탄소라 가정한다.
도 4를 참조하면, 제200단계에서는 광 포집 렌즈(100)를 통해 화재 진압 현장(열원)으로부터 방출되는 적외선을 포집한다.
제202단계에서는 광 분리기(102)를 이용하여 상기 광 포집 렌즈(100)를 통과한 전체 적외선 중, 이산화탄소가 흡수하는 파장대인 4.26㎛의 적외선을 분리한다.
상기 광 분리기(102)를 통해 분리된 4.26㎛ 이외의 적외선, 즉 분리되지 않은 대부분의 적외선일 경우에는 제206단계로 진행하여 광 경로 1을 따라 제1 결상 렌즈 시스템(104)으로 입사되도록 한다.
제208단계에서는 상기 광 경로1을 따라 제1 결상 렌즈 시스템(104)으로 입사된 적외선이 제1 적외선 센서 배열(106)에 결상된 후, 광량 분포에 따라 배열된 각각의 적외선 센서로부터 전기 신호 1이 출력된다. 이때, 상기 출력된 전기 신호 1은 광량 분포와 동일한 분포 패턴을 갖는다.
제210단계에서는 상기 전기 신호 1이 영상 처리부(112)로 입력된다.
제212단계에서 상기 영상 처리부(112)는 전기 신호 1의 패턴 구성으로부터 영상 신호 1을 도출한다.
그리고, 제214단계에서 상기 전기 신호 1의 패턴 구성으로부터 도출된 영상 신호 1은 열 영상 디스플레이부를 통해 열 영상으로 구현된다.
한편, 제202단계에서 광 분리기(102)에 의해 분리된 4.26㎛ 적외선일 경우에는 제214단계로 진행하여 광 경로 2를 통해 제2 결상 렌즈 시스템(108)으로 입사되도록 한다.
제216단계에서는 상기 광 경로 2를 따라 제2 결상 렌즈 시스템(108)로 입사된 4.26㎛ 적외선이 제2 적외선 센서 배열(110)에 결상된 후, 광량 분포에 따라 배열된 각각의 적외선 센서로부터 전기 신호 2가 출력된다. 이때, 상기 출력된 전기 신호2 역시 4.26㎛ 적외선의 광량 분포와 동일한 분포 패턴을 갖는다.
제218단계에서는 상기 전기 신호 2가 영상 처리부(112)로 입력된다.
제220단계에서 상기 영상 처리부(112)는 전기 신호 2의 패턴 구성으로부터 영상 신호 2를 도출한다.
그리고, 제222단계에서 상기 전기 신호 2의 패턴 구성으로부터 도출된 영상 신호 2는 가스 영상 디스플레이부를 통해 이산화탄소 영상으로 구현된다. 이때, 상기 가스 영상 디스플레이부에 이산화탄소의 영상이 구현됨과 아울러 이산화탄소의 농도 분포 또한 동시에 표시된다.
이처럼, 가스 영상 디스플레이부를 통해 이산화탄소 영상과 함께 이산화탄소의 농도 분포가 표시됨으로써, 이산화탄소의 유무를 기본적으로 파악할 수 있음은 물론 그 농도가 얼마나 짙은가를 확인할 수 있어 화재 진압 이후의 잔불 확인 작업을 보다 효율적으로 진행할 수 있게 된다.
즉, 상기 제2 적외선 센서 배열(110)에서의 광량에 의해 이산화탄소 농도가 결정되는데, 광량이 적다는 것은 이산화탄소에 흡수된 적외선 파장의 양이 많다는 것을 의미하고, 이처럼 광량이 약하게 센싱되는 영역에서는 이산화탄소의 농도가 짙게 표시된다. 그리고, 이산화탄소의 농도가 짙게 표시되는 영역에서는 현재 연소가 활발히 진행되고 있는 것이므로 신속하고 정확한 잔불 진압이 이루어질 수 있도록 한다.
이와 반대로, 상기 제2 적외선 센서 배열(110)에 센싱된 광량이 많을 경우에는 이산화탄소에 흡수된 적외선 파장의 양이 적다는 것을 의미하고, 이처럼 광량이 강하게 센싱되는 영역에서는 이산화탄소의 농도가 옅게 표시된다. 그리고, 이산화탄소의 농도가 옅게 표시되는 영역은 이산화탄소의 농도가 짙게 표시되는 영역에 비해 상대적으로는 약하지만 여전히 연소가 진행되고 있는 것이므로, 이에 대해서도 적절한 조치가 이루어질 수 있도록 한다.
