KR20180111990A - 높은 가스 감도를 위해 다른 파장의 빛을 가지고, 가스를 흡수하고 반응하는 프로빙 필름 - Google Patents

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Abstract

광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)이 페이퍼 테이프 (110)로부터 반사될 수 있도록, 광원 (120), 및 페이퍼 테이프 (110)의 구성을 포함하는 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 구별하는 방법, 및 시스템이 본원에 개시된다. 상기 빛 (112)은 레드, 그린, 블루, 및 자외선 파장으로부터 선택된 적어도 세 개의 파장을 방출할 수 있으며, 패턴 인식은 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터의 방해 가스를 식별 및/또는 구별하는데 사용될 수 있다.

Description

높은 가스 감도를 위해 다른 파장의 빛을 가지고, 가스를 흡수하고 반응하는 프로빙 필름
본 출원은 명칭이 "높은 가스 감도를 위해 다른 파장의 빛을 가지고, 가스를 흡수하고 반응하는 프로빙 필름"인 2016년 2월 11일자로 출원된, 미국 가특허 출원 제 62/294,192에 대한 우선권을 주장한 것이며, 상기 특허 출원은 그 전체로서 본원에 참고로 포함된다.
가스 검출기는 환경에서 하나 이상의 가스의 농도를 모니터링 하고/하거나 하나 이상의 가스의 임계 수준을 유지할 목적으로 하나 이상의 가스를 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 가스 검출기는 검출되는 가스와 반응하는 하나 이상의 화학 물질이 함침된 필름을 포함한다. 검출되는 가스가 접촉되면 필름이 어두워지고/어두워지거나 얼룩이 생긴다. 이들 타입의 가스 검출기에 대한 도전은 표적 가스(target gases)의 검출이 오경보를 유발할 수 있는 방해 가스(nuisance gases)의 존재로 혼동될 수 있다는 것이다.
따라서, 검출되어 오경보를 유발하지만, 표적 가스를 검출하는 목적에는 영향을 미치지 않는, 방해로 작용하는 다른 가스로부터 표적 가스를 구별할 필요가 있다.
본원에는 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 구별하는 방법이 개시된다. 예를 들어, 상기 방법은 가스 스트림을 페이퍼 테이프와 접촉시키는 단계; 광원으로부터 레드, 그린, 블루, 및 자외선 파장으로부터 선택된 적어도 세 개의 파장의 빛을 방출하는 단계; 페이퍼 테이프로부터 반사되는 세 개의 파장의 빛 각각에 대한 반사된 부분을 검출하는 단계; 및 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 패턴 인식을 사용하는 단계를 포함한다.
또한, 본원에는 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 구별하기 위한 시스템이 개시된다. 예를 들어, 시스템은 페이퍼 테이프; 레드, 그린, 블루, 또는 자외선 파장으로부터 선택된 적어도 세 개의 파장의 빛을 방출하도록 구성된 광원; 페이퍼 테이프로부터 반사되는 세 개의 파장의 빛 각각에 대한 반사된 부분을 검출하도록 구성된 검출기; 및 i) 상기 검출기로부터 반사된 부분에 대한 검출 정보를 포함하는 디지털 신호를 수신하고, ii) 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 패턴 인식을 사용하기 위해 상기 검출기에 연결된 프로세서/제어기를 포함한다.
본 개시사항의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면, 및 상세한 설명과 관련하여 취해진 다음의 간단한 설명이 참고되며, 동일한 참고 부호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 개시사항에 따른 가스 검출 시스템을 도시한다.
도 2는 AsH3 , 및 방해 가스 중 하나, 황화수소(H2S)에 대하여 아르신(arsine)(AsH3)을 검출하도록 구성된 페이퍼 테이프의 응답 그래프이다. 그린 파장 응답에 비해 자외선, 블루, 및 레드 파장의 응답은 다른 습도에서 나타난다.
도 3은 그린 파장에 대한 조정된 카운트(adjusted counts, AC)에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이며, AsH3, 및 H2S 각각에 대해 RGB-LED가 사용된다.
도 4는 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이며, AsH3 , 및 H2S 각각에 대해 UV+GB-LED가 사용된다.
도 5는 RGB-LED를 사용한 45% 상대 습도에서 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다. 도 5는 H2Se에 대한 4 x 표준 편차 박스를 나타낸다.
도 6은 H2S, B2H6 , 및 PH3에 대한 4 x 표준 편차 박스뿐만 아니라 H2Se에 대한 4 x 표준 편차 박스를 포함한 것으로, 도 5와 동일한 그래프를 나타낸다.
도 7은 45% 상대 습도에서 RGB-LED를 사용하는 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다.
도 8은 45% 상대 습도에서 UV+RG-LED를 사용하는 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다.
도 9는 10% 상대 습도에서 RGB-LED를 사용하는 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다.
도 10은 10% 상대 습도에서 UV+RG-LED를 사용하는 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다.
도 11은 65%-75% 상대 습도에서 RGB-LED를 사용하는 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다.
도 12는 65%-75% 상대 습도에서 UV+RG-LED를 사용하는 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다.
도 13은 10% 상대 습도에서 UV+GB-LED를 사용하는 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다.
도 14는 65%-75% 상대 습도에서 UV+GB-LED를 사용하는 선택된 가스에 대한, 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율의 그래프이다.
하나 이상의 구현예의 예시적인 구현이 아래에 예시되었지만, 개시된 시스템, 및 방법은 현재 알려져 있는지, 또는 아직 존재하지 않는지 여부에 관계없이 임의의 수의 기술을 사용하여 구현될 수 있는 것으로 처음부터 이해되어야 한다.
개시사항은 이하에 설명되는 예시적인 구현, 도면, 및 기술에 제한되지 않으며, 그러나, 첨부된 청구범위의 범위 내에서, 변형될 수 있으며, 이들에 대한 균등물의 완전한 범위에 대하여도 마찬가지이다.
다음의 용어에 대한 간단한 정의가 본 출원 전반에 적용된다:
용어, "포함하는(comprising)"은 포함하는(including)을 의미하지만 이로써 제한되는 것은 아니며, 특허 문맥에서 전형적으로 사용되는 방식으로 해석되어야 한다;
문구(phrases), "일 구현예에서", "일 구현예에 의하면" 등은 상기 문구 다음의 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 포함될 수 있음을 일반적으로 의미하며, 본 발명의 하나를 초과하는 구현예에 포함될 수 있다 (중요하게는, 이러한 문구는 반드시 동일한 구현예를 지칭하지 않는다);
명세서가 어떤 것을 "예시적인", 또는 "예를 들어"로 기술하면, 이는 비-배타적인 예를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
숫자와 함께 사용되는 경우에, 용어, "약", 또는 "대략" 등은 이 기술 분야의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 특정 수, 또는 선택적으로, 특정한 수에 근접한 범위를 의미할 수 있다.
명세서에 구성요소, 또는 특징을 "할 수 있다(may)", "할 수 있다(can)", "할 수 있다(could)", "해야 한다(should)", "일 것이다(would)", "바람직하게는(preferably)", "아마도(possibly)", "전형적으로(typically)", "임의로(optionally)", "예를 들어(for example)", "종종(often)", 또는 "아마도(might)" (또는 다른 이러한 용어) 포함되거나, 특성을 갖는 것으로 언급되면, 이러한 특정한 구성요소, 또는 특징이 포함되거나, 또는 특성을 가질 것으로 요구되는 것은 아니다. 이러한 구성요소, 또는 특징은 일부 구현예에서 임의로 포함될 수 있거나, 또는 배제될 수 있다.
