KR20220095960A - Multi-wavelength lidar for measuring fine dust mass concentration Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 레이저를 송신하는 송신광학계와 상기 레이저를 망원경을 통해 받아들이는 수신광학계를 구비하고 1064㎚ 파장의 빛을 측정하는 어발란체 포토다이오드, 355㎚ 파장의 빛을 측정하는 광전자증폭관(R.14) 및 387㎚ 파장의 빛을 측정하는 광전자증폭관(R.11)을 설치하여 넓은 범위의 대기 중 미세먼지 질량농도를 측정하기 위한 다파장 라이다 장치의 관한 발명으로 현업에서 사용하는 미세먼지 측정기술은 한 지점에서의 미세먼지 농도만을 관측할 수 있어서 넓은 지역의 미세먼지 농도를 측정하기 위해서는 다수의 부유분진측정기를 설치하여 측정을 해야 하기 때문에 이동을 하면서 측정을 하기는 어려움이 발생하지만, 본 발명은 측정이 필요한 장소에 직접 가지 않아도 다파장 라이더를 이용하여 5km 범위내 존재하는 미세먼지의 질량농도를 관측할 수 있고, 미세먼지 농도의 공간분포와 미세먼지의 지점 간 이동 및 확산 등의 정밀 분석 자료를 산출할 수 있는 것을 특징으로 하는 발명이다.The present invention relates to a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust, and more particularly, comprising a transmitting optical system that transmits a laser and a receiving optical system that receives the laser through a telescope, and measuring light with a wavelength of 1064 nm An avalanche photodiode, a photoelectron amplifier tube (R.14) that measures light with a wavelength of 355 nm, and a photoelectron amplifier tube (R.11) that measures light with a wavelength of 387 nm (R.11) are installed to cover a wide range of particulate matter mass in the atmosphere As the invention of the multi-wavelength lidar device for measuring the concentration, the fine dust measurement technology used in the field can only observe the fine dust concentration at one point. Although it is difficult to measure while moving because it has to be installed and measured, the present invention can observe the mass concentration of fine dust within a 5 km range using a multi-wavelength lidar without going directly to a place where measurement is required. It is an invention characterized in that precise analysis data such as spatial distribution of fine dust concentration and movement and diffusion of fine dust between points can be calculated.
Description
본 발명은 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 레이저를 송신하는 송신광학계와 상기 레이저를 망원경을 통해 받아들이는 수신광학계를 구비하고 지정된 파장의 빛을 측정하는 어발란체 포토다이오드 및 광전자증폭관을 설치하여 넓은 범위의 대기 중의 미세먼지 질량농도를 측정하기 위한 다파장 라이다 장치의 관한 발명이다.The present invention relates to a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust, and more particularly, a method comprising a transmitting optical system for transmitting a laser and a receiving optical system for receiving the laser through a telescope, and measuring light of a specified wavelength It is an invention of a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust in the atmosphere in a wide range by installing a balancer photodiode and a photoelectron amplifier.
최근 미세먼지(PM10), 초미세먼지(PM2.5) 오염은 사회적 이슈로 크게 부각되면서 오염 현상과 원인, 대책 등 다양한 측면에서 연구가 진행되고 있다.Recently, fine dust (PM10) and ultrafine dust (PM2.5) pollution has been highlighted as a social issue, and research is being conducted in various aspects such as pollution phenomena, causes, and countermeasures.
이는 고농도 미세먼지의 발생이 빈번해지면서, 미세먼지 측정의 중요성이 부각되고 있음에도 구체적인 크기 분포 및 크기에 따른 정보는 여전히 부족한 상황이다.As the occurrence of high-concentration fine dust increases, the importance of fine dust measurement has been highlighted, but information on specific size distribution and size is still lacking.
현재 측정되고 있는 미세먼지의 물리량은 PM10과 PM2.5으로 이는 각각 직경 10㎛ 이하 및 2.5㎛ 이하 크기의 미세먼지의 총 질량을 측정하므로 실질적으로 어떤 크기의 입자가 얼마나 있는지는 정확히 알 수 없어 인식 대비 실제 측정되는 미세먼지의 누적 총량에는 상당한 차이가 있다.The physical quantities of fine dust currently being measured are PM10 and PM2.5, which measure the total mass of fine dust with a diameter of 10 μm or less and 2.5 μm or less, respectively. There is a significant difference in the cumulative total amount of fine dust that is actually measured.
미세먼지는 입자의 크기가 작을수록 폐를 통하여 몸의 각 기관으로 쉽게 침투할 수 있으며, 같은 질량이 존재한다 가정하였을때, 작은입자(PM2.5)가 큰입자(PM10)의 단위 질량당 표면적이 큼으로 화학적인 반응속도가 더 빠르고 위험하다.The smaller the particle size, the easier it can penetrate into each organ of the body through the lungs. Assuming the same mass exists, the small particle (PM2.5) is the surface area per unit mass of the large particle (PM10). With this size, the chemical reaction rate is faster and more dangerous.
이를 연구하기 위해 다량한 종류의 미세먼지 관측장비가 사용되고 있는데, 현재 현업에서는 대기 중에 공기를 흡입하여 질량농도를 관측하는 부유분진측정기(β-ray), 광학입자계수기(OPC : Optical Particle Counter)와 입경별 수농도를 관측하는 전자기유도입자계수기(SMPS : Scanning Mobility Particle Sizer), 공기역학입자계수기(APS : Aerodynamic Particle Sizer) 및 응결핵계수기 (CPC : Condensation Particle Counter)가 대표적으로 사용되고 있으며, 일반적으로 국가에서 제공하는 미세먼지의 정보는 대기오염 측정소에서 부유분진측정기로 측정이 이루어지고 있다.To study this, many types of fine dust observation equipment are being used. Currently, airborne dust measuring instruments (β-ray), optical particle counters (OPC: Optical Particle Counters) and Electromagnetic induction particle counter (SMPS: Scanning Mobility Particle Sizer), aerodynamic particle counter (APS: Aerodynamic Particle Sizer) and Condensation Particle Counter (CPC: Condensation Particle Counter) that observe the number concentration by particle size are typically used. Information on fine dust provided by Air Pollution Measuring Station is being measured with a floating dust meter.
특히, 종래기술로 국내등록특허 제10-0308920호가 제시된 바 있으며, 상기 종래기술은 부유분진측정기에 적용되는 도입부에 관한 기술로 2.5㎛ 이하의 분진을 선별하여 측정하는 부유분진측정기용 도입부에 관한 발명이다.In particular, as a prior art, Korean Patent No. 10-0308920 has been proposed, and the prior art is a technology related to an introduction part applied to a suspended dust measuring device, and an invention related to an introduction part for a suspended dust measuring device that selects and measures dust of 2.5 μm or less. to be.
