• 제목/요약/키워드: TDLAS

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Application of mid-infrared TDLAS to various small molecule diagnostics

  • 이영식
    • 천문학회보
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    • 제35권1호
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    • pp.25-25
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    • 2010
  • The spectroscopy over a region from 3 to 17 ${\mu}m$ based on the tuneable diode lasers (TDLAS) is the most powerful technique for in situ studies of the diagnostics of small molecules. The increasing interest in small molecules especially containing carbon, oxygen, hydrogen, and fluorine containing ones can be fulfilled by TDLAS at 0.0001 cm-1 resolution, because most of these compounds are infrared active. TDLAS provides a means of determining the absolute concentrations of the ground states of stable and transient molecular species, which can be employed for the time dependent studies in sub micro second scale. Information about gas temperature and population densities can also be derived from TDLAS measurements. Collisional energy transfer between the small molecules can be studied with TDLAS. Also, a variety of free radicals and molecular ions have been detected by TDLAS. Since plasmas with molecular feed gases are used in many applications, there are new applications in industrial field. Recently, the development of quantum cascade lasers (QCLs) offers an attractive new option for TDLAS.

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CT-레이저흡수분광법(TDLAS) 성능향상을 위한 레이저 선폭확장 함수 최적 계수 선정에 관한 연구 (Study on Optimal Coefficients of Line Broadening Function for Performance Enhancements of CT-TDLAS)

  • 최두원;조경래;;백태실;도덕희
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제27권6호
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    • pp.773-782
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    • 2016
  • The performance of the CT-TDLAS (computed tomography-tunable diode laser absorption spectroscopy) is strongly dependent upon the line broadening functions. The line of the laser beam used in the TDLAS is scattered by the natural broadening, the collisional broadening and the doppler broadening. The influence of the natural broadening to the experimental spectra obtained in the TDLAS is negligible. The influences of the collisional broadening and the doppler broadening to the experimental spectra are relatively large, in high pressure gas flows and in high temperature low pressure gas flows, respectively. In this study, optimal coefficients are proposed for the doppler broadening function by using the experimental data obtained in a flat burner test. The optimal coefficients were ${\gamma}_j=0.16$ and n=0.37. Using these coefficients, the temperature and concentration distributions at the engine exhaust gas pipe have been calculated showing their validities.

CT-TDLAS를 이용한 고온 배기가스의 3차원 온도분포 측정 (Calculating of 3-Dimensional Temperature Distribution for High-Temperature Exhaust Gas Using CT-TDLAS)

  • 윤동익;김준호;전민규;최두원;조경래;도덕희
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제29권1호
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    • pp.97-104
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    • 2018
  • 3-dimensional temperature distribution of the exhaust gas of a fire flame of LPG have been measured by the constructed CT-TDLAS system. 3-Dimensional temperature distributions are measured by 2 layers of CT-TDLAS. Each layer has $8{\times}8$ laser beams implying the temperatures of 64 meshes are measured. SMART algorithm has been adopted for reconstructing the absorption coefficients on the meshes. The line strengths at 6 representative wave lengths of $H_2O$ have been used for obtaining the absorption spectra of the exhaust gas. The temperature distributions measured by the constructed CT-TDLAS have been compared with those by the thermocouples. The relative errors measured between by thermocouple and CT-TDLAS were 13% in average and 33% at maximum. The similarity of temperature distribution between by thermocouples and by CT-TDLAS has been shown at the lower layer than the upper layer implying an unstability of combustions.

컴퓨터토모그래피 레이저흡수분광법(CT-TDLAS) 기반 2차원 온도분포 산정 Two-Ratios-of-Three-Peaks (2R3P) 알고리듬 개발 (2D Temperature Measurement of CT-TDLAS by Using Two-Ratios-of-Three-Peaks Algorithm)

