KR102506756B1 - Sensor for detecting particulate matter and circuit for processing output signal of the sensor - Google Patents
Sensor for detecting particulate matter and circuit for processing output signal of the sensor Download PDFInfo
- Publication number
- KR102506756B1 KR102506756B1 KR1020160172396A KR20160172396A KR102506756B1 KR 102506756 B1 KR102506756 B1 KR 102506756B1 KR 1020160172396 A KR1020160172396 A KR 1020160172396A KR 20160172396 A KR20160172396 A KR 20160172396A KR 102506756 B1 KR102506756 B1 KR 102506756B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- particulate matter
- detection sensor
- matter detection
- insulating layer
- Prior art date
Links
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 93
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/1031—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
본 발명은 DC 바이어스 전압을 인가하면서 동시에 정전용량을 측정할 수 있는 입자상 물질 감지 센서 및 그 신호처리 회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 입자상 물질 감지 센서는, 절연층(13)과, 상기 절연층(13)의 내부에 매립되는 제1 전극(11)과, 상기 제1 전극(11)의 상방에서 상기 절연층(13)의 표면에 설치되는 제2 전극(12)을 포함하고, 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12)은 상기 제1 전극(11)와 상기 제2 전극(12)을 통하여 전기장을 형성하는 직류전원(21)과, 상기 제2 전극(12)의 표면에 퇴적된 입자상 물질의 퇴적량을 증폭하여 외부로 출력하는 정전용량 변환 회로(30)에 연결되는 것을 특징으로 하고, 본 발명에 따른 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로는, 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)로부터 출력된 정전용량값을 전압으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부로부터 출력된 신호를 외부로 출력하는 출력부(35)를 포함하고, 상기 입자상 물질 감지 센서(10A), 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)에 전기장을 형성하도록 전원을 공급하는 직류전원(21)과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a particulate matter detection sensor capable of measuring capacitance while simultaneously applying a DC bias voltage and a signal processing circuit thereof.
The particulate matter detection sensor according to the present invention includes an insulating layer 13, a first electrode 11 buried in the insulating layer 13, and an insulating layer ( 13), and the first electrode 11 and the second electrode 12 are connected through the first electrode 11 and the second electrode 12. Characterized in that it is connected to a DC power supply 21 that forms an electric field and a capacitance conversion circuit 30 that amplifies the amount of particulate matter deposited on the surface of the second electrode 12 and outputs it to the outside, The signal processing circuit of the particulate matter detection sensor according to the present invention includes a conversion unit that converts the capacitance value output from the particulate matter detection sensor 10A into a voltage, and an output that outputs the signal output from the conversion unit to the outside. It includes a part 35 and is connected in series with the particulate matter detection sensor 10A and a DC power supply 21 supplying power to form an electric field to the particulate matter detection sensor 10A.
Description
본 발명은 차량의 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지하는 센서 및 상기 센서의 신호를 처리하는 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DC 바이어스 전압을 인가하면서 동시에 정전용량을 측정할 수 있는 입자상 물질 감지 센서 및 그 신호처리 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor for detecting particulate matter contained in vehicle exhaust gas and a circuit for processing a signal of the sensor, and more particularly, to a particulate matter detection capable of measuring capacitance while applying a DC bias voltage. It relates to sensors and their signal processing circuits.
차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스에는 여러 가지 유해물질이 포함되어 있는데, 이를 저감시키려는 다양한 노력이 진행중이다.Exhaust gas discharged from the engine of a vehicle contains various harmful substances, and various efforts to reduce them are in progress.
배기가스에 포함된 유해물질을 저감하기 위해서는 연소를 제어하여 유해물질의 발생이 저감되도록 하거나, 엔진으로부터 배출된 유해물질을 후처리하는 방식이 적용되고 있다.In order to reduce harmful substances contained in exhaust gas, a method of reducing generation of harmful substances by controlling combustion or post-processing harmful substances discharged from an engine is applied.
상기 유해물질 중에는 입자상 물질(Particulate Matter)이 있고, 상기 입자상 물질은 대기오염의 주요원인으로 지목되고 있다.Among the harmful substances, there is particulate matter, and the particulate matter is pointed out as a major cause of air pollution.
차량에서 상기 입자상 물질을 저감시키기 위해서는 현재 차량의 배기관을 통하여 외부로 배출되는 입자상 물질의 양을 측정하기 위한 입자상 물질 감지 센서가 구비되어야 한다.In order to reduce the particulate matter in a vehicle, a particulate matter detection sensor for measuring the amount of particulate matter currently discharged to the outside through an exhaust pipe of the vehicle should be provided.
