KR20180041023A - 먼지 센서 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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KR20180041023A
KR20180041023A KR1020160133158A KR20160133158A KR20180041023A KR 20180041023 A KR20180041023 A KR 20180041023A KR 1020160133158 A KR1020160133158 A KR 1020160133158A KR 20160133158 A KR20160133158 A KR 20160133158A KR 20180041023 A KR20180041023 A KR 20180041023A
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김성혁
서혜경
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엘지전자 주식회사
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Abstract

먼지 농도를 출력하는 먼지 센서에 관한 것으로, 외부로부터 먼지가 유입되는 주입부, 먼지의 이동 경로에 광(light)을 발산하는 발광부, 광이 먼지에 의해 반사되어 발생하는 산란광을 감지하는 수광부, 먼지의 이동 속도를 산출하는 유속 측정부, 먼지가 외부로 배출되는 배출부 및 산란광의 양에 기초하여 먼지 농도를 획득하고, 이동 속도를 이용하여 먼지 농도를 보정하는 제어부를 포함함으로써, 보다 정확하게 먼지 농도를 출력할 수 있다.

Description

먼지 센서 및 그의 동작 방법{DUST SENSOR AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 먼지 센서 및 그의 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 먼지의 이동 속도를 측정하여 먼지 농도를 보다 정확하게 출력하는 먼지 센서 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
먼지 센서는 부유하는 미세한 먼지나 응결핵의 수를 검출하는 장치이다. 먼지 센서는 실내 공기 중에 포함된 먼지의 농도 및 크기를 감지할 수 있다. 먼지 센서는 빛의 산란을 이용하는 방식, 가스 감지 방식, 마찰 전기에 의한 방식 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
빛의 산란을 이용하는 방식은 다음과 같다. 먼지 센서는 빛을 방출하는 광원, 먼지 입자에 의해 산란된 빛을 모으는 렌즈 및 렌즈에 의해 집광된 빛을 감지하는 수광 센서를 포함할 수 있다. 먼지 센서는 히터나 외부 바람을 이용하여 먼지의 흐름을 만들어, 먼지 농도를 측정할 수 있다. 이 경우, 먼지 센서는 유량이 변할 경우 출력 농도 값을 다르게 출력할 수 있는 문제가 있다.
가스 감지 방식은 다음과 같다. 먼지 센서는 먼지에 포함된 가스 성분에 반응하여 먼지의 농도를 측정할 수 있다. 이 경우, 먼지 센서는 먼지의 크기를 구별할 수 없고, 가스가 발생되지 않는 종류의 먼지를 감지할 수 없는 문제가 있다.
마찰 전기에 의한 방식은 다음과 같다. 먼지 센서는 공기의 흐름 중에 존재하는 먼지에 의해 대전되는 마찰 전기를 측정하여 먼지의 농도를 측정할 수 있다. 이 경우, 먼지 센서에 먼지가 쌓여 오차가 발생할 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 먼지 센서의 내부에 유속 측정부를 구비하여, 먼지의 입자 속도를 이용하여 먼지 농도를 보정하는 먼지 센서 및 그의 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 렌즈로 유입되는 먼지량을 측정하여 렌즈의 오염도를 예측하고, 렌즈의 교체 시기를 출력할 수 있는 먼지 센서 및 그의 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서는, 외부로부터 먼지가 유입되는 주입부, 유입된 먼지의 이동 경로에 광(light)을 발산하는 발광부, 광이 이동 경로를 통과하는 먼지에 의해 반사되어 발생하는 산란광을 감지하는 수광부, 이동 경로를 통과하는 먼지의 이동 속도를 산출하는 유속 측정부, 이동 경로를 통과한 먼지가 외부로 배출되는 배출부 및 산란광의 양에 기초하여 먼지 농도를 획득하고, 이동 속도를 이용하여 먼지 농도를 보정하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서의 유속 측정부는, 유속 센서, 유량 센서 및 차압 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서의 유속 센서는, 광에 의한 영향을 차단할 수 있는 터널(tunnel) 모양으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서의 유속 측정부는, 먼지 센서의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 유속 측정부는, 광의 산란이 발생하는 영역에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서에 있어서, 수광부는 산란광을 감지하는 수광 센서 및 산란광을 수광 센서로 집중시키는 렌즈를 포함하고, 제어부는 렌즈로 유입된 먼지량을 측정하고, 먼지량이 기 설정된 기준량을 초과하는 경우 알람을 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서에 있어서, 제어부는 보정된 먼지 농도, 렌즈를 통과하는 먼지의 이동 속도, 렌즈의 단면적 및 산란광을 감지한 시간의 곱에 의해 먼지량을 측정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하면, 먼지 센서가 출력하는 먼지 농도의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하면, 먼지 센서로 유입되는 먼지량을 이용하여 먼지 센서 내부에 포함된 렌즈의 오염도를 판단할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하면, 렌즈의 오염도에 기초하여 먼지 센서 내부에 포함된 렌즈의 교체 시기를 사용자에게 알려줄 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 먼지 센서가 광산란 방식을 이용하여 먼지 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 종래 먼지 센서가 출력하는 먼지 농도의 정확도가 떨어지는 원인을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서에 구비된 유속 측정부의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 먼지 센서에 포함되는 유속 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 먼지 센서에 포함되는 유속 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 먼지 센서에 포함되는 차압 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 먼지 센서에 포함되는 차압 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서가 먼지 농도를 출력하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서가 렌즈의 오염도에 따른 알람 출력 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
다음으로, 도 1을 참조하여, 종래 먼지 센서(100)의 동작 방법을 설명한다. 도 1은 종래 먼지 센서가 광산란 방식을 이용하여 먼지 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 먼지는 공기 중에 포함된 오염 물질을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명에서 먼지는 공기 중에 부유하는 미입자(fine particle)을 총칭한다. 먼지는 전자 현미경으로만 볼 수 있는 입경 10um 이하의 미세한 먼지부터 눈으로 볼 수 있는 크기의 먼지까지 모두 포함한다.