본 개시사항의 구현예는 가스 스트림을 페이퍼 테이프와 접촉시키고, 광원으로부터 복수의 파장의 빛을 방출하고, 복수의 파장의 빛 각각의 반사된 부분을 검출하고, 표적 가스로부터 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 패턴 인식을 사용하는, 가스 검출기 구성, 및 가스 검출 방법을 포함한다. 개시된 구현예는 하나 이상의 표적 가스를 검출하도록 구성된 가스 검출기의 오경보를 트리거(trigger)하는 방해 가스의 양을 검출하고 구별할 수 있다. 따라서, 개시된 구현예는 표적 가스에 대한 임계 한계 값 (threshold limit value, TLV) 보다 높은 농도로 검출되고 표적 가스에 대한 종래의 가스 검출 시스템에 의해 오인된 방해 가스로 인한 오경보의 수가 감소되도록 한다.
"방해 가스(nuisance gas)"는 본원에 개시된 가스 검출기 구현예에 의해 검출될 수 있으며, 방해 가스가 아닌 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹에 대한 임계 한계 값 보다 높은 임계 한계 값(TLV)을 가져서, 방해 가스가 표적 가스의 TLV, 또는 표적 가스의 그룹의 가장 낮은 TLV보다 높은 농도로 존재할 때, 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹에 대한 종래 기술의 가스 검출 시스템에서 오경보를 유발하는 가스로서 정의된다.
구현예에서, 가스 스트림은 산소, 질소, 또는 산소와 질소의 조합 (예, 공기)과 같은 어떠한 가스일 수 있다.
구현예에서, 가스 스트림에서 표적 가스는 황화수소 (H2S), 셀렌화 수소(hydrogen selenide) (H2Se), 디보란 (B2H6), 저메인(germane) (GeH4), 실란 (SiH4), 포스핀 (PH3), 아르신 (AsH3), 암모니아 (NH3), 또는 이들의 조합 중 하나 이상일 수 있다.
일 구현예에서, 방해 가스는 H2S일 수 있으며, 이는 본원에 개시된 구현예를 사용하여, H2Se, B2H6, GeH4, SiH4, PH3, AsH3, NH3, 또는 이들의 조합 (수소화물의 그룹)을 포함하는 수소화물로부터 구별될 수 있다. 예를 들어, H2S의 TLV는 1,000 ppb이며, 이는 B2H6의 TLV(TLV = 100 ppb), 및 AsH3의 TLV(TLV = 5 ppb) 보다 높다. 따라서, H2S의 TLV 보다 낮은, 가스 스트림에서 150 ppb H2S의 농도는 5 ppb AsH3 및/또는 100 ppb B2H6의 TLV를 검출하도록 설정된 검출기에 대한 오경보를 트리거(trigger)할 수 있으며, 여기서 검출기는 H2S에 의해 생성된 페이퍼 테이프의 얼룩과 AsH3 , 및 B2H6에 의해 생성된 얼룩을 구별하지 못한다. 그러나, 개시된 구현예는 H2S의 농도가 150ppb로 검출되는 상기 시나리오에서 오경보를 방지하도록 H2S를 B2H6 , 및 AsH3와 같은 다른 수소화물로부터 구별할 수 있다.
다른 구현예에서, 방해 가스는 NO2일 수 있으며, 이는 본원에 개시된 구현예를 사용하여, Cl2, F2, ClO2 , 또는 이들의 조합으로부터 구별될 수 있다. 예를 들어, NO2의 TLV는 C102의 TLV (TLV = 100 ppb) 보다 높은 200 ppb이다. 따라서, NO2의 TLV 미만인 150 ppb NO2의 농도는, 100 ppb ClO2의 TLV를 검출하도록 설정된 검출기에 대한 오경보를 트리거할 수 있으며, 여기서 검출기는 NO2에 의해 생성된 페이퍼 테이프의 얼룩과 ClO2에 의해 생성된 얼룩을 구별하지 못한다. 그러나, 개시된 구현예는 NO2의 농도가 150ppb로 검출되는 상기 시나리오에서 오경보를 방지하도록 NO2를 ClO2로부터 구별할 수 있다.
이제 도 1을 참조하여, 본 개시사항에 따른 가스 검출 시스템 (100)의 일 구현예가 도시된다. 시스템 (100)은 독성 가스 분석기 카세트(toxic gas analyzer cassette)로 지칭될 수 있다. 시스템 (100)은 페이퍼 테이프 (110), 빛 (112)을 방출하도록 구성된 광원 (120), 및 페이퍼 테이프 (110)로부터 반사하는 빛 (112)의 반사된 부분 (114) 중 적어도 일부를 검출하도록 구성된 검출기 (130)를 포함한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 시스템 (100)은 제어기/프로세서 (150), 및 인터페이스 (160)를 추가로 선택적으로 포함할 수 있다. 제어기/프로세서 (150)는 광원 (120), 검출기 (130), 인터페이스 (160), 또는 이들의 조합에 연결될 수 있다.
페이퍼 테이프 (110)는 페이퍼 테이프 (110) 상의, 페이퍼 테이프 (110)를 통한, 또는 페이퍼 테이프 (110) 상에 그리고 페이퍼 테이프 (110)를 통한 모두에 의한 표적 가스를 포함하는 가스 스트림의 흐름에 의해 페이퍼 테이프 (110)와 접촉하게 되는 표적 가스와 반응하는 화학 처리된 페이퍼이다. 화학적 처리는 페이퍼 테이프에 하나 이상의 화학 물질을 함침시키는 것일 수 있다. 페이퍼 테이프 (110)는 또한 흡수 필름(absorber film), 수소화물 테이프(hydride tape), 또는 산화제 테이프(oxidizer tape)로 지칭될 수 있다. 구현예에서, 가스 스트림의 흐름은 페이퍼 테이프 (110)의 영역 (116)에 집중된다. 페이퍼 테이프 (110)는 표적 가스와 접촉될 때 표적 가스와 반응하고, 반응은 페이퍼 테이프 (110)에 얼룩을 형성한다 (얼룩은 표적 가스가 페이퍼 테이프 (110)와 접촉함으로써 생성된 반응 생성물이다). 페이퍼 테이프 (110)와 표적 가스의 접촉에 의해 생성된 얼룩은 표적 가스, 및 페이퍼 테이프 (110)를 생성하기 위해 페이퍼를 화학적으로 처리하기 위해 사용되는 화학 물질에 따른 색상일 수 있다. 예를 들어, PH3은 녹색(rust-colored) 얼룩을 생성하고, AsH3는 회색, 또는 흑색 얼룩을 생성하고, 톨루엔-디-이소시아네이트는 갈색, 또는 흑색 얼룩을 생성한다. 더욱이, 얼룩은 특정 강도, 예, 옅은(light), 중간(medium), 또는 짙은(dark)을 가질 수 있다. 특정한 페이퍼 테이프 (110)는 화학 처리에 따라 다른 가스에 대한 얼룩을 생성하지 않으면서, 하나 이상의 표적 가스에 대한 얼룩을 생성할 수 있다. 얼룩지지 않은 페이퍼 테이프 (110)는 "백색(white)" 상태로 언급될 수 있다. 페이퍼 테이프 (110)의 얼룩은 일반적으로 페이퍼 테이프 (110)를 백색 상태로부터 얼룩진 상태로 변형시켜서, 가스 스트림에 하나 이상의 표적 가스가 존재함을 나타낸다. "백색" 페이퍼 테이프 (110)는 일반적으로 페이퍼 테이프 (110)의 색상에 상관없이 (예, 페이퍼 테이프 (110)가 밝은 백색 대신 노란 색조를 가질 수 있다), 어떠한 표적 가스와 접촉하기 전의 페이퍼 테이프 (110)를 지칭한다.
