KR102256445B1 - 먼지 탈착이 가능한 먼지 센서 - Google Patents

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KR102256445B1
KR102256445B1 KR1020190151558A KR20190151558A KR102256445B1 KR 102256445 B1 KR102256445 B1 KR 102256445B1 KR 1020190151558 A KR1020190151558 A KR 1020190151558A KR 20190151558 A KR20190151558 A KR 20190151558A KR 102256445 B1 KR102256445 B1 KR 102256445B1
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dust
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sensor
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dust sensing
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장진녕
박창순
이영옥
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(주)와이솔
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서의 먼지 제거 방법은, 먼지 센싱 소자와 대응되는 상부 영역에 배치된 발열부를 이용하여 내부 공간에서의 열 확산 힘 방향을 전환하는 단계, 먼지 농도를 측정하기 위해 상기 먼지 센싱 소자에 공급한 제1 파워보다 큰 값의 제2 파워를 상기 먼지 센싱 소자에 공급하여, 상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지를 공중에 부양시키는 단계, 상기 내부 공간의 공기를 유입 또는 유출시키는 단계 및 상기 먼지 센싱 소자의 공진 주파수를 측정하고, 측정 결과에 따라 상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지 제거 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

먼지 탈착이 가능한 먼지 센서{DUST SENSOR FOR DUST REMOVAL}
본 발명은 먼지 제거가 가능한 먼지 센서에 관한 것이다. 보다 자세하게는 먼지 센서 내부에 남아있는 잔여 먼지를 보다 효율적으로 제거할 수 있는 먼지 센서에 관한 것이다.
인구가 밀집되고 차량이 늘어남에 따라 대기 오염이 심해지면서, 먼지에 대한 관심이 커지고 있고, 공기 청정기 수요도 늘고 있다. 능동적인 공기 청정을 위해서, 공기 청정기는 공기의 오염 정도 즉, 공기 중 먼지 농도를 측정하기 위한 먼지 센서를 필요로 한다.
먼지 센서는 공기에 부유하는 미세한 먼지나 응결핵의 수를 검출하는 센서로서, 대기질 측정 장치, 공기 청정기 등에서 널리 사용되고 있으며, 압전 결정 소자를 센서로 이용하는 피에조 밸런스(Piezo-Balance) 방식, 산란광량을 전기 신호로 변환하는 광산란 방식, 가스 감지 방식, β선 흡수 방식 중 어느 하나의 방식이 이용되고 있다.
대표적으로, 피에조 밸런스 방식은 분진의 입자 지름이나 종류에 의한 영향이 적고, 최소분해력 1μg㎥의 저농도까지 안정되게 측정할 수 있어, 미세 먼지의 측정에 많이 사용되고 있다.
그런데 상술한 먼지 센서들을 멤스(MEMS, Micro-Electro Mechanical Systems) 기술을 바탕으로 제작하여 미세 먼지를 센싱하도록 할 경우, 높은 정확도를 달성할 수는 있으나, 먼지 센서 표면에 내려앉은 먼지를 제거할 수 없기 때문에, 정확도가 떨어지고, 반영구적으로 사용할 수 없다는 문제점이 존재하였다.
이를 해결하기 위해, 먼지 센서 내부에 부착된 히터를 이용하여 열 확산 현상(Thermophoresis Effect)을 일으킴으로써, 내려앉은 먼지를 제거하는 방법이 제시되었으나, 이러한 방법을 통해 제거되는 먼지의 양 대비 에너지 효율이 극히 낮아 넓은 부피/면적을 가지는 먼지 센서에서는 바람직한 제거 방법이라고 할 수 없다.
따라서 먼지 센서 내부에 내려앉은 잔여 먼지를 보다 효율적으로 제거할 수 있는 방법 및 이를 수행할 수 있는 먼지 센서의 개발이 요구되며, 본 발명은 이에 관련된 것이다.