  • 최두원;조경래;심준환;;김동혁;도덕희
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제27권3호
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    • pp.318-327
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    • 2016
  • In order to improve the performance of temperature field measurements by CT-TDLAS (Computer Tomography Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), a new reconstruction algorithm, named two-ratios-of-three-peaks method is proposed in this paper. Further, two methods for selecting appropriate initial values of the iterative calculation of CT-TDLAS are proposed. One is MLOS (multiplicative line of sight) method and the other one is ALOS (additive line of sight) method. Two-ratios-of-three-peaks (2R3P) algorithm combined with MART (multiplicative algebraic reconstruction technique) is finally developed for the enhancements of reconstructive calculations. The results have been compared with those obtained by the conventional one-ratio-of-two-peaks (1R2P) algorithm. In order to evaluate the performance of this algorithm, numerical test has been performed using phantom Gaussian temperature distributions with $11{\times}11$ square mesh. The performance of the constructed algorithm has been demonstrated by comparing the results obtained in actual burner experiments with those obtained by thermocouples. It has been verified that 2R3P algorithm with MART and MLOS showed best performance than that of 1R2P algorithm.

TDLAS에서 temperature binning 방법을 이용한 온도 측정에 대한 실험적 연구 (Experimental study on TDLAS temperature profile measurement using temperature binning method)

  • 윤성운;김세원;신명철;이창엽
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2012년도 제45회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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    • pp.27-28
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    • 2012
  • Tunable diode laser absorption spectroscopy(TDLAS) measurement techniques for several gases densities and temperatures have been applied in industrial combustion systems. Accurate measurement of temperature profile is very important, especially in power plants and heating furnaces. So profile fitting and temperature binning methods are new issue for accurate measurement of temperature in laser gas sensing. Temperature binning method is applied in this study for the measurement of temperature profile using tube furnace with three temperature zones. In this study the temperature profiles of tube furnace is accurately measured within 5% error, and this technique is proved to be very promising in the field of temperature profile measurement.

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다이오드레이저 흡수분광법을 이용한 수증기의 산소 동위원소 성분비 측정 - II (Measurement of Oxygen Isotope Ratio in Water Vapor by using Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy(TDLAS) - II)

  • 정도영;박상언;김재우;고광훈;임권;정의창;김철중
    • 한국광학회:학술대회논문집
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    • 한국광학회 2003년도 제14회 정기총회 및 03년 동계학술발표회
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    • pp.202-203
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    • 2003
  • 여러 가지 원소의 동위원소 성분 분석은 생물학, 화학, 환경학, 연대학, 기후학 연구에 있어서 중요한 정보를 제공하는 유용한 수단이다. 동위원소 성분비를 측정하는 방법으로는 가스 동위원소 질량분석기를 이용한 방법이 사용되어 왔지만, 최근 다이오드 레이저의 발달과 함께 다이오드레이저 흡수분광법(TDLAS)이 개발되어 사용되고 있다. TDLAS 방법의 경우 질량분석기를 이용하는 방법에서는 측정이 불가능한 동일질량 분자의 동위원소 성분비를 측정할 수 있다. (중략)

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파장가변 다이오드 레이저 흡수 분광학을 사용한 대기환경분석 (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy for Environmental Monitoring)

  • Ju Sang-U;Kim Seong-Geun
    • 한국대기환경학회:학술대회논문집
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    • 한국대기환경학회 2003년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.247-248
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    • 2003
  • Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) has been widely used in environmental monitoring of gaseous species in the past decade. TDLAS is a direct measurement technique for pollutants such as NOx without any interference from other species. Because of its superior spectral purity (~0.001 ­$cm^{-1}$), absorption linewidths with resolvable rotational structure can be studied in the mid infrared region where strong fundamental vibrational transitions of molecules appear. (omitted)

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레이저흡수분광법(TDLAS) 기반 가스온도분포 산정을 위한 상호상관계산 알고리듬 개발 (Developments of a Cross-Correlation Calculation Algorithm for Gas Temperature Distributions Based on TDLAS)

  • 최두원;김광남;조경래;심준환;김동혁;;도덕희
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제27권1호
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    • pp.127-134
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    • 2016
  • Most of reconstruction algorithms for the calculation of temperature distributions in CT (computed tomography)-TDLAS (tunable diode laser absorption spectroscopy) are based upon two-line thermometry method. This method gives unstable calculation convergence due to signal noise, bias error, and signal mis-matches. In this study, a new reconstruction algorithm based on cross-correlation for temperature calculation is proposed. The patterns of the optical signals at all wave lengths were used to reconstruct the temperature distribution. Numerical test has been made using phantom temperature distributions. Using these phantom temperature data, absorption spectra for all wave lengths were constructed, and these spectra were regarded as the signals that would be obtained in an actual experiments. Using these virtually generated experimental signals, temperature distribution was once again reconstructed, and was compared with those of the original phantom data. Calculation errors obtained by the newly proposed algorithm were slightly large at high temperatures with small errors at low temperature.