상기 입자상 물질 감지 센서는 누적된 입자상 물질에 의한 정전용량 변화를 측정하는 방식으로 입자상 물질의 양을 측정할 수 있다. 이때, 수십 볼트의 전압으로 전기장을 형성하면, 입자상 물질이 빠르게 퇴적되는데, 상기 전기장의 형성을 위하여 추가적으로 전극을 입자상 물질의 양을 측정하기 위한 전극 주변에 추가로 설치해야 하는 문제점이 있고, 이로 인하여, 감도가 저감되고, 추가 전극 설치에 따라 제조원가가 높아지는 문제점이 있었다.The particulate matter detection sensor may measure the amount of particulate matter by measuring a change in capacitance caused by the accumulated particulate matter. At this time, when an electric field is formed at a voltage of several tens of volts, particulate matter is quickly deposited. There is a problem in that additional electrodes must be additionally installed around the electrode for measuring the amount of particulate matter in order to form the electric field. , the sensitivity is reduced, and there are problems in that the manufacturing cost increases due to the installation of additional electrodes.
한편, 하기의 선행기술문헌 중 US 2011-0320171에는 수직방향으로 복수의 전극들을 배치한 예가 개시되어 있는데, 입자를 누적하기 위한 전극이 별도로 제공되고 있다. 입자를 누적하기 위한 집진 전극이 서로 분리된 상태에서 그 사이에 전극층이 추가되고, 측정면적이 감소하는 문제점이 있다.Meanwhile, US 2011-0320171 among the following prior art documents discloses an example in which a plurality of electrodes are disposed in a vertical direction, and electrodes for accumulating particles are separately provided. There is a problem in that an electrode layer is added between the dust collection electrodes for accumulating particles in a state where they are separated from each other, and the measurement area is reduced.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 각각 '배기 정화 필터의 고장 검지 장치'와 '입자상 물질 센서'에 관한 기술이 개시되어 있다.On the other hand, the following prior art documents disclose technologies related to 'a device for detecting a failure of an exhaust purification filter' and a 'particulate matter sensor', respectively.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 입자상 물질이 퇴적될 수 있는 면적이 늘이면서, 입자상 물질의 퇴적을 촉진시키기 위해 전기장을 발생시키기 위한 별도의 전극을 통하여 형성되지 않도록 한 입자상 물질 감지 센서 및 그 신호처리 회로를 제공하는데 목적이 있다.The present invention was invented to solve the above problems, and the particulate matter is prevented from being formed through a separate electrode for generating an electric field to promote the deposition of the particulate matter while increasing the area on which the particulate matter can be deposited. An object of the present invention is to provide a material detection sensor and a signal processing circuit therefor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 입자상 물질 감지 센서는, 절연층과, 상기 절연층의 내부에 매립되는 제1 전극과, 상기 제1 전극의 상방에서 상기 절연층의 표면에 설치되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통하여 전기장을 형성하는 직류전원과 상기 제2 전극의 표면에 퇴적된 입자상 물질의 퇴적량을 증폭하여 외부로 출력하는 정전용량 변환 회로에 연결되는 것을 특징으로 한다.A particulate matter detection sensor according to the present invention for achieving the above object includes an insulating layer, a first electrode buried in the insulating layer, and installed on the surface of the insulating layer above the first electrode. It includes a second electrode, wherein the first electrode and the second electrode control a DC power supply that forms an electric field through the first electrode and the second electrode and the amount of particulate matter deposited on the surface of the second electrode. It is characterized in that it is connected to a capacitance conversion circuit that amplifies and outputs it to the outside.
상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 상방에 위치하는 것을 특징으로 한다.The second electrode is characterized in that located above the first electrode.
상기 제2 전극의 면적은 상기 제1 전극의 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.An area of the second electrode may be smaller than that of the first electrode.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 동일한 평면상에 위치하고, 상기 절연층은 상기 제1 전극을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 한다.The first electrode and the second electrode are positioned on the same plane, and the insulating layer is formed to cover the first electrode.
상기 제1 전극은 ㄷ자 형태로 형성되고, 상부는 상기 제2 전극과 동일한 평면에 위치하고, 하부는 상기 제2 전극의 하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.The first electrode is formed in a U-shape, an upper portion is positioned on the same plane as the second electrode, and a lower portion is positioned below the second electrode.
상기 제1 전극의 하부의 면적은, 상기 제1 전극의 상부의 면적과 상기 제2 전극(12)의 면적의 합보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the area of the lower part of the first electrode is larger than the sum of the area of the upper part of the first electrode and the area of the
상기 제2 전극은 상기 절연층의 표면에 정해진 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The second electrode is characterized in that it is formed in a predetermined pattern on the surface of the insulating layer.
상기 제2 전극은 상기 절연층의 표면에서 복수의 라인이 서로 평행하게 형성되고, 서로 연결되게 형성되는 것을 특징으로 한다.The second electrode is characterized in that a plurality of lines are formed parallel to each other on the surface of the insulating layer and are formed to be connected to each other.
상기 제2 전극은 상기 절연층의 표면에 격자형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.The second electrode is characterized in that it is formed in the form of a grid on the surface of the insulating layer.
