KR102077692B1 - Light scattering based dust sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광산란기반의 먼지센서에 관한 것으로서, 특히 먼지의 농도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 먼지의 종류 및 먼지종류별 비율 등을 측정할 수 있는 광산란기반의 먼지센서에 관한 것이다.The present invention relates to a light scattering-based dust sensor, and more particularly to a light scattering-based dust sensor that can not only accurately measure the concentration of dust but also to measure the type and ratio of dust.
미세입자는 매우 복잡한 성분을 가진 대기 중에서 부유하고 있는 물질이며, 대부분 자동차 배기가스, 도로의 먼지 등으로 부터 발생한다. 미세먼지의 크기와 성분은 매우 복잡하고 다양한데, 입자의 크기, 표면적, 화학적 조성이 건강영향을 결정하는 것으로 알려져 있다. Fine particles are suspended in the atmosphere with a very complex composition, and most of them are generated from automobile exhaust and road dust. The size and composition of fine dust is very complex and varied, and the size, surface area, and chemical composition of particles are known to determine health effects.
미세먼지의 노출은 호흡기 및 심혈관계 질환의 발생 뿐만 아니라 사망률의 증가와도 관련이 있는 것으로 보고되고 있다Exposure to fine dust has been reported to be associated with an increase in mortality as well as the development of respiratory and cardiovascular diseases.
일반적으로 미세입자는 직경이 0.1~ 2.5㎛이며, 극미세입자는 직경이 0.1㎛ 미만인 물질을 의미한다. 이들 미세입자와 극미세입자는 대부분 화석연료의 연소에 의해 발생하는데, 연소입자는 탄소성분(elemental carbon)을 유기탄화수소(organic hydrocarbon), 질산염, 금속, 황산염 등이 둘러싸고 있는 구조를 가지며, 이 모든 성분이 입자의 독성에 중요한 역할을 한다.In general, the fine particles have a diameter of 0.1 ~ 2.5㎛, the ultrafine particles mean a material having a diameter of less than 0.1㎛. Most of these microparticles and microparticles are generated by the combustion of fossil fuels, and the combustion particles have a structure in which elemental carbon is surrounded by organic hydrocarbons, nitrates, metals, and sulfates. It plays an important role in the toxicity of these particles.
미세먼지의 호흡기 영향은 주로 세기관지에서 염증반응을 일으킴으로써 발생하는데, 이러한 작용은 천식, 만성기관지염, 기도폐쇄 등을 일으키거나 악화시키는 작용을 하게 된다. 또한 미세먼지는 폐 조직에서 박테리아의 불활성화 혹은 제거 작용을 방해함으로써 호흡기계 감염을 일으킬 수도 있다. 최근에는 미세먼지가 심근경색, 뇌졸중, 심박동수 이상,급사 등과 같은 심혈관계질환의 중요한 위험요인으로 받아 들여지고 있다. The respiratory effect of fine dust is mainly caused by the inflammatory response in the bronchioles, this action is to cause or worsen asthma, chronic bronchitis, airway obstruction. Fine dust can also cause respiratory infections by disrupting the inactivation or elimination of bacteria in lung tissue. Recently, fine dust has been accepted as an important risk factor for cardiovascular diseases such as myocardial infarction, stroke, heart rate abnormalities, and sudden death.
이에 최근 미세먼지 제거, 공기 질 관리 등 공기정화와 관련된 시장이 급성장하고 있다. 미세먼지를 제거하기 위한 공기정화장치 등에는 미세먼지의 농도를 측정하기 위한 먼지센서가 필요하다.Recently, the market related to air purification such as fine dust removal and air quality management is growing rapidly. An air purifier for removing fine dust requires a dust sensor for measuring the concentration of fine dust.
공기 중 미세입자농도를 측정하는 방법으로는 대표적으로 중량 포집법, 베타선 흡수법, 및 광산란법이 있다. 중량 포집법은 필터를 이용하여 미세먼지를 포집하여 분석하는 방법이며, 베타선 흡수법은 테이프처럼 시간에 따라 감기는 포집 테이프에 베타선을 쪼여 포집 전후의 농도를 측정하는 방법이며, 광산란법은 빛의 산란을 이용하여 미세먼지 입자를 측정하는 방식이다.As a method for measuring the concentration of fine particles in the air, there are typically a weight collection method, a beta ray absorption method, and a light scattering method. Gravity collection method is a method of collecting and analyzing fine dust using a filter, beta ray absorption method is a method of measuring the concentration before and after the collection by beta ray on the collecting tape that is wound over time like tape. It is a method of measuring fine dust particles using scattering.