TDLAS를 이용한 LPG/공기 화염 연소가스의 실시간 CO 농도 측정에 관한 연구 (An Experimental Study on Real Time CO Concentration Measurement of Combustion Gas in LPG/Air Flame Using TDLAS)

  • 소성현;박대근;박지연;송아란;정낙원;유미연;황정호;이창엽
    • 청정기술
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    • 제25권4호
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    • pp.316-323
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    • 2019
  • 대기 오염 물질 저감과 연소 효율 증가를 위해서 연소 환경 내 일산화탄소를 정밀하게 측정하는 것은 필수적인 요소이다. 일산화탄소(carbon monoxide, CO)는 불완전 연소 때 급격히 증가하며 질소산화물(nitrogen oxide, NOx)과 Trade-off 관계로 오염 물질 배출량과 불완전 연소 반응에 기여하는 중요한 가스종이다. 특히, 대형 연소 시스템 중 열처리로의 경우, 강판 표면위 산화층 형성을 억제하기 위해 과잉 연료 조건에서 환원 분위기로 운전이 진행된다. 이는 많은 양의 미연분 일산화탄소가 배출되는 원인이기도 하다. 하지만 연소 환경 내에서 일산화탄소 농도는 불균일한 연소 반응과 열악한 측정 환경으로 인하여 실시간 측정이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 광학적 측정 방식인 파장 가변형 다이오드 레이저 흡수 분광법(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)이 각광을 받고 있다. TDLAS 기법은 열악한 현장 측정, 빠른 응답성, 비접촉식 방식으로 연소 환경 내 특정 가스종 농도 측정에 적합하다. 본 연구는 과잉 연료 조건에서 당량비 제어를 위한 연소시스템을 제작하였으며 연소 배기가스 생성을 위해 LPG/공기 화염을 이용하였다. 당량비 변화에 따른 CO 농도 측정은 TDLAS와 Voigt 함수 기반 시뮬레이션으로 분석하였다. 또한 연소 생성물로부터 간섭이 없는 CO 광 흡수 영역 확보를 위해 근적외선 영역의 4300.6 cm-1을 선택하여 실험을 진행하였다.

가스의 광 흡수 특성 분석을 통한 대형 연소시스템 내 실시간 온도 및 농도 계측에 관한 실증 연구 (An Empirical Study on Real-Time Temperature and Concentration Measurement Through Optical Absorption Characteristic Analysis of Gas in a Large Combustion System)

  • 박지연;소성현;박대근;류창국;이창엽;유미연
    • 한국가스학회지
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    • 제24권5호
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    • pp.29-38
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    • 2020
  • 산업현장의 대형 연소시스템 내부의 온도 및 농도를 실시간으로 정밀하게 계측하는 일은 그 규모 및 환경 조건으로 인해 사실상 어렵다. 현재 주로 사용되고 있는 열전대를 이용한 온도 계측은 점 측정 방식으로 대형 연소시스템 내부 광역 범위의 온도 분석에 적용하기에는 정밀성과 신뢰성이 낮으며, 접근성에 한계가 있다. 농도 분석 측면에서 대부분의 계측 방법은 샘플링 방식으로 실시간 측정이 어렵고 대표성에 한계가 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위한 방법으로, 레이저를 이용한 측정법이 지속적으로 개발되고 있다. 레이저 기반 측정법들은 선 평균 측정 방식으로 대표성과 정밀도가 뛰어나 대형 연소시스템 적용에 유리하다. 본 연구에서는 파장 가변형 레이저 흡수 분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)을 통해 연소 시에 발생하는 수증기와 산소를 이용하여 실시간으로 온도 및 농도를 측정하였다. 측정 결과 연소시스템 내부 평균 온도는 1330℃, 평균 산소 농도는 3.3 %로 발전소 데이터와 비교하였을 때 유사한 경향성의 측정값을 얻었다.