KR102684779B1 - 레이저 센서 자동정렬 시스템 및 이를 구비하는 연소상태 계측 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 연소영역을 사이에 두고 각각 배치되어 상기 연소영역을 통과하도록 광신호를 송신하고 수신하는 송신부와 수신부를 구비하며, 상기 광신호를 이용하여 상기 연소영역에서의 온도 및 특정 성분의 농도를 측정하도록 이루어지는 연소상태 계측 시스템에 있어서, 상기 송신부와 상기 수신부에 각각 구비되어 상기 광신호를 정렬시키는 레이저 센서 자동정렬 시스템은, 상기 송신부와 상기 수신부 중 어느 하나에 구비되어 상기 광신호의 경로상에 배치되는 광학부를 고정시키는 고정부; 및 상기 고정부와 연결되고, 상기 고정부의 자세를 제어하여 상기 광신호의 경로를 조절하도록 이루어지는 스테이지부를 포함하고, 상기 스테이지부는, 상기 고정부의 서로 다른 제1 부분과 제2 부분을 틸트(tilt)시키며, 상기 제1 및 제2 부분과 다른 상기 고정부의 제3 부분을 중심으로 상기 제3 부분을 축회전시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템을 개시한다.
Description
본 발명은 광신호를 이용하여 연소상태를 분석하는 연소상태 계측 시스템과 광신호를 송수신하는 레이저 센서의 자동정렬 시스템에 관한 것이다.
화력발전소 보일러의 최적 연소조건은 배가스 농도와 NO 배출량, 그리고 보일러 효율을 고려하여 설정하고 있다. 보일러의 운전조건을 최적으로 조정하더라도 보일러 화로내의 연소상태, 즉 화염의 편류, 불균일환 연료-산화제의 혼합 등이 발생할 수 있으며, 이는 보일러내 과열기, 제열기 및 수냉벽의 북부적 과열, 부식 및 슬래그 과다 발생 등의 문제가 발생될 수 있다. 따라서 보일러내 연소상태를 실시간으로 감시하기 위하여 로내 온도 및 가스농도 분포를 측정하는 레이저 계측기술이 개발되고 있다.
이러한 레이저 계측기술 중에는, 레이저 기반의 비접촉식 계측 센서인 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)를 이용하여 보일러내 온도, 산소 농도 뿐만 아니라 CO 농도를 추가 계측하고, 기존 제어 방식을 CO농도 값을 추가로 이용하는 새로운 제어 방식을 통하여 최적 연소 상태를 상시 유지하는 연소제어 기술이 이용되고 있다.
구체적으로, 연소진단용 레이저 센서 시스템(TDLAS)은 보일러내 실시간 온도와 온도분포를 계측하는 기술로서 실시간 연소 진단/튜닝 및 연소최적화에 사용되고 있다. 이와 같은, 파장가변형 다이오드레이저 흡수분광법(TDLAS: Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)은 특정 성분의 가스는 특정 파장의 빛을 흡수하는 원리(예를 들어, O2: 760nm)를 이용하여 비접촉식의 영구적이면서 실시간으로 여러 종류의 가스를 동시에 측정 가능하며, 다른 측정 기법과 비교하여 많은 장점을 가지고 있다.
TDLAS 장비는 미분탄이나 중유를 연소하는 발전용 화력발전소 보일러의 화로 출구나 버너 상부에 설치되어 연소상태 (온도 및 주요 가스농도 분포 측정)를 실시간으로 측정하며, 이를 바탕으로 연료-공기비 조절, 버너 공기 및 다단 (OFA: Over-fire air)공기비를 조절하거나 연소용 공기의 혼합각 (Swirl angle)이나 상하좌우 분사각을 조정하는 연소 튜닝 실시하여 연소를 최적화하고 있다.
한편, 화력발전소 보일러는 운전중에 연소상태 불량에 의한 연소진동이나 버너설비의 진동, 보일러 자체의 고유 진동과 운전조건에 따른 수축 팽창이 연속하여 발생하고 있다. 또한, 보일러 내에는 연료 중의 회분이나 미연분, 검댕 등에 존재하고 있다. 이러한 보일러의 고진동이나 수축, 팽창은 TDLAS의 핵심 구성항목인 레이저 광의 송수신부의 정렬을 뒤틀리게 한다. 상기 송수신부는 일직선상으로 정렬되어야만 광신호의 세기(intensity)를 최대로 할 수 있으며, 이는 보일러 운전이나 연소조건에 따라 시시각각 변할 수 있다.
따라서, 정확한 보일러내 연소상태 진단 및 튜닝을 위해서는 정확한 레이저 광신호의 송수신부를 수시로 일직선 자동 정렬하는 것은 신뢰성 있는 측정과 연소 튜닝에 필수적인 사항이다. 특히, 레이저 송수신 거리가 길어지게 되면 정렬 불량에 따른 응답 속도나 측정 오차율이 증가하므로 레이저 광 신호의 자동 정렬이 매우 중요한 실정이다.
