KR20190048856A - Diffraction Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas - Google Patents
Diffraction Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190048856A KR20190048856A KR1020170144112A KR20170144112A KR20190048856A KR 20190048856 A KR20190048856 A KR 20190048856A KR 1020170144112 A KR1020170144112 A KR 1020170144112A KR 20170144112 A KR20170144112 A KR 20170144112A KR 20190048856 A KR20190048856 A KR 20190048856A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- measurement
- light source
- light
- Prior art date
Links
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
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
- G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
- G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
-
- 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
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
- G01N2021/396—Type of laser source
- G01N2021/399—Diode laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
본원 발명은 연소시스템에서 대기로 방출되는 배기가스의 농도를 광 계측하는 장치에 필요한 정렬 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 연소시스템에서 대기로 방출되는 다종가스(multicomponent gas)의 농도 또는 온도를 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)기법을 사용하여 측정하는 시스템에 있어서 레이저 광원과 광검출부의 부정렬을 회절을 사용하여 검출하고 이를 교정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an alignment system for an optical metrology apparatus for measuring the concentration of exhaust gas emitted from a combustion system to the atmosphere, and more particularly, to a system for measuring the concentration or temperature of a multicomponent gas emitted to the atmosphere from a combustion system, The present invention relates to an apparatus and a method for detecting misalignment of a laser light source and a light detecting unit using diffraction and correcting the misalignment of the laser light source and the light detecting unit in a system using a tunable diode laser absorption spectroscopy technique.
LAS, 특히 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, 파장가변형 다이오드레이저 흡수 분광법)는 최근 에너지, 환경 분야에서 크게 각광받고 있는 계측 기술이다. 이는 실시간으로 몇 가지 가스 종의 농도나 온도를 정밀 측정할 수 있으며, 측정이 어려운 대형 연소시스템에도 적용이 가능하여 다양한 형태로 응용 되고 있다.LAS, especially TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), is a measuring technology that has recently been widely recognized in the fields of energy and environment. It can be applied to large combustion systems which can measure precisely the concentration and temperature of several gas species in real time and it is difficult to measure.
TLDAS의 농도측정 기본원리는 도 1에서 보는 바와 같이 Beer-Lambert 법칙에 따라 가스의 광 흡수 특성에서 기인한다.The basic principle of measuring the concentration of TLDAS originates from the light absorption characteristics of the gas according to the Beer-Lambert law as shown in Fig.
모든 가스는 정해져 있는 특정한 몇 가지 파장의 빛을 흡수한다. 대표적인 예로 760.21㎚ 파장의 빛을 다른 가스 종은 통과시키지만 산소는 이를 흡수한다. 즉 760.21nm의 빛을 발진해서 산소가 포함된 가스영역에 통과시키면, 그 파장의 빛은 다른 가스 종의 영향을 받지 않고 산소의 영향만 받으므로, 흡수된 양 및 모양을 분석하면 산소의 농도나 온도를 계측해 낼 수 있는 원리이다.Every gas absorbs light of some specific wavelength that is fixed. As a typical example, light of 760.21 nm wavelength is passed through other gas species, but oxygen absorbs it. In other words, when light of 760.21 nm is emitted and passed through a gas region containing oxygen, the light of the wavelength is affected only by oxygen without being affected by other gas species. Therefore, by analyzing the absorbed amount and shape, It is a principle that can measure temperature.
전 세계적으로 환경 문제가 사회적 이슈로 크게 부각됨에 따라 공해 물질의 저감 노력이 활발히 진행되고 있는 가운데, 국내에서도 마찬가지로 이에 대한 연구와 노력이 계속되고 있다. 그 중에서도 산업체에서 발생하는 질소 산화물과 같은 유해 가스를 줄이기 위한 방안 중 연소 시스템의 배기단에서 실시간으로 농도와 온도 등을 계측함으로써 최적의 운전 조건을 도출하여 공해 물질을 저감하는 방식이 널리 사용되고 있다. 이러한 계측에 TDLAS를 도입하려는 노력이 계속되고 있다.As the environmental issues around the world have become a social issue, efforts to reduce pollutants have been actively pursued, and research and efforts are continuing in Korea as well. Among them, a method for reducing pollutants by deriving optimal operating conditions by measuring the concentration and temperature in real time at the exhaust end of the combustion system among the measures for reducing harmful gas such as nitrogen oxides generated in the industry is widely used. Efforts to introduce TDLAS into these measurements are ongoing.
