KR20160134023A - 복합 환경 센서 - Google Patents

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KR20160134023A
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조현태
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재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단
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Abstract

본 발명은 미세먼지 농도 측정과 가스 성분 및 농도 측정이 가능한 복합 환경 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 미세먼지 농도를 측정하는 하우징 내에 공기 내 포함된 가스 성분 및 농도 측정이 가능한 가스 센서를 배치시킴으로써 전체 환경 센서의 크기를 감소시키고, 총 전력 소모량 또한 현저히 저감시킬 수 있는 복합 환경 센서에 관한 것이다.

Description

복합 환경 센서{hybrid environment sensor}
본 발명은 미세먼지 농도 측정과 가스 성분 감지가 가능한 복합 환경 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전체 하우징 내에 미세먼지 측정부 및 가스 성분 측정부를 동시에 배치시킴으로써 전체 환경 센서의 크기를 감소시키고, 총 전력 소모량 또한 현저히 저감시킬 수 있는 복합 환경 센서에 관한 것이다.
경제가 발전함에 따라 생활수준이 점점 향상되면서, 공기질 등에 대한 관심도 증가하여 사용자들이 보다 쾌적하고 깨끗한 공기를 원하는 시대가 되었다.
이에 따라 주택은 인간의 삶의 질적 향상을 추구하기 위해 끊임없이 다양한 기능을 적용하면서 개량되고 있다. 특히, 각종 환경 오염기계장치나 자동차 등에서 배출되는 공기에 함유되는 각종 미세 먼지 및 이물질로 인해 건강을 위협하는 문제 등으로 인해 다양한 공기청정기가 출시되어 판매중이나, 공기청정기만으로는 공기질이 원하는만큼 개선되지 않는 문제점이 있다.
따라서, 이용자의 건강 및 편의를 위하여 공기질을 실시간으로 감시하여 보다 정확하고 간편하게 공기질을 진단하고, 이에 바탕하여 공기질을 신속히 개선할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
이에 따른 종래 기술의 일 예로, 등록특허 제10-1160986호를 제시한다. 도 1은 등록특허 제10-1160986호의 대표도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 등록특허 제10-1160986호에 제시된 실내공기 오염도 측정장치는 실내공기의 각종 상태를 감지하는 감지부(1); 상기 감지부(1)에서 감지한 측정신호를 받아 증폭하고 필터리한 후 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부(2); 상기 신호처리부(2)를 통해 측정데이터를 입력받고, 측정된 데이터에 대해 미리 저장되어 있는 데이터 표시 알고리즘과 분석 알고리즘에 의해 측정 데이터를 표시함과 아울러 비교분석에 의해 알람 및 표시를 제어하는 제어부(3) 등을 포함한다. 이때, 상기 감지부(1)는 온도센서, 습도센서, 일산화탄소센서, 이산화탄소센서, 먼지센서가 내장되어 각각 온도, 습도, 일산화탄소량, 이산화탄소량, 먼지량을 센싱하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해 실내공기의 오염도를 정확하게 측정할 수 있으며, 측정 분석된 실내 공기의 질을 객관적으로 볼 수 있게 표시함으로써 사용자에게 장치의 친금감을 주고 실내환경에 대한 중요성을 인식시킬 수 있다는 효과가 있다.
다만, 종래 기술에서와 같이 복수 개의 센서를 각각 독립적으로 구성하게 되면 전체 측정 장치의 크기는 추가되는 센서의 개수에 비례하여 증가하게 되는 문제점이 있으며, 이들 각각을 구동시키기 위해 전력량 또한 증가하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1160986호 (2012.06.22.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래 대비 전체 센서 시스템의 크기를 감소시킨 복합 환경 센서를 제공하고자 한다.
또한, 전체적으로 필요로 하는 소자들의 수를 감소시킴으로써 소비 전력량 또한 감소시킬 수 있는 복합 환경 센서를 제공하고자 한다.
또한, 환경 센서부들 간 유기적인 배치 구조를 통해 전체 측정 장치 내 필요한 소자의 개수를 줄임으로써 제조 비용 또한 감소시킬 수 있는 복합 환경 센서를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 복합 환경 센서는, 유입되는 공기에 포함된 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지하는 가스 센서부; 및 상기 가스 센서부에 의해 유동되는 공기의 미세먼지 농도를 측정하는 미세먼지 측정 센서부;를 포함한다.