한국 등록특허공보 제10-1243645호(2013.03.08.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 먼지 센서에 높은 전원을 인가시켜 센서로부터 먼지를 분리시키고, 센서 내부 공간으로 공기를 주입시켜 먼지를 제거함으로써, 먼지 센서에 부착되어 있는 잔여 먼지를 한 번에 쉽게 제거할 수 있는 먼지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 먼지 센서 내 필수 구성 요소 만으로 먼지 센서 내부의 먼지를 제거할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 탈착이 가능한 먼지 센서는, 공기 유입구 및 유출구를 구비하며, 내부 공간을 형성하는 케이스, 상기 내부 공간에 배치되며, 먼지 탈착 여부에 따라 공진 주파수가 변화하는 먼지 센싱 소자를 포함하는 센싱부, 상기 먼지 센싱 소자와 대응되는 영역에 배치되는 발열 모듈을 포함하는 발열부, 상기 먼지 센싱 소자와 상기 발열 모듈이 마주보는 내부 공간으로 공기가 유입되도록 흡입력을 발생시키는 송풍부 및 상기 발열부 및 송풍부를 구동시키고, 상기 먼지 센싱 소자에 제1 파워를 공급하여 상기 먼지 센싱 소자의 공진 주파수 변화를 측정하는 제어부를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 먼지 센싱 소자는, 상기 내부 공간의 하면에 배치되고, 상기 발열 모듈은, 상기 케이스의 외측 상면에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 발열부의 구동을 중지시키고, 상기 먼지 센싱 소자에 상기 제1 파워 보다 큰 값의 제2 파워를 공급하여, 상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지를 공중에 부양시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 발열부는, 상기 먼지 센싱 소자의 공진 주파수 변화를 측정하기 위한 제1 온도 레벨 보다 낮은 제2 온도 레벨로 상기 발열 모듈의 온도를 낮추고, 상기 제어부는, 상기 먼지 센싱 소자에 상기 제1 파워 보다 큰 레벨의 제2 파워를 공급하여, 상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지를 공중에 부양시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 송풍부를 구동시켜 상기 공중에 부양된 먼지를 상기 먼지 센싱 소자로부터 제거하고, 상기 먼지 센싱 소자의 공진 주파수 변화를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 먼지 센싱 소자의 변화된 공진 주파수가 상기 먼지 센싱 소자에 기 설정된 공진 주파수와 동일한 경우, 상기 송풍부의 구동을 중지시키고, 상기 먼지 센싱 소자에 상기 제2 파워의 공급을 차단시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 먼지 센싱 소자는, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 소자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 먼지 센싱 소자는, SAW(Surface Acoustic Wave), TC(temperature compensated) SAW, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator), 및 이에 상응하는 RF 소자 중 적어도 하나의 소자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 MEMS 소자는, 기판, 상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 배치되는 제1, 제2 전극 및 상기 소정 간격을 포함하는 제1, 제2 전극의 일부 영역 상에 배치되는 절연층을 포함하는 SAW 공진기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극은, 상기 기판 상에 서로 교차 배치되는 IDT 전극일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 먼지 센서의 먼지 제거 방법은, 먼지 센싱 소자와 대응되는 상부 영역에 배치된 발열 모듈을 이용하여 내부 공간에서의 열 확산 힘 방향을 전환하는 단계, 먼지 농도를 측정하기 위해 상기 먼지 센싱 소자에 공급한 제1 파워보다 큰 값의 제2 파워를 상기 먼지 센싱 소자에 공급하여, 상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지를 공중에 부양시키는 단계, 상기 내부 공간으로 공기를 주입하는 단계 및 상기 먼지 센싱 소자의 공진 주파수 변화를 확인하고, 확인 결과에 따라 상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지의 제거 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 먼지 제거 여부를 판단하는 단계는, 상기 먼지 센싱 소자의 변화된 공진 주파수가 상기 먼지 센싱 소자에 기 설정된 공진 주파수와 동일한 것으로 확인된 경우, 