하지만, 부유분진측정기는 측정기가 설치되어 있는 하나의 지점을 측정하는 방식으로 단순한 정보산출 및 측정은 가능하지만 넓은 범위의 미세먼지의 공간분포의 측정이 어려우며, 미세먼지의 지점 간 이동 및 확산 등 과학적 연구를 위한 정밀한 분석 자료를 산출하는데 어려움이 있다.However, the airborne dust detector measures a single point where the measuring device is installed, and although simple information calculation and measurement is possible, it is difficult to measure the spatial distribution of fine dust in a wide range, and It is difficult to produce precise analysis data for research.
따라서, 원거리에서 미세먼지 농도의 공간분포와 미세먼지의 지점 간 이동 및 확산 등의 정밀 분석 자료를 산출하기 위한 미세먼지 측정기의 필요성이 대두되었다.Therefore, the need for a fine dust measuring instrument to calculate precise analysis data such as spatial distribution of fine dust concentration and the movement and diffusion of fine dust between points at a long distance has emerged.
본 발명의 목적은 미세먼지 농도의 공간분포와 미세먼지의 지점 간 이동 및 확산 등의 정밀 분석 자료를 산출하는 미세먼지 측정 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring fine dust that calculates precise analysis data such as spatial distribution of fine dust concentration and movement and diffusion of fine dust between points.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 넓은 범위의 대기를 측정하는 것으로 미세먼지의 질량농도 정보를 확인할 수 있는 다파장 라이다 장치를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a multi-wavelength lidar device capable of confirming mass concentration information of fine dust by measuring the atmosphere in a wide range.
미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치에 있어서, 상기 다파장 라이다 장치는 미세먼지 질량농도를 측정하고자 하는 대기방향으로 레이저를 송신하는 송신광학계, 상기 미세먼지 질량농도를 측정하고자 하는 대기방향에서 수신되는 빛을 수신광학계로 보내는 망원경, 400㎚미만인 파장의 빛은 반사시키고, 400㎚이상인 파장의 빛은 투과시키는 색선별거울(R.4), 1000㎚ 내지 1100㎚ 파장의 빛을 측정하는 어발란체 포토다이오드(R.7), 400㎚미만인 파장의 빛은 반사시키고, 400㎚이상인 파장의 빛은 투과시키는 색선별거울(R.8), 350㎚ 내지 360㎚ 파장의 빛을 측정하는 광전자증폭관(R.14) 및 380㎚ 내지 390㎚ 파장의 빛을 측정하는 광전자증폭관(R.11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치를 제공한다.In the multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust, the multi-wavelength lidar device includes a transmitting optical system that transmits a laser in the direction of the atmosphere to measure the mass concentration of fine dust, and the atmosphere to measure the mass concentration of fine dust A telescope that sends the light received from the direction to the receiving optical system, a color separation mirror (R.4) that reflects light with a wavelength of less than 400 nm and transmits light with a wavelength of 400 nm or more, and measures light with a wavelength of 1000 to 1100 nm Avalanche photodiode (R.7), which reflects light with a wavelength of less than 400 nm and transmits light with a wavelength of 400 nm or more (R.8), measures light with a wavelength of 350 nm to 360 nm Provides a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust, characterized in that it comprises a photoelectron amplifier tube (R.14) and a photoelectron amplifier tube (R.11) for measuring light of a wavelength of 380 nm to 390 nm do.
또한, 상기 색선별거울(R.4) 및 아발란체 포토다이오드(R.7) 사이에, 1064㎚ 파장의 빛만 투과시키는 간섭필터(R.5) 및 집속렌즈(R.6)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치를 제공한다.In addition, an interference filter (R.5) and a focusing lens (R.6) that transmit only light of a wavelength of 1064 nm are further installed between the color separation mirror (R.4) and the avalanche photodiode (R.7) It provides a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust, characterized in that it is.
또한, 상기 색선별거울(R.8) 및 광전자증폭관(R.14) 사이에 355㎚ 파장의 빛만을 투과시키는 간섭필터(R.12) 및 집속렌즈(R.13)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치를 제공한다.In addition, an interference filter (R.12) and a focusing lens (R.13) that transmit only light of a wavelength of 355 nm are further installed between the color separation mirror (R.8) and the photoelectron amplifier tube (R.14). It provides a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust.
또한, 상기 색선별거울(R.8) 및 광전자증폭관(R.11) 사이에 387㎚ 파장의 빛만을 투과시키는 간섭필터(R.9) 및 집속렌즈(R.10)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치를 제공한다.In addition, an interference filter (R.9) and a focusing lens (R.10) that transmit only light of a wavelength of 387 nm are further installed between the color separation mirror (R.8) and the photoelectron amplifier tube (R.11). It provides a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust.
또한, 상기 어발란체 포토다이오드(R.7)은 1064㎚ 파장의 빛만 측정하고, 상기 광전자증폭관(R.14)는 355㎚ 파장의 빛만 측정하며, 상기 광전자증폭관(R.11)은 387㎚의 빛만 측정하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치를 제공한다.In addition, the avalanche photodiode R.7 measures only light with a wavelength of 1064 nm, the photoelectron amplifier R.14 measures only light with a wavelength of 355 nm, and the photoelectron amplifier R.11 measures only light with a wavelength of 355 nm It provides a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust, characterized in that it measures only light of 387 nm.
본 발명에 따르면, 현업에서 사용하는 미세먼지 측정기술은 한 지점에서의 미세먼지 농도만을 관측할 수 있어서 넓은 지역의 미세먼지 농도를 측정하기 위해서는 다수의 부유분진측정기를 설치하여 측정을 해야 하기 때문에 이동을 하면서 측정을 하기는 어려움이 발생하지만, 본 발명은 측정이 필요한 장소에 직접 가지 않아도 다파장 라이더를 이용하여 5km 범위내 존재하는 미세먼지의 질량농도를 관측할 수 있다.According to the present invention, the fine dust measurement technology used in the field can only observe the fine dust concentration at one point, so in order to measure the fine dust concentration in a wide area, it is necessary to install and measure a number of airborne dust measuring devices. However, in the present invention, it is possible to observe the mass concentration of fine dust within a range of 5 km using a multi-wavelength lidar without going directly to a place where measurement is required.
