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특정한 가스의 흡수 스펙트럼 중에서 특정한 단일 흡수선의 선폭의 범위에서 변조 주파수를 가지고 시간에 따라 레이저 주파수를 연속적으로 변경하는 레이저 광원;상기 레이저 광원의 출력광을 측정 대상에 제공하는 송신 광학계;상기 측정 대상에서 상기 특정한 가스에 의한 흡수되어 반사된 반사광을 수신하는 수신 광학계; 상기 특정한 가스의 흡수 스펙트럼 중에서 특정한 흡수 대역의 중심에 상기 레이저 광원의 중심 주파수를 고정하기 위한 주파수 잠금부; 및상기 수신 광학계가 측정한 상기 반사광을 분석하여 상기 변조 주파수의 고조파 성분을 추출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 송신 광학계는:상기 레이저 광원의 출력광을 제공받아 광원으로 되돌아가는 일부 반사광을 차단하기 위한 아이솔레이터; 및상기 아이솔레이터를 통과한 광의 빔 사이즈를 증가시키는 빔 확장부(beam expander)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 송신 광학계는:상기 레이저 광원의 출력광을 제공받아 광원으로 되돌아가는 일부 반사광을 차단하기 위한 아이솔레이터; 상기 아이솔레이터를 통과한 광의 빔 사이즈를 증가시키는 빔 확장부(beam expander); 및 상기 아이솔레이터와 상기 빔 확장부 사이에 배치되는 빔 스플릿터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 주파수 잠금부는:상기 빔 스플릿터에 의하여 분기된 광을 반사시키는 주파수 잠금 거울;상기 주파수 잠금 거울에서 반사된 광을 투과시키고 밀봉된 상태의 상기 특정한 가스를 포함하는 가스 셀(gas cell);상기 가스 셀을 투과한 광에서 노이즈 주파수 성분을 제거하는 필터; 및상기 필터를 통과한 광을 감지하는 광 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제4 항에 있어서,상기 광 감지부의 출력 신호를 제공받아 처리하여 상기 레이저 광원의 중심 주파수를 상기 흡수 스펙트럼 중에서 특정한 흡수 대역의 최하점에 일치시키도록 제어하는 주파수 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 수신 광학계는 카세그레인식(Cassegrain) 반사 망원경 구조이고,상기 수신 광학계는:상기 반사된 레이저 광을 집속하는 주경(main mirror);상기 주경의 중심축에 배치되고 상기 주경으로부터 반사된 광을 재반사시키는 부경; 및상기 주경의 중심축에서 배치되는 광 감지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제6 항에 있어서,상기 광 감지 모듈은:일단은 상기 주경의 중심축에 배치되고, 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 광 섬유; 및상기 한 쌍의 광 섬유의 타단에 각각 배치된 한 쌍의 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 가스 검출 장치
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제6 항에 있어서,상기 광 감지 모듈은:일단은 상기 주경의 중심축에 배치되고, 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 광 섬유 번들; 및상기 한 쌍의 광 섬유 번들의 타단에 각각 배치된 한 쌍의 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 가스 검출 장치
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제8 항에 있어서,상기 광 감지 모듈은 한 쌍의 광 섬유 번들 사이에 배치된 정렬 광섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 수신 광학계는 카세그레인식(Cassegrain) 반사 망원경 구조이고,상기 수신 광학계는:상기 반사된 레이저 광을 집속하는 주경(main mirror);상기 주경의 중심축에 배치되고 상기 주경으로부터 반사된 광을 재반사시키는 부경; 상기 부경을 상기 주경의 중심축 상에서 이동시키고 상기 부경의 배치 평면의 수직 방향을 상기 중심축으로부터 변경시키는 부경 스캐너;상기 주경의 중심축에서 배치되는 광 감지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 송신 광학계는:상기 레이저 광원의 출력광을 제공받아 광원으로 되돌아가는 일부 반사광을 차단하기 위한 아이솔레이터; 상기 아이솔레이터를 통과한 광의 빔 사이즈를 증가시키는 빔 확장부(beam expander);상기 빔 확장부의 후단에 배치되어 상기 측정 대상의 배치 평면에 스캐닝하는 빔을 제공하는 송신 스캐너; 및상기 송신 스캐너가 제공한 빔을 반사시켜 상기 측정 대상에 제공하는 송신거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 측정 대상과 상기 레이저 광원의 거리를 측정하는 거리 측정부를 더 포함하고,상기 거리 측정부는 가시광선 대역의 파장을 사용하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 측정 대상과 상기 레이저 광원의 거리를 