KR102615037B1 - 교정 기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
베타레이 측정 장치는 매우 정교한 미세먼지 측정 수단을 제공하고 있으나, 미세먼지를 측정하는 장치이기 때문에 장치의 운용과정에서 먼지가 침투하거나, 환경적인 요인에 의하여 측정값에 변화가 생길 수 있다. 이러한 변화가 생겼는지 여부를 확인하는 과정이 교정과정이다. 현재는 베타레이 미세먼지 측정장치의 교정은 측정값교정용표준필름부를 이용하여 수동으로 교정하고 있다. 이를 자동화 한다면 관리주기를 늘림으로써 관리비용과 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.
이를 위하여 본 출원 발명은, 미세먼지필터; 및 상기 미세먼지필터의 설정 길이마다 구비되는 교정용 패드를 구비한 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터 및 그 필터를 이용하여 자동 교정기능이 있는 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 발명의 구성에 의하여 자동으로 교정기능을 수행함으로써 미세먼지측정장치의 관리주기를 늘림으로써 관리비용과 시간을 절약할 수 있는 효과가 있는 장치를 제공한다.
이를 위하여 본 출원 발명은, 미세먼지필터; 및 상기 미세먼지필터의 설정 길이마다 구비되는 교정용 패드를 구비한 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터 및 그 필터를 이용하여 자동 교정기능이 있는 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 발명의 구성에 의하여 자동으로 교정기능을 수행함으로써 미세먼지측정장치의 관리주기를 늘림으로써 관리비용과 시간을 절약할 수 있는 효과가 있는 장치를 제공한다.
Description
본 출원 발명은 미세먼지 측정장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 필터를 사용하여 미세먼지의 거른 후 상기 미세먼지에 의하여 베타레이가 통과하는 양이 줄어드는 정도를 측정하여 미세먼지의 양을 측정하는 장치에 관한 기술이다.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로 베타레이를 이용한 듀얼 미세먼지 측정 장치에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 방사선 소스인 베타레이를 이용하여 공기 중의 미세 먼지량을 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일한 공간과 동일한 시간에 PM10 및 PM2.5를 동시에 실시간 측정 가능한 기술이다.
또 다른 선행기술로 연속식 베타레이 미세먼지 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 외부의 대기에서 공기를 유입하여, 상기 공기 중에 포함된 미세입자를 분리하여 미세먼지의 농도를 측정할 수 있도록 미세먼지를 분리하는 미세먼지분리부; 및 상기 미세먼지 분리부에서 분리된 측정대상인 미세먼지와 공기를 베타레이측정부로 안내하는 측정공기유입부; 및 상기 측정공기유입부를 지나는 상기 미세먼지를 모두 걸러주는 롤타입여지; 및 상기 롤타입여지의 하단에 연결되어 상기 공기를 흡입하는 흡입부로 구성되며, 상기 롤타입여지 상기 걸러진 미세먼지를 측정하기 위하여 베타레이를 방출하는 베타레이발생부; 및 상기 베타레이발생부에서 발생된 베타레이가 상기 롤타입여지에 걸러진 미세먼지를 투과하여 감소한 베타레이를 측정하는 베타레이측정부를 포함하는 기술이 개시되어 있다.
베타레이 측정 장치는 매우 정교한 미세먼지 측정 수단을 제공하고 있으나, 미세먼지를 측정하는 장치이기 때문에 장치의 운용과정에서 먼지가 침투하거나, 환경적인 요인에 의하여 측정값에 변화가 생길 수 있다. 이러한 변화가 생겼는지 여부를 확인하는 과정이 교정과정이다. 도 3에 도시된 측정값교정용표준필름부를 이용하여 수동으로 교정하고 있다. 만약 자동으로 교정이 가능하다면 관리주기를 늘림으로써 관리비용과 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다. 본 출원 발명은 이러한 교정기능을 자동으로 부여하는 기술을 제공하고자 한다.
본 출원 발명의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 다음의 과제해결 수단을 제공하고자 한다.
미세먼지필터; 및
상기 미세먼지필터의 설정 길이마다 구비되는 교정용 패드를 구비한 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 제공한다.
