KR20180030989A - 가스 검출 장치 및 방법 - Google Patents
가스 검출 장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180030989A KR20180030989A KR1020187002698A KR20187002698A KR20180030989A KR 20180030989 A KR20180030989 A KR 20180030989A KR 1020187002698 A KR1020187002698 A KR 1020187002698A KR 20187002698 A KR20187002698 A KR 20187002698A KR 20180030989 A KR20180030989 A KR 20180030989A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gas
- wavelength
- sensor
- sample
- concentration
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 258
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 188
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 62
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 44
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 44
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 42
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 25
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims description 7
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 claims description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- -1 propane and butane Chemical class 0.000 description 2
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001307 laser spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000001745 non-dispersive infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
- G01N21/3518—Devices using gas filter correlation techniques; Devices using gas pressure modulation techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/10—Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void
- G01J1/16—Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void using electric radiation detectors
- G01J1/1626—Arrangements with two photodetectors, the signals of which are compared
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/10—Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void
- G01J1/16—Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void using electric radiation detectors
- G01J2001/161—Ratio method, i.e. Im/Ir
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
- G01N2021/3166—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using separate detectors and filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
- G01N2201/121—Correction signals
- G01N2201/1215—Correction signals for interfering gases
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0059—Avoiding interference of a gas with the gas to be measured
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
본 발명은, 예를 들어 천연 가스를 함유하는 샘플 내의 메탄과 같은 제1 가스의 존재를 확인하는 방법에 관한 것이다. 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 수집하기 위한 센서를 갖는 검출기가 제공된다. 가스 샘플을 분석하여, 상기 제1 파장에 상응하는 제1 흡수 판독치, 상기 제2 파장에 상응하는 제2 흡수 판독치 및 참조 판독치를 얻는다. 상기 제1 흡수 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제1 흡수 수치를 계산하고, 상기 제2 흡수 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제2 흡수 수치를 계산한다. 상기 제1 및 제2 흡수 수치 각각에 선형화기 함수를 적용하여 제1 및 제2 농도 수치를 계산한다. 각각의 파장에 대한 센서를 상기 제1 가스의 검출에 대해 교정하여, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에서 수집된 데이터가 동일한 판독치를 제공하도록 한다. 이어서, 상기 제2 농도 수치에 대한 상기 제1 농도 수치의 비를 계산하고, 상기 비를 사용하여 오직 상기 제1 가스가 상기 샘플 중에 존재하는지 확인한다.
Description
본 발명은 가스 검출 장치 및 보다 특히 상이한 유형의 가스를 구별하기 위한 장치에 관한 것이다.
환경 내의 가스의 존재를 검출하고, 또한 가스 혼합물의 조성을 판별하기 위한 장치 및 방법이 당업계에 공지되어 있다. 다수의 이러한 방법 및 장비는 실험실 기반이나, 다수의 적용에서, 가스 샘플을 수집하고, 분석을 위해 이를 실험실로 보내는 것과 관련된 지연은 바람직하지 않거나 또는 허용되지 않는다. 예를 들어, 천연 가스의 분포에 관련된 가스 공급처리시설(utilities)은 가스 공급 라인으로부터의 가스 누설에 대한 어떠한 보고에도 즉시 작용해야 한다. 다수의 가스 분포 배관 작업은 지하에서 이루어지며, 따라서 도로 아래 등에 있을 수 있는 배관 굴착과 관련된 상당한 비용이 존재한다. 그러나, 이는 보고된 가스가 사실은 파이프라인으로부터의 누설이 아니라 일부 다른 공급원으로부터의 누설인 경우일 수 있다. 천연 가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등과 같은 탄화수소의 혼합물이다. 그러나, 기본 검출기는 또한, 주로 메탄인 매립 가스(landfill gas)와 같은 다른 가스 공급원에 반응할 것이다. 그러므로, 불필요한 굴착을 피하기 위해, 굴착에 앞서 상이한 유형의 가스를 구별하기 위한 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
상기 이미 언급된 바와 같이, 가스 샘플을 분석하고, 상이한 가스 유형을 구별하고 / 성분들을 확인할 수 있는 실험실 기반 장비는 당업계에 공지되어 있다. 그러나, 샘플을 수집하고, 이를 실험실 분석을 위해 보내는 것은 상당한 지연을 초래할 것이며, 누설의 심각도에 따라 선택사항이 아닐 수 있다.
공지되어 있는 하나의 해결책은 휴대용 가스 검출 기기에 소형 가스 크로마토그래프를 제공하는 것이다. 이러한 기기는 가스의 샘플을 수집하고, 수 분의 기간에 걸쳐 가스의 구성의 표시를 제공한다.
당업계에 공지되어 있는 또 다른 접근법은 레이저 기반 검출기를 사용하는 것이었다. 이들은 매우 효과적으로 작동하지만, 이들은 엄청나게 고가이다.
US-A-4958076은 가스 샘플 중 탄화수소 가스의 농도 및 유형을 결정하는 데 사용될 수 있는 선택적 가스 검출 장치를 개시하고 있다. 이는, 각각 상이한 파장, 특히 3.2 미크론 및 3.4 미크론에 반응하는 적어도 2종의 적외선 흡수 채널을 사용함으로써 그렇게 한다. 적외선 흡수 채널은 특정한 파장에서 가스 샘플에 의해 흡수된 적외선의 양을 측정함으로써 작동한다. 각각의 채널로부터의 데이터는 단독으로, 그로 조정되어야 할뿐만 아니라 다른 탄화수소에 민감한 특정한 탄화수소의 농도의 표시를 제공할 것이다. US'076에서, 각각의 채널로부터의 흡수 데이터를 사용하여 각각의 채널에 대한 흡광도 수치를 계산한 다음, 2종의 채널에 대한 흡광도 수치의 비를 사용하여, 존재하는 탄화수소의 유형을 추론한다. 동일한 파장으로 조정된 상이한 센서의 출력값에서의 분산(variance)의 효과를 최소화하기 위해, 상기 쌍의 채널의 출력값의 비의 로그를 취하는 것이 임의의 이러한 분산의 영향을 감소시킬 것이기 때문에 US'076은 이를 추가로 제안한다. 이는 US'076에 교시된 유형의 아날로그 시스템을 사용하는 경우 허용가능한 접근법이었지만, 현재 보다 통상적으로 이용되는 보다 정확한 디지털 시스템으로는 덜 허용가능하다.
이에 따라, 샘플 중에 존재하는 가스의 확인에 관한 보다 정확한 정보뿐만 아니라 상기 가스의 농도에 관한 정보를 제공할 수 있는 개선된 가스 검출 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 측정 판독치에 대한 조성에서의 변화(variation)의 효과를 감소시키는 이러한 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 추가의 목적이다. 의심되는 가스 누설 부위에서 신속한 분석이 수행될 수 있도록 이러한 시스템이 휴대용 장치에서 실행가능하도록 하는 것이 또한 추가로 필요하다.
본 발명의 제1 측면에 따라, 샘플 내의 제1 가스의 존재를 확인하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 수집하기 위한 센서를 갖는 검출기를 제공하는 단계; 가스 샘플을 분석하여, 상기 제1 파장에 상응하는 제1 흡수 판독치, 상기 제2 파장에 상응하는 제2 흡수 판독치 및 참조 판독치를 얻는 단계; 상기 제1 흡수 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제1 흡수 수치를 계산하고, 상기 제2 흡수 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제2 흡수 수치를 계산하는 단계; 상기 제1 및 제2 흡수 수치 각각에 선형화기 함수(lineariser function)를 적용하여 제1 및 제2 농도 수치를 계산하는 단계; 각각의 파장에 대한 센서를 상기 제1 가스의 검출에 대해 교정하여, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에서 수집된 데이터가 동일한 판독치를 제공하도록 하는 단계; 상기 제2 농도 수치에 대한 상기 제1 농도 수치의 비를 계산하는 단계; 및 상기 비를 사용하여 오직 제1 가스가 샘플 중에 존재하는지 확인하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제1 측면의 방법은, 각각의 파장에 대한 센서가 제1 가스의 검출에 대해 교정되어, 오직 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 이들이 동일한 판독치를 제공하도록 하는 점에서 선행기술과 상이하다. 또한, 본 발명의 방법에서, 각각의 파장에 대한 판독치를 먼저 선형화기 함수를 사용하여 처리하여 농도 판독치를 계산한 다음, 2종의 농도 판독치를 사용하여 비를 계산한다. 이를, 각각의 채널에 대한 흡수 수치를 로그 함수를 사용하여 각각 처리하여 흡광도 수치를 산출한 다음, 이를 서로 나누어 2종의 흡광도 수치의 비에 대한 수치를 산출하는 선행기술과 비교하였다.
이에 의해, 본 발명의 제1 측면에 따른 방법은, 판독치에 선형화기 함수를 적용한 다음, 농도의 비를 계산함으로써, 얻어진 비 수치가 제작 공차(manufacturing tolerance)로 인한 센서 내 필터에서의 분산과 같은 센서 변화에 민감성이 아니라는 이점을 갖는다. 결과적으로, 보다 신뢰할 만한 확인이 이루어질 수 있다.
