KR20240052242A - Method and apparatus for measuring concentration of gas by generating exponential decay of cavity - Google Patents
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Abstract
레이저를 이용하여 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 방법에 있어서, 공동(空洞)에 광을 입사하기 위하여 상기 공동의 입구에 위치하는 셔터를 여는 단계, 상기 공동에 입사된 광이 상기 공동의 내부에 위치하는 적어도 둘의 반사경들 사이에서 반사되는 단계; 상기 반사경들 사이에서 반사되는 광 신호에 대해 기설정된 공진 상태가 발생하는지 여부를 측정하는 단계; 상기 기설정된 공진 상태가 측정된 경우, 상기 반사경들 중 어느 하나의 반사경의 위치를 고정하는 단계; 상기 공동으로부터 출력되는 광 신호를 포토다이오드(photodiode)에 입사되는 신호의 광 세기를 측정하는 단계; 및 상기 공동으로부터 출력되는 광 신호에 기초하여 상기 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 광 세기를 측정하는 단계는, 상기 측정된 광 세기가 상승 기준값보다 큰지 여부를 식별하는 제 1 식별 단계, 상기 제 1 식별 단계의 결과에 기반하여 데이터를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.A method for measuring the concentration value of a target gas using a laser, comprising the steps of opening a shutter located at the entrance of the cavity to allow light to enter the cavity, and allowing the light incident on the cavity to enter the cavity. Reflecting between at least two reflectors located inside; measuring whether a preset resonance state occurs with respect to the optical signal reflected between the reflectors; When the preset resonance state is measured, fixing the position of one of the reflectors; measuring the optical intensity of the optical signal output from the cavity and incident on a photodiode; and measuring a concentration value for the target gas based on the optical signal output from the cavity, wherein the step of measuring the light intensity includes identifying whether the measured light intensity is greater than an elevation reference value. It may include: 1 identification step, and storing data based on the results of the first identification step.
Description
본 발명은 농도 값을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 공동(空洞)으로부터 출사되는 광의 세기를 실시간으로 비교하여 광 감쇠가 동일한 광의 세기에서 시작하게 만들어서 출사되는 광의 지수 함수 감쇠 시간을 정확하게 측정 할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method and device for measuring concentration values. More specifically, the present invention relates to a method and device for measuring concentration values. More specifically, the intensity of light emitted from a cavity is compared in real time to cause light attenuation to start at the same intensity of light, thereby creating an exponential decay time of the emitted light. It is about technology that can measure accurately.
기체의 농도를 측정하기 위한 대표적인 기술로서 레이저 분광 분석기술이 있다. 비대칭 분자 결합이 있는 기체들은 쌍극자 모멘트가 변화하는 특성이 있다. 레이저 분광 분석 기술은 쌍극자 모멘트 변화에 대응하는 고유의 파장에서 흡수되는 특성이 있는 기체를 밀폐된 공간에 주입하고 기체에 흡수되는 파장의 레이저를 입사시켜 흡광량을 측정하여 기체의 농도를 환산하는 방법이다. A representative technology for measuring gas concentration is laser spectroscopic analysis technology. Gases with asymmetric molecular bonds have the characteristic of changing dipole moment. Laser spectroscopic analysis technology is a method of injecting gas that has the characteristic of being absorbed at a unique wavelength corresponding to changes in dipole moment into a closed space and measuring the amount of light absorption by injecting a laser with a wavelength that is absorbed into the gas and converting the concentration of the gas. am.
레이저 분광 분석 기술은 광경로가 수 센티미터 내지 수 미터로 광경로 길이에 비례하여 측정 감도가 향상 되고 수백 ppb에서 수천 ppm의 기체농도를 측정할 수 있다.Laser spectroscopic analysis technology has an optical path of several centimeters to several meters, and measurement sensitivity is improved in proportion to the optical path length, and can measure gas concentrations from hundreds of ppb to thousands of ppm.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 공동(空洞)으로부터 출사되는 광의 세기를 실시간으로 비교하여 광 감쇠가 동일한 광의 세기에서 시작하게 하는 방법 및 장체를 제공한다. Based on the above-described discussion, the present disclosure provides a method and device for comparing the intensity of light emitted from a cavity in real time so that light attenuation starts at the same intensity of light.
본 개시의 일 실시예들에 따르면, 레이저를 이용하여 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 방법은 공동(空洞)에 광을 입사하기 위하여 상기 공동의 입구에 위치하는 셔터를 여는 단계; 상기 공동에 입사된 광이 상기 공동의 내부에 위치하는 적어도 둘의 반사경들 사이에서 반사되는 단계; 상기 반사경들 사이에서 반사되는 광 신호에 대해 기설정된 공진 상태가 발생하는지 여부를 측정하는 단계; 상기 기설정된 공진 상태가 측정된 경우, 상기 반사경들 중 어느 하나의 반사경의 위치를 고정하는 단계; 상기 공동으로부터 출력되는 광 신호를 포토다이오드(photodiode)에 입사되는 신호의 광 세기를 측정하는 단계; 및 상기 공동으로부터 출력되는 광 신호에 기초하여 상기 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 광 세기를 측정하는 단계는, 상기 측정된 광 세기가 상승 기준값보다 큰지 여부를 식별하는 제 1 식별 단계, 상기 제 1 식별 단계의 결과에 기반하여 데이터를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, a method for measuring the concentration value of a target gas using a laser includes the steps of opening a shutter located at the entrance of the cavity to allow light to enter the cavity; reflecting light incident on the cavity between at least two reflectors located inside the cavity; measuring whether a preset resonance state occurs with respect to the optical signal reflected between the reflectors; When the preset resonance state is measured, fixing the position of one of the reflectors; measuring the optical intensity of the optical signal output from the cavity and incident on a photodiode; and measuring a concentration value for the target gas based on the optical signal output from the cavity, wherein the step of measuring the light intensity includes identifying whether the measured light intensity is greater than an elevation reference value. It may include: 1 identification step, and storing data based on the results of the first identification step.