먼지 센서(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(110), 주입구(120), 배출구(130), 발광부(140) 및 수광부(150)를 포함할 수 있다.
하우징(110)의 정면부에는 주입구(120)가 형성되어 있고, 하우징(110)의 후면부에는 배출구(130)가 형성되어 있다. 따라서, 주입구(120)를 통해 하우징(110) 내부로 먼지가 유입될 수 있다. 하우징(110) 내부로 유입된 먼지는 배출구(130)를 통해 빠져나갈 수 있다.
주입구(120)로 유입된 먼지는 도 1에 도시된 화살표 방향과 같이 움직이며 이동할 수 있다. 예를 들어, 하우징(110) 내부로 유입된 먼지는 주입구(120)로부터 배출구(130) 방향으로 이동할 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 화살표 방향은 예시적인 것에 불과하고, 먼지 센서(100)의 모양, 먼지 센서(100)의 내부 온도 등에 따라 달라질 수 있다.
발광부(140)는 먼지 센서(100)를 통과하는 먼지의 양을 측정하기 위함이다. 이를 위해, 발광부(140)는 광원(141)을 포함할 수 있다. 광원(141)은 특정 영역을 향해 광(light)을 발산할 수 있다. 또한, 발광부(140)는 렌즈(미도시)를 포함할 수 있다. 렌즈는 광원(141)에서 발산된 빛을 특정 영역으로 집중시키는 역할을 한다. 이와 같이, 발광부(140)는 먼지가 이동하는 경로를 향해 광을 발산할 수 있다. 이에 따라, 발광부(140)에서 발산된 광은 광 산란 영역(101)에서 먼지와 부딪혀 산란될 수 있다.
발광부(140)에서 발산된 광은 먼지에 부딪혀 산란될 수 있다. 구체적으로, 발광부(140)에서 발산된 광은 먼지 이동 경로를 통과하는 먼지에 의해 산란될 수 있다. 발광부(140)에서 발산된 광이 먼지에 부딪혀 사방으로 반사될 수 있다. 반사된 산란광은 수광부(150)에 의해 감지될 수 있다.
수광부(150)는 수광 센서(151) 및 렌즈(152)를 포함할 수 있다. 렌즈(152)는 산란광을 수광 센서(151)로 모으는 역할을 한다. 즉, 렌즈(152)는 광 산란 영역(101)에서 산란된 광을 수광 센서(151)로 집중시키는 역할을 한다. 수광 센서(151)는 산란광을 감지하는 역할을 한다. 수광 센서(151)는 산란광을 감지하여 산란광량을 측정할 수 있다.
또한, 도 1에 도시되지 않았지만 먼지 센서(100)는 차광판(미도시)을 더 포함할 수 있다. 차광판은 발광부(140)에서 발산된 광이 수광부(150)로 직접 입사되는 경우를 방지한다. 또한, 차광판은 발광부(140)에서 발산된 광이 하우징(110)에 의해 반사되어 수광부(150)로 입사되는 경우를 방지한다. 즉, 차광판은 먼지에 의한 산란광 외의 광이 수광부(150)로 입사되는 경우를 방지한다. 따라서, 먼지 센서(100)가 차광판을 포함할 경우 먼지 농도의 에러율을 낮출 수 있는 효과가 있다.