광원 (120)의 구현예는 일반적으로 하나보다 많은 파장의 빛을 방출할 수 있는 어떠한 장치를 포함한다. 일 구현예에서, 광원 (120)은 레드, 그린, 블루, 및 자외선 중 2 이상에 대응하는 파장을 포함하는 빛을 방출한다. 다른 구현예에서, 광원 (120)은 다중 파장(multiple wavelengths)의 빛을 방출하는 광대역 광원(broadband light source)이다.
광원 (120)은 LED의 형태일 수 있다. 하나 이상의 LED는 i) 파장의 조합의 빛 (예, 레드, 그린, 및 블루 (RGB)의 조합의 파장의 빛)을 방출하는 하나 이상의 광대역 LED, 또는 ii) 각각의 단일 파장의 빛을 방출하는 (예, 각 LED는 그린, 레드, 블루, 또는 자외선 중 하나를 방출함), 다중 LED (multiple LEDs)로부터 선택될 수 있다.
레드, 그린, 및 블루 파장의 빛을 방출하는 LED의 예는 Thorlabs®의 RGB-LED(부품 번호(part number) LEDRGBE), 및 Bivar의 SMD-LED (부품 번호 SMP4-RBG)이다.
시스템 (100)은 광원 (120)으로부터 방출된 빛이 페이퍼 테이프 (110)의 면(side) (113)으로부터 반사하도록 페이퍼 테이프 (110)의 영역 (116)으로 이동하거나 향하도록(예, 광 도파관에 의해) 구성된다.
검출기 (130)는 페이퍼 테이프 (110)로부터 반사하는 하나 이상의 파장의 빛 (112)을 검출하는 기술분야에 공지된 어떠한 광검출기(photodetector) 장치이다. 검출기 (130)는 페이퍼 테이프 (110)의 면 (113)에 위치되어 검출기 (130)는 페이퍼 테이프 (110)로부터 반사되어 검출기 (130)에 도달하는 빛 (112)의 반사된 부분 (114)을 검출할 수 있다. 검출기 (130)는 빛 (112)의 상기 부분 (114)의 강도(intensity) (예, 빛의 양) 및/또는 색상 (예, 빛의 파장)을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 검출기 (130)는 빛 (112)의 검출된 부분 (114)의 추가 분석을 제공 할 수 있는 제어기/프로세서 (150)에 연결될 수 있다.
광원 (120)이 광대역 광원인 구현예에서, 검출기 (130)는 다-파장 검출기(multi-wavelength detector)일 수 있다. 이러한 구현예에서, 페이퍼 테이프 (110)는 백색 광으로 조명(illuminate)될 수 있고, 반사된 부분 (114)의 스펙트럼 분포가 검출되고 분석될 수 있으며, 여기서 형광 광(fluorescing light)은 빛이 형광하는 파장에 대해 카운트(count)된다. 광원 (120)이 특정한 파장의 빛 (예, 레드, 그린, 블루, 자외선, 또는 이들의 조합)을 방출하는 구현예에서, 검출기 (130)는 특정한 파장을 검출하도록 구성된다. 이러한 구현예에서, 광원 (120)에서 활성화된 어떠한 특정한 파장에 대해 카운트된다.
제어기/프로세서 (150)는 빛 (112)의 검출된 반사된 부분 (114)의 추가적인 분석을 제공할 수 있다. 제어기/프로세서 (150)는 광원 (120)의 파라미터를 또한 제어할 수 있는데, 예를 들어, 광원 (120)이 켜지거나 꺼지거나 혹은 이러한 경우에, 광원 (120)의 강도 (예, 빛의 양), 광원 (120)의 어떤 부분(들) (예, 어떤 파장(들))이 활성, 또는 비활성인지, 또는 이들의 조합을 제어할 수 있다.
인터페이스 (160)는 제어기/프로세서 (150)에 연결될 수 있다. 일 구현예에서, 인터페이스 (160)는 MM-인터페이스이다.
동작시, 하나 이상의 가스를 함유하는 가스 스트림은 페이퍼 테이프 (110) 상에서, 또는 이를 통해, 예를 들어 페이퍼 테이프 (110)의 적어도 상기 영역 (116) 상에서, 또는 이를 통해 향하게 됨으로써 페이퍼 테이프 (110)와 접촉한다. 가스 스트림의 흐름 방향은 페이퍼 테이프 (110)의 영역 (116)과 어떠한 표적 가스의 접촉을 허용하는 어떠한 방향일 수 있다. 흐름의 방향은 페이퍼 테이프 (110)의 면 (113)에서 그리고 빛 (112)의 상기 부분 (114)에 수직인 흐름 (도 1에서 보는 바와 같이 왼쪽에서 오른쪽, 또는 오른쪽에서 왼쪽으로), 페이퍼 테이프 (110)에 대한 어떠한 각도에서 반대편 면 (115)으로부터 멀어지는 후속 흐름을 갖는, 빛 (112)의 상기 부분 (114)에 대한 어떠한 각도에서 (제로(0) 포함), 및 면 (113)에서 반대편 면 (115)으로 페이퍼 테이프 (110)를 통과하는 흐름, 또는 이들의 조합을 포함한다.
가스 스트림의 하나 이상의 가스 중 적어도 하나의 표적 가스는 페이퍼 테이프 (110)와 반응하여 페이퍼 테이프 (110)의 어둡게하거나 얼룩지게 할 수 있다.
제어기/프로세서 (150)는 본원에 개시된 기술에 따라 광원을 활성화시키도록 광원 (120)을 제어한다. 일반적으로, 제어기/프로세서 (150)는 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)의 색상 (즉, 파장), 및 강도 (예, 양)를 제어한다. 예를 들어, 광원 (120)은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 그 이상의 ms의 광 펄스(light pulses)로 활성화 (예, 플래쉬(flashed))될 수 있다. 각각의 활성화, 또는 플래쉬 동안, 광원 (120)은 단일 색상 (예, 레드, 그린, 블루, 또는 UV)의 파장을 플래쉬한다. 광원 (120)은 파장의 어떠한 차수(order)에 대해 어떠한 횟수로 활성화될 수 있다.
일반적으로, 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112) (예, 특정한 광 펄스에 대해 활성화되는 어떠한 파장)은 광원 (120)을 페이퍼 테이프 (110)의 상기 면 (113)을 향하게 하거나, 또는 광 파이프를 사용하여 빛을 페이퍼 테이프 (110)의 상기 면 (113)을 향하게 함으로써, 페이퍼 테이프 (110)로 (예, 페이퍼 테이프 (110)의 특정한 영역 (116)으로) 향하게 된다. 빛 (112)의 부분 (114)은 페이퍼 테이프 (110)의 상기 면 (113)으로부터 반사되고, 상기 검출기 (130)는 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)의 반사된 부분 (114)을 검출한다.
검출기 (130)는 빛 (112)의 검출된 부분 (114)에 관하여 제어기/프로세서 (150)와 통신(communicate)한다. 일반적으로, 검출기 (130)는 검출된 광 신호를 제어기/프로세서 (150)와 통신하는 디지털 신호로 전환한다. 제어기/프로세서 (150)는 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)에 대한 상응하는 파장 정보와 검출기 (130)로부터의 디지털 신호에서 수신된 검출 정보를 연관하도록(correlate) 구성된다. 제어기/프로세서 (150)는 검출 정보 및/또는 파장 정보의 저장, 및/또는 처리(processing)를 돕도록 데이타 저장부(datastore) (170)와 작동적으로 연결될 수 있다.
