KR20110080646A - 입자 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입자 측정 장치에 관한 것으로, 임팩터 모듈에 의해 외부 공간의 입자를 강제 흡입하여 일정 흐름을 유도하고 흡입되어 유동하는 입자와 충돌하는 산란광을 이용하여 입자의 분포 상태를 실시간으로 측정할 수 있고, 공기의 흐름이 없는 공간에서도 입자를 강제 흡입하여 입자의 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 다양한 공간에서 실시간으로 해당 공간의 오염 입자 분포 상태를 파악할 수 있으며, 특히, 클린룸 설비와 같은 경우 클린룸 설비 내부 공간의 다양한 지점에서 입자 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 클린룸 설비 내부 공간에서 특정 오염 발생원을 찾아내는데 유용하게 활용될 수 있는 입자 측정 장치를 제공한다.

Description

입자 측정 장치{Paticle Measurement Apparatus}

본 발명은 입자 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 임팩터 모듈에 의해 외부 공간의 입자를 강제 흡입하여 일정 흐름을 유도하고 흡입되어 유동하는 입자와 충돌하는 산란광을 이용하여 입자의 분포 상태를 실시간으로 측정할 수 있고, 공기의 흐름이 없는 공간에서도 입자를 강제 흡입하여 입자의 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 다양한 공간에서 실시간으로 해당 공간의 오염 입자 분포 상태를 파악할 수 있으며, 특히, 클린룸 설비와 같은 경우 클린룸 설비 내부 공간의 다양한 지점에서 입자 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 클린룸 설비 내부 공간에서 특정 오염 발생원을 찾아내는데 유용하게 활용될 수 있는 입자 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 공정이나 LCD 공정과 같은 나노 수준의 고도 정밀 공정은 작업 설비 내에 오염 입자가 발생하게 되면, 치명적인 제품 불량으로 이어질 수 있으므로, 고도의 청결 상태가 유지될 수 있도록 클린룸과 같은 청정 설비 내에서 공정이 진행되고 있으며 이러한 설비에서는 오염 입자에 대한 실시간 감시 또한 매우 엄격하게 이루어지고 있다.

따라서, 이러한 설비에서는 설비 내의 오염 입자 측정을 위한 별도의 입자 측정 장치가 사용되고 있으며, 이러한 입자 측정 장치를 통해 실시간으로 설비 내의 특정 챔버에 대한 입자 분포 상태가 측정되고 있다.

이러한 입자 측정 장치는 임의의 측정 챔버 내의 입자의 분포 상태, 즉 입자의 크기 및 개수 등을 측정하는 것으로, 클린룸 설비 이외에도 대기 오염 입자의 분포 상태를 측정하거나 실험실 등에서 특정 입자의 분포 상태를 측정하기 위해 사용되는 등 매우 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.

입자 측정 장치의 종류는 측정 가능한 입자의 크기 또는 측정 방식 등에 따라 다양하게 분류되는데, 통상 나노 수준의 입자를 측정하기 위한 입자 측정 장치로는 빛을 이용한 방식으로 광 산란 방식과 광 흡수 방식으로 크게 대별된다.

광 산란 방식은 측정 챔버 내에 광을 입사한 후 측정 챔버 내부 공간에서 유동하는 입자와의 충돌에 의해 발생되는 산란광을 검출하여 입자의 크기 및 개수를 파악하는 방식이고, 광 흡수 방식은 측정 챔버 내에 광을 입사한 후 측정 챔버 내부 공간에서 유동하는 입자에 의해 흡수되는 광량을 검출하여 입자의 크기 및 개수를 파악하는 방식이며, 이 두가지 방식의 입자 측정 장치는 사용자의 필요에 따라 선택적으로 널리 사용되고 있다.

이 중 광 산란 방식의 입자 측정 장치의 원리를 좀 더 자세히 살펴보면, 측정 챔버 내에 하나의 초점을 형성하도록 입사광을 발생시키고, 이러한 입사광과 입사광의 초점 영역을 통과하는 입자와의 충돌에 의해 발생하는 산란광을 검출하여 입자의 크기 및 개수를 측정하게 된다. 일반적으로 입자의 크기가 0.05μm 내지 4μm 인 경우, 입자의 크기는 입자 크기와 빛의 세기와의 관계를 규명하는 Mie 이론을 적용하여 이론적으로 산출할 수 있는데, 일반적인 광 산란 방식 입자 측정 장치는 이와 같이 이론적으로 산출되는 산란광의 인텐서티와 실제 측정된 산란광의 인텐서티 값을 비교하여 입자의 크기 및 개수를 측정하도록 구성된다.