본 발명은 특히 메탄과 고급 탄화수소, 예컨대 프로판 및 부탄을 구별하는 데 유용하며, 특히 메탄을 천연 가스로부터 구별하는 데 유용하다. 바람직하게는, 또한, 제1 파장은 3.3 미크론 ± 0.1 미크론이고, 제2 파장은 3.4 미크론 ± 0.1 미크론이다. 이어서, 메탄의 검출에 대해 교정이 수행되어, 다른 탄화수소를 함유하지 않고 메탄을 함유하는 샘플을 분석하는 경우 각각의 파장에서 동일한 판독치가 얻어지도록 한다. 이러한 경우, 본 발명에 따라 계산된 비 수치는 1일 것이며, 따라서 1의 비 계산치는 메탄이 샘플 중에 존재함을 나타낸다.
천연 가스는 메탄뿐만 아니라 다수의 다른 탄화수소를 포함하는 다양한 탄화수소를 포함한다. 이들의 상이한 작동 파장으로 인하여, 천연 가스를 함유하는 샘플이 센서에 의해 분석되는 경우, 2종의 센서로부터의 판독치는 상이할 것이며, 2종의 판독치 간의 차이는 천연 가스의 농도 증가에 따라 증가할 것이다. 이에 따라, 1 초과의 비 계산치는 메탄 이외의 가스가 샘플 중에 존재함을 나타낸다. 센서가 메탄으로 교정되는 방식은, 샘플링된 가스가 천연 가스 또는 임의의 고급 탄화수소 중 하나인 경우 이는 상기 가스가 메탄이 아님을 나타낼 것이라는 것을 의미한다.
바람직하게는, 환경적 파라미터에서의 변화로 인한 오차를 제거하기 위해, 각각의 파장에서의 판독치에 대해 개별적으로 보상이 수행된다. 특히 온도 보상 및 압력 보상 중 적어도 하나가 수행될 수 있으며, 온도 보상은 바람직하게는 2개의 단계 - 제로 드리프트(zero drift) 보정 및 스팬 드리프트(span drift) 보정으로 수행된다.
둘 모두가 동일한 제1 가스 (바람직하게는 메탄)의 검출에 대해 보정된, 본 발명에 사용된 유형의 센서를 이용하는 경우, 측정된 샘플이 실제로 제2 가스 (바람직하게는 천연 가스) 또는 임의의 다른 탄화수소일 때, 제1 가스에 대한 증가된 흡수도는 주어진 판독치가 실제 농도보다 더 높을 것임을 의미한다. 천연 가스의 경우, 부피 수준(volume level)이 존재할 때, 선형화기에 의해 표시된 농도는 실제 농도 초과의 수백 퍼센트일 수 있다.
이에 따라, 샘플 중 가스의 실제 농도에 대한 보다 정확한 값이, 센서로부터 취해진 판독치로부터 얻어지도록 하기 위해, 증가된 흡수도를 보상할 필요가 있다.
바람직하게는, 각각의 파장에 대해 1종씩 2종의 센서가 사용된다. 그러나, 동시에 또는 상이한 시간에 상이한 파장에서 판독치를 취할 수 있도록 상이한 모드로 작동가능한, 예컨대 가변적인 또는 변경가능한(changeable) 필터를 갖는 단일 센서가 또한 본 발명의 범주 내에서 이용될 수 있으며, 중요한 특징은 2개의 상이한 파장에 상응하는 데이터가 동일한 샘플로부터 수집될 수 있다는 것이다.
상기 센서 또는 각각의 센서는 요구되는 파장에 적용가능한 적합한 분광(spectral) 필터(들) 및 검출기(들)를 함께 갖는 적외선 흡수 센서, 특히 광대역 IR 공급원 (예컨대 예를 들어, 발광 백열 전구(flashing incandescent bulb))일 수 있다. 그러나, 대신에 상기 센서는 요구되는 파장에서 광을 방출하는 발광기(emitter)를 포함하여, 이에 의해 공급원을 필터와 함께 사용할 필요성을 피할 수 있다. 특히, 제1 및 제2 파장에서 광을 방출하는 LED가 이용될 수 있거나, 또는 가능하게는 제1 및 제2 파장에 상응하여 2가지 모드로 작동가능한 LED가 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 샘플 중 제1 가스의 농도를 측정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 취하기 위한 센서를 갖는 검출기를 제공하는 단계; 제1 및 제2 흡수 수치 각각에 선형화기 함수를 적용하여 제1 및 제2 농도 수치를 계산하는 단계; 각각의 파장에 대한 센서를 상기 제1 가스의 검출에 대해 교정하여, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에서의 데이터가 동일한 판독치를 제공하도록 하는 단계; 가스 샘플을 분석하여, 상기 제1 파장에서의 제1 흡수 판독치, 상기 제2 파장에서의 제2 흡수 판독치 및 참조 판독치를 얻는 단계; 상기 제1 파장에서의 판독치, 상기 제2 파장에서의 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제1 농도 수치 (c1) 및 제2 농도 수치 (c2)를 계산하는 단계; 및 방정식 ccor = c1 - X.(c2 - c1) (여기서, X = A. (c1 / c2)B이며, 상기 A 및 B는 샘플 중에서 조사되는 가스에 따라 선택된 특정한 쌍의 필터 파장에 대한 상수임)을 사용하여, 샘플 중 상기 제1 가스 및 제2 가스 중 하나의 실제 농도를 나타내는 보정된 농도 수치 (ccor)를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 방법은 샘플 중에서 조사되는 상이한 가스들로 인한 2개의 파장에서의 차등 판독치로부터 발생하는 농도 판독치에서의 오차에 대한 보정을 제공하는 이점을 갖는다.
바람직하게는, 제1 가스는 메탄이고, 이의 농도는 천연 가스 또는 또 다른 고급 탄화수소를 함유하는 샘플 중에서 측정되며, 이 경우 A = 2.5577이고, B = 1.869이다. 그러나, A 및 B의 값은 상이한 값의 제1 및 제2 파장 (이들은, 예를 들어 상기 방법이 다른 가스에 관련하여 사용되는 경우 상이할 수 있음)에 대해 상이할 것이다. 이러한 경우, A 및 B에 대한 값은 하기 제시된 바와 같이 경험적으로 계산될 수 있다.
이러한 보정이 이러한 보정 방법을 이용하지 않은 선행기술의 접근법보다 유의하게 더 정확한 값을 산출하는 것으로 확인되지만, 상기 보정 알고리즘은 오직 메탄이 존재하는 경우 측정치에 노이즈(noise)를 도입하는 것으로 확인되었다. 따라서, 바람직하게는, 존재하는 가스가 메탄인 경우, 상기 알고리즘은 사용되지 않고, 대신에 오직 제1 센서의 출력값을 사용하여 농도 판독치를 계산한다.
특히 바람직한 구현예에서, 상기 방정식은 오직 제2 센서에 대한 제1 센서의 판독치의 비 (c1 / c2)가 제1 임계값 초과인 경우에 사용되며, 제1 센서의 출력값은 오직 (c1 / c2)가 제2 임계값 미만인 경우 사용되고, (c1 / c2)가 제1 및 제2 임계값 사이인 경우 전이(transitioning) 알고리즘이 사용된다.
특히, 제1 임계값은 1이고, 제2 임계값은 0.9이다. 이러한 경우, 이용되는 보정 방정식은 ccor = M2. (c1 - X.(c2 - c1)) + M1. c1이며, 여기서 M1 = (z - 0.9)/(1 - 0.9)이고, M2 = (1 - z) / (1 - 0.9)이며, (c1 / c2) < 0.9인 경우 z = 0.9이고, (c1 / c2) > 1인 경우 z = 1이고, 0.9 ≤ (c1 / c2) ≤ 1인 경우 z = (c1 / c2)이다.
이는, 농도가 노이즈 범위 내에 있음을 센서로부터의 기본 판독치가 나타내는 경우 보정 알고리즘을 사용하지 않음으로써, 즉 오직 메탄이 존재하는 경우 상기 알고리즘을 사용하지 않음으로써, 보정 알고리즘에 의해 도입되는 노이즈의 효과를 제거하는 이점을 갖는다.
