KR101932446B1 - 지하철 미세먼지 모니터링 방법 - Google Patents

지하철 미세먼지 모니터링 방법 Download PDF

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조영민
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Abstract

본발명은 지하철 미세먼지 모니터링 방법에 관한 것으로, 자외선 광을 방출하는 엘이디(LED)가 설치되는 발광장치로부터 조사되는 광이 진행하는 방향에서 광을 수렴시키는 수렴광학계가 설치되고, 상기 수렴광학계를 통과한 광과 교차되게 미세먼지가 통과되도록 먼지유로가 형성되며, 상기 수렴광학계를 통과한 광의 진행방향에는 빔스토퍼가 정면으로 설치되어 상기 먼지유로를 통과한 직사광을 차단하며, 상기 빔스토퍼 후방에는 정면집광렌즈가 설치되며, 상기 정면집광렌즈의 후방에는 정면광검출기가 설치되어 미세먼지에 의해 산란되는 광을 검출하며, 상기 수렴광학계를 통과한 광의 진행방향 측면에는 측면집광렌즈가 설치되며, 상기 측면집광렌즈의 후방에는 미세먼지에 의해 산란되는 광을 검출하는 측면광검출기를 포함하는 지하철 미세먼지 모니터링장치를 사용하여 지하철 미세먼지를 모니터링하되,
상기 측면집광렌즈는 이동이 가능한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 지하철 미세먼지 모니터링방법에 의하면, 미세먼지가 먼지유로를 통과하면서 산란광이 발생함에 따라 미세먼지의 주위에 배치된 3개의 집광렌즈 및 광검출기에 의해 산란광을 측정하므로 미세먼지 농도를 신속하고 정확히 측정 가능하고 그에 따른 정확한 모니터링이 가능하다.

Description

지하철 미세먼지 모니터링 방법{Subway Particulate Matter Monitoring method}
본 발명은 광산란법을 이용하여 지하철역사나 터널에 존재하는 미세먼지에 대해 모니터링을 할 수 있는 지하철 미세먼지 모니터링방법에 관한 것이다.
대중교통을 이용하는 인원의 증가로 인해 지하철 개통구간은 매년 증가하고 있으며, 지하철이 운행되는 지하철역사나 터널 등에는 지하철의 운행으로 인해 각종 대기오염물질이 유발된다. 대기오염물질 중에는 미세먼지가 포함될 수 있다.
미세먼지(PM:Particulate Matter)는 PM 10과 PM 2.5로 분류된다. PM 10은 지름이 10㎛ 이하인 먼지입자를 말한다. PM 2.5는 지름이 2.5㎛ 이하의 먼지입자를 말한다.
매일 수많은 인원이 지하철을 이용하고 있고, 현대인의 대기질 수준에 대한 관심이 점차 높아지고 있으므로, 지하철역사나 터널의 미세먼지에 대한 모니터링이 필요한 실정이며, 이러한 미세먼지의 모니터링에 있어서 미세먼지의 정확한 측정이 매우 중요하다.
미세먼지를 측정하는 방법은 중량법, 베타선(Beta gauge) 측정법, 광산란법(Light scatteringmethod) 등이 있다. 광산란법은 실시간측정이 가능하고 휴대가 용이한 장점을 가진 측정법 중 하나이다.
광산란법은 산란광의 양을 측정하고 그 값으로부터 입자상 물질의 농도를 구하는 방법이다. 즉 대기중에 부유하고 있는 입자상 물질에 빛을 조사하면 입자상 물질에 의하여 빛이 산란하게 되는데, 이때 물리적 성질이 동일한 입자상물질에 빛을 조사하면 산란광의 양은 질량농도에 비례하게 되는 원리를 이용한 측정법이다.
