KR20160028136A

KR20160028136A - 필터 오염 측정 장치 및 필터 오염 측정 방법

Info

Publication number: KR20160028136A
Application number: KR1020140116761A
Authority: KR
Inventors: 이현영; 장지웅
Original assignee: 레이트론(주)
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-03-11
Also published as: CN105628652B; CN105628652A; KR101621205B1; US20160061747A1; US9709507B2; WO2016035975A1

Abstract

본 실시예에 따른 필터 오염 측정 장치의 일 측면은 이물질을 흡착하는 필터에 미리 정하여진 파장을 가지는 빛을 제공하는 발광부와, 필터에 반사된 반사광을 수광하고 반사광의 정보를 디지털 코드로 변환하여 출력하는 수광부 및 수광부가 제공한 디지털 코드를 처리(process)하여 필터의 오염도를 연산하는 오염도 연산부를 포함하며, 오염도 연산부는 필터에 반사된 반사광의 파장이 미리 정하여진 파장으로부터 변이(shift)된 정도 및 발광부가 제공하는 빛의 광량과 필터에 반사된 반사광의 광량을 대비하여 필터의 오염도를 연산한다.

Description

필터 오염 측정 장치 및 필터 오염 측정 방법{Apparatus and Method For Measuring Contamination of Filter}

본 발명은 필터 오염 측정 장치 및 필터 오염 측정 방법에 관한 것이다.

공기 필터는 가정용 진공 청소기로부터 자동차의 에어 필터, 반도체 제조 설비에서의 에어 샤워 시설에까지 사용되는 등 가정용, 산업용 시설에 널리 사용된다. 공기 필터는 흡기된 공기가 공급되는 경로에 배치되어 흡기된 공기에 포함된 이물질을 걸러서 흡기된 공기를 정화한다.

수명이 다한 필터는 흡기된 공기에 포함된 이물질을 거르는 정화도가 감소하므로 필터로서의 기능을 발휘할 수 없어서 흡기된 이물질을 여과하지 못하고 배출한다. 따라서 반도체 제조 설비에서 제조된 반도체 웨이퍼에 흠결(defect)을 발생시키고, 자동차 엔진의 고장을 일으키며 나아가 청소기로부터 배출된 먼지에 의한 호흡기 질환까지 일으킬 수 있어 공기필터의 오염도를 측정할 수 있는 방법 및 그 장치가 필요하다.

종래 기술에 따른 공기 필터의 오염 측정 장치에 관한 선행문헌으로는 한국 특허 제0909065호가 있다.

종래 기술에 따른 공기 필터 오염 측정 장치는 공기 필터를 투과하기에 충분한 파장대역을 가지는 광을 공기 필터의 일면에 조사하고, 반대면으로 투과된 광량을 검출하여 필터에 흡착된 이물질 양 및 공기 필터의 오염도를 측정하였다.

그러나, 종래 기술에 따른 공기 필터 오염 측정 장치는 공기 필터를 투과한 광량을 검출하는 방식을 취하므로 공기 필터에 흡착된 이물질 양이 미소하다면 조사하는 조사광 광량과 반사광 광량의 차이가 없어 필터에 이물질이 흡착된 정도를 충분히 파악할 수 없다는 문제가 있으며, 그에 따라 필터의 오염 정도를 충분히 감지할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 필터 오염 측정 장치에서 사용되는 수광 소자는 주로 황화카드뮴(CdS)을 이용한 광량 센서로, 환경을 오염시키는 카드뮴을 주된 재료로 하므로 그 제조 및 폐기시 환경 오염 문제를 일으킬 수 있다.

본 실시예에 의한 필터 오염 측정 장치의 일 측면은 이물질을 흡착하는 필터에 미리 정하여진 파장을 가지는 빛을 제공하는 발광부와, 필터에 반사된 반사광을 수광하고 반사광 정보를 디지털 코드로 변환하여 출력하는 수광부 및 수광부가 제공한 디지털 코드를 처리(process)하여 필터의 오염도를 연산하는 오염도 연산부를 포함하며, 오염도 연산부는 필터에 반사된 반사광의 파장이 미리 정하여진 파장으로부터 변이(shift)된 정도 및 발광부가 제공하는 빛의 광량과 필터에 반사된 반사광의 광량을 대비하여 필터의 오염도를 연산한다.