가시 광선 대역의 파장을 사용하여 측정하는 거리 측정부를 더 포함하고, 상기 송신 광학계는:상기 레이저 광원의 출력광을 제공받아 광원으로 되돌아가는 일부 반사광을 차단하기 위한 아이솔레이터; 상기 아이솔레이터를 통과한 광의 빔 사이즈를 증가시키는 빔 확장부(beam expander); 및 상기 아이솔레이터와 상기 빔 확장부 사이에 배치되는 빔 스플릿터를 포함하고,상기 빔 스플릿터는 이색성 거울이고,상기 거리 측정부의 출력광은 상기 빔 스플릿터를 통하여 상기 빔 확장부에 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 레이저 광원은 흐르는 변조 주파수의 전류를 이용하여 주파수를 변조하고,상기 레이저 광원의 중심 주파수는 압전 소자를 이용하여 캐비티 길이 변경에 의하여 이동하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 제어부는 신호 처리부를 포함하고,상기 신호 처리부는: 상기 수신 광학계가 제공하는 한 쌍의 광 검출기의 출력 신호를 제공받는 차동 증폭기; 및상기 차동 증폭기의 차동 증폭 신호를 제공받아 상기 변조 주파수의 2차 고조파 성분을 출력하는 록인 증폭기(lock-in amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제1 항에 있어서,상기 변조 주파수를 가지는 전류 변조 신호를 생성하는 함수 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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제15 항에 있어서,상기 제어부는 시스템 제어부를 더 포함하고,시스템 제어부는 상기 신호 처리부의 데이터를 제공받아 연산하여 상기 측정 대상의 특정한 가스 누출 여부를 산출하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 장치
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레이저 광원이 특정한 가스의 흡수 스펙트럼 중에서 특정한 흡수 대역의 최소값에 일치하는 중심 주파수를 가지고, 상기 특정한 흡수 대역의 선폭의 범위에서 변조 주파수를 가지고 시간에 따라 주파수를 연속적으로 변경하는 단계;송신 광학계가 상기 레이저 광원의 출력광을 측정 대상에 조사하는 단계;수신 광학계가 상기 측정 대상의 특정한 가스 누출 여부에 따라 상기 특정한 가스의 흡수 스펙트럼을 반영한 반사광을 수신하는 단계;주파수 잠금부가 특정한 가스의 흡수 스펙트럼 중에서 특정한 흡수 대역에 상기 레이저 광원의 중심 주파수를 고정하기 위한 주파수 잠금 검출 신호를 생성하는 단계; 및제어부는 상기 수신 광학계가 측정한 상기 반사광을 분석하여 상기 변조 주파수의 고조파 성분을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법
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제18 항에 있어서,상기 송신 광학계가 상기 레이저 광원의 출력광을 측정 대상에 조사 위치를 변경하는 단계; 및 상기 레이저 광원의 출력광을 측정 대상에 조사 위치에 따라 상기 수신 광학계가 상기 반사광의 수신 위치를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법
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제18 항에 있어서,상기 주파수 잠금 검출 신호는 상기 레이저 광원의 출력광으로부터 분기된 광을 상기 특정한 가스로 밀봉된 가스 셀을 투과시켜 후 검출하여 생성되는 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법
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제18 항에 있어서,시간에 따른 레이저 주파수는 변조 주파수를 가지고 시간에 따라 사인 함수인 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법
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제18 항에 있어서,제어부는 상기 수신 광학계가 측정한 상기 반사광을 분석하여 상기 변조 주파수의 고조파 성분을 추출하는 단계는:한 쌍의 검출 위치에서 제1 검출 신호와 제2 검출 신호를 생성하는 단계;상기 제1 검출 신호와 제2 검출 신호를 차동 증폭하여 출력하는 단계; 및상기 차동 증폭된 신호를 상기 변조 주파수의 고조파를 록인 감지(lock-in detection)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법
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제18 항에 있어서,제어부는 상기 변조 주파수의 2차 고조파 성분에 따라 상기 특정 가스의 누출 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법
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제18 항에 있어서,송신 광학계와 수신 광학계는 일체화된 것을 특징으로 하는 가스 검출 방법
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