실용신안등록 제0249033호에 파티클 센서가 개시되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 파티클 센서는 일측에 레이저(12)가 삽치되며, 그 내측에 여러개의 렌즈(13)(14)로 구성된 렌즈군이 삽치되는 광원부(11)를 가지며, 이에 맞 접합된 파티클 검출부(21)는 그 내측에 일정한 공간부(22)와 레이저 빔 흡수판(23)이 레이저 발생기 맞은편에 삽치되며, 상,하면에는 각각 공기배출구(24), 공기흡입구(25)가 각각 부착되며, 일측면 내측에는 검출기(26)가 삽치되며, 타측면 내측에는 집광반사경(27)이 삽치되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 파티클 센서는 파티클 검출부(21)가 광원부(11)의 맞은편에 설치되어 파티클의 한쪽에서만 산란광을 검출하게 된다. 따라서 파티클의 측방으로 산란하는 빛의 검출이 정확히 이루어지지 않게 되므로 산란광의 양이 정확히 측정되지 않아 측정정밀도가 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광의 진행방향 정면 및 측면에서 입자에 의해 산란하는 광의 양을 측정하는 것이 가능하므로 미세먼지농도 등을 정확히 측정하는 것이 가능하고 신속하고 용이하게 미세먼지 모니터링이 가능한 지하철 미세먼지 모니터링방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 지하철 미세먼지 모니터링방법은 자외선 광을 방출하는 엘이디(LED)가 설치되는 발광장치와, 상기 발광장치로부터 조사되는 광이 진행하는 방향에서 광을 수렴시키는 수렴광학계와, 상기 수렴광학계를 통과한 광과 교차되게 미세먼지가 통과되도록 형성되는 먼지유로와, 상기 수렴광학계를 통과한 광의 진행방향에 정면으로 설치되고 상기 먼지유로를 통과한 직사광을 차단하는 빔스토퍼와, 상기 빔스토퍼 후방에 설치되는 정면집광렌즈와, 상기 정면집광렌즈의 후방에 설치되고 미세먼지에 의해 산란되는 광을 검출하는 정면광검출기와, 상기 수렴광학계를 통과한 광의 진행방향 측면에 설치되는 측면집광렌즈와, 상기 측면집광렌즈의 후방에 위치하여 미세먼지에 의해 산란되는 광을 검출하는 측면광검출기를 포함하여 이루어진다.
상기 측면집광렌즈 및 측면광검출기는 각각 한 쌍씩 구비하고, 한 쌍의 상기 측면집광렌즈는 상기 먼지유로를 사이에 두고 서로 마주하도록 설치된다.
그리고 본 발명은 상기 먼지유로로 주위의 입자를 유입시키는 인렛과, 상기 인렛에 의해 유입되는 입자 중 일정 크기 이상의 입자를 걸러내는 임펙터를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 지하철 미세먼지 모니터링방법에 의하면, 미세먼지가 먼지유로를 통과하면서 산란광이 발생함에 따라 미세먼지의 주위에 배치된 3개의 집광렌즈 및 광검출기에 의해 산란광을 측정하므로 미세먼지 농도를 신속하고 정확히 측정 가능하고 그에 따른 정확한 모니터링이 가능하다.
도 1은 종래 파티클 센서를 나타내는 측면단면도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 지하철 미세먼지 모니터링장치의 챔버를 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 지하철 미세먼지 모니터링장치의 챔버를 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 지하철 미세먼지 모니터링장치의 챔버를 나타내는 단면도
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 지하철 미세먼지 모니터링장치를 나타내는 정면도
도 6은 본 발명의 챔버에 결합된 측면집광렌즈를 옮기기 전 상태를 나타낸 단면도
도 7은 본 발명의 챔버에 결합된 측면집광렌즈를 옮긴 상태를 나타낸 단면도
본발명은 지하철 미세먼지 모니터링 방법에 관한 것으로, 자외선 광을 방출하는 엘이디(LED)가 설치되는 발광장치로부터 조사되는 광이 진행하는 방향에서 광을 수렴시키는 수렴광학계가 설치되고, 상기 수렴광학계를 통과한 광과 교차되게 미세먼지가 통과되도록 먼지유로가 형성되며, 상기 수렴광학계를 통과한 광의 진행방향에는 빔스토퍼가 정면으로 설치되어 상기 먼지유로를 통과한 직사광을 차단하며, 상기 빔스토퍼 후방에는 정면집광렌즈가 설치되며, 상기 정면집광렌즈의 후방에는 정면광검출기가 설치되어 미세먼지에 의해 산란되는 광을 검출하며, 상기 수렴광학계를 통과한 광의 진행방향 측면에는 측면집광렌즈가 설치되며, 상기 측면집광렌즈의 후방에는 미세먼지에 의해 산란되는 광을 검출하는 측면광검출기를 포함하는 지하철 미세먼지 모니터링장치를 사용하여 지하철 미세먼지를 모니터링하되, 상기 측면집광렌즈는 이동이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 먼지유로에는 좌우측면과, 코너에 구멍이 형성되어 측면집광렌즈가 선택적으로 결합되며 사용하지 않는 구멍은 마개로 닫아두는 것을 특징으로 한다.