그러나 이러한 입자 측정 장치는 그 구조상 일정한 방향의 공기 흐름이 발생하는 곳에 주로 적용되고 있으며, 공기 흐름이 정체된 특정 공간에서 입자의 분포 상태를 파악하는 것이 용이하지 않고, 특히 이러한 특정 공간에서 입자의 분포 상태를 영역별로 분리해서 측정하는 것은 더욱 용이하지 않다는 문제가 있었다. 따라서, 클린룸 설비의 내부에 각종 기계 장치 등에 의해 특정 영역에서 먼지 입자가 많이 발생될 수 있는데, 종래 기술에 의한 일반적인 입자 측정 장치는 입자의 분포 상태를 영역별로 분리 측정하기가 어렵기 때문에, 이러한 클린룸 설비 내에서 오염 입자 발생의 집중 영역을 찾아내는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 임팩터 모듈에 의해 외부 공간의 입자를 강제 흡입하여 일정 흐름을 유도하고 흡입되어 유동하는 입자와 충돌하는 산란광을 이용하여 입자의 분포 상태를 실시간으로 측정할 수 있는 입자 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공기의 흐름이 없는 공간에서도 입자를 강제 흡입하여 입자의 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 다양한 공간에서 실시간으로 해당 공간의 오염 입자 분포 상태를 파악할 수 있고, 특히, 클린룸 설비와 같은 경우 클린룸 설비 내부 공간의 다양한 지점에서 입자 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 클린룸 설비 내부 공간에서 특정 오염 발생원을 찾아내는데 유용하게 활용될 수 있는 입자 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 임팩터 모듈을 통해 외부 공간의 입자를 흡입함과 동시에 입자의 흐름을 일정한 방향으로 유도하도록 구성하여 입자가 입사광의 초점 영역을 집중적으로 통과하도록 함으로써, 측정 공간의 입자 분포 상태에 대한 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는 입자 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 임팩터 모듈을 통해 흡입되는 입자를 측정 조건에 따라 선별할 수 있어 사용자의 필요에 따라 다양한 종류의 입자만을 선별하여 입자의 분포 상태를 분리 측정할 수 있는 입자 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 산란광을 이용하여 입자의 분포 상태를 측정하는 입자 측정 장치에 있어서, 내부 공간에 옵틱 챔버가 형성되고, 상기 옵틱 챔버를 관통하는 방향으로 입자 유동 유로가 관통 형성되는 케이스; 상기 케이스에 장착되어 외부 공간에 부유하는 입자가 상기 입자 유동 유로를 통과하도록 입자를 흡입하는 임팩터 모듈; 상기 옵틱 챔버 내에 초점이 형성되도록 입사광을 발생시키는 광 발생부; 및 상기 입사광과 상기 입사광의 초점 영역을 통과하는 입자와의 충돌에 의해 발생되는 산란광을 수광 검출하는 광 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 장치를 제공한다.