이중 중량 포집법과 베타선 흡수법을 통한 측정결과의 신뢰도가 높아 미세먼지 측정을 위한 표준 측정 방법으로 사용되지만, 광산란법과 달리 필터에 먼지를 포집하는 과정이 필요하다. 광산란법의 경우, 센서의 크기가 작고 저렴하며 필터로 먼지를 포집할 필요가 없어 간단히 데이터를 얻을 수 있다는 장점이 있다.It is used as a standard measurement method for fine dust measurement because of the high reliability of the measurement result by the double weight collection method and the beta ray absorption method, but unlike the light scattering method, it is necessary to collect dust in the filter. In the light scattering method, the sensor is small and inexpensive, and there is no need to collect dust with a filter, thereby simply obtaining data.
그리고 광산란법 기반의 미세먼지와 관련하여 특허문헌 0001 내지 0003 등이 제안된 바 있다.In addition, Patent Documents 0001 to 0003 have been proposed in connection with light dust-based fine dust.
특허문헌 0001은 광산란 방식을 기반으로 하며, 발광부로부터 조사된 빛 중 먼지에 의해 산란된 산란광을 측정하는 먼지센서를 이용하여 상기 먼지의 양을 측정하는 광산란 기반의 먼지센서로서, 교정용 수광부가 상기 발광부로부터 조사되는 직사광을 직접 수광하여 출력한 상기 직사광의 세기가 미리 설정된 값에 비하여 차이가 나는 경우, 상기 차이에 관한 값을 이용하여 상기 먼지센서가 출력한 상기 산란광의 크기에 관한 값을 교정할 수 있다.Patent document 0001 is based on a light scattering method, a light scattering-based dust sensor for measuring the amount of dust using a dust sensor for measuring the scattered light scattered by the dust of the light emitted from the light emitting unit, the light receiving unit for calibration When the intensity of the direct light received by directly receiving the direct light emitted from the light emitting unit is different from the preset value, a value relating to the size of the scattered light output by the dust sensor using the value of the difference You can correct it.
특허문헌 0002는 차량용 먼지 센서에 관한 것으로서, 내부공간을 가지는 케이스; 상기 케이스의 내부공간에 설치되어 공기 및 먼지가 유입되어 통과하도록 된 공기 통로에 광을 조사하는 광원부; 상기 광원부로부터 조사되어 상기 공기 통로 내 공기 중의 먼지에 의해 산란된 광을 집광시키는 집광렌즈; 상기 집광렌즈에 의해 집광된 산란광을 입력받아 먼지 농도에 상응하는 전기적인 신호를 출력하는 수광부; 및 상기 케이스의 내부공간에 설치되어 상기 공기 통로를 형성하는 이너 하우징을 포함하고, 케이스 내 먼지 퇴적이나 렌즈 오염, 및 외부로부터 유입되는 외란 광 등으로 인한 센서 성능의 저하나 오작동의 문제점을 개선할 수 있다.Patent document 0002 relates to a vehicle dust sensor, the case having an internal space; A light source unit installed in the inner space of the case to irradiate light to an air passage through which air and dust are introduced and passed; A condenser lens for condensing light emitted from the light source unit and scattered by the dust in the air; A light receiving unit receiving the scattered light collected by the condenser lens and outputting an electrical signal corresponding to the dust concentration; And an inner housing installed in the inner space of the case to form the air passage, and which may reduce problems of sensor performance or malfunction due to dust accumulation or lens contamination in the case and disturbance light introduced from the outside. Can be.
특허문헌 0003은 제1 방향으로 진행하는 입사광을 방출하는 발광부, 발광부로부터 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이격된 수광부, 수광부 및 발광부 사이에 제공되는 산란 영역, 및 산란 영역 내에 배치된 추가 모듈 고정부을 포함하여 구성된다.Patent document 0003 has a light emitting portion for emitting incident light traveling in a first direction, a light receiving portion spaced apart from the light emitting portion in a second direction crossing the first direction, a scattering region provided between the light receiving portion and the light emitting portion, and a scattering region. It is configured to include an additional module fixing.
