KR102286938B1 - 차량용 미세 먼지 감지 센서 - Google Patents

차량용 미세 먼지 감지 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 미세 먼지 감지 센서에 관한 것으로서, 입구로 유입된 공기를 레이저다이오드모듈이 설치된 방향으로 유도하면서 레이저다이오드에서 조사된 빛을 입구로 반사시켜 제거하는 에어가이드를 메인유로의 입구측 내벽에 상향경사지게 형성하고, 합성수지 재질로서 원통형으로 사출되는 모듈 케이스를 구비하여 이 모듈케이스의 내부에 레이저다이오드를 끼워 설치할 수 있도록 구성하므로서, 레이저 다이오드 모듈을 구성하고 있는 모듈 케이스를 내열 플라스틱 재질로 사출 성형하여 중량 감소 및 원가 절감하면서, 광학전용 플라스틱 재질로 적용시 스포(SPOT) 사이즈를 100㎛ 이하로 구현할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인하여 균일한 빛 강도로 인하여 측정 오차를 최소화할 수 있으며, 에어가이드를 통해 빛을 케이스 외부로 반사시켜 제거함에 따라 빛 간섭에 의한 미세먼지 측정 오차를 줄여줄 수 있도록 한 차량용 미세 먼지 감지 센서에 관한 것이다.

Description

차량용 미세 먼지 감지 센서 { Vehicle fine dust detection sensor }
본 발명은 차량용 미세 먼지 감지 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입구로 유입된 공기를 레이저다이오드모듈이 설치된 방향으로 유도하면서 레이저다이오드에서 조사된 빛을 입구로 반사시켜 제거하는 에어가이드를 메인유로의 입구측 내벽에 상향경사지게 형성하고, 합성수지 재질로서 원통형으로 사출되는 모듈 케이스를 구비하여 이 모듈케이스의 내부에 레이저다이오드를 끼워 설치할 수 있도록 구성하므로서, 레이저 다이오드 모듈을 구성하고 있는 모듈 케이스를 내열 플라스틱 재질로 사출 성형하여 중량 감소 및 원가 절감하면서, 광학전용 플라스틱 재질로 적용시 스포(SPOT) 사이즈를 100㎛ 이하로 구현할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인하여 균일한 빛 강도로 인하여 측정 오차를 최소화할 수 있으며, 에어가이드를 통해 빛을 케이스 외부로 반사시켜 제거함에 따라 빛 간섭에 의한 미세먼지 측정 오차를 줄여줄 수 있도록 한 차량용 미세 먼지 감지 센서에 관한 것이다.
일반적적으로 차량의 실내와 같은 밀폐된 공간에 미세먼지 센서를 장착하여 공기중에 내포된 미세먼지 농도를 감지하고, 공기 청전기로 미세 먼지가 내포된 공기를 정화시켜 미세 먼지 농도를 관리할 수 있도록 한다.
도 2 는 종래의 미세먼지센서를 도시한 것으로서, 케이스(20)가 구비되고, 케이스(20)의 일측에는 공기가 유입되는 입구(21)가 형성되며, 케이스(20)의 타측에는 공기가 외부로 배출되는 출구(22)가 형성되며, 출구(22)에는 송풍팬(24)이 설치되어 있다.
그리고, 입구(21)와 출구(22)를 연결하는 메인유로(23)가 케이스(20)의 내부에 복잡한 구조를 갖도록 형성되어 있어서 송풍팬(24)이 작동하면 입구(21)로 유입된 공기가 메인유로(23)를 이동한 후 출구(22)를 통해 외부로 배출되도록 구성된다.
또한, 메인유로(23)의 중간부로 부터 분기되도록 감지유로(25)가 형성되어 있으며, 감지유로(25)를 통과하는 공기중에 포함된 먼지농도를 감지하기 위한 수단으로 발광부(26)와 수광부(27)가 설치된다.
발광부(26)는 감지유로(25)의 일측에 설치되어 감지유로(25)를 향하도록 빛을 조사하도록 구성되며, 발광부(26)는 레이저다이오드를 적용할 수 있으며, 금속재로 이루어진 별도의 케이스에 설치될 수 있다.