상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지가 제거된 것으로 판단하고, 상기 먼지 센싱 소자에 상기 제2 파워의 공급을 차단시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열 확산 힘 방향을 전환하는 단계는, 상기 발열 모듈의 구동을 중지시킴으로써, 상기 내부 공간의 온도를 하강시키는 단계일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 먼지 센싱 소자는, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 소자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 MEMS 소자는, 기판, 상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 배치되는 제1, 제2 전극 및 상기 소정 간격을 포함하는 제1, 제2 전극의 일부 영역 상에 배치되는 절연층을 포함하는 SAW 공진기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극은, 상기 기판 상에 서로 교차 배치되는 IDT 전극일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 먼지 센서 내부에 열 확산 힘(Thermophoresis Force)을 일으키기 위한 발열 모듈을 최소한으로 구비하고, 먼지 센싱 소자가 발생시키는 열 확산 힘 및 표면 진동을 이용하여 내부 먼지를 제거함으로써, 먼지 탈착이 가능한 먼지 센서의 부피를 최소화하고, 제작 단가를 절감할 뿐만 아니라, 먼지 센서 구동 시 소모되는 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 먼지 센서 내부에 부유하는 잔여 먼지를 열 확산 현상과 공기의 흐름을 이용한 한 번의 제거 동작만으로 제거할 수 있어, 먼지 센서의 전력 사용 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 종래 먼지 센서의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 먼지 센서의 기능 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 먼지 센서의 먼지 제거 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 먼지 센서의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 및 도 2는 종래 먼지 센서(1000)의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 먼지 센서(1000)는 먼지를 흡착시키기 위해, 케이스(10)의 상측면에 구비된 발열 모듈(20)은 구동시키고(ON), 하측면에 구비된 발열 모듈(20)은 구동을 중지시킨 후(OFF), 공기를 유입시킬 수 있다. 그에 따라, 상부에서 하부로 이동하는 열 확산 힘(Thermophoresis Force)으로 인해 공기에 부유하는 먼지(D)가 먼지 센싱 소자(30)로 흡착되며, 먼지 센싱 소자(30)는 흡착된 먼지(D)를 이용하여 공기 중의 먼지 농도를 측정할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 종래 먼지 센서(1000)는 먼지(D)를 제거하기 위해, 상측면에 구비된 발열 모듈(20)은 구동을 중지시키고(OFF), 하측면에 구비된 발열 모듈(20)은 구동시킨(ON), 공기를 유입시킬 수 있다. 그에 따라, 하부에서 상부로 이동하는 열 확산 힘에 의해 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 먼지(D)의 일부가 공중에 띄워짐으로써, 먼지 센싱 소자(30)로부터 제거될 수 있다.
그러나 발열 모듈(20)을 이용한 열 확산 힘 방향의 전환만으로는 아래의 [수학식 1]로 표현된 먼지 센싱 소자(30)와 먼지 간의 강한 물리적 인력(반 데르 발스 인력(Van der Waals Force), Fad)을 극복할 수 없어(Fad(흡착 에너지) > Fthermal (열 확산 에너지)), 먼지 센싱 소자(30)에 흡착된 먼지가 완전히 제거되었다고 볼 수 없다. 또한, 열 확산 힘을 발생시키기 위해 케이스(10)의 상, 하측면에 발열 모듈(20)을 구비하고, 동작시켜야 하는 바, 먼지 센서의 동작 효율이 떨어지고, 제조 비용이 상승할 뿐만 아니라, 부피가 커진다는 단점이 존재한다.
Figure 112019120588187-pat00001
여기서, g는 중력으로 인한 가속도이고, 먼지의 접착력(Fad)은 먼지 입자 중량을 mp로 분리함으로써 표현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 먼지 센서(100)의 기능 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 먼지 센서(100)는 센싱부(110), 발열부(120), 송풍부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있으며, 여기서의 먼지 센서(100)는 소정의 내부 공간을 가지는 케이스(10)로 이루어지고, 케이스(10)에는 공기 유입구 및 유출구를 포함할 수 있다.