광원 (120)으로부터 방출되고 검출기 (130)에 의해 검출된 빛의 각각의 파장의 각각의 광 펄스에 대하여, 제어기/프로세서 (150)는 다음 식 (1)에 의해 정의된 조정된 카운트(adjusted count) (이하, "AC")를 계산한다:
AC = [S(0)/S(t)] - 1 (1)
여기서, S(0)은 제로(0) 시간에서 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)의 본래의 강도(intensity)이고, S(t)는 0보다 큰 시간, t에서 검출기 (130)에 의해 검출되는 빛 (112)의 반사된 부분 (114)의 실제의 강도이다. 각 파장에 대한 다중의 AC는 상기 파장의 다중 광 펄스(multiple light pulses)로부터 계산되어 특정 기간 동안의 총 시간, 예, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 이보다 큰 매 초 마다에 대한 파장의 평균 조정된 카운트를 추가로 얻을 수 있다는 것이 고려된다.
패턴 인식 기술은 페이퍼 테이프 (110)의 얼룩의 특성, 또는 색상 패턴을 결정하여 페이퍼 테이프 (110)의 얼룩을 또한 유발할 수 있는 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 식별하고 구별하는데 사용된다. 적절한 패턴 인식 기술은 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 이러한 기술을 포함한다. 본 개시사항에서 고려되는 패턴 인식 기술은 서로 다른 광 파장에서 측정된 얼룩을 서로 연관시킴으로써(relating) 빛 (112)의 다른 파장에 대한 빛 (112)의 반사된 부분 (114)에 대한 특성, 또는 색상 패턴을 계산하는 단계, 및 일부 특성, 또는 색상 패턴을 한 그룹의 가스, 또는 입자에 그리고 다른 특성, 또는 색상 패턴을 다른 그룹의 가스에 할당하는 단계(assigning)를 포함한다.
예시적인 기술은 하기 실시예 2 내지 13에서 사용된 기술과 같이, 레드, 그린, 블루, 자외선, 또는 이들의 조합의 AC에 기초하여 논의된다. 하기 실시예는 가스를 구별하여 결정하는 기술이 사용될 수 있음을 보여준다. 패턴 인식 기술을 사용하여 가스가 실제로 구별 가능하다고 결정되었기 때문에, 패턴 인식 기술은 페이퍼 테이프 (110)의 얼룩으로부터의 빛 (112)의 반사에 의해 생성되는 특성이나 색상 패턴을 식별하기 위해, 도 1의 시스템 (100)의 구현예를 통해 흐르는 가스 스트림에 사용될 수 있다. 결과적으로, 계산된 특성, 또는 색상 패턴은 미리-기록된 (예, 제어기/프로세서 (150)와 작동 가능하게 연결된 데이타 저장부 (170)에) 특성, 또는 색상 패턴과 매칭(match)되어 얼룩을 만드는 기체의 신원을 결정하여 가스의 신원이 경보를 정당화하지 않는 방해 가스인지, 또는 경보를 정당화하는 표적 가스인지를 결정한다. 예를 들어, 계산된 특성, 또는 색상 패턴은 방해 가스의 특성, 또는 색상 패턴과 비교될 수 있으며, 매치(match) 부재시, 가스의 신원이 방해 가스가 아니며 경보가 정당화되는 것으로 결정되거나; 계산된 특성, 또는 색상 패턴은 방해 가스의 특성, 또는 색상 패턴과 비교될 수 있으며, 매치 존재시, 가스의 신원이 방해 가스이고 경보가 정당화되지 않는 것으로 결정되거나; 계산된 특성, 또는 색상 패턴은 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹의 특성, 또는 색상 패턴과 비교될 수 있고, 매치 부재시, 가스의 신원은 방해 가스이고 경보는 정당화되지 않는 것으로 결정되거나; 계산된 특성, 또는 색상 패턴은 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹의 특성, 또는 색상 패턴과 비교될 수 있고, 매치 존재시, 가스의 신원은 방해 가스가 아니며 경보는 정당화되는 것으로 결정되거나; 또는 이들의 조합을 포함한다.
패턴 인식 기술은 후속 데이타가 비교되는 기준 레벨의 생성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원 (120)에서 각 파장의 빛 (112) (레드, 그린, 블루, UV)은 페이퍼 테이프를 가스 스트림에 노출시키기 전에 새로운 페이퍼 테이프 (예, 페이퍼 테이프의 새로운 영역)에 대하여 개별적으로 플래시될 수 있다. 패턴 인식 기술은 기준 레벨 (예, 색상, 강도, 또는 색상과 강도 모두)을 기록하는데 사용될 수 있다. 제어기/프로세서 (150)는 얼룩을 식별하고 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 어떠한 방해 가스를 구별하기 위해 페이퍼 테이프의 얼룩에 패턴 인식 기술을 수행하는 경우에 기준 레벨을 후속적으로 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 시스템 (100)은 구성요소 (120, 130, 150), 및 선택적으로 (160)을 순서대로 배열로 연결하기에 적합한 회로(circuitry)를 갖는 통상의 회로 기판(circuit board) 상에 제조된 모든 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 회로 기판에 내장되지 않은 배선은 제어기/프로세서 (150)를 인터페이스 (160)에 연결할 수 있다. 회로 기판, 및 페이퍼 테이프 (110)는 물리적 검출 유닛의 하우징에 의해 제 위치에 보유될 수 있다. 하우징은 가스 검출용 구성요소를 유지하기에 적합한 어떠한 재료, 및 어떠한 구성으로 될 수 있다. 부가적으로, 도 1의 시스템 (100)의 제조는 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)을 검출기 (130)로 향하게 하는 광 파이프를 또한 포함할 수 있다. 하우징과 유사하게, 광 파이프는 물질로 제조될 수 있고 이 기술분야에 알려져 있는 기술에 따라 제조될 수 있다.
본원에 개시된 어떠한 구현예와 조합하여, 다른 광원, 및 선택적으로 다른 검출기가 전통적인 가스 검출 기술에 사용될 수 있다. 이러한 구현예에서, 제어기/프로세서 (150)는 광원 (120), 검출기 (130) 모두, 어떠한 부가적인 광원, 및 어떠한 부가적인 검출기를, 모든 구성요소가 협력하여 작동하도록, 제어하여 작동할 수 있다. 예를 들어, 전통적인 광원은 1초당 약 10개의 짧은 광 펄스를 사용하여 작동할 수 있으며, 각각의 짧은 광 펄스는 1ms 내지 10ms의 지속기간을 갖는다. 본원에서 "암흑 시간(dark time)"으로 지칭되는, 전통적인 광원의 짧은 광 펄스 사이의 시간은 도 1에서 설명한 바와 같이, 빛 (112)의 방출, 및 반사를 위해 광원 (120)을 작동시키는데 사용될 수 있다.
상기한 시스템, 및 방법은 다음의 구현예를 포함할 수 있다.
표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 구별하는 방법인 구현예 1로서, 상기 방법은 가스 스트림을 페이퍼 테이프 (110)와 접촉시키는 단계; 광원 (120)으로부터의 레드, 그린, 블루, 및 자외선 파장으로부터 선택된 적어도 세 개의 파장의 빛 (112)을 방출하는 단계; 페이퍼 테이프 (110)로부터 반사하는 상기 적어도 세 개의 파장의 빛 (112) 각각에 대한 반사된 부분 (114)을 검출하는 단계; 및 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 패턴 인식을 사용하는 단계를 포함한다.