본 발명의 일 목적은, 광신호의 세기가 최대가 되도록 광신호를 일직선으로 정렬시키는 제어가 보다 정확하고 신속하게 이루어질 수 있는 레이저 센서 자동정렬 시스템 및 이를 구비하는 연소상태 계측 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 연소영역을 사이에 두고 각각 배치되어 상기 연소영역을 통과하도록 광신호를 송신하고 수신하는 송신부와 수신부를 구비하며, 상기 광신호를 이용하여 상기 연소영역에서의 온도 및 특정 성분의 농도를 측정하도록 이루어지는 연소상태 계측 시스템에 있어서, 상기 송신부와 상기 수신부에 각각 구비되어 상기 광신호를 정렬시키는 레이저 센서 자동정렬 시스템은, 상기 송신부와 상기 수신부 중 어느 하나에 구비되어 상기 광신호의 경로상에 배치되는 광학부를 고정시키는 고정부; 및 상기 고정부와 연결되고, 상기 고정부의 자세를 제어하여 상기 광신호의 경로를 조절하도록 이루어지는 스테이지부를 포함하고, 상기 스테이지부는, 상기 고정부의 서로 다른 제1 부분과 제2 부분을 틸트(tilt)시키며, 상기 제1 및 제2 부분과 다른 상기 고정부의 제3 부분을 중심으로 상기 제3 부분을 축회전시키도록 이루어진다.
상기 고정부의 일 면은 상기 스테이지부와 마주하게 배치되고, 상기 제1 내지 제3 부분은 상기 스테이지부와 마주하는 상기 고정부의 일 면상에 형성되며, x축, y축 및 z축으로 이루어지는 직교 좌표계에 있어서, 상기 고정부의 일 면을 zx평면으로 정의하면, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 상기 틸트 동작은 상기 y축 방향으로 이루어지고, 상기 제3 부분의 상기 축회전은 상기 zx평면에 대하여 요잉(yawing) 운동하도록 이루어질 수 있다.
상기 고정부의 일 면을 사분면으로 정의하면, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 제1사분면과 제3사분면 또는 제2사분면과 제4사분면상에 각각 형성되고, 상기 제3 부분은, 상기 제1 및 제2 부분이 상기 제1 및 제3사분면에 형성되는 경우, 상기 제2사분면 및 제4사분면상 중 적어도 하나의 영역상에 형성되며, 상기 제1 및 제2 부분이 상기 제2 및 제4사분면에 형성되는 경우, 상기 제1사분면 및 제3사분면상 중 적어도 하나의 영역상에 형성될 수 있다.
상기 제3 부분은, 상기 제1 및 제2 부분이 상기 제1 및 제3사분면에 형성되는 경우, 상기 제4사분면상에 형성되고, 상기 제1 및 제2 부분이 상기 제2 및 제4사분면에 형성되는 경우, 상기 제3사분면상에 형성될 수 있다.
상기 스테이지부는, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 각각 상기 틸트시키도록 이루어지는 제1 모터와 제2 모터; 및 상기 제3 부분을 상기 축회전시키도록 이루어지는 제3 모터를 구비할 수 있다.
상기 스테이지부는, 상기 고정부와 연결되고, 기울어진 정도를 감지 가능하도록 구성되며, 상기 기울어진 정도에 따라 자세를 조정하여 상기 고정부의 자세를 제어하도록 이루어지는 자이로 스테이지를 포함할 수 있다.
상기 자이로 스테이지는, 상기 고정부와 수직하게 형성되는 자이로 플레이트; 상기 자이로 플레이트의 자세 조정이 가능하도록 상기 자이로 플레이트상에 형성되는 힌지부; 및 상기 힌지부와 인접하게 상기 자이로 플레이트상에 배치되고, 상기 자이로 플레이트의 자세를 조정하도록 이루어지는 제1 자이로모터와 제2 자이로모터를 구비할 수 있다.
상기 레이저 센서 자동정렬 시스템은, 내부에 수용공간이 마련되며, 상기 수용공간상에 상기 고정부와 상기 스테이지부를 수용하도록 형성되는 헤드부; 및 상기 헤드부와 연결되고, 상기 수용공간상으로 냉각유체를 공급하여 상기 수용공간을 냉각시키도록 이루어지는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 센서 자동정렬 시스템은, 상기 송신부에 구비되는 제1 레이저 센서 자동정렬부와, 상기 수신부에 구비되는 제2 레이저 센서 자동정렬부로 이루어지고, 상기 스테이지부는, 상기 제1 레이저 센서 자동정렬부에 구비되는 제1 스테이지와, 상기 수신부에 구비되는 제2 스테이지로 이루어지며, 상기 제1 레이저 센서 자동정렬부는 상기 광신호를 발생시켜 송신하는 발신부를 구비하고, 상기 제2 레이저 센서 자동정렬부는, 상기 발신부로부터 발생된 상기 광신호를 수신하여 검출하는 검출부를 구비하며, 상기 레이저 센서 자동정렬 시스템은, 상기 제1 및 제2 스테이지의 동작을 제어하도록 이루어지며, 상기 제1 및 제2 스테이지의 자세 변화를 좌표 정보로 획득 가능하도록 이루어지는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 스테이지의 자세 변화에 따라 상기 검출부에서 수신된 상기 광신호의 세기가 최대가 되는 시점의 제1 정렬좌표와, 상기 제2 스테이지의 자세 변화에 따라 상기 검출부에서 수신된 상기 광신호의 세기가 최대가 되는 시점의 제2 정렬좌표를 획득하고, 획득한 상기 제1 및 제2 정렬좌표 정보를 근거로 상기 제1 및 제2 스테이지의 자세를 제어하도록 이루어질 수 있다.
