KR20230133468A - 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법 - Google Patents
유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법에 관한 것으로서, 레이저를 발생하는 레이저 발생부, 상기 레이저에 의해 발생하는 플라즈마에서 발생하는 광자를 수집하는 광자 수집부, 상기 광자를 파장에 따라 공간적으로 분산시켜 데이터를 전송하는 스펙트럼 분광기 및 상기 스펙트럼 분광기에서 전송된 상기 데이터를 가공하여 1차원의 스펙트럼 데이터로 변환하는 스펙트럼 분석기를 포함하고, 상기 스펙트럼 데이터를 분석하여 대상체를 정성 및 정량 분석 중 하나 이상을 실시하여 성분 및 밀도 중 하나 이상을 계측하는 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이저 유도 분광 분석법(Laser Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS)은 비 접촉 성분 분석 기법으로 고출력 레이저 빔을 조사하여 초점에서 방전현상과 같은 밝은 빛이 방출하는 플라즈마(plasma)를 형성하여 발출하는 빛을 이용하는 분광 분석 기술이다. 레이저에 의해 발생한 플라즈마는 플라즈마 속에서 시료는 증기화 되어 원자화 및 이온화되고, 흡수된 에너지에 의해 원자 및 이온은 여기상태로 존재한다. 여기상태의 원자 및 이온은 일정 시간이 지나면 에너지를 방출하여 다시 바닥상태(ground state)로 돌아가는데 이때 방출되는 에너지는 원소의 종류 및 여기상태에 따라 고유의 파장을 방출한다. 플라즈마로부터 방출되는 빛을 집광하여 원소의 고유의 스펙트럼을 식별하여 정성 및 정량적 분석이 가능하고, 대상 물질의 특성을 파악할 수 있다.
기존의 이상 유체의 기포의 성분 및 밀도의 측정은 정지해 있는 기포의 기체를 채취하거나 이상 상태 유체를 기체와 액체로 분리하여 기체의 성분 분석을 실시하였다. 하지만, 기체를 채취 및 분리하는 과정에서 기체의 밀도가 변화하고, 기포가 정지하며 사라지면서 기포 내의 기체 특성을 측정의 어려움에 대한 문제가 있다.
본 발명의 목적은 유동 유체에 발생하는 기포의 정성 및 정량 분석을 실시간으로 실시하여 기포 내 기체의 성분 및 밀도를 측정하는 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적은 유동 유체에 발생하는 기포의 정성 및 정량 분석을 실시간으로 실시하여 기포 내 기체의 성분 및 밀도를 측정하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적은 유동 유체에 발생하는 기포의 정성 및 정량 분석을 실시간으로 실시하여 기포 내 기체의 성분 및 밀도를 측정하는 것에 있다.
본 발명의 목적은 유동 유체에 발생하는 기포의 정성 및 정량 분석을 실시간으로 실시하여 기포의 발생 원인을 알아내는 것에 있다.
본 발명의 목적은 실시간으로 유동 유체를 검사하여 기체 누출 탐지 및 기포의 발생을 제어하는 것에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치는, 레이저를 발생하는 레이저 발생부; 상기 레이저에 의해 발생하는 플라즈마에서 발생하는 광자를 수집하는 광자수집부; 상기 광자를 파장에 따라 공간적으로 분산시켜 데이터를 전송하는 스펙트럼 분광기; 및 상기 스펙트럼 분광기에서 전송된 상기 데이터를 가공하여 1차원의 스펙트럼 데이터로 변환하는 스펙트럼 분석기;를 포함하고,
상기 스펙트럼 데이터를 분석하여 대상체를 정성 및 정량 분석 중 하나 이상을 실시하여 성분 및 밀도 중 하나 이상을 계측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 빛의 일부대역을 선별적으로 반사 또는 투과시키는 이색거울(DM, Dichroic Mirror);을 포함하고,
상기 이색거울은, 상기 레이저는 투과되고 상기 플라즈마에서 발생하는 상기 광자는 반사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광자 수집부는 상기 플라즈마 발광 중 상기 이색거울에서 반사되는 상기 광자를 수집하는 수집 렌즈(Collecting Lens)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스펙트럼 분광기는 파장에 따라 공간적으로 분산된 빛을 촬영하는 카메라(Intensified Camera);를 포함하고,
