KR102259368B1 - 미세먼지 광학특성 판단방법 및 미세먼지 분석장치 - Google Patents
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Abstract
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 미세먼지 분석 장치가 미세먼지의 광학특성을 판단하는 방법에 있어서, 미리 입력된 제1광소멸계수(Ke1)를 통해 제1미세먼지농도(fv1)를 계산하고, 미리 입력된 제1산란계수(Ksc1)를 통해 제2미세먼지농도(fvs1)를 계산하는 단계; 상기 제1미세먼지농도(fv1)와 상기 제2미세먼지농도(fvs1) 값을 비교하여 오차율을 측정하는 단계; 상기 오차율이 일정 값 이하인 경우,
[수식 1]
상기 수식 1을 통해 제1흡수계수(Ka1)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제1광소멸계수(Ke1), 상기 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 출력하는 단계; 및, 상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우, 상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정하고, 상기 제2광소멸계수(Ke2) 및 상기 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제2흡수계수(Ka2)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제2광소멸계수(Ke2), 상기 제2산란계수(Ksc2), 및 제2흡수계수(Ka2)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 판단하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법을 제공한다.
[수식 1]
상기 수식 1을 통해 제1흡수계수(Ka1)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제1광소멸계수(Ke1), 상기 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 출력하는 단계; 및, 상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우, 상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정하고, 상기 제2광소멸계수(Ke2) 및 상기 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제2흡수계수(Ka2)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제2광소멸계수(Ke2), 상기 제2산란계수(Ksc2), 및 제2흡수계수(Ka2)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 판단하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법을 제공한다.
Description
본 실시예는 미세먼지의 광학특성을 분석하고 판단하는 방법 및 미세먼지를 분석하는 장치에 관한 것으로, 더 상세 하게는 미세먼지의 발생원을 특정하고 그 농도를 분석하는 방법과 분석장치에 관한 것이다.
최근 고유가 및 지구온난화 문제에 대한 대안으로 청정연료에 대한 관심이 지속적으로 높아지고 있다. 그리고, 이러한 청정연료의 대안 중 하나로 바이오디젤 등의 연료가 효율적, 비용적 측면에서 대두되고 있다. 하지만, 이러한 바이오디젤 등의 연료도 연소과정을 통해서 다량의 연기를 발생시키고, 특히 배출되는 연기중에는 미세먼지가 다량으로 포함되어 있는 것으로 밝혀졌다.
한편, 미세먼지는 미세먼지가 생성되는 과정에 따라 1차 발생 미세먼지와 2차 발생 미세먼지로 구분될 수 있다. 이러한 1차 발생 미세먼지는 고정 배출원인 공장의 굴뚝, 자동차 배기가스, 건설현장의 비산먼지 등의 1차 발생원에서 직접 대기중으로 유입되는 미세먼지를 지칭한다. 그리고, 1차 발생 미세먼지는 상대적으로 먼지의 크기가 크며, 주로 PM-10의 미세먼지 농도와 관련이 있다.
2차 발생 미세먼지는, 가스 상태로 배출된 특정 물질이 공기 중의 다른 물질과 화학반응을 일으켜 생성되는 미세먼지이다. 이러한 2차 발생 미세먼지는, 석탄, 석유 등의 화석연료가 연소되는 과정에서 배출되는 황산화물이, 대기 중의 수증기, 및 암모니아와 결합하거나, 자동차 배기가스에서 나오는 질소산화물이 대기 중의 수증기, 오존 및 암모니아 등과 결합하는 화학반응을 통해서 생성된다. 그리고, 2차 발생 미세먼지는 1차 발생 미세먼지에 비해 상대적으로 크기가 작으며, PM-2.5 농도와 관련이 있다.
한편, 이러한 미세먼지를 측정하는 방법으로는, 중량포집법, 광산란법, 베타선흡수법 등과 같은 방법이 주로 사용된다.
미세먼지 농도측정에 사용되는 중량포집법의 경우 미세먼지의 농도측정을 정확하게 할 수 있으나, 장시간 먼지를 포집해야 하며 측정 전후에 일정한 온도와 습도에서 무게를 측정해야 하는 불편한 조건을 동반해야 한다. 그리고, 광학측정 기반의 실시간 측정 방법인 광산란법 또는 베타선 흡수선법은 중량포집법에 비해 측정시간이 짧지만 정확도가 낮고, 광학 특성 데이터베이스 부족으로 인해 실시간 모니터링에 부적합하다. 그리고, 미세먼지 농도를 측정하는 장비에 있어서, 기존의 미세먼지 농도 측정 장비의 경우에는 단순하게 농도만 측정하고, 기존에 입력된 광학계수(광소멸, 광산란계수)가 고정되어 결과 값에 오차가 발생할 가능성이 있다는 문제점이 존재한다.
따라서, 미세먼지의 농도 측정의 정밀도를 향상시키면서도 세밀한 분석 없이도 단시간 내에 미세먼지의 발생원을 예측하고 화학조성을 판단하여 실시간으로 미세먼지의 농도 및 성분을 모니터링이 가능한 방법의 필요성이 대두되고 있는 상황이다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 미세먼지의 발생원을 대략적으로 판별하고 광학특성(산란, 흡수)을 분석하며, 미세먼지의 농도 측정 정확도가 향상된 미세먼지의 분석장치에 대한 기술을 제공하는 것이다.