일 예로, 상기 가스 센서부는 휘발성 유기 화합물(VOC), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 황산화물(SOx), 오존(O3)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지할 수 있는 가스 센서 모듈로 구성될 수 있다.
바람직한 예로, 상기 가스 센서부는 마이크로 히터;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 복한 환경 센서는 내부로 공기가 유입되는 유입구 및 내부를 통과한 공기가 배출되는 배출구가 형성된 하우징을 더 포함하고, 상기 가스 센서부 및 미세먼지 측정 센서부는 상기 하우징 내 배치될 수 있다.
상기 가스 센서부는 상기 하우징의 유입구를 통해 유입되는 공기에 포함되는 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지하고,
상기 미세먼지 측정 센서부는 상기 가스 센서 및 배출구의 사이 영역에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 가스 센서부는 상기 하우징의 하부면 또는 측면에 부착되어 배치될 수도 있다.
추가적인 실시예로, 본 발명에 따른 복합 환경 센서는 상기 유입구로 공기가 유입되도록 공기의 유동을 형성하는 펌프;를 더 포함할 수 있다.
상기 미세먼지 측정 센서부는 다양한 기술 구성을 가질 수 있다.
일 예로, 상기 미세먼지 측정 센서부는 광원부; 상기 광원부로부터 방출되는 빛이 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 감지하여 대응되는 전기적 신호를 생성하는 광검출부; 및 상기 광검출부를 통해 검출된 전기적 신호를 이용하여 미세먼지 농도를 산출하는 산출부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 광원부는 백색광 다이오드, 적외선 LED 다이오드, 레이저 다이오드 중 선택되는 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.
다른 예로, 상기 미세먼지 측정 센서부는 상기 공기 중 미세먼지를 여과하는 필터; 및 상기 필터에 의해 여과된 미세먼지의 무게 정보를 이용하여 미세먼지 농도를 산출하는 산출부;를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 복합 환경 센서에 있어서, 상기 가스 센서부는 동작 과정에서 열 에너지를 발산시키며, 공기는 상기 열 에너지를 포함하는 요인에 의해 유동될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 복합 환경 센서는 광원부 및 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 단말기에 결합되어 상기 휴대용 단말기로 하여금 공기의 미세먼지 농도 및 가스 성분을 감지토록 구성될 수 있다.
이와 같은 복합 환경 센서는, 상기 휴대용 단말기에 결합되며, 내부로 공기가 유입되는 유입구 및 내부를 통과한 공기가 배출되는 배출구가 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되어 상기 유입구를 통해 유입되는 공기에 포함된 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지하고, 상기 정보를 상기 휴대용 단말기로 제공하는 가스 센서부; 상기 휴대용 단말기의 광원부로부터 조사된 빛이 상기 가스 센서부에 의해 유동되는 공기에 대해 조사되도록 유도하는 광 유도부; 및 상기 광유도부에 의해 조사되어 상기 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 상기 휴대용 단말기의 카메라 모듈이 감지하도록 유도하는 광검출 유도부;를 포함할 수 있다.
추가적으로, 상기 광검출 유도부는 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 수렴하는 렌즈 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 복합 환경 센서는, 내부로 공기가 유입되는 유입구 및 내부를 통과한 공기가 배출되는 배출구가 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되어 상기 유입구를 통해 유입되는 공기에 포함된 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지하는 가스 센서부; 상기 하우징 내부에 배치되어 상기 가스 센서부로부터 발생되는 열에 의해 유동되는 공기에 대해 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부로부터 조사되어 상기 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 감지하여 대응되는 전기적 신호를 생성하는 광검출부; 및 상기 광검출부를 통해 측정되는 전기적 신호를 이용하여 미세먼지 농도를 산출하는 산출부;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 환경 센서는 밀폐된 하우징 구조 내 하나 또는 두 개 이상의 가스를 감지할 수 있는 가스 센서부 및 미세먼지 측정 센서부를 함께 배치시킴으로써 주변 공기에 대한 가스 성분 및 농도를 측정함과 동시에 상기 공기에 포함된 미세 먼지 농도를 측정할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 환경 센서에 있어, 가스 센서부의 동작 과정에서 열이 발생되는 현상을 활용하여 전체 측정 장치 내 공기의 유동 방향을 제어할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 특성에 의해, 전체 측정 장치 내에는 공기의 유동성을 제어하는 별도의 기술 구성이 필요하지 않은 바 전체 제조 비용 또한 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래기술로서, 국내 등록특허 제20-1160986호의 대표도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 환경 센서를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 환경 센서를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 환경 센서를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 환경 센서를 나타낸 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 환경 센서는 가스 센서부(10) 및 미세먼지 측정 센서부(20)를 포함한다.