기존 액체 및 기체를 매질로 하는 레이저를 이용한 계측 기술은 대부분 고출력의, 고가인 레이저를 사용해야 하며, 측정값이 직접적으로 얻어지는 것이 아니라 얻어진 자료의 분석이 필요하므로 사용법이 복잡하고, 기기의 특성상 세심한 주의가 요구되는 등의 그 문제점이 있었다. 파장 변조 분광기법 및 광섬유를 이용한 TDLAS 기법은 크기를 줄였을 뿐만 아니라 내구성을 높였고, 응답성이 빠르며, 광섬유와 함께 사용하여 설치 및 유지보수가 쉽고, 또한 연소 생성물을 동시에 실시간으로 관측할 수 있게 하여 연소 시스템의 모니터링에 매우 유용하다.Most of the measurement technology using the laser using the existing liquid and gas as the medium requires the use of a high output laser with a high output and it is necessary to analyze the obtained data instead of directly obtaining the measured value, And the like. The TDLAS technique using wavelength modulation spectroscopy and optical fiber not only reduces the size, but also increases the durability, the response is quick, it is easy to install and maintain with the optical fiber, and the combustion products can be observed simultaneously in real time It is very useful for monitoring the combustion system.
그러나 산업체의 연소 시스템의 배기단은 그 직경 또는 일측에서 타측까지의 거리가 10여미터 이상인 경우가 많아 광원 레이저를 광검출부에 정렬시키는 것이 매우 어려운 문제가 되고 있다. 검출 대상의 거리가 짧은 경우에는 광원인 레이저가 도달하는 부분을 눈으로 확인하면서 광원의 경사면을 조절하여 수작업으로 정렬을 하였다. 그러나 연소 시스템의 배기단은 거리가 멀어 광원인 레이저가 도달하는 부분을 육안으로 확인하는 것도 어렵고 확인하여도 이를 눈으로 보고 경사면을 조절해 정렬하는 것이 실질적으로는 거의 불가능에 가까울 만큼 매우 시간이 많이 걸리고 어려운 작업이다. 강하고 직진성이 높은 레이저의 특성으로 인해 큰 규모의 배기단에서도 광 검출법을 사용할 수 있게 되었지만, 위와 같은 실제적인 정렬 문제로 현장에 도입하는 것이 쉽지 않다.However, it is very difficult to align the light source laser to the optical detecting part because the diameter of the exhaust end of the combustion system of the industrial system or the distance from one side to the other side is more than 10 meters. When the distance of the object to be detected is short, the inclined surface of the light source is adjusted by manually checking the portion reaching the laser as the light source. However, it is difficult to visually confirm the portion of the exhaust system that the laser source, which is a light source, is far away from the exhausting end of the combustion system. Even if it is confirmed, it is very time- It is difficult and difficult to work. Due to the strong and straightforward characteristics of the laser, it is possible to use the photodetection method even in a large exhaust stage.
특허문헌 1은 복합 포물 집속체에 관한 것으로서, 광원을 정렬하지 않아도 포물선 형태의 집속체로 인해서 광원이 중심부의 쪽으로 반사되고 중심부에는 광섬유가 배치되어 이를 취합하는 기구에 관한 것이다. 그러나 특허문헌 1은 일종의 볼록 렌즈와 같은 집광 역할을 하는 것으로서 근거리에서는 별도의 정렬을 진행하지 않아도 적용될 수 있으나, 본원과 같이 원거리에서 요구하는 정렬과 관련된 해결책은 제시하지 않고 있다.Patent Document 1 relates to a complex parabolic reflector, and more particularly, to a parabolic reflector that reflects a light source toward a central portion and arranges optical fibers in a central portion thereof by a parabolic-shaped light integrator without arranging the light sources. However, Patent Document 1 has a light collecting function such as a convex lens, and can be applied without a separate alignment at a short distance, but does not provide a solution related to alignment required at a long distance as in the present invention.