수광부(27)는 발광부(26)에서 발광된 빛이 먼지에 부딪혀 산란되는 빛의 양을 감지하는 것으로, 감지유로(25)의 바닥부 또는 상부에 설치할 수 있으며, 수광부(27)는 포토다이오드로서 구현할 수 있다.
발광부(26)의 출력측에는 빛을 모아주는 렌즈(29)를 설치할 수 있으며, 발광부(26)에 대향하도록 빛제거부(28)를 설치한다.
빛제거부(28)는 발광부(26)에서 조사된 빛을 흡수 제거하여 발광부(26)에서 조사된 빛이 반사되어 수광부(27)에 공급되지 않도록 하는 것이다.
그러나, 종래의 미세먼지센서는 발광부에서 조사된 빛을 제거하는 빛제거부를 케이스 내부에 별도로 설치해야만 하므로 전체적인 제품의 크기가 커지는 문제점이 있었고, 공기가 유동되는 통로인 메인유로와 감지유로가 직선형으로 형성되어 있지 않고 미로 형태로 여러번 굴곡지게 형성되어 있으므로 입구로 유입된 공기를 메인유로와 감지유로로 강제 유동시키기 위해서는 고 rpm의 송풍팬용 모터를 사용해야만 하므로 제품의 생산단가가 높아질 뿐만 아니라 송풍팬의 작동소음이 커지게되는 문제점이 발생하고 있었으며, 메인유로와 감지유로의 경로가 복잡하게 이루어져 있기 때문에 제품의 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 제품의 크기가 커져 소형화를 구현하기 어려워지고, 레이저다이오드를 금속재 케이스에 설치해야만 하므로 대량생산이 어려워짐은 물론이고 레이저다이오드의 출력을 정밀하게 셋팅하기 어려운 문제점이 발생하고 있었다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 입구로 유입된 공기를 레이저다이오드모듈이 설치된 방향으로 유도하면서 레이저다이오드에서 조사된 빛을 입구로 반사시켜 제거하는 에어가이드를 메인유로의 입구측 내벽에 상향경사지게 형성하고, 합성수지 재질로서 원통형으로 사출되는 모듈 케이스를 구비하여 이 모듈케이스의 내부에 레이저다이오드를 끼워 설치할 수 있도록 구성하므로서, 레이저 다이오드 모듈을 구성하고 있는 모듈 케이스를 내열 플라스틱 재질로 사출 성형하여 중량 감소 및 원가 절감하면서, 광학전용 플라스틱 재질로 적용시 스포(SPOT) 사이즈를 100㎛ 이하로 구현할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인하여 균일한 빛 강도로 인하여 측정 오차를 최소화할 수 있으며, 에어가이드를 통해 빛을 케이스 외부로 반사시켜 제거함에 따라 빛 간섭에 의한 미세먼지 측정 오차를 줄여줄 수 있도록 한 차량용 미세 먼지 감지 센서를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은,
미세 먼지가 내포된 공기가 유동되는 메인유로와, 그 메인유로를 통과한 빛을 제거하는 빛 제거부가 구비된 케이스와;
메인유로의 내부 공간으로 빛을 조사할 수 있도록 케이스의 내부에 구비된 PCB 기판에 고정되는 레이저 다이오드 모듈과;
레이저 다이오드 모듈로부터 조사되는 빛이 먼지와 부딪쳐 산란되는 빛을 감지하는 수광부와;
레이저 다이오드 모듈 및 수광부를 PCB 기판에 결합하는 수납 수단과;
메인유로를 통과한 빛을 반사시켜 빛 제거부의 내부 공간으로 유도할 수 있도록 상기 레이저 다이오드 모듈과 대향되게 케이스의 내측면에 상향 경사지게 형성되는 빛 반사판과;
빛 제거부로 유입된 빛을 산란시켜 제거할 수 있도록 빛 제거부 상부 내측에 요철 모양으로 돌출 형성되는 상쇄돌기;로 구성하고,
상기 레이저 다이오드 모듈은, 합성수지 재질로서 원통형으로 사출되는 모듈 케이스와;
모듈 케이스의 후단 내측에 설치되는 레이저 다이오드와;
레이저 다이오드로부터 발생되는 빛을 모아서 메인유로의 내부 공간으로 조사할 수 있도록 상기 모듈 케이스의 전단 내측에 설치되는 렌즈;로 구성하며,
상기 수납 수단은, 레이저 다이오드 모듈이 수납되는 레이저 모듈 수납부와;