또한, 이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 미세먼지의 농도, 광소멸계수, 산란계수 결과를 이용하여 미세먼지 농도 측정의 정밀도가 향상되고, 미세먼지의 발생원 예측 및 화학조성을 판단할 수 있는 방법에 대한 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 미세먼지 분석 장치가 미세먼지의 광학특성을 판단하는 방법에 있어서, 미리 입력된 제1광소멸계수(Ke1)를 통해 제1미세먼지농도(fv1)를 계산하고, 미리 입력된 제1산란계수(Ksc1)를 통해 제2미세먼지농도(fvs1)를 계산하는 단계; 상기 제1미세먼지농도(fv1)와 상기 제2미세먼지농도(fvs1) 값을 비교하여 오차율을 측정하는 단계; 상기 오차율이 일정 값 이하인 경우,
[수식 1]
상기 수식 1을 통해 제1흡수계수(Ka1)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제1광소멸계수(Ke1), 상기 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 출력하는 단계; 및, 상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우, 상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정하고, 상기 제2광소멸계수(Ke2) 및 상기 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제2흡수계수(Ka2)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제2광소멸계수(Ke2), 상기 제2산란계수(Ksc2), 및 제2흡수계수(Ka2)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성을 판단하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법을 제공한다.
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 오차율의 상기 일정 값은 10%일 수 있다.
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 제1미세먼지농도(fv1)는 하기 수식 2에 의해 계산되고, 상기 제2미세먼지농도(fvs1)는 하기 수식 3에 의해 계산될 수 있다.
[수식 2]
(상기 수식 2에서, I는 미세먼지를 투과한 빛의 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
[수식 3]
(상기 수식 3에서, Is는 미세먼지에서 산란된 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 데이터베이스는, 물질별 광소멸계수 데이터, 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscopy) 데이터, 라만(Raman) 분석 데이터, 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 데이터베이스는 물질별 광소멸계수 데이터를 포함하고, 미세먼지의 발생원은 상기 물질별 광소멸계수 데이터를 통해 판단할 수 있다.
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 데이터베이스는 투과 전자 현미경 데이터를 더 포함하고, 미세먼지의 산란 특성이 상기 투과 전자 현미경 데이터에 의해 추정될 수 있다.
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 데이터베이스는 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터를 더 포함하고, 상기 제1광소멸계수(Ke1), 제2광소멸계수(Ke2) 또는 상기 물질별 광소멸계수 데이터를 통해 판단된 미세먼지 발생원을 통해, 미세먼지의 원소 탄소와 유기 탄소의 비율을 예측할 수 있다.
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 데이터베이스는 라만(Raman) 분석 데이터를 더 포함하고, 상기 제1광소멸계수(Ke1), 제2광소멸계수(Ke2) 또는 상기 물질별 광소멸계수 데이터를 통해 판단된 미세먼지 발생원을 통해, 미세먼지의 광학특성을 판단할 수 있다.
다른 실시예는, 미세먼지 분석 장치가 미세먼지의 광학특성을 판단하는 방법에 있어서, 미리 입력된 제1광소멸계수(Ke1)를 통해 제1미세먼지농도(fv1)를 계산하고, 미리 입력된 제1산란계수(Ksc1)를 통해 제2미세먼지농도(fvs1)를 계산하는 단계; 상기 제1미세먼지농도(fv1)와 상기 제2미세먼지농도(fvs1) 값을 비교하여 오차율을 측정하는 단계; 상기 오차율이 일정 값 이하인 경우,
[수식 1]
상기 수식 1을 통해 제1흡수계수(Ka1)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제1광소멸계수(Ke1), 상기 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 출력하는 단계; 및, 상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우, 상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 중량 포집법을 적용하여 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정하고, 상기 제2광소멸계수(Ke2) 및 상기 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제2흡수계수(Ka2)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제2광소멸계수(Ke2), 상기 제2산란계수(Ksc2), 및 제2흡수계수(Ka2)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 판단하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법을 제공한다.
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 오차율의 상기 일정 값은 10%일 수 있다.
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 제1미세먼지농도(fv1)는 하기 수식 2에 의해 계산되고, 상기 제2미세먼지농도(fvs1)는 하기 수식 3에 의해 계산될 수 있다.
[수식 2]
(상기 수식 2에서, I는 미세먼지를 투과한 빛의 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
[수식 3]
(상기 수식 3에서, Is는 미세먼지에서 산란된 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
상기 미세먼지 광학특성 판단 방법에서, 상기 데이터베이스는, 물질별 광소멸계수 데이터, 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscopy) 데이터, 라만(Raman) 분석 데이터, 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 또 다른 실시예는, 미세먼지가 통과되는 덕트; 상기 미세먼지로 빛을 조사하는 광원; 상기 미세먼지에서 반사, 투과, 또는 산란된 광을 측정하는 광측정기; 및 상기 광측정기에서 측정된 데이터를 분석하는 연산장치를 포함하고, 상기 연산장치는, 미리 입력된 제1광소멸계수(Ke1)를 통해 제1미세먼지농도(fv1)를 계산하고, 미리 입력된 제1산란계수(Ksc1)를 통해 제2미세먼지농도(fvs1)를 계산하며, 상기 제1미세먼지농도(fv1)와 상기 제2미세먼지농도(fvs1) 값을 비교하여 오차율을 측정하고, 상기 오차율이 일정 값 이하인 경우,
[수식 1]
상기 수식 1을 통해 제1흡수계수(Ka1)를 계산하고, 상기 제1광소멸계수(Ke1), 상기 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 상기 연산장치에 구축된 데이터베이스에 입력하여 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 출력하고, 상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우, 상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정되며, 상기 제2광소멸계수(Ke2) 및 상기 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제2흡수계수(Ka2)를 계산하고, 상기 연산장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제2광소멸계수(Ke2), 상기 제2산란계수(Ksc2), 및 제2흡수계수(Ka2)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)화학조성을 판단하는, 미세먼지 분석장치를 제공한다.