본 발명의 제2 측면의 방법의 추가의 개발에서, 보정된 농도 값의 정확도는, 제1 센서로부터 취해진 농도의 측정 값에 따라 달라지는 보정 계수 (D1)를 상기 방정식에 도입함으로써 개선될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 샘플 중 제1 가스의 농도를 측정하는 방법을 추가로 제공하며, 상기 방법은, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 취하기 위한 센서를 갖는 검출기를 제공하는 단계; 제1 및 제2 흡수 수치 각각에 선형화기 함수를 적용하여 제1 및 제2 농도 수치를 계산하는 단계; 각각의 파장에 대한 센서를 제1 가스의 검출에 대해 교정하여, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에서의 데이터가 동일한 판독치를 제공하도록 하는 단계; 가스 샘플을 분석하여, 상기 제1 파장에서의 제1 흡수 판독치, 상기 제2 파장에서의 제2 흡수 판독치 및 참조 판독치를 얻는 단계; 상기 제1 파장에서의 판독치, 상기 제2 파장에서의 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제1 농도 수치 (c1) 및 제2 농도 수치 (c2)를 계산하는 단계; 및 방정식 ccor = c1 - X.(c2 - c1) (여기서, X = D.A. (c1 / c2)B이며, 상기 A 및 B는 상기 샘플 중에서 조사되는 가스에 따라 선택된 특정한 쌍의 필터 파장에 대한 상수이고, D는 상기 샘플 중 제1 가스의 농도에 따라 달라지는 보정 계수임)을 사용하여, 샘플 중 상기 제1 가스의 실제 농도를 나타내는 보정된 농도 수치 (ccor)를 계산하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 적어도 2종의 알려진 농도의 알려진 조성의 제1 가스 혼합물의 농도, 및 적어도 2종의 알려진 농도의 알려진 조성 (상기 제1 가스 혼합물의 조성과 상이함)의 제2 가스 혼합물의 농도를 측정하기 위해 검출기를 사용하여 취해진 교정 판독치로부터 D의 값이 외삽되며, 상기 교정 판독치는 바람직하게는 제1 및 제2 가스 혼합물 각각에 대해 동일한 농도 값을 사용하여 취해지고, 특히 상기 판독치는 각각의 가스 혼합물 100% 및 질소 중 각각의 가스 혼합물 50%에서 취해진다.
D의 교정 값은 바람직하게는 방정식 
를 사용하여, 알려진 조성의 샘플로부터 취해진 판독치를 사용하여 계산되며, 상기 식에서 C1 및 C2는 샘플에 대해 취해진 센서 판독치이고, Ccor은 알려진 샘플 중 가스의 농도의 실제 농도이다. 이어서, 알려지지 않은 조성의 샘플에 대한 D의 값을 바람직하게는, 상기 샘플에 대한 C1의 측정된 값에 대한 D의 값으로 외삽하기 위해 D의 교정 값들 사이의 선형 외삽을 사용하여 상기 교정 값들로부터 외삽한다.
특히 바람직한 구현예에서, D는 하기 방정식을 사용하여, 알려지지 않은 조성의 특정한 샘플에 대해 계산된다:
상기 식에서,
본 발명의 이러한 제3 측면에 따른 방법은 또한 본 발명의 제2 측면과 관련하여 상기 및 하기에 제시된 바람직한 선택사항들과 함께 이용될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 구현예에서, 본 발명의 제2 또는 제3 측면의 보정 알고리즘은 본 발명의 제1 측면에 따른 확인 방법과 조합하여 이용된다.
또한, 바람직한 구현예에서 각각의 파장에 대해 개별 센서가 사용되지만, 3종의 상이한 파장 (참조 판독치 포함)에서 데이터를 수집하도록 구성된 단일 센서가 또한 사용될 수 있다.
본 발명은, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 수집하기 위한 센서, 및 처리 수단을 포함하는 선택적 가스 검출 장치를 추가로 제공하며; 상기 처리 수단은, 상기 제1 파장에 대한 판독치 및 참조 판독치를 사용하여 제1 흡수 수치를 계산하고, 상기 제2 파장에 대한 판독치 및 참조 판독치를 사용하여 제2 흡수 수치를 계산하고; 제1 및 제2 흡수 판독치 각각에 선형화기 함수를 적용하여 제1 및 제2 농도 수치를 계산하며; 각각의 파장에 대한 상기 센서는 제1 가스의 검출에 대해 교정되어, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에 대한 판독치가 동일하도록 하고; 제2 농도 수치에 대한 제1 농도 수치의 비를 계산하고, 상기 계산된 비를 기초로 샘플 중에 존재하는 가스를 확인하도록 프로그램화된다.
본 발명은, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 수집하기 위한 센서, 및 처리 수단을 포함하는 선택적 가스 검출 장치를 또한 추가로 제공하며; 각각의 파장에 대한 상기 센서는 제1 가스의 검출에 대해 교정되어, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에 대한 판독치가 동일하도록 하고; 상기 처리 수단은 본 발명의 제2 측면에 따른 방법을 적용하도록 프로그램화된다.
바람직하게는 제1 파장, 제2 파장 및 참조 판독치 각각에 대해 개별 센서가 사용된다.
본 발명의 상기 측면 각각에 대해, 상기 센서 또는 각각의 센서는 요구되는 파장에 적용가능한 적합한 분광 필터(들) 및 검출기(들)와 함께 사용되는 적외선 흡수, 특히 광대역 IR 공급원 (예컨대 예를 들어, 발광 백열 전구)일 수 있다. 그러나, 대신에 상기 센서는 요구되는 파장에서 광을 방출하는 발광기를 포함하여, 이에 의해 공급원을 필터와 함께 사용할 필요성을 피할 수 있다. 특히, 제1, 제2 및 참조 파장에서 광을 방출하는 LED가 이용될 수 있거나, 또는 가능하게는 제1, 제2 및 참조 파장에 상응하여 3가지 모드로 작동가능한 단일 LED가 이용될 수 있다.
본 발명이 보다 잘 이해될 수 있도록 하기 위해, 이제 예시의 방식으로 제공되는 이의 일부 구현예가 기재될 것이며, 하기 첨부되는 도면을 참조한다.
도 1은 메탄 및 천연 가스의 경우의, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 센서에 대한 표시 알고리즘의 예를 나타내는 그래프이고;
도 2는 메탄 및 탄화수소 센서의 샘플 배치(batch)에 대한 선형화 오차의 분포를 나타내는 그래프이고;
도 3은 상이한 센서 배치에 대한 가스 결정 비에서의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 4는 메탄 및 탄화수소 센서 데이터 둘 모두에 대한 본 발명에 따른 보정의 효과를 나타내는 그래프이고;
도 5는 가스 결정 비에 대한, 본 발명의 선형화기 보정 알고리즘을 적용하는 것의 효과를 나타내는 그래프이고;
도 6은 상이한 가스에 대한, 본 발명의 방법을 포함하는 메탄 및 탄화수소 센서 선형화기 출력값을 나타내는 그래프이고;
도 7은 본 발명의 보정 알고리즘을 사용한, 천연 가스에 대한 선형화기 반응을 나타내는 그래프이고;
도 8은 상이한 가스에 대한 알고리즘 보정 계수에서의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 9는 판별 비에 따른 알고리즘 보정 계수에서의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 10은 본 발명에 따른 메탄에 대한 탄화수소 보정 알고리즘에 의해 생성된 오차와 비교한, 메탄 센서에서의 측정 오차를 나타내는 그래프이고;
도 11은 판별 비에 따른 변형된 보정 계수에서의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 12는 본 발명의 방법을 이용하는 검출기의 경우 상이한 가스에 대한 농도에 따른 결정 비의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 13은, 알려져 있지만 상이한 조성 및 농도를 갖는 다수의 샘플에 대해 취해진 또 다른 탄화수소 센서의 출력값에 대한 메탄 센서의 출력값의 비에 대해 플롯팅된 메탄 센서의 교정 판독치를 나타내는 그래프이고;
도 14는 도 13에 나타낸 교정 데이터로부터 계산된 보정 계수의 값에 대해 플롯팅된 메탄 센서의 출력값을 나타내는 그래프이다.
도 2는 메탄 및 탄화수소 센서의 샘플 배치(batch)에 대한 선형화 오차의 분포를 나타내는 그래프이고;
도 3은 상이한 센서 배치에 대한 가스 결정 비에서의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 4는 메탄 및 탄화수소 센서 데이터 둘 모두에 대한 본 발명에 따른 보정의 효과를 나타내는 그래프이고;
도 5는 가스 결정 비에 대한, 본 발명의 선형화기 보정 알고리즘을 적용하는 것의 효과를 나타내는 그래프이고;
도 6은 상이한 가스에 대한, 본 발명의 방법을 포함하는 메탄 및 탄화수소 센서 선형화기 출력값을 나타내는 그래프이고;
도 7은 본 발명의 보정 알고리즘을 사용한, 천연 가스에 대한 선형화기 반응을 나타내는 그래프이고;
도 8은 상이한 가스에 대한 알고리즘 보정 계수에서의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 9는 판별 비에 따른 알고리즘 보정 계수에서의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 10은 본 발명에 따른 메탄에 대한 탄화수소 보정 알고리즘에 의해 생성된 오차와 비교한, 메탄 센서에서의 측정 오차를 나타내는 그래프이고;
도 11은 판별 비에 따른 변형된 보정 계수에서의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 12는 본 발명의 방법을 이용하는 검출기의 경우 상이한 가스에 대한 농도에 따른 결정 비의 변화를 나타내는 그래프이고;
도 13은, 알려져 있지만 상이한 조성 및 농도를 갖는 다수의 샘플에 대해 취해진 또 다른 탄화수소 센서의 출력값에 대한 메탄 센서의 출력값의 비에 대해 플롯팅된 메탄 센서의 교정 판독치를 나타내는 그래프이고;
도 14는 도 13에 나타낸 교정 데이터로부터 계산된 보정 계수의 값에 대해 플롯팅된 메탄 센서의 출력값을 나타내는 그래프이다.