특허문헌 0001 내지 0003은 먼지의 농도를 광산란법에 의해 측정할 수 있으나, 먼지의 종류 및 먼지종류별 비율 등을 측정하지 못하는 한계가 있다.Patent Documents 0001 to 0003 can measure the concentration of dust by the light scattering method, but there is a limit in that it is impossible to measure the type of dust and the ratio of the type of dust.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 먼지의 농도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 먼지의 종류 및 먼지종류별 비율 등을 측정할 수 있는 광산란기반의 먼지센서를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention for solving such a conventional problem is to provide a light scattering-based dust sensor that can not only accurately measure the concentration of dust but also can measure the type and ratio of dust type.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,
외부로부터 유입되는 먼지에 광을 조사하는 발광부와, 상기 발광부로부터 조사된 광이 먼지에 충돌하여 발생한 산란광을 감지하는 수광부를 포함하는 먼지 센서에 있어서,In the dust sensor comprising a light emitting unit for irradiating light to the dust flowing from the outside, and a light receiving unit for detecting the scattered light generated by the light emitted from the light emitting unit collide with the dust,
상기 수광부는 일반 수광소자와, 컬러필터가 포함된 보조수광소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광산란기반의 먼지센서를 제공한다.The light receiving unit provides a light scattering-based dust sensor, characterized in that consisting of a general light receiving element, and an auxiliary light receiving element including a color filter.
그리고 상기 보조수광소자는 Red 컬러필터가 포함된 제1 보조수광소자와, Green 컬러필터가 포함된 제2 보조수광소자와, Blue 컬러필터가 포함된 제3 보조수광소자로 이루어지는 것이 좋다.The auxiliary light receiving device may include a first auxiliary light receiving device including a red color filter, a second auxiliary light receiving device including a green color filter, and a third auxiliary light receiving device including a blue color filter.
상기 수광부는 상기 일반 수광소자와, 상기 보조수광소자인 Red 컬러필터가 포함된 제1 보조수광소자와, Green 컬러필터가 포함된 제2 보조수광소자와, Blue 컬러필터가 포함된 제3 보조수광소자가 배치된 4분할 수광소자로 이루어지는 것이 바람직하다.The light receiving unit includes the general light receiving element, a first auxiliary light receiving element including a red color filter as the auxiliary light receiving element, a second auxiliary light receiving element including a green color filter, and a third auxiliary light receiving unit including a blue color filter. It is preferable that the element consists of a four-segment light-receiving element in which the element is arranged.
그리고 상기 일반 수광소자로부터 출력되는 신호를 기초로 먼지의 농도를 측정하는 먼지농도 측정부와; 상기 먼지농도 측정부에 의해 측정된 먼지 농도에 제1 보조수광소자, 제2 보조수광소자 및 제3 보조수광소자로부터 출력되는 신호를 이용하여 먼지 농도를 보정하는 먼지농도 보정부;가 구비되는 것이 좋다.And a dust concentration measuring unit for measuring the concentration of dust based on the signal output from the general light receiving element; And a dust concentration correcting unit configured to correct dust concentration by using signals output from the first auxiliary light receiving element, the second auxiliary light receiving element, and the third auxiliary light receiving element to the dust concentration measured by the dust concentration measuring unit. good.
또한, 제1 보조수광소자, 제2 보조수광소자 및 제3 보조수광소자로부터 출력되는 신호를 기초로 먼지의 종류를 분석하는 먼지종류 분석부가 구비되는 것이 좋다. 특히, 상기 먼지종류 분석부는 제1 보조수광소자, 제2 보조수광소자 및 제3 보조수광소자로부터 출력되는 신호를 기초로 먼지의 종류 및 먼지종류별 비율을 분석하는 것이 바람직하다.In addition, the dust type analyzer may be provided to analyze the type of dust based on signals output from the first auxiliary light receiving element, the second auxiliary light receiving element, and the third auxiliary light receiving element. In particular, the dust type analyzing unit preferably analyzes the type of dust and the ratio for each type of dust based on signals output from the first auxiliary light receiving element, the second auxiliary light receiving element, and the third auxiliary light receiving element.
