[표지]
요약문
Summary
목차
제1장 서론 61
1. 연구 개요 61
1.1. 연구 필요성 61
1.2. 연구 목표 61
2. 연구 추진 체계 64
제2장 국내·외 환경·정책 및 기술 동향 66
1. 국내·외 환경·정책 동향 66
1.1. 국내 현황 66
1.2. 국외 현황 68
2. 기술동향 검토 69
2.1. 상용화 기술 및 시장성 분석 69
2.2. 특허동향 81
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 117
1. 기술개발을 위한 문헌조사 117
1.1. 적외선 분광법 117
2. 1차년도 : 원거리 유해가스 검출 및 모니터링 기초 연구 수행 144
2.1. 독성가스 정량분석을 위한 ZnSe window 챔버 개발 144
2.2. Dynamic Dilution System 제작 146
2.3. 다변량(거리, 온도 등)분석방법 개발 및 기초 실험 147
3. 2차년도 : VOCs를 대상으로 분석기법 검토 및 NDIR 적용 기초 연구 182
3.1. 기술 특허를 위한 지재권 분석 결과 182
3.2. 유해가스 화학종 고유흡수 영역 DATA-BASE구축 188
3.3. 반사형 및 투과형 NDIR Spectromter 개발 193
3.4. 운영 소프트웨어 개발 204
3.5. PCA통계분석 활용 바탕보정법 개발 205
3.6. 표준가스 Passive 측정 및 data-base 구축 209
3.7. 원거리 정량 method 개발 212
4. 3차년도 : 원거리 유해가스 검출 및 모니터링 기술 개발 215
4.1. 광증폭 및 전기증폭(다단증폭)을 적용한 원거리 측정 시스템 개발 215
4.2. Bluetooth 및 RF통신을 활용한 원거리 통신 기술 적용 216
4.3. NDIR 시스템 검증 226
제4장 연구 성과 목표 및 추진 실적 240
1. 최종 연구 성과 목표 240
2. 최종 연구 추진 실적 241
제5장 연구개발 기대효과 및 활용계획 243
1. 활용 방안 243
2. 수요처 실용화 추진계획 244
3. 파급효과 245
참고문헌 247
Brief 248
서지자료 252
판권기 253
표 1. ZnSe window 챔버 구축 및 정량 분석 수행 5
표 2. 방향족/비방향족 정량분석 측정 5
표 3. 바탕보정용 필터 화학종 / 보정흡수대 10
표 4. 연구 총기간 세부 달성 내역 19
표 5. 목표 및 가중치 20
표 1.1. 연차 연구 목표 및 관련 실적 62
표 1.2. 연차별 세부 연구내용 및 성과물 도출시기 63
표 2.1. 부처별 유해화학물질 관리 체계 67
표 2.2. 화학물질 탐지기술과 장비 70
표 2.3. 검색 DB 및 검색범위 83
표 2.4. 분석대상 기술분류 초안 84
표 2.5. 분석대상 기술분류 최종안 84
표 2.6. 분석대상 기술분류 84
표 2.7. 기술분류 체계 85
표 2.8. 유효데이터 소결 87
표 2.9. 핵심특허 대응전략 리스트 87
표 3.1. 방향족/비방향족 정량분석 측정 145
표 3.2. 핵심특허 대응전략 리스트 183
표 3.3. 주요 핵심특허 아이디어 SEED 1 184
표 3.4. 주요 핵심특허 아이디어 SEED 2 184
표 3.5. 주요 핵심특허 아이디어 SEED 3 185
표 3.6. 주요 핵심특허 아이디어 SEED 4 186
표 3.7. 주요 핵심특허 아이디어 SEED 5 187
표 3.8. 표준가스 Passive 측정 및 data-base 210
표 3.9. 표준가스 Passive 측정 및 data-base 212
표 3.10. RF 통신모듈 구성 220
표 3.11. VOCs 센서 규격 223
표 3.12. 센서규격 224
표 4.1. 연구 최종 성과지표 및 제시목표 240
표 4.2. 연구 총기간 세부 달성 내역 242
그림 1. 1차년도 연구내용 4
그림 2. 다중회귀식 선형성 검증 / 정량분석 수행, MLR(Multiple Regression) 5
그림 3. 구축된 Dynamic... 6
그림 4. Multi-Variable... 6
그림 5. Analysis Principle and... 6
그림 6. Open Path FT-IR 농도별 분석 6
그림 7. 시화공단유해가스 원거리 모니터링 수행 6
그림 8. 2차년도 연구내용 7
그림 9. 지재권 분석 7
그림 10. 유해가스 화학종 흡수영역 database 구축/ [우측]독성가스 9종, 68개 리스트 8
그림 11. Thermopile의 반사형 적외선 검출기 도식 8
그림 12. 반사형 NDIR spectrometer 시작품 8
그림 13. Pyrodelectric sensor 사용 투과형 NDIR... 9
그림 14. 원거리/다성분 분석 가능 Pyrodelectric... 9
그림 15. 원거리 통신 소프트웨어 개발 9
그림 16. 바탕보정용 후 선형성 확인 10
그림 17. 정량 분석을 위한 Peak assignment 11
그림 18. 유사 적외선 흡수로 정량분석 한계 확인 11
그림 19. 3차년도 연구내용 11
그림 20. OP AMP 2단 증폭 12