본 개시의 다른 실시예들에 따르면, 레이저를 이용하여 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 장치는 공동에 광을 입사하기 위하여 상기 공동의 입구에 위치하는 셔터를 여는 셔터 제어부; 레이저 다이오드로부터 방출되는 광 신호가 입사되는 상기 공동; 상기 공동의 내부에 위치하고, 상기 입사된 광 신호가 반사되는 적어도 둘의 반사경; 상기 반사경들 사이에서 반사된 광 신호에 대해 기설정된 공진 상태가 발생하는지 여부를 측정하는 공진 상태 측정부; 상기 기설정된 공진 상태가 측정된 경우, 상기 반사경들 중 어느 하나의 반사경의 위치를 고정하는 이동 부재; 상기 공동으로부터 출력되는 광신호를 포토다이오드(phtodiode)에 입사되는 신호의 광 세기를 측정하는 광량측정비교부; 및 상기 공동로부터 출력되는 광 신호에 기초하여 상기 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하는 농도 측정부를 포함하고, 상기 광량측정비교부는, 포토다이오드에 입사되는 신호의 광 세기를 측정하기 위하여, 상기 측정된 광 세기가 상승 기준값보다 큰지 여부를 식별하고, 상기 식별의 결과에 기반하여 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.According to other embodiments of the present disclosure, an apparatus for measuring the concentration value of a target gas using a laser includes a shutter control unit that opens a shutter located at the entrance of the cavity to allow light to enter the cavity; The cavity into which an optical signal emitted from a laser diode is incident; at least two reflectors located inside the cavity and through which the incident optical signal is reflected; a resonance state measurement unit that measures whether a preset resonance state occurs in the optical signal reflected between the reflectors; a moving member that fixes the position of one of the reflectors when the preset resonance state is measured; a light quantity measurement comparison unit that measures the light intensity of the light signal output from the cavity and incident on a photodiode; and a concentration measuring unit that measures a concentration value for the target gas based on the optical signal output from the cavity, wherein the light quantity measurement comparison unit measures the light intensity of the signal incident on the photodiode. It may be configured to identify whether the light intensity is greater than the rising reference value and store data based on the result of the identification.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 장치 및 방법은, 공동(空洞)에 파장이 미세 조정되고 있는 레이저를 입사시켜 연속적으로 공진 상태를 만들고, 공동(空洞)으로부터 출사되는 광의 세기를 실시간으로 비교하여 광 감쇠가 동일한 광의 세기에서 시작하게 만들어서 출사되는 광의 지수 함수 감쇠 시간을 정확하게 측정 할 수 있게 한다. 측정된 지수 함수 감쇠 시간을 환산하여 정확한 기체의 농도를 측정 할 수 있게 한다. The apparatus and method according to various embodiments of the present disclosure continuously create a resonance state by irradiating a laser whose wavelength is finely adjusted into a cavity, and compare the intensity of light emitted from the cavity in real time. By making the light attenuation start at the same light intensity, it is possible to accurately measure the exponential decay time of the emitted light. By converting the measured exponential decay time, the exact gas concentration can be measured.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects that can be obtained from the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 고유 파장 흡광을 이용한 대상 기체의 농도를 측정하는 장치의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 공동감쇠분광기를 이용한 대상 기체의 농도를 측정하는 방법의 일 예를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 공동감쇠분광기를 이용한 대상 기체의 농도를 측정하기 위한 방법의 원리를 설명하기 위한 그래프를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 대상 기체의 농도를 측정하기 위한 장치의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 공동 감쇠 현상을 설명하는 개념도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 공동에서 공진이 발생하는 경우를 설명하는 그래프를 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 기존 광감쇠 데이터에 대한 그래프를 도시한다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 본 발명의 광감쇠 데이터에 대한 그래프를 도시한다.Figure 1 shows an example of a device for measuring the concentration of a target gas using intrinsic wavelength absorption according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 shows an example of a method for measuring the concentration of a target gas using a cavity attenuation spectrometer according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 3 shows a graph to explain the principle of a method for measuring the concentration of a target gas using a cavity attenuation spectrometer according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 4 shows a block diagram of a device for measuring the concentration of a target gas according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 5 shows a flowchart of an operation method for measuring the concentration value of a target gas according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 6 shows a flowchart of an operation method for measuring the concentration value of a target gas according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 7 shows a conceptual diagram explaining the cavity attenuation phenomenon according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 8 shows a graph explaining a case where resonance occurs in a cavity according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 9 shows a graph of existing light attenuation data according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 10 shows a graph of light attenuation data of the present invention according to an embodiment of the present disclosure.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it does not exclude other components, but may further include other components, unless specifically stated to the contrary, and one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.In this specification, 'part' includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both. Additionally, one unit may be realized using two or more pieces of hardware, and two or more units may be realized using one piece of hardware.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.In this specification, some of the operations or functions described as being performed by a terminal or device may instead be performed on a server connected to the terminal or device. Likewise, some of the operations or functions described as being performed by the server may also be performed on a terminal or device connected to the server.
대상 기체의 농도를 측정하기 위하여 사용되는 대표적인 방법은 도 1에 도시된 고유 파장 흡광을 이용한 레이저 분광 분석 기술이다.A representative method used to measure the concentration of a target gas is a laser spectroscopic analysis technique using intrinsic wavelength absorption shown in FIG. 1.
레이저 분광 분석 기술은 쌍극자 모멘트 변화에 대응하는 고유의 파장에서 흡수되는 특성이 있는 기체를 밀폐된 공간에 주입하고 기체에 흡수되는 파장의 레이저를 입사시켜 흡광량을 측정하여 기체의 농도를 환산하는 방법일 수 있다. Laser spectroscopic analysis technology is a method of injecting gas that has the characteristic of being absorbed at a unique wavelength corresponding to changes in dipole moment into a closed space and measuring the amount of light absorption by injecting a laser with a wavelength that is absorbed into the gas and converting the concentration of the gas. It can be.
이러한 레이저 분광 분석 기술은 Beer-Lambert 원리를 이용한 것이다.This laser spectroscopic analysis technology uses the Beer-Lambert principle.