센싱부(110)는 내부 공간에 배치되며, 먼지 탈착 여부에 따라 공진 주파수가 변화하는 먼지 센싱 소자(30)를 포함할 수 있다. 즉, 먼지 센싱 소자(30)는 파워를 공급 받아 특정 공진 주파수로 진동하는 소자일 수 있으며, 기본적으로 고주파 영역에서 미세 입자, 미세 먼지를 감지하기 위한 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 소자일 수 있다. 예를 들어, 먼지 센싱 소자(30)는 SAW(Surface Acoustic Wave), TC(temperature compensated) SAW, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 및 이에 상응하는 RF 소자일 수 있다.
또한, 먼지 센싱 소자(30)는 표면 진동을 통해 먼지 농도 측정 및 먼지 탈착이 가능한 표면 탄성파 공진기, SAW 공진기일 수 있다. 다시 말해서, 먼지 센싱 소자(30)는 기판, 기판 상에 소정 간격 이격되어 배치되는 제1, 제2 전극 및 소정 간격을 포함하는 제1, 제2 전극의 일부 영역 상에 배치되는 절연층을 포함하는 SAW 공진기일 수 있으며, 여기서, 제1, 제2 전극은 기판 상에서 서로 교차 배치되는 IDT 전극일 수 있다. 즉, 먼지 센싱 소자(30)는 전기 신호를 인가하고, 물리적 변화를 일으킬 수 있으며, 이는 곧 먼지 센싱 소자(30)에 인가된 전기 신호를 통해 물리적 변화를 감지하여, 먼지의 농도 및 먼지의 제거 여부를 판단할 수 있음을 의미한다.
발열부(120)는 먼지 센싱 소자(30)와 대응되는 영역에 배치되는 발열 모듈(20)을 포함하고, 먼지 센싱 및 먼지 제거를 위해 발열 모듈(20)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 발열부(120)는 공기가 유입됨에 따라 먼지 센서(100) 내부에 존재하는 먼지가 먼지 센싱 소자(30)로 흡착될 수 있도록 발열 모듈(20)의 온도를 상승시킬 수 있다. 이를 위해, 먼지 센싱 소자(30)는 내부 공간의 하면에 배치되고, 발열 모듈(20)은 케이스(10)의 외측 상면에 배치될 수 있다.
송풍부(130)는 먼지 센싱 소자(30)와 발열 모듈(20)이 마주보는 내부 공간으로 공기가 유입되도록 흡입력을 발생시킬 수 있으며, 예를 들어, 송풍부(130)는 먼지 센서(100)에 구비되는 소형 팬(Fan)일 수 있다.
송풍부(130)는 센싱부(110), 발열부(120)와 함께 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 먼지를 제거할 수 있도록 일련의 동작을 수행할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
제어부(140)는 발열부(120) 및 송풍부(130)를 구동시키고, 먼지 센싱 소자(30)에 제1 파워를 공급하여, 먼지 센싱 소자(30)의 공진 주파수 변화를 측정할 수 있다. 여기서, 제1 파워는 먼지 센서(100) 내부의 먼지 농도를 측정하기 위해 인가되는 파워 값으로, 예를 들어, 제어부(140)는 미세한 먼지의 농도를 측정할 수 있을 정도의 작은 전력 0dBm, 즉 1mW 의 제1 파워 값을 먼지 센싱 소자(30)에 공급할 수 있으며, 먼지 센싱 소자(30)에 어느 정도의 먼지가 안착 되었는가에 따라 먼지 센싱 소자(30)의 공진 주파수 값이 보다 낮아질 수 있다.
한편, 먼지 농도 측정을 완료한 이후에 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 먼지를 제거할 수 있도록 제어부(140)는 열 확산 힘의 방향을 전환하고, 먼지 센싱 센서(30)의 표면 진동을 발생시킬 수 있다. 여기서, 열 확산 힘의 방향을 전환하기 위해 제어부(140)는 발열부(120)의 구동을 중지시키거나, 발열부(120)가 먼지 센싱 소자(30)의 공진 주파수 변화를 측정하기 위한 제1 온도 레벨 보다 낮은 제2 레벨로 발열 모듈(30)의 온도를 낮출 수 있다.