상기 제어부는, 상기 검출부에서 수신되는 상기 광신호의 세기가 기설정된 값 이하로 감소하는 경우, 상기 제1 및 제2 스테이지를 동작시켜 상기 제1 및 제2 정렬좌표를 획득하고, 획득한 상기 제1 및 제2 정렬좌표를 이용하여 상기 광신호를 정렬시키도록 이루어질 수 있다.
상기 제어부는, 중심에서 멀어지는 방향으로 형성되는 나선(sprial) 형태를 따라 상기 제1 및 제2 스테이지의 지향 방향이 변화되도록, 상기 제1 및 제2 스테이지의 동작을 제어하여 상기 좌표 정보를 획득하도록 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위하여, 광신호를 이용하여 연소영역에서의 온도 및 특정 성분의 농도를 측정하도록 이루어지는 연소상태 계측 시스템에 있어서, 상기 연소상태 계측 시스템은, 상기 연소영역을 사이에 두고 각각 배치되어 상기 연소영역을 통과하도록 상기 광신호를 송신하고 수신하는 송신부와 수신부; 및 상기 송신부와 상기 수신부에 각각 구비되어 상기 광신호를 정렬시키는 레이저 센서 자동정렬 시스템을 포함하고, 상기 레이저 센서 자동정렬 시스템은, 상기 송신부와 상기 수신부 중 어느 하나에 구비되어 상기 광신호의 경로상에 배치되는 광학부를 고정시키는 고정부; 및 상기 고정부와 연결되고, 상기 고정부의 자세를 제어하여 상기 광신호의 경로를 조절하도록 이루어지는 스테이지부를 포함하고, 상기 스테이지부는, 상기 고정부의 서로 다른 제1 부분과 제2 부분을 틸트(tilt)시키며, 상기 제1 및 제2 부분과 다른 상기 고정부의 제3 부분을 중심으로 상기 제3 부분을 축회전시키도록 이루어진다.
상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.
본 발명의 레이저 센서 자동 정렬 시스템은, 광신호의 경로상에 배치되는 광학부를 고정시키는 고정부와 연결되고며 상기 고정부의 자세를 제어하여 광신호의 경로를 조절하는 스테이지부가, 상기 고정부의 서로 다른 제1 부분과 제2 부분을 틸트(tilt)시키며, 제1 및 제2 부분과 다른 고정부의 제3 부분을 중심으로 상기 제3 부분을 축회전시키도록 이루어진다. 이에 따라, 제어부를 통하여 상기 제1 내지 제3 부분의 위치를 조정하여 상기 고정부 즉, 고정부에 고정된 광원부의 지향 위치를 조절하여 광신호의 경로를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
아울러, 본 발명의 레이저 센서 자동 정렬 시스템은, 스테이지부가, 기울어진 정도를 감지 가능하도록 구성되고, 기울어진 정도에 따라 자세를 조정하여 고정부의 자세를 제어하는 자이로 스테이지를 포함하여, 고정부의 제1 내지 제3 부분의 과도한 변위가 발생한 경우에도 수평방향으로의 정렬이 보다 신속하게 이루어질 수 있다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서 자동정렬 시스템을 포함하는 연소상태 계측 시스템을 개념적으로 보인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 센서 자동정렬 시스템의 일 예를 보인 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 레이저 센서 자동정렬 시스템을 개념적으로 보인 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 자이로 스테이지를 평면상에서 바라본 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 레이저 센서 자동정렬부를 개념적으로 보인 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 제2 레이저 센서 자동정렬부를 개념적으로 보인 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 제어부의 구성을 개념적으로 보인 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 제어부가 제1 정렬좌표와 제2 정렬좌표를 획득하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 도 7에 도시된 제어부가 도 1에 도시된 제1 레이저 센서 자동정렬부와 제2 레이저 센서 자동정렬부를 광신호의 세기를 기반으로 자동 정렬시키는 제어 로직을 보인 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 센서 자동정렬 시스템의 일 예를 보인 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 레이저 센서 자동정렬 시스템을 개념적으로 보인 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 자이로 스테이지를 평면상에서 바라본 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 레이저 센서 자동정렬부를 개념적으로 보인 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 제2 레이저 센서 자동정렬부를 개념적으로 보인 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 제어부의 구성을 개념적으로 보인 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 제어부가 제1 정렬좌표와 제2 정렬좌표를 획득하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 도 7에 도시된 제어부가 도 1에 도시된 제1 레이저 센서 자동정렬부와 제2 레이저 센서 자동정렬부를 광신호의 세기를 기반으로 자동 정렬시키는 제어 로직을 보인 흐름도이다.