이와 같은 방법으로 먼지 센서(100)는 공기 중에 존재하는 먼지의 농도를 출력할 수 있다.
그러나 종래 먼지 센서(100)는 먼지의 이동 속도가 달라지면, 먼지 농도가 다르게 출력되는 문제점이 있다. 즉, 종래 먼지 센서(100)가 출력하는 먼지 농도는 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
다음으로 도 2a 내지 도 2b는 종래 먼지 센서가 출력하는 먼지 농도의 정확도가 떨어지는 원인을 나타내는 도면이다.
먼지 센서(100)의 수광부(150)는 먼지에 의해 산란된 산란광을 감지할 수 있다. 이 때, 먼지의 이동 속도에 따라 수광부(150)의 먼지 감도가 달라진다.
구체적으로, 먼지의 이동 속도가 빠른 경우 광 신호의 감도는 도 2a에 도시된 곡선과 같을 수 있다. 또한, 먼지의 이동 속도가 느린 경우 광 신호의 감도는 도 2b에 도시된 곡선과 같을 수 있다. 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)은 산 모양으로 된 분포를 나타내는 곡선에 있어서 최대치의 1/2에 대응하는 분포의 폭을 나타낸다.
도 2a에 도시된 곡선의 반치폭이 도 2b에 도시된 곡선의 반치폭보다 작다. 즉, 먼지의 이동 속도가 빠를 경우 곡선의 반치폭은 먼지의 이동 속도가 느린 경우 곡선의 반치폭보다 작다. 따라서, 먼지의 이동 속도가 빠를 경우 광 신호의 감도가 떨어짐을 알 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이 먼지의 이동 속도에 따라 광 신호의 감도가 달라진다. 따라서, 먼지의 이동 속도가 일정하지 않을 경우 출력되는 먼지 농도가 달라질 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 먼지 센서를 통과하는 먼지의 이동 속도를 측정하여, 출력되는 먼지 농도를 보정하고자 한다. 즉, 먼지의 이동 속도에 기초하여 먼지 농도를 보정함으로써, 먼지 농도를 보다 정확하게 출력하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서(200)는 하우징(110), 주입구(120), 배출구(130), 발광부(140), 수광부(150) 및 유속 측정부를 포함할 수 있다. 하우징(110), 주입구(120), 배출구(130), 발광부(140) 및 수광부(150)는 도 1을 통해 설명한 바와 동일하다. 이하, 유속 측정부를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유속 측정부는 먼지 센서(200) 내부를 통과하는 먼지의 이동 속도를 측정한다. 유속 측정부는 먼지 센서(200)와 인접한 영역에 위치할 수 있다.
다음으로 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서에 구비된 유속 측정부의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 유속 측정부는 먼지 센서(200)의 외부에 위치할 수 있다. 즉, 유속 측정부는 먼지 센서(200)의 외부일지라도 먼지 센서(200)를 통과하는 먼지(또는 공기)의 속도를 측정 가능한 곳에 위치할 수 있다. 예를 들어, 유속 측정부는 도 3a에 도시된 바와 같이 주입구(120)의 정면 영역(301)에 위치할 수 있다. 이 경우, 유속 측정부는 먼지 센서(200)로 주입되는 먼지의 속도를 측정할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 유속 측정부는 배출구(130)의 후면 영역에 위치할 수도 있다.
또는, 유속 측정부는 먼지 센서(200)의 내부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 유속 측정부는 도 3b에 도시된 바와 같이 주입구(120)의 후면 영역(302)에 위치할 수 있다. 이 경우, 유속 측정부는 먼지 센서(200)로 주입된 먼지의 속도를 측정할 수 있다.
또는, 유속 측정부는 먼지 센서(200)의 내부 중 일 영역에 위치할 수 있다. 구체적으로, 유속 측정부는 먼지 센서(200) 내부에서 먼지가 통과하는 영역에 위치할 수 있다. 예를 들어, 유속 측정부는 도 3c에 도시된 바와 같이 먼지 센서(200) 내부에서 먼지가 통과하는 일 영역(303)에 위치할 수 있다. 이 경우, 유속 측정부는 먼지 센서(200) 내부에서 이동하는 먼지의 속도를 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 유속 측정부는 먼지 센서(200)의 내부에서 광 산란이 일어나는 영역(101)에 위치할 수 있다. 예를 들어, 유속 측정부는 도 3d에 도시된 바와 같이 광 산란 영역(101)의 일부 영역(304)에 위치할 수 있다. 유속 측정부가 광 산란 영역(101)에 위치할 경우, 먼지 농도 측정시의 먼지 속도를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 보다 정확하게 먼지 농도를 보정할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 유속 측정부는 먼지 센서(200)의 내부 중 먼지가 외부로 배출되는 영역에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 3e에 도시된 바와 같이 유속 측정부는 배출구(130)의 정면 영역(305)에 위치할 수 있다. 이 경우, 유속 측정부는 먼지 센서(200)에서 배출되는 먼지의 속도를 측정할 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이 유속 측정부는 먼지 센서(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 구체적으로, 유속 측정부는 먼지 센서(200)를 통과하는 먼지의 속도를 측정 가능한 어느 곳에든 위치할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서(200)를 통과하는 먼지의 이동 속도는 일반적으로 0~5m/s일 수 있다. 유속 측정부는 먼지의 속도가 0.1~1m/s인 경우 보다 정확하게 먼지의 속도를 측정할 수 있다.