Beer-Lambert의 원리는 측정 대상 물질이 지나가는 광량의 전후 신호 관계를 정의한 것으로서, 측정 대상 물질이 지나가는 길이가 길면 광량이 줄어들고, 대상 기체의 농도가 높으면 광량이 줄어들고, 대상 기체의 흡수도가 높으면 광량이 줄어드는 원리를 이용한 것이다.The Beer-Lambert principle defines the signal relationship before and after the amount of light passing through the material to be measured. If the length of time the material to be measured is long, the amount of light decreases. If the concentration of the target gas is high, the amount of light decreases. If the absorption of the target gas is high, the amount of light decreases. This decreases principle is used.
이를 수식으로 표현하면 아래와 같이 정리할 수 있다.This can be expressed in a formula as follows.
여기서, I: 측정 광량, Io: 초기 광량, , l: 측정길이, c: 농도를 나타낸다.Here, I: measured light amount, I o : initial light amount, , l: measurement length, c: concentration.
여기서, I: 측정 광량, Io: 초기 광량, , l: 측정길이, c: 농도, A: 흡광도를 나타낸다.Here, I: measured light amount, I o : initial light amount, , l: measurement length, c: concentration, A: absorbance.
여기서, I: 측정 광량, Io: 초기 광량, , l: 측정길이, c: 농도, T: 투과도를 나타낸다.Here, I: measured light amount, I o : initial light amount, , l: measurement length, c: concentration, T: transmittance.
이러한 Beer-Lambert 원리를 이용하여 대상 기체의 농도를 측정하기 위한 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 고유 파장 흡광을 이용한 대상 기체의 농도를 측정하는 장치의 일 예를 도시한다.A device for measuring the concentration of a target gas using the Beer-Lambert principle is shown in FIG. 1. Figure 1 shows an example of a device for measuring the concentration of a target gas using intrinsic wavelength absorption according to an embodiment of the present disclosure.
도 1을 참조하면, 고유 파장 흡광을 이용한 대상 기체의 농도를 측정하는 장치는 레이저(laser)(101), 셔터(shutter)(103), 반사경(105), 가스 셀(gas cell)(107), 및 감지기(detector)(109)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a device for measuring the concentration of a target gas using intrinsic wavelength absorption includes a laser (101), a shutter (103), a reflector (105), and a gas cell (107). , and may include a
레이저(101)는 광을 가스 셀에 입사시키기 위하여 광을 방출하는 역할을 할 수 있다. The
셔터(103)는 레이저(101)에 의하여 방출된 광을 입사시키기 위한 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 레이저(101)에 의하여 방출된 광을 가스 셀(107)에 입사하기 위하여 셔터(103)를 열 수도 있고, 가스 셀(107)에 광이 입사하는 걸 막기 위하여 셔터(103)를 닫을 수도 있다.The
가스 셀(107)은 복수의 반사경(105)을 포함할 수 있다. 또한, 가스 셀(107)에는 대상 기체의 주입구 혹은 배출구를 포함할 수 있다.The
광의 입사부와 출사부의 윈도우(105)는 가스 셀(107)에 입사된 광을 투과시켜 가스 셀의 가스를 통과시키는 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라 광경로는 가스셀 길이에 따라 수 cm에서 수십 cm까지 형성할 수 있다.The
감지기(109)는 가스 셀(107)에서 방출된 광의 세기를 검출할 수 있다.The
이러한 구조를 통하여, 측정 대상 물질이 지나가는 길이가 길면 흡광량이 늘어나고, 대상 기체의 농도가 높으면 흡광량이 늘어나고, 대상 기체의 흡수도가 높으면 흡광량이 늘어나는 Beer-Lambert의 원리를 이용하여 대상기체의 농도를 측정할 수 있다.Through this structure, the concentration of the target gas can be adjusted using the Beer-Lambert principle, in which the absorption amount increases when the length through which the substance to be measured is long, the absorption amount increases when the concentration of the target gas is high, and the absorption amount increases when the absorption rate of the target gas is high. It can be measured.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 공동감쇠분광기를 이용한 대상 기체의 농도를 측정하는 장치의 일 예를 도시한다.Figure 2 shows an example of a device for measuring the concentration of a target gas using a cavity attenuation spectrometer according to an embodiment of the present disclosure.
도 2를 참조하면, 도 2는 도 1과 비교하여 반사경(202), 아날로그 디지털 변환기(A/D)(211), 이동부재(예: PZT)(207), 및 PC(213)를 추가적으로 더 구비할 수 있다. 일 실시예에 따라, 반사경(202)은 반사율 99.99%이상인 고 반사율 거울 일 수 있다. Referring to Figure 2, compared to Figure 1, Figure 2 additionally includes a
레이저(laser)(201), 공동(cavity)(205), 감지기(detector)(209)는 도 1의 레이저(101), 가스 셀(gas cell)(207), 감지기(detector)(109)와 기능적으로 동일한 구성일 수 있다.The
아날로그 디지털 변환기(211)에서 출력되는 결과 값을 셔터(203), 이동부재(215)에 피드백하고 셔터(203), 이동부재(207)를 제어하여 공진 데이터를 측정함으로써 대상 기체의 농도를 측정할 수 있다.The concentration of the target gas can be measured by feeding back the result value output from the analog-to-
이에 대한 자세한 과정은 아래의 도 3 내지 도 10에서 구체적으로 설명하기로 한다.The detailed process for this will be explained in detail in FIGS. 3 to 10 below.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 공동감쇠분광기를 이용한 대상 기체의 농도를 측정하기 위한 방법의 원리를 설명하기 위한 그래프를 도시한다.Figure 3 shows a graph to explain the principle of a method for measuring the concentration of a target gas using a cavity attenuation spectrometer according to an embodiment of the present disclosure.
도 3을 참조하면, 붉은 선은 대상 기체 있는 경우(with sample)을 의미하고, 검은 선은 대상 기체가 없는 경우(without sample)을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 3, the red line may mean a case where the target gas is present (with sample), and the black line may mean a case where the target gas is not present (without sample).