이때, 상기 임팩터 모듈은 상기 입자 유동 유로의 일단에 연통되게 장착되어 일정 크기 이상의 입자만 상기 입자 유동 유로를 통과하도록 외부 공간에 부유하는 입자를 흡입 선별하는 상부 모듈; 상기 입자 유동 유로의 타단에 연통되게 장착되어 상기 상부 모듈에 의해 선별된 입자가 상기 입자 유동 유로를 통과하도록 입자를 흡입하는 하부 모듈; 및 상기 상부 모듈 및 하부 모듈로 입자가 흡입되도록 상기 상부 모듈 및 하부 모듈에 각각 결합되는 흡입 펌프를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 상부 모듈은 중공의 원통형으로 상기 케이스에 밀봉 결합되며 일측에는 상기 흡입 펌프와 연결되도록 상부 흡입 포트가 형성되는 상부 메인 파이프; 상기 상부 메인 파이프의 상단에 밀봉 결합되며 외부로부터 입자가 유입될 수 있도록 흡입 유로가 형성되는 인렛 블록; 및 상기 인렛 블록의 하부에 배치되어 상기 흡입 유로를 통해 유입된 입자가 관성력에 따라 선택적으로 통과하도록 노즐 유로와 상부 유동홀이 각각 형성되며 상기 노즐 유로는 상기 입자 유동 유로의 일단에 연통되게 밀봉 결합되도록 형성되는 노즐 블록을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 하부 모듈은 내부 공간이 상기 입자 유동 유로의 타단에 연통되도록 상기 케이스에 밀봉 결합되는 하부 연결 블록; 및 내부 공간이 상기 하부 연결 블록의 내부 공간과 연통되도록 상기 하부 연결 블록에 밀봉 결합되며 일측에는 상기 흡입 펌프와 연결되도록 하부 흡입 포트가 형성되는 하부 메인 블록을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 하부 모듈은 상기 하부 연결 블록 내부에 배치되어 상기 입자 유동 유로를 통과한 입자가 관성력에 따라 선택적으로 포집되도록 포집홈이 형성되는 임팩터 플레이트를 더 포함하고, 상기 임팩터 플레이트에는 상기 포집홈의 외측에 상기 입자 유동 유로를 통과한 입자가 관성력에 따라 선택적으로 통과할 수 있도록 하부 유동홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 광 발생부와 광 검출부는 상호 대향하는 방향으로 일렬 배치되고, 광 검출부에는 상기 광 발생부의 입사광이 직접 수광되지 않도록 상기 입사광을 차단하는 빔스토퍼가 구비될 수 있다.

본 발명에 의하면, 임팩터 모듈에 의해 외부 공간의 입자를 강제 흡입하여 일정 흐름을 유도하고 흡입되어 유동하는 입자와 충돌하여 발생하는 산란광을 검출하여 입자의 분포 상태를 실시간으로 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 공기의 흐름이 없는 공간에서도 입자를 강제 흡입하여 입자의 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 다양한 공간에서 실시간으로 해당 공간의 오염 입자 분포 상태를 파악할 수 있고, 특히, 클린룸 설비와 같은 경우 클린룸 설비 내부 공간의 다양한 지점에서 입자 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 클린룸 설비 내부 공간에서 특정 오염 발생원을 찾아내는데 유용하게 활용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 임팩터 모듈을 통해 외부 공간의 입자를 흡입함과 동시에 입자의 흐름을 일정한 방향으로 유도하도록 구성하여 입자가 입사광의 초점 영역을 집중적으로 통과하도록 함으로써, 측정 공간의 입자 분포 상태에 대한 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 임팩터 모듈을 통해 흡입되는 입자를 측정 조건에 따라 선별할 수 있어 사용자의 필요에 따라 다양한 종류의 입자만을 선별하여 입자의 분포 상태를 분리 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 형상을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 구조를 개략적으로 도시한 분해사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 임팩터 모듈에 의한 입자 흐름 과정을 개념적으로 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 산란광 진행 과정을 개념적으로 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 구조를 개략적으로 도시한 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 임팩터 모듈에 의한 입자 흐름 과정을 개념적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치의 산란광 진행 과정을 개념적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치는 특정 공간에 부유하는 입자를 흡입하여 흡입된 입자와 입사광(I)과의 충돌에 의해 발생하는 산란광(S)을 검출하는 방식으로 특정 공간 내의 영역별로 존재하는 입자의 분포 상태, 즉 입자의 크기 및 개수를 측정하는 장치로서, 케이스(100)와, 케이스(100) 내부를 관통하도록 입자를 흡입하는 임팩터 모듈(200)과, 케이스(100)의 내부 공간에 연통되게 장착되는 광 발생부(300) 및 광 검출부(400)를 포함하여 구성된다.

케이스(100)는 내부 공간에 옵틱 챕버(C)가 일측 방향으로 관통 형성되며, 이러한 옵틱 챕버(C)의 양측단에 광 발생부(300)와 광 검출부(400)가 각각 연통되게 장착된다. 또한, 케이스(100)에는 옵틱 챕버(C)를 관통하는 방향으로 입자 유동 유로(101)가 형성되며, 이때, 옵틱 챕버(C)와 입자 유동 유로(101)는 서로 직교하는 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

임팩터 모듈(200)은 케이스(100)에 장착되어 외부 공간에 부유하는 입자를 흡입하는데, 이때 흡입되는 입자는 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)를 통과하도록 구성된다. 이러한 임팩터 모듈(200)은 공기 중에 부유하는 입자를 흡입 포집하기 위한 장치로 일반적으로 내부에 입자를 흡입할 수 있는 유로가 형성되고 이러한 유로의 일단에 흡입 펌프가 장착되며 별도의 포집판이 구비되어 입자를 포집하는 방식으로 구성되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩터 모듈(200)은 외부 공간에 부유하는 입자를 흡입하여 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)로 통과시키도록 구성된다. 이러한 임팩터 모듈의 구성에 대한 상세한 설명은 후술한다.