특허문헌 2는 레이저 회절 패턴을 이용한 부품의 마이크로 구멍 정렬방법 및 정렬 시스템에 관한 것으로서 복수개 부품의 각 구멍 간의 수직 정렬을 레이저 빔을 이용한 회절패턴을 형성시킴으로써 각 부품을 정렬하는 방법에 관한 것이다. 복수개 부품의 각 구멍의 수직 정렬이 바르지 않을 때 회절 패턴이 아예 나타나지 않거나, 또는 회절 패턴이 한쪽으로 치우치게 되어 이를 통해서 각 수직 부품의 정렬을 확일 할 수 있는 방법이다. 그러나 도 2에서 알 수 있듯이 특허문헌 2는 매우 근접한 수직 부품(도 2의 기호 번호 102 및 103)을 정렬하기 위한 것으로서 본원 발명에서 필요한 배기단에서의 원거리 정렬에 대한 해결책과는 거리가 멀다.Patent Document 2 relates to a micro-hole aligning method and an aligning system for a component using a laser diffraction pattern, and relates to a method of aligning each component by forming a diffraction pattern using a laser beam in vertical alignment between holes of a plurality of components. The diffraction pattern does not appear at all when the vertical alignment of each hole of the plurality of components is not correct, or the diffraction pattern is biased to one side, and the alignment of each vertical component can be confirmed through this. However, as can be seen from FIG. 2, Patent Document 2 is for aligning very close vertical parts (
특허문헌 3은 고출력 레이저를 정렬시키기 위한 검출기에 관한 것으로서, 검출기가 각각의 4개의 독립된 영역으로 나누어져 있고, 레이저가 중심부에 정확히 정렬된 경우에는 4개의 영역에서 동일한 에너지가 검출되고 한쪽으로 치우친 경우에는 불균등한 에너지가 검출되어 이를 통해서 방향성을 확인하고 정렬할 수 있는 장치에 관한 것이다. 그러나 이와 유사한 종래의 정렬 장치가 본원 발명과 관련 기술에 적용하기 어려운 점은 본원 발명은 거리가 멀기 때문에 우선 정렬에 사용되는 검출기 범위 내로 정렬하는 것 자체가 어렵다는 점이다.Patent Literature 3 relates to a detector for aligning a high output laser, in which the detector is divided into four independent regions, and when the laser is accurately aligned in the central region, the same energy is detected in four regions, Uneven energy is detected and through which the direction can be identified and aligned. However, it is difficult to apply similar conventional alignment devices to the present invention and related arts, since the present invention is difficult to align itself within the detector range used for alignment first.
상기와 같이 배출단과 같이 내부에 많은 기체가 존재하고 거리가 먼 경우에 TDLAS를 활용할 수 있는 정렬에 대한 뚜렷한 해결책은 현재까지 제시되지 않고 있다.
As mentioned above, there is no clear solution to the alignment that can utilize the TDLAS in the presence of a large amount of gas and a long distance, such as the discharge stage.
본원 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배출단과 같이 내부에 많은 기체가 존재하고 거리가 먼 경우에 TDLAS를 활용할 수 있도록 운용 가능한 시간내에서 빠르게 정렬할 수 있는 장치 및 이를 이용한 정렬 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a device capable of rapidly aligning within a time available for operation so that TDLAS can be utilized in the case where a large number of gas exists inside, The goal is to provide a method.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본원 발명은 레이저빔을 조사하는 레이저부; 측정을 위한 기체가 존재하며 상기 레이저빔이 통과하는 측정부; 상기 측정부를 통과한 레이저빔이 집광되는 광검출부; 상기 레이저빔을 이용하여 분석을 수행하는 프로세서부;를 포함하는 다중가스 동시 측정 TDLAS에 있어서, 상기 레이저부에 광원 앞에 배치되는 원형 구멍을 갖는 가림막; 상기 원형의 구경을 통과한 상기 레이저빔에 의해서 광검출부에 나타나는 동심원 격자무늬의 강도에 따라 상기 레이저부 또는 상기 광검출부의 위치를 이동하는 이동부;를 추가한 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus including: a laser unit for irradiating a laser beam; A measurement unit having a gas for measurement and through which the laser beam passes; A photodetector part in which the laser beam passing through the measurement part is condensed; And a processor for performing analysis using the laser beam, the TDLAS comprising: a shielding film having a circular hole disposed in front of a light source in the laser part; And a moving part for moving the position of the laser part or the optical detecting part according to the intensity of the concentric circular lattice pattern appearing on the optical detecting part by the laser beam passing through the circular aperture, do.
