KR20160023504A - 조도센서를 이용한 미세먼지 측정 장치 - Google Patents

조도센서를 이용한 미세먼지 측정 장치 Download PDF

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KR20160023504A
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Abstract

미세먼지는 50 마이크로미터 크기의 아주 작은 입자로, 중금속 성분, 탄소 성분, 이온 성분 등 다양한 물질들이 섞여 이루어져있다. 이는 매우 작은 크기를 가지고 있어 호흡기를 통해 여과되지 않고 폐로 직접 침투하기 때문에, 호흡기 질환을 일으킨다. 뿐만 아니라, 중금속과 같은 물질들은 체외로 배출되지 못하고 축적되어 만성 질환을 일으키기도 한다.
이와 같은 미세먼지에 의한 피해를 미리 대처하기 위해서, 가정에서 쉽게 미세먼지를 측정하여 미세먼지의 정도를 파악하여 대처 할 수 있는 간편하고 효과적인 장치를 만들게 되었다. 이 장치는 베란다나 실내공간에 설치되어, 미세먼지에 따라 미세먼지 제거장치를 작동 시키게 하도록 가능한 한 편리한 측정방식을 취하도록 하였다. 강제순환식으로 마이크로 필터를 장착한 후 일정한 시간에 따른 필터의 까만 정도를 조도 센서로 수치화한다면 미세먼지의 농도를 조도(Lux)값으로 비교하여 나타 낼 수 있다.