본 실시예에 의한 필터의 오염도 연산 방법은 필터에 광을 조사하는 단계와, 필터로부터 반사된 광을 수광하는 단계와, 수광한 반사광의 광량 및 반사광의 파장 대역에 상응하는 디지털 코드들을 출력하는 단계와, 디지털 코드들을 이용하여 필터의 오염도를 연산하는 단계를 포함하며, 필터의 오염도를 연산하는 단계는 필터에 조사되는 광의 파장이 필터에 반사되어 변이(shift)된 정도를 연산하고, 필터에 조사되는 광량과 필터로부터 반사된 반사광의 광량을 비교하여 필터의 오염도를 연산하여 수행한다.

본 실시예에 의한 필터 오염 측정 장치의 다른 측면은 적어도 필터 표면 일부로 광을 조사하는 발광부와, 필터 표면에서 반사된 광을 수광하는 수광부와, 발광부가 조사하는 광과 필터 표면에서 반사된 광의 파장을 대비하고, 발광부가 조사하는 광의 광량과 필터 표면에서 반사된 광의 광량을 대비하여 필터의 오염상태를 판단하는 오염 판단부 및 필터의 오염 상태가 미리 정하여진 문턱치를 넘는 경우 이를 알리는 경고부를 포함한다.

본 실시예는 파장대를 알고 있는 조사광이 필터에 반사되어 변이된 반사광의 파장대를 검출하고 파장대의 변이 및 변이된 파장대의 광량을 연산하여 필터에 이물질이 흡착된 정도를 파악하고, 조사광의 광량과 반사광의 광량을 대비하여 필터의 오염정도를 파악할 수 있다.

따라서 서로 다른 두 가지의 방식으로 필터에 흡착된 이물질의 양을 검출할 수 있어 종래 기술에 따른 필터 오염도 측정 장치 및 필터 오염도 측정 방법에 비하여 높은 신뢰성을 가지고 필터의 오염도를 측정할 수 있다는 장점이 제공된다.

도 1은 본 실시예에 따른 필터 오염 측정 장치의 개요를 도시한 개요도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 필터 오염 측정 방법의 개요를 도시한 순서도이다.
도 3a는 컬러 센서를 구현한 구현예의 개요를 도시한 도면이며, 도 3b는 조도 센서의 개요를 도시한 도면이다.
도 4는 조사하는 광의 파장에 대한 수광부 컬러 센서의 응답(response)을 도시한 도면으로, 청색, 녹색, 적색 및 백색광에 대한 단위 센서들의 상대응답을 도시한 도면이다.
도 5는 조사하는 광의 파장에 대한 수광부 조도 센서의 응답을 도시한 도면이다.

발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "상부에" 또는 "위에"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접촉하여" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "개재하여"와 "바로 ~개재하여", "~사이에"와 "바로 ~ 사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이하에서는 첨부된 도면을 첨부하여 본 발명의 실시예에 따른 필터 오염 측정 장치와 필터 오염 측정 방법을 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 필터 오염 측정 장치의 개요를 도시한 개요도이며, 도 2는 본 실시예에 따른 필터 오염 측정 방법의 개요를 도시한 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 발광부(100)는 이물질을 흡착하는 필터에 소정의 파장을 가지는 빛을 제공한다. 일 실시예에서 발광부는 발광 소자(LED, Light Emitting Device)를 포함하며, 미리 정하여진 파장대를 가지는 가시광을 필터 일면의 적어도 일부에 제공한다. 일 예로, 발광부는 400 내지 500nm의 파장대의 가시광을 필터에 제공한다.