도 2의 블록도를 가지는 장치를 이용하여 공진 상태에서 광을 차단하면 공동(205) 안의 광은 반사경을 수 만번 왕복하면서 도 3의 그래프와 같이 지수함수 감쇠(ring-down)형태로 감소하게 된다. 이 때, 공동(205)는 수 km의 빛의 왕복거리를 만들어 낼 수 있다.When light is blocked in a resonance state using a device having the block diagram of FIG. 2, the light in the
이러한, 지수함수 감쇠(ring-down)에서 대상 기체가 있는 경우(붉은 선)(with sample)과 대상 기체가 없는 경우(검은 선)(without sample)은 지수함수 감쇠 시간의 차이가 발생하고 이러한 차이 값과 파장에 따른 흡광 계수를 기반으로 가스 농도로 환산할 수 있다.In this exponential decay (ring-down), there is a difference in exponential decay time between the case where the target gas is present (red line) (with sample) and the case where the target gas is not (black line) (without sample), and this difference occurs. It can be converted to gas concentration based on the extinction coefficient depending on the value and wavelength.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 대상 기체의 농도를 측정하기 위한 장치의 블록도를 도시한다. 도 4는 도 3의 원리를 이용하여 도 2의 장치를 구체화한 블록도이다.Figure 4 shows a block diagram of a device for measuring the concentration of a target gas according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 4 is a block diagram embodying the device of FIG. 2 using the principle of FIG. 3.
도 4를 참조하면, 대상 기체의 농도를 측정하기 위한 장치는 레이저 다이오드 모듈(410), 레이저 다이오드 제어부(420), 셔터(shutter)(430), 공동(cavity)(440), 수광소자(photodiode)(450), TI AMP(trans-impedance Amp)(460), 아날로그 디지털 변환기(ADC)(470), 광량측정비교부(480), CPU(491), 및 PC(495)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a device for measuring the concentration of a target gas includes a laser diode module 410, a laser diode control unit 420, a shutter 430, a cavity 440, and a photodiode. ) (450), TI AMP (trans-impedance Amp) (460), analog-to-digital converter (ADC) (470), light quantity measurement comparison unit (480), CPU (491), and PC (495). .
레이저 다이오드 모듈(410)은 온도센서(401), 레이저 다이오드(403), 열전 소자(405), 및 방열판(407)을 포함할 수 있다.The laser diode module 410 may include a temperature sensor 401, a laser diode 403, a thermoelectric element 405, and a heat sink 407.
레이저 다이오드 제어부(420)는 케이블 1을 경유하여 레이저 다이오드 모듈(410)의 열전 소자(405)를 제어할 수 있고, 케이블 2을 경유하여 레이저 다이오드 모듈(410)의 레이저 다이오드(403)에 공급되는 전류를 제어할 수 있고, 케이블 3을 경유하여 레이저 다이오드 모듈(410)의 온도센서(401)의 온도 정보를 수집 할 수 있다.The laser diode control unit 420 can control the thermoelectric element 405 of the laser diode module 410 via cable 1, and can control the thermoelectric element 405 of the laser diode module 410 via cable 2. Current can be controlled, and temperature information of the temperature sensor 401 of the laser diode module 410 can be collected via cable 3.
셔터(shutter)(430)는 레이저에 의하여 방출된 광을 입사시키기 위한 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 레이저에 의하여 방출된 광을 공동(440)에 입사하기 위하여 셔터(430)를 열 수도 있고, 공동(440)에 광이 입사하는 걸 막기 위하여 셔터(430)를 닫을 수도 있다. 일 실시예에 따라, 셔터(203)는 광학변조기 AOM(Acousto-Optic Modulator)일 수 있다.The shutter 430 may serve to make light emitted by a laser incident. Specifically, the shutter 430 may be opened to allow light emitted by the laser to enter the cavity 440, or the shutter 430 may be closed to prevent light from entering the cavity 440. According to one embodiment, the
공동(cavity)(440)은 복수의 반사경(441), 이동 부재(예: 피에조)(443), 유입구(inlet)(445), 및 유출구(outlet)(447)를 포함할 수 있다. 셔터(430)가 열려 입사하게 된 광은 복수의 반사경(441)에 의하여 반사되고, 이동 부재(443)는 최대 공진 위치를 찾기 위하여 복수의 반사경(441)의 이동시킬 수 있다.The cavity 440 may include a plurality of reflectors 441, a moving member (eg, piezo) 443, an inlet 445, and an outlet 447. The light that enters when the shutter 430 is opened is reflected by the plurality of reflectors 441, and the moving member 443 can move the plurality of reflectors 441 to find the maximum resonance position.
수광소자(45)는 공동(440)에서 방출된 광을 전류로 변환하여 광신호를 검출할 수 있다.The light receiving element 45 may detect an optical signal by converting the light emitted from the cavity 440 into electric current.
TI Amp(460)는 검출된 광신호를 증폭하여 전압으로 변환할 수 있다.The TI Amp (460) can amplify the detected optical signal and convert it into voltage.
아날로그 디지털 변환기(470)는 TI Amp의 출력(전류 혹은 전압)을 디지털 신호로 변환할 수 있고, 변환된 출력은 광량측정비교부(480)으로 입력될 수 있다.The analog-to-digital converter 470 can convert the output (current or voltage) of the TI Amp into a digital signal, and the converted output can be input to the light quantity measurement comparison unit 480.
광량측정비교부(480)는 상승 기준값(485), 하강 기준값(487)을 비교하는 광량 비교기(481), 블록 메모리(484)를 포함할 수 있다. 블록 메모리(484)에는 광량 비교기(481)를 완료한 측정값이 저장될 수 있다. 광량측정비교부(480)는 케이블4를 경유하여 셔터(430)에 연결되어 셔터를 제어할 수 있다.The light quantity measurement comparison unit 480 may include a light quantity comparator 481 that compares a rising reference value 485 and a falling reference value 487, and a block memory 484. The block memory 484 may store the measurement value completed by the light quantity comparator 481. The light quantity measurement comparison unit 480 is connected to the shutter 430 via cable 4 and can control the shutter.
CPU(491)는 블록 메모리(483)에 저장된 데이터를 처리할 수 있다. 또한, CPU(491)는 레이저 다이오드 모듈(410)의 동작을 처리, 제어할 수 있다.CPU 491 can process data stored in block memory 483. Additionally, the CPU 491 can process and control the operation of the laser diode module 410.