다음으로 도 4a 내지 도 4b, 도 5a 내지 도 5b 및 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유속 측정부를 설명한다.
유속 측정부는 먼지 센서(200)를 통과하는 먼지의 속도를 측정하는 역할을 한다. 구체적으로, 유속 측정부는 유속 센서, 차압 센서 및 유량 센서를 포함할 수 있다.
먼저, 도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 먼지 센서에 포함되는 유속 센서를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서(200)는 MEMS 방식의 유속 센서를 포함할 수 있다. 먼지 센서(200)는 MEMS 방식의 유속 센서를 이용하여 먼지 속도를 측정할 수 있다. MEMS 방식의 유속 센서는 도 4a에 도시된 바와 같을 수 있다.
유속 센서(400)는 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 온도 센서(401), 가열 소자(402), 제2 온도 센서(403) 및 습도 센서(404)를 포함할 수 있다.
가열 소자(402)는 유속 센서(400)의 주위 공기를 가열시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(402)에서 측정되는 온도는 높아질 수 있다.
만약, 유속 센서(400)의 상측에 존재하는 먼지의 움직임이 없는 경우 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(402)에서 측정되는 온도는 동일할 수 있다. 그러나, 유속 센서(400)의 상측에서 먼지가 이동하는 경우 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(402)에서 측정되는 온도는 상이할 수 있다.
예를 들어, 먼지가 제1 온도 센서(401)가 있는 위치로부터 습도 센서(404)가 있는 위치 방향으로 이동한다고 가정할 수 있다. 이 때, 먼지가 이동하면서 유속 센서(400) 주위의 공기 온도를 낮출 수 있다. 구체적으로, 먼지가 이동하면서 제1 온도 센서(401) 주위의 공기를 식힌 다음 제2 온도 센서(403) 주위의 공기를 식힐 수 있다. 따라서, 제1 온도 센서(401)에서 측정되는 온도가 먼저 낮아진 후 제2 온도 센서(403)에서 측정되는 온도가 낮아진다. 따라서, 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(403)에서 측정되는 온도는 상이할 수 있다.
또한, 먼지의 이동 속도에 따라 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(403)에서 측정되는 온도 차가 달라질 수 있다. 예를 들어, 먼지의 이동 속도가 빠를 경우, 먼지는 주위 공기를 빠르게 식힐 수 있다. 반대로, 먼지의 이동 속도가 느릴 경우, 먼지는 주위 공기를 천천히 식힐 수 있다. 따라서, 먼지의 이동 속도가 빠를 경우 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(403)의 온도 차가 크고, 먼지의 이동 속도가 느릴 경우 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(403)의 온도 차는 작을 수 있다.
유속 센서(400)는 이와 같이 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(403)에서 측정되는 온도 차를 이용하여 먼지의 이동 속도를 산출할 수 있다.
유속 센서(400)는 앞서 도 3a 내지 도 3e를 통해 설명한 바와 같이 먼지 센서(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 이 때, 유속 센서(400)는 먼지 센서(200)의 바닥면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이 유속 센서(400)는 먼지 센서(200)의 일 영역에 바닥면에 위치할 수 있다. 유속 센서(400)는 바닥면에 위치하여 상측에서 이동하는 먼지의 이동 속도를 측정할 수 있다.
다음으로 도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 먼지 센서에 포함되는 유속 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 도시된 터널형(tunnel type)의 유속 센서(500)는 도 4a에 도시된 유속 센서(400)와 유사하나 그 모양이 다른 경우이다. 구체적으로, 도 5a에 도시된 터널형 유속 센서(500)는 제1 온도 센서(501), 가열 소자(502), 제2 온도 센서(502) 및 습도 센서(504)를 포함할 수 있다. 각 구성 요소의 기능은 도 4a를 통해 설명한 바와 동일하다. 따라서, 터널형 유속 센서(500)는 도 4a에서 설명한 바와 동일하게 제1 온도 센서(501)와 제2 온도 센서(503)에서 측정된 온도 차를 이용하여 먼지의 이동 속도를 산출한다.