메탄의 NDIR 분광 검출은 다양한 공급처로부터 입수가능한 센서를 이용하는 널리 사용되는 기술이다. 그러나, 천연 가스를 확인하는 데 성공적으로 사용된 이러한 유형의 센서는 존재하지 않는다. 이러한 센서는, 표적 가스가 메탄인 센서 또는 표적 가스가 고급 탄화수소 (프로판, 부탄 등)인 센서를 제조하기 위해 IR 스펙트럼의 상이한 부분을 측정하도록 설계될 수 있다. 그럼에도, 표적 가스에 상관없이, 이들은 상이한 정도로 모든 탄화수소에 여전히 반응할 것이다.
이제 설명되는 본 발명의 바람직한 구현예는 메탄 센서 및 탄화수소 센서를 갖는 검출기의 제공을 기초로 한다. 본 발명의 상세한 설명이 메탄 및 탄화수소에 대한 언급에 관한 것이지만, 이는 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명은 일반적으로 가스에 적용가능하며 반드시 오직 메탄의 검출에만 제한되는 것이 아님이 이해될 것이다.
이에 따라, 효과적으로 본 발명의 부분으로서 이용되는 검출기는 2종의 탄화수소 센서를 갖는다. 이들 둘 모두는 탄화수소에 반응하지만, 상이한 정도로 반응한다. 상기 둘 모두가 메탄에 대해 교정되며, 메탄이 존재하는 유일한 가스인 경우, 상기 둘 모두는 동일한 결과를 산출할 것이다. 그러나, 천연 가스에 대한 경우일 바와 같이 메탄뿐만 아니라 또 다른 탄화수소, 예를 들어 에탄이 존재하는 경우, 상기 2종의 센서는 상이한 결과를 산출할 것이다. 천연 가스의 존재 하에서의 신호의 이러한 불균형이 본 발명에서 메탄 및 천연 가스 사이의 판별을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 이용되는 센서는 가스의 농도를 측정하기 위해 적외선 분광법의 기본 원리를 사용하는 비분산형 IR 센서이다. 간단히 말해서, 가스는 특정 파장에서 광을 흡수한다 (분광 지문(fingerprint)). 흡수된 광의 양은 표적 가스의 농도에 따라 달라질 것이며, 농도가 높을수록, 흡수는 더 커진다.
이러한 처리는 비어-램버트(Beer-Lambert) 방정식에 의해 모델링될 수 있다:
상기 식에서, I0 = 대기 중 광 강도이고; α = 흡수 계수이고; c = 가스 농도이고; l = 광로 길이(optical pathlength)이다.
비분산형 시스템은 단지 가스의 단일 선 (레이저 분광법에서와 같이)이 아니라 다수의 흡수선을 살펴보기 때문에, 산출값 'αl'은 상수가 아니라, c에 종속적이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 사용된 센서는 3종의 초전성 검출기 및 적외선 공급원으로 이루어진다. 3종의 검출기 각각은 중간-IR 스펙트럼의 상이한 부분들을 검출하기 위한 분광 필터를 갖는다.
본 발명에서, 3종의 필터의 사양은 다음과 같다:
필터 1 (메탄):
3.33um +/- 0.1um
필터 2 (고급 탄화수소):
3.40um +/- 0.1um
필터 3 (참조):
3.95um +/- 0.1um
각각의 필터의 대역폭은 대략 또는 수백 나노미터, 예컨대 예를 들어 필터 1의 경우 160nm, 필터 2의 경우 120nm 및 필터 3의 경우 90nm이다. 그러나, 이러한 대역폭 값은 배타적이지 않고, 사용된 센서의 사양에 따라 달라질 것이다.
적외선 공급원은 4Hz에서 발광된다. 이는 검출기 회로의 출력값에서 4Hz 사인 곡선형(sinusoidal) 파형을 생성하며, 이의 진폭을 측정하여 검출기에 도착하는 광의 양 (방정식 1에서 'I')의 표시를 제공한다.
천연 가스를 확인하는 방법은 다음과 같다:
먼저, 각각의 채널에서의 흡수도를 계산한다 (대기 중에서의 신호 강도의 척도로서 참조 검출기를 사용함).
상기 식에서,
Im = 정규화된 메탄 채널 강도이고;
Ihc = 정규화된 탄화수소 채널 강도이고;
Ir = 정규화된 참조 채널 강도이다.
이어서, 선형화기 방정식을 사용하여, 각각의 채널에서 측정되는 농도를 계산한다.
c = c(abs)
(4)
상기 식에서, c(abs) = 선형화기 함수이다.
각각의 채널에 대해 개별 선형화기가 존재한다.
이어서, 2종의 계산된 농도의 비를 계산한다.
R = 1인 경우, 가스는 메탄이다.
분광 필터의 위치, 및 메탄 및 다른 탄화수소에 대한 흡수의 상대적 강도로 인하여, 탄화수소 채널은 천연 가스 (또는 메탄 이외의 임의의 탄화수소)의 존재 하에 메탄 채널보다 더 큰 흡수도를 보일 것이다. 이는 천연 가스의 경우 C2>C1임을 의미한다. 따라서, R>1인 경우, 가스는 단독으로 메탄이 아님이 추론될 수 있다.
가스 결정 비인 방정식 5는 이론상으로는 매우 간단하다. 그러나, 2개의 수의 비가 취해지기 때문에, 낮은 가스 농도에 대한 경우에서와 같이 이러한 수가 작은 경우, 노이즈가 계산에서 중요한 부분의 역할을 할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 선형성에서의 오차의 이유가 되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 바람직한 구현예에서, 한계는 부정확한 결정의 경우를 감소시키도록 설정되어야 한다.
바람직한 한계는 다음과 같다:
C1<Y인 경우, 가스는 미결정되고; (신뢰할 만한 결정을 하기에 신호가 매우 낮음)
C1>Y이고, R<1.025인 경우, 가스는 메탄이고;
C1>Y이고, 1.025<R<1.05인 경우, 가스는 미결정되고; (이는 선형성에서 노이즈 및 센서 대 센서 변화를 고려하기 위한 버퍼(buffer)임)
C1>Y이고, R>1.05인 경우, 가스는 천연 가스이다.
여기서, Y는 특정한 교정 값 등에 따라 허용가능한 결과를 제공하도록 선택되는 상수이다. Y의 값이 더 낮을수록, 시스템의 감도는 더 커지지만, 노이즈에 대해서 더 민감성이 된다. 바람직하게는, 특히 1%의 메탄 농도에서의 교정의 경우 Y는 1.5 이하, 보다 특히 1.0과 같다. 표시 알고리즘 작동의 예를 도 1에 나타냈다.
온도 및 압력과 같은 환경적 조건에 따른 센서 출력값에서의 변화에 대해 보상하기 위해 환경적 보상을 적용하는 것이 널리 공지되어 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 대해, 센서의 온도 보상은 각각의 흡수 채널에 대해 개별적으로 이루어져야 한다. 다음과 같은 2 단계로 이루어지는 것이 또한 필요하다:
1.
제로 드리프트 보정
2.
스팬 드리프트 보정
선형화기가 적용된 후 센서들이 서로 얼마나 유사하고/상이한지 확인하기 위해 데이터는 보다 많은 수의 센서 (약 100종)에 대해 비교되어야 한다.
도 2에서 보여지는 선형성에서의 작은 오차가 본래 가스 농도의 계산에 관한 것이 아닐지라도, 도 3에서 보여지는 바와 같이 이들은 가스 결정 비를 계산할 때 유의한 오차에 영향을 미칠 수 있다.
도 3은, 바람직한 구현예의 100종의 예의 배치에 대해, 측정된 데이터 포인트 중 다수가 1.025<R<1.05의 미결정 영역에 있음을 나타낸다. R>1.05인 경우 또한 약간의 오차가 있으며, 이는, 가스가 실제로 메탄인 경우, 천연 가스의 표시를 제공할 것이다.
도 3에서의 시나리오를 개선하기 위해, 센서를 1% 및 5% 메탄, 뿐만 아니라 100% 메탄에서 교정하는 방법이 생성되었다.
선형화된 데이터의 보정을 위한 방정식은 다음과 같다:
0-5% 메탄:
(13)
5-100% 메탄:
(14)
상기 식에서,
c1% 및 c5%는 보정 전의 1% 및 5% 메탄에 대한 선형화기 출력값이다.
이러한 보정 알고리즘의 결과는 도 4 및 도 5에 나타냈다.
상기 예시의 특정한 센서에 대해, 주로 '미결정된' 결정은 보정 전에 생성된다. 보정 이후에 가스 판별 비의 계산에서의 현저한 개선이 달성되며, 전체 범위에 걸쳐 보정될 수 있다. 이러한 3 포인트 교정은 오직 초기 교정에서의 단 1회의 사건일 필요가 있고, 각각의 개별 센서를 특성화하는 방식으로서의 역할을 한다. 후속의 교정은 오직 100% 메탄에서 행해져야 한다.
본 발명의 바람직한 구현예의 방법에 따른 기기에 사용된 선형화기는 메탄에 대해 교정되기 때문에, 기기가 천연 가스 또는 임의의 다른 탄화수소를 측정하는 경우, 메탄에 대한 증가된 흡수는 이것이 높게 판독될 것임을 의미한다. 천연 가스의 부피 수준의 경우에, 선형화기에 의해 표시된 농도는 존재하는 실제 농도 초과의 수백 퍼센트일 수 있다. 이의 예는 도 6에 나타냈다.
