KR20180113341A - Apparatus for sensing particle - Google Patents
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Abstract
Description
실시 예는 입자 센싱 장치에 관한 것이다.An embodiment relates to a particle sensing device.
일반적으로 먼지와 같은 입자를 센싱하는 기존의 먼지 센싱 장치의 경우, 광을 먼지를 향해 광축 방향으로 조사하고, 먼지에서 산란된 광을 광축의 측방에서 센싱하여 먼지에 대한 정보를 얻는다. 이러한 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 일 례가 미국 특허 번호 US7,038,189 (2006년 5월 2일 등록)에 개시되어 있다.Generally, in a conventional dust sensing apparatus for sensing particles such as dust, light is irradiated toward the dust in the direction of the optical axis, and light scattered in the dust is sensed from the side of the optical axis to obtain information on dust. One example of such a conventional lateral dust sensing device is disclosed in U.S. Patent No. 7,038,189 (Registered May 2, 2006).
이와 같이 먼지에서 산란된 광을 광축 방향의 측방에서 센싱할 경우, 센싱된 산란 광의 세기가 약해 사이즈가 작은 입자 예를 들어, 1 ㎛ 이하의 크기를 갖는 입자를 센싱하기 어려우며, 포커싱 존(focusing zone)도 좁은 문제점이 따른다.When the light scattered in the dust is sensed from the side in the optical axis direction, it is difficult to sense particles having a small size, for example, a size of 1 mu m or less because the intensity of the sensed scattered light is weak, ) Also suffers from a narrow problem.
또한, 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 경우, 먼지를 포함하는 공기가 지나는 경로가 열 유동에 의해 형성되어, 입자가 흐르는 영역이 집광 영역보다 커지게 되는 등 유로가 한계를 갖는다. 이로 인해, 측정되지 않는 입자들이 많아져서 입자를 센싱하는 정확도가 저하될 뿐만 아니라 열 유동을 위한 열원의 배치로 인해 먼지 센싱 장치의 전체 크기가 커지게 된다. 예를 들어, 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 경우 먼지 측정 오차는 30% 정도로서 매우 높은 문제점이 있다.Further, in the case of the conventional lateral type dust sensing apparatus, a path through which air including dust is formed by heat flow has a limit such that the area where the particles flow is larger than the light collecting area. As a result, the number of unmeasured particles increases and the accuracy of sensing the particles is lowered, as well as the overall size of the dust sensing device is increased due to the arrangement of heat sources for heat flow. For example, in the case of the conventional lateral type dust sensing apparatus, the dust measurement error is about 30%, which is very high.
또한, 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 경우, 먼지에서 산란된 광을 측방에서 센싱하므로 산란광 세기가 높지 않다. 따라서, 산란광의 세기를 높이기 위해 보다 많은 소모 전력을 필요로 하는 문제점이 있다.Further, in the case of the conventional lateral type dust sensing apparatus, the intensity of scattered light is not high because the light scattered from the dust is sensed from the side. Therefore, there is a problem that more power is required to increase the intensity of the scattered light.
또한, 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 경우, 입자가 지나가는 유로의 구조적인 한계로 인해, 모든 먼지의 개수를 카운팅하기 불가하였다.In addition, in the case of the conventional lateral dust sensing apparatus, it is impossible to count the number of all the dusts due to the structural limit of the passage through the particles.
또한, 기존의 먼지 센싱 장치에서 먼지의 농도를 구하기 위해, 히터(미도시) 또는 팬(미도시)에 의해 센서에 기류를 형성하고, 일정시간 동안 지나가는 먼지의 량을 ㎍/㎥ 또는 개수/㎥로 표현한다. 이때, 먼지의 농도를 구하기 위한 수식에서, ㎥은 고정되므로, 먼지의 농도가 정확하게 측정될 수 없다.In order to obtain the concentration of dust in a conventional dust sensing apparatus, an air flow is formed in the sensor by a heater (not shown) or a fan (not shown), and the amount of dust passing through the sensor is measured in a range of / / . At this time, in the equation for determining the concentration of dust, m3 is fixed, so that the concentration of dust can not be accurately measured.
특히, 먼지가 지나가는 경로에 열 유동에 의해 기류를 형성하기 위해 히터를 장착할 경우, 센서를 재교정해야 하므로 비용이 발생하고, 센서 주변의 공기의 유속 변화로 인해 오차가 최대 90% 정도일 수도 있다. 이를 개선하기 위해, 히터를 사용하지 않고 먼지가 지나가는 경로에 팬을 사용하여 기류를 생성할 수도 있다. 팬을 배치할 경우 히터를 이용할 때보다 먼지의 농도는 정확해질 수 있으나, 센서의 가격이 상승할 수 있다. 왜냐하면, 센서의 제조 비용 중에서 대략 50%가 팬이 차지하는 가격이기 때문이다.Particularly, when a heater is installed to form an air flow by the heat flow in the path of dust, the cost is incurred because the sensor must be recalibrated, and the error may be up to 90% due to the change of the air flow rate around the sensor . To improve this, it is also possible to generate airflow by using a fan in a path where dust passes without using a heater. When the fan is placed, the density of the dust can be more accurate than when using the heater, but the price of the sensor can be increased. This is because approximately 50% of the manufacturing cost of the sensor is the price of the fan.
또한, 센서의 팬이나 히터가 장기간 사용 경우, 이들 기기의 노화로 인해 먼지 농도의 정확도가 저해될 수도 있다.In addition, if the sensor fan or heater is used for a long time, the accuracy of the dust concentration may be impaired due to aging of these devices.
실시 예는 입자의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 입자 센싱 장치를 제공하는 데 있다.The embodiment is to provide a particle sensing device capable of accurately measuring the concentration of particles.
일 실시 예에 의한 입자 센싱 장치는, 광을 방출하는 발광부; 상기 발광부 아래에서 상기 발광부의 광축과 교차하는 제1 방향으로 배치되며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 유로부; 상기 유로부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 유로부를 유동하는 각 입자마다 산란된 광을 입사하는 수광부; 상기 입자별로 신란된 광의 전기적 신호를 상기 수광부로부터 수신하여 처리하고, 신호 처리된 결과를 입자별 펄스로서 출력하는 신호 처리부; 및 상기 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기를 복수 개의 채널로 구분하고, 상기 공기의 유량과, 상기 입자의 밀도와, 채널별 상기 입자의 개수 및 입자의 크기를 이용하여 상기 입자의 농도를 아래와 같이 구하는 정보 분석부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a particle sensing apparatus including: a light emitting unit emitting light; A flow path disposed below the light emitting part in a first direction intersecting the optical axis of the light emitting part and through which air including particles flows; A light receiving portion disposed on the optical axis below the flow path portion and adapted to inject scattered light for each particle flowing in the flow path portion; A signal processing unit for receiving and processing an electric signal of light emitted by the particle from the light receiving unit and outputting the signal processed result as a particle-specific pulse; And the intensity of a level that the particle-specific pulse can have is divided into a plurality of channels, and the concentration of the particles is determined by using the flow rate of the air, the density of the particles, And may include an information analyzing section obtained as follows.
여기서, PM은 상기 입자의 농도를 나타내고, i는 채널 번호를 나타내고, n은 채널의 총 개수로서 2이상의 양의 정수를 나타내고, NPi는 제i 채널에 속하는 크기를 갖는 입자의 개수를 나타내고, Vi는 상기 입자의 부피를 나타내고, ρ는 상기 입자의 밀도를 나타내고, F는 상기 공기의 유량을 나타내고, ri는 제i 채널에 속하는 상기 입자의 크기를 나타낸다.Here, PM denotes the concentration of the particles, i denotes a channel number, n denotes a positive integer of 2 or more as the total number of channels, NP i denotes the number of particles belonging to the i-th channel, V i represents the volume of the particle, p represents the density of the particle, F represents the flow rate of the air, and r i represents the size of the particle belonging to the i-th channel.
예를 들어, 상기 유로부는 상기 공기가 유입되는 유로 입구부; 상기 공기가 유출되는 유로 출구부; 및 상기 발광부와 상기 수광부 사이 및 상기 유로 입구부와 상기 유로 출구부 사이에서 상기 광축에 위치하며, 상기 발광부에서 방출된 광이 상기 입자에 의해 산란되는 산란부를 포함할 수 있다.For example, the flow path portion may include a flow path inlet portion into which the air flows; A flow path outlet through which the air flows; And a scattering portion located in the optical axis between the light emitting portion and the light receiving portion and between the flow path inlet portion and the flow path outlet portion and scattering light emitted from the light emitting portion by the particles.
예를 들어, 상기 산란부로 조사된 광의 상기 제1 방향으로의 폭은 2 ㎜ 내지 6 ㎜이고, 상기 발광부로부터 상기 수광부까지 상기 광축과 나란한 제2 방향으로의 상기 산란부의 높이는 1 ㎜ 내지 2 ㎜일 수 있다.For example, the width of the light irradiated to the scattering portion in the first direction is 2 mm to 6 mm, and the height of the scattering portion in the second direction parallel to the optical axis from the light emitting portion to the light receiving portion is 1 mm to 2 mm Lt; / RTI >
예를 들어, 상기 발광부로부터 상기 수광부까지 상기 광축과 나란한 제2 방향으로의 상기 산란부의 최소 높이는 상기 산란부로 조사된 광의 상기 제1 방향으로의 폭보다 작을 수 있다.For example, the minimum height of the scattering portion in the second direction parallel to the optical axis from the light emitting portion to the light receiving portion may be smaller than the width of the light irradiated to the scattering portion in the first direction.
예를 들어, 상기 산란부로 입사된 광의 세기는 상기 산란부 내에서 상기 제1 방향으로 일정한 스퀘어 형태를 가질 수 있다.For example, the intensity of light incident on the scattering unit may have a constant square shape in the first direction within the scattering unit.
예를 들어, 상기 입자 센싱 장치는 상기 정보 분석부의 제어 하에, 상기 발광부로 전력을 공급하는 전력 공급부를 더 포함하고, 상기 정보 분석부는 상기 전력 공급부를 제어하여 상기 발광부를 소정 주파수로 턴 온시켜, 상기 발광부로부터 방출되는 광을 변조시킬 수 있다.For example, the particle sensing apparatus may further include a power supply unit that supplies power to the light emitting unit under the control of the information analysis unit, and the information analysis unit controls the power supply unit to turn on the light emitting unit at a predetermined frequency, The light emitted from the light emitting portion can be modulated.
예를 들어, 상기 신호 처리부는 상기 수광부로부터 수신한 전류 형태의 전기적 신호를 전압 형태로 변환하고, 변환된 결과의 고역 성분을 필터링한 후 1차로 증폭하는 전처리부; 및 상기 전처리부로부터 출력되는 신호의 고역 성분을 필터링한 후 2차로 증폭하여 상기 입자별 펄스로서 출력하는 후처리부를 포함할 수 있다.For example, the signal processing unit may include a preprocessing unit for converting an electrical signal of a current type received from the light receiving unit into a voltage form, filtering the high-frequency component of the converted result, and then amplifying the filtered high-frequency component firstarily; And a post-processing unit for filtering the high-frequency components of the signal output from the preprocessing unit, and then amplifying the high-frequency components of the signal output from the preprocessing unit, and outputting the pulses as the per-particle pulses.
예를 들어, 상기 전처리부는 상기 수광부로부터 출력되는 전류 형태의 전기적 신호를 전압 형태로 변환하는 전류/전압 변환부; 상기 전압 형태로 변환된 신호의 고역 성분을 필터링하는 제1 고역 통과 필터; 및 상기 제1 고역 통과 필터의 출력을 증폭하는 제1 증폭부를 포함할 수 있다.For example, the pre-processor may include a current / voltage converter for converting an electrical signal of a current type output from the light-receiving unit into a voltage form; A first high pass filter for filtering high frequency components of the signal converted into the voltage form; And a first amplifying unit amplifying the output of the first high-pass filter.