상기 제2 전극은 상기 절연층의 표면에서 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.The second electrode is characterized in that it is formed in a zigzag shape on the surface of the insulating layer.
상기 제1 전극은 정해진 면적을 갖는 판상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The first electrode is characterized in that it is formed in a plate shape having a predetermined area.
상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극인 것을 특징으로 한다.The first electrode is an anode, and the second electrode is a cathode.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 직류전원과 전기적으로 연결되고, 상기 직류전원으로부터 공급된 전원에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전기장이 형성되는 것을 특징으로 한다.The first electrode and the second electrode are electrically connected to a DC power source, and an electric field is formed between the first electrode and the second electrode by power supplied from the DC power source.
한편, 본 발명에 따른 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로는, 상기 입자상 물질 감지 센서로부터 출력된 정전용량값을 전압으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부로부터 출력된 신호를 외부로 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 입자상 물질 감지 센서, 상기 입자상 물질 감지 센서에 전기장을 형성하도록 전원을 공급하는 직류전원과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the signal processing circuit of the particulate matter detection sensor according to the present invention includes a conversion unit that converts the capacitance value output from the particulate matter detection sensor into a voltage, and an output unit that outputs the signal output from the conversion unit to the outside. and connected in series with a direct current power source supplying power to form an electric field to the particulate matter detection sensor and the particulate matter detection sensor.
상기 변환부는, 상기 입자상 물질 감지 센서의 두 전극 중 어느 하나의 전극에 연결되는 OP앰프와, 상기 OP앰프와 병렬로 연결되는 CF 콘덴서를 포함하고, 상기 직류전원과 상기 OP앰프가 연결되고, 상기 입자상 물질 감지 센서로부터 출력되는 신호를 누적하는 것을 특징으로 한다.The converter includes an OP amplifier connected to one of the two electrodes of the particulate matter detection sensor and a CF capacitor connected in parallel to the OP amplifier, the DC power supply and the OP amplifier are connected, and It is characterized in that the signal output from the particulate matter detection sensor is accumulated.
상기 변환부는, 상기 입자상 물질 감지 센서의 두 전극 중 어느 하나의 전극으로부터 상기 출력부로 연결되는 라인에 연결되는 독립전원과, 상기 입자상 물질 감지 센서의 두 전극 중 어느 하나의 전극으로부터 상기 출력부로 연결되는 라인에 연결되면서, 상기 직류전원과 연결되는 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.The conversion unit includes an independent power source connected to a line from one of the two electrodes of the particulate matter detection sensor to the output unit, and an independent power source connected to the output unit from one of the two electrodes of the particulate matter detection sensor. It is characterized in that it includes a resistor connected to the DC power supply while being connected to the line.
상기 출력부는 상기 변환부로부터 출력된 신호의 전압을 증폭하거나 디지털 변환하여 출력하는 것을 특징으로 한다.The output unit may amplify or digitally convert the voltage of the signal output from the conversion unit and output the signal.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 입자상 물질 감지 센서 및 그 신호처리 회로에 따르면, 외부로 노출된 전극이 전기장을 형성하는 전극을 겸하여 수행하므로, 입자상 물질 감지 센서의 면적을 줄이고 구성을 간단히 하면서도 입자상 물질의 감지 성능을 향상시킬 수 있다.According to the particulate matter detection sensor and its signal processing circuit according to the present invention having the configuration as described above, since the electrode exposed to the outside serves as an electrode for forming an electric field, the area of the particulate matter detection sensor is reduced and the configuration is simplified. The detection performance of particulate matter can be improved.
도 1은 통상적인 입자상 물질 감지 센서의 일 예를 도시한 개략도.
도 2는 통상적인입자상 물질 감지 센서의 다른 예를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 입자상 물질 감지 센서를 도시한 개략도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 감지 센서에서 외부로 노출된 전극의 패턴의 예를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자상 물질 감지 센서를 도시한 개략도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자상 물질 감지 센서를 도시한 개략도.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로를 도시한 회로도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로를 도시한 회로도.1 is a schematic diagram illustrating an example of a conventional particulate matter detection sensor;
Fig. 2 is a schematic diagram showing another example of a conventional particulate matter detection sensor;
3 is a schematic diagram showing a particulate matter detection sensor according to the present invention;
4 to 6 are plan views illustrating examples of patterns of electrodes exposed to the outside in the particulate matter detection sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram showing a particulate matter detection sensor according to another embodiment of the present invention;
8 is a schematic diagram showing a particulate matter detection sensor according to another embodiment of the present invention;
9 is a circuit diagram showing a signal processing circuit of a particulate matter detection sensor according to an embodiment of the present invention.