또한 본 발명에 따르면, 미세먼지 농도의 공간분포와 미세먼지의 지점 간 이동 및 확산 등의 정밀 분석 자료를 산출할 수 있다.In addition, according to the present invention, precise analysis data such as spatial distribution of fine dust concentration and movement and diffusion between points of fine dust can be calculated.
도 1은 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 케플러식 빔 익스팬더 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 갈릴레이식 빔 익스팬더 예시도.
도 4는 기존에 사용되고 있는 베타선 흡수방식 부유분진 측정기의 개략도.
도 5는 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 색선별거울(T.4)의 투과율 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 색선별거울(R.4)의 투과율 그래프.
도 7은 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 색선별거울(R.8)의 투과율 그래프.
도 8은 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 간섭필터(R.5)의 투과율 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 간섭필터(R.9)의 투과율 그래프.
도 10는 본 발명의 실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 간섭필터(R.12)의 투과율 그래프.
도 11은 본 발명의 실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 어발란체포토다이오드(R.7)의 파장별 반응도.
도 12는 본 발명의 실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 광전자증폭관(R.11, R.14)의 파장별 반응도.1 is a configuration diagram of a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view of a Kepler-type beam expander of a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view of a Galilean-type beam expander of a multi-wavelength lidar device for measuring fine dust mass concentration according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of a beta-ray absorption type suspended dust measuring device used in the prior art.
5 is a transmittance graph of a color selection mirror (T.4) of a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the transmittance of a color selection mirror (R.4) of a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph of transmittance of a color selection mirror (R.8) of a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
8 is a transmittance graph of the interference filter (R.5) of the multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
9 is a transmittance graph of the interference filter (R.9) of the multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
10 is a transmittance graph of the interference filter (R.12) of the multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
11 is a reaction diagram for each wavelength of the avalanche photodiode (R.7) of the multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
12 is a reaction diagram for each wavelength of the photoelectron amplifier tube (R.11, R.14) of the multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and substitutions of the embodiments.
상기의 표 1은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위하여 정의한 각 요소들 사양의 하나의 예이며, 상기 표 1에서 각 요소의 No 앞에 붙는 식별기호 T는 송신광학계를 의미하는 것이며, R은 수신광학계를 의미하는 것이다. Table 1 above is an example of the specification of each element defined to describe an embodiment of the present invention, and in Table 1, the identification symbol T attached to No of each element means a transmission optical system, and R is a reception It means optics.
상기 표 1에서 각 구성은 광원에 해당하는 레이저(T.1), 상기 레이저(T.1)의 광원을 입력받아 확장하여 출력하는 빔확장기(T.2), 가시광영역을 청색, 녹색 및 적색으로 반사하고, 특정파장은 투과시키는 색선별거울(T.3, T.4, R4, R8), 빛을 반사하는 반사거울(T.5, T.6), 산란되어 반사되는 빛신호를 수집하는 망원경(R.1), 상기 망원겅(R.1)에서 수집한 빛의 배경신호를 제거하는 조리개(R.2), 상기 조리개(R.2)를 통과한 빛은을 평행하게 진행하도록 하는 시준렌즈(R.3), 상기 색선별거울(R4, R8)를 통과한 빛에서 특정 파장의 빛만 투과시키는 간섭필터(R.5, R.9, R.12), 통과하는 빛을 가늘게 모아주는 집속렌즈(R.6, R.10, R.13), 광검파기 역할을 수행하는 어발란체 포토다이오드(R.7), 투과되는 빛에서 특정 파장을 검출하여 측정하는 광전자증폭관(R.11, R.14)의 특성을 갖는다.In Table 1, each configuration includes a laser (T.1) corresponding to a light source, a beam expander (T.2) that receives and expands the light source of the laser (T.1) and outputs the blue, green and red visible light regions. Collects chromatic screening mirrors (T.3, T.4, R4, R8) that reflect light and transmit specific wavelengths, reflection mirrors that reflect light (T.5, T.6), and scattered and reflected light signals The telescope (R.1), the diaphragm (R.2) that removes the background signal of the light collected by the telescope (R.1), and the light passing through the diaphragm (R.2) proceed in parallel a collimating lens (R.3), an interference filter (R.5, R.9, R.12) that transmits only light of a specific wavelength from the light that has passed through the color selection mirrors (R4, R8), and narrows the light passing through A focusing lens (R.6, R.10, R.13) that collects, an avalanche photodiode (R.7) that functions as a photodetector, and a photoelectron amplifier that detects and measures a specific wavelength in the transmitted light ( R.11, R.14).
도 1은 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치 구성도이다.1 is a configuration diagram of a multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 보는 바와 같이, 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치에 있어서,1, in the multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust,
상기 다파장 라이다 장치는 미세먼지 질량농도를 측정하고자 하는 대기방향으로 레이저를 송신하는 송신광학계, 상기 미세먼지 질량농도를 측정하고자 하는 대기방향에서 수신되는 빛을 수신광학계로 보내는 망원경, 350㎚ 내지 457.9㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 457.9 내지 1200㎚인 파장의 빛은 투과시키는 색선별거울(R.4), 400㎚ 내지 1200㎚ 파장의 빛을 측정하는 어발란체 포토다이오드(R.7), 230㎚ 내지 360㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 370㎚ 내지 508㎚인 파장의 빛은 투과시키는 색선별거울(R.8), 200㎚ 내지 700㎚ 파장의 빛을 측정하는 광전자증폭관(R.14) 및 200㎚ 내지 700㎚ 파장의 빛을 측정하는 광전자증폭관(R.11)을 포함한다.The multi-wavelength lidar device includes a transmitting optical system that transmits a laser in the air direction for measuring the mass concentration of fine dust, a telescope that transmits light received in the air direction for measuring the mass concentration of fine dust to a receiving optical system, 350 nm to A color separation mirror (R.4) that reflects light with a wavelength of 457.9 nm and transmits light with a wavelength of 457.9 to 1200 nm, and an avalanche photodiode (R.7) that measures light with a wavelength of 400 nm to 1200 nm ), a color separation mirror (R.8) that reflects light with a wavelength of 230 nm to 360 nm and transmits light with a wavelength of 370 nm to 508 nm, and a photoelectron amplifier that measures light with a wavelength of 200 nm to 700 nm (R.14) and a photoelectron amplifier tube (R.11) for measuring light with a wavelength of 200 nm to 700 nm.
여기서 상기 레이저는 355㎚ 및 1064㎚의 파장의 빛을 미세먼지 질량농도를 측정하고자 하는 방향으로 송신할 수 있다.Here, the laser may transmit light of wavelengths of 355 nm and 1064 nm in a direction to measure the mass concentration of fine dust.