예를 들어, 상기 후처리부는 상기 제1 증폭부에서 증폭된 결과의 고역 성분을 필터링하는 제2 고역 통과 필터; 및 상기 제2 고역 통과 필터의 출력을 증폭하는 제2 증폭부를 포함할 수 있다.For example, the post-processing unit may include a second high-pass filter for filtering a high-frequency component of a result amplified by the first amplifying unit; And a second amplifying unit amplifying the output of the second high-pass filter.
예를 들어, 상기 신호 처리부는 아날로그 형태의 입자별 펄스를 디지털 형태로 변환하여 상기 정보 분석부로 출력하는 아날로그/디지털 변환기를 포함할 수 있다.For example, the signal processing unit may include an analog-to-digital converter that converts analog-type particle-by-particle pulses into digital form and outputs the pulses to the information analysis unit.
예를 들어, 상기 정보 분석부는 상기 신호 처리부로부터 출력되는 상기 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기를 제1 내지 제n 채널로 구분하는 채널 구분부; 상기 신호 처리부로부터 출력되는 상기 입자별 펄스에서 펄스 각각에 대응하는 상기 입자의 크기를 결정하는 입자 크기 결정부; 상기 입자 크기 결정부에서 결정된 상기 입자별 펄스에서 펄스 각각에 대응하는 상기 입자의 크기를 이용하여, 복수의 채널별 상기 입자의 개수를 카운팅하는 카운팅부; 상기 공기의 유량을 산출하는 유량 산출부; 및 상기 카운팅된 상기 입자의 개수, 상기 복수의 채널 각각에 할당된 상기 입자의 크기의 대표값(ri), 상기 입자의 밀도(ρ) 및 상기 유량을 이용하여, 상기 입자의 농도를 계산하는 농도 계산부를 포함할 수 있다.For example, the information analyzer may include: a channel classifier for classifying intensity levels of the pulses per particle output from the signal processor into first through n-th channels; A particle size determination unit that determines a size of the particle corresponding to each pulse in the particle-specific pulse output from the signal processing unit; A counting unit for counting the number of particles for each of a plurality of channels by using the size of the particles corresponding to each pulse in the particle-by-particle pulses determined by the particle size determining unit; A flow rate calculation unit for calculating a flow rate of the air; And calculating a concentration of the particles using the counted number of particles, the representative value (r i ) of the particle size assigned to each of the plurality of channels, the particle density (rho), and the flow rate And a concentration calculation unit.
예를 들어, 상기 입자 크기 결정부는 아래와 같은 함수를 이용하여 상기 입자의 크기를 결정할 수 있다.For example, the particle size determination unit may determine the particle size using the following function.
r ← f(PA)r? f (PA)
여기서, PA는 상기 입자별 펄스에서 각 펄스의 최대 세기를 나타내고, r은 상기 입자별 펄스에서 펄스 각각에 대응하는 상기 입자의 크기를 나타낸다. 예를 들어, 상기 함수는 n차 선형 피팅식이거나 로그 함수일 수 있다.Where PA represents the maximum intensity of each pulse in the particle-specific pulse and r represents the size of the particle corresponding to each pulse in the particle-by-particle pulse. For example, the function may be an n-order linear fitting equation or a logarithmic function.
예를 들어, 상기 카운팅부는 복수의 채널별 입자의 개수를 아래와 같이 카운팅할 수 있다.For example, the counting unit may count the number of particles per a plurality of channels as follows.
ri ← r(chi) < r < r(chi+1)r i? r (ch i ) <r <r (ch i + 1 )
여기서, r은 상기 함수를 이용하여 결정된 상기 입자의 크기를 나타내고, r(chi+1)는 제i+1 채널에 대해 사전에 결정된 입자의 크기를 나타내고, r(chi)는 제i 채널에 대해 사전에 결정된 입자의 크기를 나타낸다.R (ch i + 1 ) represents the size of a particle determined in advance for the ( i + 1 ) -th channel, r (ch i ) represents the size of the particle determined using the i- Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > particle size.
예를 들어, 상기 유량 산출부는 n개의 채널 중 임의의 채널에 속하는 펄스의 폭을 이용하여 상기 공기의 유량을 아래와 같이 구할 수 있다.For example, the flow rate calculator may calculate the flow rate of the air using the width of a pulse belonging to an arbitrary channel among n channels as follows.
여기서, T는 상기 임의의 채널에 대응하는 펄스의 폭을 나타내고, a와 b는 사전에 구해진 변수들을 나타낸다.Here, T represents the width of the pulse corresponding to the arbitrary channel, and a and b represent the previously obtained variables.
예를 들어, 상기 임의의 채널은 상기 입자별 펄스가 가질 수 있는 가장 작은 레벨의 세기에 해당하는 제1 채널과 가장 큰 레벨의 세기에 해당하는 제n 채널을 제외한 제2 내지 제n-1 채널 중 하나일 수 있다.For example, the arbitrary channel may include a first channel corresponding to the smallest level of intensity that the per-particle pulse can have, and a second through n-th channel ≪ / RTI >
실시 예에 의한 입자 센싱 장치는, 주변의 바람의 영향을 작게 받으므로, 일정 범위 내의 어떤 유속에서도 입자의 농도를 정확하게 측정할 수 있고, 팬을 요구하지 않으므로 저렴한 비용으로 제조되어 가격 경쟁력을 가질 수 있고, 팬에 의해 야기되는 소음이 발생되지 않고, 팬의 노화 등으로 인해 입자의 농도의 측정 정확도가 저하되는 기존의 문제점이 해소되어 장기적 신뢰성을 가질 수 있고, 팬의 구동에 의한 전기적인 잡음이 발생하지 않으며, 유속에 영향을 받지 않으므로 개선된 설치 자유도를 갖는다.Since the particle sensing apparatus according to the embodiment is able to accurately measure the concentration of particles in any fluid within a certain range and does not require a fan since the influence of winds around the particle is small, the particle sensing apparatus can be manufactured at low cost, The conventional problem that the noise caused by the fan is not generated and the measurement accuracy of the particle concentration is lowered due to the aging of the fan is solved and the long-term reliability can be obtained, and the electric noise And is not affected by the flow velocity, so that it has improved installation freedom.
도 1은 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 개념을 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.
도 2는 입자에 의해 산란된 산란광의 예시적인 프로파일을 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 유로부를 설명하기 위해, 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 유로부를 설명하기 위해 'A2' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 또 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 유로부를 설명하기 위해 'A3' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 9는 도 3에 도시된 'B' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 광 감지부의 일 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 11은 도 9에 도시된 광 감지부의 다른 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
도 12은 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
도 13은 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
도 14는 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
도 15는 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
도 16은 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
도 17은 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예에 의한 평면 형상을 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 복수의 감지 세그먼트를 이용하여 입자의 형상을 예측함을 설명하기 위한 도면이다.
도 19a 및 도 19b는 포토 다이오드로 입사되는 광의 평면 형상을 나타낸다.
도 20은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 또 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 21은 도 20에 도시된 입자 센싱 장치의 측면도를 나타낸다..
도 22는 도 20에 도시된 입자 센싱 장치의 상측 사시도를 나타낸다.
도 23은 도 20에 도시된 입자 센싱 장치의 좌측 사시도를 각각 나타낸다.
도 24는 도 20에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 평면도를 나타낸다.
도 25는 도 20에 도시된 'C' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 26은 도 20에 도시된 'D' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 27은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 28a 및 도 28b는 산란부로 입사된 광의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 29 (a)와 (b)는 산란부로 조사된 광을 제1 속도로 통과하는 입자의 모습 및 그 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 그래프를 각각 나타낸다.
도 30 (a)와 (b)는 산란부로 조사된 광을 제2 속도로 통과하는 입자(P)의 모습 및 그 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 그래프를 각각 나타낸다.
도 31은 신호 처리부의 일 실시 예에 의한 블럭도를 나타낸다.
도 32는 도 31에 도시된 전처리부 및 후처리부의 일 실시 예에 의한 회로도를 나타낸다.
도 33은 도 32에 도시된 전처리부 및 후처리부의 각 지점에서의 출력 파형을 나타낸다.
도 34a 및 도 34b는 신호 처리부로부터 정보 분석부로 제공되는 입자별 펄스의 례들을 나타내는 그래프이다.
도 35는 도 34a에 도시된 파형의 일부를 확대 도시한 그래프이다.
도 36은 정보 분석부의 일 실시 예에 의한 블럭도이다.
도 37은 정보 분석부에서 수행되는 입자 농도 계산 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.1 is a schematic block diagram for explaining the concept of a particle sensing apparatus according to an embodiment.
Figure 2 shows an exemplary profile of scattered light scattered by particles.
Figure 3 shows a cross-sectional view of one embodiment of the particle sensing device shown in Figure 1;
4 is an enlarged cross-sectional view of the 'A1' portion in order to explain the flow path portion shown in FIG.
Figure 5 shows a cross-sectional view of another embodiment of the particle sensing device shown in Figure 1;
6 is an enlarged cross-sectional view of the 'A2' portion in order to explain the flow path portion shown in FIG.
Figure 7 shows a cross-sectional view of another embodiment of the particle sensing device shown in Figure 1;
8 is an enlarged cross-sectional view of the portion 'A3' to illustrate the flow path portion shown in FIG.
9 is an enlarged cross-sectional view of the portion 'B' shown in FIG.
FIG. 10 shows a planar shape of an embodiment of the light sensing unit shown in FIG.
11 shows a planar shape according to another embodiment of the light sensing unit shown in FIG.
FIG. 12 shows a planar shape according to still another embodiment of the light sensing unit shown in FIG.
FIG. 13 shows a planar shape according to still another embodiment of the light sensing unit shown in FIG.
FIG. 14 shows a planar shape according to still another embodiment of the light sensing unit shown in FIG.
FIG. 15 shows a planar shape according to another embodiment of the light sensing unit shown in FIG.
FIG. 16 shows a planar shape according to another embodiment of the light sensing unit shown in FIG.
FIG. 17 shows a planar shape according to another embodiment of the light sensing unit shown in FIG.
18A and 18B are diagrams for explaining the prediction of the shape of particles using a plurality of sensing segments.
19A and 19B show the planar shape of the light incident on the photodiode.
Fig. 20 shows a cross-sectional view according to another embodiment of the particle sensing apparatus shown in Fig. 1. Fig.
Figure 21 shows a side view of the particle sensing device shown in Figure 20.
22 is a top perspective view of the particle sensing apparatus shown in Fig.
Fig. 23 shows a left perspective view of the particle sensing device shown in Fig. 20, respectively.
24 is a plan view cut along the line I-I 'shown in FIG.
25 is an enlarged cross-sectional view of a portion 'C' shown in FIG.
26 is an enlarged cross-sectional view of the portion 'D' shown in FIG.
Fig. 27 is a view showing a part of the particle sensing apparatus shown in Fig. 1. Fig.
28A and 28B are graphs showing the intensity of light incident on the scattering portion.
29 (a) and 29 (b) show graphs of particles passing through the scattered light at a first velocity and graphs of electrical signals of light scattered by the particles, respectively.
30 (a) and 30 (b) show graphs of the states of the particles P passing through the light irradiated to the scattering portion at the second speed and the electric signals of the light scattered by the particles, respectively.
31 shows a block diagram according to an embodiment of the signal processing unit.
Fig. 32 shows a circuit diagram according to one embodiment of the preprocessing unit and post-processing unit shown in Fig.