이를 바로잡기 위해, 본 발명의 방법의 바람직한 구현예는 측정되는 가스의 실제 농도를 추정하기 위해 2종의 채널을 조합하기 위한 방정식 19 (또한 도 7 참조)를 사용한다.
도 6에 나타낸 데이터를 사용하여, 도 8에 나타낸 바와 같은, 각각의 가스에 대한 보정 계수 'X'를 계산한다.
도 8은, 각각의 가스 유형이 보정 계수 'X'에 대한 그 자신의 프로파일을 가짐을 나타낸다.
'X'가 판별 비에 대하여 플롯팅되는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 2개의 값과 관련하여 소정의 경향이 있는 것으로 보인다.
따라서, 보정 계수 'X'는 하기 방정식을 사용하여 계산될 수 있다:
이러한 보정 계수는 천연 가스에 대해 상당히 양호하게 작용하지만, 이는 프로판 및 부탄에 대해서는 적합하지 않다. 그러나, 기기가 프로판 또는 부탄 측정을 위해 의도되는 경우, 이는 상기와 같이 교정될 것이다. 이러한 방법은 검출되는 가스에 상관없이 기기가 합당한(sensible) 판독치를 제공할 것을 보장한다. 천연 가스 판별 센서는 오직 가스가 메탄인지 아닌지에 대한 '예/아니오' 결정을 제공하도록 의도된다. 이는 항상 모든 가스에 대해 완전히 정확한 측정 도구인 것으로 의도되지 않는다.
탄화수소 보정 알고리즘의 가동 시, 이는 메탄을 기록할 때 측정치에 노이즈를 도입할 수 있다. 도 10은, 단일 메탄 채널에 노이즈가 거의 없지만, 탄화수소 보정 알고리즘이 임의의 측정 오차를 증폭시키는 듯함을 나타낸다.
이러한 효과를 상쇄시키기 위하여, 상기 보정 알고리즘은 오직 천연 가스가 검출되는 경우에만 적용된다. 가스가 메탄인 경우, 표시되는 측정치로서 오직 메탄 채널 출력값이 사용되어야 한다. 단일 채널의 사용에서 2종의 측정 채널의 조합으로의 스위칭으로의 매끄러운 전이를 가능하게 하기 위해 스위칭 한계의 세트가 사용된다.
이를 달성하기 위해, 방정식 19를 다음과 같이 변형하였다:
M1 및 M2의 계산에 대한 한계 및 조건은 다음과 같다:
('if' 작업명령은 마이크로소프트 엑셀(Microsoft Excel)(RTM) 구문(syntax)으로 기록됨)
방정식 22는 실질적으로, 측정되는 가스가 메탄인 경우, 
임을 의미한다.
측정되는 가스가 천연 가스인 경우, 
이다.
따라서, 메탄 측정치에 추가되는 노이즈에 관한 문제점은 제거된다.
탄화수소 보정 알고리즘을 실행하기 위해 필요한 소프트웨어를 단순화하도록, 'X'의 계산(compute)보다는, 순람표(look up table)를 사용하여 방정식 21을 반복검증(replicate)할 수 있다. 이는 추가의 단계에 이를 수 있으며, 하기 방정식을 기초로 방정식 22에 대해 순람표가 생성될 수 있다:
이는 도 11에 나타낸 데이터를 산출한다.
따라서, 방정식 22는 하기에 의해 대체될 수 있다:
본 발명의 방법 및 연관된 검출기는 검출가능한 가스, 즉 메탄의 농도의 측정, 및 천연 가스 (및 다른 탄화수소)로부터의 메탄의 판별을 가능하게 한다. 검출기는, 각각 상이한 분광 필터가 부착된 적어도 3종의 개별 초전성 검출기를 수용한다. 제1 검출기는 주로 메탄을 검출하기 위한 것이고, 제2 검출기는 고급 탄화수소를 검출하기 위한 것이며, 제3 검출기는 참조로서 사용된다.
바람직한 필터 사양은 다음과 같다:
필터 1 (메탄):
3.33um +/- 0.1um
필터 2 (고급 탄화수소):
3.40um +/- 0.1um
필터 3 (참조):
3.95um +/- 0.1um
각각의 필터의 대역폭은 대략 또는 수백 나노미터, 예컨대 예를 들어 필터 1의 경우 160nm, 필터 2의 경우 120nm 및 필터 3의 경우 90nm이다. 그러나, 이러한 대역폭 값은 배타적이지 않고, 사용된 센서의 사양에 따라 달라질 것이다.
메탄 검출기 및 참조 검출기의 조합, 및 탄화수소 검출기 및 참조 검출기의 조합은 각각 메탄 채널 및 탄화수소 채널을 생성하는 역할을 한다. 각각의 채널에 대한 메탄 선형화기를 생성하고, 2종의 채널에 의해 측정된 농도의 비를 모니터링함으로써, 본 발명자들은 모니터링되는 가스 유형의 확인을 가능하게 하도록 한계를 설정할 수 있다.
바람직한 한계는 다음과 같다:
C1<Y인 경우, 가스는 미결정되고; (신뢰할 만한 결정을 하기에 수준이 매우 낮음)
C1>Y이고, R<1.025인 경우, 가스는 메탄이고;
C1>Y이고, 1.025<R<1.05인 경우, 가스는 미결정되고; (이는 선형성에서 노이즈 및 센서 대 센서 변화를 고려하기 위한 버퍼임)
C1>Y이고, R>1.05인 경우, 가스는 천연 가스이다.
여기서, Y는 특정한 교정 값 등에 따라 허용가능한 결과를 제공하도록 선택되는 상수이다. 바람직하게는, 특히 1%의 메탄 농도에서의 교정의 경우 Y는 1.5이하, 보다 특히 1.0과 같다.
이제 도 12를 참조하면, 이는 본 발명의 센서 배열을 포함하는 검출기의 경우 상이한 가스 혼합물에 대해 가스 결정 비 (R)가 어떻게 달라지는지 나타낸다. 이는, R이 2 이상인 경우, LPG라고도 알려진 프로판/부탄 (이 둘은 구별불가능함)이 존재함을 제시한다. 그러나, 높은 농도의 가스의 경우 데이터는 LPG에 대한 상기 비가 2 미만으로 하락하는 것을 나타내기 때문에, 단지 이러한 정보를 기초로, R이 2 미만인 경우 가스가 천연 가스라는 것을 따르지 않는다. 이에 따라, 본 발명을 사용하여 상이한 알고리즘을 적용함으로써 LPG의 존재를 검출할 수 있으며, 상기 상이한 알고리즘에 따르면, R ≥ 2인 경우 가스는 LPG이고, R < 2이고 농도가 정의된 수치 미만 (도 12로부터, 검출기 사이의 센서 판독치에서의 변화를 감안하여 20% 미만, 보다 특히 10% 미만)인 것으로 결정되는 경우, 가스는 LPG가 아니다.
센서 대 센서 변화로 인한 선형성에 관한 문제는 3 포인트 교정을 실행함으로써 최소화된다. 센서는 바람직하게는 100%, 5% 및 1% 메탄에서 교정된다. 1% 및 5% 메탄에서의 교정은 오직 각각의 센서에 대해 1회일 필요가 있다.
본 발명의 방법은 또한, 검출되는 가스가 천연 가스인 경우, 가스 농도의 추정된 표시를 제공한다. 메탄에 대한 선형화기는, 천연 가스가 검출되는 경우 높은 판독치를 제공할 것이다. 이러한 방법은, 기기가 천연 가스 또는 고급 탄화수소의 존재 하에 비현실적인 판독치를 산출하지 않도록 보장한다.
상기 방정식 19 (X = A. (c1 / c2)B이며, 상기 A 및 B는 샘플 중에서 조사되는 가스에 따라 선택된 특정한 쌍의 필터 파장에 대한 상수임)의 사용이 다수의 적용에서 만족스러운 결과를 산출하는 것으로 밝혀졌지만, 상기 방정식을 사용하여 얻어진 보정된 농도의 정확도는 일부 센서의 경우 저하되는 것으로 밝혀졌다. 이어서, 본 발명의 추가의 개발에 따라, 측정되는 가스의 조성에 따라 달라지는 값인 가변 승수(multiplier) D를 사용하여 X의 값을 변형함으로써 농도 판독치의 정확도가 추가로 개선될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
특히, 상기 제시된 바와 같이 계산된 상수 A의 값은 주어진 가스와 함께 사용되는 주어진 센서의 경우 반드시 일정하지만, 샘플링되는 가스의 특정한 조성에 따라 달라질 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 추가의 구현예에서, 2종의 센서로부터 취해진 실제 농도 판독치에 따라 상수 A가 새로운 변수 D에 의해 변형되어 방정식 19에서의 X가 다음과 같이 되도록 하는 경우, 개선된 값이 이에 따라 얻어질 수 있다:
X = D. A. (c1 / c2)B
(28)
다양한 천연 가스 조성 및 농도에 걸쳐 정확도를 개선하는 이러한 대안적인 구현예에서, 검출기는 먼저 2종의 천연 가스 혼합물 NG1 및 NG2에 대해 농도 판독치를 취함으로써 교정된다. 이들은 임의의 2종의 혼합물일 수 있지만, 범위 전체에 걸쳐 보다 양호한 정확도를 얻기 위해, 이들은 실제 검출기에 의해 분석될 수 있는 극단의 조성을 나타내는 것이 바람직하다. 그렇게 하기 위해, 조성이 다음과 같은 경우 양호하게 작용하는 것으로 밝혀졌다:
ㆍ
NG1은 주로 메탄으로 구성된 혼합물이며, 사용 시 발견될 것으로 예상되는 고급 탄화수소는 최소로 첨가된다. 이러한 예에서, 98% 메탄 및 2% 에탄의 혼합물이 사용되지만, 실제 조성이 알려져 있는 한 다른 조성이 가능하다.