일반적으로 380~430nm는 보라색에 상응하는 파장대역이고, 430~520nm는 청색에 상응하는 파장대역이고, 520~565nm는 녹색에 상응하는 파장대역이며, 565~600nm의 파장대역은 노란색과 주황색(orange)의 일부에 상응하는 파장대역이다. 다만, 색(color)은 상기한 파장의 변화에 따라 불연속적으로 변화하는 것이 아니라, 파장의 변화에 따라 연속적으로 변화하는 것이므로 상기한 파장대와 그에 따른 색은 해당 파장대의 대표적인 색을 지칭하여 발명의 용이한 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야 한다.

일 실시예로, 발광부(100)가 제공한 광을 필터의 표면에 고르게 조사(照射)하는 것이 곤란할 수 있으며, 특히 필터에 산 영역과 골 영역이 형성된 경우에는 산 영역에 의하여 필터의 표면에 고르게 광이 고르게 조사되지 않을 수 있다. 발광부(100) 표면에 제1 렌즈(110)를 배치하면 발광 소자가 제공하는 광을 분광시킬 수 있어 광을 필터 표면으로 고르게 조사할 수 있다.

필터 표면에서 반사된 반사광은 필터 및 필터에 흡착된 이물질에 의하여 난반사되어 전방향으로 고르게 진행하므로 단순히 수광소자를 배치하여 필터 표면에서 반사된 광을 수광하면 집광 효율이 감소할 수 있다. 이러한 경우에 반사광을 수광부(300)로 집광하는 제2 렌즈(310)을 배치하고, 수광부는 집광된 반사광을 수광하므로, 집광 효율을 향상시킬 수 있다.

도시된 도면에서는 제1 렌즈(110)로 오목 렌즈를, 제2 렌즈(310)로 볼록 렌즈를 예시하였으나, 이는 순전히 예시를 위한 것으로, 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 볼록 렌즈와 오목 렌즈에 한정되지 않으며, 광을 분광하여 고르게 조사하는 렌즈를 제1 렌즈로, 광을 집광하는 렌즈를 제2 렌즈로 삼을 수 있다. 일 예로, 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)로 형성할 수 있다.

필터(200)는 흡기된 공기에 포함된 이물질을 흡착하여 이물질을 여과한다. 일반적으로 필터(200)는 이물질의 여과율을 향상시키기 위하여 공기와 접촉하는 표면적이 크게 형성된다. 일 예로, 필터를 미세한 섬유(fiber)로 형성하거나, 필터 자체를 산 영역과 골 영역을 가지도록 형성하여 공기와의 접촉면을 크게 할 수 있다. 필터는 일 예로 0.3 ㅅm의 입자(particle)의 99.97%를 여과할 수 있는 헤파 필터(HEPA filter, High Efficiency Particulate Air filter)일 수 있다.

수광부(300)는 필터(200)에 반사된 빛을 수광하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 일 실시에로, 수광부(300)는 컬러 센서(310)와 조도 센서(ALS, Ambient Light Sensor, 320)를 포함할 수 있다. 일 예로, 컬러 센서는 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 영역대의 파장을 검출하고, 수광한 빛의 파장에 상응하는 디지털 코드(RGB)를 출력한다. 조도 센서(ALS, Ambient Light Sensor)는 검출한 광량에 상응하는 디지털 코드(Lum)를 출력한다.

도 3a는 컬러 센서를 구현한 구현예의 개요를 도시한 도면이며, 도 3b는 조도 센서의 개요를 도시한 도면이다. 도 3a를 참조하면, 본 구현예에 따른 컬러 센서(310)는 적색, 녹색 및 청색 대역의 광을 각각 감지하여 전기적 신호로 출력하는 단위 센서들(312)과 단위 센서들이 출력한 전기적 신호를 수신하는 완충 증폭기(Buffer, 314)와, 완충 증폭기가 출력한 전기적 신호를 증폭하는 증폭기(Amplifier, 316), 증폭된 전기적 신호를 제공받아 그에 상응하는 디지털 코드(RGB)로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog Digital Converter, 318)를 포함한다. 컬러 센서를 구현하는 다른 구현예로, 적색, 녹색 및 청색 대역의 광을 각각 감지하는 단위 센서들과 더불어 백색광을 감지하는 단위 센서를 더 포함할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 본 구현예에 따른 조도 센서(320)는 수광한 빛의 양을 감지하여 전기적 신호로 출력하는 광량 센서(Luminosity Sensor, 322)와, 광량 센서가 출력한 전기적 신호를 수신하는 완충 증폭기(Buffer, 324)와 완충 증폭기가 출력한 전기적 신호를 증폭하는 증폭기(Amplifier, 326) 및 증폭된 전기적 신호를 인가받아 그에 상응하는 디지털 코드(Lum)로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환기(ADC, 328)를 포함한다.