10 is a circuit diagram showing a signal processing circuit of a particulate matter detection sensor according to another embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 입자상 물질 감지 센서 및 그 신호처리 회로에 대하여 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a particulate matter detection sensor and a signal processing circuit thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 입자상 물질 감지 센서(110)의 일례가 도시되어 있다. 입자상 물질 감지 센서(110)는 하나의 전극, 예컨대 양극(111)은 절연층(113)의 내부에 설치되고, 나머지 전극, 예컨대 음극(112)은 상기 절연층(113)의 표면에 외부에 노출된 상태로 설치되며, 상기 입자 누적용 전극(114)이 상기 절연층(113) 내부에서 상기 양극과 이격된 상태로 설치된다. 상기 양극(111)과 상기 음극(112)은 입자상 물질의 퇴적에 따라 가변하는 정전용량을 측정하는 정전용량 변환 회로(130)에 각각 연결되어, 상기 입자상 물질 감지 센서(110)에 퇴적되는 입자상 물질의 양을 측정한다. 한편, 상기 음극(112)과 상기 입자 누적용 전극(114)에는 입자상 물질이 상기 입자상 물질 감지 센서(110)의 퇴적이 촉진되도록 전기장을 형성하기 위한 직류전원(121)이 공급된다.1 shows an example of a particulate
한편, 도 2에는 다른 예에 따른 입자상 물질 감지 센서(210)가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 양극(211)와 음극(212), 그리고 입자 누적용 전극(214)이 모두 절연층(213)의 내부에 배치되도록 할 수도 있다.Meanwhile, FIG. 2 shows a particulate
그러나, 상기와 같은 입자상 물질 감지 센서(110)(210)는 상기 입자 누적용 전극(114)(214)이 양극(111)(211) 또는 음극(112)(212)과 별도로 설치되어야 하므로, 전극층이 추가되거나, 상기 입자 누적용 전극(114)(214)이 차지하는 면적으로 인하여 측정 면적이 감소하는 문제점이 있다. 즉, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 입자 누적용 전극(114)(214)이 차지하는 면적만큼 상기 입자상 물질의 퇴적이 되지 않으므로, 그만큼 상기 입자상 물질 감지 센서(110)(210)의 크기를 크게 하거나, 크기를 크게 하지 않으면 상기 입자상 물질 감지 센서(110)(210)의 측정 성능이 저하될 수 밖에 없었다.However, in the particulate
따라서, 도 3과 같은 입자상 물질 감지 센서(10A)가 제공된다.Accordingly, the particulate
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 입자상 물질 감지 센서(10A)는, 2개의 전극(11)(12) 중에서 하나의 전극(11)은 절연층(13)의 내부에 위치하고, 나머지 하나의 전극(12)은 상기 절연층(13)의 표면에 위치하도록 구성된다.As shown in FIG. 3 , in the particulate
상기 절연층(13)의 내부에 위치하는 제1 전극(11)은 정해진 면적을 갖는 도전체로 형성된다.The
제2 전극(12)은 상기 절연층(13)의 표면에 위치하는데, 상기 제2 전극(12)은 상기 제1 전극(11)의 상방에 위치한다. 상기 제1 전극(11)은 양극이 되고, 상기 제2 전극(12)은 음극이 될 수 있다.The
상기 제1 전극(11)은 상기 절연층(13)의 내부에 매립하고, 상기 제2 전극(12)은 상기 절연층(13)의 표면에 위치하여 노출되도록 하는 이유는, 두 전극이 모두 노출되면, 입자상 물질에 의해 두 전극이 이어져 정전용량 측정이 불가하고, 두 전극이 모두 매립되면, 두 전극 사이가 아닌 주변의 정전용량 변화만 측정하게 되므로 측정량이 줄어들게 되므로, 하나의 전극은 매립되고, 나머지 전극이 노출되도록 한다. 이렇게 함으로써, 두 전극이 서로 절연되도록 함과 더불어 입자상 물질의 측정량도 최대화시킬 수 있다.The reason why the
여기서, 노출되는 상기 제2 전극(12)은 상기 제1 전극(11)의 면적보다 작게 형성된다. 상기 제2 전극(12)이 상기 제1 전극(11)의 면적보다 작기 때문에, 상기 입자상 물질(PM)이 퇴적되면서 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 사이의 유전율을 크게 변화시키면서, 상기 입자상 물질(PM)이 상기 제2 전극(12)과 이어지면서 상기 입자상 물질(PM)도 제2 전극(12)의 역할을 함으로써, 전극의 면적이 증가하는 효과가 있다.Here, the exposed
한편, 상기 제1 전극(11)은 별도의 패턴이 형성되지 않는 판상(板狀)으로 형성되고, 상기 제2 전극(12)은 패턴을 갖도록 형성된다. 상기 제1 전극(11)은 별도의 패턴이 없지만, 상기 제2 전극(12)은 패턴이 형성되기 때문에 그 만큼 제2 전극(12)의 면적이 작게 형성된다. 아울러, 상기 제2 전극(12)에서 패턴이 형성되지 않는 부분은 상기 입자상 물질(PM)이 퇴적되면서 측정이 진행될수록 상기 제2 전극(12)이 면적이 증가하게 된다.Meanwhile, the
상기 제2 전극(12)의 패턴의 예로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(13)의 표면에서 복수의 라인이 서로 평행하게 형성되고, 상기 라인의 일측이 서로 연결되는 형태로 형성될 수 있다.As an example of the pattern of the
또한, 상기 제2 전극(12)은 도 5에 도시된 바와 같이, 격자 형태로 형성될 수도 있다.Also, as shown in FIG. 5 , the
아울러, 상기 제2 전극(12)은 지그재그 형태로 형성될 수도 있다(도 6 참조)In addition, the
도 7에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자상 물질 감지 센서(10B)가 도시되어 있다.7 shows a particulate
상기 입자상 물질 감지 센서(10B)는 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12)은 동일한 평면상에 위치하고, 상기 절연층(13)은 상기 제1 전극(11)을 덮도록 형성된다. In the particulate