상기 미세먼지 분석장치에서, 상기 오차율의 상기 일정 값은 10%일 수 있다.
상기 미세먼지 분석장치에서, 상기 제1미세먼지농도(fv1)는 하기 수식 2에 의해 계산되고, 상기 제2미세먼지농도(fvs1)는 하기 수식 3에 의해 계산될 수 있다.
[수식 2]
(상기 수식 2에서, I는 미세먼지를 투과한 빛의 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
[수식 3]
(상기 수식 3에서, Is는 미세먼지에서 산란된 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
상기 미세먼지 분석장치에서, 상기 데이터베이스는, 물질별 광소멸계수 데이터, 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscopy) 데이터, 라만(Raman) 분석 데이터, 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 미세먼지 분석장치에서, 상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우, 상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 중량 포집법을 적용하여 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정할 수 있다.
상기 미세먼지 분석장치에서, 상기 덕트는 상기 미세먼지가 중력방향으로 이동하기 위한 수직방향덕트일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 미세먼지 분석장치 및 미세먼지 분석방법을 이용하여 미세먼지 농도를 정확하게 측정하고, 미세먼지 발생원을 개략적으로 판단할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 미세먼지 분석장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 제1실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법의 흐름도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법의 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 미세먼지 분석장치 및 명세서의 실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법을 통해 측정된 미세먼지의 광 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 개별 화합물에 대한 광소멸계수를 나타내는 도면이다.
도 6은 미분탄의 투과 전자 현미경 이미지를 나타내는 도면이다.
도 7은 등유의 투과 전자 현미경 이미지를 나타내는 도면이다.
도 8은 미분탄과 등유의 라만(Rman) 분광 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 제1실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법의 흐름도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법의 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 미세먼지 분석장치 및 명세서의 실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법을 통해 측정된 미세먼지의 광 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 개별 화합물에 대한 광소멸계수를 나타내는 도면이다.
도 6은 미분탄의 투과 전자 현미경 이미지를 나타내는 도면이다.
도 7은 등유의 투과 전자 현미경 이미지를 나타내는 도면이다.
도 8은 미분탄과 등유의 라만(Rman) 분광 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 미세먼지 분석장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 미세먼지 분석 장치는, 광원(1), 덕트(2), 빔스플리터(3), 및 광측정기(4, 5, 6)가 포함할 수 있다.
광원(1)은 빛을 조사할 수 있고, 덕트(2)는 장치 내로 유입된 미세먼지를 통과시킬 수 있다. 그리고, 광원(1)에서 조사된 광은 덕트(2)의 내부에서 미세먼지에 의해서 산란 및 소멸될 수 있다.
빔 스플리터(3)는 광을 50:50으로 분리하여, 미세먼지 측으로 가는 광과 제1광측정기(4)로 입사하는 광이 같은 강도를 가지도록 할 수 있다. 한편, 빔 스플리터(3)에서 분리되는 광이 서로 다른 비율로 분리될 수 있으나, 미세먼지 측정의 편의를 위하여 동일하게 분리되는 것이 바람직하다.
광원(1)에서 조사된 광이 미세먼지의 영향을 받는 정도를 측정하여, 미세먼지의 대략적 성분과 미세먼지의 농도를 알아낼 수 있다. 그리고, 이를 위하여, 미세먼지의 영향을 받기 전과 영향을 받은 후의 광의 강도를 측정하기 위한, 적어도 두 개의 광측정기(4, 5, 6)가 마련될 수 있다.
구체적으로 광측정기(4, 5, 6)에는, 빔 스플리터(3)에서 반사되어 덕트(2) 내의 미세먼지의 영향을 받지 않은 광의 강도(Io)를 측정하기 위한 제1광측정기(4), 미세먼지로 인해 일정량의 광이 소멸된 후에 미세먼지를 투과한 광의 투과강도(I)를 측정하기 위한 제2광측정기(6), 및 미세먼지로 인해 산란된 광의 산란강도(Is)측정을 위한 제3광측정기(5)가 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 광측정기(4, 5, 6)는 광의 세기를 측정할 수 있다.
그리고, 광측정기(4, 5, 6) 각각의 입사단에는, 입사측 전방의 산란광을 차폐시키기 위하여 핀홀을 가지는 핀홀 플레이트(41, 51, 61)가 마련될 수 있다. 또한, 제1광측정기(4)의 입사단에는 산란되는 광의 측정폭을 넓히기 위한 광각렌즈(7)가 더 포함될 수 있다. 그리고 광각렌즈(7)에는 코사인 센서가 더 포함될 수 있다.
덕트(2)에는 미세먼지가 유동하는 주된 경로를 수직으로 제공하는 수직방향덕트(21)가 길게 포함될 수 있다. 수직방향덕트(21)는 통과하는 미세먼지입자의 유동방향을 수직 방향으로 하여, 수직방향덕트(21)의 벽면에 미세먼지가 침전되지 않거나 미세먼지가 침전되더라도 그 침전량을 줄일 수 있다. 여기서, 수직방향은 중력방향에 대하여 평행인 것을 말한다. 그리고, 수직방향덕트(21)로 광원(1)의 빛이 조사될 수 있다.