상기 데이터는, 상기 카메라에 의해 촬영되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 발생장치에서 발생된 상기 레이저를 상기 대상체에 집광 시키는 집광 렌즈(Focusing Lens);를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 대상체는 유동 유체 및 상기 유동 유체 내 기포 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 대상체가 유동하는 관에는 상기 레이저가 투과 가능한 개구부 또는 윈도우;가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법은 레이저 발생기에서 레이저를 발생하여 대상체에 조사하는 제1 단계; 상기 레이저 조사에 의해 상기 대상체에서 플라즈마가 발생하는 제2 단계; 상기 플라즈마에서 발생하는 광자를 광자 수집부에서 수집하는 제3 단계; 수집된 상기 광자를 파장에 따라 분광하여 스펙트럼 데이터로 변환하는 제4 단계; 및 상기 스펙트럼 데이터를 분석하여 정성 및 정량 분석하여 상기 대상체의 성분 및 밀도를 추정하는 제5 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 단계는 집광 렌즈에 의해 상기 대상체에 집광되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스펙트럼 데이터는 분광 된 상기 광자를 카메라로 촬영하여 스펙트럼 분석기를 통해 1차원의 데이터로 변환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 대상체는 유동 유체 및 상기 유동 유체 내 기포 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동 유체 내에 존재하는 기포의 성분에 대하여 정성 및 정량 분석을 실시간으로 실시하여 유동 유체 내 기포에 포함된 기체의 성분 및 밀도를 계측할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동 유체 내에 존재하는 기포의 성분에 대하여 정성 및 정량 분석을 실시간으로 실시하여 유동 유체 내 기포에 포함된 기체의 성분 및 밀도를 계측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동 유체 내에 존재하는 기포의 성분을 정성 및 정량 분석하여 기포의 성분 및 밀도를 계측하여 기포의 발생 원인을 유추할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동 유체에 기체 누출 탐지, 용존 기체 성분 검출, 감압에 따른 기화 등을 측정하여 기포의 발생여부를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동 유체 내에 존재하는 기포의 성분에 대하여 정성 및 정량 분석을 실시간으로 실시하여 계측된 성분 및 밀도에 대하여 신뢰도가 상승할 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치를 도시하는 계략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치를 도시하는 계략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치를 도시하는 계략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분 야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 레이저를 이용해 유동 유체 또는 유동 유체에 포함된 기포에 플라즈마를 발생시켜 광자를 분석하여 정성 및 정량 분석하는 장치 및 방법에 대해 집중하여 서술하고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법을 통해서 실시간으로 유동 유체 내 기포의 성분에 대하여 정성 및 정량 분석을 수행할 수 있다. 이하에서는 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법을 설명하기로 한다. 즉, 유동 유체 내 기포의 실시간 성분 분석 장치를 채용하여 레이저 유도 플라즈마 분광 분석법(Laser Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS)에 의해 유동 유체 내 기포에 대하여 실시간으로 성분의 정성 및 정량 분석을 실시할 수 있다.
레이저(Laser)란 복사 유도 방출을 통한 광증폭(Light Amplification by Simulated Emission of Radiation)의 머릿 글자를 딴것으로 일반적으로 원자 나 분자가 외부에서 에너지를 받으면 빛을 방사하고, 방사된 빛은 다른 원자와 충돌하여 빛으로 방사되어 빛이 증폭되어 방출된 빛을 의미한다.
레이저 유도 플라즈마 분광 분석법은 높은 에너지의 레이저를 시료에 집속 시켜 방전 현상과 비슷한 에너지에 의해 생성되는 플라즈마를 발생하여 플라즈마에서 발생하는 광자를 분석하여 원소에 대하여 정성 및 정량 분석하는 분석법이다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치는, 레이저 집광 및 광자 수집에 필요한 시간은 수에서 수백 나노초에 불과하여 유동 유체가 포함되는 공정 및 장치 등에 포함되어 실시간 계측할 수 있음은 물론이다.
전술한 바와 같이, 종래의 계측 장치의 경우에 기체를 채취 및 분리하는 과정에서 기체의 밀도가 변화하고, 기포가 정지하며 사라지면서 기포 내의 기체 특성을 측정하여 신뢰성에 대한 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 하기에서 설명하는 바와 같이, 레이저 유도 플라즈마 분광 분석법으로 실시간으로 계측함으로써, 유동 유체 내 기포에 포함된 기체의 성분을 정성 및 정량 분석하여, 기포의 특성의 측정에 있어 신뢰도가 상승할 수 있고, 발생원인을 파악하는데 용이할 수 있다.