이하, 본 발명에 관련된 레이저 센서 자동정렬 시스템 및 이를 구비하는 연소상태 계측 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)을 포함하는 연소상태 계측 시스템(10)을 개념적으로 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 연소상태 계측 시스템(10)은 광신호(14)를 이용하여 연소영역(13)에서의 온도 및 특정 성분의 농도를 측정하도록 이루어진다. 그리고, 연소상태 계측 시스템(10)은 송신부(11)와 수신부(12) 및 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)을 포함한다.
송신부(11)와 수신부(12)는, 상기 연소영역(13)을 사이에 두고 각각 배치되어 연소영역(13)을 통과하도록 상기 광신호(14)를 송신하고 수신하도록 이루어진다.
레이저 센서 자동 정렬 시스템(100,200)은 상기 송신부(11)와 수신부(12)에 각각 구비되어 상기 연소영역(13)을 통과하는 광신호(14)를 정렬시키도록 이루어진다. 레이저 센서 자동 정렬 시스템(100,200)은 상기 송신부(11) 측에 구비되는 제1 레이저 센서 자동정렬부(100)와 상기 수신부(12) 측에 구비되는 제2 레이저 센서 자동정렬부(200)으로 이루어질 수 있다. 송신부(11)와 수신부(12)에는 각각, 상기 제1 및 제2 레이저 센서 자동정렬부(100,200)와 상기 연소영역(13) 사이에 배치되어 상기 광신호(14)가 통과되는 제1 윈도우(11a)와 제2 윈도우(12a)가 마련될 수 있다.
또한, 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)은 고정부(110,210) 및 스테이지부(120,220)를 포함한다.
고정부(110,210)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 송신부(11)와 수신부(12) 중 어느 하나에 구비되어 광신호(14)의 경로상에 배치되는 광학부(111a,111b,211a,211b)를 고정시키도록 이루어진다. 광학부(111a,111b,211a,211b)는, 송신부(11) 측에 구비되는 제1 광학장치(111a,111b)와 수신부(12) 측에 구비되는 제2 광학장치(211a,211b)로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 광학장치(111a,11b)는, 집광형 또는 분산형 렌즈 예를 들어, Convergent lens(111a)와 빛의 진행방향을 평행하게 유도하는 Collimation lens(111b)로 이루어질 수 있다. 그리고, 제2 광학장치(211a,211b)는, 포물면 거울(Parabolic Mirror, 211a)과 광학 필터(211b)로 이루어질 수 있다.
스테이지부(120,220)는, 상기 고정부(110,210)와 연결되고, 고정부(110,210)의 자세를 제어하여 광신호(14)의 경로를 조절하도록 이루어진다.
고정부(110,210)와 스테이지부(120,220)에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
이하, 도 1에 도시된 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)에 대하여 도 1과 함께 도 2 내지 도 7을 더 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 센서 자동정렬 시스템(100)의 일 예를 보인 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 레이저 센서 자동정렬 시스템(100)을 개념적으로 보인 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 자이로 스테이지(125)를 평면상에서 바라본 개념도이고, 도 5는 도 1에 도시된 제1 레이저 센서 자동정렬부(100)를 개념적으로 보인 도면이며, 도 6은 도 1에 도시된 제2 레이저 센서 자동정렬부(200)를 개념적으로 보인 도면이고, 도 7은 도 1에 도시된 제어부(130)의 구성을 개념적으로 보인 도면이다.
참고로, 도 2 내지 도 4는 설명의 편의를 위하여 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200) 중 송신부(11)에 구비되는 제1 레이저 센서 자동정렬부(100)를 대표로 도시하여 설명하기로 한다. 또한, 제2 레이저 센서 자동정렬부(200)에 대한 설명 중 일부 생략되는 부분은, 제1 레이저 센서 자동정렬부(100)에 대한 설명 중 동일한 구성요소에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 스테이지부(120,220)는, 광학부(111a,111b,211a,211b)를 고정시키는 고정부(110,210)의 서로 다른 제1 부분(111,211)과 제2 부분(112,212)을 틸트(tilt)시키고, 제1 및 제2 부분(111,211,112,212)과 다른 고정부(110,210)의 제3 부분(113,213)을 중심으로 상기 제3 부분(113,213)을 축회전시키도록 이루어진다.
보다 구체적으로, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 고정부(110)의 일 면은 스테이지부(120)와 마주하게 배치되고, 상기 제1 내지 제3 부분(111,112,113)은 스테이지부(120)와 마주하는 고정부(110)의 일 면상에 형성될 수 있다. 스테이지부(120)는 상기 제1 내지 제3 부분(111,112,113)을 가지며 상기 고정부(110)의 일 면을 형성하는 틸트 플레이트(121)를 구비할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 부분(111,112,113)은, x축, y축 및 z축으로 이루어지는 직교 좌표계에 있어서, 고정부(110)의 일 면을 zx평면으로 정의하면, 제1 부분(111)과 제2 부분(112)의 상기 틸트 동작은 상기 y축 방향으로 이루어지고, 제3 부분(113)의 상기 축회전은 상기 zx평면에 대하여 요잉(yawing) 운동하도록 이루어질 수 있다.