상기 원형 구멍의 지름은 1㎛에서 500㎛가 바람직하다. 또한 상기 원형 구멍의 지름을 조절함으로써 상기 동심원 격자무늬의 간격을 조절한다. 상기 이동부는 상기 격자 무늬의 이동에 따라서 빛의 강도가 커지는 방향으로 이동함으로써, 광원부와 검출부를 정렬한다.The diameter of the circular hole is preferably 1 占 퐉 to 500 占 퐉. Further, the spacing of the concentric circle pattern is adjusted by controlling the diameter of the circular hole. The moving part moves in a direction in which the intensity of light increases in accordance with the movement of the grid pattern, thereby aligning the light source part and the detection part.
한편, 상기 레이저부의 광원은 광원과 광검출부 정렬 할 때는 출력이 더 큰 것으로 교체함으로써, 회절에 의해서 주변부로 분산된 출력에 대해서 대응할 수 있다.On the other hand, when the light source of the laser unit is aligned with the light detecting unit, the output can be replaced with a larger one, so that the laser unit can cope with the output dispersed to the peripheral unit by diffraction.
본원 발명에 따른 제2양태는 레이저빔을 조사하는 레이저부; 측정을 위한 기체가 존재하며 상기 레이저빔이 통과하는 측정부; 상기 측정부를 통과한 레이저빔이 집광되는 광검출부; 상기 레이저빔을 이용하여 분석을 수행하는 프로세서부;를 포함하는 다중가스 동시 측정 TDLAS를 정렬하는 방법에 있어서, 1) 상기 레이저부에 광원 앞에 원형 구멍을 갖는 가림막을 배치하는 단계; 2) 상기 레이저부 광원에 의해서 생성되는 격자 무늬의 강도에 따라서 상기 레이저부 또는 상기 광검출부의 위치를 이동하는 단계;를 포함하는 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 방법을 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus comprising: a laser section for irradiating a laser beam; A measurement unit having a gas for measurement and through which the laser beam passes; A photodetector part in which the laser beam passing through the measurement part is condensed; And a processor for performing analysis using the laser beam, the method comprising the steps of: 1) disposing a thin film having a circular hole in front of a light source in the laser part; 2) moving the position of the laser part or the optical detecting part according to the intensity of the lattice pattern generated by the laser part light source.
상기 이동하는 단계는 상기 격자 무늬의 이동에 따라서 빛의 강도가 커지는 방향으로 이동한다.
The moving step moves in a direction in which the intensity of light increases in accordance with the movement of the grid pattern.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 다종가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템은 통상적인 단거리가 아닌 배출단과 같이 내부에 다양한 기체가 존재하고 거리가 먼 경우에도 운용 가능한 시간 범위 내에서 빠르게 정렬할 수 있다는 효과가 있다. 특히 종래의 검출기를 사용하여 정렬하는 방식에 대비하여 우선적으로 넓은 범위에서 정렬에 대한 방향성을 제시함으로써, 초기 단계에 정렬을 위한 레이저 광원의 검색 범위를 쉽게 좁혀주고 이로 인해 정렬에 걸리는 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.
As described above, according to the present invention, the TDLAS alignment system for simultaneous measurement of multiple gases is capable of quickly aligning within the operable time range even when a variety of gas exists and a distance is long, . In particular, by presenting directionality in alignment over a wide range in preference to alignment using a conventional detector, the search range of the laser light source for alignment at the initial stage is easily narrowed, thereby greatly shortening the alignment time .
도 1은 파장가변형 다이오드레이저 흡수분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, 이하 'TDLAS')에서 Beer-Lambert 법칙에 따른 계산식을 보여준다.
도 2는 특허문헌 2에서 발췌한 레이저 회절 패턴을 이용한 부품의 마이크로 구멍 정렬 방법에 관한 개략도이다.
도 3은 특허문헌 3에서 발췌한 검출기를 사용한 정렬기의 예시다.
도 4는 TDLAS 장치의 개략도이다.
도 5는 본원 발명의 일 실시예에 따른 회절 현상을 사용할 경우 나타나는 에이리 원반에 대한 개략도이다.FIG. 1 shows a calculation formula according to the Beer-Lambert rule in Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (hereinafter referred to as 'TDLAS').
FIG. 2 is a schematic view of a micro-hole aligning method of a component using a laser diffraction pattern extracted from Patent Document 2. FIG.