먼저, 본 발명에 있어 적용 가능한 가스 센서부(10)로는, 공기 내 포함된 가스 성분을 검출할 수 있는 모든 기술 구성이 적용될 수 있다. 일 예로, 상기 가스 센서부(10)로는, 휘발성 유기 화합물(VOC), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 황산화물(SOx), 오존(O3)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지할 수 있는 가스 센서 모듈이 적용될 수 있다. 이때, 상기 가스 센서 모듈은 측정하고자 하는 가스 성분의 종류에 따라 단일의 가스 센서로 구성될 수도 있으며, 복수 개의 가스 센서로 구성될 수도 있다.
이와 같은 가스 센서 모듈은 각각의 특성화된 가스 성분을 감지하기 위하여 일정 이상의 온도로 가열되어야 한다. 일반적으로 가스 센서 모듈은 가스 분자가 표면에 흡착했을 때 상기 표면의 특성 변화(저항 변화, 전기 전도도 변화 등)를 통해 해당 가스의 유무를 측정할 수 있다. 이후 다른 공기를 감지하기 위해서는 미리 센서 표면에 흡착되어 있는 가스분자를 떼어내야 재측정이 가능하며, 이를 위해 일정 이상의 온도로 가열하여 흡착된 가스 분자를 분리하는 작업이 필요하게 된다.
본 발명에 따른 가스 센서부(10)는 이와 같이 가스 성분 측정을 위한 센서 표면부에 흡착되어 있는 가스분자를 떼어내기 위하여 별도의 히터 모듈을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 마이크로 히터를 포함할 수 있다. 이를 통해, 가스 센서부(10)의 크기를 소형화시킬 수 있으며, 궁극적으로는 상기 가스 센서부(10)를 포함하는 복합 환경 센서의 크기 또한 소형화시킬 수 있다.
이와 같은 가스 센서부(10)의 가스 성분 감지 방식에 의해 공기는 유동하게 되고, 이에 따라 상기 공기는 미세먼지 측정 센서부(20)를 통과하도록 유동되게 된다. 이때, 상기 공기의 유동 원인으로는 다양한 사항들이 적용될 수 있다. 일 예로 가스 센서부(10)에서 발생되는 열 에너지와 함께 별도로 구비된 펌프 모듈 등의 조합에 의해 공기의 유동이 발생될 수 있다. 본 발명에서는 이와 같은 다양한 유동 원인들이 조합되어 적용될 수 있다.
미세먼지 측정 센서부(20)는 상기와 같은 가스 센서부(10)에 의해 유동되는 공기의 미세먼지 농도를 측정한다. 이때, 상기 미세먼지 측정 센서부(20)는 중량법, 베타선흡수법, 광산란법, 광투과법 등 미세먼지 측정 방법을 이용하여 공기 내 미세먼지 농도를 측정할 수 있다.
중량법이란, 여과지(필터)를 이용하여 일정량의 공기를 여과시키고 상기 여과지의 중량의 차이를 이용하여 공기 내 미세먼지의 농도를 측정하는 방법을 의미한다. 이어, 베타선 흡수법이란 공기중에 부유하고 있는 미세먼지를 여과지 위에 포집하여 베타선을 투과시켜 입자상 물질의 중량 농도를 연속적으로 측정하는 방법이다.
광산란법이란, 입자상 물질에 빛을 조사하면 빛이 산란하는 원리를 이용하여 산란광의 양을 측정하고 그 값을 토대로 미세먼지의 농도를 측정하는 방법을 의미한다.
이하, 도 3 등에서는 광산란법을 적용한 미세먼지 측정 센서부(20)로 구체화하여 설명하도록 하나, 상기 미세먼지 측정 센서부(20)로써 다른 측정 방법 및 이를 위한 필수 기술 요소 또한 적용 가능함은 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
추가 설명을 위한 일 실시예에서, 미세먼지 측정 센서부(20)가 중량법을 이용하여 미세먼지 농도를 측정할 경우, 상기 미세먼지 측정 센서부(20)는 상기 공기 중 미세먼지를 여과하는 필터; 및 상기 필터에 의해 여과된 미세먼지의 무게 정보를 이용하여 미세먼지 농도를 산출하는 산출부;를 포함하도록 구성될 수도 있다.