구현예 2는 구현예 1을 포함할 수 있으며, 패턴 인식을 사용하는 단계는 검출된 적어도 세 개의 파장 각각에 대한 반사된 부분 (114)의 특성, 또는 색상 패턴을 결정하기 위해 패턴 인식 기술을 사용하는 단계; 상기 특성, 또는 색상 패턴을 미리 기록된 특성, 또는 미리 기록된 색상 패턴과 매칭시키는 단계(matching); 및 상기 특성, 또는 색상 패턴을 상기 방해 가스, 상기 표적 가스, 또는 상기 표적 가스의 그룹에 속하는 것으로서 식별하는 단계를 포함한다.
구현예 3은 상기 적어도 세 개의 파장의 빛이 i) 레드, 그린, 및 블루, ii) 자외선, 레드, 및 그린, iii) 자외선, 그린, 및 블루, 또는 iv) 자외선, 레드, 및 블루인, 구현예 1 내지 2 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 4는 상기 적어도 세 개의 파장은 별개의 광 펄스로서 방출되는, 구현예 1 내지 3 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 5는 상기 광 펄스 각각은 적어도 1 밀리초 (ms)의 지속기간을 갖는, 구현예 4를 포함할 수 있다.
구현예 6은 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)의 강도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 구현예 1 내지 5 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 7은 상기 광원 (120)으로부터 방출된 각각의 파장의 빛 (112)의 광 펄스 각각에 대해, 다음 식에 의해 정의된 조정된 카운트를 계산하는 단계: AC = [S(0)/S(t)]-1, (여기서, S(0)은 제로(0) 시간에서 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)의 본래의 강도이고, S(t)는 0보다 큰 시간, t에서 검출되는 빛 (112)의 반사된 부분 (114)의 실제 강도이다.)를 추가로 포함하는, 구현예 4 내지 6 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 8은 상기 패턴 인식이, i) 방해 가스, ii) 표적 가스, iii) 표적 가스의 그룹의 각각의 가스, 또는 이들의 조합에 대하여, 그린 파장에 대한 조정된 카운트(AC)에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율을 사용하는, 구현예 1 내지 7 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 9는 상기 패턴 인식이, i) 방해 가스, ii) 표적 가스, iii) 표적 가스의 그룹의 각각의 가스, 또는 이들의 조합에 대하여, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율을 사용하는, 구현예 1 내지 8 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 10은 광원 (120)이 UV+GB-LED, UV+RG-LED, RGB-LED, 또는 이들의 조합을 포함하는, 구현예 1 내지 9 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 11은 상기 패턴 인식을 사용하는 단계는 습도 데이타를 사용하지 않고 수행되는, 구현예 1 내지 10 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 12. 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 구별하는 시스템으로서, 상기 시스템은 페이퍼 테이프 (110); 레드, 그린, 블루, 또는 자외선 파장으로부터 선택된 적어도 세 개의 파장의 빛 (112)을 방출하도록 구성된 광원 (120); 페이퍼 테이프 (110)로부터 반사되는 상기 세 개의 파장의 빛 (112) 각각에 대한 반사된 부분 (114)을 검출하도록 구성된 검출기 (130); 및 i) 상기 검출기 (130)로부터 반사된 부분 (140)에 대한 검출 정보를 포함하는 디지털 신호를 수신하고, ii) 패턴 인식을 사용하여 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 상기 검출기 (130)에 연결된 프로세서/제어기 (150)를 포함한다.
구현예 13은 상기 프로세서/제어기 (150)에 의해 생성된 특성, 색상 패턴, 또는 특성과 색상 패턴 모두를 기록하기 위해 상기 프로세서/제어기 (150)에 작동가능하게 연결된(operably connected) 데이타 저장부 (170)를 추가로 포함하는, 구현예 12를 포함할 수 있다.
구현예 14는 패턴 인식을 사용하기 위해, 상기 프로세서/제어기 (150)는 a) 검출된 세 개의 파장 각각에 대한 반사된 부분 (114)의 특성, 또는 컬러 패턴을 결정하기 위해 패턴 인식 기술을 사용하고; b) 상기 특성, 또는 색상 패턴을 미리 기록된 특성, 또는 미리 기록된 색상 패턴과 매치하고; 그리고 c) 특성, 또는 색상 패턴을 방해 가스, 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹에 속하는 것으로 식별하도록 구성되는, 구현예 12 내지 13 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 15는 상기 세 개의 파장은 별도의 광 펄스로서 방출되는, 구현예 12 내지 14 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 16은 각각의 상기 광 펄스가 적어도 1 밀리초 (ms)의 지속기간을 갖는, 구현예 15를 포함할 수 있다.
구현예 17은 상기 프로세서/제어기 (150)는 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)의 각 파장의 광 펄스의 각각에 대해, 다음 식 AC = [S(0)/S(t)]-1, (여기서, S(0)은 제로(0) 시간에서 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)의 본래의 강도이고, S(t)는 0보다 큰 시간, t에서 검출되는 빛 (112)의 반사된 부분 (114)의 실제 강도이다.)에 의해 정의된 조정된 카운트를 계산하도록 추가적으로 구성되는, 구현예 15 내지 16 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 18은 상기 프로세서/제어기 (150)가 상기 광원 (120)으로부터 방출된 빛 (112)의 강도를 제어하도록 추가적으로 구성되는, 구현예 12 내지 17 중 어떠한 것을 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 19는 상기 적어도 세 개의 파장의 빛 (112)이 i) 레드, 그린, 및 블루, ⅱ) 자외선, 레드, 및 그린, iii) 자외선, 그린, 및 블루, 또는 iv) 자외선, 레드, 및 블루인, 구현예 12 내지 18 중 어떠한 것을 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 20은 상기 제어기/프로세서 (150)가 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹에서 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 습도 데이타를 사용하지 않는, 구현예 12 내지 19 중 어떠한 것을 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 21은 상기 패턴 인식이 i) 방해 가스, ii) 표적 가스, iii) 표적 가스의 그룹의 각각의 가스, 또는 이들의 조합에 대하여, 그린 파장에 대한 조정된 카운트(AC) 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율을 사용하는, 구현예 12 내지 20 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 22는 상기 패턴 인식이, i) 방해 가스, ii) 표적 가스, iii) 표적 가스의 그룹의 각각의 가스, 또는 이들의 조합에 대하여, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율을 사용하는, 구현예 12 내지 21 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
구현예 23은 광원 (120)이 UV+GB-LED, UV+RG-LED, RGB-LED, 또는 이들의 조합을 포함하는, 구현예 12 내지 22 중 어떠한 것을 포함할 수 있다.
실시예
주제가 일반적으로 기술되지만, 하기 실시예는 본 개시사항의 특정한 구현예로서 주어지며, 이의 실시 및 이점을 입증한다. 실시예는 설명을 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 청구범위의 상세한 사항을 제한하려는 의도는 아니라는 것으로 이해되어야 한다.
실시예 1 내지 13은 도 1의 시스템 (100)에 필적할 만한 시스템을 사용하였다.