본 실시예에서는 전기장 형성에 유리하도록 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12)이 동일한 평면이 위치하도록 한다.In this embodiment, the
다만, 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12)이 절연층(13)으로 분리되지 않으면, 퇴적된 입자상물질(PM)에 의해 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12)이 전기적으로 연결되므로, 상기 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 중 어느 하나는 상기 절연층(13)에 덮히도록 형성된다. 도 7에는 제1 전극(11)이 상기 절연층(13)에 덮히도록 형성된 예가 도시되어 있다.However, if the
상기 입자상 물질 감지 센서(10B)에서도 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로, 상기 제1 전극(11)은 별도의 패턴이 형성되지 않는 판상(板狀)으로 형성되고, 상기 제2 전극(12)은 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.In the particulate
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자상 물질 감지 센서(10C)가 도시되어 있다.8 shows a particulate
본 실시예에서는 제1 전극(11)과 제2 전극(12)이 동일한 평면에 위치하면서도, 어느 하나의 전극은 나머지 전극의 하방에 위치하도록 한다.In this embodiment, while the
즉, 제1 전극(11)은 ㄷ자 형태로 형성되고, 상부는 상기 제2 전극(12)과 동일한 평면에 위치하고, 하부는 상기 제2 전극(12)의 하부에 위치한다.That is, the
이때, 상기 제1 전극(11)의 하부의 면적은, 상기 제1 전극(11)의 상부의 면적과 상기 제2 전극(12)의 면적의 합보다 크게 형성된다. At this time, the area of the lower part of the
본 실시예의 입자상 물질 감지 센서(10C)에서도 상기 제1 전극(11)은 별도의 패턴이 형성되지 않는 판상(板狀)으로 형성되고, 상기 제2 전극(12)은 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.Even in the particulate
도 9 및 도 10에는 앞서 살펴본 입자상 물질 감지 센서(10A, 10B, 10C)의 신호처리를 위한 회로가 도시되어 있다.9 and 10 show circuits for signal processing of the particulate
본 발명에 따른 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로는, 입자상 물질 감지 센서(10A, 10B, 10C)와 DC 바이어스 전압을 인가하기 위한 직류전원(21)과 직렬로 연결되고, 내부에 상기 입자상 물질 감지 센서(10A, 10B, 10C)로부터 출력되는 정전용량값을 전압으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부로부터 출력된 신호를 외부로 출력하는 출력부(35)를 포함한다.The signal processing circuit of the particulate matter detection sensor according to the present invention is connected in series with the particulate
도 9와 도 10에는 도 3의 입자상 물질 감지 센서(10A)가 적용된 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로에 대하여 도시되어 있으나, 도 7과 도 8의 입자상 물질 감지 센서(10B, 10C)도 적용될 수 있다.9 and 10 show the signal processing circuit of the particulate matter detection sensor to which the particulate
실질적으로 캐패시터가 되는 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)의 두 전극 중, 한 전극에는 상기 직류전원(21)에 의해 수십 V의 큰 전압이 인가되므로 다른 한 전극을 통해 정전용량 변화를 전기적 신호인 전압으로 변환해 주어야 한다. Among the two electrodes of the particulate
이를 위해, 정전용량 변환 회로(30)가 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)의 신호를 처리하는 회로가 된다.To this end, the
상기 입자상 물질 감지 센서(10A)의 두 전극을 모두 상기 정전용량 변환 회로(30)에 연결하면, 한 노드의 DC전압을 바꿀 수 없으므로 사용이 불가하다. 일반적으로 정전용량 변환회로에서 수십 V의 전압 수용이 불가하므로 연결을 피해야 한다. DC 전압 크기와 무관하게 연결이 가능한 정전용량 변환 방법을 사용할 수 있는 회로 연결이 필수적이며, 그 일례가 도 9과 도 10에 도시된 정전용량 변환 회로(30)이다.If both electrodes of the particulate
먼저 도 9에 도시된 정전용량 변환 회로(30), 즉 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로는 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)와 상기 직류전원(21)과 직렬로 연결되고, 내부에 변환부와 출력부(35)가 구비된다.First, the
변환부는 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)의 두 전극 중 어느 하나의 전극에 연결되는 OP앰프(31)와, 상기 OP앰프(31)와 병렬로 연결되는 CF 콘덴서(32)를 포함한다. 또한, 상기 OP앰프(31)는 상기 직류전원(21)과도 전기적으로 연결된다.The converter includes an
상기 변환부는 전하 적분을 위한 회로로서, 입자상 물질 감지 센서(10A)로부터 출력되는 정전용량값을 누적하여 전압으로 변환하다. 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)의 정전용량 변화에 의한 전하량의 변화만 출력 전압에 전달되므로 CS의 한 노드에 인가되는 DC 전압 값과는 무관한 출력을 얻을 수 있다.The converter is a circuit for charge integration, and accumulates capacitance values output from the particulate
출력부(35)는 상기 변환부로부터 출력된 신호의 전압을 증폭하거나 디지털 변환하여 출력한다. The