33 shows an output waveform at each point of the preprocessing unit and the post-processing unit shown in Fig.
34A and 34B are graphs showing examples of pulses per particle provided from the signal processing unit to the information analysis unit.
FIG. 35 is a graph showing an enlarged view of a part of the waveform shown in FIG. 34A.
36 is a block diagram of an information analyzing unit according to an embodiment of the present invention;
37 is a flowchart for explaining a particle concentration calculation method performed by the information analysis unit;
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the present embodiment, in the case of being described as being formed "on or under" of each element, the upper (upper) or lower (lower) on or under includes both the two elements being directly in contact with each other or one or more other elements being indirectly formed between the two elements.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.Also, when expressed as "on" or "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.It is also to be understood that the terms "first" and "second," "upper / upper / upper," and "lower / lower / lower" But may be used to distinguish one entity or element from another entity or element, without necessarily requiring or implying an order.
이하, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100: 100A 내지 100D)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 설명의 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 입자 센싱 장치(100: 100A 내지 100D)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 교차할 수도 있다.Hereinafter, a particle sensing apparatus 100 (100A to 100D) according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. For convenience of explanation, the particle sensing apparatus 100 (100A to 100D) is described using a Cartesian coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis), but it can be explained by other coordinate systems. According to the Cartesian coordinate system, the x-axis, the y-axis and the z-axis are orthogonal to each other, but the embodiment is not limited to this. That is, according to another embodiment, the x-axis, the y-axis, and the z-axis may intersect with each other.
도 1은 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)의 개념을 설명하기 위한 개략적인 블럭도로서, 발광부(110), 유로부(120), 수광부(130), 광 흡수(dumping)부(140), 신호 처리부(150), 전력 공급부(152), 통신부(154) 및 정보 분석부(160)를 포함할 수 있다.1 is a schematic block diagram for explaining the concept of the
도 1을 참조하면, 발광부(110)는 광을 방출하는 역할을 하며, 광원부(112), 렌즈부(114) 및 발광 케이스(116)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
광원부(112)는 제1 광(L1)을 방출하는 역할을 하며 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 광원부(112)에 포함되는 광원은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode) 또는 레이져 다이오드(LD:Laser Diode) 중 적어도 하나일 수 있으며, 실시 예는 광원부(112)를 구현하는 광원의 특정한 형태나 광원의 개수에 국한되지 않는다. 예를 들어, 광원부(112)를 구현하는 광원으로서, 직진성을 갖는 블루 LED, 고휘도 LED, 칩 LED, 하이프럭스 LED 또는 파워 LED 일 수 있으나, 실시 예에 의한 광원은 특정한 LED의 형태에 국한되지 않는다.The
만일, 광원부(112)가 LED로 구현될 경우, 가시광선 파장 대역(예를 들어, 405 ㎚ 내지 660 ㎚) 또는 적외선(IR:Infrared) 파장 대역(예를 들어, 850 ㎚ 내지 940 ㎚)의 광을 방출할 수 있다. 또한, 광원부(112)가 LD로 구현될 경우 레드(red)/블루)(blue) 파장 대역(예를 들어, 450 ㎚ 내지 660 ㎚)의 광을 방출할 수 있다. 그러나, 실시 예는 광원부(112)에서 방출되는 제1 광(L1)의 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다.If the
또한, 발광부(110)에서 방출되는 제3 광(L3)의 세기는 3000 mcd 이상일 수 있으나, 실시 예는 방출되는 제3 광(L3)의 특정한 세기에 국한되지 않는다.Also, the intensity of the third light L3 emitted from the
전술한 발광부(110)의 광원의 패키징 형태는 SMD(Surface Mount Device) 타입이나 리드 타입(lead type)으로 구현될 수 있다. 여기서, SMD 타입이란, 후술되는 도 3에 도시된 바와 같이 발광부(112A)의 광원이 인쇄 회로 기판(PCB)에 솔더링을 통해 실장되는 패키징 형태를 의미한다. 또한, 리드 타입이란, 광원에서 PCB 전극에 연결할 수 있는 다리(lead)가 돌출된 패키징 형태를 의미한다. 그러나, 실시 예는 광원의 특정한 패키징 형태에 국한되지 않는다.The light source of the
또한, 발광부(110)가 LD로 구현될 경우, LD는 금속으로 패키징된 TO Can type일 수 있으며, 5 ㎽ 이상의 전력을 소모할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In addition, when the
렌즈부(114)는 광원부(112)와 제1 개구부(OP1) 사이에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 즉, 렌즈부(114)는 광원부(112)로부터 제1 개구부(OP1)를 향해 제1 광(L1)이 지나가는 경로 상에 배치될 수 있다. 렌즈부(114)는 광원부(112)에서 방출된 제1 광(L1)을 제1 개구부(OP1)로 집광(L2)시키는 역할을 한다. 또한, 렌즈부(114)는 광원부(112)로부터 방출된 제1 광(L1)을 평행광(L2)으로 변환시키는 역할을 수행할 수도 있다. 이를 위해, 렌즈부(114)는 하나의 렌즈만을 포함할 수도 있고, 광축(LX)에 배열된 복수의 렌즈를 포함할 수도 있다. 렌즈부(114)의 재료는 일반 카메라 모듈이나 LED 모듈에 적용되는 렌즈와 동일할 수 있다.The
발광 케이스(116)는 광원부(112) 및 렌즈부(114)를 수용하며, 제1 개구부(OP1)를 형성하는 역할을 한다. 도 1의 경우, 발광 케이스(116)는 하우징(170)의 탑부(172)와 별개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 후술되는 도 20, 도 21, 도 22 또는 도 23에 예시된 바와 같이 발광 케이스(116)는 하우징(170)의 탑부(172)와 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 발광 케이스(116)는 생략될 수 있다.The
또한, 발광 케이스(116)는 제1 개구부(OP1)를 포함할 수 있다. 제1 개구부(OP1)는 광원부(112)로부터 방출되어 렌즈부(114)를 통과한 제2 광(L2)이 유로부(120)의 산란부(또는, 산란 공간)(SS)로 제3 광(L3)으로서 출사되는 부분이며, 발광부(110)의 광축(LX)에 배치될 수 있다. 산란부(SS)에 대해서는 유로부(120)를 설명할 때 상세히 후술된다.Further, the
또한, 제1 개구부(OP1)는 광원부(112)로부터 방출되는 제1 광(L1)의 발광 각도(view angle)에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 일반적으로 광원부(112)가 될 수 있는 LED의 발광 각도는 광의 세기(luminous intensity)가 50%로 떨어질 때 약 15°이다. 이와 같이, LED는 빔의 파워가 중심에서 크기 때문에 제1 개구부(OP1)의 면적이 크지 않아도 원하는 세기의 광이 제1 개구부(OP1)를 통해 방출될 수 있다. 그러나, 발광 각도가 큰 경우, 원하는 세기를 갖는 제3 광(L3)이 발광부(110)에서 방출되도록 제1 개구부(OP1)의 면적을 결정한다면 광 손실이 발생하여 빛의 세기가 약해질 수 있다. 따라서, 발광 각도는 이를 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경이 15 ㎜보다 커지면 입자 센싱 장치(100)의 크기도 커지고 광 노이즈(noise)가 야기될 수 있다. 제1 개구부(OP1)의 직경은 2 ㎜ 내지 15 ㎜, 예를 들어, 3 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 4 ㎜ 내지 6 ㎜, 예를 들어, 5.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The first opening OP1 may have an area corresponding to a view angle of the first light L1 emitted from the
유로부(120)는 발광부(110) 아래에서 발광부(110)의 광축(LX)과 교차하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)으로 배치될 수 있으며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 경로를 제공한다. 입자를 포함하는 공기는 유로부(120)의 유입구(IH)를 향해 IN1 방향으로 유입되어 유로부(120)의 유출구(OH)를 통해 OUT1 방향으로 배출될 수 있다. 예를 들어, 입자란, 공기 중에 부유하는 파티클로서, 먼지일 수도 있고 연기일 수도 있으며 실시 예는 입자의 특정한 형태에 국한되지 않는다.The
유로부(120)의 유입구(IH)를 통해 IN1 방향으로 유입된 공기에 포함된 입자는 발광부(110)로부터 방출되는 제3 광(L3)에 의해 유로부(120)의 산란부(SS)에서 산란되며, 산란된 제4 광(L4)(이하, '산란광'이라 한다)이 수광부(130)로 제공될 수 있다.Particles included in the air flowing in the direction IN1 through the inlet IH of the
도 1의 경우 유로부(120)는 발광부(110) 및 수광부(130)와 각각 이격된 것으로 예시되어 있지만, 이는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)의 개념을 설명하기 위함이다. 즉, 유로부(120)가 구현되는 방식에 따라 후술되는 입자 센싱 장치(100A 내지 100D)에서와 같이 유로부(120)는 발광부(110) 및 수광부(130)와 각각 접하여 배치될 수도 있다.1, the
도 1에 도시된 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)는 팬(180)을 포함할 수도 있고, 팬(180)을 포함하지 않을 수도 있다. 팬(180)은 유로부(120) 내에서 공기의 유동을 유도하는 역할을 한다. 즉, 팬(180)은 유로부(120) 내에서 공기의 유속을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 이를 위해, 팬(180)은 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)으로 유로부(120)에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 팬(180)은 유로부(120)의 유출구(OH) 측에 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 유로부(120) 내에서 공기의 유동을 유도할 수만 있다면, 실시 예는 팬(180)의 특정한 배치 위치에 국한되지 않는다.The
예를 들어, 유로부(120) 내에서 입자를 포함하는 공기가 1 ㎧ 내지 10 ㎧의 유속을 유지하도록 유로부(120)를 구현할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.For example, the
한편, 수광부(130)는 유로부(120)를 통과한 제4 광(L4)을 입사하는 역할을 하며, 이를 위해 유로부(120) 아래에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 여기서, 유로부(120)를 통과한 제4 광(L4)은 산란광 또는 비산란광 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
도 2는 입자(P)에 의해 산란된 산란광의 예시적인 프로파일을 나타낸다.Figure 2 shows an exemplary profile of scattered light scattered by particles (P).