다만, 터널형 유속 센서(500)는 도 4a에서 설명한 바와 달리 하측면에서 이동하는 먼지의 이동 속도를 산출할 수 있다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이 터널형 유속 센서(500)는 먼지 센서(200)의 바닥면에 설치되어, 바닥면과 터널형 유속 센서(500)의 사이를 이동하는 먼지의 이동 속도를 산출할 수 있다. 도 5b에서는 터널형 유속 센서(500)가 먼지 센서(200)의 내부 중 일 영역에 위치하는 경우를 예로 들었으나 이는 예시적인 것에 불과하다.
터널형 유속 센서(500)의 경우 먼지의 이동 속도를 산출 시 빛의 영향을 배제시킬 수 있는 효과가 있다. 구체적으로, 먼지 센서(200)의 내부에는 발광부(140)에서 발산되는 광, 먼지에 의한 산란광 등이 존재할 수 있다. 이러한 광은 유속 센서(400)에 구비된 제1 온도 센서(401)와 제2 온도 센서(403)의 온도 측정에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 다른 광에 의해 유속 센서(400) 주위의 공기 온도가 달라져, 먼지의 이동 속도가 정확하게 산출되지 않을 수 있다. 그러나, 터널형 유속 센서(500)의 경우 다른 광이 주위 공기에 미칠 수 있는 영향을 터널 모양을 취함으로써 차단시킬 수 있다. 따라서, 터널형 유속 센서(500)는 먼지의 이동 속도를 보다 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유속 센서는 막대기(rod) 형태일 수도 있다. 이에 따르면, 부피를 조금 차지하면서, 많은 양의 먼지를 이용하여 먼지의 이동 속도를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
다음으로 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 먼지 센서에 포함되는 차압 센서를 설명하기 위한 도면이다.
먼지 센서(200)는 튜브형 차압 센서(600)를 포함하여, 먼지의 이동 속도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 튜브형 차압 센서(600)는 주입구(601) 및 배출구(602)를 포함할 수 있다. 주입구(601)에 의해 외부에 존재하는 먼지가 튜브형 차압 센서(600)의 내부로 이동할 수 있다. 배출구(602)에 의해 튜브형 차압 센서(600)의 내부에 존재하는 먼지는 외부로 이동할 수 있다.
또한, 튜브형 차압 센서(600)는 내부에 바(bar)를 더 포함할 수 있다. 튜브형 차압 센서(600)의 내부에서 이동 중인 먼지는 바(bar)의 전단면에서 순간적으로 정지하게 된다. 즉, 바에 의하여, 주입구(601)로 흡입되어 이동 중인 먼지들이 순간적으로 정지하는 지점이 생길 수 있다.
튜브형 차압 센서(600)는 순간적으로 먼지들의 이동 속도가 0이 되는 지점에서의 압력을 측정할 수 있다. 이 때, 측정된 압력을 전압이라고 한다. 또한, 튜브형 차압 센서(600)에서 먼지가 이동하는 관로 내의 통상적인 압력을 측정할 수 있다. 이 때, 측정된 압력을 정압이라고 한다. 전압과 정압의 차이를 동압이라고 하고, 동압에 의하여 먼지의 이동 속도를 측정할 수 있다.
튜브형 차압 센서(600)는 주입구(601)와 배출구(602)가 'ㄱ'자 모양으로 형성될 수 있다. 이에 따르면, 먼지 센서(200)에서 움직이는 먼지가 튜브형 차압 센서(600)의 내부로 용이하게 이동할 수 있어 먼지의 이동 속도를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
다음으로 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 먼지 센서에 포함되는 차압 센서를 설명하기 위한 도면이다.
먼지 센서(200)는 베리어형(barrier type) 차압 센서(700)를 포함하여, 먼지의 이동 속도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 베리어형 차압 센서(700)는 주입구(701), 배출구(702) 및 베리어(703)를 포함할 수 있다. 주입구(701) 및 배출구(702)의 역할과 압력의 차이를 이용하여 먼지의 이동 속도를 측정하는 방법은 도 6을 통해 설명한 바와 유사하다. 다만, 도 6과 비교하여 베리어형 차압 센서(700)는 주입구(701)로 먼지를 이동시키는 방법과 차이가 있다.
구체적으로, 도 6에 도시된 튜브형 차압 센서(600)는 'ㄱ'자 모양의 주입구(601)를 이용하여 튜브형 차압 센서(600) 내부로 먼지를 이동시킨다. 반면에, 베리어형 차압 센서(700)는 베리어(703)를 이용하여 베리어형 차압 센서(700) 내부로 먼지를 이동시킬 수 있다.