그림 21. IR LAMP,광학FILTER_적외선단색화 적용 데이터 전달 모듈 12
그림 22. 분석장치 시스템 구성도 13
그림 23. 원거리 유해가스 검출 모듈 시제품 14
그림 24. 통신모듈 기반 운영 소프트웨어 14
그림 25. Lab 실험구성-1 15
그림 26. NDIR 센서 데이터 15
그림 27. VOCs 센서 데이터 15
그림 28. 거리 센서 데이터 15
그림 29. 습도 센서 데이터 15
그림 30. 상기 검출 데이터 시그널의 데이터 재분석으로 선형성 확인 15
그림 31. Lab 실험구성-2 16
그림 32. 검출 데이터 시그널[좌]의 데이터 재분석으로 선형성 확인[우] 16
그림 33. 드론기에 탑재한 원거리 유해가스 검출 수행 17
그림 34. NDIR 검출 데이터 17
그림 35. VOCs 센서 검출 데이터 18
그림 36. 공공기관 Test-bed 설치 18
그림 1.1. 출연연 공동 융합과제 체계도 64
그림 1.2. 연구추진체계 65
그림 2.1. 사고유형별 사고발생 현황(2000~2008년) 67
그림 2.2. 화학물질관리법 체계도 67
그림 2.3. 화학물질 등록 및 평가등에 관한법률 체계도 68
그림 2.4. 가스 종류별 센서시장(2011~2018) 72
그림 2.5. 가스 감지 방식별 센서시장(2011~2018) 73
그림 2.6. 국내외 가스 센서 업체 현황 73
그림 2.7. 가스 감지 방식별 센서시장(2011~2018) 74
그림 2.8. 휴대용 가스 검출기 세계시장(2011~2018) 75
그림 2.9. 유해가스 가스 검출기 세계시장(2011~2018) 76
그림 2.9. 기술시장 성장동향 81
그림 2.10. 세부기술 전체 특허출원 동향(측정장치) 82
그림 2.11. 세부기술 전체 특허출원 동향(측정가스) 82
그림 3.1. 최종 연구 목표 117
그림 3.2. Distribution of frequency 119
그림 3.3. 검출기 120
그림 3.4. 유기 화합물의 적외선 결합 진동 종류 122
그림 3.5. Passive mode의 FT-IR 측정 setup 124
그림 3.6. Passive mode측정 FT-IR 스펙트럼 125
그림 3.7. T-Union 과 syring을 이용한 액체 주입 127
그림 3.8. 헤드 스페이스 샘플러 127
그림 3.9. Agilent사 G1888 Head Space... 128
그림 3.10. Triple-bed adsorbent tube used in this experiment 129
그림 3.11. Calibration curve 131
그림 3.12. The path-integrated concentration and the path-averaged... 137
그림 3.13. SIGIS2 140
그림 3.14. 베를린 올림픽 스타디움을 SIGIS2를 이용해 감시한 장면 141
그림 3.15. 스타디움 내에서 암모니아를 식별한 모습 142
그림 3.16. 휘도 온도의 위색체 이미지 142
그림 3.17. 광원의 온도 ≫ 가스의 온도일 때, 흡수 과정에서 일어나는 복사 전달 143
그림 3.18. 1차년도 연구 목표 144
그림 3.19. 휘발성 유기 화합물 144
그림 3.20. 정량 분석을 위한 ZnSe window 챔버 건조 중량 모듈 145
그림 3.21. [좌 : ZnSe window 챔버 모식도],... 146
그림 3.22. 구축된 Dynamic Dilution... 146
그림 3.23. ZnSe window 챔버를 이용한 원거리... 147
그림 3.24. SIGIS 원리 및 분석 결과 147
그림 3.25. Reference 측정 148
그림 3.26. Initial step of Benzene 30 mL 148
그림 3.27. Middle step of Benzene 30 mL 148
그림 3.28. Best step of Benzene 30 mL 149
그림 3.29. Final step of Benzene 30 mL 149
그림 3.30. Initial step of Benzene 75 mL 149
그림 3.31. Middle step of Benzene 75 mL 149
그림 3.32. Best step of Benzene 75 mL 149
그림 3.33. Final step of Benzene 75 mL 149
그림 3.34. Intial step of Benzene 100 mL 150
그림 3.35. Middle step of Benzene 100 mL 150
그림 3.36. Best step of Benzene 100 mL 150
그림 3.37. Final step of Benzene 100 mL 150
그림 3.38. Full spectra of total samples to best step 150
그림 3.39. Calibration of Benzene 151
그림 3.40. Intial step of n-hexane 15 mL 151
그림 3.41. Middle step of n-hexane 15 mL 151