이 때 송신된 빛은 빔 확장기를 통과하여 색선별거울(T.3, T.4)에 도달하고, 상기 색성별거울(T.3, T.4)에 의해 두 파장의 빛 경로가 일치된다.At this time, the transmitted light passes through the beam expander and arrives at the color discrimination mirrors (T.3, T.4), and the light paths of the two wavelengths are matched by the color discrimination mirrors (T.3, T.4). .
이 후 두 파장의 빛은 반사거울(T.5, T.6)에 의하여 망원경 중심에서부터 미세먼지 질량농도를 측정하고자 하는 방향으로 송신되며, 상기 망원경(R.1)에서 수집된 빛은 어발란체 포토다이오드(R.7) 및 광전자증폭관(R.11, R.14)으로 수렴될 수 있다.After that, the two wavelengths of light are transmitted from the center of the telescope by the reflection mirrors (T.5, T.6) in the direction to measure the mass concentration of fine dust, and the light collected by the telescope (R.1) is Avalanche. It can converge to the sieve photodiode (R.7) and the photoelectron amplifier (R.11, R.14).
또한, 망원경으로 수집한 빛은 조리개(R.2)를 통과하여 배경신호를 제거되고, 이어서 시준렌즈(R.3)을 통과하게 되면 평행한 방향으로 진행하게 된다.In addition, the light collected by the telescope passes through the aperture (R.2) to remove the background signal, and then passes through the collimating lens (R.3) to proceed in a parallel direction.
여기서, 상기 조리개(R.2)는 직경이 0.8mm 내지 12.0mm 범위에서 조정될 수 있다.Here, the diaphragm (R.2) can be adjusted in the range of 0.8mm to 12.0mm in diameter.
또한, 상기 조리개(R.2) 대신 각기 다른 크기의 구멍을 가진 리볼버식홀더를 적용하여 조리개역할을 대신 할 수도 있다.In addition, instead of the diaphragm (R.2), a revolver-type holder having holes of different sizes may be applied to serve as a diaphragm.
또한, 상기 시준렌즈(R.3)는 직경이 25.4mm이고, 초점거리(f)는 50mm인 것을 사용할 수 있다.In addition, the collimating lens R.3 may have a diameter of 25.4 mm and a focal length f of 50 mm.
또한, 상기 시준렌즈(R.3)를 통과하여 평행한 방향으로 진행하는 빛은 상기 색선별거울(R.4)를 통하여 청색, 녹색 및 적색으로 분리되어 반사되는데, 이 때 상기 색선별거울(R.4)는 350㎚ 내지 457.9㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 457.9㎚ 내지 1200㎚인 파장의 빛은 투과시킨다.In addition, light passing through the collimating lens R.3 and traveling in a parallel direction is separated and reflected in blue, green and red colors through the color separation mirror R.4, and at this time, the color separation mirror (R.4) R.4) reflects light of a wavelength of 350 nm to 457.9 nm and transmits light of a wavelength of 457.9 nm to 1200 nm.
여기서 상기 색선별거울(R.4)의 표면 법선에 대한 입사각(Angle of Incidence)은 45°이다.Here, the angle of incidence with respect to the surface normal of the color separation mirror (R.4) is 45°.
상기 색선별거울(R.4)를 통과한 457.9㎚ 내지 1200㎚인 파장의 빛은 간섭필터(R.5)에 통과시켜 1064㎚ 파장의 빛만 투과시킨다.Light having a wavelength of 457.9 nm to 1200 nm that has passed through the color separation mirror (R.4) passes through an interference filter (R.5) to transmit only light of a wavelength of 1064 nm.
상기 간섭핑터(R.5)를 투과한 빛은 집속렌즈(R.6)을 통과하여 어발란체 포토다이오드(R.7)에서 1064㎚ 파장의 빛을 광검파하여 측정한다.The light passing through the interference finger (R.5) passes through the focusing lens (R.6), and the avalanche photodiode (R.7) photodetects the light with a wavelength of 1064 nm and measures it.
여기서, 상기 집속렌즈(R.6)은 직경이 25.4mm이고, 초점거리(f)는 25mm인 것을 사용할 수 있다.Here, the focusing lens R.6 may have a diameter of 25.4 mm and a focal length f of 25 mm.
상기 색선별거울(R.4)에서 반사된 350㎚ 내지 457.9㎚인 파장의 빛은 색선별거울(R.8)에 도달하고, 상기 색선별거울(R.8)에 도달한 빛 중 230㎚ 내지 360㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 370㎚ 내지 508㎚인 파장의 빛은 투과시킨다.Light of a wavelength of 350 nm to 457.9 nm reflected by the color separation mirror (R.4) reaches the color separation mirror (R.8), and among the light that reaches the color separation mirror (R.8), 230 nm Light having a wavelength of 370 nm to 360 nm is reflected, and light having a wavelength of 370 nm to 508 nm is transmitted.
상기 색선별거울(R.8)에서 투과된 370㎚ 내지 508㎚인 파장의 빛은 간섭필터 R.9에 의해서 387㎚ 파장의 빛만 투과되게 된다.Light having a wavelength of 370 nm to 508 nm transmitted from the color separation mirror R.8 is transmitted only with a wavelength of 387 nm by the interference filter R.9.
상기 간섭필터(R.9)를 통과한 빛은 집속렌즈 (R.10)을 통과하여 광전자증폭관 (R.11)에서 387㎚ 파장의 빛을 측정한다.The light passing through the interference filter (R.9) passes through the focusing lens (R.10) to measure the light with a wavelength of 387 nm in the photoelectron amplifier tube (R.11).
여기서, 상기 집속렌즈(R.10)의 직경은 25.4mm 이고 초점거리(f)는 25mm인 것을 사용할 수 있다.Here, the diameter of the focusing lens R.10 may be 25.4mm and the focal length f may be 25mm.
상기 색선별거울(R.4)에서 반사된 350㎚ 내지 457.9㎚인 파장의 빛은 간섭필터(R.12)에 의해 355㎚ 파장의 빛만 투과하게 되며, 상기 간섭필터(R.12)를 통과한 빛은 접속렌즈(R.13)을 통과하여 광전자증폭관(R.14)에서 355㎚파장의 빛이 측정된다.Light of a wavelength of 350 nm to 457.9 nm reflected by the color separation mirror (R.4) is transmitted by an interference filter (R.12) with a wavelength of only 355 nm, and passes through the interference filter (R.12) One light passes through the connection lens (R.13), and the light with a wavelength of 355 nm is measured in the photoelectron amplifier tube (R.14).