한편, 수직방향덕트(21)의 입출구에는 미세먼지를 머금은 외부공기가 통과하는 짧은 길이의 수평방향덕트가 제공될 수 있으나, 그 길이는 극히 짧게 마련되어 침전 등의 문제는 발생하지 않을 수 있다. 그리고, 덕트(2)의 출구에는 공기를 흡입하고 토출하는 팬(8)이 마련되어 외부공기를 흡입하고 토출할 수 있다.
한편, 광원(1)으로부터 배출되는 입사광이 미세먼지 입자에 의해 흡수 및 산란되어 광소멸이 일어난 다음에는, 광소멸에 기여한 미세입자는 모두 덕트 밖으로 빠져나가는 것이 바람직하다. 바람직하지 않은 예로, 미세먼지가 덕트(2)의 벽면에 흡착되거나 덕트(2) 내부에 침전되지 않아야 미세먼지 분석에 있어서 오차를 줄일 수 있다.
이를 위하여 실시예에 따른 미세먼지 분석장치에는, 덕트 내부를 가열하기 위한 히터가 포함되어 열영동 효과를 통해 입자의 흡착을 방지할 수 있다. 히터는 덕트(2)를 포함하는 미세먼지가 유동하는 공간을 정의하는 벽면의 내부에 마련될 수 있다.
한편, 빔 스플리터(3)와 제3광측정기(6)로 이물질의 유입 및 흡착을 막기 위하여, 에어커튼을 형성하는 노즐(9, 10)이 제공된다. 노즐은, 덕트(2)의 안으로 바람을 분사하여 에어커튼을 형성하고, 덕트 내부의 이물질이 광측정기(4, 6)측으로 유입되는 것을 막을 수 있다.
그리고, 실시예에 따른 미세먼지 분석장치는 연산장치를 포함할 수 있고, 연산장치에는 후술되는 도 2 내지 도 3의 미세먼지 광학특성 판단 방법이 알고리즘으로 구성되어 포함될 수 있다.
이하, 미세먼지 분석장치의 동작을 설명한다.
먼저, 미세먼지가 덕트(2)의 내부를 유입/유출하며 유동한다. 이때, 유입 되는 미세먼지는 분석된 후에 덕트(2)의 내부에 남지 않도록 한다. 아울러, 덕트(2)의 벽에 붙지 않도록 하기 위하여 덕트의 벽면은 히터에 의해 가열될 수 있다.
광원(1)에서 조사된 빛은 미세먼지에 의해서 산란 및 흡수되고, 산란 및 흡수되지 않는 광은 투과한다. 미세먼지에 의해서 산란 및 흡수된 광은, 이하에서 소멸된 것으로 표현한다.
제1광측정기(4)는 산란 및 소멸되기 전의 광을 측정하고, 제2광측정기(5)는 미세먼지에 의해서 산란된 광을 측정하고, 제3광측정기(6)는 투과된 광을 측정한다.
제3광측정기(6)에서 측정된 투과광의 결과는, 광원(1)에서 조사된 광에서, 미세먼지에 의해서 산란 및 흡수되어 소멸된 광이 제거된 광이다. 따라서, 제2광측정기(5)에서 측정된 산란광과, 측정되지는 않았지만 미세먼지에 의해서 흡수된 광을 알아낼 수 있다. 다시 말하면, 투과된 광(제3광측정기에 의해서 측정된다)에서 산란된 광(제2광측정기에 의해서 측정된다)을 빼면 흡수된 광을 얻을 수 있다.
도 2는 제1실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 제1실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법은, 광소멸계수 및 광산란계수를 통해 미세먼지 농도를 계산하는 단계(S201), 획득된 미세먼지 농도 오차율을 측정하는 단계(S202), 광 흡수계수를 계산하는 단계(S203), 데이터베이스를 통한 미세먼지 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 출력하는 단계(S204), 광소멸계수 및 광산란계수를 수정하는 단계(S205)를 포함할 수 있다.
미세먼지 분석 장치는 광소멸계수(Ke) 및 산란계수(Ksc)를 통해 미세먼지 농도(fv, fvs2)를 계산할 수 있다. 여기서, 광이 산란되는 정도, 광이 흡수되는 정도, 광이 소멸되는 정도는, 각각 광산란계수(Ksc), 광흡수계수(Ka), 및 광소멸계수(Ke)로 정의할 수 있다. 그리고, 미세먼지의 성분에 따라서 광흡수계수, 광산란계수(Ksc), 및 광소멸계수(Ke)는 서로 다를 수 있다.
그리고, 광소멸계수(Ke) 및 산란계수(Ksc)는 각각 미세먼지 측정장비에 미리 입력된 제1광소멸계수(Ke1) 및 제1광산란계수(Ksc1)일 수 있다.
구체적으로, 하기 [수식 1]에 따라 제1광소멸계수(Ke1)를 통해 제1미세먼지농도(fv1)를 계산할 수 있다(S201).
[수식 1]
수식 2에서, I는 미세먼지를 투과한 빛의 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저(광원)에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이이다.
여기서 I, Io는 미세먼지 분석장치에서 측정되는 값이고, λ는 미세먼지 분석장치의 광원의 빛의 파장일 수 있으며, L은 미세먼지 분석장치 내의 광소멸이 일어나는 경로의 길이 일 수 있다.