즉, 열 확산 힘만으로는 상술한 [수학식 1]로 표현된 먼지 센싱 센서(30)와 먼지 간의 강한 물리적 인력(반 데르 발스 인력(Van der Waals Force))을 극복할 수 없는 바, 먼지가 먼지 센싱 센서(30)의 표면으로부터 떨어지는데 필요한 최소 표면 가속도 106가 발생할 수 있도록 먼지 센싱 센서(30)에 파워를 공급하여 표면 진동을 발생시킬 수 있다.
다시 말해서, 먼지 센싱 센서(30)의 표면에 부착된 먼지는 표면의 진동에 의해 발생된 가속도를 수신하고, 표면으로부터 이탈되는 분리력을 얻을 수 있으며, 이는 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019120588187-pat00002
여기서, 먼지가 표면으로부터 분리되는 힘(Fdet)은 표면의 가속도(asurface) 및 먼지 입자의 무게 mp에 비례한다.
이와 같이, 제어부(140)는 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 먼지를 표면 진동에 따라 부양시킬 수 있도록 제1 파워보다 큰 값의 제2 파워를 공급할 수 있으며, 여기서, 제2 파워 값은 30dBm, 즉 1000mW일 수 있다.
제어부(140)는 송풍부(130)를 구동시켜 공중에 부양된 먼지를 먼지 센싱 소자(30)로부터 제거하고, 먼지 센싱 소자(30)의 공진 주파수 변화를 확인할 수 있다. 그에 따라, 먼지 센싱 소자(30)의 변환된 공진 주파수가 먼지 센싱 소자(30)에 기 설정된 공진 주파수와 동일한 경우, 송풍부(130)의 구동을 중지시키고, 먼지 센싱 소자(30)에 공급되고 있는 제2 파워를 차단시킬 수 있다.
다시 말해서, 제어부(140)는 먼지에 의해 낮아진 먼지 센싱 소자(30)의 공진 주파수가 본래의 공진 주파수로 돌아오는 경우, 먼지가 완전히 제거되었음을 판단하고 모든 구성 요소들의 동작을 중지시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시 예에 따른 먼지 센서(100)를 기능 기준으로 설명하였으며, 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 상술한 먼지 센서(100)를 이용하여 먼지 센서의 먼지를 제거하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 먼지 센서(100)의 먼지 제거 방법의 흐름을 나타낸 순서도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 먼지 센서(100)의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼지 센서(100)는 먼지 센싱 소자(30)와 대응되는 상부 영역에 배치된 발열 모듈(20)을 이용하여 내부 공간에서의 열 확산 힘 방향을 전환한다(S110). 구체적으로, 먼지 센서(100)는 열 확산 힘의 방향을 전환하기 위해서, 상부 영역의 온도를 낮춰야 하며, 이는 발열 모듈(20)의 구동을 중지시키거나, 발열 모듈(20)의 발열 온도를 낮추는 방식으로 수해오딜 수 있다.
여기서, 도 5를 참조하면, 먼지 센서(100)는 케이스(10)의 외측 상면에 발열 모듈(20)을, 케이스(10)의 내부 공간 하면에 먼지 센싱 소자(30)를 포함하는 것을 확인할 수 있으며, S110 내지 S150 단계를 통하여 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 먼지를 제거하기 전에, 도 5를 통해 먼지 농도 측정으로 인해 먼지가 어떻게 먼지 센싱 소자(30)에 부착되었는지 확인할 수 있다.