여기서, 상기 집속렌즈(R.13)의 직경은 25.4mm이고, 초점거리(f)는 25mm인 것을 사용할 수 있다.Here, the diameter of the focusing lens R.13 may be 25.4 mm, and the focal length f may be 25 mm.
상기의 구성을 통하여 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the present invention through the above configuration will be described as follows.
상기 다파장 라이다 장치가 작동하게되면 상기 레이저(T.1)에서 빔이 조사된다.When the multi-wavelength lidar device is operated, a beam is irradiated from the laser T.1.
상기 레이저(T.1)에서 조사된 빔은 빔확장기(T.2)에 의하여 직경이 확대되어 투과하되 동일한 확장강도로 인하여 원거리 시준광원의 직경은 상기 빔확장기(T.2)를 사용하지 않았을때 보다 작아진다.The diameter of the beam irradiated from the laser (T.1) is enlarged and transmitted by the beam expander (T.2), but due to the same expansion intensity, the diameter of the distant collimated light source is not using the beam expander (T.2). becomes smaller than when
이때, 상기 빔확장기(T.2)는 배율에 따라 입력된 빔의 직경이 증가하고 입력분산을 감소시키는데, 예를 들어 배율(MP)이 10X인 빔확장기(T.2)에서 빔직경은 1mm, 입력분산을 0.5mrad, 작동거리(L)를 100m이라고 가정하였을때 빔확장기(T.2)를 사용한 빔의 직경과 상기 빔확장기(T.2)를 사용하지 않은 빔의 직경은 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.At this time, the beam expander T.2 increases the diameter of the input beam according to the magnification and reduces the input dispersion. For example, in the beam expander T.2 having the magnification MP of 10X, the beam diameter is 1 mm , assuming that the input dispersion is 0.5 mrad and the working distance (L) is 100 m, the diameter of the beam using the beam expander (T.2) and the diameter of the beam not using the beam expander (T.2) are calculated using the following math. Equation 1 and Equation 2 are the same.
상기 수학식 1은 빔확장기(T.2)를 사용한 빔의 직경이고, 상기 수학식 2는 빔확장기(T.2)를 사용하지 않은 빔의 직경이다.Equation 1 is the diameter of the beam using the beam expander T.2, and Equation 2 is the diameter of the beam not using the beam expander T.2.
상기 수학식 1의 직경은 상기 수학식 2의 직경에 비해 5배 차이나는 것으로 이는 수학식 1의 경우 상기 빔확장기(T.2)는 배율에 따라 입력된 빔의 직경이 증가하고 입력분산을 감소시켜 빔의 직경이 확장된채로 일정하게 유지되기 때문이다.The diameter of Equation 1 is 5 times different from the diameter of Equation 2, which is that in Equation 1, the beam expander T.2 increases the diameter of the input beam according to the magnification and reduces the input dispersion. This is because the diameter of the beam is kept constant while being expanded.
반면에 수학식 2의 경우 최초 조사된 레이저(T.1)로 부터 계속해서 직경이 커져 입력분산이 늘어나게 되어 빔의 강도가 최종적으로 줄어들게 된다.On the other hand, in the case of Equation 2, the diameter continues to increase from the initially irradiated laser (T.1), and the input dispersion increases, so that the intensity of the beam is finally reduced.
상기 빔확장기(T.2)를 투과하고 난 빔은 색선별거울(T.3, T.4)에 의해서 두 파장의 빔의 경로가 일치되게 된다.The beams passing through the beam expander T.2 coincide with the paths of the beams of the two wavelengths by the color sorting mirrors T.3 and T.4.
상기 색선별거울(T.3, T.4)에 의해 경로가 일치된 두 파장의 빔은 반사거울 (T.5, T.6)에 의해서 반사되어 측정 대기 방향으로 조사되고, 측정 대기 내 부유하고 있는 미세먼지에 의해 산란되어 반사되는 빔의 신호가 망원경(R.1)에 의해 수집된다.The beams of two wavelengths whose paths are matched by the color selection mirrors (T.3, T.4) are reflected by the reflection mirrors (T.5, T.6) and irradiated in the measurement atmosphere, and float in the measurement atmosphere. The signal of the beam scattered and reflected by the fine dust is collected by the telescope (R.1).
이때, 상기 색선별거울(T.4)은 도 5의 색선별거울(T.4)의 투과율 그래프에서 보는 바와 같이 355㎚ 파장의 레이저는 반사하고 1064㎚ 파장의 레이저는 투과하는 색선별거울(T.4)로 두 파장의 레이저(355㎚, 1064㎚)의 경로를 일치시켜 동일한 경로로 조사하기 위하여 설치되는 것이며, 이때 입사각은 45°이다.At this time, as shown in the transmittance graph of the color separation mirror (T.4) of FIG. 5, the color separation mirror (T.4) reflects a laser of a wavelength of 355 nm and transmits a laser of a wavelength of 1064 nm ( T.4) is installed to match the paths of the two wavelengths of lasers (355 nm, 1064 nm) to irradiate them in the same path, and the angle of incidence is 45°.
상기 망원경(R.1)에 의해 수집된 신호는 조리개(T.2)를 통과할 때 배경신호가 제거된다.When the signal collected by the telescope R.1 passes through the aperture T.2, the background signal is removed.
상기 조리개(T.2)를 통과한 신호는 시준렌즈(R.3)을 통과하여 평행한 방향으로 진행되고, 상기 시준렌즈(R.3)을 통과한 신호는 색선별거울(R.4)에 의하여 350㎚ 내지 457.9㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 457.9㎚ 내지 1200㎚인 파장의 빛은 투과시키는 것으로 분리된다.The signal passing through the aperture (T.2) passes through the collimating lens (R.3) and proceeds in a parallel direction, and the signal passing through the collimating lens (R.3) is a color separation mirror (R.4) The light of the wavelength of 350 nm to 457.9 nm is reflected and the light of the wavelength of 457.9 nm to 1200 nm is separated by being transmitted.
상기 색선별거울(R.4)를 통과한 457.9㎚ 내지 1200㎚인 파장의 빛은 간섭필터(R.5)를 통과하게 되고, 상기 간섭필터(R.5)에 의해 1064㎚ 파장의 빛만 투과하게 된다.Light having a wavelength of 457.9 nm to 1200 nm passing through the color separation mirror (R.4) passes through an interference filter (R.5), and only light having a wavelength of 1064 nm is transmitted by the interference filter (R.5) will do
이때, 상기 색선별거울(R.4)은 도 6에서 상기 색선별거울(R.4)의 투과율 그래프에서 보는 바와 같이 350㎚ 내지 457.9㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 457.9㎚ 내지 1200㎚인 파장의 빛은 투과시키고, 이 때 입사각은 45°이다.At this time, the color separation mirror (R.4) reflects light of a wavelength of 350 nm to 457.9 nm, as shown in the transmittance graph of the color separation mirror (R.4) in FIG. 6, and 457.9 nm to 1200 nm The wavelength of light is transmitted, and the angle of incidence is 45°.