도시되지 않은 다른 구현예에 의하면 위의 구현예와 달리 복수의 입력 포트와 출력 포트를 가지는 하나의 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 컬러 센서에 포함된 증폭기(316)의 출력 신호와, 조도 센서에 포함된 증폭기(326)의 출력 신호를 각각의 입력 포트로 입력받아, 별도의 출력 포트로 변환된 디지털 코드들을 출력한다.

컬러 센서(310)와 조도 센서(320)는 각각 검출한 파장대역에 대한 정보와 수광한 광량에 대한 정보를 디지털 코드로 오염도 연산부(400)에 제공하므로 오염도 연산부는 이로부터 반사광의 파장 정보와 반사광의 광량 정보를 얻을 수 있다.

일 실시예에서, 컬러 센서와 조도 센서를 각각 구현하여 수광부를 구현할 수 있으며, 다른 실시예로, 컬러 센서와 조도 센서를 하나의 모듈로 구현하여 수광부를 구현할 수 있다.

종래의 광량 센서는 황화 카드뮴(CdS)을 포함하고 있으나, 카드뮴은 중독시 인체에 치명적이며, 환경을 오염시킬 수 있어 그 사용이 엄격히 제한된다. 본 실시예에 의한 조도 센서는 황화 카드뮴을 포함하지 않는 광량 센서를 사용하므로, 카드뮴 중독 및 환경 오염 문제를 발생시키지 않는다.

오염도 연산부(400)는 수광부(300)가 제공한 디지털 코드들(RGB, Lum)을 처리(process)하여 필터의 오염도를 연산한다. 일 실시예로, 오염도 연산부(400)는 수광부(300)가 제공한 디지털 코드들(RGB, Lum)을 이용하여 반사광의 파장 및 반사광의 광량을 연산하고, 발광부가 제공하는 광의 파장이 필터에 반사되어 형성되는 파장 변화(shift)와 변화된 파장의 광량을 구하여 필터의 오염정도를 연산하는 연산 유닛(440)을 포함한다.

일 실시예로, 본 실시예에 의한 필터 오염 측정 장치 및 필터 오염 측정 방법은 오염도 연산부(400)에서 연산된 필터의 오염 정도에 따라 사용자에게 경보 신호(alarm signal)을 제공하는 경보부(미도시)를 더 포함한다. 경보부는 오염도 연산부(400)로부터 제어 신호를 제공받아 사용자에게 시각적 경보 신호를 제공하는 발광 소자 및 청각적 경보 신호를 제공하는 스피커 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

이하에서는 위와 같은 요소를 포함하는 필터 오염 측정 장치의 동작과 필터 오염 방지 방법의 구현단계들을 설명한다. 발광부(100)는 필터(200)에 광을 조사한다(S100). 도 4는 조사하는 수광부가 수광한 빛에 대한 컬러 센서(310)의 응답(response)을 도시한 도면으로, 청색, 녹색, 적색 및 백색광에 대한 단위 센서들의 상대응답을 도시한 도면이며, 도 5는 수광부가 수광한 광의 파장에 대한 조도 센서의 응답을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 컬러 센서(310)가 수광한 빛의 파장이 400nm 근방에서 청색과, 백색광에 대한 응답이 증가하며, 500nm 근방의 파장대에서 녹색광에 대한 응답이 증가하고, 550nm 근방의 파장에서 적색광에 대한 응답이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 600nm 이상의 파장대역에서는 응답이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 컬러 센서(310)는 다른 파장대에 비하여 400nm 내지 600nm 의 파장대의 광을 민감하게 검출할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

도 5를 참조하면, 조도 센서(320)는 가시광 영역(Visible ray) 중 400nm 파장대 근방에서 응답이 상승하며, 600nm 파장대에서 파장이 길어질수록 조도 센서의 응답이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 조도 센서(320)도 컬러 센서와 마찬가지로 400nm 내지 600nm 의 파장대의 광을 민감하게 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다.