또한, 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용하여 자동으로 교정을 진행하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치에는 레이저거리측정센서를 더 구비하여 상기 교정용 패드가 감지되는 경우 교정기능이 동작하여 미세먼지 샘플링을 하지 않고, 상기 교정용 패드가 베타레이 미세먼지 측정위치로 이동하여 베타레이의 강도를 측정함으로써 설정된 측정값과 비교하여 미세먼지 측정결과를 표시하는 표시 값을 교정하여 표시하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치의 표시 값이 설정범위 이상으로 급격히 변화가 발생한 경우 자동으로 상기 교정용 패드가 있는 위치까지 미세먼지필터를 감아 교정기능을 강제로 수행하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 또한, 상기 교정용 패드의 온도 및 습도가 측정에 영향을 줄 수 있으므로 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치 내부에 온도 및 습도 측정 장치를 구비하여 상기 교정용 패드의 측정 값을 측정된 온도 및 습도 값으로 교정하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 발명의 구성에 의하여 자동으로 교정기능을 수행함으로써 미세먼지측정장치의 관리주기를 늘림으로써 관리비용과 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 베타레이 먼지측정 장치에서 미세먼지필터를 이용하여 미세먼지를 측정하는 방법을 개념도로 도시하고 있음.
도 2은 베타레이 먼지측정 장치에서 미세먼지필터에 필터링된 미세먼지를 측정하는 개념도
도 3은 베타레이 먼지측정 장치에서 주기적으로 측정표시 값을 교정하기 위한 측정값교정용표준필름부를 도시하고 있음.
도 4는 베타레이 먼지측정 장치에서 주기적으로 측정표시 값을 교정하기 위한 측정값교정용표준필름부를 이용하여 교정하는 개념도.
도 5는 본 발명의 측정값교정용표준필름부 없이 베타레이 미세먼지 측정 장치를 교정 기능을 구비한 미세먼지필터의 사용 개념도.
도 2은 베타레이 먼지측정 장치에서 미세먼지필터에 필터링된 미세먼지를 측정하는 개념도
도 3은 베타레이 먼지측정 장치에서 주기적으로 측정표시 값을 교정하기 위한 측정값교정용표준필름부를 도시하고 있음.
도 4는 베타레이 먼지측정 장치에서 주기적으로 측정표시 값을 교정하기 위한 측정값교정용표준필름부를 이용하여 교정하는 개념도.
도 5는 본 발명의 측정값교정용표준필름부 없이 베타레이 미세먼지 측정 장치를 교정 기능을 구비한 미세먼지필터의 사용 개념도.
베타레이를 이용한 미세먼지 측정기술의 필요성과 장점은 다음과 같다.
경제활동에 따른 에너지 사용의 증가와 자동차의 급격한 증가로 인해 대도시의 대기 중에 부유 분진 농도의 증가가 초래되었고, 이로 인해 시정장애 및 인간의 호흡기 질환 등의 문제가 야기되었다.
국내에서는 입자상 대기오염 물질에 대해서 1995년부터 대기 중에 존재하는 부유분진 중입자의 직경이 10㎛ 이하인 입자(이하, PM10)를 기준항목으로 설정하여 관리해오고 있으며, 최근 주요 대도시의 미세먼지 오염도가 환경 기준치를 훨씬 초과하고 있어 PM10에 대한 환경기준을 대폭 강화하려 하고 있다.
한편, 미국 EPA에서는 1997년부터 보다 더 강화된 미세분진 기준을 추가하여 대기 중의 PM2.5 입자들을 관리하고 있다. 2.5㎛이하의 미세 입자(이하, PM2.5)에 대한 중요성 인식과 인간에게 어떠한 영향을 미칠 수 있는가 하는 위해도 규명은 과거에도 그래 왔고, 현재에도 활발히 진행 중이다.
지금까지 밝혀진 바에 따르면 PM2.5를 흡입하였을 경우 인간은 만성 천식 등 호흡기 계통의 질환은 물론, 심장 질환, 심한 경우 폐암과 관련된 각종 질병에 걸릴 수 있다. 인간의 흉부까지 도달할 수 있는 미세 먼지의 입경의 범위는 10㎛ 정도이고, 특히 입자의 크기가 2.5㎛인 경우 흉부 침적률이 최대이기 때문에, 대기질 오염 기준으로써 입자의 측정은 2.5㎛ 이하이어야 한다. 이를 인식한 우리 정부도 그동안 총 부유분진으로 규제해왔던 대기오염물질 기준을 1995년에 PM10 기준(연평균80㎍/㎥, 일평균 150㎍/㎥)으로 변경하였으며, 앞으로 PM2.5로 수정할 계획이다.