상기 간섭필터(R.5)를 투과한 빛은 집속렌즈(R.6)에서 집광되고, 집광된 빛은 어발란체 포토다이오드(R.7)에 조사되어 상기 어발란체 포토다이오드(R.7)에서 1064㎚ 파장의 빛을 측정한다.The light passing through the interference filter R.5 is condensed by the focusing lens R.6, and the collected light is irradiated to the avalanche photodiode R.7, and the avalanche photodiode R. In 7), measure the light with a wavelength of 1064 nm.
여기서, 상기 간섭필터(R.5)는 도 8에서 상기 간섭필터(R.5)의 투과율 그래프에서 보는 바와 같이, 상기 색선별거울(R.4)를 투과한 빛 중 1064㎚ 파장의 빛만 통과하는 필터로 상기 아발란체포토다이오드(R.7)에 1064㎚인 파장의 빛만 수집할 수 있도록 다른 파장을 걸러주는 필터로 사용되며, 상기 간섭필터(R.5)의 파장폭은 1.2㎚ 이다.Here, as shown in the transmittance graph of the interference filter R.5 in FIG. 8 , the interference filter R.5 passes only light having a wavelength of 1064 nm among the light transmitted through the color separation mirror R.4. It is used as a filter that filters out other wavelengths so that only light with a wavelength of 1064 nm can be collected by the avalanche photodiode (R.7), and the wavelength width of the interference filter (R.5) is 1.2 nm .
또한, 상기 어발란체 포토다이오드(R.7)은 도 11의 어발란체포토다이오드(R.7)의 파장별 반응도에서 보는 바와 같이 가시광영역 내지 적외선영역대에서 민감도가 좋은 센서로 본 발명에서는 1064㎚ 파장의 빛을 수신하기 위한 용도로 사용되며, 파장검출범위는 400㎚ 내지 1200㎚이다.In addition, the avalanche photodiode R.7 is a sensor with good sensitivity in the visible light region to the infrared region as shown in the wavelength-specific response diagram of the avalanche photodiode R.7 in FIG. 11 . It is used for receiving light with a wavelength of 1064 nm, and the wavelength detection range is 400 nm to 1200 nm.
상기 색선별거울(R.4)에 의해 반사된 350㎚ 내지 457.9㎚인 파장의 빛은 색선별거울(R.8)에 의하여 230㎚ 내지 360㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 370㎚ 내지508㎚인 파장의 빛은 투과시키는 것으로 분리된다.Light of a wavelength of 350 nm to 457.9 nm reflected by the color separation mirror (R.4) reflects light of a wavelength of 230 nm to 360 nm by the color separation mirror (R.8), and 370 nm to 508 nm Light with a wavelength of nanometers is separated by being transmitted.
여기서, 상기 색 선별거울(R.8)은 도 7에서 상기 색선별거울(R.8)의 투과율 그래프에서 보는 바와 같이, 230㎚ 내지 360㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 370㎚ 내지508㎚인 파장의 빛은 투과시키고 입사각은 45°인 것으로 355㎚ 파장과 387㎚ 파장의 빛을 분리하기 위하여 설치되는 것이다.Here, as shown in the transmittance graph of the color selection mirror R.8 in FIG. 7 , the color selection mirror R.8 reflects light of a wavelength of 230 nm to 360 nm, and 370 nm to 508 nm It transmits the light of the phosphorus wavelength and the incident angle is 45°, and it is installed to separate the light of the 355 nm wavelength and the 387 nm wavelength.
상기 색선별거울(R.8)에서 투과된 370㎚ 내지508㎚인 파장의 빛은 간섭필터(R.9)를통과하게 되고, 상기 간섭필터(R.9)에 의해 387㎚ 파장의 빛만 투과하게 된다.Light having a wavelength of 370 nm to 508 nm transmitted from the color separation mirror R.8 passes through an interference filter R.9, and only light having a wavelength of 387 nm is transmitted by the interference filter R.9 will do
상기 간섭필터(R.9)를 통과한 빛은 집속렌즈(R.10)에서 집광되고, 집광된 빛은 광전자증폭관(R.11)에 조사되어 상기 광전자증폭관(R.11)에서 387㎚ 파장의 빛을 측정한다.The light passing through the interference filter (R.9) is condensed by the focusing lens (R.10), and the collected light is irradiated to the photoelectron amplifier tube (R.11) and 387 in the photoelectron amplifier tube (R.11). Measure light with a wavelength of nm.
여기서, 상기 간섭필터(R.9)는 도 9에서 상기 간섭필터(R.9)의 투과율 그래프에서 보는 바와 같이, 상기 색선별거울(R.8)를 투과한 빛 중 387㎚ 파장의 빛만 통과하는 필터로 상기 광전자증폭관(R.11)에 387㎚인 파장의 빛만 수집할 수 있도록 다른 파장을 걸러주는 필터로 사용되며, 상기 간섭필터(R.9)의 파장폭은 0.6㎚ 이다.Here, as shown in the transmittance graph of the interference filter R.9 in FIG. 9 , the interference filter R.9 passes only light having a wavelength of 387 nm among the light transmitted through the color separation mirror R.8. It is used as a filter that filters out other wavelengths so that only light of a wavelength of 387 nm can be collected in the photoelectron amplifier tube (R.11), and the wavelength width of the interference filter (R.9) is 0.6 nm.
상기 색선별거울(R.8)에서 반사된 230㎚ 내지 360㎚인 파장의 빛은 간섭필터(R.12)를 통과하게 되고, 상기 간섭필터(R.12)에 의해 355㎚ 파장의 빛만 투과하게 된다.Light of a wavelength of 230 nm to 360 nm reflected by the color separation mirror R.8 passes through an interference filter R.12, and only light of a wavelength of 355 nm is transmitted by the interference filter R.12 will do
여기서, 상기 간섭필터(R.12)는 도 10에서 상기 간섭필터(R.12)의 투과율 그래프에서 보는 바와 같이, 상기 색선별거울(R.8)를 투과한 빛 중 355㎚ 파장의 빛만 통과하는 필터로 상기 광전자증폭관(R.14)에 355㎚인 파장의 빛만 수집할 수 있도록 다른 파장을 걸러주는 필터로 사용되며, 상기 간섭필터(R.12)의 파장폭은 10㎚ 이다.Here, as shown in the transmittance graph of the interference filter R.12 in FIG. 10 , the interference filter R.12 passes only light having a wavelength of 355 nm among the light transmitted through the color separation mirror R.8. It is used as a filter that filters other wavelengths so that only light of a wavelength of 355 nm can be collected in the photoelectron amplifier tube (R.14), and the wavelength width of the interference filter (R.12) is 10 nm.