광 발생부(300)는 옵틱 챔버(C)의 내부 공간에 초점(F)이 형성되도록 입사광(I)을 발생시키는 장치로, 옵틱 챔버(C)에 연통되게 장착되는데, 입사광(I)으로 레이저 광이 적용될 수 있도록 레이저 다이오드(320)와, 레이저 다이오드(320)로부터 발생된 레이저 광을 포커싱하는 포커싱 렌즈(330)를 포함하여 구성될 수 있다. 레이저 다이오드(320)로부터 발생된 레이저 광은 일정 크기의 방출 각도를 가지며, 이러한 레이저 광은 포커싱 렌즈(330)를 통해 포커싱되며 옵틱 챕버(C) 내부 공간의 특정 지점에 초점(F)을 형성한다. 이때, 포커싱 렌즈(330)는 다수개 장착될 수 있으며, 옵틱 챔버(C)의 형상 및 포커싱 거리 등 측정 조건에 따라 포커싱 렌즈(330)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 입사광(I)의 초점(F) 위치는 옵틱 챕버(C) 내부 공간에 형성되도록 구성되는데, 이때 옵틱 챕버(C)를 관통하는 입자 유동 유로(101)의 경로 상에 형성되도록 구성된다.

한편, 광 발생부(300)는 이러한 레이저 다이오드(320)와 포커싱 렌즈(330)를 수용 장착할 수 있도록 옵틱 챕버(C)에 연통되게 케이스(100)에 장착되는 광 발생부 경통(310)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 광 발생부 경통(310) 내부 공간이 옵틱 챕버(C)와 분리 구획될 수 있도록 별도의 진공 윈도우(340)가 더 구비될 수 있다. 즉, 광 발생부(300)는 옵틱 챕버(C)와 연통되는 광 발생부 경통(310)의 내부 공간에 레이저 다이오드(320)와 포커싱 렌즈(330)가 배치되고, 이러한 광 발생부 경통(310)의 내부 공간이 진공 윈도우(340)에 의해 분리 구획됨으로써, 옵틱 챕버(C) 내부 유동 입자에 의한 광 발생부(300) 내부 공간의 오염이 방지되어 더욱 정확한 측정값을 얻을 수 있다.

광 검출부(400)는 광 발생부(300)에 의해 발생된 입사광(I)과 입사광(I)의 초점(F) 영역을 통과하는 입자와의 충돌에 의해 발생되는 산란광(S)을 수광하여 검출한다. 산란광(S)은 입자로부터 모든 방향으로 발생되기 때문에, 광 검출부(400)는 이러한 산란광(S)의 일부를 집광하여 검출할 수 있도록 산란광(S)을 집광하는 집광 렌즈(430)와, 집광 렌즈(430)에 의해 집광된 산란광(S)을 검출하는 검출 센서(420)를 포함하여 구성된다. 따라서, 입사광(I)이 입자와 충돌하여 산란광(S)이 발생하면, 산란광(S) 중 일부는 집광 렌즈(430)에 의해 집광되어 검출 센서(420)로 전송되며, 검출 센서(420)에 의해 산란광(S)의 인텐서티가 측정된다. 이와 같이 측정된 산란광(S)의 인텐서티는 별도의 연산부(미도시)를 통해 Mie 이론 등을 적용한 이론적인 값과 비교하여 입자의 크기를 연산 측정한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩터 모듈(200)에 의해 입자가 옵틱 챔버(C) 내부에서 입자 유동 유로(101)를 따라 일정한 방향으로 유동하는 경우, 입자가 입사광(I)의 초점(F) 영역을 통과할 때마다 산란광(S)이 발생하게 되므로, 연산부는 이러한 산란광(S) 발생 횟수를 통해 입자의 개수를 연산 측정한다.