PC(495)는 케이블 6을 통해 CPU(491)와 연결되어 블록 메모리(483)에 저장된 데이터를 수집한 후 분석하여 대상 기체의 농도 값을 계산할 수 있다. The PC 495 is connected to the CPU 491 through cable 6 and can collect and analyze data stored in the block memory 483 to calculate the concentration value of the target gas.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법의 흐름도를 도시한다.Figure 5 shows a flowchart of an operation method for measuring the concentration value of a target gas according to an embodiment of the present disclosure.
도 5를 참조하면, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 공동에 광을 입사하기 위하여 공동의 입구에 위치하는 셔터를 여는 단계(501)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , an operating method for measuring the concentration value for a target gas may include the
단계(501)에 대응하여 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 방법은 입사된 광이 공동의 내부에 위치하는 적어도 둘의 반사경들 사이에서 반사되는 단계(503)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 이동 부재(예: 피에조)에 의하여 반사경들은 이동될 수 있고 최대 공진을 이루기 위하여 반사경을 이동시킬 수 있다.The method for measuring the concentration value for the target gas in response to step 501 may include a
단계(503)에 대응하여 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 방법은 반사경들 사이에서 반사되고 있는 광이 기설정된 공진 상태가 발생하는지 여부를 측정하는 단계(505)를 포함할 수 있다.The method for measuring the concentration value for the target gas in response to step 503 may include a
단계(505)에 대응하여 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 방법은 기설정된 공진 상태가 측정된 경우, 반사경들 중 어느 하나의 반사경의 위치를 고정하는 단계(507)를 포함할 수 있다.The method for measuring the concentration value for the target gas in response to step 505 may include a
단계(507)에 대응하여 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 방법은 공동으로부터 출사된 광의 지수 감쇠 시간을 측정하여 기체의 농도를 측정하는 단계(509)를 포함할 수 있다.The method for measuring the concentration value of the target gas in response to step 507 may include a
각 단계 501 내지 509에 대하여는 아래의 도 6을 참조하여 구체적으로 기술하기로 한다.Each
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법의 흐름도를 도시한다.Figure 6 shows a flowchart of an operation method for measuring the concentration value of a target gas according to an embodiment of the present disclosure.
도 6을 참조하면, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 레이저 다이오드 온도를 고정하는 단계(601)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 레이저 다이오드 모듈(410)의 온도센서(401)로 온도를 읽어 레이저 다이오드(403)의 온도를 측정하고 열전 소자(405)에 전류를 공급하여 기설정된 온도로 레이저 다이오드의 온도를 유지할 수 있다.Referring to FIG. 6, an operating method for measuring the concentration value for a target gas may include a
예를 들어, NH3의 경우, 흡광 영역이 1512.2nm이기 때문에 온도를 조절하여 레이저 파장을 1512.2nm로 설정해야 될 수 있다.For example, in the case of NH 3 , since the absorption area is 1512.2 nm, the temperature may need to be adjusted to set the laser wavelength to 1512.2 nm.
단계(601)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 셔터를 여는 단계(603)를 포함할 수 있다. 단계(603)는 도 5의 단계(501)에 대응될 수 있다. 셔터를 열게 되는 경우 레이저 다이오드에서 방출된 광은 공동에 입사하게 된다.Corresponding to step 601, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include step 603 of opening a shutter. Step 603 may correspond to step 501 in FIG. 5 . When the shutter is opened, the light emitted from the laser diode enters the cavity.
단계(603)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 이동 부재(예: 피에조)의 위치를 조정하고 공진 횟수를 측정하는 단계(605)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 이동 부재(443)를 이용하여 반사경(441)을 일정 간격으로 이동하고 각 간격마다 수광소자(450)를 사용하여 공동에 입사되는 레이저의 파장에 특정 정수를 곱한 길이와 공동 길이가 일치 할 때 나타나는 공진의 횟수를 측정할 수 있다. 이 단계를 여러 회 반복하여 레이저 공진 횟수가 최대인 위치로 반사경(441)을 이동할 수 있다. 레이저 공진 상태는 레이저 파장과 반사경(441) 사이의 거리가 정수 배로 일치할 때, 반사경(441)을 투과하여 수광소자(450)에 도달하는 광의 세기가 급격하게 커지는 상태를 의미할 수 있다. Corresponding to step 603, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include step 605 of adjusting the position of a moving member (eg, piezo) and measuring the number of resonances. Specifically, the reflector 441 is moved at regular intervals using the moving member 443, and the light receiving element 450 is used at each interval so that the length of the cavity is equal to the length of the wavelength of the laser incident on the cavity multiplied by a specific integer. You can measure the number of resonances that appear when doing this. This step can be repeated several times to move the reflector 441 to a position where the number of laser resonances is maximum. The laser resonance state may mean a state in which the intensity of light passing through the reflector 441 and reaching the light receiving element 450 increases rapidly when the distance between the laser wavelength and the reflector 441 is equal to an integer multiple.
단계(605)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 공동의 온도 유지 및 이동 부재의 위치를 고정하는 단계(607)를 포함할 수 있다. 구체적으로 단계(607)는 이동 부재(443)를 최대 공진 위치에 고정하고 공동의 온도를 유지하여 최대 공진 상태를 수분간 유지시켜주는 단계일 수 있다.Corresponding to step 605, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include maintaining the temperature of the cavity and fixing the position of the moving member (step 607). Specifically, step 607 may be a step of fixing the moving member 443 at the maximum resonance position and maintaining the temperature of the cavity to maintain the maximum resonance state for several minutes.
단계(607)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 열전소자의 전류를 변조하여 레이저 파장을 반복 미세 조정하는 단계(609)를 포함할 수 있다. 구체적으로 단계(609)는 공동(440)를 안정적으로 유지한 상태에서 효율적으로 레이저 공진을 발생시키기 위해 레이저 파장을 빠르게 변조 시켜주는 단계일 수 있다. 여기서 열전소자의 전류는 수십에서 수kHz 주파수로 변조하여 빠르게 레이저 파장을 미세조정할 수 있다.In response to step 607, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include step 609 of repeatedly fine-tuning the laser wavelength by modulating the current of the thermoelectric element. Specifically, step 609 may be a step in which the laser wavelength is quickly modulated to efficiently generate laser resonance while stably maintaining the cavity 440. Here, the current of the thermoelectric element can be modulated from tens to several kHz in frequency to quickly fine-tune the laser wavelength.