다음으로 본 발명에 따른 지하철 미세먼지 모니터링장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도면에서 미세먼지의 이송방향은 실선화살표로 표시되고, 광은 점선으로 표시된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1실시예의 지하철 미세먼지 모니터링 장치는 미세먼지(101)가 전후로 통과하도록 먼지유로(102)를 형성시킨 챔버(100)를 구비한다.
챔버(100)는 대략 블록형상으로 이루어진다. 챔버(100)의 좌, 우 측면 및 상, 하 측면에는 먼지유로(102)를 통과하는 미세먼지(101)를 광산란법으로 측정하기 위한 구성들이 설치된다.
본 발명의 제1실시예의 지하철 미세먼지 모니터링장치는 발광장치(120), 수렴광학계(130), 먼지유로(102), 빔스토퍼(140), 정면집광렌즈(150), 정면광검출기(160), 측면집광렌즈(170) 및 측면광검출기(180)를 포함한다.
발광장치(120)는 엘이디(LED)(122)를 이용하여 자외선(UV,ultraviolet rays)을 방출시키도록 구성된다. 자외선을 방출하는 LED는 수은램프에 비해 효율이 좋고 수명이 길며 친환경적인 장점이 있다.
발광장치(120)는 챔버(100)의 한쪽 측면에서 먼지유로(102)와 교차하는 방향으로 자외선 광을 조사시킨다.
챔버(100)의 한쪽 측면에는 한쪽 끝단에 발광장치(120)가 지지되고 다른쪽 끝단이 먼지유로(102)와 연결되도록 원통형의 제1브래킷(104)이 수직으로 연결 설치된다.
그리고 챔버(100)의 제1브래킷(104)이 위치하는 반대쪽 측면에는 한쪽 끝단이 먼지유로(102)와 연결되고 다른쪽 끝단에 정면광검출기(160)가 설치되는 원통형의 제2브래킷(106)이 수직으로 연결 설치된다.
또한, 챔버(100)의 제1브래킷(104) 및 제2브래킷(106)과 수직을 이루는 양쪽 측면에는 한쪽 끝단이 먼지유로(102)와 연결되고 다른쪽 끝단에 측면광검출기(160)가 각각 설치되는 원통형의 제3브래킷(108)이 수직으로 연결 설치된다.
제1브래킷(104)의 다른쪽(발광장치 반대쪽) 끝단 내부에는 엘이디(122)로부터 발사된 자외선 광을 수렴시키기 위해 수렴광학계(130)가 지지된다.
먼지유로(102)는 상기 수렴광학계(130)를 통과한 자외선 광과 교차되게 미세먼지(101)가 통과되도록 형성된다.
빔스토퍼(140)는 수렴광학계(130)를 통과한 광의 진행방향에 정면으로 설치되고 먼지유로(102)를 통과한 직사광을 차단한다.
빔스토퍼(140)와 수렴광학계(130)는 먼지유로(102)를 사이에 두고 설치된다.
정면집광렌즈(150)는 챔버(100) 또는 제2브래킷(106)의 한쪽 끝단에 지지되고 빔스토퍼(140) 후방에 설치되어 미세먼지(101)에 의해 산란되는 광을 수집한다.
정면광검출기(160)는 정면집광렌즈(150)의 후방에 설치되고 집광된 광을 검출한다.
측면집광렌즈(170) 및 측면광검출기(180)는 각각 한 쌍씩 구비된다.