도 2를 참조하면, 산란광이란 발광부(110)에서 방출된 제3 광(L3)이 유로부(120)를 통과하는 공기에 포함된 입자(P)에 의해서 산란된 광을 의미할 수 있다. 비산란광이란, 발광부(110)에서 방출된 제3 광(L3)이 유로부(120)를 통과하는 입자(P)에 의해 산란되지 않고 수광부(130)로 진행하는 광을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 2, scattered light may mean light scattered by particles P included in air passing through the
수광부(130)는 산란광을 수광하고, 수광된 광의 전기적 신호를 신호 처리부(150)로 제공할 수 있다.The
광 흡수부(140)는 수광부(130)를 통과한 제5 광(L5)을 흡수하는 역할을 하며, 이를 위해, 수광부(130) 아래에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 광 흡수부(140)는 수광부(130)에서 수광되지 않고 직진하는 불필요한 광(이하, '메인 광')을 흡수하여 가두는 일종의 암실에 해당할 수 있다.The
한편, 하우징(170)은 발광부(110), 유로부(120), 수광부(130) 및 광 흡수부(140)를 수용하는 역할을 한다.The
또한, 하우징(170)은 신호 처리부(150), 전력 공급부(152), 통신부(154) 및 정보 분석부(160)를 더 수용할 수도 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 신호 처리부(150), 전력 공급부(152), 통신부(154) 및 정보 분석부(160)는 하우징(170)에 수용되는 대신에 별도의 베이스 기판(미도시)에 배치(또는, 수용)될 수도 있다. 여기서, 베이스 기판은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)가 부착되는 기판으로서, 수광부(130)로부터 출력되는 전기적 신호를 제공받는 일종의 인쇄 회로 기판일 수 있다.The
예를 들어, 하우징(170)은 탑부(172), 중간부(174) 및 버텀부(176)를 포함할 수 있다. 탑부(172)는 발광부(110)를 수용 가능한 부분이고, 중간부(174)는 유로부(120)와 팬(180)을 수용 가능한 부분이고, 버텀부(176)는 수광부(130)와 광 흡수부(140)를 수용 가능한 부분이다.For example, the
도 1의 경우, 하우징(170)의 중간부(174)와 유로부(120)가 별개인 것으로 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 후술되는 입자 센싱 장치(100A 내지 100D)에서와 같이 하우징(170)의 중간부(174)에 의해 유로부(120)가 형성될 수도 있다.In the case of FIG. 1, the
이하, 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 실시 예(100A 내지 100D)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter,
먼저, 제1 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100A)를 도 3 및 도 4를 참조하여 다음과 같이 살펴본다.First, the
도 3은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 일 실시 예(100A)의 단면도를 나타낸다. 이해를 돕기 위해, 도 3에서 광이 진행하는 모습은 음영(L)으로 표기하였다.FIG. 3 shows a cross-sectional view of one
도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A)는 발광부(110A), 유로부(120A), 수광부(130A), 광 흡수부(140) 및 하우징(172, 176)을 포함하며, 팬(180)을 더 포함할 수도 있다. 도 1에 도시된 신호 처리부(150), 전력 공급부(152), 통신부(154) 및 정보 분석부(160)는 도 3에서 생략되었다.3 includes a
도 3에 도시된 발광부(110A), 유로부(120A), 수광부(130A), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176) 및 팬(180)은 도 1에 도시된 발광부(110), 유로부(120), 수광부(130), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176) 및 팬(180)과 각각 동일한 기능을 수행하므로, 중복되는 부분에 대한 설명을 생략한다.The
도 3을 참조하면, 광원부(112A)는 하나의 광원만을 포함하고, 렌즈부(114A)는 하나의 렌즈만을 포함한다. 렌즈(114A)는 광원(112A)과 제1 개구부(OP1) 사이에서 광축(LX)에 배치되며, 광원(112A)에서 방출된 광을 제1 개구부(OP1)로 집광시키는 역할을 한다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 렌즈부(114A)는 복수의 렌즈를 포함할 수도 있다.Referring to FIG. 3, the
도 4는 도 3에 도시된 유로부(120A)를 설명하기 위해, 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 3에 도시된 팬(180)의 도시는 도 4에서 생략되었다.4 is an enlarged cross-sectional view of the 'A1' portion in order to explain the
도 3 및 도 4를 참조하면, 유로부(120A)는 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제2 유로 중간부(FII2) 및 유로 출구부(FO)를 포함할 수 있다.3 and 4, the
유로 입구부(FI)는 입자(P)를 포함할 수 있는 공기가 유입되는 부분으로서, 유입구(IH) 및 제1 경로를 포함할 수 있다. 여기서, 유입구(IH)는 외부로부터 IN1 방향으로 공기가 유입되는 유로부(120)의 입구에 해당하고, 제1 경로란, 유입구(IH)로부터 제1 유로 중간부(FII1) 사이에 형성된 경로에 해당한다.The flow path inlet portion FI may include an inlet port IH and a first path as a portion into which air that may contain particles P may flow. Here, the inlet IH corresponds to the inlet of the
유로 출구부(FO)는 입자(P)를 포함할 수 있는 공기가 유출되는 부분으로서, 유출구(OH) 및 제2 경로를 포함할 수 있다. 여기서, 유출구(OH)는 공기가 OUT1 방향으로 외부로 유출되는 유로부(120)의 출구에 해당하고, 제2 경로란, 제2 유로 중간부(FII2)로부터 유출구(OH) 사이에 형성된 경로에 해당한다.The flow path outlet portion FO may include an outlet port OH and a second path as a portion through which air that may contain particles P may flow. The outlet port OH corresponds to the outlet of the
산란부(SS)는 발광부(110A)와 수광부(130A) 사이 및 유로 입구부(FI)와 유로 출구부(FO) 사이에서 광축(LX)에 위치한다. 산란부(SS)는 발광부(110A)에서 방출된 광이 입자(P)에 의해 산란되는 공간을 제공한다. 이를 위해, 산란부(SS)란, 발광부(110A)와 수광부(130A)가 서로 대향하는 방향(예를 들어, z축 방향)으로 유로부(120, 120A)에서 제1 개구부(OP1)와 중첩되는 영역으로서 정의될 수 있다.The scattering part SS is located on the optical axis LX between the
제1 유로 중간부(FII1)는 유로 입구부(FI)와 산란부(SS) 사이에 위치하고, 제2 유로 중간부(FII2)는 산란부(SS)와 유로 출구부(FO) 사이에 위치할 수 있다.The first flow path middle portion FII1 is located between the flow path inlet FI and the scattering portion SS and the second flow path middle portion FII2 is located between the scattering portion SS and the flow path outlet portion FO .
입자(P)를 포함하는 공기가 유로 입구부(FI)를 통해 유입된 후, 제1 유로 중간부(FII1)를 통해 산란부(SS)로 진행한 후, 제2 유로 중간부(FII2)를 거쳐서 유로 출구부(FO)를 통해 배출된다. 이와 같이 입자(P)를 포함하는 공기가 유로부(120A)로 원활히 진행하는 것을 돕기 위해 팬(180)이 배치될 수 있음은 전술한 바와 같다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 팬(180)은 유로 출구부(FO) 내에 배치될 수도 있고, 도시된 바와 달리 유로 출구부(FO)의 유출구(OH)에 인접하여 배치될 수도 있다. 또는 다른 실시 예에 의하면, 팬(180)은 유로 입구부(FI) 내에 배치되거나 유입구(IH)에 인접하여 배치될 수도 있다.The air containing the particles P flows through the flow path inlet FI and then proceeds to the scattering portion SS through the first flow path middle portion FII1 and then flows through the second flow path middle portion FII2 And then discharged through the flow path outlet (FO). As described above, the
입자(P)를 포함하는 공기가 유로부(120A)를 지나가는 동안 제1 개구부(OP)로부터 방출된 제3 광(L3)이 산란부(SS)에서 입자(P)와 부딪혀 도 2에 도시된 바와 같은 형태로 산란하게 된다. 이때, 산란부(SS)를 지나가는 모든 입자(P)가 발광부(110A)로부터 방출되는 제3 광(L3)에 의해 부딪히도록 하기 위해, 제1 개구부(OP1)로부터 출사된 제3 광(L3)이 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축과 z축)으로 산란부(SS)에서 광 커튼을 형성하기에 적합한 면적을 제1 개구부(OP1)가 가질 수 있다.The third light L3 emitted from the first opening OP while the air containing the particles P pass through the
또한, 유로부(120A)의 단면적(예를 들어, x축과 z축 방향의 면적)은 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 유로부(120A)의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 유로부(120A)의 높이(D2)보다 더 클 수 있다. 또는, 도 4를 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면형상을 갖고, 유로부(120A)가 원형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 유로부(120A)의 직경(D2)보다 더 클 수 있다. 제1 개구부(OP1)의 폭(또는, 직경)(D1)은 2 ㎜ 내지 15 ㎜, 예를 들어, 3 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 4 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 5.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The sectional area (for example, the area in the x-axis and the z-axis direction) of the
이와 같이, 유로부(120A)의 단면적이 제1 개구부(OP1)의 평면적보다 작을 때, 유로부(120A)를 통과하는 입자(P)를 포함하는 공기의 량이 증가하여 즉, 유로부(120A)를 통과하는 입자가 많아지게 되어, 입자 센싱 장치(100:100A)에서 센싱되는 입자의 개수가 많아질 수 있다.As described above, when the cross-sectional area of the
또한, 유로부(120A)의 단면적은 제1 개구부(OP1)로부터 출사되는 광의 빔 사이즈보다 작을 수 있다. 이로 인해, 유로부(120A)를 통과하는 입자(P)를 포함하는 공기의 량이 증가하여 즉, 유로부(120A)를 통과하는 입자의 량이 많아지게 되어, 더욱 많은 개수의 입자(P)가 센싱될 수 있다. 이에 대해서는 후술되는 도 27을 참조하여 보다 상세히 설명된다.In addition, the cross-sectional area of the
전술한 바와 같이, 유로부(120A)를 통과하는 입자(P)의 개수가 많아질수록 입자(P)에 대한 정보를 보다 많이 확보할 수 있기 때문에, 입자(P)에 대한 정보 특히, 입자의 농도를 보다 정확하게 분석할 수 있다.As described above, since more information on the particles P can be obtained as the number of particles P passing through the
보다 많은 입자(P)가 통과할 수 있도록, 도 1에 도시된 유로부(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 구성 이외에 다양한 구성을 가질 수 있다.In order to allow more particles P to pass therethrough, the
이하, 제2 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100B)를 도 5 및 도 6을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, the
도 5는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 다른 실시 예(100B)의 단면도를 나타내고, 도 6은 도 5에 도시된 유로부(120B)를 설명하기 위해 'A2' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 5에 도시된 팬(180)의 도시는 도 6에서 생략되었다.5 is a cross-sectional view of another
도 3에 도시된 유로부(120A)와 도 5에 도시된 유로부(120B)의 단면 형상은 서로 다르다. 이를 제외하면, 도 5에 도시된 입자 센싱 장치(100B)는 도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 전술한 산란부(SS)에 대한 정의는 도 6에 도시된 유로부(120B)에 대해서도 적용될 수 있다.The cross-sectional shapes of the
도 3 및 도 4의 경우, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 방향 및 z축 방향)으로, 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제2 유로 중간부(FII2) 및 유로 출구부(FO)의 단면적은 일정하다.In the case of FIGS. 3 and 4, the flow path opening portion FI, the flow path opening portion, and the flow path portion are formed in the direction (for example, the x-axis direction and the z- The sectional areas of the first flow path middle portion FII1, the scattering portion SS, the second flow path middle portion FII2, and the flow path outlet portion FO are constant.
반면에, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 감소하는 부분을 포함하고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 증가하는 부분을 포함할 수 있다.On the other hand, the cross-sectional area of the first flow path intermediate portion FII1 in the direction (for example, the x-axis and the z-axis direction) intersecting with the first direction (for example, SS, and the cross-sectional area of the second flow path middle portion FII2 may include a portion that increases as the distance from the scattering portion SS increases.
예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 감소한 후 일정해지고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 일정한 후 증가할 수 있다. 또는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 달리, 비록 도시되지는 않았지만 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 계속해서 감소하고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 계속해서 증가할 수도 있다.For example, as shown in Figs. 5 and 6, the first (e.g., the x-axis and the z-axis) directions intersecting with the first direction Sectional area of the middle passage FII1 decreases and becomes constant as it approaches the scattering section SS and the sectional area of the middle portion of the second flow passage FII2 increases constantly as the distance from the scattering section SS increases. 5 or 6, although not shown, a direction intersecting with a first direction (e.g., a y-axis direction) in which air flows (for example, an x-axis and a z-axis direction) The cross sectional area of the first flow path intermediate portion FII1 gradually decreases as the scattering portion SS approaches and the cross sectional area of the second flow path middle portion FII2 continues to increase as the distance from the scattering portion SS increases have.
또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 달리, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 유로 입구부(FI) 및 유로 출구부(FO) 각각의 단면적은 산란부(SS)의 단면적보다 클 수 있다.3 and 4, in a direction (for example, the x-axis and the z-axis direction) intersecting with the first direction in which air flows (for example, the y-axis direction) Sectional area of each of the flow path portion FI and the flow path outlet portion FO may be larger than the cross-sectional area of the scattering portion SS.