이하, 도 3 및 도 4 에서는 본 발며으이 일 실시예에 따른 복합 환경 센서에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 환경 센서를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 환경 센서는 가스 센서부(10), 광원부(21) 및 광검출부(22)를 포함하는 미세먼지 측정 센서부, 하우징(30)을 포함한다. 이때, 상기 가스 센서부(10), 미세먼지 측정 센서부는 상기 하우징(30) 내 구비된다.
하우징(30)은 내부로 공기가 유입되는 유입구(31) 및 내부를 통과한 공기가 배출되는 배출구(32)가 형성되어 있다.
가스 센서부(10)는 이와 같은 하우징(30) 내부에 배치되어 상기 유입구(31)를 통해 유입되는 공기에 포함된 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지한다. 이때, 감지되는 가스 성분은 가스 센서부(10)의 종류에 따라 선택적으로 적용될 수 있으며, 하나 또는 두 개 이상의 센서 모듈로 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 가스 센서부(10)는 황산화물(SOx) 센서, 일산화탄소(CO) 센서, 오존(O3) 센서가 모두 구비된 센서 모듈로 구성될 수 있다.
이와 같은 가스 센서부(10)는 동작 과정에서 센서 표면부에 흡착된 가스 성분을 제거하기 위해 일정 온도 이상으로 가열되게 되고, 이 과정에서 상기 가스 센서부(10)는 유입되는 공기를 유동시키게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가스 센서부(10)는 하우징(30)의 유입구(31)에 근접하도록 상기 하우징(30)의 하부면에 배치시, 유입구(31)를 통해 인입된 공기는 가스 센서부(10)를 통과하며 가스 센서(10)로부터 획득된 열에너지를 포함한 추가적인 유동 원인에 의해 하우징(30)의 상부 방향으로 유동되게 된다. 이렇게 유동하는 공기는 광원부(21) 및 광검출부(22)를 포함하는 미세먼지 측정 센서부를 통과하여 배출구(32)를 통해 외부로 배출되게 된다.
정리하면, 본 발명에 적용 가능한 실시예에 따른 복합 환경 센서에 있어, 가스 센서부(10)는 가스 성분 감지 및 이후 유동되는 공기가 미세먼지 측정 센서부를 적절하게 통과하도록 하는 위치에 배치될 수 있으며, 미세먼지 측정 센서부(20)는 상기 가스 센서부(10) 및 배출구(32)의 사이 영역에 배치되어 상기 공기의 미세먼지 농도를 측정할 수 있다.
이때, 상기 가스 센서부(10)는 실시예에 따라 상기 하우징(30)의 하부면 또는 측면에 부착되어 배치될 수도 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과하며, 상기 가스 센서부(10)는 인입된 공기가 유동되어 상기 하우징(30)의 배출구(32)로 배출시킬 수 있는 위치라면 어디에도 배치 가능하다.
이처럼, 본 발명에 있어, 가스 센서부(10)는 공기 내 포함된 특정 가스 성분을 감지하며, 이 과정에서 열 에너지를 발산시키게 된다. 공기는 상기 열 에너지를 포함하는 요인에 의해 유동되어 하우징(30) 내 구비된 미세먼지 측정 센서부(20)로 하여금 상기 공기 내 미세먼지 농도를 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
미세먼지 측성 센서부(20)는 광원부(21), 광검출부(22) 및 산출부를 포함할 수 있다. 먼저, 하우징(30) 내 배치된 광원부(21)는 상기 가스 센서부(10)에 의해 유동되는 공기에 대해 빛을 조사하고, 광검출부(22)는 상기 광원부(21)로부터 조사되어 상기 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 감지하여 대응되는 전기적 신호를 생성한다. 별도로 구성된 산출부(미도시)는 상기 광검출부(22)를 통해 측정되는 전기적 신호를 이용하여 미세먼지 농도를 산출한다.