도 1 내지 2는 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치의 개략적인 계략도다.
도 1 내지 2를 따르면, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치는 레이저를 발생하는 레이저 발생부(10), 상기 레이저(L)에 의해 발생하는 플라즈마(P)에서 발생하는 광자를 수집하는 광자 수집부(60), 광자를 파장에 따라 공간적으로 분산시켜 데이터를 전송하는 스펙트럼 분광기(20) 및 스펙트럼 분광기에서 전송된 데이터를 가공하여 1차원의 스펙트럼 데이터로 변환하는 스펙트럼 분석기(30)를 포함할 수 있고, 스펙트럼 데이터를 분석하여 대상체를 정성 및 정량 분석 중 하나 이상을 실시하여 대상체의 성분 및 밀도 중 하나 이상을 계측할 수 있다.
대상체는 유동 유체(LQ) 또는 유동 유체(LQ) 내 포함된 기포(100)일 수 있다. 레이저 유도 플라즈마 분광 분석법에 의해 유동 유체(LQ) 또는 유동 유체(LQ) 내 포함된 기포(100)의 성분을 정성 및 정량 분석하여 성분 및 밀도를 실시간으로 계측할 수 있다. 유동 유체(LQ) 또는 유동 유체(LQ) 내 포함된 기포(100)의 성분을 정성 및 정량 분석하여 성분 및 밀도를 실시간으로 계측하여 유동 유체(LQ)가 포함되는 장치 또는 수중에서 사용되는 기계 등의 기포(100) 발생 원인을 파악할 수 있고, 그에 따라 장치의 효율, 수명 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 대상체는 관, 튜브 등의 밀폐된 유로에서 유동할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 레이저(L) 및 광자가 투과될 수 없는 밀폐된 유로에 유동하는 대상체에 레이저(L)를 조사하기 위해 필요에 따라 개구부 또는 윈도우(80)가 포함될 수 있다. 밀폐된 유로에 개구부 또는 윈도우(80)가 구비되어 대상체에 레이저(L)가 조사될 수 있고, 그에 따라 실시간으로 대상체를 정성 및 정량 분석하여 대상체의 성분 및 밀도 등을 계측할 수 있다.
유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치는 레이저(L)를 발생하는 레이저 발생부(10)를 포함할 수 있다. 레이저 발생부(10)에서 레이저(L)가 발생하여 대상체에 조사될 수 있다. 바람직하게는 레이저 발생부(10)는 펄스 레이저(Pulsed Laser)가 발생할 수 있고, 펄스 레이저의 펄스 폭은 수 ns(nanosecond), 펄스 당 수십 ~ 수백 mJ 출력의 펄스 레이저를 발생할 수 있다. 펄스 레이저는 펄스(Pulse)의 폭이 극단적으로 짧은 레이저를 의미하고, 주로 짧은 시간 동안 보다 큰 출력이 필요할 때 사용될 수 있다. 펄스 레이저에 의해 집광 및 광자 수집에 수백 ns의 시간에 측정할 수 있고, 그에 따라 유동 유체의 유동에도 대상체를 정성 및 정량 분석할 수 있다.
레이저 발생부(10)에서 발생한 레이저(10)는 대상체에 조사될 수 있고, 레이저(L)가 대상체에 조사되어 플라즈마(P)가 발생할 수 있다. 레이저(L)에 의해 발생된 플라즈마(P)는 광자가 발생할 수 있고, 플라즈마(P)에서 발생한 광자를 수집 및 분석하여 대상체에 대해 정성 및 정량 분석하여 성분 및 밀도를 계측할 수 있다.
레이저 발생부(10)에서 발생한 레이저(L)를 대상체에 조사하기 위해 집광 렌즈(Focusing Lens, 50)가 포함될 수 있다. 집광 렌즈(50)는 대상체에 초점이 집중되어 레이저(L)를 집광 시킬 수 있고, 집광 렌즈(50)에 의해 대상체에 레이저(L)가 조사되어 플라즈마(P)가 발생할 수 있다. 집광 렌즈(50)는 레이저 발생부(10)에서 발생하는 레이저(L) 빔의 경로에 위치될 수 있다.