Description

조도센서를 이용한 미세먼지 측정 장치{ PM2.5 Monitoring Device Using Light Sensor By Micro-filter Contamination}
미세먼지, 조도 센서, PM2.5
미세먼지를 측정 하기 위한 방법
중량 포집법
1)임펙터 또는 사이크론방식을이용하여미세 입자 (PM10: 10마이크로 이하입자)를 분리한다.
2)포아사이즈 2마이크로 이하 GFC (glass fiber filter)여과지에먼지를 포집한다.
3)여과지에포집 전 후 무게를이용순수한 먼지의 무게를구한다.
4) 포집 총유량 값을 계산하여 산출한다
5) 무게와 부피(유량체적)ug/m3으로 표시
1입방 메타 에몇 마이크로그램의먼지 가 있는지 계산한 값이다.
베타선 법
1)임펙터 또는 사이크론방식을이용하여미세 입자 (PM10: 10마이크로 이하입자)를 분리한다
2) 필터에먼지를 포집한다
3) 베타선소스를 투과하여투과도를 측정한다.
4) 투과도를 무게로 정량화 한다.
광산란 방식
입자가 광학챔버에 들어오면 레이져와 만나는데 이때 산란광이 만들어지는데, 입자의 반짝거리는 크기를 가지고 입자 사이즈를 결정하며 반짝거리는 개수를 해아려 입자의 사이즈별 갯수를 측정하게 된다.
장점 :
1)실시간 미세입자측정이 가능하다.
2)여러 사이즈 미세먼지 측정이 가능하다.
3)다른 실시간 측정방법에 비해 측정기 단가 가저렴하다.
단점:
1)입자에 에 대한 비중이 고려되지않았다
2) 레이져 광원에 대한오차가 발생한다.
3) 정확한 입자 사이즈 분리가어렵다.
*광산란 방식의 미세먼지측정원리
위 광산란 방식 의 원리로미세입자를측정한후각사이즈에 대한무게 정량화작업을 해주므로(ug/m3)의미세먼지의 질량을 표시한다.
컴퓨터 냉각팬사이에 구멍을 뚫어 미세먼지 필터에 공기를 통과 시킨 후 필터의 오염된 상태에 빛을 투과 시키는 실험을 진행 해보았다. 반대편에 빛 센서를 세운다음 전류계와 연결하여 빛을 통과시킬 경우 파랑색 레이저에서 가장 전류의 변화가 컸고 초록색 빨간색 순으로 전류의 변화가 나타났다.
Log I 0 / I t = ε CL ···비어의 법칙
여기서 I 0는 입사하는 빛의 강도이고, I t 는 통과한 빛의 강도, ε는 흡광계수이다. ε는 입사광의 파장이나 화합물 특유의 상수이다 이러한 법칙을 화학에서 용액상의 농도의 진한 정도를 정량화하는데 많이 사용 되는데 이컴퓨터 팬에 묻은 필터에서도 빛을 투과시켜 이 투과한양을 조도센서로 사용되는 CdS광소자 센서나 태양열 전지에서도 빛의 조도에 따라 전류나 전압의 변화로 검출 할 수가 있게 된다
본 발명에서는 환경부에서 실시하는 총중량법이나 베타선법 같은 방법은 측정기구의 복잡성과 고가의 장비이므로 일반 가정에서는 사용하기에 부적합한 면이 있으므로 미세먼지의 특성에 맞는 물리 화학적 특성을 고려한 측정법을 소개해 보겠다.
일반적으로 미세먼지를 측정하기 위해 여과장치를 통과하여 2.5마이크론이하의 먼지를 포집하는 시간이 오래 걸리고 이것의 무게를 재서 세제곱 평방 미터당의 중량으로 나타내는 방법이 현재 기준되는 방법이다.
하지만 이러한 복잡한 방법으로 가정에서는 측정 할 수 없으므로 마이크로필터를 이용한 여과장치를 환기팬이나 헤어 드라이장치에 사용되는 불로어에 부착시켜 순환되는 공기를 통하여 미세먼지가 걸러지는 새로운 방식을 채택 하였다. 이러한 간단한 장치를 만들기 위하여 컴퓨터 쿨링팬에 한쪽을 막고 2x3cm의 직사각형 구멍을 낸 다음 이 구멍을 통하여 미세먼지를 순환하도록 하였다. 이직사각형 안에 여러 종류의 필터를 바꾸어 가며 미세먼지 흡착되는 양을 색의 진한 정도로 비교 하였다.
또한 12V 불로어에 여러 종류의 필터(1μm, 10μm)를 동시에 비교하여 미세먼지의 통과여부를 실험 하였다.
12V의 팬을 돌려 가면서 필터에 여과된 까만색 미세먼지입자를 관찰 해보면 일정한 시간 간격으로 먼지가 축적된 것을 알 수 있다. 따라서 미세먼지 있 측정기와 이마이크로 필터의 일정시간대에서의 색상을 비교하면 미세먼지의 농도를 간접적으로 측정할 수 있는 효과적인 방법이 될수 있다. 이러한 장치는 제작비용이 1만원 미만이므로 실제 300만원 이상하는 미세먼지 측정기에 비해 저렴하고 보수 관리도 용이 하기 때문에 더 연구해서 미세먼지 측정을 하는 새로운 장치를 개발하고자 한다.
또한 아래 일반 필터에서는 6일이 지났는데도 필터의 색이 거의 변하지 않았음을 볼수있는데 이는 미세먼지는 반드시 1마이크로 이하의 기공을 갖는 필터에서만 여과가 되므로 매우촘촘한 헤파필터와 같은 기능성 필터를 써야 미세먼지제거 효과가 있다는것을 알 수 있다.
일정 시간동안 이 까만 정도의 값을 비교하면 미세먼지의 양을 정량화 시킬 수 있다는 가정 하에서 조도 측정기를 이용하여 미세먼지의양을 조도 감소의 값으로 나타내어 보았다.
도면.1 은 본발명의 실시예
미세먼지는 50 마이크로미터 크기의 아주 작은 입자로, 중금속 성분, 탄소 성분, 이온 성분 등 다양한 물질들이 섞여 이루어져있다. 이는 매우 작은 크기를 가지고 있어 호흡기를 통해 여과되지 않고 폐로 직접 침투하기 때문에, 호흡기 질환을 일으킨다. 뿐만 아니라, 중금속과 같은 물질들은 체외로 배출되지 못하고 축적되어 만성 질환을 일으키기도 한다.
이와 같은 미세먼지에 의한 피해를 미리 대처하기 위해서, 가정에서 쉽게 미세먼지를 측정하여 미세먼지의 정도를 파악하여 대처 할 수 있는 간편하고 효과적인 장치를 만들게 되었다. 이 장치는 베란다나 실내공간에 설치되어, 미세먼지에 따라 미세먼지 제거장치를 작동 시키게 하도록 가능한 한 편리한 측정방식을 취하도록 하였다.
강제순환식으로 마이크로 필터를 장착한 후 일정한 시간에 따른 필터의 까만 정도를 조도 센서로 수치화한다면 미세먼지의 농도를 조도(Lux)값으로 비교하여 나타 낼 수 있다.
생략

Claims (1)

  1. 강제순환식으로 마이크로 필터를 장착한 후 일정한 시간에 따른 필터의 까만 정도를 조도 센서로 수치화한다면 미세먼지의 농도를 조도(Lux)값으로 비교하여 나타 내는 장치에 한함.
KR1020140110149A 2014-08-23 2014-08-23 조도센서를 이용한 미세먼지 측정 장치 KR20160023504A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108469404A (zh) * 2018-02-01 2018-08-31 王林林 一种pm2.5浓度估算系统及方法
CN108693142A (zh) * 2018-06-11 2018-10-23 重庆大学 一种基于光学散射原理的pm2.5检测方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108469404A (zh) * 2018-02-01 2018-08-31 王林林 一种pm2.5浓度估算系统及方法
CN108469404B (zh) * 2018-02-01 2020-06-02 滨州学院 一种pm2.5浓度估算系统及方法
CN108693142A (zh) * 2018-06-11 2018-10-23 重庆大学 一种基于光学散射原理的pm2.5检测方法

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