ㆍ
NG2는 유사하지만, 사용 시 발견될 것으로 예상되는 최대의 추가의 고급 탄화수소를 포함한다. 이러한 예에서, 90% 메탄 및 10% 에탄의 혼합물이 사용되지만, 또한, 실제 조성이 알려져 있는 한 다른 조성이 가능하다.
요구되는 경우, 예를 들어 보다 큰 정확도가 필요한 경우, 2종 초과의 알려져 있는 조성이 사용될 수 있음을 또한 알 것이다.
바람직하게는 적어도 2회의 측정이 각각의 가스 혼합물에 대해 검출기 상에서 취해진다 - 1회는 또 다른 가스, 예를 들어 질소와의 가스 혼합물 50%에서 취해지며, 1회는 천연 가스 혼합물 (NG1 또는 NG2) 100%에서 취해지고, 각각의 측정은 각각의 센서에 대한 판독치 (c1 및 c2)를 제공한다.
질소가 폭발의 위험성을 감소시키기 때문에 다른 가스로서 질소가 바람직하지만, 공기와 같은 다른 가스가 또한 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서 2회 초과의 측정이 각각의 가스 혼합물에 대해 취해질 수 있으며, 각각은 또 다른 가스와의 상이한 혼합물 조성에서 취해진다. 2회 측정은, 교정 처리를 너무 어렵고 시간 소모가 크게 하지 않으면서 양호한 수준의 정확도를 제공하는 것으로 확인되기 때문에 바람직하다. 그러나, 보다 큰 정확도가 요구사항인 경우, 2 세트 초과의 측정이 취해질 수 있다.
도 13은, 메탄 센서 출력 판독치 (c1)가 2종의 센서 출력 판독치의 비 (c2 / c1)에 대해 플롯팅되어 있는, 상기 예에 의해 산출된 예시적 데이터의 도시 그래프를 나타낸다. x축은 %메탄 당량(equivalent)이며, 따라서 50% 및 100% 메탄에서 시험되는 경우, 비는 1이다. 어느 하나의 농도의 NG1에서 시험되는 경우, 비는 더 높고, NG2의 경우 더 높다 (%메탄 당량 판독치가 그러한 바와 같이).
이러한 분석은 4개 세트의 데이터를 제공하며, 2개는 NG1에 대한 데이터 (1개는 50% 농도에 대한 데이터 및 1개는 100% 농도에 대한 데이터)이고, 2개는 (50% 및 100% 농도에서의) NG2에 대한 데이터이다. 각각의 세트의 데이터는 C1에 대한 값, C2에 대한 값 및 실제 농도 Ccor에 대한 값 (이는 NG1 및 NG2의 조성이 알려져 있기 때문에 알려져 있음)을 포함한다.
방정식 19 및 28을 조합하고, D에 대해 재배열하면, D가 다음과 같이 주어진다:
A 및 B의 값은 상술한 제1 구현예로부터 알려져 있고, 4개 세트의 데이터에 의해 얻어진 C1, C2 및 Ccor의 값을 사용하여 D에 대한 4개의 값 (2개는 NG1에 대한 값이고, 2개는 NG2에 대한 값)을 생성할 수 있다. 이들은 도 14에 나타낸 바와 같이 그래프 상에 플롯팅될 수 있으며, y축 상에 계수 D를 갖고, X축 상에 메탄 센서 출력 값 (C1)을 갖는다.
특정한 조성의 경우의 C1 및 D2 사이의 관계에 대한 직선 근사화는 양호한 근사화인 것으로 밝혀졌고, 따라서 도 14에 나타낸 바와 같은 데이터를 사용하여, NG1 (DNG1) 및 NG2 (DNG2) 각각에 대해 C1 및 D 사이의 선형 방정식을 생성한다.
이어서, 상기 데이터는 추가로 NG1도 NG2도 아닌 농도에 대한 2개의 선형 근사치 사이에서 외삽된다. 측정된 비가 NG1에 대한 비 미만인 경우, 상기 값은 NG1에 대한 선 및 메탄에 대한 선 사이에 보간된다 (보정 계수=1). 측정된 비가 NG1 및 NG2 사이인 경우, 상기 값은 NG1에 대한 선 및 NG2에 대한 선 사이에 보간된다. 상기 비가 더 높은 경우, NG2에 대한 선이 사용된다.
분석되는 특정한 조성에 대해 적용되어야 하는 실제 보정 계수 D는 기기에서 하기 방정식을 사용하여 계산된다:
방정식 30은 알려지지 않은 가스 혼합물로부터의 측정 값을, 도 13 및 14에 나타낸 알려져 있는 값에 대해 관계시킨다. 보정 계수 NG1cor 및 NG2cor은 100% NG1 및 NG2에서의 알려져 있는 결정 비 값에 대한, 측정된 결정 비의 위치를 결정하고, 하기를 사용하여 계산된다:
상기 식에서, 결정 비 
이고, R@100%NG1 = 100% NG1에서의 결정 비이고, R@100%NG2 = 100% NG2에서의 결정 비이다.
DNG1 및 DNG2는 도 14에 나타낸 방정식이다.
따라서, 각각의 검출기는 이러한 처리를 사용하여 교정되고, 처리기는 R@100%NG1, R@100%NG2에 대한 값, 뿐만 아니라 교정 절차 동안 상기 검출기에 대해 얻어진 특성 방정식(characteristic equation) DNG1 및 DNG2를 사용하여 프로그램화된다. 이어서, 분석되는 샘플에 대해 얻어진 C1 및 C2에 대한 값을 방정식 30에 사용하여 D에 대한 값을 생성하고, 차례로 이를 방정식 28 및 방정식 19에 사용하여 샘플의 실제 농도에 대한 보정된 값을 생성한다.
실시예 1
예로서, 상기 그래프들을 사용하여, 메탄 판독치가 100이고, 상기 비가 1.1인 경우 (그래프 1), NG1에 대한 상기 비는 대략 1.2이고, 따라서 메탄 선 (y1) 및 NG1 선 (DNG1 = -0.0003729x + 1.1014806) 사이 중간의 선이 사용된다. 이는 대략 1.025의 보정 계수를 제공한다. 계산치는 도 14에 파선으로 나타냈다.
실시예 2
메탄 센서가 80의 판독치를 제공하고, 상기 비가 1.3인 경우, 즉 보정 계수가 NG1 및 NG2 사이에 있는 경우, 도 13으로부터, 100% NG1에 대한 상기 비는 1.2이고, 100% NG2에 대한 상기 비는 1.45이다. 따라서, NG1에 대한 보정 계수의 (1.45-1.3)/(1.45-1.2) 및 NG2에 대한 보정 계수의 (1.3-1.2)/(1.45-1.2)가 사용된다. 이는 0.6 x NG1에 대한 보정 계수 및 0.4 x NG2에 대한 보정 계수의 수치를 제공한다.
이어서, 메탄 센서로부터의 판독치를 NG1 및 NG2에 대한 방정식에 사용하며, 즉 다음과 같다:
DNG1 : -0.0003729x80+1.1014806= 1.072
DNG2 : -0.0003773x80+1.2146882=1.185
그러면 본 실시예에서 최종 보정 계수 (D)는 0.6 x 1.072 + 0.4 x 1.185 = 1.1172로 주어진다. 이러한 수치는 그래프 2로부터 확인될 수 있다.
상기 방법의 다양한 부분들 및 특징들이 조합하여 설명되었지만, 상기 방법의 상이한 부분들에 의해 제공되는 이점들은 적어도 부분적으로 서로 별개로 달성될 수 있으며, 전체 방법의 설명은 어떠한 방식으로도 본원의 교시를 오직 상이한 측면들을 서로 조합하여 사용하는 것에 제한하는 것이 아님이 물론 이해될 것이다. 동일하게, 상기 방법이 주로 메탄 및 천연 가스의 검출과 관련하여 설명되었지만, 다른 가스 조합이 또한 가능하다.