또한, 도 4 및 도 6에 도시된 유로부(120A, 120B)에서, 제1 유로 중간부(FII1)(또는, 제2 유로 중간부(FII2))와 산란부(SS)가 연통하는 개구 영역이 제2 개구부(OP2)라고 정의할 때, 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축 및 y축 방향의 면적)은 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다.In the
예를 들어, 도 4 및 도 6을 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 제2 개구부(OP2)의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제2 개구부(OP2)의 높이(D4)보다 더 클 수 있다. 또는, 도 4 및 도 6을 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면 형상을 갖고, 제2 개구부(OP2)가 원형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 제2 개구부(OP2)의 직경(D4)보다 더 클 수 있다.4 and 6, when the length of the first opening OP1 in the x-axis direction is equal to the length of the second opening OP2 in the x-axis direction, the first opening OP1, The width D1 of the second opening OP2 may be larger than the height D4 of the second opening OP2. 4 and 6, when the first opening OP1 has a circular planar shape and the second opening OP2 has a circular cross-sectional shape, the diameter D1 of the first opening OP1, May be larger than the diameter D4 of the second opening OP2.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 단면 형상을 유로부(120B)가 가질 경우, 제1 및 제2 유로 중간부(FII1, FII2)의 단면적의 변화로 인해, 보다 많은 개수의 입자(P)가 유로부(120B)를 통과할 수 있어, 입자(P)를 센싱하는 정확도가 증가할 수 있다.When the
이하, 제3 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100C)를 도 7 및 도 8을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, the
도 7은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 또 다른 실시 예(100C)의 단면도를 나타내고, 도 8은 도 7에 도시된 유로부(120C)를 설명하기 위해 'A3' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 7에 도시된 팬(180)의 도시는 도 8에서 생략되었다.7 is a cross-sectional view of another
도 3에 도시된 유로부(120A)와 도 7에 도시된 유로부(120C)의 단면 형상은 서로 다르다. 이를 제외하면, 도 7에 도시된 입자 센싱 장치(100C)는 도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.The cross-sectional shapes of the
도 3 및 도 4의 경우, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 방향 및 z축 방향)으로, 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제2 유로 중간부(FII2) 및 유로 출구부(FO)의 단면적은 일정하다.In the case of FIGS. 3 and 4, the flow path opening portion FI, the flow path opening portion, and the flow path portion are formed in the direction (for example, the x-axis direction and the z- The sectional areas of the first flow path middle portion FII1, the scattering portion SS, the second flow path middle portion FII2, and the flow path outlet portion FO are constant.
반면에, 도 7 및 도 8의 경우, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 감소한 후 증가한다. 또한, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 감소한 후 증가한다.On the other hand, in the case of FIGS. 7 and 8, in the direction (for example, the x-axis and the z-axis direction) intersecting with the first direction (for example, (FII1) decreases as it approaches the scattering section (SS) and then increases. Further, the cross-sectional area of the second flow path intermediate portion FII2 in the direction (for example, the x-axis and the z-axis direction) intersecting with the first direction (for example, SS), and then increases.
또한, 도 8에 도시된 유로부(120C)의 제1 중간 유로부(FII1)(또는, 제2 중간 유로부(FII2))에서 공기가 유동하는 제1 방향과 교차하는 방향으로 가장 작은 단면적을 갖는 개구 영역이 제2 개구부(OP2)라고 정의할 때, 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다.In addition, the smallest cross-sectional area in the direction intersecting the first direction in which the air flows in the first intermediate passage portion FII1 (or the second intermediate passage portion FII2) of the
예를 들어, 도 8을 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 제2 개구부(OP2)의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제2 개구부(OP2)의 높이(D4)보다 더 클 수 있다. 또는, 도 8을 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면형상을 갖고, 제2 개구부(OP2)가 원형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 제2 개구부(OP2)의 직경(D4)보다 더 클 수 있다.8, when the length of the first opening OP1 in the x-axis direction and the length of the second opening OP2 in the x-axis direction are equal to each other, the width of the first opening OP1 D1 may be greater than the height D4 of the second opening OP2. 8, when the first opening OP1 has a circular planar shape and the second opening OP2 has a circular cross-sectional shape, the diameter D1 of the first opening OP1 is larger than the diameter D1 of the second opening OP1, Can be larger than the diameter D4 of the opening OP2.
예를 들어, 도 4, 도 6 및 도 8에 도시된 제2 개구부(OP2)의 높이(또는, 직경)(D4)는 1 ㎜ 내지 10.0 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜ 내지 5.0 ㎜ 바람직하게는 1 ㎜ 내지 2.0 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 실시 예에 의하면, 제2 개구부(OP2)의 높이(또는, 직경)(D4)가 작아지므로, 입자 센싱 장치(100A 내지 100C) 전체의 크기를 줄일 수 있다.For example, the height (or diameter) D4 of the second opening OP2 shown in Figs. 4, 6 and 8 may be 1 mm to 10.0 mm, for example, 1 mm to 5.0 mm, preferably 1 Mm to 2.0 mm, for example, 2 mm, but the embodiment is not limited to this. As described above, according to the embodiment, since the height (or diameter) D4 of the second opening OP2 is small, the size of the entire
또한, 보다 많은 개수의 입자가 유로부(120:120A, 120B, 120C)를 통과하도록 하기 위해서, 유로부(120)를 통과하는 공기의 유량의 부피 변화가 없어야 한다. 이를 위해, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제2 개구부(OP2)에 의해 더블 노즐(DN:Double Nozzle) 구조를 형성할 경우, 유로부(120C)를 통과하는 공기의 유량의 부피 변화가 있을 때에도, 공기의 유량을 측정이 용이할 정도로 조절할 수 있어, 입자(P)를 센싱하는 정확도가 증가할 수 있다. 예컨대, 더블 노즐 구조에 의해 병목 현상이 만들어지기 때문에, 보다 많은 개수의 입자(P)가 유로부(120C)를 통과할 수 있어, 입자(P)를 센싱하는 정확도가 증가할 수 있다.In order to allow a larger number of particles to pass through the flow path portions 120 (120A, 120B, and 120C), there is no change in the volume of the flow rate of the air passing through the
도 3 내지 도 8에 도시된 유로부(120A, 120B, 120C)의 구조는 일 례들에 불과하다. 즉, 유로부(120A, 120B, 120C)를 통해 보다 많은 공기가 유입될 수 있다면, 실시 예는 유로부(120)의 특정한 례에 국한되지 않는다.The structures of the
이하, 유로부(120:120A, 120B, 120C)의 세부 특징을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, the detailed features of the flow paths 120 (120A, 120B, and 120C) will be described as follows.
도 6 및 도 8에 예시된 바와 같이, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 단면적은 제1 개구부(OP1) 평면적보다 작고 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다. 또는, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 단면적은 제1 개구부(OP1)의 평면적보다 크고, 제2 개구부(OP2)의 단면적은 제1 개구부(OP1)의 평면적보다 작을 수 있다.As illustrated in FIGS. 6 and 8, inlets IH and IH extend in a direction (for example, the x-axis and the z-axis direction) intersecting with the first direction The sectional area of each of the outlets OH may be smaller than the plane of the first opening OP1 and larger than the sectional area of the second opening OP2. Alternatively, the cross-sectional area of each of the inlet port IH and the outlet port OH may be larger than that of the first opening OP1, and the cross-sectional area of the second opening OP2 may be smaller than that of the first opening OP1.
또는, 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 유로 입구부(FI)의 제1 경로 및 유로 출구부(FO)의 제2 경로 각각의 가장 넓은 단면적은 제1 개구부(OP1)의 면적보다 작고 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다. 또는, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 단면적은 제1 개구부(OP1)의 평면적보다 크고, 제2 개구부(OP2)의 단면적은 제1 개구부(OP1)의 평면적보다 작을 수 있다.Alternatively, the first path of the flow path inlet portion FI and the flow path outlet end portion of the flow path outlet portion (for example, the flow path outlet portion) may be formed in a direction intersecting with the first direction The largest cross-sectional area of each of the second paths of the first openings FO may be smaller than the area of the first openings OP1 and larger than the cross-sectional area of the second openings OP2. Alternatively, the cross-sectional area of each of the inlet port IH and the outlet port OH may be larger than that of the first opening OP1, and the cross-sectional area of the second opening OP2 may be smaller than that of the first opening OP1.
예를 들어, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 x축 길이와 제1 개구부(OP1) 및 제2 개구부(OP2) 각각의 x축 길이가 동일할 때, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 z축 방향으로의 높이(D2)는 제1 개구부(OP1)의 y축 방향으로의 폭(D1)보다 작고, 제2 개구부(OP2)의 z축 방향으로의 높이(D4)보다 클 수 있다.For example, when the x-axis length of each of the inlet IH and the outlet OH is equal to the x-axis length of each of the first opening OP1 and the second opening OP2, the inlet IH and the outlet OH The height D2 in the z-axis direction is smaller than the width D1 in the y-axis direction of the first opening OP1 and larger than the height D4 in the z-axis direction of the second opening OP2 .
또한, 예를 들어, 유로 입구부(FI)와 유로 출구부(FO)와 제2 개구부(OP2) 각각이 원형 측단면 형상을 갖고, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 직경(D2)은 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)보다 작고 제2 개구부(OP2)의 직경(D4)보다 클 수 있다.For example, when the flow path inlet portion FI, the flow path outlet portion FO, and the second opening portion OP2 each have a circular cross-sectional shape and the first opening portion OP1 has a circular planar shape, The diameter D2 of each of the inlet port IH and the outlet port OH may be smaller than the diameter D1 of the first opening OP1 and larger than the diameter D4 of the second opening OP2.
유입구(IH)의 높이(또는, 직경)(D2)은 1 ㎜ 내지 15 ㎜, 예를 들어, 2 ㎜ 내지 8 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 4 ㎜ 예를 들어, 3.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 유출구(OH)의 높이(또는, 직경)은 5 ㎜ 내지 25 ㎜, 예를 들어, 8 ㎜ 내지 15 ㎜ 바람직하게는 10 ㎜ 내지 12 ㎜ 예를 들어, 11 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The height (or diameter) D2 of the inlet IH may be from 1 mm to 15 mm, for example from 2 mm to 8 mm, preferably from 3 mm to 4 mm, for example 3.5 mm, Is not limited to this. The height (or diameter) of the outlet OH may also be 5 mm to 25 mm, for example 8 mm to 15 mm, preferably 10 mm to 12 mm, for example 11 mm, But is not limited thereto.
또는, 예를 들어, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 x축 길이와 제1 개구부(OP1) 및 제2 개구부(OP2) 각각의 x축 길이가 동일할 때, 제1 경로 및 제2 경로 각각의 z축 방향으로의 가장 높은 높이는 제1 개구부(OP1)의 y축 방향으로의 폭(D1)보다 크고 제2 개구부(OP2)의 z축 방향으로의 높이(D4)보다 클 수 있다.Or, for example, when the x-axis length of each of the inlet IH and the outlet OH is equal to the x-axis length of each of the first opening OP1 and the second opening OP2, The highest height in the z-axis direction of each of the paths may be greater than the width D1 in the y-axis direction of the first opening OP1 and greater than the height D4 in the z-axis direction of the second opening OP2.
