수명이 긴 레이저

입자 계수기는 극히 적은 입자를 계수하기 위해 집중광을 방출하는 레이저를 사용합니다. 모든 레이저의 수명은 제한되어 있지만, 레이저의 사용 방법에 따라 그 수명이 연장되거나 단축될 수 있습니다. 레이저의 수명이 길면, 유지 비용을 절감할 것입니다. Particle Measuring Systems는 레이저에 기반을 둔 입자 계수기를 최초로 제작한 회사로서 레이저의 수명을 연장시키는 방법을 가장 잘 알고 있습니다. 레이저의 수명을 결정하는 주요 요소는 레이저 자체의 설계와 생산, 레이저의 작동 온도 및 그 장치의 사용 출력 대 정격 출력인 작동 출력, 이 3가지입니다.

레이저의 수명이 긴 입자 계수기를 제작하는 첫 단계는 신뢰할 수 있는 레이저를 만드는 것입니다. 지금까지 사용된 레이저는 입자 계수기용으로 설계된 것이 아니라 다른 장치용으로 설계된 것입니다. 과거에 저희는 CD 드라이브용으로 만든 레이저를 사용하였는데, 이런 종류의 레이저는 789 nm의 파장에서 가장 잘 작동합니다. 하지만 CD 전용 플레이어가 잘 쓰이지 않게 되면서 이러한 레이저 또한 많이 사용되지 않았습니다. 현재 789 nm 레이저를 사용하는 장치를 구입하려면 조심해야 합니다. 이러한 장치는 가까운 장래에 단종될 가능성이 상당히 높으므로, 서비스를 받기가 불가능하지는 않다고 하더라도 그 비용이 상당히 많이 들고 또 어려울 것입니다.

현재 당사의 입자 계수기에 사용되는 대부분의 레이저는 원래 DVD 드라이브용으로 설계된 것입니다. 이 레이저의 파장은 대개 630 nm 범위 내입니다. 저희는 당사의 고감도 장비에 808 nm 정도에서 작동하는 고출력 레이저를 사용합니다. 이러한 레이저는 DVD 레이저보다 훨씬 더 비싸서, 그 가격이 수천 달러인 경우도 흔합니다. 하지만 이 파장은 GaAs, 즉 레이저 발진재의 “선호” 파장, 제작 공정을 단순화하고 생산비 및 관리비를 절감하게 합니다. 630-680 nm과 808 nm 레이저는 현재 정상적으로 생산되고, 고출력이 필요한 장비에 많이 사용되고 있으므로 모두 신뢰도가 높습니다. 이러한 수요가 있으므로, 시장에서 안정된 힘을 가지고 있어서 이용하기 용이하고 서비스를 받기에도 편리합니다.

수명에 영향을 주는 두 번째 요소는 레이저의 작동 온도입니다. 그 온도가 높을수록 레이저의 수명은 단축됩니다. 당사의 경험에 의하면, 온도가 8°C 상승할 때마다 레이저의 수명이 반감됩니다. 작동 중, 레이저는 효과적으로 소산해야 하는 열을 발생시키거나, 다이오드의 온도가 레이저의 수명을 연장하거나 단축할 것입니다. 저희 Particle Measuring Systems는 레이저 작동 온도를 낮추기 위해 레이저 시스템과 레이저 탑재장치를 신중하게 설계하였습니다. 고출력 레이저의 경우, 레이저 칩을 열전식 냉각기(TEC)에 직접 탑재하였으므로 온도를 정밀하게 제어할 수 있어서 레이저의 수명도 연장할 수 있습니다.

세 번째 요소는 레이저의 작동 출력입니다. 사용한 출력이 높으면 레이저의 수명이 단축되고, 낮으면 연장됩니다. 레이저 제조사는 자신의 장치에 대한 신뢰도 데이터를 제공할 것이며, 이에 따르면 그 장비를 25°C, 정격 출력에서 작동시킬 경우 레이저의 수명이 50,000시간 이상이라고 기술되어 있을 것입니다. 하지만 이 데이터는 가속 수명 테스트에 근거한 것으로서, 당사의 경험에 의하면 이 테스트는 수명을 지나치게 이상적으로 평가하고 있습니다. 실제 현장에서 수집한 데이터에 의하면, 그 장치를 정격 전압에서 작동시킬 경우 그 수명이 5000-15,000시간에 불과하였습니다. 하지만 그 레이저의 정격 출력을 낮추고 정격 출력의 80%에서 작동시킬 경우 수명이 현저하게 연장되었습니다. 그러므로 저희 Particle Measuring Systems는 모든 레이저를 정격 출력보다 훨씬 낮은 상태에서 작동시킵니다.

아래의 신뢰도 도표는 Particle Measuring Systems의 전문기사가 레이저를 사용한 결과를 나타내고 있습니다. 수직축에 표시한 “비신뢰도”는 고장난 레이저의 백분율을 나타냅니다. 평균 전체 고장 시간(MTTF)이란 장치의 50%가 고장을 일으켰을 때를 가리킵니다. 이 데이터는 실제 현장에서의 성능에 근거한 것으로서 실험실에서의 가속 테스트에서 나온 결과가 아닙니다. Airnet 입자 계수기의 MTTF는 12년 이상에 걸쳐 수집한 결과를 나타낸 것이며, Lasair II의 MTTF는 도표에 전혀 표시되지 않습니다. 입자 계수기 간의 차이는 사용 방법의 차이에 기인한 것으로 생각됩니다. 즉 Airnet 입자 계수기는 계속 사용하였지만 몇몇 Lasair II 입자 계수기는 간헐적으로만 사용되었을 뿐이기 때문입니다.

저희 Particle Measuring Systems는 신뢰도가 높은 이러한 입자 계수기의 설계를 전문가에게 의뢰한 유일한 회사이며, 이러한 신뢰도를 실제 현장의 데이터로 증명한 유일한 회사입니다. 신뢰도가 높은 이러한 시스템은 고객의 전체적인 소요 비용을 절감시킬 것이며, 중요한 데이터가 필요할 때 장비가 원활히 작동하게 할 것입니다.

LASAIR II 입자 계수기의 레이저 평균 고장 시간

현장에 투입된 2,000대 이상의 LASAIR II 입자 계수기를 대상으로 12년 이상 에 걸쳐 MTTF를 수집하였습니다. 이 표는 최초 100개월 이내에 고장을 일으킨 LASAIR II 입자 계수기가 10% 미만이라는 것을 보여줍니다.

Airnet 입자 계수기의 레이저 평균 고장 시간

현장에 투입된 약 6,000대의 Airnet 입자 계수기 다이오드에 근거한 PMS Wiebul 표에 따르면, Airnet 입자 계수기의 50%는 그 수명이 최소 12년일 것이라는 것을 보여줍니다.

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