그리고, 제1미세먼지농도(fvs1)를 계산하는 동시에, 하기 [수식 2]에 따라 제1산란계수(Ksc1)를 통해 제2미세먼지농도(fvs1)를 계산할 수 있다(S201).
[수식 2]
수식 2에서, Is는 미세먼지에서 산란된 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광산란이 일어나는 경로의 길이이다. 그리고, 여기서 Is는 미세먼지 분석장치에서 측정될 수 있다.
그리고, 제1미세먼지농도 및 제2미세먼지농도를 계산하여 획득한 후에, 제1미세먼지농도와 제2미세먼지농도의 값을 비교하여 오차율을 측정할 수 있다(S202). 그리고, 여기서 오차율은 10%일 수 있다.
그리고, 도 4에서 도시된 것과 같이 특정 미세먼지의 광소멸계수는 광산란계수(Ksc)와 광흡수계수의 합으로 나타낼 수 있으며, 이에 따라 제1미세먼지농도와 제2미세먼지 농도의 오차율이 일정 값 이하인 경우에는 하기 수식 3을 통해서 제1흡수계수를 계산할 수 있다(S203).
[수식 3]
그리고, 수식 3에 따라 제1흡수계수가 계산되면, 미세먼지 분석장치에 포함된 데이터베이스에 제1광소멸계수(Ke1), 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 입력하고 미세먼지 분석장치에 구축된 데이터베이스에 데이터에 대입하여 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 분석할 수 있다(S204).
그리고 여기서 데이터 베이스는 물질별 광소멸계수 데이터, 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscopy) 데이터, 라만(Raman) 분석 데이터, 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 오차율이 미리 정해진 일정 값을 초과하는 경우에는 제1광소멸계수(Ke1) 및 제1산란계수(Ksc1)는 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정될 수 있다(S205). 이때, 제1광소멸계수(Ke1) 및 제1산란계수(Ksc1)는 중량포집법 등의 다른 측정방법으로 각각 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 수정될 수 있다.
그리고, 수정된 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제4미세먼지농도 및 제5미세먼지농도를 계산할 수 있다. 그리고, 제4미세먼지농도 값과 제5미세먼지농도 값을 비교한 오차율이 미리 정해진 일정 값 이하인 경우에는, 제2흡수계수가 제1흡수계수와 동일하게 하기 수식 4를 통하여 계산될 수 있다.
[수식 4]
그리고, 수정된 제2광소멸계수 및 제2산란계수, 제2흡수계수를 미세먼지 분석장치에 구축된 데이터베이스에 대입하여 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 판단할 수 있다(S204).
한편, 제1광소멸계수와 제1산란계수가 제2광소멸계수 및 제2산란계수로 수정된 후, 제4 및 제5 미세먼지의 농도의 오차율이 일정 값을 초과하는 경우에는 제2광소멸계수와 제2산란계수가 추가적으로 제3광소멸계수, 제3산란계수 등으로 수정될 수 있고, 이에 따라 계산된 미세먼지 오차율을 다시 측정할 수 있다.
즉, 수정된 광소멸계수와 산란계수로 계산된 미세먼지농도의 오차율이 미리 정해진 일정 값을 초과하는 경우에는 광소멸계수 및 산란계수를 수정하는 단계를 거쳐 미세먼지농도의 오차율이 일정 값 이하가 될 때까지 추가적으로 수정될 수 있다.
이와 같이, 제1실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단 방법은, 기본적으로는 미리 입력된 광소멸계수와 산란계수를 이용하여 미세먼지의 농도를 측정하면서, 오차발생시에는 조건 변화가 고려된 광소멸계수와 산란계수를 재측정하고, 장치에 입력되어 있는 데이터베이스를 통하여 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 분석할 수 있어, 미세먼지 광학특성 분석의 정밀도가 향상되고, 단시간 내에 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 분석하는 것이 가능하다.
도 3은 제2실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제2실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법은, 광소멸계수 및 광산란계수를 통해 미세먼지농도를 계산하는 단계(S301), 획득된 미세먼지 농도의 오차율을 측정하는 단계(S302), 오차율이 일정 값 이하인 경우 광흡수계수를 계산하는 단계(S303), 데이터베이스에 광소멸계수, 광산란계수, 광흡수계수를 대입하여 미세먼지 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 출력하는 단계(S304)를 포함할 수 있다.
그리고, 도 3을 참조하면, 제2실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단방법은 획득된 미세먼지 농도의 오차율이 미리 정해진 일정 값을 초과하는 경우에는 중량 포집법을 적용하여 광소멸계수 및 산란계수를 수정하는 단계(S305)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 중량포집법을 적용하여 광소멸계수 및 산란계수를 수정하는 단계(S305)는 미세먼지를 포집하는 단계, 미세먼지 농도를 계산하는 단계, 미세먼지 농도로부터 광소멸계수 및 산란계수를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 미세먼지를 포집하는 단계에서, 미세먼지를 포집하고, 미세먼지 포집 시간, 공기의 유량, 미세먼지의 질량 및 밀도를 측정할 수 있다.
그리고, 미세먼지의 농도를 계산하는 단계에서, 측정된 미세먼지의 밀도, 질량, 공기의 유량, 포집시간을 이용하여 하기 수식 5에 따라 제3미세먼지 농도(fg)를 측정할 수 있다.
[수식 5]
여기서, ρ는 미세먼지 밀도이고, t는 포집시간이고, V는 공기의 유량이고, m은 포집된 미세먼지 질량이다.