3 is an example of a sorter using a detector excerpted from Patent Document 3;
4 is a schematic diagram of a TDLAS device.
FIG. 5 is a schematic view of an Eley disc when using a diffraction phenomenon according to an embodiment of the present invention. FIG.
이하에서는, 본원 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited thereto.
TDLAS는 파장가변형 다이오드 레이저(Tunable Diode Laser)를 이용한 계측시스템으로서 최근 들어서 실시간 계측 시스템 중 많은 관심을 받고 있다. 도 4는 대표적인 TDLAS 관련 구성으로서 TDLAS 자체에 대한 기술적 사항은 특허문헌 4, 5, 6에 기재된바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.TDLAS is a measuring system using a tunable diode laser. Recently, it has received much attention in real time measurement system. FIG. 4 is a representative TDLAS-related configuration, and technical matters concerning the TDLAS itself are described in Patent Documents 4, 5 and 6. A detailed description thereof will be omitted.
TDLAS 장비는 대체적으로 레이저빔을 조사하는 레이저부; 측정을 위한 기체가 포집되며 상기 레이저빔이 통과하는 측정 셀; 상기 측정 셀을 통과한 레이저빔이 집광되는 광검출부; 상기 레이저빔을 이용하여 분석을 수행하는 프로세서부;로 구성된다. 본원 발명이 적용되는 배출단의 경우에는 측정을 위한 별도의 측정 셀이 존재하지 않고, 배출단 내의 기체 그대로 측정하게 된다.The TDLAS equipment generally comprises a laser part for irradiating a laser beam; A measurement cell for collecting gas for measurement and through which the laser beam passes; A photodetector unit in which the laser beam passing through the measurement cell is condensed; And a processor unit for performing analysis using the laser beam. In the case of the discharge end to which the present invention is applied, there is no separate measurement cell for measurement, and the measurement is carried out as the gas in the discharge end.
레이저부는 파장가변형 다이오드 레이저(Tunable Diode Laser) 또는 분포 궤환형 레이저(Distributed Feedback laser)일 수 있다. 통상적으로 레이저는 파장이 고정되어 있으나 다이오드 레이저를 사용함으로써 파장을 변조할 수 있으며, 이는 함수 생성기를 통해서 변조가 가능하다.The laser portion may be a tunable diode laser or a distributed feedback laser. Generally, a laser has a fixed wavelength, but a wavelength can be modulated by using a diode laser, which can be modulated by a function generator.
도 5는 본원 발명의 일 실시예에 따른 회절 현상을 사용할 경우 나타나는 에이리 원반에 대한 개략도이다. 에어리 원반은 광학에서 원형의 구경을 통과한 점광이 빛의 회절에 의해서 만들어지는 동심원 형태의 격자무늬를 말한다. 도 5를 참조하면 레이저 광원 앞에 배치된 원형 구멍을 갖는 가림막은 직경 d의 원형 구멍을 갖는다. 상기 원형 구멍을 통과한 레이저광은 회절에 의해서 D 거리만큼 떨어진 면에 에어리 원반을 만들게 된다. 에어리 원반의 가장 중심부는 가장 밝은 빛을 띄며 주변에는 어두워졌다가 다시 밝아지고 다시 어두워지는 격자 형태의 무늬를 생성한다. 이때 중심의 가장 밝은 원으로부터 처음 어두운 띠가 형성되는 원형의 직경 q'는 사용하는 파장 λ(람다)와 관련하여 다음과 같은 식으로 나타난다.FIG. 5 is a schematic view of an Eley disc when using a diffraction phenomenon according to an embodiment of the present invention. FIG. The Airy disc refers to a concentric circular grid pattern in which the luminous flux passing through a circular aperture in the optical is created by diffraction of light. Referring to FIG. 5, the screen having a circular hole disposed in front of the laser light source has a circular hole with a diameter d. The laser beam having passed through the circular hole is diffracted to form an Airy disc on the surface away from the disc by a distance D. [ At the very center of the Airy disc, it produces the lattice-shaped pattern with the brightest light, darkening around it, brightening again and darkening again. At this time, the diameter q 'of the circular shape in which the first dark band is formed from the lightest circle at the center is expressed by the following equation with respect to the wavelength λ (lambda) used.