따라서, 수광부가 조사한 광이 필터 표면에 조사되면 필터에 흡착된 이물질에 의하여 반사되면서 반사광의 파장대가 발광부가 제공한 광의 파장대로부터 400 내지 600nm의 파장대로 변이된 경우에는 높은 민감도와 분해능으로 필터에 이물질이 흡착된 것을 검출할 수 있다. 또한, 수광부가 조사한 광이 필터에 흡착된 이물질에 흡광되어 광량이 감소한 경우에도 조도 센서가 광량 변화를 민감하게 검출할 수 있다.

수광부(300)는 필터에서 반사된 광을 수광(S200)하고, 수광한 광을 파장 대역에 상응하는 전기적 신호로 변환한다(S300). 일 실시예로, 수광부는 컬러 센서와 조도 센서를 포함하는 바, 수광부(300)는 입사된 광에 포함된 파장 및 광량에 상응하는 디지털 코드들(RGB, Lum)을 출력하여 오염도 연산부에 제공한다.

오염도 연산부(400)는 수광부(300)로부터 제공된 반사광의 파장 정보를 가지는 디지털 코드(RGB)와 반사광의 광량 정보를 가지는 디지털 코드(Lum)을 이용하여 필터의 오염도를 연산한다(S400). 일 실시예로, 수광부(300)에 입사된 광은 발광부(100)가 조사한 광이 필터에 반사된 반사광으로, 반사광의 파장은 반사면의 색채에 의하여 파장이 변이될 수 있다. 예를 들어 태양광이 푸른색 반사면에 의하여 반사되면 반사광은 푸른색에 상응하는 대역으로 파장이 변이(shift)되고, 태양광이 빨간색 반사면에 반사되면 반사광은 빨간색 대역으로 파장이 변이된다.

따라서 파장대를 알고 있는 조사광을 필터(200)에 조사하고 필터로부터 반사된 반사광의 파장을 검출하여 발광부가 제공한 빛의 파장 대역을 대비하면 반사 전후의 파장 변화를 검출할 수 있다. 따라서, 수광부가 제공한 디지털 코드를 이용하면 필터에 조사광의 파장대를 변이하는 이물질의 흡착여부를 검출할 수 있다.

일 예로, 발광부가 조사한 광의 파장 대역이 450nm 이고, 필터에서 반사된 반사광에 550nm의 파장 대역을 가지는 광이 포함되어 있다면 이것은 필터에 반사되면서 광이 장파장 영역으로 변화된 것을 의미한다. 따라서, 필터에 조사되는 광을 장파장 영역으로 변이시키는 이물질이 흡착된 것으로 파악할 수 있다.

또한, 반사광에 450nm 대역을 가지는 광의 광량이 다른 파장 대역의 광량에 비하여 우월(dominant)하다면 필터에는 조사광의 파장을 변화시키는 이물질이 다량으로 흡착되지 않아 필터의 오염정도가 낮은 것으로 파악할 수 있다. 이와 반대로 반사광에 조사광인 450 nm 대역을 가지는 광의 광량에 비하여 550nm의 파장 대역을 가지는 광의 광량이 우월하다면 필터에는 조사광의 파장을 장파장으로 변화시키는 이물질이 다량으로 흡착된 것으로 파악할 수 있어, 필터의 오염 정도가 높은 것으로 파악할 수 있다.

또한, 가정에서 사용되는 공기 청정기, 자동차에 사용되는 에어 필터 등은 먼지를 흡착하여 공기를 여과한다. 먼지는 필터의 표면에 흡착되어 일반적으로 회색 등의 무채색을 띈다. 광을 흰색 표면에 조사하여 반사된 반사광이 조사광의 파장 대역과 크게 다르지 않은 것과 유사하게, 무채색의 먼지가 흡착된 필터에 광이 조사되어 반사되는 반사광의 파장 대역은 조사광의 파장대에 비하여 변화가 크지 않아 컬러 센서를 이용하여 필터의 오염정도를 측정하는 것이 곤란할 수 있다.