단계(609)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 광량 측정값을 상승 기준 값과 비교하는 단계(611)를 포함할 수 있다. 구체적으로 단계(611)는 수광소자(450)에 입사되는 광의 신호를 TI Amp(460)으로 증폭하고 ADC(470)로 변환하여 광량 비교기(481)에서 비교하는 동작일 수 있다. 광량이 상승 기준값(485)보다 크면 단계(609)를 중지하고 단계(613)를 수행할 수 있다.Corresponding to step 609, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include step 611 of comparing the light quantity measurement value with an elevation reference value. Specifically, step 611 may be an operation in which the signal of light incident on the light receiving element 450 is amplified by the TI Amp (460), converted by the ADC (470), and compared in the light quantity comparator (481). If the light amount is greater than the rising reference value 485, step 609 can be stopped and step 613 can be performed.
단계(611)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 광량 측정값을 하강 기준 값과 비교하는 단계(613)를 포함할 수 있다. 구체적으로 단계(613)는 수광소자(450)에 입사되는 광의 신호를 TI Amp(460)으로 증폭하고 ADC(470)로 변환하여 광량 비교기(481)에서 비교하는 동작일 수 있다. 광량이 하강 기준값(487)보다 작으면 케이블 4을 통하여 셔터(430)를 닫고 공동(440)의 입사되는 광을 차단시키고 블록 메모리(483)에 데이터를 저장하는 동작일 수 있다.Corresponding to step 611, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include step 613 of comparing the light quantity measurement value with a falling reference value. Specifically, step 613 may be an operation in which the signal of light incident on the light receiving element 450 is amplified by the TI Amp (460), converted by the ADC (470), and compared in the light quantity comparator (481). If the amount of light is less than the falling reference value 487, the shutter 430 may be closed through the cable 4, blocking the light incident on the cavity 440, and data may be stored in the block memory 483.
단계(613)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 광 감쇠 데이터를 획득하는 단계(615)를 포함할 수 있다. 구체적으로 단계(615)는 수 나노 초 간격으로 수천 개의 데이터를 블록 메모리에 저장하는 동작일 수 있다. 수광소자(450)에 입사되는 광의 신호를 TI Amp(460), ADC(470)을 경유하여 입력되는 광 감쇠 신호를 블록 메모리(483)에 저장하는 동작일 수 있다. 광 감쇠 신호는 반사경의 반사율에 따라 수 에서 수백 동안 기하급수적으로 0으로 감소할 수 있다.Corresponding to step 613, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include step 615 of acquiring light attenuation data. Specifically, step 615 may be an operation to store thousands of pieces of data in block memory at intervals of several nanoseconds. This may be an operation of storing the light signal incident on the light receiving element 450 via the TI Amp 460 and the ADC 470 and storing the light attenuation signal input in the block memory 483. The optical attenuation signal depends on the reflectivity of the reflector. From hundreds During this period, it can decrease exponentially to 0.
단계(615)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 단계(615)에서 획득한 데이터를 지수함수 피팅을 거쳐 감쇠 시간을 측정하는 단계(617)를 포함할 수 있다. 구체적으로 단계(617)는 블록 메모리(483)의 데이터를 CPU(491)를 거쳐 PC(495)로 전송하는 단계일 수 있다. PC(495)는 기체 농도 분석 프로그램으로 광 감쇠 신호를 지수 함수로 피팅하여 광 감쇠 시간을 계산하고 이를 기반으로 대상 기체의 농도로 환산할 수 있다.In response to step 615, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include a
단계(617)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 측정 회수를 비교하는 단계(619)를 포함할 수 있다. 구체적으로 단계(619)는 측정 회수보다 작으면 단계(609)로 이동하여 단계(617)를 반복 실행할 수 있다. 측정 회수가 크면 단계(621)를 수행할 수 있다.Corresponding to step 617, the operating method for measuring the concentration value for the target gas may include step 619 of comparing the number of measurements. Specifically, if
단계(619)에 대응하여, 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하기 위한 동작 방법은 최종 대상 기체의 농도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 측정된 농도를 평균화하여 최종 대상 기체의 농도로 출력할 수 있다.In response to step 619, the operation method for measuring the concentration value for the target gas may measure the final concentration of the target gas. Specifically, the measured concentration can be averaged and output as the final concentration of the target gas.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 공동 감쇠 현상을 설명하는 개념도를 도시한다.Figure 7 shows a conceptual diagram explaining the cavity attenuation phenomenon according to an embodiment of the present disclosure.
도 7을 참조하면, 반사경의 위치에 따라 공진 상태 혹은 비공진 상태로 변화되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 공동 안의 반사경 거리는 20 cm 이상인 금속 재질로 되어 있는데 반사경 사이의 거리가 수 nm만 변화되도 비공진 상태로 전환될 수 있다. 즉, 일반적인 환경에서는 공동이 공진 상태를 유지할 수 없다. 따라서, 공진 상태를 유지하기 위하여 레이저 다이오드의 파장을 변화시켜서 매 순간 마다 공동에 공진 조건과 일치하는 파장의 레이저를 입사시켜 공동 감쇠 현상을 일으킴으로써 본 발명에 따르는 대상 기체의 농도 값을 측정할 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the reflector changes into a resonance state or a non-resonance state depending on the position of the reflector. Specifically, the distance between the reflectors in the cavity is made of a metal material of 20 cm or more, and the cavity can be converted to a non-resonant state even if the distance between the reflectors is changed by just a few nm. In other words, the cavity cannot maintain resonance in a normal environment. Therefore, in order to maintain the resonance state, the concentration value of the target gas according to the present invention can be measured by changing the wavelength of the laser diode and injecting a laser with a wavelength matching the resonance condition into the cavity at every moment to cause cavity attenuation. there is.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 공동에서 공진이 발생하는 경우를 설명하는 그래프를 도시한다. Figure 8 shows a graph explaining a case where resonance occurs in a cavity according to an embodiment of the present disclosure.