그림 3.42. Best step of n-hexane 15 mL 152
그림 3.43. Final step of n-hexane 15 mL 152
그림 3.44. Initial step of n-hexane 20 mL 152
그림 3.45. Middle step of n-hexane 20 mL 152
그림 3.46. Best step of n-hexane 20 mL 152
그림 3.47. Final step of n-hexane 20 mL 152
그림 3.48. Initial step of n-hexane 25 mL 153
그림 3.49. Middle step of n-hexane 25 mL 153
그림 3.50. Best step of n-hexane 25 mL 153
그림 3.51. Final step of n-hexane 25 mL 153
그림 3.52. Full spectra of total samples to best step 153
그림 3.53. Local spectra of n-hexane 154
그림 3.54. n-hexane calibration 154
그림 3.55. Initial step of chloroform 15 mL 155
그림 3.56. Middle step of chloroform 15 mL 155
그림 3.57. Best step of chloroform 15 mL 155
그림 3.58. Final step of chloroform 15 mL 155
그림 3.59. Initial step of chloroform 20 mL 155
그림 3.60. Initial step of chloroform 20 mL 155
그림 3.61. Best step of chloroform 20 mL 156
그림 3.62. Final step of chloroform 20 mL 156
그림 3.63. Initial step of chloroform 25 mL 156
그림 3.64. Middle step of chloroform 25 mL 156
그림 3.65. Best step of chloroform 25mL 156
그림 3.66. Final step of chloroform 25 mL 156
그림 3.67. Full spectra of chloroform 157
그림 3.68. Local spectra of chloroform 157
그림 3.69. Chloroform Calibration 158
그림 3.70. Initial step of methanol 15 mL 158
그림 3.71. Middle step of methanol 15 mL 158
그림 3.72. Best step of methanol 15 mL 158
그림 3.73. Final step of methanol 15 mL 158
그림 3.74. Initial step of methanol 20 mL 159
그림 3.75. Middle step of methanol 20 mL 159
그림 3.76. Best step of methanol 20 mL 159
그림 3.77. Final step of methanol 20 mL 159
그림 3.78. Initial step of methanol 25 mL 159
그림 3.79. Middle step of methanol 25 mL 159
그림 3.80. Best step of methanol 25 mL 160
그림 3.81. Final step of methanol 25 mL 160
그림 3.82. Full spectra of methanol 160
그림 3.83. Local spectra of methanol 160
그림 3.84. Methanol calibration 161
그림 3.85. Initial step of Xylene 15 mL 161
그림 3.86. Middle step of Xylene 15 mL 161
그림 3.87. Middle step of Xylene 15 mL 161
그림 3.88. Final step of Xylene 15 mL 161
그림 3.89. Initial step of Xylene 20 mL 162
그림 3.90. Middle step of Xylene 20 mL 162
그림 3.91. Best step of Xylene 20 mL 162
그림 3.92. Final step of Xylene 20 mL 162
그림 3.93. Initial step of Xylene 25 mL 162
그림 3.94. Middle step of Xylene 25 mL 162
그림 3.95. Best step of Xylene 25 mL 163
그림 3.96. Final step of Xylene 25 mL 163
그림 3.97. Full spectra of Xylene 163
그림 3.98. Local spectra of Xylene 164
그림 3.99. Xylene calibration 164
그림 3.100. Initial step of Toluene 15 mL 165