또한, 예를 들어, 유로 입구부(FI), 유로 출구부(FO) 및 제2 개구부(OP2) 각각이 원형 측단면 형상을 갖고, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 제1 경로 및 제2 경로 각각에서 가장 큰 직경은 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)보다 크고 제2 개구부(OP2)의 직경(D4)보다 클 수 있다.For example, when each of the flow path inlet portion FI, the flow path outlet portion FO and the second opening portion OP2 has a circular cross-sectional shape and the first opening portion OP1 has a circular planar shape, The largest diameter in each of the first path and the second path may be larger than the diameter D1 of the first opening OP1 and larger than the diameter D4 of the second opening OP2.
한편, 수광부(130)는 입자(P)에서 산란된 광을 정확하게 감지하기 위해 다양한 구조를 가질 수 있다. 도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 수광부(130A)는 도 1에 도시된 수광부(130)의 일 실시 예에 해당한다.Meanwhile, the
도 9는 도 3에 도시된 'B' 부분을 확대 도시한 단면도이다.9 is an enlarged cross-sectional view of the portion 'B' shown in FIG.
도 3 및 도 9를 참조하면, 수광부(130A)는 투광성 부재(132) 및 광 감지부(134)를 포함할 수 있다. 또한, 수광부(130A)는 광 가이드부(136A)를 더 포함할 수도 있으나, 경우에 따라, 광 가이드부(136A)는 생략될 수도 있다.3 and 9, the
각 부(132, 134, 136A)의 상관되는 특징을 살펴보면 다음과 같다.Correlated features of the
투광성 부재(132)는 광을 투광시킬 수 있는 재질로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 유리로 구현될 수 있다. 투광성 부재(132)는 제1 면(132-1) 및 제2 면(132-2)을 포함할 수 있다. 제1 면(132-1)은 산란부(SS)와 대향하는 투광성 부재(132)의 윗면(즉, 탑면)에 해당하고, 제2 면(132-2)은 제1 면(132-1)의 반대측 면으로서 투광성 부재(132)의 아랫면(즉, 바닥면)에 해당할 수 있다.The light-
광 감지부(134)와 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 광축 주변에 배치될 수 있다. 광 감지부(134)와 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 서로 상반되는 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치되고, 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치될 수 있다. 또는, 도 9에 도시된 바와 달리, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치되고, 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치될 수도 있다. 이하, 도 9에 도시된 바와 같이, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치되고, 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치되는 것으로 설명하지만 그 반대의 경우에도 하기의 설명은 적용될 수 있다.The
광 감지부(134)는 투광성 부재(132) 아래에서 광축(LX)의 주변에 배치되며, 산란부(SS)에서 입자(P)에 의해 산란된 후 수광 입사부(OP3)를 통해 입사된 광을 센싱할 수 있다. 수광 입사부에 대해서는 후술된다.The
도 10은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 일 실시 예(134A)의 평면 형상을 나타낸다.FIG. 10 shows a planar shape of an
도 10을 참조하면, 광 감지부(134A)는 중앙부(134-1) 및 포토 다이오드(134-2)를 포함할 수 있다. 중앙부(134-1)는 산란부(SS)를 통과한 메인 광을 통과시켜 광 흡수부(140)로 보내기 위해, 광축(LX)에 위치하며 투광성을 갖는 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 중앙부(134-1)는 유리로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 10, the
또한, 중앙부(134-1)는 광 흡수부(140)의 광 입구(OPL)를 덮을 수 있다. 이와 같이, 중앙부(134-1)가 광 입구(OPL)를 덮을 경우, 광 흡수부(140)로 이물질의 침투가 방지될 수 있고, 산란부(SS)를 통과한 입자(P)가 광 흡수부(140)로 진입하는 것을 방지할 수 있어, 유로부(120)에서의 입자(P)의 흐름이 원활해지고 측정 오차도 줄어들 수도 있다.Further, the central portion 134-1 may cover the light entrance OPL of the
또한, 포토 다이오드(134-2)를 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치할 경우, 이물질로 인한 포토 다이오드(132-2)의 손상도 막을 수 있다.In addition, when the photodiode 134-2 is disposed on the second surface 132-2 of the
포토 다이오드(134-2)는 중앙부(134-1)의 주변에 배치되고, 입자(P)에 의해 산란된 광을 센싱하는 역할을 한다. 포토 다이오드(134-2)는 일반적인 포토 다이오드의 구조에서 광을 흡수하는 액티브(active) 영역에 해당한다.The photodiode 134-2 is disposed around the center portion 134-1 and serves to sense the light scattered by the particles P. [ The photodiode 134-2 corresponds to an active region for absorbing light in the structure of a general photodiode.
예를 들어, 포토 다이오드(134-2)는 380 ㎚ 내지 1100 ㎚ 파장 대역의 광을 검출할 수 있으나, 실시 예는 포토 다이오드(134-2)에서 검출할 수 있는 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다. 또한, 산란광이 잘 센싱될 수 있도록, 포토 다이오드(134-2)는 660 ㎚의 파장 대역에서 0.4A/W의 감도를 갖거나, 450 ㎚에서 0.3 A/W의 감도를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.For example, the photodiode 134-2 can detect light in the 380 nm to 1100 nm wavelength band, but the embodiment is not limited to a specific wavelength band that can be detected by the photodiode 134-2. The photodiode 134-2 may have a sensitivity of 0.4 A / W at a wavelength band of 660 nm or a sensitivity of 0.3 A / W at 450 nm so that scattered light can be well sensed, Is not limited to this.
도 10을 참조하면, 광 감지부(134A)의 폭(W1)은 5 ㎜ 내지 20 ㎜ 예를 들어, 7 ㎜ 내지 15 ㎜, 바람직하게는 8 ㎜ 내지 10 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.10, the width W1 of the
또한, 중앙부(134-1)의 폭(W2)은 3 ㎜ 내지 18 ㎜ 예를 들어, 5 ㎜ 내지 13 ㎜ 바람직하게는 7 ㎜ 내지 9 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The width W2 of the central portion 134-1 may be 3 mm to 18 mm, for example, 5 mm to 13 mm, and preferably 7 mm to 9 mm, but the embodiment is not limited to this.
또한, 포토 다이오드(134-2)의 평면상에서의 폭(W3)은 0.1 ㎜ 내지 5 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜ 내지 3 ㎜ 바람직하게는 1.5 ㎜ 내지 2.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In addition, the width W3 of the photodiode 134-2 on the plane may be 0.1 mm to 5 mm, for example, 1 mm to 3 mm, preferably 1.5 mm to 2.5 mm, Do not.
도 11 내지 도 13은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 다양한 실시 예(134B, 134C, 134D)의 평면 형상을 나타낸다.FIGS. 11-13 illustrate planar shapes of
도 10에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 원형 고리 형상이지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 광 감지부(134)가 중앙부(134-1)를 포함할 수 있다면, 포토 다이오드(134-2)는 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.The planar shape of the photodiode 134-2 shown in Fig. 10 is circular, but the embodiment is not limited to this. For example, if the
예를 들어, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 다각형 고리 형상일 수 있다. 도 11에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 장방형 고리 형상이고, 도 12에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 정방형 고리 형상이고, 도 13에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 삼각형 고리 형상일 수 있다. 또는 비록 도시되지는 않았지만, 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 타원형 고리 형상일 수도 있다.For example, as shown in Figs. 11 to 13, the planar shape of the photodiode 134-2 may be a polygonal annular shape. The planar shape of the photodiode 134-2 shown in Fig. 11 is a rectangular ring shape, the planar shape of the photodiode 134-2 shown in Fig. 12 is a square ring shape, and the photodiode 134-2 shown in Fig. 134-2 may have a triangular ring shape. Alternatively, although not shown, the planar shape of the photodiode 134-2 may be an elliptical annular shape.
도 14는 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 또 다른 실시 예(134E)의 평면 형상을 나타낸다.Fig. 14 shows a planar shape of another
포토 다이오드(134-2)는 동일 평면상에서 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 예시된 바와 같이 포토 다이오드(134-2)는 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 포함할 수 있다.The photodiode 134-2 may include a plurality of sensing segments spaced apart from one another on the same plane. For example, as illustrated in FIG. 14, photodiode 134-2 may include a plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 spaced from one another .
도 15 내지 도 17은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 또 다른 실시 예(134F 내지 134H)의 평면 형상을 나타낸다.Figs. 15 to 17 show planar shapes of still another embodiment (134F to 134H) of the
도 15에 도시된 바와 같이 장방형 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134F), 도 16에 도시된 정방향 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134G), 도 17에 도시된 삼각형 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134H) 각각은 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 포함할 수 있다.A
또한, 도 14 내지 도 17에 예시된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)는 등간격 또는 서로 다른 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)의 이격된 간격(G)이 클수록, 신호 레벨이 증가하여 디자인 자유도가 증가할 수 있다. 예를 들어, 간격(G)은 0.01 ㎜ 내지 1 ㎜ 예를 들어, 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.25 ㎜일 수 있으나 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In addition, the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 illustrated in FIGS. 14 to 17 may be spaced apart at equal intervals or at different intervals. For example, the larger the spaced distance G of the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24, the higher the signal level and the greater the degree of design freedom. For example, the spacing G may be from 0.01 mm to 1 mm, for example from 0.1 mm to 0.5 mm, preferably from 0.15 mm to 0.25 mm, although the embodiments are not limited in this respect.
또한, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)는 서로 동일한 평면적을 가질 수도 있고, 서로 다른 평면적을 가질 수도 있다.In addition, the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 may have the same planarity with each other, or may have different planarities.
또한, 도 10 내지 도 17에 예시된 광 감지부(134A 내지 134H)는 평면상에서 대칭으로 배치될 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 광 감지부(134A 내지 134H)는 평면상에서 비대칭으로 배치될 수도 있다.In addition, the
또한, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)는 평면상에서 대칭 또는 비대칭으로 배치될 수 있다.Further, the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 may be arranged symmetrically or asymmetrically on a plane.
도 11 내지 도 17에 도시된 폭(W1, W2, W3)은 도 10에서 설명한 내용이 적용될 수 있다.The widths W1, W2, and W3 shown in Figs. 11 to 17 may be those described in Fig.
예를 들어, 포토 다이오드(134-2)와 마찬가지로 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각은 380 ㎚ 내지 1100 ㎚ 파장 대역의 광을 검출할 수 있으나, 실시 예는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 검출할 수 있는 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다. 또한, 산란광이 잘 센싱될 수 있도록, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각은 660 ㎚의 파장 대역에서 0.4A/W의 감도를 갖거나, 450 ㎚에서 0.3 A/W의 감도를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.For example, like the photodiode 134-2, each of the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 can detect light in the 380 nm to 1100 nm wavelength band , The embodiment is not limited to a specific wavelength band that can be detected in the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, 134-24. Each of the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 has a sensitivity of 0.4 A / W in a wavelength band of 660 nm, or a sensitivity of 0.4 Nm to 0.3 A / W, but the embodiment is not limited to this.
도 14 내지 도 17에 예시된 바와 같이, 포토 다이오드(134-2)가 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)로 이격되어 배치될 경우, 정보 분석부(160)는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각에서 센싱된 결과의 상대적 크기를 이용하여 입자의 형상을 예측할 수 있다.As illustrated in FIGS. 14 to 17, when the photodiode 134-2 is spaced apart from the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24, The
도 18a 및 도 18b는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 이용하여 입자(P)의 형상을 예측함을 설명하기 위한 도면이다.18A and 18B are views for explaining the prediction of the shape of the particles P using the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24.