도 8은 도 6의 단계(609)에 의하여 공동에서 공진이 발생하는 경우에 대하여 설명한다. 단계(609)에서 열전소자 변조를 통해 레이저 다이오드의 온도를 빠르게 변화시키면 도 8의 (b)와 같이 레이저 다이오드의 파장은 빠르게 변화하게 된다. 공동의 공진 조건과 파장이 일치할 때 마다 공진이 발생하게 되고, 도 8의 (b)와 같이 변조를 하지 않으면 공진이 일어나지 않는 상황이 빈번하게 발생되어 단시간에 여러 번 측정하는 것이 불가능할 수 있다.FIG. 8 explains a case where resonance occurs in the cavity by
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 광감쇠 데이터에 대한 그래프를 도시한다. 도 9는 도 1에 대응하는 종래의 고유 파장 흡광을 이용한 레이저 분광 분석 기술에 대한 광감쇠 데이터 그래프이다.Figure 9 shows a graph of light attenuation data according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 9 is a graph of optical attenuation data for a conventional laser spectroscopic analysis technique using intrinsic wavelength absorption corresponding to FIG. 1.
도 9을 참조하면, 최대 광량에 도달한 후 지수함수 감쇠(ring-down)하여 데이터를 획득하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that data is acquired through exponential attenuation (ring-down) after reaching the maximum light amount.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 광감쇠 데이터에 대한 그래프를 도시한다.Figure 10 shows a graph of light attenuation data according to an embodiment of the present disclosure.
도 10는 도 2 내지 도 8에 대응하는 본 발명에 대응하는 대상 기체 농도 측정 방법에 대한 광감쇠 데이터 그래프이다.Figure 10 is a graph of light attenuation data for the method of measuring target gas concentration corresponding to the present invention corresponding to Figures 2 to 8.
도 10을 참조하면, 광량을 상승 기준값과 하강 기준값과 비교하여 이에 따라 하강 기준 값의 이하인 경우에 지수함수 감쇠(ring-down)하여 데이터를 획득하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that data is obtained by comparing the light quantity with a rising reference value and a falling reference value and performing an exponential attenuation (ring-down) when the amount of light is below the falling reference value.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
410: 레이저다이오드모듈
420: 레이저다이오드제어부
430: 셔터(shutter)
440: 공동(cavity)
480: 광량측정비교부410: Laser diode module
420: Laser diode control unit
430: shutter
440: cavity
480: Light quantity measurement comparison unit
Claims (14)
공동(空洞)에 광을 입사하기 위하여 상기 공동의 입구에 위치하는 셔터를 여는 단계;
상기 공동에 입사된 광이 상기 공동의 내부에 위치하는 적어도 둘의 반사경들 사이에서 반사되는 단계;
상기 반사경들 사이에서 반사되는 광 신호에 대해 기설정된 공진 상태가 발생하는지 여부를 측정하는 단계;
상기 기설정된 공진 상태가 측정된 경우, 상기 반사경들 중 어느 하나의 반사경의 위치를 고정하는 단계;
상기 공동으로부터 출력되는 광 신호를 포토다이오드(photodiode)에 입사되는 신호의 광 세기를 측정하는 단계; 및
상기 공동으로부터 출력되는 광 신호에 기초하여 상기 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하는 단계
를 포함하고,
상기 광 세기를 측정하는 단계는,
상기 측정된 광 세기가 상승 기준값보다 큰지 여부를 식별하는 제 1 식별 단계,
상기 제 1 식별 단계의 결과에 기반하여 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 것인, 농도 값 측정 방법.In a method for measuring the concentration value of a target gas using a laser,
opening a shutter located at the entrance of the cavity to allow light to enter the cavity;
reflecting light incident on the cavity between at least two reflectors located inside the cavity;
measuring whether a preset resonance state occurs with respect to the optical signal reflected between the reflectors;
When the preset resonance state is measured, fixing the position of one of the reflectors;
measuring the optical intensity of the optical signal output from the cavity and incident on a photodiode; and
Measuring the concentration value for the target gas based on the optical signal output from the cavity
Including,
The step of measuring the light intensity is,
A first identification step of identifying whether the measured light intensity is greater than a rising reference value,
A method for measuring a concentration value, comprising the step of storing data based on the result of the first identification step.
상기 측정된 광 세기가 하강 기준값보다 작은지 여부를 식별하는 제 2 식별 단계를 더 포함하고,
상기 데이터를 저장하는 단계는, 상기 제 2 식별 단계의 결과에 더 기반하여 상기 데이터를 저장하는 것인, 농도 값 측정 방법.According to claim 1,
Further comprising a second identification step of identifying whether the measured light intensity is less than a fall reference value,
Wherein the step of storing the data stores the data further based on the result of the second identification step.
상기 대상 기체가 주입된 공동의 외부에 위치하는 레이저 다이오드의 온도를 유지하는 단계
를 더 포함하는 것인, 농도 값 측정 방법.According to claim 1,
Maintaining the temperature of the laser diode located outside the cavity into which the target gas is injected.
A method for measuring concentration values, further comprising:
상기 광 신호가 상기 공동의 내부에 위치하는 적어도 둘의 반사경 사이에서 반사되는 단계는 상기 적어도 둘의 반사경 중 어느 하나의 반사경과 연결된 이동 부재를 이용하여 상기 어느 하나의 반사경의 위치를 이동시키는 단계; 를 포함하는 것 인, 농도 값 측정 방법.According to claim 1,
The step of reflecting the optical signal between at least two reflectors located inside the cavity includes: moving the position of one of the at least two reflectors using a moving member connected to one of the reflectors; A method for measuring concentration values, including:
상기 측정되는 광 신호의 광 세기에 기초하여 광 감쇠 시간을 측정하는 단계를 더 포함하는 것인, 농도 값 측정 방법.According to claim 1,
A method for measuring a concentration value, further comprising measuring an optical decay time based on the optical intensity of the measured optical signal.