본 발명의 광산란기반의 먼지센서는 먼지에 충돌하여 발생한 산란광을 감지하는 수광부가 일반 수광소자와, 컬러필터가 포함된 보조수광소자로 구성됨으로서, 먼지의 농도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 먼지의 종류 및 먼지종류별 비율 등을 측정할 수 있는 효과가 있다.In the light scattering-based dust sensor of the present invention, the light receiving unit for detecting scattered light generated by collision with dust is composed of a general light receiving element and an auxiliary light receiving element including a color filter. There is an effect that can measure the ratio by type and dust type.
도 1은 본 발명의 광산란기반의 먼지센서를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 4분할 수광소자를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a light scattering-based dust sensor of the present invention,
FIG. 2 is a view schematically illustrating a four-split light receiving element. FIG.
이하, 본 발명의 광산란기반의 먼지센서의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of a light scattering-based dust sensor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The scope of the present invention is not limited to the following examples.
도 1은 본 발명의 광산란기반의 먼지센서를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a light scattering-based dust sensor of the present invention.
본 발명의 광산란기반의 먼지센서는 발광부(10), 수광부(30), 먼지농도 측정부 및 먼지종류 분석부를 포함하여 이루어진다.The light scattering-based dust sensor of the present invention includes a
상기 발광부(10) 및 수광부(30)는 내부에 먼지가 유입되어 배출되는 통로가 형성된 하우징 내에 설치된다.The
상기 발광부(10)는 상기 하우징의 일측에 배치되어 상기 하우징의 통로에 유입된 먼지에 광을 조사하고, 광이 먼지에 조사되면 광이 산란된다.The
그리고 상기 수광부(30)는 상기 하우징 내에 배치되어 상기 발광부(10)로부터 조사된 광이 먼지에 충돌하여 발생한 산란광을 감지하기 위한 것으로서, 일반 수광소자(310)와, 컬러필터가 포함된 보조수광소자(330)로 구성된다.In addition, the
상기 일반 수광소자(310)는 출력신호에 의해 먼지에 충돌하여 발생한 산란광을 통해 먼지의 크기별 먼지의 개수를 측정할 수 있다. 그러나, 상기 일반 수광소자(310)는 먼지의 비중 및 종류가 고려되지 않는 단점이 있다.The general
상기 보조수광소자(330)는 출력신호에 의해 먼지의 종류를 판정하여 중량을 검출하기 위한 것으로서, 컬러필터가 포함된다.The auxiliary
특히, 상기 보조수광소자(330)는 Red 컬러필터가 포함된 제1 보조수광소자(331)와, Green 컬러필터가 포함된 제2 보조수광소자(332)와, Blue 컬러필터가 포함된 제3 보조수광소자(333)로 이루어질 수 있다. In particular, the auxiliary
이와 같이 상기 보조수광소자(330)가 Red 컬러필터가 포함된 제1 보조수광소자(331)와, Green 컬러필터가 포함된 제2 보조수광소자(332)와, Blue 컬러필터가 포함된 제3 보조수광소자(333)로 구성됨으로서, 제1 보조수광소자(331)의 출력신호, 제2 보조수광소자(332)의 출력신호 및 제3 보조수광소자(333)의 출력신호에 의해 상기 일반 수광소자(310)에 의해 측정된 먼지의 종류를 판정할 수 있어, 먼지의 크기, 개수 뿐만 아니라 중량을 함께 측정할 수 있다.As described above, the auxiliary
도 2는 4분할 수광소자를 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a view schematically illustrating a quadrature light receiving element. FIG.
한편, 먼지센서를 보다 소형화하기 위해, 상기 수광부(30)를 도 2와 같이 상기 일반 수광소자(310)와, 상기 보조수광소자(330)인 Red 컬러필터가 포함된 제1 보조수광소자(331)와, Green 컬러필터가 포함된 제2 보조수광소자(332)와, Blue 컬러필터가 포함된 제3 보조수광소자(333)가 배치된 4분할 수광소자로 구성하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in order to further reduce the size of the dust sensor, the
다음으로, 상기 먼지농도 측정부는 상기 수광부(30) 중 상기 일반 수광소자(310)로부터 출력되는 신호를 기초로 먼지의 크기 및 개수 등을 포함한 먼지의 농도를 측정한다. 상기 먼지농도 측정부는 상기 일반 수광소자(310)로부터 측정되는 먼지로부터 산란된 산란광의 강도를 Mie 산란 이론 등을 적용한 이론적인 값과 비교하여 먼지의 입자 크기를 연산하고, 산란광의 발생 횟수를 통해 먼지의 개수를 연산한다.Next, the dust concentration measuring unit measures the concentration of the dust, including the size and number of the dust based on the signal output from the general
그리고 상기 제1 보조수광소자(331), 상기 제2 보조수광소자(332) 및 상기 제3 보조수광소자(333)로부터 출력되는 신호를 기초로 먼지의 종류를 분석하는 먼지종류 분석부가 구비된다.The dust type analyzer may be configured to analyze the type of dust based on signals output from the first auxiliary
먼지의 종류에 따라 다른 색을 나타내고, 예를 들면, 황사는 노란색, 매연은 검은색 등을 나타낸다. 상기 먼지종류 분석부는 이러한 먼지의 종류별 색상 차이를 Red 컬러필터가 포함된 상기 제1 보조수광소자(331)와, Green 컬러필터가 포함된 상기 제2 보조수광소자(332)와, Blue 컬러필터가 포함된 상기 제3 보조수광소자(333)를 통하여 검출하여 먼지의 성분, 종류 및 먼지종류별 비율을 분석하여 출력한다.The color is different depending on the type of dust. For example, yellow sand is yellow and soot is black. The dust type analyzer may be configured to determine the color difference of each type of dust by the first auxiliary
본 발명의 광산란기반의 먼지센서는 먼지의 농도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 먼지의 종류 및 먼지종류별 비율 등을 측정할 수 있는 이점이 있다.Light scattering-based dust sensor of the present invention has the advantage that can not only accurately measure the concentration of dust, but also can measure the type and ratio of dust type.
10: 발광부,
30: 수광부,
310: 일반 수광소자,
330: 보조수광소자10: light emitting unit,
30: light receiver,
310: general light receiving element,
330: auxiliary light receiving element
Claims (5)
상기 수광부는 일반 수광소자와, Red 컬러필터가 포함된 제1 보조수광소자와, Green 컬러필터가 포함된 제2 보조수광소자와, Blue 컬러필터가 포함된 제3 보조수광소자로 이루어지고, 상기 수광부는 상기 일반 수광소자와, 상기 보조수광소자인 Red 컬러필터가 포함된 제1 보조수광소자와, Green 컬러필터가 포함된 제2 보조수광소자와, Blue 컬러필터가 포함된 제3 보조수광소자가 배치된 4분할 수광소자로 이루어지고,
상기 일반 수광소자로부터 출력되는 신호를 기초로 먼지의 농도를 측정하는 먼지농도 측정부와;
상기 제1 보조수광소자, 상기 제2 보조수광소자 및 상기 제3 보조수광소자로부터 출력되는 신호를 기초로 먼지의 종류 및 먼지종류별 비율을 분석하는 먼지종류 분석부가 구비되는 것을 특징으로 하는 광산란기반의 먼지센서.In the dust sensor comprising a light emitting unit for irradiating light to the dust flowing from the outside, and a light receiving unit for detecting the scattered light generated by the light emitted from the light emitting unit collide with the dust,
The light receiving unit includes a general light receiving element, a first auxiliary light receiving element including a red color filter, a second auxiliary light receiving element including a green color filter, and a third auxiliary light receiving element including a blue color filter. The light receiving unit includes the general light receiving element, the first auxiliary light receiving element including the red color filter as the auxiliary light receiving element, the second auxiliary light receiving element including the green color filter, and the third auxiliary light receiving element including the blue color filter. Consists of four-segmented light-receiving elements,
A dust concentration measuring unit for measuring a concentration of dust based on a signal output from the general light receiving element;
Light scattering-based light scattering, characterized in that provided with a dust type analysis unit for analyzing the type of dust and the type of dust based on the signal output from the first auxiliary light receiving element, the second auxiliary light receiving element and the third auxiliary light receiving element Dust sensor.
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