q'= 1.22 λ D/dq '= 1.22? D / d
통상적으로 녹색 레이저 광선의 파장이 520㎚(10-9m), 배출단에서 길이는 10m, 원형의 구경 d가 0.04㎜(10-3m)일 때 q'는 317.2㎜가 되며, d가 0.16㎜(10-3m)일 때 q'는 39.65㎜가 된다. d의 크기를 크게 하면 직경이 작아지나, 너무 크게 되면 관측할 수 있는 정도의 회절 자체가 발생하지 않을 수 있다. 청색 레이저를 사용할 경우 직경을 더 좁힐 수 있으며, 적색 레이저인 경우에는 더 넓은 직경을 갖게 된다. 배출단과 같은 먼 거리의 측정 환경일 경우 레이저 광원에서 광검출부로 원형 구멍 이용하여 빛을 조사할 경우 광검출부를 중심으로 도 5와 같은 동심원 형태의 격자 무늬의 빛이 생성된다. 만약에 광원과 광검출부가 제대로 정렬이 되어 있다면, 광검출부를 상하좌우로 움직였을 때 또는 광원을 상하좌우로 움직일 경우, 오히려 빛의 강도가 줄어들게 될 것이다.Typically, when the wavelength of the green laser beam is 520 nm (10 -9 m), the length at the discharge end is 10 m and the diameter of the circular aperture d is 0.04 mm (10 -3 m), q 'is 317.2 mm and d is 0.16 ( 10-3 m), q 'becomes 39.65 mm. When the size of d is increased, the diameter becomes smaller, but when it is too large, diffraction may not occur to a degree that can be observed. The diameter of the blue laser can be further narrowed, and the diameter of the red laser becomes wider. In the case of a measurement environment at a long distance such as a discharge end, when a light is irradiated using a circular hole from the laser light source to the photodetector, a concentric grid pattern light as shown in FIG. 5 is generated around the photodetector. If the light source and the light detector are properly aligned, the intensity of the light will be reduced rather than moving the light detector up, down, left, or right, or moving the light source up, down, left, or right.
광원과 광검출부가 제대로 정렬이 되지 않은 상태라면, 광검출부를 상하좌우로 움직이거나 광원을 상하좌우로 움직일 경우, 제대로 정렬이 되는 방향이라면 빛의 세기가 커질 것이며, 제대로 된 정렬에서 더 벗어나는 경우에는 빛의 세기가 작아질 것이다. 이와 같이 본원 발명에 따른 원형 구멍에 의한 정렬 방법은 정렬에 대한 방향성을 부여할 수 있어 빠르게 정위치로 수렴할 수 있는 장점이 있다.If the light source and the light detector are not properly aligned, moving the light detector up, down, left, and right or moving the light source up, down, left, or right will increase the intensity of the light if it is properly aligned, The intensity of light will be reduced. As described above, the alignment method using the circular holes according to the present invention has an advantage in that alignment can be imparted and convergence can be achieved quickly.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 다종가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템은 통상적인 단거리가 아닌 배출단과 같이 내부에 다양한 기체가 존재하고 거리가 먼 경우에도 운용 가능한 시간 범위 내에서 빠르게 정렬할 수 있다는 효과가 있다. 특히 종래의 검출기를 사용하여 정렬하는 방식에 대비하여 우선적으로 넓은 범위에서 정렬에 대한 방향성을 제시함으로써, 초기 단계에 정렬을 위한 레이저 광원의 검색 범위를 쉽게 좁혀주고 이로 인해 정렬에 걸리는 시간을 대폭 단축시킬 수 있다. 또한 본원 방법은 상하좌우 모두에 대한 방향성을 제시할 뿐만 아니라 정렬하고자 하는 범위에 따라서 다양한 크기의 원형 구멍을 교체함으로써, 원하는 시스템에 용이하게 변경 가능하다는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the TDLAS alignment system for simultaneous measurement of multiple gases is capable of quickly aligning within the operable time range even when a variety of gas exists and a distance is long, . In particular, by presenting directionality in alignment over a wide range in preference to alignment using a conventional detector, the search range of the laser light source for alignment at the initial stage is easily narrowed, thereby greatly shortening the alignment time . In addition, the method of the present invention has an advantage in that it can change the desired system by changing circular holes of various sizes according to the range to be aligned as well as providing directionality to all the up, down, left, and right sides.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (7)
상기 레이저부에 광원 앞에 배치되는 원형 구멍을 갖는 가림막; 상기 원형의 구경을 통과한 상기 레이저빔에 의해서 광검출부에 나타나는 동심원 격자무늬의 강도에 따라 상기 레이저부 또는 상기 광검출부의 위치를 이동하는 이동부;를 추가한 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템.