유동 유체 내 기포의 실시간 성분 분석 장치는 이색 거울(Dichroic Mirror, 40)을 포함할 수 있다. 이색 거울(40)은 빛을 투과 또는 반사시키는 거울로서, 특정 파장 범위의 빛은 투과되고 특정 파장 범위의 빛은 반사할 수 있다. 레이저 발생부(10)에서 발생한 레이저(L)는 이색 거울(40)을 투과하여 대상체에 조사될 수 있고, 플라즈마(P)에서 발생한 광자는 이색 거울(40)에 의해 일측으로 반사되어 스펙트럼 분광기(20)에 수집될 수 있다. 이색 거울(40)은 레이저 발생부(10)에서 발생하는 레이저(L) 빔의 경로와 대상체 사이에 위치될 수 있다. 레이저(L) 빔의 경로와 대상체 사이에 이색 거울(40)이 위치하여 레이저(L)는 투과되고 플라즈마(P)에서 발생한 광자는 일측으로 반사시킬 수 있다.
이색 거울(40)에 의해 반사되는 광자를 모으기 위해 광자 수집부(60)가 포함될 수 있다. 광자 수집부(60)는 수집 렌즈(Collecting Lens)로 형성될 수 있고, 광자 수집부(60)는 이색 거울(40)에 의해 반사된 광자를 모아 스펙트럼 분광기(20)에 유입시킬 수 있다. 광자 수집부(60)는 플라즈마(P)에서 발생한 광자가 이색 거울(40)에서 반사되는 경로에 이색 거울(40)과 스펙트럼 분광기(20) 사이에 위치될 수 있다. 이색 거울(40)과 스펙트럼 분광기(30) 사이에 위치되어 이색 거울(40)에서 반사되는 광자를 수집하여 스펙트럼 분광기(20)에 수집된 광자를 유입시킬 수 있다.
스펙트럼 분광기(20)는 광자 수집부(60)에 의해 유입된 광자를 파장에 따라 분광 시킬 수 있다. 스펙트럼 분광기(20)에 의해 파장에 따라 분광 될 수 있고, 분광 된 광자를 정성 및 정량 분석하여 대상체의 성분 및 밀도를 계측할 수 있다.
스펙트럼 분광기(20)는 분광 된 광자를 데이터로 형성하기 위해 카메라(70)가 포함될 수 있다. 예를 들어, 카메라(70)는 광증폭 카메라(Intensified CCD Camera)로 구성될 수 있다. 광증폭 카메라는 스펙트럼 분광기(20)에 결합되어 스펙트럼 분광기(20)를 통과해 입사하는 광학적 신호의 크기를 증폭하여 다양한 파장의 빛을 관찰 및 촬영할 수 있다. 카메라(70)는 스펙트럼 분광기(20)에 의해 파장별로 분광 된 광자를 촬영할 수 있고, 분광 된 광자가 촬영된 데이터는 스펙트럼 분석기(30)에 전송될 수 있다.
스펙트럼 분석기(30)는 카메라(70)에서 전송된 데이터를 1차원의 스펙트럼 데이터로 변환할 수 있다. 스펙트럼 분석기(30)는 카메라(70)에서 전송된 데이터를 1차원의 스펙트럼 데이터로 변환할 수 있고, 1차원의 스펙트럼 데이터를 정성 및 정량 분석하여 대상체의 성분 및 밀도를 계측할 수 있다. 스펙트럼 데이터는 플라즈마(P)를 이루는 물질과 그 상태에 따라 달라질 수 있고, 이를 분석하여 대상체를 이루는 물질의 성분 및 밀도를 계측할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마(P) 발광의 신호 강도에 따라 유동 유체(LQ) 내에 기포(100)의 형성 유무를 추측할 수 있다. 유동 유체(LQ) 내에 기포(100)가 발생하지 않는 경우 기포(100) 내부 곡면에서 반사되는 플라즈마(P) 광자가 존재하지 않으므로 그에 따라 플라즈마(P)의 발광의 신호 강도가 약하게 되돌아올 수 있고, 플라즈마(P) 발광의 신호 강도에 만으로도 유동 유체(LQ) 내에 기포(100)의 발생 여부를 추정할 수 있다.