한편, 고정부(110)의 일 면을 사분면으로 정의하면, 상기 제1 부분(111)과 상기 제2 부분(112)은 제1사분면과 제3사분면 또는 제2사분면과 제4사분면상에 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 부분(113)은, 상기 제1 및 제2 부분(111,112)이 상기 제1 및 제3사분면에 형성되는 경우, 상기 제2사분면 및 제4사분면상 중 적어도 하나의 영역상에 형성되며, 제1 및 제2 부분(111,112)이 상기 제2 및 제4사분면에 형성되는 경우, 상기 제1사분면 및 제3사분면상 중 적어도 하나의 영역상에 형성될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제3 부분(113)은, 틸트 플레이트(121)가 상기 고정부(110)의 일 면을 바라보는 방향을 기준으로, 상기 제1 및 제2 부분(111,112)이 상기 제1 및 제3사분면에 형성되는 경우, 상기 제4사분면상에 형성될 수 있다.
반대로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제3 부분(213)은, 틸트 플레이트(221)가 상기 고정부(210)의 일 면을 바라보는 방향을 기준으로, 상기 제1 및 제2 부분(211,212)이 상기 제2 및 제4사분면에 형성되는 경우, 상기 제3사분면상에 형성될 수 있다.
한편, 상기 스테이지부(120,220)는, 제1 모터(122,222), 제2 모터(123,223) 및 제3 모터(124,224)를 구비할 수 있다.
제1 모터(122,222)와 제2 모터(123,223)는, 고정부(110,210)의 제1 부분(111,211)과 제2 부분(112,212)을 각각 틸트(tilt)시키도록 구성될 수 있다.
제3 모터(124,224)는 고정부(110,210)의 제3 부분(113,213)을 상기 축회전시키도록 이루어질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 모터(122,123,124,222,223,224)는 서보모터(servo motor) 또는 스텝모터(step motor)로 이루어질 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 스테이지부(120)는 자이로 스테이지(125)를 포함할 수 있다.
자이로 스테이지(125)는, 고정부(110)와 연결되고, 기울어진 정도를 감지 가능하도록 구성되고, 상기 기울어진 정도에 따라 자세를 조정하여 고정부(110)의 자세를 제어하도록 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로 자이로 스테이지(125)는, 자이로 플레이트(125a), 힌지부(125b), 제1 자이로모터(125c) 및 제2 자이로모터(125d)를 구비할 수 있다.
자이로 플레이트(125a)는 도 2에 도시된 바와 같이, 고정부(110)와 수직하도록 형성될 수 있다. 또한, 자이로 플레이트(125a)는 틸트 플레이트(121)와 수직하게 형성될 수 있다.
힌지부(125b)는, 자이로 플레이트(125a)의 자세 조정이 가능하도록 자이로 플레이트(125a)상에 형성되어, 자이로 플레이트(125a)의 기울어지는 동작이 가능하도록 축을 제공한다.
제1 자이로모터(125c)와 제2 자이로모터(125d)는 힌지부(125b)와 인접하게 자이로 플레이트(125a)상에 배치되며, 자이로 플레이트(125a)의 자세를 조정하도록 이루어진다.
한편, 도 1을 참조하면, 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)은 헤드부(140,240) 및 냉각부(150,250)를 더 포함할 수 있다.
헤드부(140,240)는 내부에 수용공간(140a,240a)이 마련되고, 상기 수용공간(140a,240a)상에 고정부(110,210)와 스테이지부(120,220)를 수용 가능하도록 형성된다.
냉각부(150,250)는, 상기 헤드부(140,240)와 연결되고, 헤드부(140,240)의 수용공간(140a,240a)상으로 냉각유체를 공급하여 수용공간(140a,240a)을 냉각시키도록 이루어진다. 냉각부(150,250)는 예를 들어, 발전소 등에서 사용되는 압축공기를 상기 냉각유체로 이용할 수 있다. 냉각부(150,250)는 예를 들어, Vortex Cooler 로 이루어질 수 있다. 상기 헤드부(140,240)와 냉각부(150,250)의 구성에 의하면, 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)의 열에 의한 손상을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)에 구비되는 제어부(130)가 제1 정렬좌표와 제2 정렬좌표를 획득하는 알고리즘에 대하여 도 1 내지 도 7과 함께 도 8 및 도 9를 더 참조하여 설명한다.
도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 제어부(130)가 제1 정렬좌표와 제2 정렬좌표를 획득하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 상기 스테이지부(120,220)는, 제1 레이저 센서 자동정렬부(100)에 구비되는 제1 스테이지(120)와 제2 레이저 센서 자동정렬부(200)에 구비되는 제2 스테이지(220)로 이루어질 수 있다.