실시예 1은 AsH3 , 및 방해 가스 중 하나, 황화수소 (H2S)에 대해 아르신 (AsH3)을 검출하도록 구성된 페이퍼 테이프의 응답을 결정하였다. 사용된 파장은 레드, 그린, 블루, 및 UV였다. 그린 파장 응답에 대한 UV, 블루, 및 레드 파장의 응답이 도 2에 도시된다. "건조(dry)", "중간(med)" 및 "습윤(wet)"의 x-축의 용어는 시험된 샘플의 상대 습도를 나타내며, 용어 "고(hi)", 및 "저(low)"는 샘플 중의 AsH3의 농도를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, AsH3의 다른 농도, 및 AsH3 , 및 H2S 모두에 대한 다른 습도 레벨에 대해, 그린 파장에 비교한 UV, 블루, 및 레드 파장에 대한 AsH3의 응답(response)은 그린 파장에 비교한 UV, 블루, 및 레드 파장에 대한 H2S의 응답과 비교할 때 구별될 수 있다.
실시예 2는 광원으로서 RGB-LED를 사용하여 AsH3 (표적 가스)와 H2S (방해 가스)를 구별하는 패턴 인식 기술을 입증하기 위해 수행되었다. 실시예 2의 패턴 인식 기술은 그린 파장에 대한 조정된 카운트 (AC)에 대한 레드 파장에 대한 AC의 제 1 비율을 계산하는 단계, 및 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 제 2 비율을 계산하는 단계, 및 AsH3와 H2S 사이의 어떠한 차이점을 알아내기 위해 제 1 비율과 제 2 비율을 비교하는 단계를 포함하였다. 실시예 2의 결과를 도 3에 나타낸다. 용어, "건조(dry)", "중간(med)" 및 "습윤(wet)"은 시험된 가스 스트림의 상대 습도를 나타내며, 용어 "고(hi)", 및 "저(low)"는 시험된 가스 스트림에서의 AsH3의 농도를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, RGB-LED 광원에 대해 실시예 2의 패턴 인식 기술을 사용하여, H2S의 얼룩은 가스 스트림의 습도 범위, 및 AsH3의 농도 범위에 걸쳐 AsH3의 얼룩과 구별될 수 있다. 더욱이, 실시예 2는 습도에 관계없이, AsH3 , 및 H2S가 구별되는 것을 나타내며, 예를 들어, RGB-LED를 광원으로 사용하는 경우에, 일부 표적 가스로부터 적어도 일부 방해 가스를 구별하는 경우, 예, AsH3로부터 H2S를 구별하는 경우에 상대 습도 센서가 필요하지 않을 수 있음을 제시한다.
실시예 3은 광원으로 UV+GB-LED를 사용하여 AsH3 (표적 가스)와 H2S (방해 가스)를 구별하는 패턴 인식 기술을 입증하기 위해 수행되었다. 실시예 3의 패턴 인식 기술은 그린 파장에 대한 조정된 카운트 (AC)에 대한 레드 파장에 대한 AC의 제 1 비율을 계산하는 단계, 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 제 2 비율을 계산하는 단계, 및 AsH3와 H2S 사이의 어떠한 차이점을 확인하기 위해 제 1 비율과 제 2 비율을 비교하는 단계를 포함한다. 실시예 3의 결과를 도 4에 나타낸다. 용어, "건조(dry)," "중간(med)," "습윤(wet)"은 시험된 가스 흐름의 상대 습도를 나타내며, 용어, "고(hi)", 및 "저(low)"는 시험된 가스 스트림에서 AsH3의 농도를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, UV+GB-LED 광원에 대해 실시예 3의 패턴 인식 기술을 사용하여, H2S의 얼룩은 가스 흐름의 습도 범위, 및 AsH3의 농도 범위에 걸쳐 AsH3의 얼룩과 구별될 수 있다. 더욱이, 실시예 3은 습도와 상관없이 AsH3와 H2S가 구별될 수 있음을 나타내며, 광원으로서 UV+GB-LED를 사용하는 경우, 일부 표적 가스로부터 적어도 일부 방해 가스를 구별하는 경우, 예, AsH3로부터 H2S를 구별하는 경우에, 상대 습도 센서를 필요하지 않을 수 있음을 제시한다.
실시예 4, 및 5는 실시예 2에 대해 사용된 패턴 인식 기술이 수소화물 가스의 그룹, 즉, H2Se, B2H6, GeH4, SiH4, PH3, 및 AsH3로부터 방해 가스 H2S를 구별하는데 사용될 수 있음을 입증하기 위해 수행되었다. 실시예 4, 및 5의 결과를 도 5, 및 6에 각각 나타낸다. 도 5, 및 6에 도시된 패턴 인식 기술에서, 그린 파장에 대한 AC 값은 100이었다. 도 5, 및 6의 데이타를 얻기 위해 사용된 시스템은 광원으로 RGB-LED를 사용했다. 샘플의 상대 습도는 45%였다. 도 5와 도 6의 차이는 도 5는 H2Se에 대한 4 x 표준 편차 박스를 도시하고, 도 6은 H2S, B2H6 , 및 PH3뿐만 아니라 H2Se에 대한 4 × 표준 편차 박스를 도시한다. 계산된 표준 편차는 도 5, 및 6에 계산된 %로 나타내고, 이의 측정은 1) 동일한 페이퍼 테이프 상의 스폿(spots)의 가변성(variability), 2) 변화하는 가스 농도 (측정은 연속적이고 병렬하지 않음), 및 3) 회로, 및 페이퍼 테이프의 다른 고유의 가변성에 기인하다. 표준 편차 계산은 사용된 페이퍼 테이프 사이의 가변성, 또는 어떠한 에이징(aging) 효과 (새로운 테이프만 사용되었음)를 포함하지 않는다. 알 수 있는 바와 같이, 도 5, 및 6의 플롯에서의 H2S에 대한 값은, 표준 편차를 고려하지 않고, 시험된 다른 수소화물로부터 구별할 수 있다. 그러나, 기술된 바와 같이, 계산된 표준 편차가 고려되는 경우에, H2S는 H2Se로부터 구별되지 않는다.
실시예 6, 및 7은 실시예 4, 및 5에서 사용된 패턴 인식 기술이 다른 광원에 대한 빛의 파장의 다른 강도에서 그리고 일정한 상대 습도에서 수소화물 가스의 그룹, 즉, H2Se, B2H6, GeH4, SiH4, PH3, 및 AsH3로부터 방해 가스 H2S를 구별하는데 사용될 수 있음을 입증하기 위해 수행되었다. 실시예 2의 패턴 인식 기술은 실시예 6에서 사용되었고, 실시예 3의 패턴 인식 기술은 실시예 7에서 사용되었다. 도 7의 데이타를 생성하는데 사용된 시스템은 광원으로 RGB-LED를 사용했다. 도 8의 데이타를 생성하는데 사용된 시스템은, 광원으로 UV+RG-LED를 사용했다. 시험된 가스 스트림은 모두 상대 습도가 45%였다. 실시예 4, 및 5에 사용된 것과 동일한 4 x 표준 편차가 실시예 6 및 7에 대해 계산되었다.
실시예 6 및 7의 결과가 도 7 및 8에 각각 도시된다. 도 7 및 8에 도시된 패턴 인식 기술에서, 그린 파장에 대한 강도는 시험된 각각의 가스에 대해 그린 파장에 대한 AC가 100 ("*"로 표시), 및 200 (가스 표식에서 사용된 "*"로 표시됨)이 되도록 변경되었다. 그린 파장에 대한 100의 AC는 아래에서 그린 AC = 100으로 지칭되고, 그린 파장에 대한 200의 AC는 아래에서 그린 AC = 200 지칭된다.