한 쌍의 측면집광렌즈(170)는 먼지유로(102)를 사이에 두고 서로 마주하도록 설치된다.
측면집광렌즈(170)는 챔버(100) 또는 제3브래킷(108)에 지지되고 광의 진행방향에 측방으로 산란되는 광을 모은다.
측면광검출기(180)는 측면집광렌즈(170)의 후방에 위치하여 미세먼지(101)에 의해 산란되는 광을 검출한다. 즉 제3브래킷(108)의 끝단에 설치되어 측면집광렌즈(170)로 수집된 광의 양을 검출한다.
측면집광렌즈(170) 및 측면광검출기(180)는 각각 한 쌍씩 구비됨에 따라 미세먼지(101)에 의해 산란되는 광을 3면(3방향)에서 검출할 수 있으므로 미세먼지 농도 등을 보다 정확히 측정하는 것이 가능하다.
도 5를 참조하면, 챔버(100)에는 먼지유로(102)로 미세먼지(101)를 유입시키기 위해 인렛(110)과 임펙터(112) 그리고 펌프(114)가 연결된다.
임펙터(112)는 먼지유로(102)의 한쪽 끝단에 연결되어 일정 크기 이상의 먼지입자를 걸러낸다. 임펙터(112)는 먼지입자 중 10㎛이상의 먼지입자를 걸러낸다. 임펙터(112)는 2.5㎛이상의 먼지입자를 걸러내도록 설치되는 것도 가능하다.
임펙터(112)에는 주위의 먼지를 내부로 유입시키기 위해 인렛(110)이 연결된다.
펌프(114)는 먼지유로(102)의 미세먼지(101)가 배출되는 다른쪽 끝단과 연결되어 인렛(110)을 통해 먼지를 흡입시킨다.
챔버(100)에는 먼지유로(102)의 한쪽 끝단과 임펙터(112)를 연결하는 배관(미도시)을 결합시키도록 제1접속구(111)가 설치된다. 그리고 챔버(100)에는 먼지유로(102)의 다른쪽 끝단과 펌프(114)를 연결하는 배관(미도시)이 접속되는 제2접속구(113)가 설치된다.
본발명은 특히 본발명의 상기 측면집광렌즈는 이동이 가능한 것으로, 상기 챔버의 좌우측면은 단면이 곡선으로 형성되고, 상기 측면의 좌우 코너 부분에 구멍이 형성되어 측면집광렌즈가 선택적으로 설치되며 사용하지 않는 구멍은 마개로 닫아둔다.
10㎛이상의 큰 미세먼지는 주로 정면집광렌즈,정면광검출기로 측정하며, 10㎛ 미만의 작은 미세먼지는 측면집광렌즈, 측면광검출기로 측정한다. 10㎛ 미만의 작은 미세먼지측정의 경우 좌우측 측면광검출기에 편차가 클 경우에는, 좌우측 측면광검출기중 어느 하나가 고장이거나 미세먼지의 분포가 불확실한 것이므로 상기 측면광검출기를 모두 임의의 코너로 옮겨서 측정한다. 이때 좌우측 측면광검출기중 처음 측정한 어느 하나의 값에 가까운 수치를 선택한다.
상기 측면광검출기의 제3브래킷은 상기 챔버의 표면적이 좁기 때문에 탈착식으로 구성한다. 곧 제3브래킷에는 롤러자석이 결합되어 챔버에 결합된 측면집광렌즈를 옮길수 있는 것이다.
상기 제3브래킷에 결합되는 롤러자석(500)은 자석케이스(510)와, 상기 자석케이스 내부에 삽입되며 단면이 원형이고 길이가 긴 원통형으로 형성되어 자석케이스 내부에서 움직이는 원통자석(520)으로 구성된다.
상기 롤러자석은 제3브래킷에 부착되는 상대 물체의 자석 극성이 N, S 극중 어떤 극을 띄더라도, 원통자석이 자석케이스 내부에서 회전하여 대향되는 S, N극쪽으로 변할 수 있으므로, 롤러자석과 상대 물체 간에 척력이 발생되지 않고 인력만이 발생되어 용이하게 상대 물체에 부착되는 것이다.