이하, 베리어형 차압 센서(700)의 동작 방법을 설명한다. 베리어(703)는 먼지를 주입구(701) 방향으로 유도할 수 있다. 구체적으로, 베리어(703)는 주입구(701)를 둘러싸는 반원기둥 모양으로 형성될 수 있다. 즉, 베리어(703)는 내부가 뚫려 있어, 주입구(701)로 먼지가 이동할 수 있는 반원기둥 모양일 수 있다. 따라서, 베리어형 차압 센서(700)의 상측에서 이동하는 먼지는 베리어(703)에 부딪혀 주입구(701) 방향으로 먼지가 이동할 수 있다. 베리어형 차압 센서(700)는 이와 같은 방법으로 베리어형 차압 센서(700)의 내부로 이동한 먼지의 압력을 측정할 수 있다. 베리어형 차압 센서(700)는 도 6에서 설명한 바와 같이 측정된 압력을 이용하여 먼지의 이동 속도를 측정할 수 있다.
또한, 베리어(703)는 상부 반지름이 하부 반지름보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우 더욱 효과적으로 베리어형 차압 센서(700)로 먼지를 이동시킬 수 있다.
이와 같이, 베리어(703)를 포함할 경우 차압 센서의 크기를 소형화시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 먼지 센서(200)의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서(200)는 도 4a, 도 5a, 도 6 및 도 7 중 어느 하나에 도시된 유속 측정부를 이용하여 먼지의 이동 속도를 측정할 수 있다. 먼지 센서(200)는 측정된 먼지의 이동 속도를 이용하여 먼지 농도를 정확하게 출력할 수 있다.
다음으로 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 먼지 센서(200)는 발광부(140), 수광부(150), 유속 측정부(160), 출력부(170) 및 제어부(180)를 포함할 수 있다.
발광부(140) 및 수광부(150)는 도 1을 통해 설명한 바와 동일하다. 즉, 발광부(140)는 일 영역으로 광을 발산할 수 있다. 발광부(140)에서 발산된 광은 먼지에 부딪혀 산란될 수 있다. 수광부(150)는 먼지에 의해 산란된 광을 감지하고, 감지된 산란광에 기초하여 산란된 광량을 측정할 수 있다.
유속 측정부(160)는 먼지의 이동 속도를 산출할 수 있다. 구체적으로, 먼지 센서(200)를 통과하는 먼지의 이동 속도를 측정할 수 있다. 유속 측정부(160)는 도 4a에 도시된 바와 같은 유속 센서(400), 터널형 유속 센서(500), 튜브형 차압 센서(600) 및 베리어형 차압 센서(700) 중 어느 하나일 수 있다. 또는, 먼지 센서(200)의 내부 또는 외부에 위치하여 먼지의 유속을 측정할 수 있는 센서는 본 발명에 따른 유속 측정부(160)에 포함될 수 있다.
출력부(170)는 렌즈(152)의 오염도를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 출력부(170)는 렌즈(152)의 오염도가 기 설정된 기준 이상일 경우 특정 알람(alarm)을 출력할 수 있다. 이를 통해, 사용자는 렌즈의 교체 시기를 알 수 있다. 출력부(170)에 대한 자세한 설명은 도 10에서 하기로 한다.
제어부(180)는 먼지 센서(200)를 구성하는 각 구성 요소의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 발광부(140), 수광부(150), 유속 측정부(160) 및 출력부(170)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 각 구성 요소의 동작 결과에 기초하여 각종 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 수광부(150)가 감지한 산란광을 이용하여 먼지 농도를 출력할 수 있다. 또는, 제어부(180)는 유속 측정부(160)가 측정한 먼지의 이동 속도를 이용하여 먼지 농도를 보정할 수 있다. 또는, 제어부(180)는 먼지량을 산출하고, 알람을 출력할 수 있다. 자세한 설명은 도 9 내지 도 10에서 설명하기로 한다.
다음으로 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서(200)가 먼지의 이동 속도를 이용하여 먼지 농도를 정확하게 출력하는 방법을 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서가 먼지 농도를 출력하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
수광부(150)는 광을 발산할 수 있다(S11).
제어부(180)는 수광부(150)가 광을 발산하도록 제어할 수 있다. 특히, 제어부(180)는 수광부(150)가 먼지의 이동 경로를 향해 광을 발산하도록 제어할 수 있다. 수광부(150)에서 발산된 광은 먼지에 부딪혀 산란될 수 있다. 산란된 광은 사방으로 재 방출될 수 있다.
수광부(150) 산란광을 측정할 수 있다(S13).