표준 편차를 고려하지 않고, 도 7 및 8의 플롯에서 H2S에 대한 값은 사용된 그린 파장의 강도 모두에 대해 시험된 다른 수소화물과 구별할 수 있다. 그러나, 도 7의 계산된 표준편차가 고려되는 경우에, 그린 AC = 100에 대한 H2S 값은 그린 AC = 100 및 그린 AC = 200 모두에 대한 H2Se 값 중 어느 하나와 구별할 수 없다. 도 8의 계산된 표준편차가 고려되는 경우에, 그린 AC = 100에 대한 H2S 값은 GeH4와 구별하는데 문제점을 가질 수 있지만, 달리 다른 수소화물과 구별될 수 있다. 그린 AC = 100에서 GeH4, SiH4, 및 PH3 각각에 대한 레드 파장 AC 대 그린 파장 AC의 비율에 대한 큰 값 (실시예 7의 조건하에서 H2S를 GeH4와 구별하는데 문제를 일으킬 수 있음)은 놀랍다. 이는, 그린 AC = 200에서 GeH4, SiH4, 및 PH3 각각에 대한 것과 같은 더 낮은 값이 예상되었기 때문이다.
도 8에서, H2S 및 H2Se는 강도의 그린 파장에서 UV 신호를 갖지 않으며, 이는 시험 시스템의 오작동 (즉, 테이프가 너무 일찍 진행됨)으로 인해 200의 AC 그린 파장 값을 초래한다.
실시예 8 내지 11은 실시예 6 및 7에 사용된 패턴 인식 기술이 빛의 파장의 다른 강도, 다른 상대 습도, 및 다른 광원에서 수소화물 가스의 그룹, 즉, H2Se, B2H6, GeH4, SiH4, PH3, 및 AsH3로부터 방해 가스 H2S를 구별하는데 사용될 수 있음을 입증하기 위해 수행되었다. 실시예 8 및 10은 실시예 2의 패턴 인식 기술을 사용하였다. 실시예 9, 및 11은 실시예 3의 패턴 인식 기술을 사용하였다. 도 9 및 11의 데이타 (실시예 8 및 10)를 생성하는데 사용된 시스템은 광원으로 RGB-LED를 사용했다. 도 10 및 12의 데이타 (실시예 9, 및 11)를 생성하는데 사용된 시스템은, 광원으로 UV+RG-LED를 사용했다. 실시예 8 및 9에서 시험된 가스 스트림은 상대 습도가 10%였다. 실시예 10 및 11에서 시험된 가스 스트림은 상대 습도가 65%-75%였다. 이전 실시예에 사용된 동일한 4 x 표준 편차가 실시예 8 내지 11에 대해 계산되었다.
실시예 8 내지 11의 결과가 도 9 내지 11에 각각 도시된다. 도 9 및 12에 도시된 패턴 인식 기술에서, 그린 파장에 대한 강도는 그린 파장에 대한 AC가 시험된 가스 각각에 대해 100 및 200 (가스 표식에서 사용된 "*"로 표시됨)이 되도록 변경되었다. 그린 파장에 대한 100의 AC는 아래에서 그린 AC = 100으로 지칭되고, 그린 파장에 대한 200의 AC는 아래에서 그린 AC = 200 지칭된다.
표준 편차를 고려하지 않고, 도 9 내지 12의 플롯에서의 H2S에 대한 값은 실시예 8 내지 11에서 모든 조건에 대해 시험된 다른 수소화물로부터 구별될 수 있다. 표준편차가 고려되는 경우, 도 12는 그린 AC = 100에서 H2Se는 그린 AC = 200에서 H2S로부터 구별되지 않는다.
실시예 12 및 13은 수소화물 가스의 그룹, 즉, H2Se, B2H6, GeH4, SiH4, PH3, 및 AsH3으로부터 H2S를 구별하는데 사용될 수 있는 다른 패턴 인식 기술을 입증한다. 실시예 12 및 13의 패턴 인식 기술은 그린 파장에 대한 조정된 카운트 (AC)에 대한 블루 파장에 대한 AC의 제 1 비율을 계산하는 단계, 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 제 2 비율을 계산하는 단계, 및 H2S와 상기한 수소화물 가스의 그룹 사이의 어떠한 차이점을 결정하기 위해 제 1 비율과 제 2 비율을 비교하는 단계를 포함하였다. 그린 파장에 대한 AC는 100이었다. 도 13, 및 14의 데이타 (실시예 12 및 13 각각)를 생성하는데 사용된 시스템은 광원으로 UV+RG-LED를 사용했다. 실시예 12에서 사용된 가스 스트림은 상대 습도가 10%였으며, 실시예 13에서 사용된 가스 스트림은 상대 습도가 65%-75%였다. 4 x 표준 편차가 H2Se에 대해 계산되었다. 실시예 12 및 13의 결과가 도 13 및 14에 도시된다. 알 수 있듯이, 모든 수소화물이 패턴 인식 기술을 사용하여 H2S로부터 구별될 수 있다. 그러나, 대부분의 수소화물은 패턴 인식 기술을 사용하여 서로 간에 구별되지 않는다.
본원에 개시된 원리에 따른 다양한 구현예가 도시되고 상술되지만, 이의 변형이 본 개시사항의 사상, 및 교시로부터 벗어남이 없이 이 기술 분야의 기술자에 의해 행하여질 수 있다. 본원에 기술된 구현예는 단지 대표적인 것이며 제한하려는 의도는 아니다. 많은 변형, 조합, 및 변경이 가능하고 본 개시사항의 범위 내이다. 구현예(들)의 특징을 조합, 통합 및/또는 생략함으로써 야기된 다른 구현예도 본 개시사항의 범위 내이다. 따라서, 보호 범위는 상기한 설명에 의해 제한되지 않고, 후술하는 청구범위에 의해 규정되며, 그 범위는 청구범위의 주제의 모든 등가물을 포함한다. 각각 그리고 모든 청구범위는 본 명세서에 추가적인 개시사항으로서 포함되며, 청구범위는 본 발명(들)의 구현예(들)이다. 더욱이, 상기한 어떠한 이점, 및 특징은 특정한 구현예와 관련될 수 있지만, 상기한 어떠한, 또는 모든 장점을 달성하거나 상기 특징 중 어떠한, 또는 전부를 갖는 방법, 및 구조에 대한 이러한 사안의 청구범위의 적용을 제한해서는 안 된다.
추가적으로, 본원에서 사용된 섹션 표제는 37 C.F.R. 1.77에서 제시하고 있는 사항과 일치하도록 제공되거나, 또는 다르게는, 조직의 단서를 제공한다. 이 표제는 본 개시사항에서 제기될 수 있는 어떠한 청구범위에 기술된 발명(들)을 제한하거나 이의 특징을 나타내지 않는다. 특히, 그리고 예시적으로, 표제가 "분야"를 나타낼 수 있지만, 청구범위는 소위 분야를 기술하기 위해 이 표제하에 선택된 언어에 의해 제한되어서는 안 된다. 나아가, "배경기술"의 기술에 대한 설명은 특정 기술을 본 개시사항의 어떠한 발명(들)에 대한 선행 기술로 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한 "과제의 해결 수단"은 사안이 된 청구범위에 기술된 발명(들)의 특징을 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 더욱이, 이 개시사항에서 "발명"에 대한 어떠한 참조가 이 개시사항에서 하나의 점의 신규성이 있다고 논증하는데 사용되어서는 안 된다. 다수의 발명은 이 개시사항으로부터 사안이 된 다수의 청구항의 제한에 따라 설명될 수 있으며, 따라서, 이러한 청구범위는 이에 따라 보호되는 발명(들), 및 이들의 균등물을 규정한다. 모든 경우에, 청구범위의 범위는 이 개시사항에 비추어 이들 자신의 장점으로 고려되어야 하지만 본원에 명시된 표제로 제한되어서는 안 된다.