그리고, 미세먼지의 농도 측정 후, 미세먼지 농도로부터 광소멸계수 및 산란계수를 계산하는 단계가 진행되며, 이때 광소멸계수는 제1광소멸계수와는 상이한 제2광소멸계수(Ke2)일 수 있고, 하기 [수식 6]로 계산될 수 있다.
[수식 6]
여기서, I는 미세먼지를 투과한 빛의 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이이고, fg는 제5미세먼지 농도이다.
그리고, 산란계수는 제1산란계수와 상이한 제2산란계수(Ksc2) 일 수 있고, 하기 [수식 7]로 계산될 수 있다.
[수식 7]
수식 7에서, Is는 미세먼지에서 산란된 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이이다.
그리고, 계산된 제2광소멸계수 및 제2산란계수는 다시 광소멸계수 및 광산란계수를 통해 미세먼지농도를 계산하는 단계(S301)가 진행되어, 제2광소멸계수 및 제2산란계수를 통해 미세먼지 농도가 다시 계산되며, 이때 계산된 미세먼지농도간의 오차율이 일정 값 이하인 경우, 광 흡수계수가 다시 계산될 수 있다.
그리고, 도 2 내지 도 3에 도시된 제1실시예 및 제2실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단 방법은 도 1에 도시된, 일 실시예에 따른 미세먼지 분석장치의 연산장치에 소프트웨어의 형태로 포함될 수 있다.
따라서, 제2실시예에 따른 미세먼지 광학특성 분석방법은 미리 입력된 제1광소멸계수 및 제1광산란계수의 값이 실제 분석되는 미세먼지의 광 특성 값과 상이한 경우, 중량 포집법이 부가적으로 사용되어 보다 높은 정밀도로 미세먼지 농도가 계산되며, 이에 따라 미세먼지 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 더욱 정확하게 출력하는 것이 가능하다.
도 5는 개별 화합물에 대한 광소멸계수를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 미세먼지에 포함된 발생원들은 각각 다른 광소멸계수를 가질 수 있다. 그리고, 이러한 발생원별 광소멸계수 데이터는 미세먼지 분석장치의 데이터베이스에 미리 입력되어 있을 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단 방법에 따라 추출한 광소멸계수를 발생원별 광소멸계수 데이터에 대입하여 개략적인 미세먼지 발생원을 판단할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단 방법에 따라 추출한 특정 미세먼지의 광 소멸계수 값이 8.12에 근사한 값인 경우, 특정 미세먼지에는 아세틸렌(Acetylene)이 포함되어 있다고 판단할 수 있다.
도 6은 미분탄의 투과 전자 현미경 이미지를 나타내는 도면이다.
도 7은 등유의 투과 전자 현미경 이미지를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 7에는 미분탄, 등유 입자의 투과 전자 현미경 이미지(TEM: Transmission Electron Microscopy)가 도시되어 있다. 그리고, 일 실시예에 따른 미세먼지 분석 장치의 데이터베이스에는 투과 전자 현미경 이미지 데이터가 구축되어 포함될 수 있고, 투과 전자 현미경 이미지 데이터를 이용하여 미세먼지의 발생원의 특성을 판단할 수 있다.
구체적으로, 일반적으로 미세먼지 입자의 외형이 클수록 산란 특성이 강하다고 알려져 있으며, 따라서, 도 6(a), 6(b)의 미분탄 미세먼지 입자 이미지, 도 7(a), 7(b)의 등유 미세먼지 이미지에 도시된 것과 같이 등유 미세먼지 입자보다 크기가 큰 미분탄 미세먼지 입자는 산란 특성이 큰 것으로 예측할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단 방법을 통해 특정 미세먼지의 산란계수를 추출하고, 산란계수의 크기에 따라 특정 미세먼지의 크기를 예측하고 이에 따라 발생원을 예측할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 미세먼지 분석장치의 데이터 베이스에는 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터가 포함될 수 있고, 광소멸계수, 또는 미세먼지의 발생원 데이터를 통해 통해 미세먼지의 원소 탄소와 유기 탄소의 비율을 예측할 수 있다.
연소과정에서 발생하는 미세먼지 입자는 주로 탄소성분을 포함하고 있고, 이때 탄소성분은 원소 탄소(Elemental Carbon, EC)와 유기 탄소(Organic Carbon, OC)로 구분될 수 있다. 원소 탄소는 흑연화 탄소라고도 불리우며 주로 연료의 연소과정에서 생성되는 1차 오염물질에 해당하며, 유기 탄소는 탄화수소와 산소화물의 혼합물로 1차 오염물질로 배출되거나, 광화학 반응을 통해 2차 오염 물질로도 생성될 수 있다.
그리고, 원소 탄소의 경우 일반적으로 산란성보다 흡수성이 강하고, 유기 탄소의 경우 흡수성 보다 산란성이 강한 것이 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 미세먼지 분석 장치의 데이터베이스에는 유기탄소와 원소탄소 비율 데이터가 구축되어 포함됨으로써, 특정 미세먼지에서 측정된 광소멸계수와 발생원을 대입하여, 미세먼지의 발생원 및 광학특성을 예측할 수 있다.
도 8은 미분탄과 등유의 라만(Raman) 분광 결과를 나타내는 도면이다.