도 18a를 참조하면, 입자(P)의 형상이 대칭형 예를 들어 구형일 경우, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 산란 광의 세기는 서로 동일하다. 이와 같이, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 광의 세기가 서로 동일할 경우, 정보 분석부(160)는 입자(P)가 대칭 형상을 갖는 것으로 결정할 수 있다.18A, when the shape of the particles P is a symmetrical shape, for example, a spherical shape, the intensities of scattered light detected in the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, same. When the intensities of the light sensed by the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 are equal to each other, the
반면에, 도 18b를 참조하면, 입자(P)의 형상이 비대칭형 예를 들어 비구형일 경우, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 산란광의 세기는 서로 다르다. 이와 같이, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 광의 세기가 서로 다를 경우, 정보 분석부(160)는 입자(P)가 비대칭 형상을 갖는 것으로 결정할 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 18B, when the shape of the particles P is an asymmetric shape, for example, an unshaped shape, scattered light detected in the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 The strength of each is different. When the intensity of light sensed by the plurality of sensing segments 134-21, 134-22, 134-23, and 134-24 is different from each other, the
그 밖에도 입자의 다양한 형상을 예측하기 위해, 복수의 감지 세그먼트의 분할된 형태가 개수가 변할 수 있음은 물론이다.It goes without saying that, in order to predict various shapes of the particles, the number of the divided shapes of the plurality of sensing segments may vary.
발광부(110A)의 광원(112A)과 마찬가지로 전술한 수광부(130A)의 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)의 패키징 형태는 SMD 형태나 리드 타입으로 구현될 수 있다. 그러나, 실시 예는 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)의 특정한 패키징 형태에 국한되지 않는다.The packaging form of the photodiodes 134-2 and 134-21 to 134-24 of the
도 19a 및 도 19b는 포토 다이오드(134)로 입사되는 광(L)의 평면 형상을 나타낸다. 19A and 19B show planar shapes of the light L incident on the
예를 들어, 포토 다이오드(134)의 평면 형상이 도 11, 도 12, 도 15 또는 도 16에 도시된 바와 같이 사각형일 경우, 포토 다이오드(134B, 134C, 134F, 134G)로 입사되는 광의 평면 형상은 도 19a에 도시된 바와 같이 사각형일 수 있다. 또는, 포토 다이오드(134)의 평면 형상이 도 10, 도 14, 도 18a 또는 도 18b에 도시된 바와 같이 원형일 경우, 포토 다이오드(134A, 134E)로 입사되는 광(L)의 평면 형상은 도 19b에 도시된 바와 같이 원형일 수 있다. 포토 다이오드(134)로 입사되는 광의 평면 형상을 도 19a 또는 도 19b에 도시된 바와 같이 다양하게 구현하기 위해, 렌즈부(114)에 포함되는 적어도 하나의 렌즈의 형상 또는 제1 개구부(OP1)의 평면 형상 중 적어도 하나를 변경할 수 있다.For example, when the planar shape of the
한편, 수광 입사부는 산란부(SS)와 수광부(130A) 사이에 배치되어 수광부(130A)로 입사되는 광의 량을 조정하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 수광 입사부는 광축(LX)에 배치된 제3 개구부(OP3)를 포함할 수 있다.On the other hand, the light receiving incidence portion is disposed between the scattering portion SS and the
제3 개구부(OP3)는 산란부(SS)에서 입자(P)에 의해 산란된 광의 전체량의 20% 내지 80%를 수광부(130A)로 입사시키기에 적합한 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)을 가질 수 있다.The third opening OP3 is an area suitable for entering 20% to 80% of the total amount of light scattered by the particles P in the scattering part SS to the
예를 들어, 산란부(SS)에서 입자(P)에 의해 산란된 광 중에서 광축(LX)을 기준으로 산란부(SS)의 중심에서 후술되는 제5 개구부(OP5)까지가 좌우 12°일 경우, 즉, 도 3, 도 5 및 도 7에 각각 도시된 소정 각도(θ)가 24°일 경우 입자(P)에서 산란된 전체 광의 20%가 수광부(130A)로 입사될 수 있으며, 소정 각도(θ)가 60°(즉, 광축(LX)을 기준으로 좌우 30°)일 경우 입자(P)에서 산란된 전체 광의 50%가 수광부(130A)로 입사될 수 있다. 이를 고려할 때, 실시 예에 의하면, 제3 개구부(OP3)는 입자(P)에 의해 산란된 광 중에서 광축(LX)을 기준으로 좌우 합한 각도 즉, 소정 각도(θ)가 24° 내지 60° 예를 들어, 광축(LX)을 기준으로 좌우 30°의 범위에 있는 광이 수광부(130A)로 입사되기에 적합한 면적을 가질 수 있다. 이와 같이, 제3 개구부(OP3)의 면적을 조정함으로써, 수광부(130A)로 입사되는 광의 량이 조정될 수 있음을 알 수 있다.For example, in the light scattered by the particles P from the scattering unit SS, the distance from the center of the scattering unit SS to the fifth opening OP5, which will be described later, with respect to the optical axis LX is 12 degrees , That is, 20% of the total light scattered in the particles P can be incident on the
또한, 도 4, 도 6 및 도 8을 참조하면, 제3 개구부(OP3)의 평면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 제1 개구부(OP1)의 평면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)과 다를 수 있다. 예를 들어, 제3 개구부(OP3)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 제3 개구부(OP3)의 직경(D3)이 10 ㎜보다 클 경우 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)의 면적보다 많은 산란 광이 유입되어 광 노이즈가 발생할 수 있다. 또한, 제3 개구부(OP3)의 직경(D3)이 2 ㎜보다 작을 경우 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)에서 산란광을 받는 량이 줄어들어 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)에서 감지된 신호의 크기가 작을 수 있다. 따라서, 제3 개구부(OP3)의 직경(D3)은 1 ㎜ 내지 12 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜ 내지 6 ㎜ 바람직하게는 2 ㎜ 내지 4 ㎜ 예를 들어, 3 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.4, 6, and 8, the planar area (for example, the area in the x-axis and the y-axis direction) of the third opening OP3 is set to be planar (for example, the area in the x-axis direction and the y-axis direction). For example, when the third opening OP3 has a circular planar shape and the diameter D3 of the third opening OP3 is larger than 10 mm, the photodiodes 134-2, 134-21 to 134-24, Scattered light may be introduced into the photodiode, resulting in light noise. Further, when the diameter D3 of the third opening OP3 is smaller than 2 mm, the amount of scattered light received by the photodiodes 134-2 and 134-21 to 134-24 is reduced and the photodiodes 134-2 and 134-21 To 134-24 may be small in size. Therefore, the diameter D3 of the third opening OP3 may be from 1 mm to 12 mm, for example from 1 mm to 6 mm, preferably from 2 mm to 4 mm, for example 3 mm, It is not limited.
한편, 다시 도 9를 참조하면, 광 가이드부(136A)는 산란부(SS)에서 산란된 광을 광 감지부(134)로 가이드하는 역할을 한다. 이를 위해, 예를 들어 광 가이드부(136A)는 내측 격벽(136-1, 136-2)과 외측 격벽(136-3, 136-4)을 포함할 수 있다. 만일, 내측 격벽(136-1, 136-2)이 원형 평면 형상을 가질 경우 내측 격벽(136-1, 136-2)은 일체이고, 외측 격벽(136-3, 136-4)이 원형 평면 형상을 가질 경우 외측 격벽(136-3, 136-4)은 일체일 수 있다.Referring again to FIG. 9, the
내측 격벽(136-1, 136-2)은 광축(LX)과 나란한 방향(예를 들어, z축 방향)으로 광 흡수부(140)의 광입구(OPL)와 중첩되는 제4 개구부(OP4)를 정의할 수 있다. 내측 격벽(136-1, 136-2)은 제3 개구부(OP3)를 통과한 산란된 광이 제5 개구부(OP5)로 진행하고, 제3 개구부(OP3)를 통과한 메인 광이 제4 개구부(OP4)로 진행함을 허용하는 높이(H1)를 가질 수 있다. 즉, 내측 격벽(136-1, 136-2)은 메인 광과 산란광을 분리하는 역할을 한다.The inner side walls 136-1 and 136-2 have a fourth opening OP4 overlapping the light entrance OPL of the
내측 격벽(136-1, 136-2)의 높이(H1)는 1 ㎜ 내지 15 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The height H1 of the inner side walls 136-1 and 136-2 may be 1 mm to 15 mm, for example, 2 mm to 10 mm, preferably 3 mm to 6 mm, for example, 5 mm, Examples are not limited to these.
외측 격벽(136-3, 136-4)은 광축(LX)과 나란한 방향(예를 들어, z축 방향)으로 포토 다이오드(134-2)와 중첩되는 제5 개구부(OP5)를 내측 격벽(136-1, 136-2)과 함께 정의할 수 있다.The outer side walls 136-3 and 136-4 are connected to the fifth opening OP5 overlapping the photodiode 134-2 in the direction parallel to the optical axis LX -1, 136-2).
제5 개구부(OP5)의 폭(W4)은 0.1 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 0.5 ㎜ 내지 3 ㎜ 바람직하게는 0.8 ㎜ 내지 1.5 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The width W4 of the fifth opening OP5 may be 0.1 mm to 6 mm, for example, 0.5 mm to 3 mm, preferably 0.8 mm to 1.5 mm, for example, 1 mm, Do not.
전술한 바와 같이 내측 격벽(136-1, 136-2)과 외측 격벽(136-3, 136-4)이 배치될 경우, 도 3에 화살표로 표기한 바와 같이, 제3 개구부(OP3)로 입사된 산란광이 광 감지부(134)의 포토 다이오드(134-2)로 진행할 수 있으며, 제3 개구부(OP3)로 입사된 메인 광이 광 흡수부(140)를 향해 진행할 수 있다.When the inner partitions 136-1 and 136-2 and the outer partitions 136-3 and 136-4 are disposed as described above, as indicated by the arrow in FIG. 3, the third part OP3 The main scattered light can proceed to the photodiode 134-2 of the
한편, 수광부(130A)는 감지 지지부(138)를 더 포함할 수도 있으나, 경우에 따라, 감지 지지부(138)는 생략될 수도 있다.Meanwhile, the
감지 지지부(138)는 광 감지부(134)를 지지하는 역할을 하며, 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(170)의 버텀부(176)와 별개로 구현될 수도 있고 도시된 바와 달리 하우징(170)의 버텀부(176)와 일체로 구현될 수도 있다.The
한편, 일 실시 예에 의하면, 도 3에 예시된 바와 같이 광 흡수부(140)는 흡수 케이스(142) 및 돌출부(144)를 포함할 수 있다. 흡수 케이스(142)는 수광부(130A)를 통과한 광이 입사되는 광 입구(OPL)를 정의하며, 수광부(130A)를 통과한 메인 광을 수용하는 역할을 한다. 광 입구(OPL)의 폭(예를 들어, y축 방향으로의 폭)은 2 ㎜ 내지 15 ㎜ 예를 들어, 3 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 4 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 5.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.3, the
이를 위해, 흡수 케이스(142)의 내벽은 광 흡수성을 갖는 물질로 도포될 수 있다. 도 3의 경우, 흡수 케이스(142)와 하우징(170)의 버텀부(176)는 별개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 후술되는 입자 센싱 장치(100D)에서와 같이, 하우징(170)의 버텀부(176)와 흡수 케이스(142)는 일체형일 수 있다. 즉, 하우징(170)의 버텀부(176)는 흡수 케이스(142)의 역할도 수행할 수 있다.To this end, the inner wall of the
또한, 돌출부(144)는 흡수 케이스(142)의 바닥면으로부터 광 입구(OPL)를 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 또한, 돌출부(144)의 폭은 흡수 케이스(142)의 바닥면으로부터 광입구(OPL)로 갈수록 좁아질 수 있다. 예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같이 돌출부(144)는 원(추)형 단면 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 돌출부(144)가 배치될 경우, 광 입구(OPL)로 입사된 메인 광이 흡수 케이스(142)의 내벽에서 반사되어 광 입구(OPL)로 빠져 나가는 것이 방지되고, 광 입구(OPL)를 통해 입사된 메인 광을 흡수 케이스부(142)의 내벽으로 반사시킴으로써, 광 입구(OPL)로 입사된 메인 광의 흡수율을 개선시킬 수 있다.In addition, the protruding
도 20은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 또 다른 실시 예(100D)에 의한 단면도를 나타내고, 도 21은 도 20에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 측면도를 나타내고, 도 22는 도 20에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 상측 사시도를 나타내고, 도 23은 도 20에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 좌측 사시도를 각각 나타내고, 도 24는 도 20에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 평면도를 나타낸다.Fig. 20 shows a cross-sectional view of another embodiment of the
도 20 내지 도 24에서 도 3 내지 도 18b에 도시된 바와 다른 부분에 대해서만 살펴본다. 따라서, 이하에서 설명되는 다른 부분 이외에 도 20 내지 도 23에 대해 설명되지 않은 부분은 도 3 내지 도 18b에 대한 설명이 적용될 수 있음은 물론이다.20 to 24, only the portions other than those shown in Figs. 3 to 18B will be described. Therefore, it is a matter of course that the description of FIGS. 3 to 18B can be applied to portions other than those described below and not described with reference to FIGS. 20 to 23. FIG.