"포함하는(comprises)," "포함하는(includes)", 및 "갖는(having)"과 같은 광범위한 용어의 사용은 "구성되는(consisting of)", "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)", 및 "실질적으로 포함되는(comprised substantially of)"과 같은 좁은 범위의 용어에 대한 뒷받침을 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 구현예의 어떠한 요소와 관련하여 "선택적으로(optionally)", "일 수 있다(may)", "일 수 있다(might)", 또는 "가능한(possibly)" 등의 사용은 그 요소가 요구되지 않거나, 또는 선택적으로, 그 요소가 요구됨을 의미하며, 두 선택사항은 구현예(들)의 범위 내임을 의미한다. 또한, 실시예에 대한 언급은 단지 예시적인 목적을 위해 제공된 것이며, 배타적인 것으로 의도되지 않는다.
본 개시사항에 몇몇 구현예가 제공되었지만, 개시된 시스템, 및 방법은 본 개시사항의 사상, 또는 범위를 벗어나지 않고 많은 다른 특정한 형태로 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 본 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 의도는 본원에 주어진 상세한 설명에 제한되지 않는다. 예를 들어, 다양한 요소, 또는 구성요소가 다른 시스템에서 조합되거나 통합될 수 있거나 특정한 특징이 생략되거나 구현되지 않을 수 있다.
또한, 다양한 구현에에서 개별적으로, 또는 별도로 기술되고 도시된 기술, 시스템, 서브 시스템, 및 방법은 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않고 다른 시스템, 모듈, 기술, 또는 방법과 조합되거나 통합될 수 있다. 직접적으로 결합되거나 서로 통신(communicating)하는 것으로 도시되거나 논의된 다른 항목은 어떤 인터페이스, 장치, 또는 중간 구성요소를 통해, 전기적으로, 기계적으로, 또는 다른 방법으로 간접적으로 결합되거나 통신될 수 있다. 변경, 대체, 및 변형의 다른 예는 이 기술분야의 기술자에 의해 확인될 수 있으며 본원에 개시된 사상, 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

Claims (15)

  1. 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스의 구별 방법으로서,
    가스 스트림을 페이퍼 테이프 (110)와 접촉시키는 단계;
    광원 (120)으로부터의 레드, 그린, 블루, 및 자외선 파장으로부터 선택되는 적어도 세 개의 파장의 빛 (112)을 방출하는 단계;
    상기 페이퍼 테이프 (110)로부터 반사되는 적어도 세 개의 파장의 빛 (112) 각각에 대한 반사된 부분 (114)을 검출하는 단계; 및
    상기 표적 가스, 또는 상기 표적 가스의 그룹으로부터의 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 패턴 인식을 사용하는 단계를 포함하는, 구별 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 인식을 사용하는 단계는,
    검출된 적어도 세 개의 파장 각각에 대한 반사된 부분 (114)의 특성, 또는 색상 패턴을 결정하기 위해 패턴 인식 기술을 사용하는 단계;
    상기 특성, 또는 색상 패턴을 미리 기록된 특성, 또는 미리 기록된 색상 패턴과 매칭시키는 단계; 및
    상기 특성, 또는 상기 색상 패턴을 상기 방해 가스, 상기 표적 가스, 또는 상기 표적 가스의 그룹에 속하는 것으로서 식별하는 단계를 포함하는, 구별 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 세 개의 파장의 빛은 i) 레드, 그린, 및 블루, ii) 자외선, 레드, 및 그린, iii) 자외선, 그린, 및 블루, 또는 iv) 자외선, 레드, 및 블루인, 구별 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 세 개의 파장은 별개의 광 펄스로서 방출되는, 구별 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 인식은 i) 방해 가스, ii) 표적 가스, iii) 표적 가스의 그룹의 각각의 가스, 또는 이들의 조합에 대하여, 그린 파장에 대한 조정된 카운트(AC)에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율을 사용하는, 구별 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 인식은 i) 방해 가스, ii) 표적 가스, iii) 표적 가스의 그룹의 각각의 가스, 또는 이들의 조합에 대하여, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율을 사용하는, 구별 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원 (120)은 UV+GB-LED, UV+RG-LED, RGB-LED, 또는 이들의 조합을 포함하는, 구별 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 인식을 사용하는 단계는 습도 데이타를 사용하지 않고 수행되는, 구별 방법.
  9. 표적 가스, 또는 표적 가스의 그룹으로부터 방해 가스를 구별하는 시스템으로서, 상기 시스템은
    페이퍼 테이프 (110);
    레드, 그린, 블루, 또는 자외선 파장으로부터 선택된 적어도 세 개의 파장의 빛 (112)을 방출하도록 구성된 광원 (120);
    상기 페이퍼 테이프 (110)로부터 반사되는 세 개의 파장의 빛 (112) 각각에 대한 반사된 부분 (114)을 검출하도록 구성된 검출기 (130); 및
    i) 상기 검출기 (130)로부터의 반사된 부분 (114)에 대한 검출 정보를 포함하는 디지털 신호를 수신하고,
    ii) 상기 표적 가스, 또는 상기 표적 가스의 그룹으로부터 상기 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 패턴 인식을 사용하기 위해 상기 검출기 (130)에 연결된 프로세서/제어기 (150)를 포함하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서/제어기 (150)에 의해 생성된 특성, 색상 패턴, 또는 특성과 색상 패턴 모두를 기록하기 위해 상기 프로세서/제어기 (150)에 작동 가능하게 연결된 데이타 저장부 (170)를 추가로 포함하며;
    패턴 인식을 사용하기 위해, 상기 프로세서/제어기 (150)는,
    a) 검출되는 세 개의 파장의 각각에 대한 반사된 부분 (114)의 특성, 또는 색상 패턴을 결정하기 위해 패턴 인식 기술을 사용하도록;
    b) 상기 특성, 또는 색상 패턴을 미리 기록된 특성, 또는 미리 기록된 색상 패턴과 매치하도록; 그리고
    c) 상기 특성, 또는 색상 패턴을 상기 방해 가스, 상기 표적 가스, 또는 상기 표적 가스의 그룹에 속하는 것으로 식별하도록 구성되는, 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 패턴 인식은 i) 방해 가스, ii) 표적 가스, iii) 표적 가스의 그룹의 각각의 가스, 또는 이들의 조합에 대하여, 그린 파장에 대한 조정된 카운트(AC)에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 블루 파장에 대한 AC의 비율을 사용하는, 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 패턴 인식은 i) 방해 가스, ii) 표적 가스, iii) 표적 가스의 그룹의 각각의 가스, 또는 이들의 조합에 대하여, 그린 파장에 대한 AC에 대한 레드 파장에 대한 AC의 비율 대 그린 파장에 대한 AC에 대한 UV 파장에 대한 AC의 비율을 사용하는, 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 광원 (120)은 UV+GB-LED, UV+RG-LED, RGB-LED, 또는 이들의 조합을 포함하는, 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 세 개의 파장의 빛 (112)은 i) 레드, 그린, 및 블루, ii) 자외선, 레드, 및 그린, iii) 자외선, 그린, 및 블루, 또는 iv) 자외선, 레드, 및 블루인, 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제어기/프로세서 (150)는 상기 표적 가스, 또는 상기 표적 가스의 그룹으로부터 상기 방해 가스를 식별 및/또는 구별하기 위해 습도 데이타를 사용하지 않는, 시스템.
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