구체적으로, 산란광은 렌즈(152)에 의해 수광 센서(151)로 집광될 수 있다. 수광 센서(151)는 산란광을 감지할 수 있다. 제어부(180)는 수광 센서(150)의 감지 결과에 기초하여, 수광부(150)가 산란광을 측정하도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 수광부(150)가 산란된 광량을 측정하도록 제어할 수 있다.
제어부(180)는 측정된 산란광을 통해 먼지 농도를 출력할 수 있다(S15).
제어부(180)는 산란광의 양이 질량 농도(mass concentration)에 비례하는 점을 이용하여 먼지 농도를 출력할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 산란광이 많이 감지될수록 먼지 농도가 높고, 산란광이 적게 감지될수록 먼지 농도가 낮은 점을 이용하여 먼지 농도를 출력할 수 있다. 따라서, 제어부(180)는 수광부(150)를 통해 측정된 산란광을 이용하여 먼지 농도를 출력할 수 있다.
유속 측정부(160)는 먼지의 이동 속도를 산출할 수 있다(S17).
제어부(180)는 앞서 설명한 방법을 이용하여 유속 측정부(160)가 먼지의 이동 속도를 산출하도록 제어할 수 있다.
제어부(180)는 산출된 이동 속도에 기초하여 먼지 농도를 보정할 수 있다(S19).
단계 S15에서 출력된 먼지 농도는 먼지의 이동 속도가 반영되지 않은 상태에서 출력된 먼지 농도이다. 따라서, 먼지 센서(200) 내부에 존재하는 먼지의 양이 동일하더라도 먼지의 이동 속도에 따라 출력되는 먼지 농도가 상이할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제어부(180)는 단계 S15에서 출력된 먼지 농도를 보정할 수 있다. 보정 방법은 다음과 같을 수 있다.
먼저, 제어부(180)는 먼지 센서(200)의 기하 구조에 따른 보정 계수인 기하 계수(Geometric factor) 'K [m]'를 설정하고 있을 수 있다. 먼지 센서(200)의 기하 구조는 먼지 센서(200)의 바닥면과 먼지 센서(200)를 통과하는 먼지 간의 평균 거리를 의미할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 단계 S15에서 먼지 농도 'c [ug/m3]'를 출력할 수 있다. 제어부(180)는 단계 S17에서 먼지의 이동 속도 'v1 [m/s]'를 산출할 수 있다. 제어부(180)는 먼지 농도를 출력하기 위해 산란광을 측정한 측정 시간 't [s]'를 카운트할 수 있다.
제어부(180)는 앞에서 획득한 기하 계수 'K [m]', 먼지 농도 'c [ug/m3]', 먼지의 이동 속도 'v1 [m/s]' 및 측정 시간 't [s]'를 이용하여 보정된 먼지 농도 'c` [ug/m3]'를 출력할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 기하 계수 'K [m]'와 먼지 농도 'c [ug/m3]'를 곱한 값에 먼지의 이동 속도 'v1 [m/s]' 및 측정 시간 't [s]'로 나누어 보정된 먼지 농도 'c` [ug/m3]'를 출력할 수 있다. 수식으로 표현하면 다음과 같다. c`=K×(c÷v1÷t)
이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서(200)는 먼지의 이동 속도에 기초하여 먼지 농도를 보정함으로써, 먼지 농도를 정확하게 출력할 수 있는 효과가 있다. 즉, 정확도가 향상된 먼지 센서를 구현할 수 있다.
다음으로, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 먼지 센서가 렌즈의 오염도에 따른 알람 출력 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제어부(180)는 먼지 농도를 출력할 수 있다(S21).
제어부(180)는 먼지의 이동 속도를 보정하기 전 먼지 농도를 출력할 수 있다. 또는, 제어부(180)는 먼지의 이동 속도에 기초하여 보정된 먼지 농도를 출력할 수 있다. 본 발명에서는 정확한 렌즈의 오염도 판단을 위해 보정된 먼지 농도를 출력한 경우를 예로 들어 설명하나, 이에 제한되지 않음이 타당하다.
제어부(180)는 렌즈(152)로 유입된 먼지량을 측정할 수 있다(S23).
제어부(180)는 도 9에 도시된 방법을 통해 먼지 농도 'c` [ug/m3]'을 획득할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 렌즈를 통과하는 먼지의 이동 속도 'v2 [m/s]'를 획득할 수 있다. 이 때, 렌즈를 통과하는 먼지의 이동 속도 'v2 [m/s]'는 앞에서 설명한 먼지의 이동 속도'v1 [m/s]'과 상이할 수 있다. 이는, 렌즈로 유입되는 먼지량을 측정하는 방법이기 때문이다. 따라서, 렌즈를 통과하는 먼지의 이동 속도 'v2 [m/s]'를 측정하기 위해, 렌즈(152)와 인접한 위치에 별도의 유속 측정부가 구비될 수 있다. 다음으로, 제어부(180)는 렌즈(152)의 단면적 's [m2]'를 저장하고 있을 수 있다. 또한, 제어부(180)는 산란광을 측정한 측정 시간 't [s]'를 획득할 수 있다.