한편, 국내에는 전국적인 대기 자동 측정망에 상당수의 PM10 부유분진 측정기가 보급되어 상시 측정 중에 있다. 입자상 물질(PM)의 농도를 측정하는 방법에는 전통적인 중력에 의한 측정, 광학적인 산란을 이용한 측정 등 몇 가지가 있으나, 각각이 가지고 있는 문제점 때문에 베타선의 감쇄원리에 기초를 둔 베타레이 측정 방식이 미세먼지 측정에 적용되어 사용되고 있다.
이 기술은 베타레이 선원물질의 방사성 원자핵이 붕괴하며 베타레이를 방출하는 베타 붕괴에서 발생한 베타레이의 물질 투과성이 매우 낮아 미세먼지만 있어도 베타레이의 크기가 감소하는 현상을 이용하여 미세먼지를 측정하는 기술이다.
베타레이의 반감기가 5000년 이상으로 기준점을 잡을 필요도 없이 일정한 양의 베타선(베타레이)이 원자핵 붕괴에 의하여 발생하고, 이를 측정대상에 통과시켜 감쇄하는 정도를 확인하는 베타레이를 이용한 측정방법이다.
상기 베타레이는 (-)입자로 그 거동이 전자와 매우 유사하다. 미세먼지의 농도측정방법으로 쉽게 많이 사용하는 광을 이용한 광투과 방식은 물질의 광학적 성질에 따라 측정 시 고려해야할 부분이 많이 있으나, 베타레이 측정방법은 이러한 사항을 고려할 필요가 없어 물질의 종류에 따른 측정 오차가 매우 적은 장점이 있다. 베타레이 흡수 법에 의한 베타 입자가 어떤 매질을 통과할 때 감쇄되는 정도는, 비어 램버트(Beer-Lambert) 관계식으로부터 물질의 질량밀도에 지수 함수적으로 변하게 된다. 따라서 베타레이의 농도측정은 베타 입자가 매질을 통과할 때 감쇄되는 정도를 물질의 질량밀도에 지수적으로 변하는 함수로부터 구할 수 있다.
수식 1
베타선 검출기(detector)를 사용하여와 를 정확히 측정하면, 흡수물질의 질량밀도를 결정할 수 있어서 이 원리를 이용하여 대기 중의 미세먼지의 질량농도를 측정할 수 있다. 미세먼지의 질량농도는 다음 식으로부터 구해진다.
수식 2
상기의 측정 원리를 이용하여 샘플링단계 및 측정 단계로 나뉘어지는 배치식과 연속으로 미세먼지를 측정하는 연속식 베타레이 미세먼지 측정장치가 있으며 점차 연속식 베타레이장치의 사용이 많아지고 있다.
상기 연속식 베타레이 미세먼지 측정장치의 동작을 살펴보면 외부의 대기에서 공기를 유입하여, 상기 공기 중에 포함된 미세입자를 분리하여 미세먼지의 농도를 측정할 수 있도록 미세먼지를 분리하는 미세먼지분리부; 및 상기 미세먼지 분리부에서 분리된 측정대상인 미세먼지와 공기를 베타레이측정부로 안내하는 측정공기유입부; 및 상기 측정공기유입부를 지나는 상기 미세먼지를 모두 걸러주는 롤타입여지; 및 상기 롤타입여지의 하단에 연결되어 상기 공기를 흡입하는 흡입부로 구성되며, 상기 롤타입여지 상기 걸러진 미세먼지를 측정하기 위하여 베타레이를 방출하는 베타레이발생부; 및 상기 베타레이발생부에서 발생된 베타레이가 상기 롤타입여지에 걸러진 미세먼지를 투과하여 감소한 베타레이를 측정하는 베타레이측정부를 포함하는 기술이 개시되어 있다.