상기 제1 레이저 센서 자동정렬부(100)는, 상기 광신호(14)를 발생시켜 송신하는 발신부(115)를 구비하고, 제2 레이저 센서 자동정렬부(200)는, 상기 발신부(115)로부터 발생된 광신호(14)를 수신하여 검출하도록 이루어지는 검출부(215)를 구비할 수 있다.
여기서, 제어부(130)는, 제1 스테이지(120)와 제2 스테이지(220)의 동작을 제어하도록 이루어지고, 제1 및 제2 스테이지(120,220)의 자세 변화를 좌표 정보로 획득 가능하도록 이루어질 수 있다.
그리고, 제어부(130)는, 제1 스테이지(120)의 자세 변화에 따라 검출부(215)에서 수신된 광신호(14)의 세기(intensity)가 최대가 되는 시점의 제1 정렬좌표와, 제2 스테이지(220)의 자세 변화에 따라 검출부(215)에서 수신된 광신호(14)의 세기가 최대가 되는 시점의 제2 정렬좌표를 획득하고, 이렇게 획득한 상기 제1 및 제2 정렬좌표 정보를 근거로 제1 및 제2 스테이지(120,220)의 자세를 제어하도록 이루어질 수 있다.
한편, 제어부(130)는, 검출부(215)에서 수신되는 광신호(14)의 세기가 기설정된 값 이하로 감소하는 경우, 제1 및 제2 스테이지(120,220)를 동작시켜 상기 제1 및 제2 정렬좌표를 획득하고, 획득한 상기 제1 및 제2 정렬좌표를 이용하여 상기 광신호를 정렬시키도록 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(130)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 중심에서 멀어지는 방향으로 형성되는 나선(sprial) 형태 따라 상기 제1 및 제2 스테이지(120,220)의 지향 방향이 변화되도록, 상기 제1 및 제2 스테이지(120,220)의 동작을 제어하여 상기 좌표 정보를 획득하도록 이루어질 수 있다. 본 발명의 도면에서는, 상기 나선 형태가 시계 방향으로 만들어지는 형태를 도시하였으나, 상기 시계 방향이 아닌 반시계 방향으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 스테이지(120,220)의 지향 방향이 상기 나선 형태가 중심에서 멀어지는 방향이 아닌, 반대로 상기 나선 형태의 바깥부분에서 중심을 향하여 변화되도록 이루어질 수도 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 제어부(130)는 수신부(12) PLC와 통신으로 연결되며 통신 설정부(미도시), 시험 설정부(미도시), 센서 계측부(미도시), 데이터 표시부(미도시)로 구성될 수 있다. 상기 통신 설정부는 PLC와 RS232에 의해 연결할 수 있도록 포트를 설정할 수 있다. 또한, 상기 시험 설정부는 장비간 거리, 제어 속도, 수동 제어, 자동 운전 등을 설정하며, 상기 센서 계측부는 검출부(215)에서 계측된 센서값의 최대값과 그때의 x, y의 위치값을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 데이터 표시부는 계측된 상기 센서값을 제어 point 또는 time에 대한 그래프로 나타내며, x축 및 y축의 이동 경로를 그래프로 보여줄 수 있다.
이하, 본 발명의 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)에 구비되는 제어부(130)가 검출부(215)에서 검출되는 광신호(14)의 세기를 기반으로 레이저 센서 자동정렬 시스템(100,200)을 자동정렬시키는 제어 로직에 대하여 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 도 7에 도시된 제어부(130)가 도 1에 도시된 제1 레이저 센서 자동정렬부(100)와 제2 레이저 센서 자동정렬부(200)를 광신호(130)의 세기를 기반으로 자동 정렬시키는 제어 로직을 보인 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 도 10의 도시된 흐름도에서 최대 기준값은 광신호(14)의 정렬 후 계측된 값을 비교하여 재정렬 여부를 결정하기 위한 기준값을 의미하고, 재검사 기준값(%)은, 최대 기준값 이상 값을 계측후 대기 상태에서 재검사를 위한 기준값을 의미하며, 최대 기준값이 몇 %(재검사 기준값) 이하의 값으로 내려가면 재검사를 진행하도록 이루어진다.
또한, G-DT(sec)는, 최대 기준값 도달 후 재검사 진행을 위한 Delay Time(sec)을 의미하고, F-DT(sec)는, 최대 기준값에 도달 못했을 경우 재검사 진행을 위한 Delay Time(sec)을 의미한다.
또한, 최대 기준값 Auto Set은, 최대값을 찾은 뒤 그때의 X, Y 위치를 0점으로 처리하는지에 대한 여부를 설정하는 것을 의미한다.