그러나, 필터에 흡착된 무채색의 이물질의 양이 증가함에 따라 조사광을 반사하는 반사면은 회색으로 변화하며, 조사광은 이물질에 의하여 흡광되어 반사광의 광량은 조사광의 광량에 비하여 적다. 따라서, 조도 센서를 이용하여 반사광의 광량을 검출하고, 발광부가 제공한 조사광의 광량과 반사광의 광량을 대비하면 필터 표면에 무채색으로 흡착된 이물질의 양도 높은 분해능으로 검출할 수 있어 보다 정밀하게 필터의 오염정도를 연산할 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이 수광부에 포함된 컬러 센서 및 조도 센서는 400 내지 600nm 파장대의 광을 이외의 파장대 광에 비하여 높은 민감도로 측정할 수 있다. 일 실시예로 발광부가 450nm의 파장을 가지는 단색광을 필터에 조사하였을 때 반사광은 500 내지 600nm의 장파장대로 파장이 변이된 반사광과 450nm의 파장대를 가지는 반사광 성분을 포함한다고 하면, 필터의 오염도는 장파장대로 파장이 변이된 반사광의 광량과 450nm의 파장대를 가지는 반사광의 광량의 비율에 따라 달리 연산된다. 본 실시예에 따른 수광부는 다른 파장 영역에 비하여 400 내지 600nm 파장 대역의 광을 높은 민감도로 검출할 수 있는 바, 필터의 오염도를 정밀하게 측정할 수 있다.

또한, 발광부가 제공한 조사광의 광량과 반사광의 광량의 차이를 이용하여 필터의 오염도를 측정하는 경우에도, 발광부가 제공하는 광의 파장대는 수광부에 포함된 조도 센서가 민감하게 검출하는 파장 영역대에 속하므로 높은 정밀도로 필터의 오염도를 측정할 수 있다.

다만, 조도 센서를 이용하여 반사광의 광량을 측정하는 실시예와 관련하여 이물질이 흡착되어 무채색의 반사면을 형성하는 것만을 예시하여 설명하였으나, 이물질이 흡착되어 반사면이 색을 가지는 경우에도 당연히 본 실시예를 적용할 수 있다. 일 예로, 필터의 표면에 담배 연기로부터 니코틴 및 타르가 흡착되어 필터가 짙은 갈색으로 변색된 경우에 반사광 파장의 변이는 논외로 하고, 짙은 갈색면에 의하여 반사되는 반사광의 광량은 수광부(100)가 조사하는 광의 광량에 비하여 적다. 따라서 오염도 연산부는 조도 센서가 검출하여 제공한 디지털 코드(Lum)를 제공받고 조사광의 광량과 대비하여 필터의 오염정도를 연산할 수 있다.

필터의 오염 정도를 연산하는 실시예로, 오염도 연산부(400)는 조도 센서가 검출하여 제공한 반사광의 광량에 상응하는 디지털 코드(Lum)를 제공받고 조사광의 광량과 대비하여 필터의 오염정도를 연산할 수 있다. 또한, 오염도 연산부(400)는 컬러 센서(310)로부터 제공된 디지털 코드들(RGB)로 파장의 변이정도 및 변이된 파장의 광량으로 미리 정하여진 룩업 테이블(Look up table)을 이용하거나, 미리 프로그램된 식을 연산하여 필터의 오염정도를 연산할 수 있다.

다른 실시예로, 오염도 연산부(400)는 일 예로, 조사광의 파장대와 반사광의 파장대의 차이값을 구하여 조사광의 파장대와 반사광 파장대의 변이를 구하거나, 다른 예로, 오염도 연산부(300)는 조사광의 파장대와 반사광의 파장대의 비율을 연산하여 조사광의 파장대와 반사광 파장대의 변이를 구할 수 있다. 또한, 오염도 연산부(400)는 일 예로, 조사광의 광량과 반사광 광량의 차이값을 구하여 조사광의 광량과 반사광 광량의 차이를 구할 수 있으며, 다른 예로, 조사광의 광량과 반사광 광량의 비율을 연산하여 조사광의 광량과 반사광 광량의 차이를 구할 수 있다.