제어부(180)는 먼지 농도 'c` [ug/m3]', 렌즈를 통과하는 먼지의 이동 속도 'v2 [m/s]', 단면적 's [m2]'및 측정 시간 't [s]'의 곱을 통해 렌즈(152)로 유입된 먼지량 'dc [ug]'를 획득할 수 있다. 수식으로 표현하면 다음과 같다. dc=c`×v2×s×t
제어부(180)는 측정된 먼지량에 기초하여 총 먼지량을 산출할 수 있다(S25).
총 먼지량은 단계 S23에서 측정한 먼지량을 누적하여 획득한 값이다.
제어부(180)는 총 먼지량이 기준량을 초과하는지 판단할 수 있다(S27).
제어부(180)는 알람을 출력하기 위한 기준량을 미리 설정하고 있을 수 있다. 제어부(180)는 총 먼지량이 기준량 이하인 것으로 판단되면, 먼지량을 계속해서 측정하도록 제어할 수 있다.
제어부(180)는 총 먼지량이 기준량을 초과하는 것으로 판단되면, 출력부(170)가 알람을 출력하도록 제어할 수 있다(S29).
이에 따라, 출력부(170)는 알람을 출력할 수 있다. 출력부(170)는 알람을 음성 신호를 출력하기 위한 스피커일 수 있다. 또는, 출력부(170)는 알람을 시각적으로 표현하기 위한 디스플레이일 수 있다.
알람은 렌즈의 오염도를 나타내기 위한 경고음일 수 있다. 예를 들어, 출력부(170)는 렌즈의 오염도가 높음을 나타내는 알람을 출력할 수 있다. 또는, 출력부(170)는 렌즈의 교체 시기를 나타내는 알람을 출력할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하고 렌즈의 오염도를 나타낼 수 있는 알람은 모두 이에 포함될 수 있다.
알람을 출력함으로써 먼지 센서(200) 내부에 위치하여 쉽게 알 수 없는 렌즈의 오염도를 사용자에게 알려줄 수 있는 효과가 있다. 사용자는 알람을 통해 렌즈의 수명 및 렌즈의 교체 시기를 예측할 수 있다. 따라서, 렌즈의 오염에 의해 먼지 센서의 정확도가 떨어지는 경우를 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적 이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 먼지 센서에 있어서,
    외부로부터 먼지가 유입되는 주입부;
    상기 유입된 먼지의 이동 경로에 광(light)을 발산하는 발광부;
    상기 광이 상기 이동 경로를 통과하는 먼지에 의해 반사되어 발생하는 산란광을 감지하는 수광부;
    상기 이동 경로를 통과하는 먼지의 이동 속도를 산출하는 유속 측정부;
    상기 이동 경로를 통과한 먼지가 외부로 배출되는 배출부; 및
    상기 산란광의 양에 기초하여 먼지 농도를 획득하고, 상기 이동 속도를 이용하여 상기 먼지 농도를 보정하는 제어부를 포함하는,
    먼지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유속 측정부는, 유속 센서, 유량 센서 및 차압 센서를 포함하는,
    먼지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유속 센서는, 광에 의한 영향을 차단할 수 있는 터널(tunnel) 모양으로 형성되는,
    먼지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유속 측정부는, 상기 먼지 센서의 내부 또는 외부에 위치하는,
    먼지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유속 측정부는, 광의 산란이 발생하는 영역에 위치하는,
    먼지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수광부는, 상기 산란광을 감지하는 수광 센서 및 상기 산란광을 상기 수광 센서로 집중시키는 렌즈를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 렌즈로 유입된 먼지량을 측정하고,
    상기 먼지량이 기 설정된 기준량을 초과하는 경우 알람을 출력하는 출력부를 더 포함하는,
    먼지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 보정된 먼지 농도, 상기 렌즈를 통과하는 먼지의 이동 속도, 상기 렌즈의 단면적 및 상기 산란광을 감지한 시간의 곱에 의해 상기 먼지량을 측정하는,
    먼지 센서.
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KR20210147689A (ko) * 2020-05-29 2021-12-07 주식회사 아임삭 공기청정기의 먼지농도 측정방법
KR102413574B1 (ko) * 2022-02-16 2022-06-27 주식회사 다산에스엠 개량된 굴뚝먼지 측정장치

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