상기 간섭필터(R.12)를 투과한 355㎚ 파장의 빛은 집속렌즈(R.13)에 의해 집광되어 광전자증폭관(R.14)로 조사되고, 상기 광전자증폭관(R.14)에서 355㎚ 파장의 빛을 측정한다.Light having a wavelength of 355 nm that has passed through the interference filter R.12 is condensed by the focusing lens R.13 and irradiated to the photoelectron amplifier R.14, and in the photoelectron amplifier R.14 Measure light with a wavelength of 355 nm.
또한, 상기 광전자증폭관(R.11, R.14)는 도 12의 광전자증폭관(R.11, R.14)의 파장별반응도에서 보는 바와 같이 자외선영역대에서 민감도가 우수한 센서로 본 발명에서는 상기 광전자증폭관(R.11)은 387㎚인 파장의 빛을 검출하고, 상기 광전자증폭관(R.14)는 355㎚인 파장의 빛을 검출하는 용도로 설치되는 것이며, 이때 상기 광전자증폭관(R.11, R.14)의 파장검출범위는 200㎚ 내지 700㎚이다.In addition, the photoelectron amplifier tube (R.11, R.14) is a sensor with excellent sensitivity in the ultraviolet region as shown in the wavelength-specific reactivity diagram of the photoelectron amplifier tube (R.11, R.14) of the present invention. In the above, the photo-electron amplifier tube (R.11) detects light of a wavelength of 387 nm, and the photo-electron amplifier tube (R.14) is installed for the purpose of detecting light of a wavelength of 355 nm, at this time the photo-electron amplification The wavelength detection range of the tubes R.11 and R.14 is 200 nm to 700 nm.
도 2는 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 케플러식 빔 익스팬더 예시도이고 도 3은 본 발명의 일실시예의 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치의 갈릴레이식 빔 익스팬더 예시도이다.2 is an exemplary view of a Kepler-type beam expander of a multi-wavelength lidar device for measuring fine dust mass concentration according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a multi-wavelength lidar device for measuring fine dust mass concentration according to an embodiment of the present invention. It is an example diagram of a Galilean beam expander of
본 발명에서 사용되는 상기 빔확장기(T.2)는 Laser beam Expander로 입력빔을 직경이 더 큰 출력빔으로 확장시키는 역할을 하며 대물렌즈와 이미지 렌즈는 서로 반대에 위치한다.The beam expander T.2 used in the present invention is a laser beam expander that expands the input beam into an output beam with a larger diameter, and the objective lens and the image lens are positioned opposite to each other.
도 2에서 보는 것과 같이 본 발명에서 사용될 수 있는 케플러식 빔 익스팬더는 내부에 초점(point)을 가지고 있어 저출력 용도의 공간 필터링에 유리하며, 도 3에서 보는 것과 같이 본 발명에서 사용될 수 있는 갈릴레이식 빔 익스팬더에는 내부에 초점이 없어 고출력 레이저 용도로 적합하다.As shown in FIG. 2 , the Kepler-type beam expander that can be used in the present invention has a focal point inside, which is advantageous for spatial filtering for low-power applications, and as shown in FIG. 3 , a Galilean-type beam that can be used in the present invention The expander has no focus inside, so it is suitable for high-power laser applications.
본 발명에서 사용되는 레이저의 파장은 355㎚ 및 1064㎚로 저출력에 해당하므로 케플러식 빔 익스팬더를 사용함이 바람직하다.The wavelength of the laser used in the present invention is 355 nm and 1064 nm, which corresponds to low power, so it is preferable to use a Kepler-type beam expander.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 정확한 측정값을 도출하기 위하여 풍향 및 풍속을 감지하는 센서를 추가로 설치하여 측정값에 반영할 수도 있다.In addition, although not shown in the drawings, in order to derive an accurate measured value, a sensor for sensing the wind direction and the wind speed may be additionally installed and reflected in the measured value.
도 4는 기존에 사용되고 있는 베타선 흡수방식 부유분진 측정기의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a beta-ray absorption type suspended dust measuring device used in the prior art.
상기 베타선 흡수방식 부유분진 측정기는 기존에 사용되고 잇는 부유분진 측정기의 한 종류로 공기 흡입구에 임팩터와 히터가 장착되어 있어서, 흡입구를 통해 흡수된 공기는 임팩터를 지나면서 원하는 크기의 미세먼지만 통과하여 히터로 하강하고, 상기 히터를 통과하면서 미세먼지에서 습기가 제거된 후 필터에 누적되는데 이때, 방사선인 베타선이 하나의 물질을 통과할 때 그 물질의 질량이 클수록 더 많이 흡수되는 성질을 이용하여 미세먼지를 채취한 여과지에 흡수된 베타선양을 측정하여 그 값으로부터 미세먼지의 농도를 산출한다.The beta-ray absorption type suspended dust meter is a type of airborne dust meter that has been used in the past. An impactor and a heater are installed in the air intake, so that the air absorbed through the intake passes through the impactor and only the fine dust of the desired size passes through the heater. After the moisture is removed from the fine dust while passing through the heater, it is accumulated in the filter. Measure the amount of beta radiation absorbed by the filter paper from which
반면에 본 발명의 상기 다파장 라이다 장치는 도 1에서 보는 바와 같이 미세먼지의 질량농도를 측정하고자 하는 곳에 355㎚ 및 1064㎚인 파장의 레이저를 조사하여 미세먼지에 의해 후방산란된 355㎚의 파장의 빛과 1064㎚의 파장의 빛의 신호를 이용하여 미세먼지의 농도를 관측하는 장비이며, 미세먼지에 의하여 후방산란된 파장의 빛을 이용하여 후방산란계수를 산출하고, 이를 이용하여 질량 소산효율을 적용하여 미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5)의 질량농도값을 산출한다.On the other hand, the multi-wavelength lidar device of the present invention irradiates lasers with wavelengths of 355 nm and 1064 nm to a place to measure the mass concentration of fine dust as shown in FIG. It is an equipment that observes the concentration of fine dust using light of wavelength and light of 1064 nm wavelength. Calculate the mass concentration values of fine dust (PM10) and ultrafine dust (PM2.5) by applying the efficiency.