A laser unit for irradiating a laser beam; A measurement unit having a gas for measurement and through which the laser beam passes; A photodetector part in which the laser beam passing through the measurement part is condensed; And a processor unit for performing analysis using the laser beam, the multi-gas simultaneous measurement TDLAS comprising:
A curtain film having a circular hole disposed in front of the light source in the laser portion; And a moving part moving the position of the laser part or the optical detecting part according to the intensity of the concentric circular lattice pattern appearing on the optical detecting part by the laser beam passing through the circular aperture.
상기 원형 구멍의 지름은 1㎛에서 500㎛인 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the circular hole is from 1 占 퐉 to 500 占 퐉.
상기 원형 구멍의 지름을 조절함으로써 상기 동심원 격자무늬의 간격을 조절하는 것인 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the spacing of the concentric gratings is adjusted by adjusting the diameter of the circular holes.
상기 이동부는 상기 격자 무늬의 이동에 따라서 빛의 강도가 커지는 방향으로 이동하는 것인 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the moving unit moves in a direction in which the light intensity increases in accordance with the movement of the grid pattern.
상기 레이저부의 광원을 광원과 광검출부 정렬 할 때는 출력이 더 큰 것으로 교체하는 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 시스템.
The method according to claim 1,
A multi-gas simultaneous TDLAS alignment system in which the output is replaced with a larger one when the light source of the laser section is aligned with the light source and the optical detection section.
1) 상기 레이저부에 광원 앞에 원형 구멍을 갖는 가림막을 배치하는 단계;
2) 상기 레이저부 광원에 의해서 생성되는 격자 무늬의 강도에 따라서 상기 레이저부 또는 상기 광검출부의 위치를 이동하는 단계;를 포함하는 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 방법.
A laser unit for irradiating a laser beam; A measurement unit having a gas for measurement and through which the laser beam passes; A photodetector part in which the laser beam passing through the measurement part is condensed; And a processor for performing analysis using the laser beam, the method comprising:
1) disposing a thin film having a circular hole in front of the light source in the laser part;
2) moving the position of the laser portion or the light detecting portion according to the intensity of the lattice pattern generated by the laser portion light source.
상기 이동하는 단계는 상기 격자 무늬의 이동에 따라서 빛의 강도가 커지는 방향으로 이동하는 것인 다중가스 동시 측정 TDLAS 정렬 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the moving step moves in a direction in which the intensity of the light increases in accordance with the movement of the grating pattern.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170144112A KR102056920B1 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Diffraction Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
| CN201810815609.2A CN109425590B (en) | 2017-08-30 | 2018-07-16 | TDLAS alignment system for simultaneously measuring multiple gases |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170144112A KR102056920B1 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Diffraction Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190048856A true KR20190048856A (en) | 2019-05-09 |
| KR102056920B1 KR102056920B1 (en) | 2020-01-22 |
Family
ID=66546450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170144112A KR102056920B1 (en) | 2017-08-30 | 2017-10-31 | Diffraction Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102056920B1 (en) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4793715A (en) | 1987-08-28 | 1988-12-27 | Westinghouse Electric Corp. | Detector for aligning high power lasers |
| KR970048621A (en) * | 1995-12-29 | 1997-07-29 | 김주용 | Distance measuring device using laser |
| US5727108A (en) | 1996-09-30 | 1998-03-10 | Troy Investments, Inc. | High efficiency compound parabolic concentrators and optical fiber powered spot luminaire |
| KR20040064506A (en) | 2003-01-13 | 2004-07-19 | 한국생산기술연구원 | Measurement system for using diode laser |
| KR100474141B1 (en) * | 2001-07-06 | 2005-03-08 | 전자빔기술센터 주식회사 | Method for aligning apertures of parts using laser and method for aligning parts using the same |
| KR100481433B1 (en) | 2003-10-27 | 2005-04-14 | 한국생산기술연구원 | Semiconductor diode laser photo-analyzing system |