전술한 내용은 단지 예시적인 것에 불과하며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
100,200 : 레이저 센서 자동 정렬 시스템
100 : 제1 레이저 센서 자동 정렬부 200 : 제2 레이저 센서 자동 정렬부
110,210 : 고정부 111a,111b,211a,211b : 광학부
110a : 고정홀 111 : 제1 부분
112 : 제2 부분 113 : 제3 부분
115 : 발신부 215 : 검출부
120,220 : 스테이지부 120 : 제1 스테이지
220 : 제2 스테이지 121 : 틸트 플레이트
122 : 제1 모터 123 : 제2 모터
124 : 제3 모터 125 : 자이로 스테이지
125a : 자이로 플레이트 125b : 힌지부
125c : 제1 자이로모터 125d : 제2 자이로모터
130 : 제어부 140,240 : 헤드부
140 : 제1 헤드 240 : 제2 헤드
140a,240a : 수용공간 150,250 : 냉각부
150 : 제1 냉각장치 250 : 제2 냉각장치
10 : 연소상태 계측 시스템 11 : 송신부
12 : 수신부 11a,12a : 윈도우
13 : 연소영역 14 : 광신호
100 : 제1 레이저 센서 자동 정렬부 200 : 제2 레이저 센서 자동 정렬부
110,210 : 고정부 111a,111b,211a,211b : 광학부
110a : 고정홀 111 : 제1 부분
112 : 제2 부분 113 : 제3 부분
115 : 발신부 215 : 검출부
120,220 : 스테이지부 120 : 제1 스테이지
220 : 제2 스테이지 121 : 틸트 플레이트
122 : 제1 모터 123 : 제2 모터
124 : 제3 모터 125 : 자이로 스테이지
125a : 자이로 플레이트 125b : 힌지부
125c : 제1 자이로모터 125d : 제2 자이로모터
130 : 제어부 140,240 : 헤드부
140 : 제1 헤드 240 : 제2 헤드
140a,240a : 수용공간 150,250 : 냉각부
150 : 제1 냉각장치 250 : 제2 냉각장치
10 : 연소상태 계측 시스템 11 : 송신부
12 : 수신부 11a,12a : 윈도우
13 : 연소영역 14 : 광신호
Claims (12)
- 연소영역을 사이에 두고 각각 배치되어 상기 연소영역을 통과하도록 광신호를 송신하고 수신하는 송신부와 수신부를 구비하며, 상기 광신호를 이용하여 상기 연소영역에서의 온도 및 특정 성분의 농도를 측정하도록 이루어지는 연소상태 계측 시스템에 있어서, 상기 송신부와 상기 수신부에 각각 구비되어 상기 광신호를 정렬시키는 레이저 센서 자동정렬 시스템은,
상기 송신부와 상기 수신부 중 어느 하나에 구비되어 상기 광신호의 경로상에 배치되는 광학부를 고정시키는 고정부; 및
상기 고정부와 연결되고, 상기 고정부의 자세를 제어하여 상기 광신호의 경로를 조절하도록 이루어지는 스테이지부를 포함하고,
상기 스테이지부는, 상기 고정부의 서로 다른 제1 부분과 제2 부분을 틸트(tilt)시키며, 상기 제1 및 제2 부분과 다른 상기 고정부의 제3 부분을 중심으로 상기 제3 부분을 축회전시키도록 이루어지고,
상기 고정부의 일 면은 상기 스테이지부와 마주하게 배치되고,
상기 제1 내지 제3 부분은 상기 스테이지부와 마주하는 상기 고정부의 일 면상에 형성되며,
x축, y축 및 z축으로 이루어지는 직교 좌표계에 있어서, 상기 고정부의 일 면을 zx평면으로 정의하면, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 상기 틸트 동작은 상기 y축 방향으로 이루어지고, 상기 제3 부분의 상기 축회전은 상기 zx평면에 대하여 요잉(yawing) 운동하도록 이루어지고,
상기 고정부의 일 면을 사분면으로 정의하면,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 제1사분면과 제3사분면 또는 제2사분면과 제4사분면상에 각각 형성되고,
상기 제3 부분은,
상기 제1 및 제2 부분이 상기 제1 및 제3사분면에 형성되는 경우, 상기 제2사분면 및 제4사분면상 중 적어도 하나의 영역상에 형성되며,
상기 제1 및 제2 부분이 상기 제2 및 제4사분면에 형성되는 경우, 상기 제1사분면 및 제3사분면상 중 적어도 하나의 영역상에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제3 부분은,
상기 제1 및 제2 부분이 상기 제1 및 제3사분면에 형성되는 경우, 상기 제4사분면상에 형성되고,
상기 제1 및 제2 부분이 상기 제2 및 제4사분면에 형성되는 경우, 상기 제3사분면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 스테이지부는,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 각각 상기 틸트시키도록 이루어지는 제1 모터와 제2 모터; 및
상기 제3 부분을 상기 축회전시키도록 이루어지는 제3 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 스테이지부는,
상기 고정부와 연결되고, 기울어진 정도를 감지 가능하도록 구성되며, 상기 기울어진 정도에 따라 자세를 조정하여 상기 고정부의 자세를 제어하도록 이루어지는 자이로 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 자이로 스테이지는,