또한, 파장당 대응하는 빛이 미세먼지 및 초미세먼지에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 빛을 측정하는 방식으로 정밀도를 0.001mm 수준으로 조정할 수 있으며 최소 1mm의 분해능을 보장해야한다.In addition, the precision can be adjusted to the level of 0.001mm and a resolution of at least 1mm must be ensured by measuring the light that corresponds to each wavelength hits and reflects off fine dust and ultrafine dust.
상기 내용에서 본 발명의 도면을 기준으로 설명하였으며, 상기의 도면을 기준으로 설명한 부분에 한정되지 아니하고, 상기의 도면을 기준으로 설명한 부분을 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있다.In the above content, the present invention has been described with reference to the drawings, and is not limited to the portions described with reference to the drawings, and does not deviate from the gist of the present invention in the technical field to which the present invention belongs through the portions described with reference to the drawings It can be implemented with various modifications within the scope.
T.1 : 레이저
T.2 : 빔확장기
T.3 : 반사거울
T.4 : 색선별거울
T.5 : 반사거울
T.6 : 반사거울
R.1 : 망원경
R.2 : 조리개(Aperture)
R.3 : 시준렌즈
R.4 : 색선별거울
R.5 : 간섭필터
R.6 : 집속렌즈
R.7 : 어발란체 포토다이오드
R.8 : 색선별거울
R.9 : 간섭필터
R.10 : 집속렌즈
R.11
: 광전자증폭관
R.12 : 간섭필터
R.13 : 집속렌즈
R.14 : 광전자증폭관
* T 식별부호요소 : 송신광학계
* R 식벽부호요소 : 수신광학계T.1 : Laser T.2 : Beam expander
T.3 : Reflective mirror T.4 : Color sorting mirror
T.5 : Reflective mirror T.6 : Reflective mirror
R.1 : Telescope R.2 : Aperture
R.3 : collimating lens R.4 : color sorting mirror
R.5 : Interference filter R.6 : Focusing lens
R.7 : Avalanche photodiode R.8 : Color sorting mirror
R.9 : Interference filter R.10 : Focusing lens
R.11 : Optoelectronic amplifier R.12 : Interference filter
R.13 : Focusing lens R.14 : Optoelectronic amplifier tube
* T identification code element: transmission optical system
* R type wall code element: receiving optical system
Claims (5)
상기 다파장 라이다 장치는 미세먼지 질량농도를 측정하고자 하는 대기방향으로 레이저를 송신하는 송신광학계;
상기 미세먼지 질량농도를 측정하고자 하는 대기방향에서 수신되는 빛을 수신광학계로 보내는 망원경;
350㎚ 내지 457.9㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 457.9 내지 1200㎚인 파장의 빛은 투과시키는 색선별거울(R.4);
400㎚ 내지 1200㎚ 파장의 빛을 측정하는 어발란체 포토다이오드(R.7);
230㎚ 내지 360㎚인 파장의 빛은 반사시키고, 370㎚ 내지 508㎚인 파장의 빛은 투과시키는 색선별거울(R.8);
200㎚ 내지 700㎚ 파장의 빛을 측정하는 광전자증폭관(R.14); 및
200㎚ 내지 700㎚ 파장의 빛을 측정하는 광전자증폭관(R.11);을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치.
In the multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust,
The multi-wavelength lidar device includes: a transmitting optical system that transmits a laser in the air direction to measure the fine dust mass concentration;
a telescope that transmits light received from an atmospheric direction to measure the fine dust mass concentration to a receiving optical system;
A color separation mirror that reflects light of a wavelength of 350 nm to 457.9 nm and transmits light of a wavelength of 457.9 to 1200 nm (R.4);
an avalanche photodiode (R.7) for measuring light with a wavelength of 400 nm to 1200 nm;
A color separation mirror that reflects light of a wavelength of 230 nm to 360 nm and transmits light of a wavelength of 370 nm to 508 nm (R.8);
A photoelectron amplifier (R.14) that measures light with a wavelength of 200 nm to 700 nm; and
A multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust, characterized in that it includes; a photoelectron amplifier tube (R.
상기 색선별거울(R.4) 및 아발란체 포토다이오드(R.7) 사이에, 1064㎚ 파장의 빛만 투과시키는 간섭필터(R.5) 및 집속렌즈(R.6)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치.
The method of claim 1,
An interference filter (R.5) and a focusing lens (R.6) that transmit only light of a wavelength of 1064 nm are further installed between the color separation mirror (R.4) and the avalanche photodiode (R.7) A multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust.
상기 색선별거울(R.8) 및 광전자증폭관(R.14) 사이에 355㎚ 파장의 빛만을 투과시키는 간섭필터(R.12) 및 집속렌즈(R.13)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치.
The method of claim 1,
An interference filter (R.12) and a focusing lens (R.13) that transmit only light of a wavelength of 355 nm are further installed between the color separation mirror (R.8) and the photoelectron amplifier tube (R.14) A multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust.
상기 색선별거울(R.8) 및 광전자증폭관(R.11) 사이에 387㎚ 파장의 빛만을 투과시키는 간섭필터(R.9) 및 집속렌즈(R.10)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치.
The method of claim 1,
An interference filter (R.9) and a focusing lens (R.10) that transmit only light of a wavelength of 387 nm are further installed between the color separation mirror (R.8) and the photoelectron amplifier tube (R.11) A multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust.
상기 어발란체 포토다이오드(R.7)은 1064㎚ 파장의 빛만 측정하고, 상기 광전자증폭관(R.14)는 355㎚ 파장의 빛만 측정하며, 상기 광전자증폭관(R.11)은 387㎚의 빛만 측정하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 질량농도 측정을 위한 다파장 라이다 장치.The method of claim 1,
The avalanche photodiode R.7 measures only light with a wavelength of 1064 nm, the photoelectron amplifier R.14 measures only light with a wavelength of 355 nm, and the photoelectron amplifier R.11 measures only light with a wavelength of 387 nm A multi-wavelength lidar device for measuring the mass concentration of fine dust, characterized in that it measures only the light of
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|---|---|---|---|---|
| KR20240030138A (en) * | 2022-08-30 | 2024-03-07 | 한국표준과학연구원 | Apparatus and Method for High-Accuracy Optical Particle Measuring using Detector Sensitivity Difference |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100308920B1 (en) | 1999-02-25 | 2001-09-26 | 김효근 | Inlet for Fine Particle Measuring Instrument in the Air |
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- 2020-12-30 KR KR1020200188011A patent/KR20220095960A/en not_active Ceased
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