여기서, 상기 변환부로부터 출력되는 전압의 변화량과 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)의 정전용량 사이에는 'ΔVo = ΔCS/CF ×Vin' 관계가 성립된다(단, Vin은 변환부의 입력전압, Vo 는 변환부의 출력전압, CS는 입자상 물질 감지 센서의 정전용량, CF는 CF콘텐서의 정전 용량).Here, a relationship 'ΔV o = ΔCS/CF × V in ' is established between the amount of change in the voltage output from the conversion unit and the capacitance of the particulate
한편, 도 10에 도시된 정전용량 변환 회로(30)도 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)와 상기 직류전원(21)과 직렬로 연결되고, 내부에 변환부와 출력부(35)가 구비되고, 상기 정전용량 변환 회로(30)가 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)로부터 출력된 신호를 처리하는 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로가 된다. Meanwhile, the
여기서, 변환부는, 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)의 두 전극 중 어느 하나의 전극으로부터 상기 출력부(35)로 연결되는 라인에 연결되는 독립전원(33)과, 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)의 두 전극 중 어느 하나의 전극으로부터 상기 출력부(35)로 연결되는 라인에 연결되면서, 상기 직류전원(21)과 연결되는 저항(34)을 포함한다.Here, the conversion unit includes an
출력부(35)는 도 9의 출력부(35)와 마찬가지로, 상기 변환부로부터 출력된 신호의 전압을 증폭하거나 디지털 변환하여 출력한다.Like the
도 10에서는 독립전원(33)으로부터 출력된 일정한 전류가 흐르는 라인에 연결된 상기 입자상 물질 감지 센서(10A)와 상기 저항(34)에 의해 시정수 값이 변하는 성질을 이용하여 출력전압이 결정된다.In FIG. 10, the output voltage is determined using the property that the time constant value changes by the particulate
10A, 10B, 10C : 입자상 물질 감지 센서
11 : 제1 전극 12 : 제2 전극
13 : 절연층 21 : 직류전원
30 : 정전용량 변환 회로 31 : OP앰프
32 : CF콘덴서 33 : 독립전원
34 : 저항 35 : 출력부
110 : 입자상 물질 감지 센서 111 : 양극
112 : 음극 113 : 절연층
114 : 입자 누적용 전극 121 : 직류전원
130 : 정전 용량 변환 회로 210 : 입자상 물질 감지 센서
211 : 양극 212 : 음극
213 : 절연층 214 : 입자 누적용 전극
221 : 직류전원 230 : 정전 용량 변환 회로10A, 10B, 10C: Particulate matter detection sensor
11: first electrode 12: second electrode
13: insulating layer 21: DC power
30: capacitance conversion circuit 31: OP amplifier
32: CF condenser 33: independent power supply
34: resistance 35: output unit
110: particulate matter detection sensor 111: anode
112: cathode 113: insulating layer
114: particle accumulation electrode 121: DC power supply
130: capacitance conversion circuit 210: particulate matter detection sensor
211: anode 212: cathode
213: insulating layer 214: electrode for particle accumulation
221: DC power supply 230: capacitance conversion circuit
Claims (17)
상기 절연층의 내부에 매립되는 제1 전극과,
상기 절연층의 표면에 설치되는 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 통하여 전기장을 형성하는 직류전원과, 상기 제2 전극의 표면에 퇴적된 입자상 물질의 퇴적량을 증폭하여 외부로 출력하는 정전용량 변환 회로에 연결되고,
상기 제1 전극은 적어도 일부 또는 전체가 상기 제2 전극과 동일한 평면상에 위치하고, 상기 절연층은 상기 제2 전극이 설치되는 부위보다 상기 제1 전극이 설치되는 부위가 높게 형성되어 상기 제1 전극을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.an insulating layer;
A first electrode buried in the insulating layer;
And a second electrode installed on the surface of the insulating layer,
The first electrode and the second electrode are a DC power source that forms an electric field through the first electrode and the second electrode, and amplifies the amount of particulate matter deposited on the surface of the second electrode and outputs it to the outside. connected to the capacitance conversion circuit;
At least a part or the whole of the first electrode is positioned on the same plane as the second electrode, and the insulating layer is formed higher in a portion where the first electrode is installed than in a portion where the second electrode is installed, so that the first electrode Particulate matter detection sensor, characterized in that formed to cover.