메인유로의 내부로 빛을 안내하는 안내홀이 구비되며, 레이저 모둘 수납부의 전단에 단차지게 형성되는 빛 안내부와;
수광부의 상부를 고정하는 고정부 내주면에 돌출 형성된 설치홈이 구비되며, 상기 빛 안내부의 전단에 형성되는 수광센서 설치부;로 구성하고, 그 레이저 모듈 수납부와 빛 안내부와 수광센서 설치부를 일체형으로 형성하여 레이저 다이오드 모듈 및 수광부를 동시에 PCB 기판에 고정되게 결합할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 의하면, 레이저 다이오드 모듈을 구성하고 있는 모듈 케이스를 내열 플라스틱 재질로 사출 성형하여 중량 감소 및 원가 절감하면서, 광학전용 플라스틱 재질로 적용시 스포(SPOT) 사이즈를 100㎛ 이하로 구현할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인하여 균일한 빛 강도로 인하여 측정 오차를 최소화할 수 있으며, 에어가이드를 통해 빛을 케이스 외부로 반사시켜 제거함에 따라 빛 간섭에 의한 미세먼지 측정 오차를 줄여줄 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 차량용 미세 먼지 감지 센서의 단면도.
도 2는 본 발명의 수납 수단의 부분 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 레이저 다이오드 모듈의 사시도.
도 4는 본 발명의 차량용 미세 먼지 감지 센서의 레이저 다이오드 모듈 단면도.
도 5와 도 6은 본 발명의 레이저 다이오드 모듈에 형성되는 방열 수단을 도시한 단면도.
도 7은 종래의 차량용 미세먼지 센서를 도시한 단면도.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 6을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하게 되면 다음과 같다.
상기 도면에 의하면 본 발명은,
케이스(1)의 일측과 타측에 입구(8)와 출구(9)가 형성되어 있는 메인유로(10)와;
메인유로(10)의 내부 공간을 향해 빛을 조사하는 레이저다이오드(160)를 포함하는 레이저다이오드모듈(100)과;
레이저다이오드모듈(100)에서 조사된 빛이 먼지에 부딪혀 산란되는 빛을 감지하는 수광부(7);를 포함하여 구성된 차량용 미세먼지 감지센서에 있어서,
입구(8)로 유입된 공기를 레이저다이오드모듈(100)이 설치된 방향으로 유도하는 에어가이드(230)를 메인유로(10)의 입구측 내벽에 상향경사지게 형성하면서 에어가이드(230)가 레이저다이오드모듈(100)과 대향되는 위치에 설치하여 레이저다이오드모듈(100)에서 조사된 빛이 에어가이드(230)에 부딪힌 후 입구(8)를 통해 외부로 반사 제거되도록 구성하고,
레이저 다이오드 모듈(100)은,
합성수지 재질로서 원통형으로 사출되는 모듈 케이스(110)를 구비하여 이 모듈케이스(110)의 내부에 레이저다이오드(160)를 끼워 설치할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레이저 다이오드(160)와 렌즈(170) 사이로 위치하도록 모듈 케이스(110)의 내주면에 입사각 조절 가이드(130)를 돌출되게 형성하여 상기 레이저 다이오드(160)로부터 렌즈(170)로 발산되는 빛의 입사각을 제어할 수 있도록 구성하고,
PCB 기판(250)에 밀착되는 결합면(111)을 모듈 케이스(110)의 저면에 길이 방향으로 형성하며,
외부 공기가 유입 및 유출되면서 상기 레이저 다이오드(160)로부터 발생 되는 열을 방열시키는 다수의 방열홀(140)을 모듈 케이스(110)에 길이 방향으로 형성하거나 또는 나선형으로 모듈 케이스(110)에 방열홀(140)을 형성하고,
모듈 케이스(110)의 내주면에는 다수의 방열판(150)을 매립되게 결합하며,
방열홀(140)의 내부 공간에 돌출되는 방열핀(151)을 상기 방열판(150)에 형성한 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 차량 미세 먼지 감지 센서의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 수납 수단(200)을 도시한 부분 확대 단면도이며, 도 3은 본 발명의 레이저 다이오드 모듈(100)을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 레이저 다이오드 모듈의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명은 수납 수단(200)을 이용하여 케이스(1)의 내부에 구비된 PCB 기판(250)에 설치된 레이저 다이오드 모듈(100)과 수광부(7)를 동시에 고정할 수 있도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 입구(8)로 유입된 공기를 레이저다이오드모듈(100)이 설치된 방향으로 유도하는 에어가이드(230)를 메인유로(10)의 입구측 내벽에 상향경사지게 형성하면서 에어가이드(230)가 레이저다이오드모듈(100)과 대향되는 위치에 설치하여 레이저다이오드모듈(100)에서 조사된 빛이 에어가이드(230)에 부딪힌 후 입구(8)를 통해 외부로 반사 제거되도록 구성한 것이다.
또한, 본 발명은 합성수지 재질로서 원통형으로 사출되는 모듈 케이스(110)를 구비하여 이 모듈케이스(110)의 내부에 레이저다이오드(160)를 끼워 설치할 수 있도록 구성한 것이다.
상기 레이저 다이오드 모듈(100)과 수광부(7)를 PCB 기판(250)에 고정하는 수납 수단(200)은 도 2와 같이 레이저 다이오드 모듈(100)를 수납하여 고정하는 레이저 모듈 수납부(210)와, 상기 레이저 다이오드 모듈(100)에서 조사되는 빛을 메인유로(10)로 안내하는 빛 안내홀(212)이 구비된 빛 안내부(211)와, 먼지와 부딪쳐 산란되는 빛을 감지할 수 있는 수광부(7)를 고정하는 수광센서 설치부(220)로 구성한다.
상기 수납 수단(200)을 구성하고 있는 레이저 모듈 수납부(210)와 빛 안내부(211)와 수광센서 설치부(220)는 일체로 형성한다.
상기 수납 수단(200)을 구성하고 있는 레이저 모듈 수납부(210)와 빛 안내부(211)와 수광센서 설치부(220)를 일체로 형성하므로서, PCB 기판(250)에 고정되게 설치되는 레이저 다이오드 모듈(100) 및 수광부(7)를 동시에 고정할 수 있어 조립 공정을 현저히 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 것이다.
그리고 레이저 모듈 수납부(210)와 수광센서 설치부(220)를 이용하여 동일한 간격을 이루도록 PCB 기판(250)에 레이저 다이오드 모듈(100) 및 수광부(7)를 설치함으로서, 상기 메인유로(10)로 조사되어 먼지와 부딪쳐 산란되는 빛을 수광부(7)가 용이하게 감지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
한편, 입구(8)로 유입된 공기를 레이저다이오드모듈(100)이 설치된 방향으로 유도하는 에어가이드(230)를 메인유로(10)의 입구측 내벽에 상향경사지게 형성하면서 에어가이드(230)가 레이저다이오드모듈(100)과 대향되는 위치에 설치하여 레이저다이오드모듈(100)에서 조사된 빛이 에어가이드(230)에 부딪힌 후 입구(8)를 통해 외부로 반사 제거되도록 구성한다.
따라서, 메인유로(10)를 통과한 빛은 에어가이드(230)에 반사되어 입구(8)를 통해 케이스(1) 외부로 배출되면서 제거되는 것이다.
한편, 레이저 다이오드 모듈(100)은 도 4와 같이 모듈 케이스(110)와, 모듈 케이스(110)의 내부에 설치되는 레이저 다이오드(160) 및 렌즈(170)로 구성한다.
상기 모듈 케이스(110)는 합성수지 재질로 성형 사출되는 데, 상기 모듈 케이스(110)는 내열 플라스틱 또는 광학전용 플라스틱 또는 PC(PolyCarbonate)등으로 이루어진다.
상기 모듈 케이스(110)의 중앙에는 도 3과 같이 관통홀(120)을 형성하고, 상기 관통홀(120)과 연통되는 결합홈(121)을 모듈 케이스(110)의 후단에 형성하며, 상기 결합홈(121)과 대응되게 모듈 케이스(110)의 전단 내측에 안착홈(122)을 관통홀(120)과 연통되게 형성한다.
상기 모듈 케이스(110)의 후단에 형성된 결합홈(121)에는 레이저 다이오드(160)를 PCB기판(250)과 연결되게 결합하고, 상기 모듈 케이스(110)의 전단에 형성된 안착홈(122)에는 레이저 다이오드(160)에서 발생 되는 빛을 집광하여 조사하는 렌즈(170)를 결합한다.
따라서, 전,후단에 각각 형성된 결합홈(121)과 안착홈(122)으로 인해 레이저 다이오드(160)와 렌즈(170)는 서로 이격되게 합성 수지 재질로 이루어진 모듈 케이스(110)에 결합 것이다.
이와 같이 레이저 다이오드(160)와 렌즈(170)가 결합 되는 모듈 케이스(110)의 중앙 내주면에는 입사각 조절 가이드(130)를 돌출되게 형성하여 도 3과 같이 상기 렌즈(170)로 조사되는 빛의 입사각을 제어할 수 있도록 한다.
이와 같이 형성된 본원 발명의 바람직한 결합 상태를 설명하게 되면 다음과 같다.
먼저, 레이저 모듈 수납부(210)와 수광센서 설치부(220)가 일체로 형성된 수납 수단(200)을 이용하여 PCB 기판(250)에 결합 된 레이저 다이오드 모듈(100)과 수광부(7)를 고정되게 결합한다.
상기 수납 수단(200)을 이용하여 PCB 기판(250)에 고정되게 설치된 레이저 다이오드 모듈(100)과 수광부(7)에 전원을 공급하여 상기 레이저 다이오드(160)로부터 빛이 조사되도록 한다.
상기 레이저 다이오드(160)로부터 발산되는 빛은 모듈 케이스(110)의 전단 내측에 설치된 렌즈(170)로 조사되고, 그 렌즈(170)는 조사되는 빛을 집광하여 수납 수단(200)을 구성하고 있는 빛 안내홀(212)이 구비된 빛 안내부(211)를 통해 메인유로(10) 내부로 포커싱한다.
이때, 렌즈(170)로 조사되는 빛은 모듈 케이스(110)의 내측면에 돌출 형성된 입사각 조절 가이드(130)에 의해 입사각이 제어된 상태로 렌즈(170)로 발산되는 것이다.
이와 동시에 모터의 회전력을 전달받은 작동되는 송풍팬(13)으로 인하여 케이스(1)에 구비된 입구(8)를 통해 유입된 공기가 에어가이드(230)에 안내되어 메인유로(10) 내부로 이동하므로서, 상기 메인유로(10)의 내부로 조사된 빛이 공기에 포함된 먼지와 부딪쳐 산란되고, 그 사란된 빛을 수광부(7)가 감지하여 차량의 내부 미세 먼지량을 감지할 수 있는 것이다.
그리고 메인유로(10)를 통과한 빛은 에어가이드(230)에 부딪쳐 입구(8)를 통해 외부로 반사되어 제거되는 것이다.
한편, 도 5와 도 6은 레이저 다이오드 모듈(100)을 구성하고 있는 모듈 케이스(110)에 방열 수단을 형성한 것이다.
상기 방열 수단은 도 4의 (a)와 같이 유입구(141)와 유출구(142)가 구비된 다수의 방열홀(140)을 모듈 케이스(110)에 길이 방향으로 형성하거나 또는,
유입구(141)와 유출구(142)가 구비된 방열홀(140)을 나선형으로 형성한다
그리고 방열홀(140)의 내부 공간으로 돌출되는 도 5와 같이 방열핀(151)이 구비된 방열판(150)을 모듈 케이스(110)의 내부에 구비된 관통홀(120) 내주면에 매립되게 결합한다.