본 발명에 적용 가능한 실시예에서 상기 광원부(21)는 공기에 대해 일정한 강도의 빛을 조사하는 기능을 수행한다. 이때, 공기 내 미세먼지가 포함되게 되면 상기 빛은 미세먼지에 의해 산란되게 되며, 이로 인해 광원부(21)로부터 조사된 빛은 특정 각도로 굴절되게 된다.
광검출부(22)는 상기와 같이 산란된 빛을 감지하는 기능을 수행한다. 일반적으로 상기 광검출부(22)는 상기 광원부(21)로부터 조사된 빛이 직접적으로 감지되지 않는 위치에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 공기 내 미세먼지에 의해 산란광이 발생되어야지만 빛을 감지할 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 이를 통해 미세먼지 측정 센서부(20)는 보다 신뢰성 높게 미세먼지 농도를 측정할 수 있다.
이와 같은 광원부(21)로는 일정 방향으로 빛을 조사할 수 있는 모든 광원 모듈이 적용될 수 있으며, 일 예로 백색광 다이오드, 적외선 LED 다이오드, 레이저 다이오드 중 선택되는 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 즉, 상기 광원부(21)는 미세먼지의 측정 방법 및 규격에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.
광검출부(22)는 미세먼지로 인한 산란광을 감지할 수 있는 소자로서, 포토다이오드(PhotoDiode) 등의 소자로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광원부(21) 및 광검출부(22)는 광학렌즈 등을 포함함으로써 조사되는 빛이 수렴(또는 집광)할 수 있도록 하거나 산란된 빛을 감지하는 효율을 높일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 하우징 내부에 산란된 빛이 상기 광검출부(22)를 향하는 방향으로 반사시킬 수 있는 미러를 추가로 더 구비할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 적용가능한 실시예에 불과하며, 상기 광원부(21) 및 광검출부(22)는 도 3과 달리 공기 내 미세먼지 농도를 측정하기 용이한 위치 및 구도로 변경되어 배치될 수 있다.
일 예로, 도 3과 같이 가스 센서부(10)가 상기 하우징(30) 내 하부면에 배치될 경우, 광원부(21) 및 광검출부(22)는 각각 하우징(30)의 좌측면 또는 우측면에 배치될 수도 있다. 이때, 상기 광원부(21) 및 광검출부(22)는 미세먼지에 의한 산란광을 측정하기 용이하도록 일정 각도로 틸트(Tilt)되어 배치될 수 있다.
이와 같이 구성된 미세먼지 측정 센서부(20)를 모듈을 통해 공기 내 미세먼지 농도를 측정하고, 상기 미세먼지 측정 센서부(20)를 통과한 공기는 배출구(32)를 통해 외부로 배출된다.
이때, 상기 하우징(30)의 유입구(31)로 외부 공기가 유입되도록 공기의 유동을 형성하는 펌프(미도시)가 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 펌프는 외부의 공기가 하우징(30)의 내부로 쉽게 유입되도록 함으로써 본 발명에 따른 복합 센서는 공기에 포함된 가스 성분 및 미세먼지 농도 측정을 용이하게 할 수 있다.
이와 같은 복합 환경 센서는 휴대용 단말기와도 결합될 수 있으며, 이에 대해서는 도 4를 통해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 환경 센서를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다른 실시예 따른 복합 환경 센서는 광원부(41) 및 카메라 모듈(42)을 포함하는 휴대용 단말기(40)에 결합되어 구성될 수 있다.
먼저, 휴대용 단말기(40)는 광원부(41) 및 카메라 모듈(42)을 포함하여 이미지 영상 정보의 저장 및 분석이 가능한 모든 기기를 통칭한다. 일 예로, 아이폰(I-phone), 안드로이드 폰(andriod phone) 등의 스마트폰이 적용될 수 있다.
이때, 도 4에서는 설명의 편의를 위해 광원부(41) 및 카메라 모듈(42)이 가로 방향으로 일정 간격 이격되어 형성되고 이에 따라 광유도부(33) 및 광검출 유도부(34) 또한 가로 방향으로 일정 간격 이격되어 형성되는 기술 구성으로 한정하여 도시하였으나, 본 발명에 따른 복합 환경 센서는 광원부 및 카메라 모듈의 배치 구조에 따라 적응적으로 변경되어 구성될 수 있다.