라만(Raman)분광법에서, Gpeak는 흑연화된 탄소 구조가 존재함을 의미하며, Dpeak는 무정형하게 배열된 탄소 구조가 있음을 의미한다. 그리고, 이러한 Gpeak와 Dpeak는 강도의 비(ID/IG)를 이용해서 나타낼 수 있으며, 강도의 비가 커질수록 탄소의 배열 형태를 판단하는 것이 가능하다. 그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 미분탄(Coal) 미세먼지(도 8의 상측에 도시된 곡선)의 강도의 비가 등유(Kerosene) 미세먼지(도 8의 하측에 도시된 곡선)보다 강도의 비가 작은 것이 나타나고 있으며, 미분탄 미세먼지와 등유 미세먼지의 탄소 배열 형태를 판단하고, 각 미세먼지의 흡수, 산란 특성을 얻을 수 있다.
따라서, 이와 같은 라만 분광법을 사용하여 구축한 데이터를 일 실시예에 따른 미세먼지 분석장치 데이터베이스에 포함시켜, 본 명세서의 실시예에 따른 미세먼지 광학특성 판단 방법을 통해 얻어진 광소멸계수 또는 미세먼지 발생원 데이터를 대입하여 특정 미세먼지의 발생원 및 광학특성(산란, 흡수)을 개략적으로 판단하는 것이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 미세먼지로부터 광산란현상과 광흡수현상을 함께 분석하여 미세먼지의 발생원과 미세먼지를 농도를 정밀하게 분석할 수 있고, 데이터베이스를 기반으로 한 간접적인 분석방법을 사용하여 시간과 비용측면에서 효율적으로 측정할 수 있게 된다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (18)
- 미세먼지 분석 장치가 미세먼지의 광학특성을 판단하는 방법에 있어서,
미리 입력된 제1광소멸계수(Ke1)를 통해 제1미세먼지농도(fv1)를 계산하고, 미리 입력된 제1산란계수(Ksc1)를 통해 제2미세먼지농도(fvs1)를 계산하는 단계;
상기 제1미세먼지농도(fv1)와 상기 제2미세먼지농도(fvs1) 값을 비교하여 오차율을 측정하는 단계;
상기 오차율이 일정 값 이하인 경우,
[수식 1]
상기 수식 1을 통해 제1흡수계수(Ka1)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제1광소멸계수(Ke1), 상기 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성을 출력하는 단계; 및,
상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우,
상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정하고, 상기 제2광소멸계수(Ke2) 및 상기 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제2흡수계수(Ka2)를 계산하고,
상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제2광소멸계수(Ke2), 상기 제2산란계수(Ksc2), 및 제2흡수계수(Ka2)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성을 판단하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 제1항에 있어서,
상기 오차율의 상기 일정 값은 10%인, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1미세먼지농도(fv1)는 하기 수식 2에 의해 계산되고, 상기 제2미세먼지농도(fvs1)는 하기 수식 3에 의해 계산되는, 미세먼지 광학특성 판단 방법.
[수식 2]
(상기 수식 2에서, I는 미세먼지를 투과한 빛의 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
[수식 3]
(상기 수식 3에서, Is는 미세먼지에서 산란된 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임) - 제1항에 있어서,
상기 데이터베이스는, 물질별 광소멸계수 데이터, 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscopy) 데이터, 라만(Raman) 분석 데이터, 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터 중 적어도 하나를 포함하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 제4항에 있어서,
상기 데이터베이스는 물질별 광소멸계수 데이터를 포함하고,
미세먼지의 발생원은 상기 물질별 광소멸계수 데이터를 통해 판단되는, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 제5항에 있어서,
상기 데이터베이스는 투과 전자 현미경 데이터를 더 포함하고,
미세먼지의 산란 특성이 상기 투과 전자 현미경 데이터에 의해 추정되는, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 제5항에 있어서,
상기 데이터베이스는 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터를 더 포함하고,
상기 제1광소멸계수(Ke1), 제2광소멸계수(Ke2) 또는 상기 물질별 광소멸계수 데이터를 통해 판단된 미세먼지 발생원을 통해, 미세먼지의 원소 탄소와 유기 탄소의 비율을 예측하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 제4항에 있어서,
상기 데이터베이스는 라만(Raman) 분석 데이터를 포함하고,
상기 제1광소멸계수(Ke1), 제2광소멸계수(Ke2) 또는 상기 물질별 광소멸계수 데이터를 통해 판단된 미세먼지 발생원을 통해, 미세먼지의 광학특성을 판단하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 미세먼지 분석 장치가 미세먼지의 광학특성을 판단하는 방법에 있어서,
미리 입력된 제1광소멸계수(Ke1)를 통해 제1미세먼지농도(fv1)를 계산하고, 미리 입력된 제1산란계수(Ksc1)를 통해 제2미세먼지농도(fvs1)를 계산하는 단계;
상기 제1미세먼지농도(fv1)와 상기 제2미세먼지농도(fvs1) 값을 비교하여 오차율을 측정하는 단계;
상기 오차율이 일정 값 이하인 경우,
[수식 1]
상기 수식 1을 통해 제1흡수계수(Ka1)를 계산하고, 상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제1광소멸계수(Ke1), 상기 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성을 출력하는 단계; 및,
상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우,
상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 중량 포집법을 적용하여 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정하고, 상기 제2광소멸계수(Ke2) 및 상기 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제2흡수계수(Ka2)를 계산하고,
상기 미세먼지 분석 장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제2광소멸계수(Ke2), 상기 제2산란계수(Ksc2), 및 제2흡수계수(Ka2)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성을 판단하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 제9항에 있어서,
상기 오차율의 상기 일정 값은 10%인, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1미세먼지농도(fv1)는 하기 수식 2에 의해 계산되고, 상기 제2미세먼지농도(fvs1)는 하기 수식 3에 의해 계산되는, 미세먼지 광학특성 판단 방법.