그리고, 상기와 같은 "광량 - 이산화탄소 농도" 사이의 상관관계는 하기의 도 5 및 도 6을 통해 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
먼저, 도 5에는 4.26㎛ 적외선이 이산화탄소에 의해 흡수되는 개념이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 열원으로부터 방출되는 전체 적외선 광량(I0) 중 일부는 이산화탄소 분자에 의해 흡수되고, 이산화탄소 분자에 의해 흡수되지 않은 나머지 일부가 적외선 센서에 도달하게 된다(I). 즉, 열원으로부터 방출되는 전체 적외선 광량 I0 중 4.26㎛ 적외선은 이산화탄소 분자에 의해 선별적으로 흡수되고, 4.26㎛ 이외의 적외선이 적외선 센서에 도달하게 된다. 이때, 이산화탄소의 농도가 높을수록 이산화탄소 분자에 흡수되는 4.26㎛ 적외선의 양이 많아지게 된다.
이처럼 적외선 센서에 도달하는 광량 I 는 이산화탄소의 농도와 일정한 상관관계를 가지게 되는데, 이러한 상관관계는 비어-램버트(Beer-Lambert) 이론에 의해 해석될 수 있다.
도 6에는 비어-램버트 이론에 의한 이산화탄소 농도와 적외선 센서에 도달하는 광량(I)간의 상관관계가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, X축은 이산화탄소의 농도를 나타내고, Y축은 적외선 센서에 도달하는 광량(I)을 나타낸다. 그리고, 비어-램버트 이론은 하기의 식 (2)로 표현된다.
I=I0 *exp(-α*x) ..... (식 2)
여기서, 상기 α는 이산화탄소 분자가 적외선을 흡수하는 특성을 나타내는 상수값이다.
도 6에 도시된 것과 같이, 이산화탄소의 농도가 높아질수록 적외선 센서에 도달하는 광량이 감소됨을 알 수 있다.
그리고, 적외선 센서에 도달하는 광량 I에 의해 비어-램버트 함수의 역함수로부터 이산화탄소 농도를 산출할 수 있다. 그러나, 만일 전체 적외선 광량인 I0 값이 크면 실제 이산화탄소 농도보다 작은 값으로 산출된다. 결과적으로 비어-램버트 함수에서 이산화탄소 농도를 산출하기 위한 암시적 전제 조건은 전체 적외선 광량인 I0 값이 일정하다는 것이다. 그러나 현실적으로 전체 적외선 광량 I0는 일정하지 않다. 다시 말해, 낮이 밤보다 전체 적외선 광량이 클 것이며 결과적으로 동일한 이산화탄소 농도라도 낮에 측정하는 것이 밤에 측정하는 이산화탄소 농도보다 작게 산출될 것이다. 그러나 이러한 문제점은 상기 도 3에 도시되어 있는 열 및 가스 농도 분포 영상장치의 적외선 센서 배열 1에 도달하는 광량으로 보정할 수 있다. 즉, 전체 적외선 광량 I0 중에 이산화탄소가 흡수하는 파장대의 광량은 일정한 비율을 갖게 되는데, 이러한 점에 착안하여 적외선 센서 배열 1의 전체 광량을 측정하여 적외선 센서 배열 2에서 감지되는 4.26㎛ 적외선의 광량을 보정하면 전체 적외선 광량 I0와 관계없이 일정한 광량으로 보정하여 결과적으로 이산화탄소 농도 분포 영상을 보정해 줄 수 있는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 적외선을 포집하는 광 포집 렌즈, 특정 파장대의 적외선을 분리하는 광 분리기, 결상 렌즈 시스템, 적외선 센서 배열등이 구비된 열 및 가스 농도 분포 영상장치를 통하여 하나의 열원으로부터 방출되는 적외선과 가스를 동시에 검출함으로써, 사람의 육안으로 확인이 어려운 열원 또는 접근이 어려운 영역에서의 열원을 용이하게 감지할 수 있게 된다.