이때, 상기 휴대용 단말기(40)는 하우징(30)의 광 유도부(33) 및 광검출 유도부(34)를 통해 감지된 미세먼지 농도 및 상기 가스 센서부(30)를 통해 감지된 정보를 획득하여 주변 공기에 대한 종합적인 환경 정보를 획득할 수 있다.
이때, 하우징(30)은 상기 휴대용 단말기에 결합되며, 내부로 공기가 유입되는 유입구(31) 및 내부를 통과한 공기가 배출되는 배출구(32)가 형성된다.
이때, 상기 하우징(30) 내부에는 가스 센서부(10)가 배치되며, 상기 가스 센서부(10)는 동작 과정시 열에너지가 발생하게 되며, 이로 인해 상기 유입구(31)를 통해 유입된 공기는 유동되어 하우징(30)의 배출구(32)를 향해 배출되게 된다.
상기 실시예에 있어, 본 발명에 따른 복합 환경 센서는 별도의 광원부 및 광검출부를 구비하지 않고, 대신 휴대용 단말기(40)에 형성된 광원부(41) 및 카메라 모듈(42)을 활용하여 공기 내 미세먼지 농도를 측정한다.
이를 위해, 상기 하우징(30)에는 추가적으로 광 유도부(33) 및 광검출 유도부(34)가 형성될 수 있다.
먼저, 광 유도부(33)는 상기 휴대용 단말기(40)의 광원부(41)로부터 조사된 빛이 상기 하우징(30) 내부로 조사되도록 유도한다. 이를 위해. 광 유도부(33)는 상기 광원부(41)의 빛이 새지 않도록 상기 광원부(41)에 밀착하여 결합될 수 있으며, 광 섬유로 구성되어 광원부(41)의 빛을 하우징(30) 내부로 유도할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 광 유도부(33)는 복수 개의 미러 부재로 구성될 수도 있으며, 이외 상기 광원부(41)에서 조사된 빛을 상기 하우징(30) 내부로 유도할 수 있는 모든 기술 구성 또한 적용될 수 있다.
이와 같은 광 유도부(33)는 상기 휴대용 단말기(40)의 광원부(41)로부터 조사된 빛을 유도하여 상기 가스 센서(10)로부터 발생되는 열에 의해 유동되는 공기에 조사될 수 있도록 한다.
이때, 상기 광 유도부(33)는 추가적으로 렌즈 모듈을 포함할 수 있다. 이를 통해, 도 4에 도시된 바와 같이, 광원부(41)로부터 유도된 빛이 일정 영역에 집광되어 조사될 수 있도록 구성될 수 있다.
광검출 유도부(34)는 휴대용 단말기(40)의 카메라 모듈(42)과 결합되어 상기 광 유도부(33)에 의해 조사된 빛 중 미세먼지에 의해 산란되는 빛이 상기 휴대용 단말기(40)의 카메라 모듈(42)에 의해 감지되도록 유도할 수 있다.
바람직하게는, 상기 광검출 유도부는 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 수렴하는 렌즈 모듈을 포함함으로써 산란광의 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이 광검출 유도부(34)를 통해 카메라 모듈(42)이 감지한 산란광 정보를 이용하여 휴대용 단말기(40)는 유입된 공기 내 미세먼지 농도를 측정할 수 있다. 이를 위해, 휴대용 단말기(40)는 자체 알고리즘 등의 프로그램을 활용할 수 있으며, 이와 같은 연산은 CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 처리 장치에서 수행될 수 있다.
즉, 상기 휴대용 단말기(40)는 상기 카메라 모듈(42)이 상기 광검출 유도부(34)를 통해 빛을 감지하여 생성한 전기적 신호에 기반하여 미세먼지 농도를 측정할 수 있다.
추가적으로, 상기 가스 센서부(10)는 별도의 통신 모듈을 구비하여 상기 휴대용 단말기(40)로 센싱 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 단말기(40)에 구비된 이어폰 연결 단자를 통한 유선 통신으로 센싱 정보를 제공할 수도 있으며, 가스 센서부(10)에 구비된 블루투스, NFC 등 별도의 무선 통신 모듈을 통해 센싱 정보를 제공할 수도 있다.