Claims (30)
- 샘플 중 제1 가스의 농도를 측정하는 방법으로서, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 취하기 위한 센서를 갖는 검출기를 제공하는 단계; 제1 및 제2 흡수 수치 각각에 선형화기 함수(lineariser function)를 적용하여 제1 및 제2 농도 수치를 계산하는 단계; 각각의 파장에 대한 센서를 상기 제1 가스의 검출에 대해 교정하여, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에서의 데이터가 동일한 판독치를 제공하도록 하는 단계; 가스 샘플을 분석하여, 상기 제1 파장에서의 제1 흡수 판독치, 상기 제2 파장에서의 제2 흡수 판독치 및 참조 판독치를 얻는 단계; 상기 제1 파장에서의 판독치, 상기 제2 파장에서의 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제1 농도 수치 (c1) 및 제2 농도 수치 (c2)를 계산하는 단계; 및 방정식 ccor = c1 - X.(c2 - c1) (여기서, X = D.A . (c1 / c2)B이며, 상기 A 및 B는 샘플 중에서 조사되는 가스에 따라 선택된 특정한 쌍의 필터 파장에 대한 상수이고, D는 샘플 중 제1 가스의 농도에 따른 보정 계수임)을 사용하여 샘플 중 상기 제1 가스의 실제 농도를 나타내는 보정된 농도 수치 (ccor)를 계산하는 단계를 포함하는, 샘플 중 제1 가스의 농도를 측정하는 방법.
- 제1항에 있어서, 적어도 2종의 알려져 있는 농도의 알려져 있는 조성의 적어도 제1 가스 혼합물의 농도, 및 적어도 2종의 알려져 있는 농도의, 상기 제1 가스 혼합물의 조성과 상이한 알려져 있는 조성의 제2 가스 혼합물의 농도를 측정하기 위해 상기 검출기를 사용하여 취해진 교정 판독치로부터 D의 값이 외삽되는 것인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 교정 판독치가 상기 제1 및 제2 가스 혼합물 각각에 대해 동일한 농도 값을 사용하여 취해지는 것인 방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 알려져 있는 농도 중 1종이 상기 제1 가스 혼합물 100% 및 상기 제2 가스 혼합물 100%인 방법.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 다른 농도가 또 다른 가스와 혼합된 가스 혼합물 50%인 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 다른 가스가 질소인 방법.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, D의 교정 값이 방정식를 사용하여, 알려져 있는 조성의 샘플로부터 취해진 판독치를 사용하여 계산되며, 상기 식에서 C1 및 C2는 상기 샘플에 대해 취해진 센서 판독치이고, Ccor은 알려져 있는 샘플 중 가스의 실제 농도인 방법.
- 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 알려져 있지 않은 조성의 샘플에 대한 D의 값을 상기 샘플에 대한 C1의 측정된 값에 대한 D의 값으로 외삽하기 위해 상기 D의 교정 값들 사이의 선형 외삽을 사용하여 상기 교정 값들로부터 외삽하는 것인 방법.
- 제8항에 있어서, D가 하기 방정식을 사용하여 알려져 있지 않은 조성의 특정한 샘플에 대해 계산되는 것인 방법:
상기 식에서,
(31)이고,
(32)이고,
이고; R@100%NG1 = 알려져 있는 조성의 제1 가스 혼합물 NG1의 적어도 1종의 알려져 있는 농도에서 측정된 교정 결정 비이고, R@100%NG2 = 알려져 있는 조성의 제2 가스 혼합물 NG2의 적어도 1종의 알려져 있는 농도에서 측정된 교정 결정 비이고, DNG1은 상기 제1 가스 혼합물에 대한 D의 교정 값들 사이에서 외삽되는 선형 방정식이고, DNG2는 상기 제2 가스 혼합물에 대한 D의 교정 값들 사이에서 외삽되는 선형 방정식이다.
- 샘플 중 제1 가스의 농도를 측정하는 방법으로서, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 취하기 위한 센서를 갖는 검출기를 제공하는 단계; 제1 및 제2 흡수 수치 각각에 선형화기 함수를 적용하여 제1 및 제2 농도 수치를 계산하는 단계; 각각의 파장에 대한 센서를 상기 제1 가스의 검출에 대해 교정하여, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에서의 데이터가 동일한 판독치를 제공하도록 하는 단계; 가스 샘플을 분석하여, 상기 제1 파장에서의 제1 흡수 판독치, 상기 제2 파장에서의 제2 흡수 판독치 및 참조 판독치를 얻는 단계; 상기 제1 파장에서의 판독치, 상기 제2 파장에서의 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제1 농도 수치 (c1) 및 제2 농도 수치 (c2)를 계산하는 단계; 및 방정식 ccor = c1 - X.(c2 - c1) (여기서, X = A. (c1 / c2)B이며, 상기 A 및 B는 샘플 중에서 조사되는 가스에 따라 선택된 특정한 쌍의 필터 파장에 대한 상수임)을 사용하여 샘플 중 상기 제1 가스의 실제 농도를 나타내는 보정된 농도 수치 (ccor)를 계산하는 단계를 포함하는, 샘플 중 제1 가스의 농도를 측정하는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 가스가 메탄이고, 이의 농도가 천연 가스 또는 또 다른 고급 탄화수소를 함유하는 샘플 중에서 측정되는 것인 방법.
- 제11항에 있어서, A = 2.5577이고, B = 1.869인 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 존재하는 가스가 메탄인 경우, 오직 상기 제1 파장에 반응하는 센서의 출력값을 사용하여 농도 판독치를 계산하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 파장에 반응하는 센서에 대한 상기 제1 파장에 반응하는 센서의 판독치의 비 (c1 / c2)가 제1 임계값 초과인 경우 오직 상기 방정식이 사용되고, (c1 / c2)가 제2 임계값 미만인 경우 오직 상기 제1 파장에 반응하는 센서의 출력값이 사용되고, (c1 / c2)가 상기 제1 및 제2 임계값 사이인 경우 전이(transitioning) 알고리즘이 사용되는 것인 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 임계값이 1이고, 상기 제2 임계값이 0.9인 방법.
- 제15항에 있어서, 보정 방정식이 ccor = M2. (c1 - X.(c2 - c1)) + M1. c1이며, 여기서 M1 = (z - 0.9)/(1 - 0.9)이고, M2 = (1 - z) / (1 - 0.9)이며, (c1 / c2) < 0.9인 경우 z = 0.9이고, (c1 / c2) > 1인 경우 z = 1이고, 0.9 ≤ (c1 / c2) ≤ 1인 경우 z = (c1 / c2)인 방법.
- 샘플 내의 제1 가스의 존재를 확인하는 방법으로서, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 수집하기 위한 센서를 갖는 검출기를 제공하는 단계; 가스 샘플을 분석하여, 상기 제1 파장에 상응하는 제1 흡수 판독치, 상기 제2 파장에 상응하는 제2 흡수 판독치 및 참조 판독치를 얻는 단계; 상기 제1 흡수 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제1 흡수 수치를 계산하고, 상기 제2 흡수 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제2 흡수 수치를 계산하는 단계; 상기 제1 및 제2 흡수 수치 각각에 선형화기 함수를 적용하여 제1 및 제2 농도 수치를 계산하는 단계; 각각의 파장에 대한 센서를 상기 제1 가스의 검출에 대해 교정하여, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에서 수집된 데이터가 동일한 판독치를 제공하도록 하는 단계; 상기 제2 농도 수치에 대한 상기 제1 농도 수치의 비를 계산하는 단계; 및 상기 비를 사용하여 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는지 확인하는 단계를 포함하는, 샘플 내의 제1 가스의 존재를 확인하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 제1 가스가 메탄이고, 상기 샘플이 메탄과 혼합된 프로판 및 부탄과 같은 고급 탄화수소를 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 파장이 3.3 미크론 ± 0.1 미크론이고, 상기 제2 파장이 3.4 미크론 ± 0.1 미크론인 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 센서를 교정하는 단계가, 상기 센서를 메탄의 검출에 대해 교정하여, 다른 탄화수소를 함유하지 않고 메탄을 함유하는 샘플을 분석하는 경우 각각의 파장에서 동일한 판독치가 얻어지도록 하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 환경적 파라미터에서의 변화(variation)로 인한 오차를 제거하기 위해 보상이 각각의 파장에서의 판독치에 대해 개별적으로 수행되는 것인 방법.
- 제21항에 있어서, 온도 보상 및 압력 보상 중 적어도 하나가 수행되는 것인 방법.
- 제22항에 있어서, 온도 보상이 2개의 단계 - 제로 드리프트(zero drift) 보정 및 스팬 드리프트(span drift) 보정으로 수행되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 파장에 반응하는 센서가 제1 센서이고, 상기 제2 파장에 반응하는 센서가 상기 제1 센서와 별개의 제2 센서인 방법.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 모드로 작동가능한 단일 센서를 사용하여 상기 가스 샘플을 분석함으로써 제1 및 제2 파장 둘 모두에 상응하는 흡수 판독치를 얻는 것인 방법.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 또는 각각의 센서가 적외선 흡수 센서인 방법.
- 선택적 가스 검출 장치로서, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 수집하기 위한 센서; 및 처리 수단을 포함하며, 상기 처리 수단은, 상기 제1 파장에 대한 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제1 흡수 수치를 계산하고, 상기 제2 파장에 대한 판독치 및 상기 참조 판독치를 사용하여 제2 흡수 수치를 계산하고; 제1 및 제2 흡수 판독치 각각에 선형화기 함수를 적용함으로써 제1 및 제2 농도 수치를 계산하고; 각각의 파장에 대한 상기 센서는 제1 가스의 검출에 대해 교정되어, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에 대한 판독치가 동일하도록 하고; 상기 제2 농도 수치에 대한 상기 제1 농도 수치의 비를 계산하고; 상기 계산된 비를 기초로 상기 샘플 중에 존재하는 가스를 확인하도록 프로그램화되는, 선택적 가스 검출 장치.