이때, 유입구(141)에는 도면에 미 도시되었지만 출구(9)를 통해 유출되는 공기가 유입되는 유입관이 결합 되고, 유출구(142)에는 메인유로(10)로 내부 공간과 연결되는 유출관이 결합됨을 밝히는 바이다.
이와 같이 레이저 다이오드(160)가 설치되는 합성수지 재질로 사출 성형되는 모듈 케이스(110)에는 외부의 공기가 유동되는 방열홀(140)을 형성하여 레이저 다이오드(160)로부터 발생 되는 열을 외부로 방열하기 때문에 상기 레이저 다이오드(160)가 합성수지인 PC(polycarbonate) 재질로 이루어진 모듈 케이스(110)의 내부에 설치하더라도 열에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
또한, 방열홀(140)의 내부 공간으로 돌출되는 방열핀(151)이 구비된 방열판(150)을 모듈 케이스(110)에 구비된 관통홀(120)의 내부에 매립되게 결합 구성하므로서, 레이저 다이오드(160)로부터 발생 되는 열을 효과적으로 방열시키는 효과를 기대할 수 있다.
1: 케이스, 2: 하부 케이스,
3: 상부 케이스, 6: 렌즈,
7: 수광부, 8: 입구,
9: 출구, 10: 메인유로,
13: 송풍팬, 100: 레이저 다이오드 모듈,
110: 모듈 케이스, 111: 결합면,
120: 관통홀, 121: 결합홈,
122: 안착홈, 130: 입사각 제어 가이드,
140: 방열홀, 141: 유입구,
142: 유출구, 150: 방열판,
151: 방열핀, 160: 레이저 다이오드,
170: 렌즈, 200: 수납 수단,
210: 레이저 모듈 수납부, 211: 빛 안내부,
212: 빛 안내홀, 220: 수광센서 설치부,
221: 설치홈, 222: 고정부,
230: 에어가이드,

Claims (2)

  1. 케이스(1)의 일측과 타측에 입구(8)와 출구(9)가 형성되어 있는 메인유로(10)와;
    메인유로(10)의 내부 공간을 향해 빛을 조사하는 레이저다이오드(160)를 포함하는 레이저다이오드모듈(100)과;
    레이저다이오드모듈(100)에서 조사된 빛이 먼지에 부딪혀 산란되는 빛을 감지하는 수광부(7);를 포함하여 구성된 차량용 미세먼지 감지센서에 있어서,
    입구(8)로 유입된 공기를 레이저다이오드모듈(100)이 설치된 방향으로 유도하는 에어가이드(230)를 메인유로(10)의 입구측 내벽에 상향경사지게 형성하면서 에어가이드(230)가 레이저다이오드모듈(100)과 대향되는 위치에 설치하여 레이저다이오드모듈(100)에서 조사된 빛이 에어가이드(230)에 부딪힌 후 입구(8)를 통해 외부로 반사 제거되도록 구성하고,
    레이저 다이오드 모듈(100)은,
    합성수지 재질로서 원통형으로 사출되는 모듈 케이스(110)를 구비하여 이 모듈케이스(110)의 내부에 레이저다이오드(160)를 끼워 설치할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 차량용 미세 먼지 감지 센서.
  2. 청구항 1 항에 있어서,
    레이저 다이오드(160)와 렌즈(170) 사이로 위치하도록 모듈 케이스(110)의 내주면에 입사각 조절 가이드(130)를 돌출되게 형성하여 상기 레이저 다이오드(160)로부터 렌즈(170)로 발산되는 빛의 입사각을 제어할 수 있도록 구성하고,
    PCB 기판(250)에 밀착되는 결합면(111)을 모듈 케이스(110)의 저면에 길이 방향으로 형성한 것을 특징으로 하는 차량용 미세 먼지 감지 센서.
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