상기 광 감쇠 시간을 측정하는 단계는,
기설정된 기준값에 기초하여 상기 측정된 광 감쇠 시간에 대한 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 것인, 농도 값 측정 방법.According to clause 5,
The step of measuring the light decay time is,
A method of measuring a concentration value, comprising the step of storing data on the measured light decay time based on a preset reference value.
상기 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하는 단계는,
상기 광 감쇠 시간을 기반으로 상기 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하는 것인, 농도 값 측정 방법.According to clause 6,
The step of measuring the concentration value for the target gas is,
A method for measuring a concentration value, which measures the concentration value for the target gas based on the light decay time.
공동에 광을 입사하기 위하여 상기 공동의 입구에 위치하는 셔터를 여는 셔터 제어부;
레이저 다이오드로부터 방출되는 광 신호가 입사되는 상기 공동;
상기 공동의 내부에 위치하고, 상기 입사된 광 신호가 반사되는 적어도 둘의 반사경;
상기 반사경들 사이에서 반사된 광 신호에 대해 기설정된 공진 상태가 발생하는지 여부를 측정하는 공진 상태 측정부;
상기 기설정된 공진 상태가 측정된 경우, 상기 반사경들 중 어느 하나의 반사경의 위치를 고정하는 이동 부재;
상기 공동으로부터 출력되는 광 신호를 포토다이오드(phtodiode)에 입사되는 신호의 광 세기를 측정하는 광량측정비교부; 및
상기 공동으로부터 출력되는 광 신호에 기초하여 상기 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하는 농도 측정부
를 포함하고,
상기 광량측정비교부는, 포토다이오드에 입사되는 신호의 광 세기를 측정하기 위하여, 상기 측정된 광 세기가 상승 기준값보다 큰지 여부를 식별하고, 상기 식별의 결과에 기반하여 데이터를 저장하도록 구성되는 것인, 기체 농도 측정 장치.In a device for measuring the concentration value of a target gas using a laser,
a shutter control unit that opens a shutter located at the entrance of the cavity to allow light to enter the cavity;
The cavity into which an optical signal emitted from a laser diode is incident;
at least two reflectors located inside the cavity and reflecting the incident optical signal;
a resonance state measurement unit that measures whether a preset resonance state occurs in the optical signal reflected between the reflectors;
a moving member that fixes the position of one of the reflectors when the preset resonance state is measured;
a light quantity measurement comparison unit that measures the light intensity of the light signal output from the cavity and incident on a photodiode; and
Concentration measurement unit that measures the concentration value of the target gas based on the optical signal output from the cavity
Including,
The light quantity measurement comparison unit is configured to measure the light intensity of a signal incident on the photodiode, identify whether the measured light intensity is greater than a rise reference value, and store data based on the result of the identification. , a device for measuring gas concentration.
상기 광량측정비교부는, 포토다이오드에 입사되는 신호의 광 세기를 측정하기 위하여, 상기 측정된 광 세기가 하강 기준값보다 작은지 여부를 식별하도록 더 구성되고,
상기 데이터를 저장하는 단계는, 상기 하강 기준값보다 작은 지 여부를 식별한 결과에 더 기반하여 상기 데이터를 저장하는 것인, 기체 농도 측정 장치.According to clause 8,
The light quantity measurement comparison unit is further configured to measure the light intensity of a signal incident on the photodiode, and to identify whether the measured light intensity is less than a fall reference value,
The step of storing the data is to store the data further based on a result of identifying whether the drop is less than the reference value.
상기 기체 농도 측정 장치는,
상기 대상 기체가 주입된 공동의 외부에 위치하는 레이저 다이오드의 온도를 유지하도록 구성되는 레이저 다이오드 제어부를 더 포함하는, 기체 농도 측정 장치.According to clause 9,
The gas concentration measuring device,
A gas concentration measuring device further comprising a laser diode control unit configured to maintain the temperature of a laser diode located outside the cavity into which the target gas is injected.
상기 기체 농도 측정 장치는, 상기 광 신호가 상기 공동의 내부에 위치하는 적어도 둘의 반사경 사이에서 반사되기 위하여, 상기 적어도 둘의 반사경 중 어느 하나의 반사경과 연결된 이동 부재를 이용하여 상기 어느 하나의 반사경의 위치하는 것 인, 기체 농도 측정 장치.According to clause 8,
The gas concentration measuring device uses a moving member connected to one of the at least two reflectors to reflect the optical signal between at least two reflectors located inside the cavity. A device for measuring gas concentration.
상기 광량측정비교부는,
상기 측정되는 광 신호의 광 세기를 기초하여 광 감쇠 시간을 측정하도록 더 구성된 기체 농도 측정 장치.According to clause 8,
The light quantity measurement comparison unit,
A gas concentration measuring device further configured to measure light decay time based on the light intensity of the measured light signal.
상기 광량측정비교부는, 상기 광 감쇠 시간을 측정하기 위하여, 기설정된 기준값에 기초하여 상기 측정된 광 감쇠 시간에 대한 데이터를 저장하도록 더 구성된 기체 농도 측정 장치.According to claim 12,
The light quantity measurement comparison unit is further configured to store data on the measured light decay time based on a preset reference value in order to measure the light decay time.
상기 기체 농도 측정 장치는 기초 농도 분석을 위한 컴퓨터 장치를 더 포함하고,
상기 컴퓨터 장치는 상기 광 감쇠 시간을 기반으로 상기 대상 기체에 대한 농도 값을 측정하도록 구성된 기체 농도 측정 장치.According to claim 13,
The gas concentration measuring device further includes a computer device for basic concentration analysis,
The computer device is configured to measure the concentration value for the target gas based on the light decay time.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220132022A KR20240052242A (en) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | Method and apparatus for measuring concentration of gas by generating exponential decay of cavity |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20070047358A (en) | 2004-08-31 | 2007-05-04 | 쿠리타 고교 가부시키가이샤 | Method and apparatus for measuring concentration of dissolved gas in liquid, and apparatus for producing nitrogen gas dissolved water |
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2022
- 2022-10-14 KR KR1020220132022A patent/KR20240052242A/en not_active Application Discontinuation
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