상기 제2 전극의 면적은 상기 제1 전극의 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 1,
The particulate matter detection sensor of claim 1 , wherein an area of the second electrode is smaller than an area of the first electrode.
상기 제1 전극은 ㄷ자 형태로 형성되고, 상부는 상기 제2 전극과 동일한 평면에 위치하고, 하부는 상기 제2 전극의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 1,
The particulate matter detection sensor according to claim 1 , wherein the first electrode is formed in a U-shape, an upper portion is positioned on the same plane as the second electrode, and a lower portion is positioned below the second electrode.
상기 제1 전극의 하부의 면적은, 상기 제1 전극의 상부의 면적과 상기 제2 전극의 면적의 합보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 5,
The particulate matter detection sensor of claim 1 , wherein an area of the lower portion of the first electrode is larger than a sum of an area of an upper portion of the first electrode and an area of the second electrode.
상기 제2 전극은 상기 절연층의 표면에 정해진 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 1,
The particulate matter detection sensor, characterized in that the second electrode is formed in a predetermined pattern on the surface of the insulating layer.
상기 제2 전극은 상기 절연층의 표면에서 복수의 라인이 서로 평행하게 형성되고, 서로 연결되게 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 7,
The particulate matter detection sensor according to claim 1 , wherein the second electrode is formed such that a plurality of lines are formed parallel to each other on the surface of the insulating layer and connected to each other.
상기 제2 전극은 상기 절연층의 표면에 격자형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 7,
The particulate matter detection sensor according to claim 1 , wherein the second electrode is formed in a lattice shape on the surface of the insulating layer.
상기 제2 전극은 상기 절연층의 표면에서 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 7,
The particulate matter detection sensor, characterized in that the second electrode is formed in a zigzag shape on the surface of the insulating layer.
상기 제1 전극은 정해진 면적을 갖는 판상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 1,
The particulate matter detection sensor, characterized in that the first electrode is formed in a plate shape having a predetermined area.
상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극인 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 1,
The particulate matter detection sensor, characterized in that the first electrode is an anode and the second electrode is a cathode.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 직류전원과 전기적으로 연결되고,
상기 직류전원으로부터 공급된 전원에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서.According to claim 1,
The first electrode and the second electrode are electrically connected to a DC power source,
A particulate matter detection sensor, characterized in that an electric field is formed between the first electrode and the second electrode by power supplied from the DC power source.
상기 변환부로부터 출력된 신호를 외부로 출력하는 출력부를 포함하고,
상기 입자상 물질 감지 센서, 상기 입자상 물질 감지 센서에 전기장을 형성하도록 전원을 공급하는 직류전원과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로.A conversion unit for converting the capacitance value output from the particulate matter detection sensor according to any one of claims 1, 3, and 5 to 13 into a voltage;
And an output unit for outputting the signal output from the conversion unit to the outside,
The signal processing circuit of the particulate matter detection sensor, characterized in that connected in series with the particulate matter detection sensor and a direct current power supplying power to form an electric field to the particulate matter detection sensor.
상기 변환부는,
상기 입자상 물질 감지 센서의 두 전극 중 어느 하나의 전극에 연결되는 OP앰프와,
상기 OP앰프와 병렬로 연결되는 CF 콘덴서를 포함하고,
상기 직류전원과 상기 OP앰프가 연결되고,
상기 입자상 물질 감지 센서로부터 출력되는 신호를 누적하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로.According to claim 14,
The conversion unit,
an OP amplifier connected to one of the two electrodes of the particulate matter detection sensor;
A CF capacitor connected in parallel with the OP amplifier,
The DC power supply and the OP amplifier are connected,
Signal processing circuit of the particulate matter detection sensor, characterized in that for accumulating signals output from the particulate matter detection sensor.
상기 변환부는,
상기 입자상 물질 감지 센서의 두 전극 중 어느 하나의 전극으로부터 상기 출력부로 연결되는 라인에 연결되는 독립전원과,
상기 입자상 물질 감지 센서의 두 전극 중 어느 하나의 전극으로부터 상기 출력부로 연결되는 라인에 연결되면서, 상기 직류전원과 연결되는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로.According to claim 14,
The conversion unit,
an independent power supply connected to a line connected from one of the two electrodes of the particulate matter detection sensor to the output unit;
The signal processing circuit of the particulate matter detection sensor comprising a resistor connected to a line connected from one of the two electrodes of the particulate matter detection sensor to the output unit and connected to the DC power supply.