제3브래킷의 전면에는 롤러자석이 접착식 또는 성형시 매입된다. 제3브래킷의 재질이 금속일 경우에는 전면에 홈을 절삭하여 형성하고 롤러자석을 접착제로 결합한다. 제3브래킷의 재질이 플라스틱일 경우에는 관용의 인서트사출방법에 의해 금형내에서 성형시 롤러자석을 같이 성형한다. 또는 금속과 마찬가지로 전면에 홈을 절삭하여 형성하고 롤러자석을 접착제로 결합한다.
상기 챔버는 자석이 붙을 수 있게 금속으로 형성하거나 플라스틱재질일 경우에는 좌우측측면에 금속판을 접착제로 부착한다. 그러므로 상기 측면광검출기를 측면집광렌즈의 이동에 따라 좌우측면 또는 양모서리로 이동시킬 수 있게 된다.
500 : 롤러자석 510 : 자석케이스
520 : 원통자석
100 : 챔버 101 : 미세먼지
102 : 먼지유로 104 : 제1브래킷
106 : 제2브래킷 108 : 제3브래킷
110 : 인렛 112 : 임펙터
114 : 펌프 120 : 발광장치
122 : 엘이디 130 : 수렴광학계
140 : 빔스토퍼 150 : 정면집광렌즈
160 : 정면광검출기 170 : 측면집광렌즈
180 : 측면광검출기

Claims (2)

  1. 자외선 광을 방출하는 엘이디(LED)가 설치되는 발광장치(120)로부터 조사되는 광이 진행하는 방향에서 광을 수렴시키는 수렴광학계(130)가 설치되고, 상기 수렴광학계(130)를 통과한 광과 교차되게 미세먼지가 통과되도록 먼지유로(102)가 형성되며, 상기 수렴광학계(130)를 통과한 광의 진행방향에는 빔스토퍼(140)가 정면으로 설치되어 먼지유로(102)를 통과한 직사광을 차단하며, 상기 빔스토퍼(140) 후방에는 정면집광렌즈(150)가 설치되며, 상기 정면집광렌즈(150)의 후방에는 정면광검출기(160)가 설치되어 미세먼지에 의해 산란되는 광을 검출하며, 상기 수렴광학계(130)를 통과한 광의 진행방향 측면에는 측면집광렌즈(170)가 설치되며, 상기 측면집광렌즈(170)의 후방에는 미세먼지에 의해 산란되는 광을 검출하는 측면광검출기(180)를 포함하는 지하철 미세먼지 모니터링장치를 사용하여 지하철 미세먼지를 모니터링하는 지하철 미세먼지 모니터링 방법에 있어서,
    상기 측면집광렌즈(170)는 이동이 가능한 것으로, 챔버(100)의 좌우측면은 단면이 곡선으로 형성되고, 상기 측면의 좌우 코너 부분에도 구멍이 형성되어 측면집광렌즈(170)가 선택적으로 설치되며 사용하지 않는 구멍은 마개로 닫아두는 것이며,
    일정크기 이상의 큰 미세먼지는 정면집광렌즈(150)와, 정면광검출기(160)로 측정하며, 일정크기 미만의 작은 미세먼지는 측면집광렌즈(170)와, 측면광검출기(180)로 측정하되, 일정크기 미만의 작은 미세먼지측정시 좌우측 측면광검출기(180)에 편차가 클 경우에는, 좌우측 측면광검출기(180) 중 어느 하나가 고장이거나 미세먼지의 분포가 불확실한 것이므로, 상기 측면광검출기(180)를 모두 임의의 코너로 옮겨서 측정하되, 좌우측 측면광검출기(180) 중 처음 측정한 어느 하나의 값에 가까운 수치를 선택하는 것이며,
    상기 측면광검출기(180)의 제3브래킷(108)은 챔버(100)의 표면적이 좁기 때문에 탈착식으로 구성되어, 상기 제3브래킷(108)에는 자석이 결합되어 챔버(100)에 결합된 측면집광렌즈(170)를 옮길수 있는 것을 특징으로 하는 지하철 미세먼지 모니터링 방법
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