[수식 2]
(상기 수식 2에서, I는 미세먼지를 투과한 빛의 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
[수식 3]
(상기 수식 3에서, Is는 미세먼지에서 산란된 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임) - 제9항에 있어서,
상기 데이터베이스는, 물질별 광소멸계수 데이터, 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscopy) 데이터, 라만(Raman) 분석 데이터, 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터 중 적어도 하나를 포함하는, 미세먼지 광학특성 판단 방법. - 미세먼지가 통과되는 덕트;
상기 미세먼지로 빛을 조사하는 광원;
상기 미세먼지에서 반사, 투과, 또는 산란된 광을 측정하는 광측정기; 및
상기 광측정기에서 측정된 데이터를 분석하는 연산장치를 포함하고,
상기 연산장치는,
미리 입력된 제1광소멸계수(Ke1)를 통해 제1미세먼지농도(fv1)를 계산하고, 미리 입력된 제1산란계수(Ksc1)를 통해 제2미세먼지농도(fvs1)를 계산하며,
상기 제1미세먼지농도(fv1)와 상기 제2미세먼지농도(fvs1) 값을 비교하여 오차율을 측정하고,
상기 오차율이 일정 값 이하인 경우,
[수식 1]
상기 수식 1을 통해 제1흡수계수(Ka1)를 계산하고, 상기 제1광소멸계수(Ke1), 상기 제1산란계수(Ksc1), 및 제1흡수계수(Ka1)를 상기 연산장치에 구축된 데이터베이스에 입력하여 미세먼지의 발생원 및 광학특성을 출력하고,
상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우,
상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정되며, 상기 제2광소멸계수(Ke2) 및 상기 제2산란계수(Ksc2)를 통해 제2흡수계수(Ka2)를 계산하고,
상기 연산장치에 구축된 데이터베이스 및 상기 제2광소멸계수(Ke2), 상기 제2산란계수(Ksc2), 및 제2흡수계수(Ka2)를 통해 미세먼지의 발생원 및 광학특성을 판단하는, 미세먼지 분석장치. - 제13항에 있어서,
상기 오차율의 상기 일정 값은 10%인, 미세먼지 분석장치. - 제13항에 있어서,
상기 제1미세먼지농도(fv1)는 하기 수식 2에 의해 계산되고, 상기 제2미세먼지농도(fvs1)는 하기 수식 3에 의해 계산되는, 미세먼지 분석장치.
[수식 2]
(상기 수식 2에서, I는 미세먼지를 투과한 빛의 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임)
[수식 3]
(상기 수식 3에서, Is는 미세먼지에서 산란된 복사 강도, Io는 빛이 미세먼지를 투과하기 전의 복사강도, λ는 레이저에서 조사된 빛의 파장, L은 광소멸이 일어나는 경로의 길이임) - 제13항에 있어서,
상기 데이터베이스는, 물질별 광소멸계수 데이터, 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscopy) 데이터, 라만(Raman) 분석 데이터, 원소 탄소/유기 탄소(Elemental Carbon/Organic Carbon) 비율 데이터 중 적어도 하나를 포함하는, 미세먼지 분석장치. - 제13항에 있어서,
상기 오차율이 일정 값을 초과하는 경우,
상기 제1광소멸계수(Ke1) 및 상기 제1산란계수(Ksc1)는 중량 포집법을 적용하여 제2광소멸계수(Ke2) 및 제2산란계수(Ksc2)로 각각 수정되는, 미세먼지 분석장치. - 제13항에 있어서,
상기 덕트는 상기 미세먼지가 중력방향으로 이동하기 위한 수직방향덕트인, 미세먼지 분석장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190155487A KR102259368B1 (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 미세먼지 광학특성 판단방법 및 미세먼지 분석장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190155487A KR102259368B1 (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 미세먼지 광학특성 판단방법 및 미세먼지 분석장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR102259368B1 true KR102259368B1 (ko) | 2021-06-01 |
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|---|---|---|---|
| KR1020190155487A KR102259368B1 (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 미세먼지 광학특성 판단방법 및 미세먼지 분석장치 |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20010053938A (ko) * | 1999-12-02 | 2001-07-02 | 임창생 | 광흡수 분진농도 측정방법 및 그 장치 |
| KR20100012377A (ko) * | 2008-07-28 | 2010-02-08 | 경주대학교 산학협력단 | 광학기술을 이용한 시정 진단 프로그램 |
| KR20110121810A (ko) * | 2010-05-03 | 2011-11-09 | 건국대학교 산학협력단 | 미세입자 측정 데이터 보정 시스템 및 그 방법 |
| KR101156103B1 (ko) * | 2011-12-28 | 2012-06-20 | 서울대학교산학협력단 | 에어로졸 산란계수와 흡수계수를 이용한 황사의 판독 방법. |
-
2019
- 2019-11-28 KR KR1020190155487A patent/KR102259368B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| KR20010053938A (ko) * | 1999-12-02 | 2001-07-02 | 임창생 | 광흡수 분진농도 측정방법 및 그 장치 |
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| KR101156103B1 (ko) * | 2011-12-28 | 2012-06-20 | 서울대학교산학협력단 | 에어로졸 산란계수와 흡수계수를 이용한 황사의 판독 방법. |
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