상기 출력부는 상기 변환부로부터 출력된 신호의 전압을 증폭하거나 디지털 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 감지 센서의 신호처리 회로.
According to claim 14,
The signal processing circuit of the particulate matter detection sensor, characterized in that the output unit amplifies or digitally converts the voltage of the signal output from the conversion unit and outputs it.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160172396A KR102506756B1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Sensor for detecting particulate matter and circuit for processing output signal of the sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160172396A KR102506756B1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Sensor for detecting particulate matter and circuit for processing output signal of the sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180070106A KR20180070106A (en) | 2018-06-26 |
| KR102506756B1 true KR102506756B1 (en) | 2023-03-07 |
Family
ID=62788761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160172396A KR102506756B1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Sensor for detecting particulate matter and circuit for processing output signal of the sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102506756B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112924340B (en) * | 2021-02-09 | 2024-02-20 | 西安理工大学 | Atmospheric aerosol particulate classification detecting system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101593670B1 (en) * | 2014-10-17 | 2016-02-17 | 주식회사 아모텍 | Particular Matter Sensor and exhaust gas purification system using the same |
| KR101593669B1 (en) | 2014-10-17 | 2016-02-17 | 주식회사 아모텍 | Particular Matter Sensor and exhaust gas purification system using the same |
| JP2016148671A (en) * | 2011-05-26 | 2016-08-18 | エミセンス テクノロジーズ エルエルシーＥｍｉｓｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｌｌｃ | Agglomeration and charge loss sensor for measuring particulate matter |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090125114A (en) * | 2007-03-15 | 2009-12-03 | 니뽄 가이시 가부시키가이샤 | Particulate matter detection device and particulate matter detection method |
| JP5107973B2 (en) | 2009-03-11 | 2012-12-26 | 本田技研工業株式会社 | Failure detection device for exhaust purification filter |
| KR101223418B1 (en) | 2010-12-30 | 2013-01-17 | 자동차부품연구원 | Particulate Matter Sensor |
-
2016
- 2016-12-16 KR KR1020160172396A patent/KR102506756B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016148671A (en) * | 2011-05-26 | 2016-08-18 | エミセンス テクノロジーズ エルエルシーＥｍｉｓｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｌｌｃ | Agglomeration and charge loss sensor for measuring particulate matter |
| KR101593670B1 (en) * | 2014-10-17 | 2016-02-17 | 주식회사 아모텍 | Particular Matter Sensor and exhaust gas purification system using the same |
| KR101593669B1 (en) | 2014-10-17 | 2016-02-17 | 주식회사 아모텍 | Particular Matter Sensor and exhaust gas purification system using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180070106A (en) | 2018-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10416020B2 (en) | Method and apparatus for monitoring fill level of a medium in a container | |
| US8587329B2 (en) | Circuit arrangement for determination of a measuring capacitance | |
| US9574512B2 (en) | Apparatus for detecting particulate matter and correction method of apparatus for detecting particulate matter | |
| CN107533091B (en) | Non-contact voltage measuring device | |
| JP4897886B2 (en) | Capacitive proximity sensor and proximity detection method | |
| CN203964928U (en) | For the capacitance detecting device of fingerprint recognition with there is its fingerprint identification device | |
| US10103583B2 (en) | Object detection system and method for operating an object detection system | |
| EP1978642B1 (en) | Detection apparatus for a capacitive proximity sensor | |
| JPH04273002A (en) | Volume sensor | |
| JP4319970B2 (en) | Capacitive proximity sensor | |
| CN104748770A (en) | Capacitance detection device used for fingerprint identification and fingerprint identification device provided with same | |
| US20120059598A1 (en) | Particulate matter detection device | |
| KR102506756B1 (en) | Sensor for detecting particulate matter and circuit for processing output signal of the sensor | |
| CN100403021C (en) | Ionized gas sensor microarray structure based on micro-electronic fabrication technology | |
| JP2006177838A (en) | Capacitance type proximity sensor and its output calibration method | |
| JP6723084B2 (en) | Fluid surface position detection device and sensor information transmission device | |
| JP6096421B2 (en) | Touch switch input device | |
| JP2010286384A (en) | Electrostatic type proximity sensor | |
| CN109844510A (en) | Particulate material detection sensor and granular substance quality detecting device | |
| JP6623900B2 (en) | Detection element and radiation detection device | |
| JP6171866B2 (en) | Distance sensor | |
| CN108303355B (en) | Apparatus and method for detecting particulate matter | |
| JP5934567B2 (en) | Electrode failure diagnosis device | |
| JP5605577B2 (en) | Capacitive touch sensor | |
| CN214150334U (en) | Sensitive particle sensor chip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |