KR20180102740A - Optical ultrafine dust measuring sensor which removes the influence of disturbance light - Google Patents

Optical ultrafine dust measuring sensor which removes the influence of disturbance light Download PDF

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KR20180102740A
KR20180102740A KR1020170029232A KR20170029232A KR20180102740A KR 20180102740 A KR20180102740 A KR 20180102740A KR 1020170029232 A KR1020170029232 A KR 1020170029232A KR 20170029232 A KR20170029232 A KR 20170029232A KR 20180102740 A KR20180102740 A KR 20180102740A
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정수열
윤주훈
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(주)동일기연
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Abstract

The present invention relates to an optical ultrafine dust measurement sensor, and more specifically, to an optical ultrafine dust measurement sensor, which increases the density measurement accuracy by removing a signal of DC voltage or other frequency components due to solar light or other disturbance lights entering by environments of a use space and the like by using a disturbance light elimination circuit.

Description

외란광의 영향을 제거하는 광학식 초미세먼지 측정 센서 { Optical ultrafine dust measuring sensor which removes the influence of disturbance light }TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an optical ultrafine dust measuring sensor which removes the influence of disturbance light,

본 발명은 광학식 초미세먼지 측정 센서에 관한 것인데, 보다 상세하게 설명하면, 측정 광원으로 적외선을 사용하는 일반적인 초미세먼지 측정 센서 에서 태양광이나 다른 외란광이 먼지 측정 공간으로 들어오게 되면 광에 포함된 적외선 성분이 측정 수단인 포토다이오드에 유입되어 측정 정밀도를 떨어뜨리게 된다. 따라서 외란광이 측정 공간으로 들어오지 않도록 차단을 하고 또한 사용 공간에 제한이 있게 된다. 본 특허에서는 이와 같이 외란광이 유입되더라도 측정에 영향을 받지 않도록 신호처리 회로를 구성하여 궁극적으로 외란광에 의한 영향을 받지 않아 사용 공간 등의 환경에 제한을 두지 않는 광학식 초미세먼지 측정 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an optical ultrafine dust measuring sensor, and more particularly, to a conventional ultrafine dust measuring sensor using infrared rays as a measuring light source. When sunlight or other disturbance light enters a dust measuring space, The infrared ray component is introduced into the photodiode which is the measuring means, and the measurement accuracy is lowered. Therefore, disturbance light is blocked from entering the measurement space, and there is a limitation in the use space. This patent discloses an optical ultrafine dust measuring sensor that does not limit the environment such as the space used because the signal processing circuit is constructed so as not to be influenced by the measurement even when the disturbance light is introduced and ultimately unaffected by the disturbance light will be.

일반적으로, 광학식 초미세먼지 측정 센서는 부유하는 먼지의 수를 검출하는 장치로서 발신부 적외선 LED와 먼지에 의해 산란된 적외선을 수신하는 수신부 포토 다이오드(Photo Diode)로 구성되어 발신부 적외선 LED에서 나온 적외선이 먼지와 부딪히며 산란에 의해 발생한 적외선 산란광의 광량에 따라 수신부 포토 다이오드의 출력값이 변하는 방식으로 작동한다.In general, an optical ultrafine dust measuring sensor is a device for detecting the number of floating dusts, and is composed of a transmitting infrared ray LED and a receiving portion photodiode receiving infrared rays scattered by dust. Infrared rays strike the dust and operate in such a way that the output value of the photodiode of the receiver changes according to the amount of light of the infrared scattering light generated by the scattering.

이러한 종래의 광학식 초미세먼지 측정 센서에 관하여, 발명의 명칭이 '다중 발광부 제어 구조를 갖는 광량 조절이 가능한 차량 및 실내용 광학식 먼지 센서'인 한국 등록특허 제10-1600047호가 등록된 발명으로 제안된 바가 있다. With respect to such a conventional optical ultrafine dust measuring sensor, Korean Patent Registration No. 10-1600047 entitled " Vehicle capable of adjusting the amount of light having a multiple light emitting portion control structure and an indoor optical dust sensor " There is a bar.

상기 발명은 광원을 포함하는 발광부; 및 상기 광원으로부터 출력된 광이 먼지에 의해 산란된 산란광을 수신하는 수광부를 포함하고, 상기 수광부는 산란광을 수신하여 전기신호로 변환하는 수광센서; 상기 수광센서의 출력을 증폭한 증폭신호를 출력하는 증폭부; 및 상기 증폭신호의 레벨에 따라 산란광의 광량을 확인하여 상기 광원의 레벨을 제어하는 제어신호를 생성하고, 상기 증폭신호의 레벨에 따라 오염도를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제어신호에 대응하는 광이 수신시간 이내에 수신되었는지 확인하여, 수신시간 이내에 수신된 경우, 소정 주기 동안 상기 증폭신호의 레벨을 평균하여 출력하는 먼지 검출장치가 제안되었으나, 상기 발명에서는 기존 미세먼지 센서가 태양광이나 다른 외란광이 먼지 측정 공간으로 들어오게 되면 발광부에서 조사된 후 먼지에 의해 산란되어 수광부로 수신되는 측정광 이외에 외부로부터의 외란광에 포함된 적외선 성분이 측정 수단인 포토다이오드에 같이 유입되어 먼지량에 비례한 신호 결과를 얻지 못하거나 측정 정밀도를 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다. The present invention provides a light emitting device comprising: a light emitting portion including a light source; And a light receiving unit that receives scattered light scattered by the dust from the light output from the light source, the light receiving unit includes a light receiving sensor that receives scattered light and converts the scattered light into an electric signal; An amplifying unit for outputting an amplified signal obtained by amplifying the output of the light receiving sensor; And a control unit for generating a control signal for controlling the level of the light source by checking the amount of scattered light according to the level of the amplified signal and outputting the degree of contamination according to the level of the amplified signal, It has been proposed to detect whether the light corresponding to the received light is received within the reception time, and if the light has been received within the reception time, the level of the amplified signal is averaged and output for a predetermined period. However, Or other disturbance light enters into the dust measurement space, infrared light components included in the disturbance light from the outside as well as the measurement light scattered by the dust after being emitted from the light emitting portion and received by the light receiving portion are introduced into the photodiode Problems that result in no signal proportional to dust or degrade measurement accuracy There is.

한국 등록특허 제10-1600047호Korean Patent No. 10-1600047

본 발명의 목적은, 기존 미세먼지 센서가 태양광이나 다른 외란광이 먼지 측정 공간으로 들어오게 되면 광에 포함된 적외선 성분이 측정 수단인 포토다이오드에 유입되어 측정 정밀도를 떨어뜨리게 된다. 따라서 외란광이 측정 공간으로 들어오지 않도록 차단을 하고 또한 사용 공간에 제한이 있게 된다. 본 특허에서는 이런 문제점을 해결하고자 외란광이 유입되더라도 측정에 영향을 받지 않도록 신호처리 회로를 구성하여 궁극적으로 외란광에 의한 영향을 받지 않아 사용 공간 등의 환경에 제한을 두지 않는 광학식 초미세먼지 측정 센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for detecting dust and / or light in a photovoltaic device. Therefore, disturbance light is blocked from entering the measurement space, and there is a limitation in the use space. In this patent, a signal processing circuit is constructed so as not to be influenced by the measurement even when the disturbance light flows in order to solve such a problem, so that the optical super fine dust measurement which does not limit the environment such as the use space ultimately unaffected by disturbance light Sensor.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 광학식 초미세먼지 측정 센서에 태양광이나 다른 외란광에 의한 영향을 제거하기 위하여 적외선 LED가 켜지는 구간에서 연속으로 LED를 구동하는 것이 아니라 특정 주파수로 변조(Modulation)하여 구동을 하고 수광부 이후 신호 처리 과정에서 적외선 LED를 구동한 것과 동일한 특정 주파수 성분만을 통과시키는 대역통과필터(Band pass filter)를 거치게 하여 외란광의 영향으로 발생한 직류 혹은 다른 주파수 성분의 신호가 제거된 성분만을 증폭 및 적분한 신호를 아날로그-디지털(AD) 변환 처리하여 외란광의 영향을 근원적으로 제거한 높은 정밀도의 먼지 농도 측정이 가능한 광학식 초미세먼지 측정 센서를 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, in order to eliminate the influence of sunlight or other disturbance light on the optical ultrafine dust measuring sensor, the LED is continuously driven in the section where the infrared LED is turned on, (Band Pass Filter) that passes only the same specific frequency component as that of driving the infrared LED in the signal processing process after the light receiving portion, so that the signal of the DC or other frequency component generated by the influence of the disturbance light The present invention provides an optical ultrafine dust measuring sensor capable of measuring a dust concentration with high precision by fundamentally eliminating the influence of disturbance light by performing analog-digital (AD) conversion processing of a signal obtained by amplifying and integrating only the removed component.

본 발명에 따른 광학식 초미세먼지 측정 센서는, 적외선 LED가 켜지는 구간에서 연속으로 LED를 구동하는 것이 아니라 특정 주파수로 변조(Modulation)하여 구동을 하고 수광부 이후 신호 처리 과정에서 적외선 LED를 구동한 것과 동일한 특정 주파수 성분만을 통과시키는 대역통과필터(Band pass filter)를 이용하여 먼지 측정 공간으로 들어온 외란광의 영향으로 발생한 직류 전압 혹은 다른 주파수 성분의 신호를 제거하는 기술을 이용하여 측정 정밀도를 떨어뜨리게 되는 문제점을 해결하여 사용 공간에 영향을 받지 않고 보다 정밀한 농도 측정이 가능하게 되는 우수한 효과가 있다.The optical ultrafine dust measuring sensor according to the present invention is not limited to driving the LED continuously in the section where the infrared LED is turned on but driving the infrared LED in the signal processing process after the light receiving section by modulating the LED at a specific frequency A problem that the measurement accuracy is lowered by using a technique of removing a signal of DC voltage or other frequency components generated by the influence of disturbance light entering the dust measuring space by using a band pass filter which passes only the same specific frequency component So that a more precise concentration measurement can be performed without being affected by the use space.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 초미세먼지 측정 센서의 작동의 흐름을 도시한 공정도
도 2a, 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 초미세먼지 측정 센서의 기본 동작 원리에 대해 도시한 작동도 및 측정 센서의 기본 구성도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 일반 광학식 초미세먼지 측정 센서의 증폭 회로의 블록도
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 초미세먼지 측정 센서의 외란광의 영향을 제거하는 회로의 블록도
도 5a, 5b은 본 발명의 제1실시예에 따른 외란광을 제거하기 위하여 적외선 LED를 구동하는 주파수 성분의 신호 파형과 대역통과필터의 특성 그래프
도 6a, 6b은 본 발명의 제1실시예에 따른 외란광의 영향을 받았을 때의 신호 파형과 외란광의 영향을 제거했을 때의 신호 파형도
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 외란광 영향을 제거하는 회로가 적용된 광학식 초미세먼지 측정 센서가 측정한 초미세먼지 농도와, 외란광 영향을 제거하는 회로가 적용되지 않은 광학식 초미세먼지 측정 센서가 측정한 초미세먼지 농도를 선 그래프로 대비한 비교도1 is a flow chart showing a flow of operation of an optical ultrasonic dust measuring sensor according to a first embodiment of the present invention;
FIGS. 2A and 2B are an operation diagram showing the basic operation principle of the optical ultrafine dust measuring sensor according to the first embodiment of the present invention and a basic configuration diagram of the measuring sensor
3 is a block diagram of an amplifying circuit of a general optical ultrafine dust measuring sensor according to a first embodiment of the present invention
4 is a block diagram of a circuit for eliminating the influence of disturbance light in the optical ultrafine dust measuring sensor according to the first embodiment of the present invention
FIGS. 5A and 5B are graphs showing a signal waveform of a frequency component driving an infrared LED and a characteristic curve of a band-pass filter in order to remove disturbance light according to the first embodiment of the present invention
6A and 6B are graphs showing signal waveforms when the disturbance light is affected and signal waveforms when the influence of the disturbance light is removed according to the first embodiment of the present invention
7 is a graph showing the relationship between the concentration of ultrafine dust measured by the optical ultrafine dust measuring sensor to which the disturbance light removing circuit according to the first embodiment of the present invention is applied and the optical ultrafine dust concentration Comparing the concentration of ultrafine dust measured by the dust measurement sensor with a line graph

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

광학식 초미세먼지 측정 센서(A)는, 렌즈(2)를 포함하고 적외선 광원을 출력하는 적외선 LED(1)와; 상기 적외선 LED(1)을 특정주파수로 변조(Modulation)하여 구동시키기 위한 신호구동회로(7)와; 상기 적외선 LED(1)로부터 출력된 광원이 미세먼지에 의해 산란된 산란광을 렌즈(2')를 통해 수광하여 전기신호로 변환하여 출력하는 포토 다이오드(3)와; 상기 포토 다이오드(3)에서 출력하는 전기신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 증폭기(4)와; 상기 증폭기(4)에서 증폭된 신호를 외란광 영향을 제거하기 위해 적외선 LED(1)를 구동한 특정주파수와 동일한 주파수 성분만을 통과시키기 위한 대역통과필터(8)와; 상기 대역통과필터(8)을 거친 신호를 증폭 및 적분회로(5)와; 상기 증폭 및 적분회로(5)로부터 증폭되어 송출된 신호를 입력받아 통신 신호로 변환하여 출력하는 MCU(6)를; 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The optical ultrafine dust measuring sensor (A) comprises: an infrared LED (1) including a lens (2) and outputting an infrared light source; A signal driving circuit 7 for modulating and driving the infrared LED 1 to a specific frequency; A photodiode 3 for receiving the scattered light scattered by the fine dust from the light source output from the infrared LED 1 through the lens 2 'and converting it into an electric signal and outputting the electric signal; An amplifier 4 receiving an electric signal output from the photodiode 3, amplifying the received electric signal, and outputting the amplified electric signal; A band pass filter (8) for passing only a frequency component equal to a specific frequency at which the infrared LED (1) is driven to remove the influence of the disturbance light on the signal amplified by the amplifier (4); An amplifying and integrating circuit (5) for passing the signal through the band-pass filter (8); An MCU 6 for receiving a signal amplified and transmitted from the amplifying and integrating circuit 5 to convert it into a communication signal and outputting the signal; And the like.

본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 초미세먼지 측정 센서(A)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 통기공(H)을 통하여 공기가 유입되고 공기가 유출되는 공기통로상에서, 적외선 LED(1)에서 적외선이 출사하고 렌즈(2)를 통과한 적외선이 통기공(H)내의 분진(D)과 부딪히면 적외선이 산란되고, 이 산란된 적외선의 산란광이 적외선의 직진 방향과 교차하는 방향으로 설치된 렌즈(2')를 통과하여 포토 다이오드(3)에 수광되어 조사되면서 조사된 부분에 의하여 수광된 빛의 신호가 전기적 신호로 변환되어 출력되고, 이 경우에 먼지가 많을수록 산란된 광량이 증가하게 되며 이러한 산란된 광량이 많으면 많을수록 포토 다이오드(3)에서 발생되는 전기적 신호가 증가하게 되는 것이다.2, the optical ultrafine dust measuring sensor A according to the first embodiment of the present invention is configured such that the infrared ultraviolet (UV) light emitted from the infrared LED 1 and the infrared rays passing through the lens 2 collide with the dust D in the vent hole H, the infrared rays are scattered and the scattered light of the scattered infrared rays is arranged in the direction crossing the straight direction of the infrared rays A signal of light received by the irradiated portion while being received by the photodiode 3 through the lens 2 'is converted into an electrical signal and is output. In this case, the amount of scattered light increases as the amount of dust increases The greater the amount of scattered light, the greater the electrical signal generated in the photodiode 3.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 초미세먼지 측정 센서(A)는, MCU(6)으로부터 전달된 신호를 특정 주파수로 변조(Modulation)하여 구동전압으로 변환하는 신호구동회로(7)에 의하여 적외선 LED(1)을 구동하고, 상기 적외선 LED(1)에 의하여 방사된 적외선의 광이 미세먼지에 반사되어 포토다이오드(3)에 수신되고, 상기 포토 다이오드(3)에 의하여 전달되는 신호가 입력되는 증폭기(4)와, 외란광을 제거하기 위하여 적외선 LED를 구동한 것과 동일한 특정 주파수 성분만을 통과시키기 위한 대역통과필터(8)와, 상기 대역통과필터(8)을 통과한 신호를 증폭 및 적분하여주는 증폭 회로(5)와, 상기 증폭 회로(5)에서 송출된 신호를 초미세먼지 농도 0~1000㎍/m3 까지 직진성을 가진 PWM, PCI, I2C, UART 등의 통신 신호로 변환하여 외부로 출력하는 MCU(Micro contoller unit)(6)을 포함한다.4, the optical ultrafine dust measuring sensor A according to the first embodiment of the present invention modulates a signal transmitted from the MCU 6 to a specific frequency and converts it into a driving voltage The infrared LED 1 is driven by the signal driving circuit 7 so that the infrared light emitted by the infrared LED 1 is reflected by the fine dust and is received by the photodiode 3, A band pass filter 8 for passing only a specific frequency component identical to that of driving the infrared LED in order to remove the disturbance light; and the amplifier circuit 5 that amplifies and integrates the signal passing through the said amplifier circuit (5) concentration of the ultra-fine dust from the transmitted signal 0 ~ 1000㎍ / m 3 straightness PWM, PCI, I2C, UART with up to And the like, and outputs the signal to the outside. and a contoller unit (6).

이와 같이 포토 다이오드(3)에서 발생된 전기신호는 증폭기(4)를 통하여 증폭되고, 증폭된 신호를 대역통과필터(8)을 통과시킨 후 증폭 및 적분회로(5)에 입력한다.The electric signal generated in the photodiode 3 is amplified through the amplifier 4, passes the amplified signal through the band-pass filter 8, and inputs the amplified signal to the amplification and integration circuit 5.

이와 같이 대역통과필터(8)을 통과시키는 이유는 외란광을 제거하기 위하여 적외선 LED(1)을 특정주파수로 변조(Modulation)하여 구동시키기 위한 신호구동회로(7)에서 적외선 LED(1)을 구동한 것과 동일한 특정 주파수 성분만을 통과시키고, 외란광의 영향으로 발생한 직류 혹은 다른 주파수 성분의 신호를 제거하는 역할을 한다.The reason why the band pass filter 8 is passed is to drive the infrared LED 1 in the signal driving circuit 7 for modulating and driving the infrared LED 1 to a specific frequency in order to remove the disturbance light, Pass only the same specific frequency component as that of the other frequency component, and remove the signal of the direct current or other frequency component caused by the disturbance light.

적외선 LED(1)의 구동 주파수와 항상 동일한 특정 주파수만을 통과시키는 회로를 내장한 대역통과필터(8)을 거친 후 증폭 및 적분회로(5)에서 출력된 전압값에 따라서 출력으로 송출한다.Passes through a band-pass filter (8) having a circuit which passes only a specific frequency which is always the same as the driving frequency of the infrared LED (1), and sends out through an output in accordance with the voltage value outputted from the amplification and integration circuit (5).

광학식 초미세먼지 측정 센서(A)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 MCU(6)(S7)로부터 적외선 LED(1)에 특정 주파수로 변조(Modulation)하여 구동전압을 인가하고(S1), 적외선에 비추어진 초미세먼지에서 반사된 적외선 산란광에 의해 초미세먼지가 렌즈(2')와 포토 다이오드(3)로 이루어진 수광부에 감지되고(S2), 상기 초미세먼지의 적외선 산란광이 포토 다이오드(3)로 수광되어 포토 다이오드(3)에서 신호가 출력되고(S3), 상기 신호는 1차 AMP(4)로 증폭되고(S4), 외란광을 제거하기 위하여 적외선 LED(1)를 구동한 것과 동일한 특정 주파수 성분만을 통과시키는 위한 대역통과필터(8)를 거치고(S5), 상기 대역통과필터(8)를 통과한 신호를 증폭 및 적분한 신호값을 보내고(S6), 상기 증폭 및 적분한 신호 신호값(S6)을 아날로그-디지탈(AD)로 변환 및 농도값으로 출력하기 위한 MCU(6)(S7)로 보내게 된다.As shown in FIG. 1, the optical ultrasonic dust measuring sensor A first modulates the infrared LED 1 from the MCU 6 (S7) to a specific frequency to apply a driving voltage (S1) , The ultrafine dust is detected by the light receiving unit composed of the lens 2 'and the photodiode 3 (S2) by the infrared scattering light reflected from the ultrafine dust reflected on the infrared ray, and the infrared scattering light of the ultrafine dust is detected by the photodiode The light is received by the photodiode 3 and the signal is output from the photodiode 3 in step S3 and the signal is amplified by the primary AMP 4 in step S4 to drive the infrared LED 1 to remove the disturbance light (S5), and a signal value obtained by amplifying and integrating a signal passed through the band-pass filter (8) (S6) is transmitted through the band-pass filter (8) (M) for converting the signal signal value (S6) into an analog-digital (AD) CU 6 (S7).

본 발명에 따른 외란광 제거를 위한 신호구동회로(7)과 대역통과필터(8)의 원리를 도 4를 참조하여 간략히 설명한다면, 상기 신호구동회로(7)은 MCU(6)에서 출력된 특정주파수로 변조(Modulation)된 구동 전압을 적외선 LED(1)에 전달해 주는 수단, 저항 및 콘덴서, 반도체 소자로 이루어져 있으며 신호 증폭 및 변조(Modulation)기능을 한다. 상기 대역통과필터(8)은 적외선 LED(1)을 구동시킨 주파수와 동일한 주파수 성분만을 통과시키는 수단, 저항 및 콘텐서, 반도체 소자로 이루어져 있으며 외란광의 영향으로 발생한 직류전압 혹은 다른 주파수 성분의 신호를 제거시키고 유효한 신호 성분만 통과시켜 정확한 농도를 측정하기 위한 신호를 증폭 및 적분회로 회로(5)로 입력시켜준다. 4, the signal driving circuit 7 controls the signal driving circuit 7 and the band-pass filter 8 for removing disturbance light according to the present invention, A means for transmitting the modulated driving voltage to the infrared LED 1 at a frequency, a resistor, a capacitor, and a semiconductor device, and performs signal amplification and modulation. The band-pass filter 8 is composed of a means for passing only a frequency component that is the same as the frequency at which the infrared LED 1 is driven, a resistor, a condenser, and a semiconductor device. And passes only a valid signal component and inputs a signal to the amplification and integration circuit 5 to measure the correct concentration.

이처럼 본 발명의 제1실시예에서 상기 외란광의 영향을 제거하기 위하여 도 5a와 같이 적외선 LED(1)을 특정주파수로 변조(Modulation)된 구동전압을 신호구동회로(7)에 의하여 동작을 시키고 적외선 LED(1)의 구동 주파수와 동일한 주파수 성분만을 통과시키는 회로를 포함한 대역통과필터(8)로 도 5b와 같이 동일한 주파수 성분만을 통과 시킨 후 적분회로를 지나 증폭 및 적분 회로(5)에 입력시킨다.  As described above, in order to remove the influence of the disturbance light in the first embodiment of the present invention, the driving voltage modulated to the specific frequency of the infrared LED 1 is operated by the signal driving circuit 7, Pass only the same frequency components as shown in FIG. 5B through a band-pass filter 8 including a circuit for passing only the frequency components that are the same as the driving frequency of the LED 1, and then pass the same frequency components to the amplification and integration circuit 5 via the integration circuit.

따라서, 구체적인 실시예로서, 도 6a에 도시와 같이 외란광의 영향을 제거하기 위하여 도 5a와 같이 특정주파수로 변조(Modulation)된 구동전압으로 적외선 LED(1)을 신호구동회로(7)에 의하여 동작을 시키고 대역통과필터(8)로 도 5b와 같이 적외선 LED(1)을 구동시킨 동일한 주파수 성분만을 통과시킨 후 증폭 및 적분회로(5)의 파형을 관측 결과 도 6b에 도시된 바와 같이 직류 혹은 다른 주파수 성분의 신호를 제거하였다. 6A, in order to eliminate the influence of the disturbance light, the infrared LED 1 is driven by the signal driving circuit 7 with the driving voltage modulated at a specific frequency as shown in FIG. 5A Pass only the same frequency component that drives the infrared LED 1 as shown in FIG. 5B with the band-pass filter 8, and then the waveform of the amplifying and integrating circuit 5 is measured by a direct current or another The signal of the frequency component was removed.

본 발명의 제1실시예에 따른 초미세먼지 측정 센서는 특정주파수로 변조(Modulation)된 구동전압으로 적외선 LED를 구동시키고 적외선 LED를 구동시킨 동일한 주파수 성분만을 통과시키는 대역통과필터가 적용되지 않은 종래 기술보다 초미세먼지의 농도를 정밀하게 측정하게 되었다.The ultrasmall dust measuring sensor according to the first embodiment of the present invention is a sensor which measures the frequency of the ultrafine dust measured by driving the infrared LED with the driving voltage modulated at a specific frequency, The concentration of ultrafine dust was precisely measured.

본 발명의 상기 증폭 및 적분회로(5)에서 송출하는 신호는 MCU(Micro contoller unit)(6)에서 먼지 농도를 0~1000㎍/m3 까지 직진성을 가진 PWM, PCI, I2C, UART 등의 통신 신호로 변환하여 외부로 출력하여 준다. 또한, 외란광의 영향을 제거하여 보다 정밀한 농도 측정을 하게 되었다.Signal transmitted from the amplifier and the integration circuit 5 of the present invention, communication of PWM, PCI, I2C, UART, etc. with a straight to a dust concentration of 0 ~ 1000㎍ / m 3 in the MCU (Micro contoller unit) (6) Signal and outputs it to the outside. Further, the influence of the disturbance light was removed, and the density was measured more precisely.

상기 외란광의 영향으로 인하여 잘못된 농도 측정 또는 정밀하지 못한 농도 측정이 되는 원리를 보다 상세히 설명하면, 광학식 초미세먼지 측정 센서는 기본적으로 광원(光源)이 되는 적외선 LED(1)와 포토 다이오드(3)로 구성되며 이를 고정하기 위한 기구물이 존재함으로써 초미세먼지가 0㎍/m3인 공간에서는 적외선 LED(1)의 적외선이 포토 다이오드(3)로 산란되어 들어가는 광량을 0V로 만들 수 있으나 사용 공간 등 환경에 의하여 태양광이나 다른 외란광에 의하여 레퍼런스 전압이 0V보다 높게 발생하는 것이다.The optical ultrafine dust measuring sensor basically includes an infrared LED 1 serving as a light source and a photodiode 3 as a light source, The amount of light scattered into the photodiode 3 by the infrared ray of the infrared LED 1 can be made 0 V in the space where the ultrafine dust is 0 μg / m 3. However, The reference voltage is generated to be higher than 0 V due to sunlight or other disturbance light depending on the environment.

포토 다이오드(3)로 초미세먼지에 반사된 광량 외에 태양광이나 다른 외란광에 의한 광량이 들어가면, 초미세 먼지가 통기공(H)에 유입되어도 정밀한 농도를 검출할 수가 없으므로 기존의 방식은 포토 다이오드(3)로 들어가는 태양광이나 다른 외란광 경로를 광량이 적게 들어갈 수 있도록 고정 기구물을 차폐 설계하는 것으로 레퍼런스 전압이 발생하는 문제를 해소하고자 하나, 본 발명에서는 포토 다이오드(3)에 광이 들어오더라도 MCU(Micro controller unit)(6)에서 특정주파수로 변조(Modulation)된 신호를 신호구동회로(7)을 통하여 적외선 LED(1)을 동작시켜 1단 증폭회로(4)를 통하고 대역통과필터(8)을 통하여 태양광이나 다른 외란광을 0V로 만들어 주어 이 문제를 해결한 것이다.When the amount of light due to sunlight or other disturbance light enters in addition to the amount of light reflected by ultrafine dust by the photodiode (3), it is impossible to detect an accurate density even if ultrafine dust flows into the vent hole (H) In order to solve the problem of generating a reference voltage by shielding the fixed structure so that the amount of light entering the diode 3 or other disturbance light path can be reduced, in the present invention, the photodiode 3 is lighted A signal modulated at a specific frequency by a micro controller unit (MCU) 6 is supplied to the infrared LED 1 through the signal driving circuit 7 to pass through the first stage amplifying circuit 4, This problem is solved by making sunlight or other disturbance light at 0 V through the filter 8.

상기와 같이 외란광을 제거하는 회로를 적용함으로써, 포토 다이오드(3)로 들어오는 외란광의 광량을 전기적 신호로 0V로 만들어 미세먼지 검출의 정밀도를 높일 수가 있다.By applying the circuit for removing the disturbance light as described above, the light amount of the disturbance light entering the photodiode 3 can be made 0 V as an electrical signal to improve the precision of fine dust detection.

도 7은 이와 같은 외란광을 제거하는 회로를 본 발명의 제1실시예에 따른 초미세먼지 측정 센서가 측정한 초미세먼지 측정농도와 외란광을 제거하지 않는 종래의 기술에 따른 초미세먼지 측정 센서가 측정한 초미세먼지 측정농도를 비교한 도면으로서, 도 7의 도시와 같이 초미세먼지 농도 검출의 정밀도를 높일 수가 있게 되는 것이다. 7 is a circuit diagram showing a circuit for removing such a disturbance light according to a first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram of a circuit for removing disturbance light according to a first embodiment of the present invention. As a result of comparing the ultra fine dust measurement densities measured by the sensors, it is possible to increase the accuracy of detection of the ultrafine dust densities as shown in Fig.

본 발명에 따른 광학식 초미세먼지 측정 센서는, 미세먼지의 농도를 측정하는 일반적인 미세먼지 측정 센서의 제조산업에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.The optical ultrafine dust measuring sensor according to the present invention can be said to be an industrially applicable invention since it can be said that it is possible to repeatedly manufacture the same product in the manufacturing industry of a conventional fine dust measuring sensor for measuring the concentration of fine dust .

1 : 적외선 LED 2, 2' : 렌즈
3 : 포토 다이오드 4 : 증폭기
5 : 증폭기 및 적분 회로 6 : MCU
7 : 신호 구동 회로 8 : 대역통과필터
9 : 외란광 제거 회로 1: Infrared LED 2, 2 ': Lens
3: Photodiode 4: Amplifier
5: Amplifier and integration circuit 6: MCU
7: Signal drive circuit 8: Bandpass filter
9: Disturbance light elimination circuit

Claims (3)

광학식 초미세먼지 측정 센서에 있어서,
상기 광학식 초미세먼지 측정 센서(A)는,
렌즈(2)를 포함하고 적외선 광원을 출력하는 적외선 LED(1)와;
상기 적외선 LED(1)을 특정주파수로 변조(Modulation)하여 구동시키기 위한 신호구동회로(7)와;
상기 적외선 LED(1)로부터 출력된 광원이 미세먼지에 의해 산란된 산란광을 렌즈(2')를 통해 수광하여 전기신호로 변환하여 출력하는 포토 다이오드(3)와;
상기 포토 다이오드(3)에서 출력하는 전기신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 증폭기(4)와;
상기 증폭기(4)에서 증폭된 신호를 외란광 영향을 제거하기 위해 적외선 LED(1)를 구동한 특정주파수와 동일한 주파수 성분만을 통과시키기 위한 대역통과필터(8)와;
상기 대역통과필터(8)을 거친 신호를 증폭 및 적분회로(5)와;
상기 증폭 및 적분회로(5)로부터 증폭되어 송출된 신호를 입력받아 통신 신호로 변환하여 출력하는 MCU(6)를; 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 초미세먼지 측정 센서.
In the optical ultrafine dust measuring sensor,
The optical ultrafine dust measuring sensor (A)
An infrared LED (1) including a lens (2) and outputting an infrared light source;
A signal driving circuit 7 for modulating and driving the infrared LED 1 to a specific frequency;
A photodiode 3 for receiving the scattered light scattered by the fine dust from the light source output from the infrared LED 1 through the lens 2 'and converting it into an electric signal and outputting the electric signal;
An amplifier 4 receiving an electric signal output from the photodiode 3, amplifying the received electric signal, and outputting the amplified electric signal;
A band pass filter (8) for passing only a frequency component equal to a specific frequency at which the infrared LED (1) is driven to remove the influence of the disturbance light on the signal amplified by the amplifier (4);
An amplifying and integrating circuit (5) for passing the signal through the band-pass filter (8);
An MCU 6 for receiving a signal amplified and transmitted from the amplifying and integrating circuit 5 to convert it into a communication signal and outputting the signal; Wherein the optical ultrasonic dust measuring sensor comprises:
제 1항에 있어서,
특정주파수로 변조(Modulation)하여 적외선 LED(1)를 구동하는 특정주파수와 항상 동일한 주파수만을 통과되게 하는 회로를 포함한 대역통과필터(8)이며;
사용 공간 등의 환경에 의하여 태양광이나 다른 외란광을 차폐하지 못하고 상기 포토 다이오드(3)에서 감지되어 발생하는 직류전압 혹은 다른 주파수 성분의 신호를 제거하여 초미세먼지 농도 측정의 정밀도를 높이는 외란광 제거회로(9)를 더 포함하여,
상기 외란광 제거회로(9)는, 일단은 상기 MCU(6)에 신호구동회로(7)이 연결되고, 타단은 상기 증폭 및 적분 회로(5)의 입력단에 적외선 LED(1)의 구동 주파수와 동일한 특정주파수 성분만을 통과시키는 대역통과필터(8)와 연결되는 것을 특징으로 하는 광학식 초미세먼지 측정 센서.The method according to claim 1,
A band-pass filter (8) including a circuit for modulating a specific frequency so as to allow only the same frequency as a specific frequency for driving the infrared LED (1) to pass therethrough;
The disturbance light which can not shield sunlight or other disturbance light due to an environment such as a use space and removes a signal of a DC voltage or other frequency component which is detected by the photodiode 3, Further comprising a removal circuit (9)
One end of the disturbance light eliminating circuit 9 is connected to the MCU 6 through a signal driving circuit 7 and the other end is connected to the input end of the amplifying and integrating circuit 5 with the driving frequency of the infrared LED 1 Is connected to a band-pass filter (8) which passes only the same specific frequency component. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 외란광 제거회로(9)는 증폭수단, 다이오드, 콘덴서 및 저항으로 이루어져, 상기 증폭기(4)에서 증폭되고 대역통과필터(8)를 거치고 증폭 및 적분회로(5)에서 신호를 증폭하여 송출하는 것을 특징으로 하는 광학식 초미세먼지 측정 센서.3. The method according to claim 1 or 2,
The disturbance light eliminating circuit 9 comprises amplification means, a diode, a capacitor and a resistor. The disturbance light elimination circuit 9 amplifies the disturbance light, passes through the band-pass filter 8, amplifies the signal in the amplification and integration circuit 5, Wherein the optical ultrasonic dust measuring sensor comprises:
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KR20210099279A (en) * 2020-02-04 2021-08-12 주식회사 에스원 Receiver of Laser Sensor with Reducing Equiphase Noise and False Report of Sun's Ray and Method thereof
KR20220008450A (en) * 2020-07-14 2022-01-21 주식회사 다산에스엠 Dual Type Stack Dust Measuring Apparatus
KR20230161221A (en) 2022-05-18 2023-11-27 현대자동차주식회사 Integrated sensor with electromagnetic shielding material applied

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