오염도 연산부(400)는 위와 같이 얻어진 조사광과 반사광의 파장대 차이 또는 조상광과 반사광의 변이된 파장의 비율 및 조사광과 반사광의 광량의 차이 또는 조사광과 반사광의 광량 비율로 미리 정하여진 룩업 테이블(Look up table)을 이용하거나, 미리 프로그램된 식을 연산하여 필터의 오염정도를 연산할 수 있다.

일 실시예에서, 위와 같이 얻어진 필터의 오염정도가 일정한 임계값을 초과하는 경우에는 외부에 경고신호를 발하는 경고부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 필터의 오염 정도에 따라 서로 다른 경고를 발생하도록 경고부를 구현할 수 있다.

본 실시예에 의하면 조사광의 파장대와 반사광의 파장대를 대비하고, 조사광의 광량과 반사광의 광량을 대비하여 필터에 이물질의 흡착된 정도를 파악한다. 따라서, 서로 다른 두 방식으로 필터에 이물질이 흡착된 정도를 파악하는 바, 보다 높은 신뢰성을 가지고 필터에 이물질이 흡착된 정도를 파악할 수 있다.

이상에서는 비록 한정된 실시예와 도면에 의하여 설명되었으나, 본 발명은 이러한 설명에 의하여 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

100: 발광부 110: 제1 렌즈
200: 필터 300: 수광부
310: 제2 렌즈 400: 오염도 연산부

Claims

이물질을 흡착하는 필터에 미리 정하여진 파장을 가지는 빛을 제공하는 발광부;
필터에 반사된 반사광을 수광하고 반사광 정보를 디지털 코드로 변환하여 출력하는 수광부 및
수광부가 제공한 디지털 코드를 처리(process)하여 필터의 오염도를 연산하는 오염도 연산부를 포함하며,
상기 오염도 연산부는 필터에 반사된 반사광의 파장이 상기 미리 정하여진 파장으로부터 변이(shift)된 정도 및 발광부가 제공하는 빛의 광량과 필터에 반사된 반사광의 광량을 대비하여 필터의 오염도를 연산하는 필터 오염 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 필터 오염 측정 장치는,
발광부가 제공하는 빛을 필터에 고르게 조사하는 제1 렌즈와,
필터로부터 반사되는 빛을 집광하여 수광부에 조사하는 제2 렌즈를 더 포함하는 필터 오염 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 수광부는 적색, 녹색 및 청색 영역대의 파장을 검출하여 검출한 각각의 영역대에 상응하는 전기적 신호들을 출력하는 컬러 센서 및 광량을 검출하는 조도 센서를 포함하는 필터 오염 측정 장치.
제3항에 있어서,
상기 컬러 센서는 각각 적색, 녹색 및 청색 파장대의 광을 검출하는 단위 센서들과, 단위 센서들이 출력한 신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭기가 출력한 신호를 디지털 코드로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter)를 포함하며,
상기 조도 센서는 수광한 광의 광량을 검출하는 광량 센서와, 광량 센서가 출력한 신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭기가 출력한 신호를 디지털 코드로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 필터 오염 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 발광부는 400 내지 500nm 대역의 광을 제공하는 필터 오염 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 수광부는 400 내지 600nm 파장대의 빛에 대한 민감도가 다른 대역에 비하여 큰 필터 오염 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 필터는 헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Filter) 필터인 필터 오염 측정 장치.
필터에 광을 조사하는 단계와,