유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치에 의해 대상체에 나노초 펄스 레이저를 집광하여 대상체 내부에 플라스마를 만들 수 있고, 플라스마에서 발생하는 광자정보를 수집할 수 있다. 수집된 광자의 스펙트럼 분석을 통하여 기포 내 기체의 밀도와 성분을 정량적으로 계측할 수 있다. 또한, 레이저 집광 및 광자 수집에 필요한 시간은 수백 ns 이내에 불과하여, 기포의 모양이 변화하고 기포가 유동 내에서 빠르게 이동하여도 정지상태의 기포 내부를 측정하는 것과 동일하게 측정할 수 있다. 집광되는 레이저가 유동 유체 내로 들어가는 동일한 경로로 플라즈마 발생 광자를 수집하도록 하여 최소 크기의 단일 광학창을 설치하는 것만으로 계측을 수행할 수 있다.
도 3은 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법의 흐름도이다.
도 3을 따른 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법은, 레이저 발생기(10)에서 레이저(L)를 발생하여 대상체에 조사하는 제1 단계(S100), 레이저 조사에 의해 대상체에서 플라즈마(P)가 발생하는 제2 단계(S200), 플라즈마(P)에서 발생하는 광자를 광자 수집부(60)에서 수집하는 제3 단계(S300), 수집된 광자를 파장에 따라 분광하여 스펙트럼 데이터로 변환하는 제4 단계(S400) 및 스펙트럼 데이터를 분석하여 정성 및 정량 분석하여 대상체의 성분 및 밀도를 추정하는 제5 단계(S500)를 포함할 수 있다.
제1 단계(S100)는 레이저 발생기(10)에서 발생한 레이저(L)를 대상체에 조사할 수 있다. 레이저 발생기(10)에서 발생한 레이저(L)는 대상체에 조사할 수 있고, 대상체에 레이저(L)를 조사하기 위해 집광 렌즈(50)에 의해 대상체에 집광되는 단계를 더 포함할 수 있다. 집광 렌즈(50)에 의해 레이저(L)가 대상체에 집광되는 단계를 더 포함하여 레이저(L)가 용이하게 대상체에 집광 될 수 있다. 집광 렌즈(50)는 레이저 발생부(10)에서 발생하는 레이저(L) 빔의 경로에 위치될 수 있다.
제2 단계(S200)는 레이저(L) 조사에 의해 대상체에서 플라즈마(P)가 발생할 수 있다. 대상체에 레이저(L)가 조사되어 방전현상(Breakdown)과 같은 빛을 방출하는 플라즈마(P)가 형성될 수 있다.
제3 단계(S300)는 플라즈마(P)에서 발생하는 광자를 광자 수집부(60)에서 수집할 수 있다. 대상체에 레이저(L)가 조사되어 플라즈마(P)가 발생할 수 있고, 플라즈마(P)에서는 전 방향으로 발광하는 광자가 발생할 수 있다. 플라스마(P)의 발광 진행 방향은 모든 방향을 향해 퍼져 나갈 수 있고, 기포(100) 내부 곡면에서 반사되는 플라즈마(P) 광자와 레이저(L) 조사 방향으로 되돌아오는 발생 광자를 동시에 포집하여 높은 신호 세기 및 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 플라즈마(P)에서 발생한 광자는 이색 거울에 의해 일측으로 반사될 수 있고, 이색 거울(40)에 의해 일측으로 반사된 광자는 광자 수집부(60)에 의해 수집되어 스펙트럼 분광기(20)에 유입될 수 있다.
다음으로, 제4 단계(S400)는 수집된 광자를 파장에 따라 분광하여 스펙트럼 데이터로 변환할 수 있다. 광자 수집부(60)에서 수집된 광자는 스펙트럼 분광기(20)에서 빛의 파장에 따라 공간적으로 분광 시킬 수 있고, 분광 된 광자를 카메라(70)로 데이터화 하여 스펙트럼 분석기(30)에 전송할 수 있다. 카메라(70)에 의해 촬영된 데이터는 스펙트럼 분석기(30)에서 1차원의 스펙트럼 데이터로 변환될 수 있다.
마지막으로 제5 단계(S500)는 스펙트럼 데이터를 분석하여 정성 및 정량 분석하여 대상체의 성분 및 밀도를 추정할 수 있다. 스펙트럼 분석기(30)에서 1차원 스펙트럼 데이터로 변환된 데이터를 정성 및 정량 분석하여 대상체의 성분 및 밀도 등을 계측할 수 있다.