그림 3.101. Middle step of Toluene 15 mL 165
그림 3.102. Best step of Toluene 15 mL 165
그림 3.103. Final step of Toluene 15 mL 165
그림 3.104. Initial step of Toluene 20 mL 165
그림 3.105. Middle step of Toluene 20 mL 165
그림 3.106. Best step of Toluene 20 mL 166
그림 3.107. Final step of Toluene 20 mL 166
그림 3.108. Initial step of Toluene 25 mL 166
그림 3.109. Middle step of Toluene 25 mL 166
그림 3.110. Best step of Toluene 25 mL 166
그림 3.111. Final step of Toluene 25 mL 166
그림 3.112. Full spectra of Toluene 167
그림 3.113. Local spectra of Toluene 167
그림 3.114. Toluene calibration 168
그림 3.115. Initial step of Isopropyl alcohol 15 mL 168
그림 3.116. Middle step of Isopropyl alcohol 15 mL 168
그림 3.117. Best step of Isopropyl alcohol 15 mL 168
그림 3.118. Final step of Isopropyl alcohol 15 mL 168
그림 3.119. Initial step of Isopropyl alcohol 20 mL 169
그림 3.120. Middle step of Isopropyl alcohol 20 mL 169
그림 3.121. Best step of Isopropyl alcohol 20 mL 169
그림 3.122. Final step of Isopropyl alcohol 20 mL 169
그림 3.123. Initial step of Isopropyl alcohol 25 mL 169
그림 3.124. Middle step of Isopropyl alcohol 25 mL 169
그림 3.125. Best step of Isopropyl alcohol 25 mL 170
그림 3.126. Ffinal stepof Isopropyl alcohol 25 mL 170
그림 3.127. Full spectra of Isopropyl alcohol 170
그림 3.128. Local spectra of Isopropyl alcohol 170
그림 3.129. Isopropyl alcohol calibration curve 171
그림 3.130. CO₂ 측정결과 171
그림 3.131. SO₂ 측정결과 172
그림 3.132. NO₂ 측정결과 172
그림 3.133. Xylene 시간당 측정량 173
그림 3.134. Xylene 측정 스펙트럼 173
그림 3.135. Xylene 측정실험 결과 173
그림 3.136. Xylene의 스펙트럼 174
그림 3.137. Isopropyl alcohol 스펙트럼 174
그림 3.138. Isopropyl alcohol 측정실험 결과 175
그림 3.139. Acetic acid 스펙트럼 175
그림 3.140. Acetic acid 측정실험결과 176
그림 3.141. Styrene 스펙트럼 176
그림 3.142. Styrene 측정실험결과 177
그림 3.143. Methanol 스펙트럼 177
그림 3.144. Methanol 측정실험결과 178
그림 3.145. Toluene 스펙트럼 178
그림 3.146. Toluene 측정실험결과 179
그림 3.147. Chloroform 스펙트럼 179
그림 3.148. Chloroform 측정실험결과 180
그림 3.150. Benzene 75 mL spectrum 180
그림 3.151. Benzene 100 mL spectrum 181
그림 3.152. Chloroform 15 mL spectrum 181
그림 3.153. Chloroform 20 mL spectrum 181
그림 3.154. Chloroform 25 mL spectrum 182
그림 3.155. 2차년도 연구목표 182
그림 3.156. 적용 가능 아이디어 188
그림 3.157. 유해가스 발생 물질 189
그림 3.158. 유해가스 화학종 흡수영역 database 구축/ [우측]독성가스 9종, 68개 리스트 189
그림 3.159. 화학종별 고유 파장대 190
그림 3.160. CO₂ 고유 파장대 190
그림 3.161. NO 고유 파장대 191
그림 3.162. NO₂ 고유 파장대 191
그림 3.163. CF₄ 고유 파장대 192
그림 3.164. SF6 고유 파장대(이미지참조) 192
그림 3.165. SiF₄ 고유 파장대 192
그림 3.166. NF₃ 고유 파장대 193
그림 3.167. 도식1 193
그림 3.168. 도식2 194
그림 3.169. 도식3 194
