KR101600047B1 - 다중 발광부 제어 구조를 갖는 광량 조절이 가능한 차량 및 실내용 광학식 먼지 센서 - Google Patents

다중 발광부 제어 구조를 갖는 광량 조절이 가능한 차량 및 실내용 광학식 먼지 센서 Download PDF

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Abstract

광량조절이 가능한 광학식 먼지검출장치가 개시된다. 본 발명의 먼지검출장치는, 수광부의 출력신호의 레벨에 따라 산란광의 광량을 확인하여 광원의 레벨을 제어하는 제어신호를 생성하고, 수광부의 출력신호의 레벨에 따라 오염도를 출력한다.

Description

다중 발광부 제어 구조를 갖는 광량 조절이 가능한 차량 및 실내용 광학식 먼지 센서{OPTICAL DUST SENSOR CAPABLE OF CONTROLLING AMOUNT OF LIGHT AND HAVING MULTIPLE LIGHT EMITTING UNITS}
본 발명은 다중 발광부 제어 구조를 갖는 광량 조절이 가능한 차량 및 실내용 광학식 먼지 센서에 관한 것이다.
일반적으로 더스트 센서(dust sensor)는, 부유하는 미세한 먼지나 응결핵의 수를 검출하는 장치로서, 광학식 더스트 센서의 종류로는 옆산란광 방식, 근적외 앞산란광 방식 등이 있다.
광학식 더스트 센서의 원리는 입자에 빛을 비추면 입자의 크기에 따라 그 산란광의 패턴이 달라지기 때문에, 그 산란광량을 검출하여 먼지의 농도를 환산하는 장치이다.
종래의 광학식 더스트 센서는, 일정 광량을 방출하는 광원을 사용함으로써, 더스트 농도가 적은 경우 정밀하게 측정이 어려운 문제점이 있으며, 높은 더스트 농도에서는 포화되어 측정이 불가능한 현상이 발생하게 된다.
또한, 이러한 종래의 광학식 더스트 센서는, 적외선 발광다이오드(infrared light emitting diode, IRLED)의 수명과 관련되어 있으므로, 정밀도를 높이기 위해 광량을 증대하는 것은 제품 수명을 단축시키는 결과를 초래한다.
한편, 광학식 더스트 센서는, 외란광에 취약하므로, 태양광 또는 외부광에 의한 오동작 발생 가능성이 적은 위치에 설치되고, 따라서 오염에 노출될 가능성이 많다. 따라서, 종래의 광학식 더스트 센서는 정기적으로 점검 및 청소가 요구되는 불편함이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래의 광학식 더스트 센서는, 렌즈의 오염상태를 확인하기 위해 별도의 모니터링부를 확보하고, 렌즈의 오염정도가 일정 레벨 이상이 되면, 렌즈가 오염되었음을 판정하는 방식을 사용하고 있다.
그러나, 이러한 종래의 방식에 의하면, 오염이 지속되는 상황과 렌즈가 오염되는 상황을 구분하기 어려운 문제점이 있으며, 또한 광학계의 포화상태만을 추정할 수 있으므로, 실시간으로 변화되는 상황에 대처하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 변화하는 환경에서 최적화된 광량을 선택적으로 조사하여 측정 감도의 정밀도를 유지하고, 외란에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는, 광량조절이 가능한 광학식 먼지검출장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 먼지 검출장치는, 광원을 포함하는 발광부; 및 상기 광원으로부터 출력된 광이 먼지에 의해 산란된 산란광을 수신하는 수광부를 포함하고, 상기 수광부는, 산란광을 수신하여 전기신호로 변환하는 수광센서; 상기 수광센서의 출력을 증폭한 증폭신호를 출력하는 증폭부; 및 상기 증폭신호의 레벨에 따라 산란광의 광량을 확인하여 상기 광원의 레벨을 제어하는 제어신호를 생성하고, 상기 증폭신호의 레벨에 따라 오염도를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제어신호에 대응하는 광이 수신시간 이내에 수신되었는지 확인하여, 수신시간 이내에 수신된 경우, 소정 주기동안 상기 증폭신호의 레벨을 평균하여 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제어신호에 대응하는 광이 수신시간 이외에 수신된 경우, 상기 증폭신호의 레벨의 평균에서 제외할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 수신시간은, 상기 제어신호에 대응하는 광이 소정시간 지연된 시간일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 광원이 제1레벨의 광량을 출력하도록 제어하는 제1제어신호와, 제2레벨의 광량을 출력하도록 제어하는 제2제어신호를 순차적으로 상기 발광부로 출력하여, 상기 제1 및 제2제어신호에 대응하는 상기 증폭부의 제1 및 제2출력의 차이가 소정 기준보다 작은 경우, 이상동작 상태임을 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1레벨과 상기 제2레벨은, 그 광량이 다단계의 출력차이를 가지게 될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 먼지센서가 먼지에 의한 산란광과 외란광을 구분할 수 있고, 광학계 및 증폭부의 이상상태를 확인하게 함으로써, 사용자가 오동작으로 인한 이상 상태 즉, 센서의 광학계 오염과 센서의 이상 동작 상태를 즉시 인지하게 할 수 있게 하여, 센서의 신뢰도를 향상 시킬 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 광학식 먼지검출장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 광항식 먼지검출장치를 개략적으로 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 본 발명에서 제어부의 동작을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4는 본 발명의 제어부의 동작을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제어부가, 먼지 검출장치의 동작상태를 정기적으로 확인하는 것을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 광학식 먼지검출장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예의 광항식 먼지검출장치를 개략적으로 설명하기 위한 블럭도이다.
도 1 및 도 2를 참조로 하면, 본 발명의 일실시예의 먼지검출장치는, 광원(10)을 포함하는 발광부(1)와, 발광부(1)에서 방출된 광을 수광하는 수광부(2)를 포함하며, 수광부(2)는 먼지(A)에 의해 산란되는 광량을 통해 공기의 오염여부를 결정하는 것이다.
본 발명의 먼지검출장치는, 발광부(1)와 수광부(2)의 사이의 공기를 가열할 수 있는 히터(3)를 더 포함할 수 있으며, 히터(3)에 의해 공기중에 포함된 먼지(A)의 활동이 활발해지므로, 더욱 효과적으로 공기의 오염여부를 결정할 수 있다.
발광부(1)는 광원(10)과 광원제어부(20)를 포함할 수 있다.
광원(10)은 예를 들어, 적외선 발광 다이오드(IRLED)일 수 있으며, 광원제어부(20)의 제어에 의해 광량조절이 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 광원(10)은 적어도 세 레벨의 광량에 따라 광을 방출할 수 있는데, 광원제어부(20)는, 적어도 세 레벨의 광량에 따라 광을 방출하도록 광원을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1레벨의 광량으로 광을 방출하는 제어신호를 광원제어부(20)로부터 수신한 경우, 광원(10)는 제1레벨의 광량으로 광을 방출할 수 있다. 또한, 제2레벨의 광량으로 광을 방출하는 제어신호를 광원제어부(20)로부터 수신한 경우, 광원(10)는 제2레벨의 광량으로 광을 방출할 수 있다. 마찬가지로, 제3레벨의 광량으로 광을 방출하는 제어신호를 광원제어부(20)로부터 수신한 경우, 광원(10)는 제3레벨의 광량으로 광을 방출할 수 있다.
여기서, 제1레벨은 오염도가 낮은 상태에서의 광량이고, 제2레벨은 보통 상태에서의 광량이며, 제3레벨은 오염도가 높은 상태에서의 광량일 수 있다. 즉, 제1레벨의 경우에는 광원(10)으로부터 방출되는 빛이 가장 어두울 수 있으며, 제3레벨의 경우에는 광원(10)으로부터 방출되는 빛이 가장 밝을 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명의 광량의 레벨이 3개에 한정되는 것은 아니며, 보다 많은 수의 레벨로 광량이 설정될 수 있을 것이다.
수광부(2)는, 수광센서(30), 증폭부(40) 및 제어부(50)를 포함할 수 있다.
수광센서(30)는, 먼지(A)에 의해 산란된 산란광을 수신하는 것으로서, 이러한 산란광을 집적하는 렌즈를 포함할 수 있다. 수광센서(30)는 산란광을 수신하여, 광신호를 전기신호로 변환할 수 있다.
증폭부(40)는, 수광센서(30)에 의해 출력된 전기신호를 증폭할 수 있으며, 제어부(50)는 증폭부(50)에 의해 증폭된 증폭신호로부터, 광량을 확인하여, 제1레벨의 광량 출력을 제어하는 제1제어신호, 제2레벨의 광량 출력을 제어하는 제2제어신호 또는 제3레벨의 광량 출력을 제어하는 제3제어신호를 광원제어부(20)로 출력할 수 있다. 즉, 제어부(50)는, 수광센서(30)에 의해 입력된 산란광의 광량을 확인하여, 오염도가 높은 경우에는 제1제어신호를, 오염도가 보통인 경우에는 제2제어신호를, 오염도가 낮은 경우에는 제3제어신호를 생성할 수 있다.
또한, 제어부(50)는, 증폭부(40)로부터 출력되는 증폭신호로부터, 오염도를 결정하여 출력할 수 있으며, 무선 또는 유선으로 연결된 디스플레이부(도시되지 않음)가 해당 오염도를 디스플레이하여 사용자가 열람가능하게 제공할 수 있을 것이다. 이를 위해, 본 발명의 먼지 검출장치는, 제어부(50)와 무선 또는 유선으로 연결되는 디스플레이부를 더 포함할 수 있을 것이다.
제어부(50)의 오염도는, 빠른 시간에 빈번하게 변동하므로, 소정 주기동안 복수의 샘플링을 통해 평균값으로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명에서 제어부(50)의 동작을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 3에서, (B)는 증폭부(40)에서 증폭된 증폭신호를 나타내는 것이다. 제어부(50)는 증폭신호에서 산란광의 광량 레벨을 확인하여, 광량 레벨에 대응하는 제어신호를 (C)와 같이 생성하여 이를 발광부(1)에 제공할 수 있으며, (D)는, 제어부(50)에서 생성한 (C)의 제어신호에 의해 발광부(1)의 광원(10)에서 광을 방사하고, 수광센서(30)에 의해 수신된 광이 전기신호로 변환되어 증폭부(40)에 의해 증폭된 후 다시 제어부(50)에 도달할 때까지 소정 시간 지연되고 있음을 설명하기 위한 것이다.
즉, 제어부(50)는, (C)의 제어신호를 발광부(1)에 제공하면, (D)와 같이 해당 제어신호에 따라 광을 수신할 수 있으며, 이와 같은 지연시간은 먼지 검출장치에 사용되는 부품의 특성에 기인하는 것으로서, 미리 결정될 수 있다.
즉, 제어신호가 생성되는 경우, 다시 소정 지연시간을 지나 해당 제어신호에 대응하는 광의 수신시간이 결정되며, 이 수신시간 외의 기간에 광이 수신되는 경우, 이를 외란에 의한 것으로 결정하고 이를 오염도 결정을 위한 증폭신호의 평균값에서 제외함으로써, 외란에 의한 신뢰도를 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제어부의 동작을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 먼지 검출장치에서, 발광부(1)의 광원(10)이 발광하면, 이에 따라 먼지(A)에 의해 산란되는 산란광을 수광부(2)의 수광센서(30)가 수광하여 이를 전기신호로 변환하고, 증폭부(40)가 증폭하여 도 3의 (B)와 같은 증폭신호를 출력할 수 있다. 초기에, 광원(10)은, 제2레벨의 광량을 출력할 수도 있을 것이다.
제어부(50)는, 증폭신호의 레벨에 따라, 산란광의 광량을 확인하여(S10), 광원(10)이 발광할 광량의 레벨을 결정할 수 있다(S12). 즉, 산란광의 광량의 레벨이 오염도가 높은 경우에는, 광원(10)을 제1레벨의 광량으로 광을 출력하도록 제어하는 제1제어신호를 생성할 수 있고(S14), 산란광의 광량의 레벨이 오염도가 보통인 경우에는, 광원(10)을 제2레벨의 광량으로 광을 출력하도록 제어하는 제2제어신호를 생성할 수 있고(S16), 산란광의 광량의 레벨이 오염도가 낮은 경우에는, 광원(10)을 제3레벨의 광량으로 광을 출력하도록 제어하는 제3제어신호를 생성할 수 있고(S18). 이때, 산란광의 광량의 레벨에 대한 기준은, 미리 결정되어 있을 수 있다.
제어부(50)는 이와 같이 생성된 제1 내지 제3제어신호중 하나를 발광부(2)의 광원제어부(20)에 전송하고(S20), 광원제어부(20)는 해당 제어신호에 따라 광원(10)의 광량을 결정하여 출력하도록 제어할 수 있다.
이후 제어부(50)는, 제어신호에 대응하는 광이 수신시간 이내에 수신되었는지를 확인할 수 있다(S22). 즉, 도 3에서, (C)의 제어신호에 대응하는 (D)의 수신신호가 T에 해당하는 구간에서 수신된 것인지 확인할 수 있다.
즉, 제어부(50)는, 수신시간 이내에 수신되지 않은 경우에는, 해당 증폭신호의 출력을 평균값에 반영하지 않고(S24), 수신시간 이내에 수신된 경우에는, 해당 증폭신호의 출력을 평균값에 반영할 수 있다(S26).
이와 같은 과정을 소정 주기동안 반복하여(S28), 해당 주기에서의 오염도를 결정하여 출력할 수 있다(S30). 해당 주기에서의 오염도는, 도 3의 (B)의 증폭신호를 평균한 것으로서, 외란에 의해 영향을 받은 신호가 제외되므로, 정확하게 먼지에 의한 영향만을 반영할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 제어부가, 먼지 검출장치의 동작상태를 정기적으로 확인하는 것을 설명하기 위한 일실시예 흐름도로서, 수광센서(30)의 렌즈의 오염상태를 포함한 먼지 검출장치의 동작상태 이상을 확인하는 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 제어부(50)는, 제1제어신호와 제3제어신호를 순차적으로 발광부(1)로 출력할 수 있다(S50). 제1제어신호는 광원이 제1레벨의 광량을 출력하도록 제어하는 것이고, 제3제어신호는 광원이 제3레벨의 광량을 출력하도록 제어하는 것이다.
이후, 제어부(50)는, 제1제어신호에 대응하여, 수광센서(30)와 증폭부(40)를 통해 입력되는 제1입력과, 제3신호에 대응하여 수광센서(30)와 증폭부(40)를 통해 입력되는 제3입력을 수신하여, 제1입력과 제3입력의 차의 절대값이 소정 값보다 작은지 여부를 확인할 수 있다(S52).
이때, 먼지 검출장치의 동작이 이상상태일 경우, 두 신호의 차는 매우 작게 나타날 것이므로, 만약 S52에서 제1입력과 제3입력의 차의 절대값이 소정 값보다 작은 경우에는 카운트를 증가하고(S54), 카운트가 에러로 결정된 수 이상인 경우에(S56), 오염에 의해 에러가 발생하고 있음을 디스플레이부에 출력할 수 있다(S58). 다만, 오염에 의해 에러가 발생하고 있음에 한정되는 것은 아니며, 광학계가 포화되어 정상동작 상태가 아니거나, 증폭부가 이상동작을 하고 있는 것을 확인할 수도 있을 것이다. 즉, 본 발명의 먼지 검출장치가 이상동작 상태임을 확인하게 할 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에서는, 제1제어신호 및 제3제어신호를 사용하는 것으로 하였다. 이는 제1레벨의 광량과 제3레벨의 광량이 다단계의 차이가 나는 것으로서 결정되는 것이다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 위 제어신호에 한정되는 것은 아니며, 미리 결정된 광량을 제어하는 두 제어신호가 사용될 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명의 먼지 검출장치는, 먼지에 의한 산란광과 외란광을 구분할 수 있으므로, 신뢰성 있는 먼지 검출장치를 제공할 수 있고, 광학계 및 증폭부의 이상상태를 확인하게 할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 발광부 2: 수광부
3: 히터 10: 광원
20: 광원제어부 30: 수광센서
40: 증폭부 50: 제어부

Claims (6)

  1. 광원을 포함하는 발광부; 및
    상기 광원으로부터 출력된 광이 먼지에 의해 산란된 산란광을 수신하는 수광부를 포함하고, 상기 수광부는,
    산란광을 수신하여 전기신호로 변환하는 수광센서;
    상기 수광센서의 출력을 증폭한 증폭신호를 출력하는 증폭부; 및
    상기 증폭신호의 레벨에 따라 산란광의 광량을 확인하여 상기 광원의 레벨을 제어하는 제어신호를 생성하고, 상기 증폭신호의 레벨에 따라 오염도를 출력하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제어신호에 대응하는 광이 수신시간 이내에 수신되었는지 확인하여, 수신시간 이내에 수신된 경우, 소정 주기동안 상기 증폭신호의 레벨을 평균하여 출력하는 먼지 검출장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제어신호에 대응하는 광이 수신시간 이외에 수신된 경우, 상기 증폭신호의 레벨의 평균에서 제외하는 먼지 검출장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 수신시간은,
    상기 제어신호에 대응하는 광이 소정시간 지연된 시간인 먼지 검출장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 광원이 제1레벨의 광량을 출력하도록 제어하는 제1제어신호와, 제2레벨의 광량을 출력하도록 제어하는 제2제어신호를 순차적으로 상기 발광부로 출력하여, 상기 제1 및 제2제어신호에 대응하는 상기 증폭부의 제1 및 제2출력의 차이가 소정 기준보다 작은 경우, 이상동작 상태임을 출력하는 먼지 검출장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1레벨과 상기 제2레벨은, 그 광량이 다단계의 출력차이를 가지게 되는 먼지 검출장치.

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