한편, 광 검출부(400) 또한 광 발생부(300)와 마찬가지 방식으로 집광 렌즈(430)와 검출 센서(420)를 내부에 수용 장착하는 광 검출부 경통(410)을 더 포함하며, 이러한 광 검출부 경통(410) 내부 공간이 옵틱 챕버(C)와 분리 구획될 수 있도록 별도의 진공 윈도우(450)가 더 구비될 수 있다. 이러한 구조를 통해 광 검출부 경통(410)의 내부 공간은 옵틱 챕버(C)의 내부 유동 입자에 의한 오염이 방지되어 더욱 정확한 측정값을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치는 임팩터 모듈(200)에 의해 외부 공간의 입자를 흡입하고, 흡입되어 유동하는 입자에 대해 광 발생부(300) 및 광 검출부(400)를 통해 입자의 분포 상태를 측정할 수 있는 구조이다. 즉, 공기의 흐름이 없는 공간에서도 입자를 강제 흡입하여 입자의 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 다양한 공간에서 실시간으로 해당 공간의 오염 입자 분포 상태를 파악할 수 있고, 특히, 클린룸 설비와 같은 경우 클린룸 설비 내부 공간의 다양한 지점에서 입자 분포 상태를 측정할 수 있기 때문에, 클린룸 설비 내부 공간에서 특정 오염 발생원을 찾아내는데 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

다시 말하면, 일반적인 입자 측정 장치는 클린룸 설비의 전체 공간에 대한 평균적인 입자 분포 상태만을 파악할 수밖에 없는데 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치는 클린룸 설비 내부 공간의 다양한 영역에서 각각 실시간으로 입자의 분포 상태를 파악할 수 있는 구조이다.

다음으로, 외부 공간에 부유하는 입자를 흡입할 수 있는 임팩터 모듈(200)의 구조에 대해 좀 더 자세히 살펴본다.

본 발명의 일 실시예에 따른 임팩터 모듈(200)은 케이스(100)의 양측에 각각 장착되는 상부 모듈(U), 하부 모듈(L) 및 흡입 펌프(미도시)로 구성될 수 있는데, 상부 모듈(U)은 입자 유동 유로(101)의 일단에 연통되게 장착되어 일정 크기 이상의 입자만 입자 유동 유로(101)를 통과하도록 외부 공간에 부유하는 입자를 흡입 선별할 수 있도록 구성되고, 하부 모듈(L)은 입자 유동 유로(101)의 타단에 연통되게 장착되어 상부 모듈(U)에 의해 선별된 입자가 입자 유동 유로(101)를 통과하도록 입자를 흡입하는 방식으로 구성된다. 흡입 펌프는 이러한 상부 모듈(U) 및 하부 모듈(L)에 각각 결합되어 상부 모듈(U) 및 하부 모듈(L)로 각각 입자가 흡입되도록 구성되며, 팬의 회전에 의해 부압을 형성하여 입자를 흡입하는 방식 등 다양한 방식으로 구성될 수 있다.

이때, 상부 모듈(U)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상부 메인 파이프(220), 인렛 블록(210) 및 노즐 블록(230)을 포함하여 구성될 수 있다. 상부 메인 파이프(220)는 중공의 원통형으로 케이스(100)에 밀봉 결합되며 일측에는 흡입 펌프와 연결되도록 상부 흡입 포트(221)가 형성된다. 인렛 블록(210)은 상부 메인 파이프(220)의 상단에 밀봉 결합되며, 외부로부터 입자가 유입될 수 있도록 흡입 유로(211)가 관통 형성된다. 이때, 흡입 유로(211)는 도 3에 도시된 바와 같이 입자 흡입이 용이하도록 상부가 넓고 하부가 좁은 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 노즐 블록(230)은 인렛 블록(210)의 하부에 위치하도록 상부 메인 파이프(220)의 내부에 배치되며, 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)의 일단에 밀봉 결합된다. 이때, 각 구성요소의 밀봉 결합 부위에는 밀봉 결합이 가능하도록 별도의 실링 부재(R)가 개재되거나 또는 각 구성요소에 실링 부재(R)가 일체형으로 형성되는 방식으로 구성될 수 있다.

한편, 노즐 블록(230)에는 중앙부에 상하 관통 방향으로 노즐 유로(231)가 형성되며, 노즐 유로(231)의 외측에는 상부 유동홀(232)이 관통 형성된다. 상부 유동홀(232)은 흡입 포트(221)와 연통되도록 형성되며, 노즐 유로(231)는 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)에 연통되도록 밀봉 결합된다. 이러한 구조에 따라 인렛 블록(210)의 흡입 유로(211)를 통과한 입자는 유동 관성력에 따라 노즐 유로(231) 또는 상부 유동홀(232)을 선택적으로 통과하게 된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 흡입 펌프가 가동하여 상부 메인 파이프(220)의 흡입 포트(221)를 통해 흡입 압력이 발생하면, 이러한 흡입압력은 노즐 블록(230)의 상부 유동홀(232)을 통해 인렛 블록(210)의 흡입 유로(211)까지 전달되어 외부 공기 및 입자가 흡입 유로(211)를 통해 내부로 유입된다. 유입된 입자는 그 크기 및 중량이 달라 각각 서로 다른 관성력을 갖게 되는데, 이러한 관성력의 차이에 따라 상대적으로 관성력이 큰 입자는 관성력이 유지되어 노즐 블록(230)의 중앙부에 형성된 노즐 유로(231)로 유입되고 상대적으로 관성력이 작은 입자는 노즐 유로(231)의 외측에 형성된 상부 유동홀(232)을 통과하며 흡입 포트(221) 측으로 흡입된다.

이러한 구조에 따라 외부 공간에 부유하는 입자는 상부 모듈(U)에 의해 흡입됨과 동시에 일정 크기 또는 중량 등을 기준으로 선별되어 노즐 블록(230)의 노즐 유로(231)로 유입되며, 이후 노즐 유로(231)로 유입된 입자는 하부 모듈(L)에 의해 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)로 유입된다.

하부 모듈(L)은 하부 연결 블록(250)과 하부 메인 블록(260)을 포함하여 구성될 수 있는데, 하부 연결 블록(250)은 내부 공간이 입자 유동 유로(101)의 타단에 연통되도록 케이스(100)에 밀봉 결합되고, 하부 메인 블록(260)은 내부 공간이 하부 연결 블록(250)의 내부 공간과 연통되도록 하부 연결 블록(250)에 밀봉 결합되며 일측에는 흡입 펌프와 연결되도록 하부 흡입 포트(261)가 형성된다. 이러한 하부 연결 블록(250)과 하부 메인 블록(260)은 제작 용이성을 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 분리 결합되는 방식으로 구성되었으나, 이는 하나의 일체형으로 형성될 수도 있을 것이다.

따라서, 흡입 펌프가 가동하여 하부 흡입 포트(261)를 통해 흡입 압력이 발생하면, 이러한 흡입 압력은 하부 메인 블록(260) 및 하부 연결 블록(250)의 내부 공간을 통해 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)에 전달되고, 이에 따라 상부 모듈(U)에 의해 유입된 입자가 입자 유동 유로(101)를 통과할 수 있다. 즉, 상부 모듈(U)의 노즐 블록(230)에 형성된 노즐 유로(231)는 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)와 연통되게 밀봉 결합되기 때문에, 하부 흡입 포트(261)를 통해 형성된 흡입 압력은 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)를 통해 노즐 블록(230)의 노즐 유로(231) 및 인렛 블록(210)의 흡입 유로(211)에까지 미치게 되고, 이에 따라 관성력이 큰 입자들은 노즐 유로(231) 및 입자 유동 유로(101)를 통과하며 하부 모듈(L)까지 계속 유입된다.

이때, 입자 유동 유로(101)는 옵틱 챕버(C)를 관통하며 형성되기 때문에, 결국 입자 유동 유로(101)를 통과하는 입자는 옵틱 챕버(C) 내에서 일정한 방향으로 유동하게 되고, 이와 같이 유동하는 입자에 대해 광 발생부(300) 및 광 검출부(400)를 통해 입자의 분포 상태를 파악하게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치는 상부 모듈(U) 및 하부 모듈(L)을 포함하는 이러한 임팩터 모듈(200)을 통해 외부 공간에 부유하는 입자를 흡입하여 일정한 방향을 흐름을 유도하고, 이와 같이 유동하는 입자와의 충돌에 의해 발생하는 산란광(S)을 검출하여 입자의 분포 상태를 측정하게 된다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 광 발생부(300)에서는 초점(F)이 입자 유동 유로(101) 상에 위치하도록 옵틱 챕버(C) 내에 입사광(I)을 발생시키고, 임팩터 모듈(200)에 의해 이러한 초점(F) 영역을 연속적으로 통과하는 입자와 입사광(I)의 충돌에 의해 발생하는 산란광(S)을 수광 검출하여 입자의 분포 상태를 파악한다. 이때, 광 발생부(300)와 광 검출부(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 케이스(100)의 옵틱 챕버(C)의 양단부에 위치하도록 일렬 배치될 수 있으나, 이와 달리 직각 방향이나 특정 각도를 이루도록 배치될 수도 있으며, 이는 입자와의 충돌에 의해 발생되는 산란광(S)이 사방으로 발생하기 때문에 가능한 구조이다.

그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 광 발생부(300)와 광 검출부(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 상호 대향하는 방향으로 일렬 배치되는데, 이 경우 광 검출부(400)에는 광 발생부(300)의 입사광(I)이 직접 수광되지 않도록 입사광(I)을 차단하는 별도의 빔스토퍼(440)가 광 검출부 경통(410) 내부에 장착되는 것이 바람직하다. 즉, 광 발생부(300)로부터 발생된 입사광(I)이 입자와 충돌하지 않는 경우, 입사광(I)은 초점(F)을 통과하여 계속 전진 진행하게 되는데, 이러한 입사광(I)이 검출 센서(420)에 수광되면 이는 검출 센서(420)에서 노이즈로 작용하게 되므로, 이러한 입사광(I)이 검출 센서(420)에 수광되지 않도록 별도의 빔스토퍼(440)가 장착되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 입자와의 충돌에 의해 발생된 산란광(S) 중 빔스토퍼(440) 영역을 벗어난 산란광(S) 만이 검출 센서(420)에 수광되며, 이러한 전방 산란 검출 방식은 다른 방식에 비해 더욱 정확한 측정 결과를 제공할 수 있을 것이다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치는 임팩터 모듈(200)에 의해 옵틱 챕버(C) 내부에서 입자의 흐름이 작은 직경의 유동 경로를 따라 일정한 방향으로 형성되기 때문에, 대부분의 유동 입자가 입사광(I)의 초점(F)을 통과하도록 구성되어 입자의 분포 상태를 측정하는데 있어 더욱 정확한 측정 결과를 제공할 수 있는 구조이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩터 모듈(200)의 하부 모듈(L)에는 도 5에 도시된 바와 같이 별도의 임팩터 플레이트(240)가 더 장착될 수 있다. 임팩터 플레이트(240)는 하부 연결 블록(250)의 내부 공간에 배치되어 중앙부에는 입자를 포집할 수 있는 포집홈(242)이 형성되고 포집홈(242)의 외측에는 입자가 통과할 수 있도록 하부 유동홀(241)이 형성된다. 이때, 하부 유동홀(241)은 하부 메인 블록(260)의 하부 흡입 포트(261)와 연통되도록 형성되어 하부 흡입 포트(261)를 통한 흡입 압력이 하부 유동홀(241)을 통해 케이스(100)의 입자 유동 유로(101)에 전달되도록 구성된다.

따라서, 입자 유동 유로(101)를 통과한 입자는 전술한 상부 모듈(U)의 노즐 블록(230)의 구조와 마찬가지 원리로, 관성력의 차이에 따라 상대적으로 관성력이 큰 입자는 관성력이 유지되어 중앙부의 포집홈(242) 측으로 유동하게 되고, 상대적으로 관성력이 작은 입자는 외측의 하부 유동홀(241) 측으로 유동하여 하부 흡입 포트(261)로 유입된다. 이때, 포집홈(242)에는 유입된 입자를 포집하기 위한 별도의 포집판(미도시)을 장착할 수 있으며, 이를 통해 상대적으로 관성력이 큰 입자만을 포집판에 포집할 수 있다. 이와 같이 포집된 입자들은 이후 별도의 성분 분석을 통해 중량, 크기, 성분 등을 파악할 수 있으며, 이와 같이 파악된 입자에 대한 측정값은 광 검출부(400)에 의해 측정된 입자의 분포 상태에 대한 검증 작업으로서 기능할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치는 이러한 임팩터 플레이트(240)를 통해 흡입되는 입자를 다시 한번 선별하는 기능을 수행하게 된다. 즉, 상부 모듈(U)의 노즐 블록(230)을 통해 1차적으로 입자가 선별되며, 입자 유동 유로(101)를 통과한 입자는 다시 하부 모듈(L)의 임팩터 플레이트(240)를 통해 입자가 선별된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 장치는 이러한 노즐 블록(230) 및 임팩터 플레이트(240)를 통해 사용자의 필요에 따라 특정 입자에 대한 분포 상태만을 분리하여 측정할 수 있고, 또한 노즐 블록(230) 및 임팩터 플레이트(240)의 형상 변경과 흡입 압력의 조절을 통해 선별하는 입자의 크기는 다양하게 조절할 수 있을 것이다.

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.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 케이스 200: 임팩터 모듈
300: 광 발생부 400: 광 검출부

Claims (6)

1. 산란광을 이용하여 입자의 분포 상태를 측정하는 입자 측정 장치에 있어서,
   내부 공간에 옵틱 챔버가 형성되고, 상기 옵틱 챔버를 관통하는 방향으로 입자 유동 유로가 관통 형성되는 케이스;
   상기 케이스에 장착되어 외부 공간에 부유하는 입자가 상기 입자 유동 유로를 통과하도록 입자를 흡입하는 임팩터 모듈;
   상기 옵틱 챔버 내에 초점이 형성되도록 입사광을 발생시키는 광 발생부; 및
   상기 입사광과 상기 입사광의 초점 영역을 통과하는 입자와의 충돌에 의해 발생되는 산란광을 수광 검출하는 광 검출부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 임팩터 모듈은
   상기 입자 유동 유로의 일단에 연통되게 장착되어 일정 크기 이상의 입자만 상기 입자 유동 유로를 통과하도록 외부 공간에 부유하는 입자를 흡입 선별하는 상부 모듈;
   상기 입자 유동 유로의 타단에 연통되게 장착되어 상기 상부 모듈에 의해 선별된 입자가 상기 입자 유동 유로를 통과하도록 입자를 흡입하는 하부 모듈; 및
   상기 상부 모듈 및 하부 모듈로 입자가 흡입되도록 상기 상부 모듈 및 하부 모듈에 각각 결합되는 흡입 펌프
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 상부 모듈은
   중공의 원통형으로 상기 케이스에 밀봉 결합되며 일측에는 상기 흡입 펌프와 연결되도록 상부 흡입 포트가 형성되는 상부 메인 파이프;
   상기 상부 메인 파이프의 상단에 밀봉 결합되며 외부로부터 입자가 유입될 수 있도록 흡입 유로가 형성되는 인렛 블록; 및
   상기 인렛 블록의 하부에 배치되어 상기 흡입 유로를 통해 유입된 입자가 관성력에 따라 선택적으로 통과하도록 노즐 유로와 상부 유동홀이 각각 형성되며 상기 노즐 유로는 상기 입자 유동 유로의 일단에 연통되게 밀봉 결합되도록 형성되는 노즐 블록
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 하부 모듈은
   내부 공간이 상기 입자 유동 유로의 타단에 연통되도록 상기 케이스에 밀봉 결합되는 하부 연결 블록; 및
   내부 공간이 상기 하부 연결 블록의 내부 공간과 연통되도록 상기 하부 연결 블록에 밀봉 결합되며 일측에는 상기 흡입 펌프와 연결되도록 하부 흡입 포트가 형성되는 하부 메인 블록
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하부 모듈은
   상기 하부 연결 블록 내부에 배치되어 상기 입자 유동 유로를 통과한 입자가 관성력에 따라 선택적으로 포집되도록 포집홈이 형성되는 임팩터 플레이트를 더 포함하고,
   상기 임팩터 플레이트에는 상기 포집홈의 외측에 상기 입자 유동 유로를 통과한 입자가 관성력에 따라 선택적으로 통과할 수 있도록 하부 유동홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 입자 측정 장치.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광 발생부와 광 검출부는 상호 대향하는 방향으로 일렬 배치되고, 광 검출부에는 상기 광 발생부의 입사광이 직접 수광되지 않도록 상기 입사광을 차단하는 빔스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 입자 측정 장치.
   

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