레이저(L)가 조사되어 정성 및 정량 분석하는 대상체는 유동 유체(LQ) 및 유동 유체(L) 내 포함되는 기포(100) 중 하나일 수 있다. 유동 유체(LQ) 내 기포(100)의 실시간 정성 및 정량 분석 방법에 의해 유동 유체(LQ) 및 유동 유체(LQ) 내 포함되는 기포(100)를 정성 및 정량 분석하여 성분 및 밀도를 실시간 계측할 수 있고, 기포(100)의 성분 및 밀도에 계측에 의해 기체의 누출, 기포(100)의 발생, 기포(10)의 발생 원인을 실시간으로 검출할 수 있다. 기체의 누출, 기포(100) 발생 원인을 파악하여 회전 기계, 고압 기체를 사용하는 다양한 장치의 효율, 수명, 안정성 등이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
10: 레이저 발생부
20: 스펙트럼 분광기
30: 스펙트럼 분석기
40: 이색 거울
50: 집광 렌즈
60: 광자 수집부
70: 카메라
80: 윈도우
100: 기포
P: 플라즈마
L: 레이저
LQ: 유체
20: 스펙트럼 분광기
30: 스펙트럼 분석기
40: 이색 거울
50: 집광 렌즈
60: 광자 수집부
70: 카메라
80: 윈도우
100: 기포
P: 플라즈마
L: 레이저
LQ: 유체
Claims (11)
- 레이저를 발생하는 레이저 발생부;
상기 레이저에 의해 발생하는 플라즈마에서 발생하는 광자를 수집하는 광자 수집부;
상기 광자를 파장에 따라 공간적으로 분산시켜 데이터를 전송하는 스펙트럼 분광기; 및
상기 스펙트럼 분광기에서 전송된 상기 데이터를 가공하여 1차원의 스펙트럼 데이터로 변환하는 스펙트럼 분석기;를 포함하고,
상기 스펙트럼 데이터를 분석하여 대상체를 정성 및 정량 분석 중 하나 이상을 실시하여 성분 및 밀도 중 하나 이상을 계측하는, 실시간 계측하는, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
빛의 일부대역을 선별적으로 반사 또는 투과시키는 이색거울(DM, Dichroic Mirror);을 포함하고,
상기 이색거울은
상기 레이저는 투과되고 상기 플라즈마에서 발생하는 상기 광자는 반사하는, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광자 수집부는,
상기 플라즈마 발광 중 상기 이색거울에서 반사되는 상기 광자를 수집하는 수집 렌즈(Collecting Lens);를 포함하는, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 분광기는,
파장에 따라 공간적으로 분산된 빛을 촬영하는 카메라;를 포함하고,
상기 데이터는,
상기 카메라에 의해 촬영되어 형성된, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 발생장치에서 발생된 상기 레이저를 상기 대상체에 집광 시키는 집광 렌즈(Focusing Lens);를 포함하는, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 대상체는,
유동 유체 및 상기 유동 유체 내 기포 중 하나인, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 대상체가 유동하는 관에는 상기 레이저가 투과 가능한 개구부 또는 윈도우;가 포함되는, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치.
- 레이저 발생기에서 레이저를 발생하여 대상체에 조사하는 제1 단계;
상기 레이저 조사에 의해 상기 대상체에서 플라즈마가 발생하는 제2 단계;
상기 플라즈마에서 발생하는 광자를 광자 수집부에서 수집하는 제3 단계;
수집된 상기 광자를 파장에 따라 분광하여 스펙트럼 데이터로 변환하는 제4 단계; 및
상기 스펙트럼 데이터를 분석하여 정성 및 정량 분석하여 상기 대상체의 성분 및 밀도를 추정하는 제5 단계;를 포함하는, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제1 단계는,
집광 렌즈에 의해 상기 대상체에 집광되는 단계;를 더 포함하는, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 스펙트럼 데이터는,
분광 된 상기 광자를 카메라로 촬영하여 스펙트럼 분석기를 통해 1차원의 데이터로 변환되는, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 대상체는,
유동 유체 및 상기 유동 유체 내 기포 중 하나 인, 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220030506A KR20230133468A (ko) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | 유동 유체 내 기포의 실시간 정성 및 정량 분석 장치 및 방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20230133468A true KR20230133468A (ko) | 2023-09-19 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20230133468A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102191518B1 (ko) | 2018-11-06 | 2020-12-16 | 한국원자력연구원 | 액체시료용 레이저 유도 플라즈마 분광장치 |
-
2022
- 2022-03-11 KR KR1020220030506A patent/KR20230133468A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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