1654nm 단적외선 파장을 이용한 미니플랫타입 휴대형 레이저 메탄누출검지장비 개발

Abstract

본 연구는 1654nm 단적외선 파장을 이용한 미니플랫타입 휴대형 레이저 메탄누출검지장비 개발에 관한 것이다. 전 세계적으로 천연가스 사용량 급증과 함께 관련 사고가 빈번히 발생하고 있어, 원거리에서 효과적으로 메탄 누출을 검지할 수 있는 장비의 필요성이 대두되고 있다. 특히 기존의 근거리 검지 방식으로는 대규모 시설이나 접근이 어려운 지역에서의 누출 감지에 한계가 있어, 원거리 검지가 가능한 새로운 기술 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 먼저 적외선의 특성과 메탄가스의 광학적 특성을 분석하고, Beer-Lambert 법칙을 기반으로 한 메탄가스 누출검지 방법을 고찰하였다. 또한, 기존의 메탄가스 누출검사 방법과 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) 기술에 대한 선행연구를 수행하였다. 이를 바탕으 로 미니플랫타입 소형화 메탄누출검지장비 개발을 위한 세부 기술들을 연구 하였다. 주요 개발 내용으로는 첫째, 미니플랫 타입 레이저 다이오드를 개발하였다. 기존의 버터플라이 타입에 비해 크기와 무게를 대폭 줄이면서도 안정적인 성능을 확보하였다. 둘째, 프레즈넬 렌즈 기술을 적용하여 광학렌즈를 소형화 하였다. 이를 통해 장비의 크기를 줄이고 휴대성을 향상시켰다. 셋째, 고성능 광학필터를 설계 제작하여 측정의 정확도를 높였다. 넷째, 메탄검지 회로 및 제어시스템을 최적화하여 안정적인 동작과 높은 감도를 실현하였다. 이러한 요소 기술들을 통합하여 최종적으로 미니플랫타입 휴대형 레이저 메탄누출검지장비를 구성하였다. 개발된 장비는 30m 이상의 거리에서 메탄 누출을 감지할 수 있으며, 기존 장비들에 비해 크기와 무게가 크게 줄어 현장 에서의 사용이 용이하다. 개발된 장비의 성능을 검증하기 위해 공인시험기관 시험과 함께 다양한 실험을 수행하였다. 거리별 측정값, 농도별 측정 성능시험을 하였으며 기존 상용 제품과의 비교 실험에서도 동등 이상의 성능을 보여주었다. 본 연구를 통해 개발된 미니플랫타입 휴대형 레이저 메탄누출검지장비는 도시가스 공급과 사용 시설의 안전성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대 된다. 이는 안전사고 예방은 물론, 에너지 효율 향상, 환경 보호, 경제적 손실 감소 등 다양한 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 것이다. 향후 연구 방향으로는 첫째, 다양한 환경 조건(온도, 습도, 풍속 등)에서 실증 테스트를 통해 제품의 안정성과 신뢰성을 향상하고자 한다. 둘째, 인공 지능 기술을 접목하여 가스 누출 패턴 분석 및 예측 기능을 추가하는 연구를 진행할 예정이다. 셋째, 메탄 이외의 다른 가연성 가스나 유해 가스 검출로 기능을 확장하는 연구도 수행할 계획이다. 본 연구는 첨단 광학 기술과 센싱기술의 융합을 통해 원거리에서도 신속 하고 효과적으로 가스 누출을 감지할 수 있는 솔루션을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 향후 지속적인 연구 개발을 통해 더욱 안전하고 효율적인 에너 지 인프라 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.