- 선택적 가스 검출 장치로서, 제1 파장에 반응하는 센서, 제2 파장에 반응하는 센서 및 참조 판독치를 수집하기 위한 센서; 및 처리 수단을 포함하며; 각각의 파장에 대한 상기 센서는 제1 가스의 검출에 대해 교정되어, 오직 상기 제1 가스가 샘플 중에 존재하는 경우 각각의 파장에 대한 판독치가 동일하도록 하고; 상기 처리 수단은 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 방법을 적용하도록 프로그램화되는, 선택적 가스 검출 장치.
- 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제1 파장, 상기 제2 파장 및 상기 참조 판독치 각각에 대해 개별 센서가 사용되는 것인 선택적 가스 검출 장치.
- 제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 또는 각각의 센서가 적외선 흡수 센서인 선택적 가스 검출 장치.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB1513313.5A GB201513313D0 (en) | 2015-07-28 | 2015-07-28 | Gas detection apparatus and method |
| GB1513313.5 | 2015-07-28 | ||
| PCT/GB2016/050055 WO2017017397A1 (en) | 2015-07-28 | 2016-01-11 | Gas detection apparatus and method |
| GBPCT/GB2016/050055 | 2016-01-11 | ||
| PCT/GB2016/052300 WO2017017447A1 (en) | 2015-07-28 | 2016-07-27 | Gas detection apparatus and method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180030989A true KR20180030989A (ko) | 2018-03-27 |
Family
ID=54106758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187002698A KR20180030989A (ko) | 2015-07-28 | 2016-07-27 | 가스 검출 장치 및 방법 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US10247666B2 (ko) |
| EP (2) | EP3308144B1 (ko) |
| KR (1) | KR20180030989A (ko) |
| CN (2) | CN107850534B (ko) |
| AU (1) | AU2016300166B2 (ko) |
| BR (1) | BR112018000462A2 (ko) |
| CA (1) | CA2991299A1 (ko) |
| GB (1) | GB201513313D0 (ko) |
| MX (1) | MX2018001134A (ko) |
| WO (2) | WO2017017397A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102047455B1 (ko) * | 2019-03-15 | 2019-11-21 | 선두전자(주) | 도시가스 누설 검지장치 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201513313D0 (en) * | 2015-07-28 | 2015-09-09 | Gas Measurement Instr Ltd | Gas detection apparatus and method |
| FR3077640B1 (fr) * | 2018-02-05 | 2023-06-30 | Elichens | Procede d'analyse d'un gaz par une double illumination |
| CN109215295B (zh) * | 2018-09-11 | 2020-07-14 | 清华大学合肥公共安全研究院 | 燃气泄漏的判断方法、装置及电子设备 |
| CN111089941A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-05-01 | 四方光电股份有限公司 | 一种甲醛检测装置及其检测方法 |
| US11651278B2 (en) * | 2019-12-23 | 2023-05-16 | Saudi Arabian Oil Company | Pipeline sensor integration for product mapping |
| WO2021222553A1 (en) * | 2020-04-30 | 2021-11-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Sensor enabled by catalytic system |
| CN117470795B (zh) * | 2023-12-27 | 2024-03-29 | 成都千嘉科技股份有限公司 | 非分光型红外气体传感器及其气体测试方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4507558A (en) * | 1983-02-22 | 1985-03-26 | Honeywell Inc. | Selective leak-detector for natural gas |
| US4958076A (en) | 1989-02-10 | 1990-09-18 | Gas Research Institute | Selective natural gas detecting apparatus |
| GB0002535D0 (en) * | 2000-02-04 | 2000-03-29 | Bg Intellectual Pty Ltd | A method for determining the safety of gas mixtures |
| US6370484B1 (en) * | 2000-02-25 | 2002-04-09 | Agilent Technologies, Inc. | Signal analyzer having independent analysis and display scales |
| FR2809816B1 (fr) * | 2000-05-30 | 2003-04-18 | Gaz De France | Procede et dispositif de detection de fuites de gaz |
| WO2005026705A1 (en) * | 2003-09-12 | 2005-03-24 | Ir Microsystems S.A. | Gas detection method and gas detector device |
| US6822742B1 (en) * | 2003-12-19 | 2004-11-23 | Eastman Kodak Company | System and method for remote quantitative detection of fluid leaks from a natural gas or oil pipeline |
| JP4415771B2 (ja) * | 2004-06-28 | 2010-02-17 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
| GB0617719D0 (en) * | 2006-09-08 | 2006-10-18 | Crowcon Detection Instr Ltd | Gas detector |
| GB0701180D0 (en) * | 2007-01-22 | 2007-02-28 | Honeywell Int Inc | Method of calibrating a gas sensor |
| JP2010004933A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Toyota Industries Corp | 非侵襲的アルコールセンサ |
| GB201513313D0 (en) * | 2015-07-28 | 2015-09-09 | Gas Measurement Instr Ltd | Gas detection apparatus and method |
-
2015
- 2015-07-28 GB GBGB1513313.5A patent/GB201513313D0/en not_active Ceased
-
2016
- 2016-01-11 WO PCT/GB2016/050055 patent/WO2017017397A1/en active Application Filing
- 2016-07-27 CA CA2991299A patent/CA2991299A1/en not_active Abandoned
- 2016-07-27 CN CN201680044068.7A patent/CN107850534B/zh active Active
- 2016-07-27 CN CN202111205000.1A patent/CN113899716A/zh active Pending
- 2016-07-27 AU AU2016300166A patent/AU2016300166B2/en not_active Ceased
- 2016-07-27 EP EP16760537.7A patent/EP3308144B1/en active Active
- 2016-07-27 EP EP19162196.0A patent/EP3514521A1/en not_active Withdrawn
- 2016-07-27 WO PCT/GB2016/052300 patent/WO2017017447A1/en active Application Filing
- 2016-07-27 KR KR1020187002698A patent/KR20180030989A/ko unknown
- 2016-07-27 US US15/747,516 patent/US10247666B2/en active Active
- 2016-07-27 MX MX2018001134A patent/MX2018001134A/es unknown
- 2016-07-27 BR BR112018000462A patent/BR112018000462A2/pt not_active Application Discontinuation
-
2019
- 2019-02-13 US US16/274,919 patent/US10545089B2/en active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102047455B1 (ko) * | 2019-03-15 | 2019-11-21 | 선두전자(주) | 도시가스 누설 검지장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2991299A1 (en) | 2017-02-02 |
| US20190257747A1 (en) | 2019-08-22 |
| WO2017017397A1 (en) | 2017-02-02 |
| CN107850534A (zh) | 2018-03-27 |
| EP3514521A1 (en) | 2019-07-24 |
| AU2016300166A1 (en) | 2018-03-22 |
| BR112018000462A2 (pt) | 2018-09-11 |
| US10247666B2 (en) | 2019-04-02 |
| EP3308144B1 (en) | 2019-05-15 |
| CN113899716A (zh) | 2022-01-07 |
| MX2018001134A (es) | 2018-04-20 |
| AU2016300166B2 (en) | 2019-05-09 |
| US20180217056A1 (en) | 2018-08-02 |
| WO2017017447A1 (en) | 2017-02-02 |
| EP3308144A1 (en) | 2018-04-18 |
| GB201513313D0 (en) | 2015-09-09 |
| US10545089B2 (en) | 2020-01-28 |
| CN107850534B (zh) | 2022-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20180030989A (ko) | 가스 검출 장치 및 방법 | |
| CN102272564B (zh) | 用于执行光学吸收测量的方法和系统 | |
| US8830469B2 (en) | Method for detection of gases by laser spectroscopy, and gas sensor | |
| US9194797B2 (en) | Method and system for detecting moisture in a process gas involving cross interference | |
| US7126122B2 (en) | Method for determining the safety of gas mixtures | |
| CA2837588A1 (en) | Re-calibration of ab ndir gas sensors | |
| CN108603844A (zh) | 用于量化光学干扰气体杂质的量的方法 | |
| CA2411284C (en) | Non-dispersive ir measurement of gases using an optical filter | |
| EP2668478A1 (en) | Method of absorbance correction in a spectroscopic heating value sensor | |
| CN113624929B (zh) | 一种气体传感器全量程自动标定方法 | |
| US20140104613A1 (en) | Spectral calibration method | |
| US11874230B2 (en) | Augmented Raman analysis using absolute Raman | |
| Chen et al. | Application of SVM in Gas Sensor: Quantitative Analysis of CO2 | |
| Zimmermann et al. | Purity monitoring in medical gas supply lines with quantum cascade laser technology | |
| TW202319724A (zh) | 氣體檢測系統及其檢測方法 | |
| Zhang et al. | Research on coal mine gas sensor systems based on near infrared spectrum | |
| Kramer et al. | Optical gas analyzer with compensation for pressure-related refractive index changes |