상기 고정부와 수직하게 형성되는 자이로 플레이트;
상기 자이로 플레이트의 자세 조정이 가능하도록 상기 자이로 플레이트상에 형성되는 힌지부; 및
상기 힌지부와 인접하게 상기 자이로 플레이트상에 배치되고, 상기 자이로 플레이트의 자세를 조정하도록 이루어지는 제1 자이로모터와 제2 자이로모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 제1항에 있어서,
내부에 수용공간이 마련되며, 상기 수용공간상에 상기 고정부와 상기 스테이지부를 수용하도록 형성되는 헤드부; 및
상기 헤드부와 연결되고, 상기 수용공간상으로 냉각유체를 공급하여 상기 수용공간을 냉각시키도록 이루어지는 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 센서 자동정렬 시스템은, 상기 송신부에 구비되는 제1 레이저 센서 자동정렬부와, 상기 수신부에 구비되는 제2 레이저 센서 자동정렬부로 이루어지고,
상기 스테이지부는, 상기 제1 레이저 센서 자동정렬부에 구비되는 제1 스테이지와, 상기 수신부에 구비되는 제2 스테이지로 이루어지며,
상기 제1 레이저 센서 자동정렬부는 상기 광신호를 발생시켜 송신하는 발신부를 구비하고,
상기 제2 레이저 센서 자동정렬부는, 상기 발신부로부터 발생된 상기 광신호를 수신하여 검출하는 검출부를 구비하며,
상기 레이저 센서 자동정렬 시스템은, 상기 제1 및 제2 스테이지의 동작을 제어하도록 이루어지며, 상기 제1 및 제2 스테이지의 자세 변화를 좌표 정보로 획득 가능하도록 이루어지는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1 스테이지의 자세 변화에 따라 상기 검출부에서 수신된 상기 광신호의 세기가 최대가 되는 시점의 제1 정렬좌표와, 상기 제2 스테이지의 자세 변화에 따라 상기 검출부에서 수신된 상기 광신호의 세기가 최대가 되는 시점의 제2 정렬좌표를 획득하고, 획득한 상기 제1 및 제2 정렬좌표 정보를 근거로 상기 제1 및 제2 스테이지의 자세를 제어하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 검출부에서 수신되는 상기 광신호의 세기가 기설정된 값 이하로 감소하는 경우, 상기 제1 및 제2 스테이지를 동작시켜 상기 제1 및 제2 정렬좌표를 획득하고, 획득한 상기 제1 및 제2 정렬좌표를 이용하여 상기 광신호를 정렬시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는, 중심에서 멀어지는 방향으로 형성되는 나선(sprial) 형태를 따라 상기 제1 및 제2 스테이지의 지향 방향이 변화되도록, 상기 제1 및 제2 스테이지의 동작을 제어하여 상기 좌표 정보를 획득하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 센서 자동정렬 시스템. - 광신호를 이용하여 연소영역에서의 온도 및 특정 성분의 농도를 측정하도록 이루어지는 연소상태 계측 시스템에 있어서, 상기 연소상태 계측 시스템은,
상기 연소영역을 사이에 두고 각각 배치되어 상기 연소영역을 통과하도록 상기 광신호를 송신하고 수신하는 송신부와 수신부; 및
상기 송신부와 상기 수신부에 각각 구비되어 상기 광신호를 정렬시키는 레이저 센서 자동정렬 시스템을 포함하고,
상기 레이저 센서 자동정렬 시스템은,
상기 송신부와 상기 수신부 중 어느 하나에 구비되어 상기 광신호의 경로상에 배치되는 광학부를 고정시키는 고정부; 및
상기 고정부와 연결되고, 상기 고정부의 자세를 제어하여 상기 광신호의 경로를 조절하도록 이루어지는 스테이지부를 포함하고,
상기 스테이지부는, 상기 고정부의 서로 다른 제1 부분과 제2 부분을 틸트(tilt)시키며, 상기 제1 및 제2 부분과 다른 상기 고정부의 제3 부분을 중심으로 상기 제3 부분을 축회전시키도록 이루어지고,
상기 고정부의 일 면은 상기 스테이지부와 마주하게 배치되고,
상기 제1 내지 제3 부분은 상기 스테이지부와 마주하는 상기 고정부의 일 면상에 형성되며,
x축, y축 및 z축으로 이루어지는 직교 좌표계에 있어서, 상기 고정부의 일 면을 zx평면으로 정의하면, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 상기 틸트 동작은 상기 y축 방향으로 이루어지고, 상기 제3 부분의 상기 축회전은 상기 zx평면에 대하여 요잉(yawing) 운동하도록 이루어지고,
상기 고정부의 일 면을 사분면으로 정의하면,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 제1사분면과 제3사분면 또는 제2사분면과 제4사분면상에 각각 형성되고,
상기 제3 부분은,
상기 제1 및 제2 부분이 상기 제1 및 제3사분면에 형성되는 경우, 상기 제2사분면 및 제4사분면상 중 적어도 하나의 영역상에 형성되며,
상기 제1 및 제2 부분이 상기 제2 및 제4사분면에 형성되는 경우, 상기 제1사분면 및 제3사분면상 중 적어도 하나의 영역상에 형성되는 것을 특징으로 하는 연소상태 계측 시스템.
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20231221 Patent event code: PE09021S01D |
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