| KR20060124111A (en) | 2005-05-31 | 2006-12-05 | 한국생산기술연구원 | Apparatus for measuring exhaust gas using wavelength modulation spectroscopy |
| KR20070052789A (en) | 2004-09-20 | 2007-05-22 | 전자빔기술센터 주식회사 | Method for aligning micro-apertures of parts using laser difflection patern and system using the same |
| KR20110112086A (en) * | 2010-04-06 | 2011-10-12 | 주식회사 싸이트로닉 | High speed fiber bragg grating sensor measuring instrument with tunable laser |
-
2017
- 2017-10-31 KR KR1020170144112A patent/KR102056920B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4793715A (en) | 1987-08-28 | 1988-12-27 | Westinghouse Electric Corp. | Detector for aligning high power lasers |
| KR970048621A (en) * | 1995-12-29 | 1997-07-29 | 김주용 | Distance measuring device using laser |
| US5727108A (en) | 1996-09-30 | 1998-03-10 | Troy Investments, Inc. | High efficiency compound parabolic concentrators and optical fiber powered spot luminaire |
| KR100474141B1 (en) * | 2001-07-06 | 2005-03-08 | 전자빔기술센터 주식회사 | Method for aligning apertures of parts using laser and method for aligning parts using the same |
| KR20040064506A (en) | 2003-01-13 | 2004-07-19 | 한국생산기술연구원 | Measurement system for using diode laser |
| KR100481433B1 (en) | 2003-10-27 | 2005-04-14 | 한국생산기술연구원 | Semiconductor diode laser photo-analyzing system |
| KR20070052789A (en) | 2004-09-20 | 2007-05-22 | 전자빔기술센터 주식회사 | Method for aligning micro-apertures of parts using laser difflection patern and system using the same |
| KR20090091214A (en) * | 2004-09-20 | 2009-08-26 | 전자빔기술센터 주식회사 | Method for aligning micro-apertures of parts using laser difflection patern and system using the same |
| KR20060124111A (en) | 2005-05-31 | 2006-12-05 | 한국생산기술연구원 | Apparatus for measuring exhaust gas using wavelength modulation spectroscopy |
| KR20110112086A (en) * | 2010-04-06 | 2011-10-12 | 주식회사 싸이트로닉 | High speed fiber bragg grating sensor measuring instrument with tunable laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102056920B1 (en) | 2020-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1768281A (en) | Method and apparatus for the monitoring and control of combustion | |
| CN101010574A (en) | Calibration for spectroscopic analysis | |
| KR102056794B1 (en) | Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas using Micro Optical Passage | |
| CN105122038A (en) | Open path gas detector | |
| KR101493198B1 (en) | Automatic optical alignment device for laser absorption spectroscopy gas analyser | |
| US8610066B2 (en) | Device for radiation absorption measurements and method for calibration thereof | |
| EP1853897A1 (en) | Gas cell using two parabolic concave mirrors and method of producing gas sensor using the same | |
| KR20190048851A (en) | Automatic Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas | |
| CN108955889B (en) | Detector for low-temperature transmission temperature measurement | |
| CN109425590B (en) | TDLAS alignment system for simultaneously measuring multiple gases | |
| KR20190048856A (en) | Diffraction Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas | |
| KR101682112B1 (en) | Combustion gas measurement system with automatic alignment function for beam | |
| US8445850B2 (en) | Optical remote sensing of fugitive releases | |
| EP3244195A1 (en) | Gas analysis system and boiler | |
| KR102029875B1 (en) | Alignment System for TDLAS of Simultaneous Measurement of Multicomponent Gas | |
| CN110736713A (en) | Gas analyzer and gas analyzing method | |
| US9970867B2 (en) | Method of determining the concentration of a gas component and spectrometer therefor | |
| KR101614851B1 (en) | Accuracy measuring device of temperature distribution, and method using it | |
| KR20160114445A (en) | Lidar system | |
| JP7486178B2 (en) | Spectroscopic equipment | |
| WO2019038823A1 (en) | Far-infrared spectroscopic device and far-infrared spectroscopic method | |
| KR102504516B1 (en) | Device for laser absorption spectroscopy analysis | |
| US6509968B1 (en) | Spectroscopic detection | |
| JP6710839B2 (en) | Gas analyzer using laser light and measuring cell used therefor | |
| CN117571560B (en) | Parallelism temperature control calibration method for gas particulate matter particle size sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |