KR101912240B1 - 미세먼지 측정 장치 - Google Patents

Abstract

외부 공기를 흡입하는 흡입구; 흡입된 공기에 포함되어 있는 미세먼지를 사이즈별로 측정 가능한 복수 개의 광센서모듈; 상기 흡입구와 상기 광센서모듈에 각각 연결되어 흡입된 공기가 상기 광센서모듈에 공급되도록 형성된 공급유로; 상기 공급유로의 일 측에 연결되어 미세먼지가 측정된 공기를 정화하는 필터부; 상기 필터부에 연통되어 정화된 공기를 외부로 배출시키는 배출유로; 및 상기 광센서모듈에서 측정된 미세먼지 값을 공기의 온습도에 따라 보정하는 제어부;를 포함하고, 상기 광센서모듈은 공기를 흡입하는 진공펌프와 흡입된 공기의 온습도를 측정하는 온습도센서와 유입된 공기에 레이저를 조사하는 광원부와 측정된 공기를 배출시키는 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 측정 장치을 개시하여, 보다 신속하고 정확하게 미세먼지를 측정할 수 있는 측정 장치를 제공한다.

Description

미세먼지 측정 장치{FINE PARTICLE MEASURING DEVICE}

본 발명은 미세먼지 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 조사하여 공기 중 미세먼지를 측정하는 측정 장치에 관한 것이다.

현대에 이르러 산업이 고도로 발달함에 따라, 환경 오염이 심화되고 전세계적으로 사막화가 급속하게 진행되어 대기 중 황사, 미세먼지 등의 농도가 높아져 대기 오염이 심각한 수준에 이르렀다. 따라서 미세먼지의 오염정도를 측정할 수 있는 장치에 대한 필요성이 대두되면서 여러 발명이 발명되었다.

일반적인 미세먼지 자동 측정방식은 광산란방식을 이용하고, 광산란방식은 레이저를 조사하고, 조사된 레이저의 산란 회수와 량을 측정하고 이로부터 미세물질의 농도를 구하는 방식이다. 이와같은 광산란방식은 입자 크기 별 측정이 동시에 가능하고 실시간 측정이 가능하다는 장점을 가지나, 입자의 교차구간 측정이 곤란하고 오차 범위가 너무 크다는 단점이 있으며, 외부환경의 영향을 많이 받아 실외에서 사용하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 센서로 유입되는 공기의 온습도를 일정하게 유지하고, 복수 개의 광필터모듈을 구비하여 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 외부에서도 사용할 수 있는 광산란방식의 미세먼지 측정 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 외부 공기를 흡입하는 흡입구; 흡입된 공기에 포함되어 있는 미세먼지를 사이즈별로 측정 가능한 복수 개의 광센서모듈; 상기 흡입구와 상기 광센서모듈에 각각 연결되어 흡입된 공기가 상기 광센서모듈에 공급되도록 형성된 공급유로; 상기 공급유로의 일 측에 연결되어 미세먼지가 측정된 공기를 정화하는 필터부; 상기 필터부에 연통되어 정화된 공기를 외부로 배출시키는 배출유로; 및 상기 광센서모듈에서 측정된 미세먼지 값을 공기의 온습도에 따라 보정하는 제어부;를 포함하고, 상기 광센서모듈은 공기를 흡입하는 진공펌프와 흡입된 공기의 온습도를 측정하는 온습도센서와 유입된 공기에 레이저를 조사하는 광원부와 측정된 공기를 배출시키는 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 측정 장치를 제공한다.

상기 흡입구와 상기 공급유로 사이에 배치되어 흡입되는 외부 공기의 온습도를 조절하는 조절모듈;을 더 포함할 수 있다.

상기 조절모듈은 흡입되는 공기를 가열하여 상기 광센서모듈로 공급되는 공기의 온습도를 일정하게 조절할 수 있다.

상기 복수 개의 광센서모듈은 상기 공급유로에 각각 연결되어 병렬 연결될수 있다.

상기 광센서모듈은 4개로 구성되고, 일정 간격 이격되어 인접 배치되는 상기 다른 광센서모듈에 설치되는 상기 광원부에 영향을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 복수 개의 광센서모듈에서 측정되는 미세먼지 값들 중 다른 측정 값들과 일정 오차 이상 차이나는 측정 값이 발생하는 경우, 다른 측정 값들과 일정 이상 차이나는 측정 값을 제외하고 다른 측정 값들을 산술평균하여 미세먼지를 측정할 수 있다.

상기 제어부에서 보정된 측정 값을 서버로 송신하도록 설치되는 통신부;를 더 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

일실시 예에 따른 미세먼지 측정장치는 복수 개의 광센서모듈을 병렬로 연결하여 보다 정확한 측정이 가능한 동시에, 외부에서도 측정할 수 있는 광산란 방식의 측정 장치를 제공한다.

또한 조절모듈을 구비하여 광센서모듈로 공급되는 공기의 온습도의 조건을 일정하게 조절하고, 공기의 온습도에 따라 측정 값을 보정하여 측정값의 정확도를 향상시키는 효과를 갖는다.

도 1은 광산란 방식의 원리를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 개략도.
도 3은 도 2에 공기 흡입시 유로를 도시한 도면.
도 4는 도 2에 공기 배출시 유로를 도시한 도면.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 미세먼지 측정 장치의 구체적인 실시예에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 광산란 방식의 원리를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예의 개략도이고, 도 3은 도 2에 공기 흡입시 유로를 도시한 도면이며, 도 4는 도 2에 공기 배출시 유로를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 일실시 예에 따른 미세먼지 측정 장치(1)는 외부 공기를 흡입하는 흡입구(10), 흡입된 공기에 포함되어 있는 미세먼지를 사이즈별로 측정 가능한 복수 개의 광센서모듈(30), 상기 흡입구(10)와 상기 광센서모듈(30)에 각각 연결되어 흡입된 공기가 상기 광센서모듈(30)에 공급되도록 형성된 공급유로(50), 상기 공급유로(50)의 일 측에 연결되어 미세먼지가 측정된 공기를 정화하는 필터부(60), 상기 필터부(60)에 연통되어 정화된 공기를 외부로 배출시키는 배출유로(70) 및 상기 광센서모듈(30)에서 측정된 미세먼지 값을 공기의 온습도에 따라 보정하는 제어부(80)를 포함하고, 상기 광센서모듈(30)은 공기를 흡입하는 진공펌프와 흡입된 공기의 온습도를 측정하는 온습도센서와 유입된 공기에 레이저를 조사하는 광원부와 측정된 공기를 배출시키는 팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

흡입구(10)는 조절모듈(20)의 일 측에 연통되어 외부 공기를 흡입하고, 조절모듈(20)로 유입되도록한다. 이때 조절모듈(20)의 타 측으로 공급유로(50)가 연결되어 외부 공기가 광센서모듈(30)로 공급된다.

조절모듈(20)은 외부에서 흡입되는 공기의 온습도를 조절하여 보다 정확한 측정이 가능하도록 한다. 구체적으로는 외부에서 흡입되는 공기를 일정 온도를 갖도록 가열하고, 공기에 포함된 수분을 일부 제거하여 광센서모듈(30)로 유입되는 공기의 조건을 일정하게 조절한다.

따라서 센서서 온습도에 의해 받는 영향을 최소화하고, 다양한 환경 조건에서도 미리 설정된 보정식을 사용하여 보정될 수 있어 측정되는 미세먼지의 농도 값의 정확도를 향상시키는 효과를 갖는다.

광센서모듈(30)은 공기를 흡입하는 진공펌프, 공기의 온습도를 센싱하는 온습도센서, 공기에 레이저를 조사하는 광원부 및 측정된 공기를 배출시키는 팬을 포함한다. 따라서 흡입되는 공기에 레이저를 조사하여 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정한다.

진공펌프는 광센서모듈(30)로 일정량의 공기가 흡입될 수 있도록 한다. 이는 각 광센서모듈(30)로 흡입되는 공기의 양이 달라지는 경우, 공기에 포함된 미세먼지의 양도 달라져 측정값이 달라지고 이에 따라 정확한 측정이 어렵기 때문이다.

온습도센서는 광센서모듈(30)로 흡입된 공기의 온도 및 습도를 측정하여 제어부(80)로 전달한다. 이는 공기의 온습도 영향을 보정하여 보다 정확한 측정 값을 연산하기 위함이다.

광원은 흡입된 공기에 레이저를 조사한다. 이때 수광소자에 의해 산란되는 레이저를 검출한다. 수광소자로는 광다이오드 또는 광트랜지스터가 사용된다.

팬은 광센서모듈(30)의 일 측에 배치되어 측정된 공기가 외부로 배출될 수 있도록한다. 팬에 의해 공기가 배출되면서 흡입된 공기는 일정 속도를 가지며 이동된다.

광센서모듈(30)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 공기를 흡입하여 내부 관을 통해 파티클 가운데를 지나도록 하고, 파티클 가운데 레이저를 조사하는 광원을 배치하여 공기에 레이저를 조사하여 미세먼지의 농도를 측정한다. 구체적으로는 광원에서 조사된 레이저는 공기에 포함된 미세먼지에 의해 산란되고, 산란되는 횟수로 미세먼지 입자의 개수를 측정하며, 산란광량으로 미세먼지의 크기를 측정한다.

따라서 본원발명의 광센서모듈(30)은 서로 다른 크기의 미세먼지의 농도를 동시에 측정할 수 있다. 예를 들어 PM10 크기의 미세먼지와 PM2.5 크기의 미세먼지의 농도를 동시에 측정한다.

또한 광센서모듈(30)은 복수 개로 형성되고, 공급유로(50)에 각각 연결되어 병렬 연결된다. 따라서 각 광센서모듈(30)에 의해 미세먼지의 농도가 측정되고, 각 측정 값을 비교하여 편차 보완하여 보다 정확한 측정 값을 제공한다.

복수 개의 광센서모듈(30)은 인접하는 다른 광센서모듈(30)가 소정 간격 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 이때 이격된 정도는 인접하는 다른 광센서모듈(30)에 설치되는 광원에 영향을 받지 않는 정도이다. 따라서 본원발명은 복수 개의 광센서모듈(30)을 사용하여 보다 정확한 측정이 가능하다.

예를 들어 광센서모듈(30)은 2개씩 같은 높이에 대향 배치되고, 같은 높이에 배치되는 두 쌍의 광센서 모듈은 상하방향으로 배치되어 4개로 형성될 수 있다.

공급유로(50)는 일 측이 조절모듈(20)에 연결되고, 타 측은 광센서모듈(30)에 연결되어 온습도가 조절된 외부 공기가 광센서모듈(30)로 유입되도록 한다. 이때 타 측은 분기되어 복수 개로 형성되고, 복수 개의 광센서모듈(30)에 각각 연결되어 광센서모듈(30)이 병렬로 연결되도록 하여 보다 정확한 측정이 가능하도록 한다.

또한 공급유로(50)는 일 측에서 연결유로(71)와 연결되어 필터부(60)와 연결된다. 이때 연결유로(71)는 하나로 형성되고, 공급유로(50)를 통해 복수 개의 광센서모듈(30)과 연통된다.

필터부(60)는 광센서모듈(30)에서 미세먼지의 농도가 측정된 공기를 정화한다. 따라서 일 측은 연결유로(71)와 연결되고, 다른 일 측은 배출유로(70)와 연결되어 형성된다. 구체적으로는 미세먼지의 농도가 측정된 공기는 광센서모듈(30)에서 다시 공급유로(50)를 통해 배출되고, 모여 연결유로(71)를 통해 필터부(60)로 유입되어 공기에 포함된 미세먼지 등이 정화되어 배출유로(70)를 통해 외부로 배출된다.

이때 배출유로(70)에는 배출펌프(72)가 설치되어 필터부(60)에서 일정한 유량으로 공기가 배출될 수 있도록 하고, 필터부(60)와 배출펌프(72)에 각각 연결되는 유지장치(73)가 설치되어 배출펌프(72)의 압력을 일정하게 유지되도록 한다.

제어부(80)는 광센서모듈(30)에서 검출된 산란 회수 및 산란광량으로부터 미세먼지의 농도를 구한다. 이때 물질적 성질이 동일한 입자에 따라 산란되는 정도가 달라지므로, 서로 다른 크기의 미세먼지의 농도를 동시에 측정할 수 있다.

이때 제어부(80)는 각 광센서모듈(30)에 설치된 온습도센서와 연결되어 공기의 온습도에 따라 보정식을 적용 측정된 미세먼지 농도를 보정한다. 따라서 본원발명은 조절모듈(20)에 의해 1차로 공기의 온습도를 조절하고, 2차로 그에 따라 값을 보정하여 공기의 온습도에 의한 영양을 최소화하여 보다 정확한 측정이 가능하도록 한다.

구체적으로는 온습도센서에 의해 측정된 값에 의해 보정이 필요하다고 판단되는 경우에는 제어부(80)는 서버에 접속하여 자동으로 미세먼지 농도 값을 보정한다. 이때 보정은 선형회귀분석을 이용한 보정과 비선형회귀분석을 이용한 보정을 할 수 있으며, 보정식은 공기의 온습도별 반응 실험결과를 빅데이터화하여 만들어 진다.