그 결과, 화재 진압 이후 잔불을 확인하는 과정에서 인간의 육안으로 확인할 수 없는 화원을 찾아내어 추가 화재를 방지하고, 조난사고를 당한 사람의 체온과 호흡 상태를 동시에 측정하여 소중한 인명을 구하거나, 산업 시설에서 열 충격 내지 변형에 의한 가스의 누출을 감지하여 안전사고를 미연에 예방할 수 있게 된다. 특히, 가스의 영상과 더불어 가스의 농도 분포 또한 확인할 수 있게 되어, 유독 가스가 분포되어 있는 작업 현장에서 질식사고등으로부터 작업자를 보호할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 하나의 열원으로부터 검출된 적외선과 가스를 각각의 디스플레이부를 통해 표시하거나 모드 전환 기능을 이용하여 하나의 디스플레이부를 통해 선택적으로 표시할 수 있도록 함으로써, 비용을 절감할 수 있음은 물론 사용의 편리성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 개략적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
100: 광 포집 렌즈 102: 광 분리기
104: 제1 결상 렌즈 시스템 106: 제1 적외선 센서 배열
108: 제2 결상 렌즈 시스템 110: 제2 적외선 센서 배열
112: 영상 처리부 114: 열 영상 디스플레이부
116: 가스 영상 디스플레이부

Claims (10)

  1. 열원으로부터 방출되는 적외선을 포집하는 광 포집 렌즈부;
    상기 광 포집 렌즈부를 통해 포집된 적외선 중에서 측정하고자 하는 가스가 흡수하는 파장대의 적외선만을 분리하는 광 분리부;
    상기 광 분리부를 통해 분리되지 않은 적외선이 통과하는 제1 결상 렌즈 시스템부;
    상기 제1 결상 렌즈 시스템부를 통과한 적외선이 배열되는 제1 적외선 센서 배열부;
    상기 광 분리부를 통해 분리된 적외선이 통과하는 제2 결상 렌즈 시스템부;
    상기 제2 결상 렌즈 시스템부를 통과한 적외선이 배열되는 제2 적외선 센서 배열부;
    상기 제1 적외선 센서 배열부 및 제2 적외선 센서 배열부로부터 출력된 각각의 전기신호를 입력받아 영상신호로 출력하는 영상 처리부; 및
    상기 영상 처리부로부터 출력된 영상 신호를 열(적외선) 영상 또는 가스 영상으로 디스플레이하는 영상 디스플레이부를 포함함을 특징으로 하는 열 및 가스 농도 분포 검출장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 영상 디스플레이부는 열 영상을 디스플레이하는 열 영상 디스플레이부 및 가스 영상을 디스플레이하는 가스 영상 디스플레이부임을 특징으로 하는 열 및 가스 농도 분포 영상장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 열 영상 디스플레이부 및 가스 영상 디스플레이부는 각각 독립된 영상 디스플레이 장치이거나, 모드 전환 스위치부를 통해 모드 선택이 이루어지는 하나의 영상 디스플레이부임을 특징으로 하는 열 및 가스 농도 분포 영상장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 광 분리부는 하나 또는 그 이상 갯수로 구비됨을 특징으로 하는 열 및 가스 농도 분포 영상장치.
  5. 광 포집 렌즈를 통해 열원으로부터 방출되는 적외선을 포집하는 단계와;
    광 분리기를 이용하여 상기 광 포집 렌즈를 통과한 전체 적외선 중, 특정 가스가 흡수하는 특정 파장대인 적외선을 분리하는 단계와;
    상기 광 분리기를 통해 분리된 특정 파장대 이외의 적외선은 제1 결상 렌즈 시스템으로 입사하고, 상기 광 분리기에 의해 분리된 특정 파장대의 적외선은 제2 결상 렌즈 시스템으로 입사하는 단계와;
    상기 제1 결상 렌즈 시스템으로 입사된 적외선이 제1 적외선 센서 배열에 결상되도록 한 후, 광량 분포에 따라 배열된 상기 제1 적외선 센서로부터 제1 전기 신호를 출력하고, 상기 제2 결상 렌즈 시스템으로 입사된 특정 파장대의 적외선이 제2 적외선 센서 배열에 결상되도록 한 후, 광량 분포에 따라 배열된 상기 제2 적외선 센서로부터 제2 전기 신호를 출력하는 단계와;
    상기 제1 전기 신호 및 제2 전기 신호를 영상 처리부로 입력하는 단계와;
    상기 영상 처리부를 통해 상기 제1 전기 신호의 패턴 구성으로부터 제1 영상 신호를 도출하여 열 영상으로 디스플레이하고, 상기 제2 전기 신호의 패턴 구성으로부터 제2 영상 신호를 도출하여 가스 영상을 디스플레이하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 열 및 가스 농도 분포 검출방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1 전기 신호는 제1 적외선 센서에 결상된 광량 분포와 광량 분포와 동일한 분포 패턴을 가지고, 상기 제2 전기 신호는 상기 제2 적외선 센서에 결상된 광량 분포와 동일한 분포 패턴을 가짐을 특징으로 하는 열 및 가스 농도 분포 검출방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 가스 영상이 디스플레이되는 과정에서 상기 가스의 농도 분포가 동시에 디스플레이되는 열 및 가스 농도 분포 검출방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 가스의 농도는 상기 제2 적외선 센서 배열에서의 광량에 의해 결정됨을 특징으로 하는 열 및 가스 농도 분포 검출방법.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 열 영상 및 가스 영상은 각각 독립된 영상 디스플레이 장치를 통해 디스플레이되거나, 모드 전환 스위치부를 통해 모드 선택이 이루어지는 하나의 영상 디스플레이부를 통해 선택적으로 디스플레이됨을 특징으로 하는 열 및 가스 농도 분포 검출방법.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 특정 파장대의 적외선을 분리하는 광 분리기를 하나 이상 설치하여 하나 이상의 가스를 검지하도록 하는 열 및 가스 농도 분포 검출방법.

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