즉, 먼지 센서(100)는 공기에 부유하는 먼지(D)를 흡착시키기 위해, 발열 모듈(20)을 구동시키고(ON), 공기를 유입시킬 수 있으며, 그에 따라, 상부에서 하부로 이동하는 열 확산 힘으로 인해 저파워(LOW POWER)으로 구동 중인 먼지 센싱 소자(30)로 먼지(D)가 흡착될 수 있다. 예를 들어, 저파워는 0dBm, 즉 1mW일 수 있다.
S110 단계 이후, 먼지 센서(100)는 먼지 농도를 측정하기 위해 먼지 센싱 소자에 공급한 제1 파워 보다 큰 값의 제2 파워를 먼지 센싱 소자(30)에 공급하여, 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 먼지를 공중에 부양시킨다(S120).
즉, 도 6을 참조하면, 먼지 센서(100)는 발열 모듈(20)의 구동을 중지시키고(OFF), 먼지 센싱 소자(30)에 고파워(HIGH POWER)을 인가 할 수 있으며, 그에 따라, 하부에서 상부로 이동하는 표면 진동에 의해 먼지(D)가 공중에 띄워지고, 열 확산 힘에 의해 띄워진 먼지(D)가 다시 부착되지 않을 수 있다. 이 때, 먼지 센싱 소자(300)에 공급되는 고파워는 30dBm, 즉 1000mW일 수 있다.
S120 단계 이후, 먼지 센서(100)는 내부 공간으로 공기를 주입한다(S130). 공기는 먼지 센서(100)에 구비된 유입구(미도시)를 통해 주입되어, 유출구(미도시)로 나갈 수 있으며, 공중에 띄워진 먼지(D)가 공기의 흐름에 따라 먼지(D)가 이동할 수 있다. 즉, 먼지(D)가 먼지 센싱 소자(30)로부터 제거될 수 있다.
S130 단계 이후, 먼지 센서(100)는 먼지 센싱 소자(30)의 공진 주파수 변화를 확인하고, 확인 결과에 따라 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 부착된 먼지의 제거 여부를 판단한다(S140).
S140 단계에서, 먼지 센싱 소자(30)의 변화된 공진 주파수가 먼지 센싱 소자(30)에 기 설정된 공진 주파수와 동일한 것으로 확인된 경우, 먼지 센서(100)는 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 먼지가 제거된 것으로 판단하고, 먼지 센싱 소자(30)에 인가되었던 파워 공급을 차단시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 먼지 센서(100)와 먼지 센싱 소자(30)에 부착된 먼지를 제거하는 방법에 대하여 설명하였다. 본 발명에 따르면, 먼지 센서(100) 내부에 열 확산 힘을 일으키기 위한 발열 모듈(20)을 최소한으로 구비하고, 먼지 센싱 소자(30)의 열 및 표면 진동을 이용하여 내부 먼지를 제거함으로써, 먼지 탈착이 가능한 먼지 센서의 부피를 최소화하고, 제작 단가를 절감할 뿐만 아니라, 먼지 센서 구동 시 소모되는 전력을 감소시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1000: 종래 먼지 센서
100: 먼지 센서
110: 센싱부
120: 발열부
130: 송풍부
140: 제어부
10: 케이스
20: 발열 모듈
30: 먼지 센싱 소자

Claims (16)

  1. 공기 유입구 및 유출구를 구비하며, 내부 공간을 형성하는 케이스;
    상기 내부 공간에 배치되며, 먼지 탈착 여부에 따라 공진 주파수가 변화하는 먼지 센싱 소자를 포함하는 센싱부;
    상기 먼지 센싱 소자와 대응되는 영역에 배치되는 발열 모듈을 포함하는 발열부;
    상기 먼지 센싱 소자와 상기 발열 모듈이 마주보는 내부 공간으로 공기가 유입되도록 흡입력을 발생시키는 송풍부; 및
    상기 발열부 및 송풍부를 구동시키고, 상기 먼지 센싱 소자에 제1 파워를 공급하여 상기 먼지 센싱 소자의 공진 주파수 변화를 측정하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    먼지의 흡착을 위해, 상기 발열 모듈을 제1의 온도로 발열시키고, 상기 먼지 센싱 소자에 제1 파워를 공급하며,
    먼지의 탈착을 위해, 상기 발열 모듈을 오프시키거나 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 발열시키고, 상기 먼지 센싱 소자에 상기 제1 파워 보다 큰 값의 제2 파워를 공급하는 것을 특징으로 하는, 먼지 탈착이 가능한 먼지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 먼지 센싱 소자는, 상기 내부 공간의 하면에 배치되고,
    상기 발열 모듈은, 상기 케이스의 외측 상면에 배치되는,