그림 3.170. 화학종별 고유흡수 영역 194
그림 3.171. 반사형 NDIR spectrometer 시작품 195
그림 3.172. 구성도 195
그림 3.173. Bluetooth를 적용한 전자제어 시스템... 196
그림 3.174. 원격 모니터링을 위한 컴퓨터에 설치할... 196
그림 3.175. 무선통신모듈의 사양 196
그림 3.176. 개발 NDIR spectrometer 197
그림 3.177. 농도별 측정 스펙트럼 197
그림 3.178. 농도별 측정시 선형성 197
그림 3.179. 고출력 적외선 광원과 필터 기반의 Pyroelectric... 199
그림 3.180. 개발 NDIR spectrometer 199
그림 3.181. 각 화학종별 고유 파장대 200
그림 3.182. Field Effect Transistor 증폭회로 200
그림 3.183. 개발 적외선 기기 201
그림 3.184. 고출력 mid infrared lamp 202
그림 3.185. 고출력 mid infrared lamp 회로 특성 202
그림 3.186. 마이컴 구성도(1) 203
그림 3.187. 마이컴 구성도(2) 203
그림 3.188. 원거리 통신 소프트웨어 개발 204
그림 3.189. 소프트웨어 구현 모습 204
그림 3.190. 동일 화학종 농도별 스펙트럼 205
그림 3.191. PCA 분석 결과 206
그림 3.192. 화학종별 PCA 결과 207
그림 3.193. Multi channel 적용 208
그림 3.194. 바탕보정용 후 선형성 확인 209
그림 3.195. 3차년도 연구내용 215
그림 3.196. OP AMP 2단 증폭 215
그림 3.197. 적외선 램프 구성도 216
그림 3.198. IR LAMP, 광학FILTER_적외선단색화 적용 데이터 전달 모듈 216
그림 3.199. 분석장치 시스템 구성도 217
그림 3.200. 원거리 모니터링 센서 구축 회로도 217
그림 3.201. 센서측정 통신 코드 217
그림 3.202. 온도센서 구성도 218
그림 3.203. 거리센서 구성도 218
그림 3.204. VOCs 구성도 218
그림 3.205. 측정기 원거리 무선통신(bluetooth) 구성 시제품 219
그림 3.206. 리튬-폴리머 실제 적용 배터리 219
그림 3.207. 원거리 탐지 시작품 제어회로 220
그림 3.208. RF 통신모듈 220
그림 3.209. 통신모듈 기반 운영 소프트웨어 221
그림 3.210. 온습도, 거리 관련 센서 탑재도 222
그림 3.211. 온습도 센서 모식도 및 시제품 222
그림 3.212. VOCs 센서 223
그림 3.213. 가스 측정 센서 회로도 223
그림 3.214. 가스측정 센서 가스별 감도 기울기 224
그림 3.215. 반도체식 가스센서 224
그림 3.216. 거리센서 회로도 225
그림 3.217. 원거리 유해가스 검출 모듈 시제품 225
그림 3.218. Lab 실험구성-1 226
그림 3.219. 기초실험용 중탕기 및 NH₃ 시약 226
그림 3.220. 680mm NH₃ 센서 5, 2, 1mL 의 시간 데이터 227
그림 3.221. 680mm NH₃ 센서 10, 7, 5mL 의 시간 데이터 227
그림 3,222. 680mm 농도별 VOCs 센서 데이터 228
그림 3.223. 680mm 거리별 센서 데이터 228
그림 3.224. 680mm 농도별 습도센서 데이터 229
그림 3.225. 1500mm 농도별 NH₃ 센서 데이터 229
그림 3.226. 1500mm 농도별 VOCs 센서 데이터 230
그림 3.227. 1500mm 농도별 거리센서 데이터 230
그림 3.228. 1500mm 농도별 습도센서 데이터 231
그림 3.229. 2500mm 농도별 NH₃ 센서 데이터 231
그림 3.230. 2500mm 농도별 VOCs 센서 데이터 232
그림 3.231. 3000mm 농도별 NH₃ 센서 데이터 232
그림 3.232. 3000mm 농도별 VOCs 센서 데이터 233
그림 3.233. 저농도 1500mm 233
그림 3.234. 저농도 2500mm 233
그림 3.235. NH₃ 센서 234
그림 3.236. VOCs 센서 234
그림 3.237. 거리센서 235
그림 3.238. 습도센서 235
그림 3.239. NH₃ 센서 236
그림 3.240. 상기 검출 데이터 시그널의 데이터 재분석으로 선형성 확인 236
그림 2.241. Lab 실험구성-2 236
그림 3.242. 검출 데이터 시그널[좌]의 데이터 재분석으로 선형성 확인[우] 237
그림 3.243. 드론기에 탑재한 원거리 유해가스 검출 수행 238
그림 3.244. 고도에 따른 path length 경향 238
그림 3.245. NDIR 검출 데이터 239
그림 3.246. VOCs 센서 검출 데이터 239
그림 3.247. 공공기관 Test-bed 설치 239
그림 5.1. 원거리 유해가스분석장비 활용 244
그림 5.2. 실시간 유해가스 모니터링 장비 245