본 출원 발명의 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 기본적인 베타레이 방식의 미세먼지 측정 장치의 미세먼지필터 공급 구성도이다. 미세먼지필터(200)가 미세먼지필터공급부에 결합되어 회전하면서 풀려나오고 있다. 미세먼지필터공급량계수롤러에는 엔코더가 구비되어 사용된 미세먼지필터의 양을 계수한다. 오른쪽에는 모터에 의하여 구동되는 미세먼지필터감김부가 구비된다. 상기 미세먼지필터감김부 전단에 미세먼지필터공급가이드롤러를 구비하여 미세먼지필터를 정확하게 이송할 수 있도록 구성된다. 본 출원 발명에서는 각별히 미세먼지필터공급량계수롤러에 압력센서를 더 구비하여 압력이 제거되면 미세먼지필터를 교체하는 것으로 인식되도록 구성하였다. 그러나 이러한 사용에도 불구하고, 미세먼지를 측정하는 장치이므로 미세먼지가 틈에 쌓이거나, 측정부에 정정기 등으로 달라붙어 미세먼지측정 값에 변화가 생길 수 있다. 이러한 변화를 제거하기 위한 교정이 주기적으로 이루어지고, 동시에 청소 등도 필수적이다.
도 2은 베타레이 먼지측정 장치에서 미세먼지필터에 필터링된 미세먼지를 측정하는 개념도이다. 샘플링 파이프로 들어온 샘플을 미세먼지필터에서 미세먼지를 걸러, 베타레이 측정부에서 초기 베타레이 측정값과 미세먼지를 필터링한 후의 베타레이 측정값을 비교하여 미세먼지의 양을 출력한다. 측면에서보면 미세먼지가 필터 위에 쌓여 있는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 베타레이 먼지측정 장치에서 주기적으로 측정표시 값을 교정하기 위한 측정값교정용표준필름부를 도시하고 있다. 샘플링되지 않은 미세먼지필터위에 상기 측정값교정용표준필름부를 위치하고, 베타레이의 강도를 측정하여 설정된 강도와의 차이를 보정하는 방식으로 측정오차를 줄인다. 그러나, 이러한 교정은 자동으로는 할 수 없고, 수동으로 실시하기 때문에 미세먼지필터의 교체 주기에 맞추어 실시한다. 그러나, 미세먼치필터의 교체 주기가 긴 경우에는 중간에 교정만을 위하여 설치된 위치에 방문하여 교정을 해야하는 어려움이 있다. 본 출원 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이다.
도 4는 베타레이 먼지측정 장치에서 주기적으로 측정표시 값을 교정하기 위한 측정값교정용표준필름부를 이용하여 교정하는 개념도이다. 측정값교정용표준필름부를 베타레이 선원부와 베타레이 측정부 사이에 설치하여 베타레이 측정부의 표시 값을 상기 측정값교정용표준필름부의 설정 표시값이 나오도록 교정한다.
도 5는 본 발명의 측정값교정용표준필름부 없이 베타레이 미세먼지 측정 장치를 교정 기능을 구비한 미세먼지필터의 사용 개념도이다. 미세먼지필터의 특정위치에 교정용패드를 구비하여 상기 교정용패드가 레이저거리측정센서에서 감지되면, 교정이 자동으로 실행된다. 도2에서 확인한 것과 같이 미세먼지가 미세먼지필터에 쌓이면, 베타레이 측정값이 감소하고 그 감소된 양으로 미세먼지의 양을 측정하는 것과 같이 상기 교정용패드에 상기 베타레이측정부에 위치하면, 베타레이 측정 신호가 감소하고 상기 교정용패드에 설정된 감소량에 해당하는 베타레이 신호 감소량과 비교하여 교정 값이 계산된다. 즉, 미세먼지필터에 교정용 필터를 더 구비한 것이다. 이러한 교정용 패드의 감지는 레이저거리측정센서를 이용하여 미세먼지필터의 다른 위치보다 미세먼지필터의 두께가 높게 측정되는 미세먼지필터의 위치를 측정함으로써 가능하다. 상기 레이저거리측정센서는 비접촉식 이나, 접촉식 롤러로 상기 미세먼지필터의 두께를 측정하는 것도 가능하다. 상기 교정용 패드에서 감쇠되는 베타레이의 양은 항상 일정하도록 상기 교정용 패드를 구비하여야 하며, 일회용인 점을 감안하여 저렴하게 만들 수도 있으나, 상기 측정값교정용표준필름부의 교정용표준필름을 미세먼지필터 중간에 삽입하여 사용하는 것도 가능하다.
상기 교정 전에 고압의 에어를 상기 베타레이 측정부에 공급하여 세척할 수 있다. 또한, 상기 교정용 패드를 연속하여 2개 이상 배치함으로써 교정에 의한 오차 자체를 줄일 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 발명의 작용효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.
미세먼지필터; 및
상기 미세먼지필터의 설정 길이마다 구비되는 교정용 패드를 구비한 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 제공한다.
또한, 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용하여 자동으로 교정을 진행하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치에는 레이저거리측정센서를 더 구비하여 상기 교정용 패드가 감지되는 경우 교정기능이 동작하여 미세먼지 샘플링을 하지 않고, 상기 교정용 패드가 베타레이 미세먼지 측정위치로 이동하여 베타레이의 강도를 측정함으로써 설정된 측정값과 비교하여 미세먼지 측정결과를 표시하는 표시 값을 교정하여 표시하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치의 표시 값이 설정범위 이상으로 급격히 변화가 발생한 경우 자동으로 상기 교정용 패드가 있는 위치까지 미세먼지필터를 감아 교정기능을 강제로 수행하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 교정용 패드의 온도 및 습도가 측정에 영향을 줄 수 있으므로 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치 내부에 온도 및 습도 측정 장치를 구비하여 상기 교정용 패드의 측정 값을 측정된 온도 및 습도 값으로 교정하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치를 제공한다.
100 : 미세먼지필터공급부
110 : 미세먼지필터공급부베이스
120 : 미세먼지필터회전부
130 : 미세먼지필터마찰판
140 : 마찰판가압스프링
150 : 기존미세먼지필터고정캡
151 : 기존미세먼지필터고정캡헤드
160 : 미세먼지필터경사헤드고정캡
161 : 미세먼지필터경사헤드
170 : 가압력조절판
180 : 가압력조절판높이조절모터
181 : 가압력조절판높이조절모터기어
200 : 미세먼지필터
210 : 미세먼지필터공급량계수롤러
220 : 미세먼지필터공급가이드롤러
230 : 미세먼지필터심지
300 : 미세먼지필터감김부
350 : 필터공급부이동프레임
460 : 측정값교정용표준필름부
461 : 교정용표준필름
500 : 레이저 거리측정기
110 : 미세먼지필터공급부베이스
120 : 미세먼지필터회전부
130 : 미세먼지필터마찰판
140 : 마찰판가압스프링
150 : 기존미세먼지필터고정캡
151 : 기존미세먼지필터고정캡헤드
160 : 미세먼지필터경사헤드고정캡
161 : 미세먼지필터경사헤드
170 : 가압력조절판
180 : 가압력조절판높이조절모터
181 : 가압력조절판높이조절모터기어
200 : 미세먼지필터
210 : 미세먼지필터공급량계수롤러
220 : 미세먼지필터공급가이드롤러
230 : 미세먼지필터심지
300 : 미세먼지필터감김부
350 : 필터공급부이동프레임
460 : 측정값교정용표준필름부
461 : 교정용표준필름
500 : 레이저 거리측정기
Claims (4)
- 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치에 있어서,
교정기능을 구비한 미세먼지필터; 및
상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터는 설정 길이마다 구비되는 교정용 패드를 구비하고,
상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치는 상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용하여 자동으로 교정을 진행하고,
상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치에는 레이저거리측정센서를 더 구비하여 상기 교정용 패드가 감지되는 경우 교정기능이 동작하여 미세먼지 샘플링을 하지 않고, 상기 교정용 패드가 베타레이 미세먼지 측정위치로 이동하여 베타레이의 강도를 측정함으로써 설정된 측정값과 비교하여 미세먼지 측정결과를 표시하는 표시 값을 교정하여 표시하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치의 표시 값이 설정범위 이상으로 급격히 변화가 발생한 경우 자동으로 상기 교정용 패드가 있는 위치까지 미세먼지필터를 감아 교정기능을 강제로 수행하는 것을 특징으로 하는 교정기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치. - 삭제
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| KR1020220165390A KR102615037B1 (ko) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 교정 기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=89385354
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| KR1020220165390A KR102615037B1 (ko) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 교정 기능을 구비한 미세먼지필터를 이용한 베타레이 미세먼지 측정 장치 |
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