    먼지 탈착이 가능한 먼지 센서.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 송풍부를 구동시켜 상기 공간에 부양된 먼지를 상기 먼지 센싱 소자로부터 제거하고, 상기 먼지 센싱 소자의 공진 주파수 변화를 확인하는,
    먼지 탈착이 가능한 먼지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 먼지 센싱 소자의 변화된 공진 주파수가 상기 먼지 센싱 소자에 기 설정된 공진 주파수와 동일한 경우,
    상기 송풍부의 구동을 중지시키고, 상기 먼지 센싱 소자에 상기 제2 파워의 공급을 차단시키는,
    먼지 탈착이 가능한 먼지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 먼지 센싱 소자는,
    MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 소자를 포함하는,
    먼지 탈착이 가능한 먼지 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 MEMS 소자는,
    기판, 상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 배치되는 제1, 제2 전극 및 상기 소정 간격을 포함하는 제1, 제2 전극의 일부 영역 상에 배치되는 절연층을 포함하는 SAW 공진기를 포함하는,
    먼지 탈착이 가능한 먼지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은,
    상기 기판 상에 서로 교차 배치되는 IDT 전극인,
    먼지 탈착이 가능한 먼지 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 먼지 센싱 소자는,
    SAW(Surface Acoustic Wave), TC(temperature compensated) SAW, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator), 및 이에 상응하는 RF 소자 중 적어도 하나를 포함하는,
    먼지 탈착이 가능한 먼지 센서.
  11. 먼지 센서의 내부 공간으로 공기를 주입하는 단계;
    먼지의 흡착을 위해, 먼지 센싱 소자에 제1의 파워를 인가하면서, 먼지 센싱 소자와 마주보는 상부 영역에 배치된 발열 모듈을 제1의 온도로 발열시키는 단계;
    상기 먼지 센싱 소자의 공진주파수를 검출하여 먼지 농도를 산출하는 단계;
    먼지의 탈착을 위해, 상기 제1 파워보다 큰 값의 제2 파워를 상기 먼지 센싱 소자에 공급하는 단계;
    상기 먼지 센싱 소자의 공진주파수를 재차 검출하여 상기 먼지 센싱 소자의 공진 주파수 변화를 확인하고, 확인 결과에 따라 상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지의 제거 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 먼지 센서의 먼지 제거 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 먼지 제거 여부를 판단하는 단계는,
    상기 먼지 센싱 소자의 변화된 공진 주파수가 상기 먼지 센싱 소자에 기 설정된 공진 주파수와 동일한 것으로 확인된 경우,
    상기 먼지 센싱 소자에 부착된 먼지가 제거된 것으로 판단하고, 상기 먼지 센싱 소자에 상기 제2 파워의 공급을 차단시키는 단계; 를 더 포함하는 먼지 센서의 먼지 제거 방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 먼지 센싱 소자는,
    MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 소자를 포함하는,
    먼지 센서의 먼지 제거 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 MEMS 소자는,
    기판, 상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 배치되는 제1, 제2 전극 및 상기 소정 간격을 포함하는 제1, 제2 전극의 일부 영역 상에 배치되는 절연층을 포함하는 SAW 공진기를 포함하는,
    먼지 센서의 먼지 제거 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은,
    상기 기판 상에 서로 교차 배치되는 IDT 전극인,
    먼지 센서의 먼지 제거 방법.
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