필터로부터 반사된 광을 수광하는 단계와,
수광한 반사광의 광량 및 반사광의 파장 대역에 상응하는 디지털 코드들을 출력하는 단계와,
디지털 코드들을 이용하여 필터의 오염도를 연산하는 단계를 포함하며,
상기 필터의 오염도를 연산하는 단계는 필터에 조사되는 광의 파장이 필터에 반사되어 변이(shift)된 정도와, 필터에 조사되는 광량과 필터로부터 반사된 반사광의 광량을 비교하여 필터의 오염도를 연산하여 수행하는 필터 오염 측정 방법.
제8항에 있어서,
상기 필터에 광을 조사하는 단계는 제1 렌즈를 이용하여 광원이 제공하는 빛이 필터에 고르게 조사되도록 수행하고,
상기 필터로부터 반사된 광을 수광하는 단계는 제2 렌즈로 빛을 집광하여 수광부에 조사되도록 수행하는 필터 오염 측정 방법.
제8항에 있어서,
상기 필터로부터 반사된 광을 수광하는 단계는 컬러 센서를 이용하여 적색, 녹색 및 청색 영역대의 광을 검출하고 전기적 신호로 출력하도록 수행하고,
파장 대역별로 상응하는 디지털 코드들로 변화하는 단계는 상기 전기적 신호를 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog Digital Converter)로 디지털 코드로 변환하여 수행하는 필터 오염 측정 방법.
제8항에 있어서,
상기 필터로부터 반사된 광을 수광하는 단계는 광량 센서를 이용하여 필터로부터 반사된 광의 광량을 검출하고 전기적 신호로 출력하도록 수행하고,
디지털 코드들로 변환하는 단계는 상기 전기적 신호를 아날로그 디지털 컨버터(ADC, Analog Digital Converter로 디지털 코드로 변환하여 수행하는 필터 오염 측정 방법.
제8항에 있어서,
상기 필터에 광을 조사하는 단계는 400 내지 500nm 파장 영역대의 빛을 조사하여 수행하는 필터 오염 측정 방법.
제8항에 있어서, 상기 필터로부터 반사된 광을 수광하는 단계는,
400 내지 600nm 파장 영역대의 빛에 대한 민감도가 다른 파장 영역대에 대한 민감도에 비하여 높은 센서를 사용하여 수행하는 필터 오염 측정 방법.
제8항에 있어서,
상기 필터는 헤파 (HEPA, High Efficiency Particulate Filter) 필터인 필터 오염 측정 방법.
적어도 필터 표면 일부로 광을 조사하는 발광부;
필터 표면에서 반사된 광을 수광하는 수광부;
발광부가 조사하는 광과 필터 표면에서 반사된 광의 파장을 대비하고, 발광부가 조사하는 광의 광량과 필터 표면에서 반사된 광의 광량을 대비하여 필터의 오염상태를 판단하는 오염 판단부 및
필터의 오염 상태가 미리 정하여진 문턱치를 넘는 경우 이를 알리는 경고부를 포함하는 필터 오염 측정 장치.
제15항에 있어서,
상기 필터 오염 측정 장치는,
발광부가 제공하는 빛을 분광하여 필터에 조사하는 제1 렌즈와,
필터로부터 반사되는 빛을 집광하여 수광부에 조사하는 제2 렌즈를 더 포함하는 필터 오염 측정 장치.
제15항에 있어서, 상기 수광부는
적색, 녹색 및 청색 영역대의 파장을 검출하여 검출한 각각의 영역대에 상응하는 전기적 신호들을 출력하는 컬러 센서와,
상기 전기적 신호들을 증폭하는 증폭기 및
상기 증폭기의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 필터 오염 측정 장치.
제15항에 있어서, 상기 수광부는
필터 표면에서 반사된 광의 광량을 검출하여 검출한 광량에 상응하는 전기적 신호들을 출력하는 광량 센서와,
상기 전기적 신호들을 증폭하는 증폭기 및
상기 증폭기의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 필터 오염 측정 장치.
제15항에 있어서,
발광부가 제공하는 빛은 400 내지 500nm 파장 영역대의 빛인 필터 오염 측정 장치.
제15항에 있어서,
상기 수광부는 400 내지 600nm 파장대의 빛에 대한 민감도가 다른 대역에 비하여 큰 필터 오염 측정 장치.
제15항에 있어서,상기 필터는 헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Filter) 필터인 필터 오염 측정 장치.