이와 같이, 도 3 및 도 4에 도시된 복합 환경 센서에 따르면, 종래 대비 소형화된 기술 구성을 활용하여 주변 공기의 미세먼지 농도와 함께 가스 성분의 검지가 가능해진다. 이렇게 측정된 가스 성분 정보 및 미세먼지 농도 정보는 유선 또는 무선 통신을 통해 휴대용 단말기 또는 별도의 처리 장치를 통해 종합적으로 검출 및 관리될 수 있으며, 이와 같은 정보는 상기 휴대용 단말기의 디스플레이부 또는 별도의 디스플레이 장치를 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 가스 센서부 20: 미세먼지 측정 센서부
21: 광원부 22: 광검출부
30: 하우징
31: 유입구 32: 배출구
33: 광 유도부 34: 광검출 유도부
40: 휴대용 단말기
41: 광원부 42: 카메라 모듈

Claims (14)

  1. 유입되는 공기에 포함된 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지하는 가스 센서부; 및
    상기 가스 센서부에 의해 유동되는 공기의 미세먼지 농도를 측정하는 미세먼지 측정 센서부;를 포함하는 복합 환경 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 센서부는,
    휘발성 유기 화합물(VOC), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 황산화물(SOx), 오존(O3)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지할 수 있는 가스 센서 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 센서부는,
    마이크로 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    내부로 공기가 유입되는 유입구 및 내부를 통과한 공기가 배출되는 배출구가 형성된 하우징을 더 포함하고,
    상기 가스 센서부 및 미세먼지 측정 센서부는,
    상기 하우징 내 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가스 센서부는,
    상기 하우징의 유입구를 통해 유입되는 공기에 포함되는 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지하고,
    상기 미세먼지 측정 센서부는,
    상기 가스 센서 및 배출구의 사이 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 가스 센서부는,
    상기 하우징의 하부면 또는 측면에 부착되어 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 유입구로 공기가 유입되도록 공기의 유동을 형성하는 펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 미세먼지 측정 센서부는,
    광원부;
    상기 광원부로부터 방출되는 빛이 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 감지하여 대응되는 전기적 신호를 생성하는 광검출부; 및
    상기 광검출부를 통해 검출된 전기적 신호를 이용하여 미세먼지 농도를 산출하는 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광원부는,
    백색광 다이오드, 적외선 LED 다이오드, 레이저 다이오드 중 선택되는 어느 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 미세먼지 측정 센서부는,
    상기 공기 중 미세먼지를 여과하는 필터; 및
    상기 필터에 의해 여과된 미세먼지의 무게 정보를 이용하여 미세먼지 농도를 산출하는 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 센서부는 동작 과정에서 열 에너지를 발산시키며,
    공기는 상기 열 에너지를 포함하는 요인에 의해 유동되는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  12. 광원부 및 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 단말기에 결합되어 상기 휴대용 단말기로 하여금 공기의 미세먼지 농도 및 가스 성분을 감지토록 하는 복합 환경 센서에 있어서,
    상기 휴대용 단말기에 결합되며, 내부로 공기가 유입되는 유입구 및 내부를 통과한 공기가 배출되는 배출구가 형성된 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되어 상기 유입구를 통해 유입되는 공기에 포함된 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지하고, 상기 정보를 상기 휴대용 단말기로 제공하는 가스 센서부;
    상기 휴대용 단말기의 광원부로부터 조사된 빛이 상기 가스 센서부에 의해 유동되는 공기에 대해 조사되도록 유도하는 광 유도부; 및
    상기 광유도부에 의해 조사되어 상기 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 상기 휴대용 단말기의 카메라 모듈이 감지하도록 유도하는 광검출 유도부;를 포함하는 복합 환경 센서.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 광검출 유도부는,
    공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 수렴하는 렌즈 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 환경 센서.
  14. 내부로 공기가 유입되는 유입구 및 내부를 통과한 공기가 배출되는 배출구가 형성된 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되어 상기 유입구를 통해 유입되는 공기에 포함된 하나 또는 두 개 이상의 가스 성분을 감지하는 가스 센서부;
    상기 하우징 내부에 배치되어 상기 가스 센서부로부터 발생되는 열에 의해 유동되는 공기에 대해 빛을 조사하는 광원부;
    상기 광원부로부터 조사되어 상기 공기 내 포함된 미세먼지에 의해 산란되는 빛을 감지하여 대응되는 전기적 신호를 생성하는 광검출부; 및
    상기 광검출부를 통해 측정되는 전기적 신호를 이용하여 미세먼지 농도를 산출하는 산출부;를 포함하는 복합 환경 센서.
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