또한 제어부(80)는 각 광센서모듈(30)에서 측정된 값을 산술평균하여 미세먼지의 농도를 측정하여 미세먼지 농도 값의 오차율을 최소화한다. 이때 각 광센서모듈(30)에서 측정된 값들 중 다른 측정 값들과 일정 이상 차이가 나는 이상 값이 측정되는 경우 다른 측정 값들과 차이가 나는 측정 값을 제외하고 다른 측정 값들을 산술평균하여 미세먼지의 농도를 측정할 수 있다.

따라서 본원발명은 동일 조건의 공기를 병렬 연결된 광센서모듈(30)에 의해 측정하여 측정된 미세먼지의 농도 값의 오차율을 최소화하는 동시에 이상 값을 제외시킬 수 있다. 이에 본원발명은 외부에서도 설치하여 정확하게 미세먼지의 농도를 측정할 수 있는 광산랑방식의 측정 장치를 제공한다.

그 결과 본원발명은 비용이 저렴하고, 다양한 환경에서 실시간 대기 환경이 반영된 미세먼지의 농도 값을 측정할 수 있어 사용자들에게 실시간 미세먼지의 농도 값을 제공하여 보다 향상된 편의를 제공한다.

따라서 본원발명에는 통신부(미도시)가 더 설치되는 것이 바람직하다.

통신부는 측정장치에 설치되어 제어부(80)와 전기적으로 연결되며, 광센서모듈(30)에서 측정된 미세먼지의 농도 값을 서버로 송신하고 복수의 스마트 기기들과 이를 공유할 수 있도록 한다. 또한 원격제어 및 원격교정이 가능하도록 한다.

따라서 사용자들은 실시간 미세먼지 농도를 보다 신속하게 확인 할 수 있으며, 여러 위치에 설치된 미세먼지 측정 장치(1)를 원격으로 조정하여 유지비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것은 본 발명의 보호범위에 해당된다.

1 미세먼지 측정장치
10 흡입구 20 조절모듈 30 광센서모듈
50 공급유로 60 필터부 70 배출유로
71 연결유로 72 배출펌프 73 유지장치
80 제어부

Claims (7)

1. 외부 공기를 흡입하는 흡입구;
   공기를 흡입하는 진공펌프와 흡입된 공기의 온습도를 측정하는 온습도센서와 유입된 공기에 레이저를 조사하는 광원부와 측정된 공기를 배출시키는 팬으로 형성되어, 흡입된 공기에 포함되어 있는 미세먼지를 측정하는 복수 개의 광센서모듈;
   상기 흡입구와 상기 광센서모듈에 각각 연결되어 흡입된 공기가 상기 광센서모듈에 공급되도록 형성된 공급유로;
   상기 흡입구와 상기 공급유로 사이에 배치되어 흡입되는 외부 공기의 온습도를 조절하는 조절모듈;
   상기 공급유로의 일 측에 연결되어 미세먼지가 측정된 공기를 정화하는 필터부;
   상기 필터부에 연통되어 정화된 공기를 외부로 배출시키는 배출유로; 및
   상기 광센서모듈에서 측정된 미세먼지 값을 공기의 온습도에 따라 미리 결정되는 보정식에 의해 보정하는 제어부;를 포함하고,
   상기 복수 개의 광센서모듈은
   상기 공급유로에 각각 병렬 연결되고, 상기 광원부에서 조사되는 레이저의 산란횟수 및 산란광량으로 미세먼지를 사이즈별로 측정하며,
   상기 제어부는
   상기 복수 개의 광센서모듈에서 측정된 미세먼지 농도 값들 중 다른 측정 값과 미리 정해진 오차 이상 차이가 나는 측정 값이 발생하는 경우, 측정된 값들 중 다른 측정 값들과 미리 정해진 오차 이상 차이가 나는 값을 제외하고 다른 측정 값들의 산술평균하여 미세먼지의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 측정 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 조절모듈은 흡입되는 공기를 가열하여 상기 광센서모듈로 공급되는 공기의 온습도를 일정하게 조절하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 측정 장치.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 광센서모듈은 4개로 구성되고, 일정 간격 이격되어 인접 배치되는 상기 다른 광센서모듈에 설치되는 상기 광원부에 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 미세먼지 측정 장치.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어부에서 보정된 측정 값을 서버로 송신하도록 설치되는 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 측정 장치.
   

Images