도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)에서 광원부(112A)의 패키징 형태가 SMD 타입인 반면, 도 20 내지 도 23에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 광원부(112A)는 돔 형태(또는, Through hole type) 형태의 LED일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 돔 타입의 발광부(110B)의 직경(φ)은 3 ㎜ 내지 5 ㎜이고, view angle은 20°이하 일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In the
또한, 포토 다이오드(134)의 동작 온도는 -10 ℃ 내지 50 ℃일 수 있으나, 실시 예는 포토 다이오드(134)의 특정한 동작 온도에 국한되지 않는다.In addition, the operating temperature of the
도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)의 렌즈부(114A)는 하나의 렌즈만을 포함하는 반면, 도 20 내지 도 23에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 렌즈부(114B)는 제1 및 제2 렌즈(114B-1, 114B-2)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(114B-1)는 광원부(112B)로부터 방출된 광을 평행광으로 변환시키는 역할을 하고, 제2 렌즈(114B-2)는 제1 렌즈(114B-1)로부터 출사되는 평행광을 제1 개구부(OP1)로 집광시키는 역할을 수행할 수 있다.The
도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)의 경우, 하우징(170)의 탑부(172)와 발광 케이스(116)가 별개인 반면, 도 20 내지 도 23에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 경우 하우징(170)의 탑부(172)와 발광 케이스(116)는 일체형이다. 즉, 하우징(170)의 탑부가 발광 케이스(116)의 역할을 수행함을 알 수 있다.In the case of the
도 20 내지 도 23에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 유로부(120C)는 도 7 및 도 8에 도시된 유로부(120C)와 마찬가지로 더블 노즐(DN)의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 도 20 내지 도 23에 도시된 유로부(120C)의 중복되는 설명을 도 7 및 도 8에 대한 유로부(120C)의 설명으로 대신한다.The
도 20에서, 제2 유로 중간부(FII2)의 최소폭(D5)은 1 ㎜ 내지 15 ㎜, 예를 들어, 2 ㎜ 내지 8 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 5 ㎜, 예를 들어, 4 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.20, the minimum width D5 of the second flow path middle portion FII2 is in the range of 1 mm to 15 mm, for example, 2 mm to 8 mm, preferably 3 mm to 5 mm, for example, 4 mm But the embodiment is not limited thereto.
도 25는 도 20에 도시된 'C' 부분을 확대 도시한 단면도이다.25 is an enlarged cross-sectional view of a portion 'C' shown in FIG.
도 25를 참조하면, 수광 입사부(190)는 광 유도부(192), 커버 투광부(194) 및 광 차단부(196)를 포함할 수 있다.25, the light receiving
광 유도부(192)는 산란부(SS)와 수광부(130B) 사이에 배치되어, 제3 개구부(OP3)를 정의할 수 있다. 여기서, 제3 개구부(OP3)의 특징은 도 3을 참조하여 전술한 제3 개구부(OP3)의 특징과 동일할 수 있다. 즉, 제3 개구부(OP3)는 산란부(SS)에서 입자(P)에 의해 산란된 광의 전체량의 20% 내지 80%가 수광부(130B)로 입사되기에 적합한 면적(예를 들어, x축 방향으로의 길이와 y축 방향으로의 폭을 갖는 면적)을 가질 수 있다. 또한, 입자(P)에 의해 산란된 광 중에서 광축(LX)을 기준으로 산란부(SS)의 중심에서 제5 개구부(OP5)까지가 좌우 합한 소정 각도(θ)가 24° 내지 60°예를 들어 60°의 범위에 있는 광이 수광부(130B)로 입사되기에 적합하도록, 제3 개구부(OP3)는 면적을 가질 수 있다. 이와 같이, 제3 개구부(OP3)의 면적을 조정함으로써, 수광부(130B)로 입사되는 광의 량이 조정될 수 있음을 알 수 있다.The
또한, 제3 개구부(OP3)의 면적은 제1 개구부(OP1)의 면적과 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 개구부(OP1)의 면적은 제3 개구부(OP3)의 면적보다 클 수 있다. 이 경우, 발광부(110B)로부터 발생한 광의 초점이 산란부(SS)의 중앙보다 멀게 형성되어 메인 빔으로 인한 측정 오류를 줄일 수 있다.The area of the third opening OP3 may be different from the area of the first opening OP1. For example, the area of the first opening OP1 may be larger than the area of the third opening OP3. In this case, the focal point of the light emitted from the
광 차단부(196)는 산란부(SS)와 광 유도부(192) 사이에 배치되어 제6 개구부(OP6)를 정의할 수 있다. 제6 개구부(OP6)의 폭(W5)을 조정함으로써, 메인 광이 포토 다이오드(134)로 입사됨을 차단하거나, 수광부(130B)로 입사되어 광 흡수부(140)로 진행하는 메인 광의 량을 조정할 수 있다. The
제6 개구부(OP6)의 폭(W5)은 1 ㎜ 내지 15 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜ 내지 8 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 4 ㎜ 예를 들어, 3.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The width W5 of the sixth opening OP6 may be, for example, 1 mm to 15 mm, for example, 2 mm to 8 mm, preferably 3 mm to 4 mm, for example 3.5 mm, Do not.
이와 같이 광 차단부(196)가 배치됨으로써 메인 광이 제5 개구부(OP5)를 통해 광 감지부(134)의 포토 다이오드(134)로 진행함이 차단될 수 있다. 여기서, 광 감지부(134)는 모듈 형태로 구현될 수 있다.By disposing the
또한, 커버 투광부(194)는 제3 개구부(OP3)와 제6 개구부(OP6) 사이에 배치될 수 있다. 커버 투광부(194)는 수광부(130B)로 이물질이 입사됨을 차단하는 역할을 한다. 커버 투광부(194)가 배치됨으로써, 산란부(SS)를 지나가는 입자(P)가 수광부(130B)로 침투하는 것을 방지할 수 있어 유로부(120C)에서 입자(P)의 흐름이 원활해질 수 있고 측정 오차를 줄일 수 있다. 이 경우 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)과 제2 면(132-2) 중 어느 면에 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)를 형성하더라도 이물질로 인한 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)의 손상도 막을 수 있다.Further, the cover
도 26은 도 20에 도시된 'D' 부분을 확대 도시한 단면도이다.26 is an enlarged cross-sectional view of the portion 'D' shown in FIG.
도 26에 도시된 광 감지부(134)와 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 광축 주변에 배치될 수 있다. 광 감지부(132)와 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 서로 상반되는 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 26에 도시된 바와 같이, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치되고, 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치될 수 있다. 또는, 도 26에 도시된 바와 달리, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치되고, 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치될 수도 있다. 여기서, 제1 면(132-1)과 제2 면(132-2)은 도 9에 대한 전술한 설명에서 정의된 바와 같다. 이하, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치되고, 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치되는 것으로 설명하지만 그 반대의 경우에도 하기의 설명은 적용될 수 있다.The
내측 격벽(136-1, 136-2)의 구조가 다름을 제외하면, 도 26에 도시된 단면은 도 9에 도시된 단면과 동일하다. 따라서, 도 9에 도시된 단면과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며 간략히 설명하며, 다른 부분에 대해서만 다음과 같이 중점적으로 설명한다.Except that the structures of the inner side walls 136-1 and 136-2 are different, the cross section shown in Fig. 26 is the same as the cross section shown in Fig. Therefore, the same reference numerals are used for the same parts as those shown in Fig. 9, and a brief explanation will be given below.
내측 격벽(136-1, 136-2)은 제3 개구부(OP3)를 통과한 산란된 광이 제5 개구부(OP5)로 진행하고, 제6 개구부(OP6)를 통과한 메인 광이 제4 개구부(OP4)로 진행함을 허용하는 높이(H2)를 가질 수 있다. 예를 들어, 높이(H2)는 1 ㎜ 내지 15 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The scattered light having passed through the third opening OP3 proceeds to the fifth opening OP5 and the main light passing through the sixth opening OP6 passes through the fourth opening Lt; RTI ID = 0.0 > (OP4). ≪ / RTI > For example, the height H2 may be from 1 mm to 15 mm, for example from 2 mm to 10 mm, preferably from 3 mm to 6 mm, e.g., 5 mm, although the embodiment is not limited in this respect.
내측 격벽(136-1, 136-2) 각각은 제4 개구부(OP4)를 정의하는 내측부(136-11, 136-21) 및 내측부(136-11, 136-21)로부터 연장되어 외측 격벽(136-3, 136-4)과 함께 제5 개구부(OP5)를 정의하는 외측부(136-12, 136-22)를 포함할 수 있다. 원형 평면 형상을 갖는 제4 개구부(OP4)의 직경은 메인 빔의 포커싱 사이즈보다 커야 한다. 만일, 제4 개구부(OP4)의 직경이 1 ㎜보다 작을 경우 메인 빔의 전부가 제4 개구부(OP4)를 통과하지 못해 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)로 입사됨으로써 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)에서 산란 광이 센싱되지 못할 수도 있다. 또한, 제4 개구부(OP4)의 직경이 8 ㎜보다 클 경우, 슬릿의 구현이 어려울 수 있다. 따라서, 제4 개구부(OP4)의 직경은 1 ㎜ 내지 8 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜ 내지 5 ㎜ 바람직하게는 1 ㎜ 내지 3 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.Each of the inner side walls 136-1 and 136-2 extends from the inner side 136-11 and 136-21 defining the fourth opening OP4 and the inner side 136-11 and 136-21, -3, 136-4, and a lateral portion 136-12, 136-22 defining a fifth opening OP5. The diameter of the fourth opening OP4 having a circular planar shape should be larger than the focusing size of the main beam. If the diameter of the fourth opening OP4 is smaller than 1 mm, the entire main beam can not pass through the fourth opening OP4 and is incident on the photodiodes 134-2 and 134-21 to 134-24, Scattered light may not be sensed in the diodes 134-2 and 134-21 to 134-24. Further, when the diameter of the fourth opening OP4 is larger than 8 mm, it may be difficult to realize the slit. Thus, the diameter of the fourth opening OP4 may be from 1 mm to 8 mm, for example from 1 mm to 5 mm, preferably from 1 mm to 3 mm, for example, 2 mm, although embodiments are not limited in this respect .
또한, 제5 개구부(OP5)의 폭(W4)은 외측부(136-12, 126-22)의 폭(W6)보다 클 수 있다. 외측부(136-12, 126-22)의 폭(W6)은 0.1 ㎜ 내지 5 ㎜ 예를 들어, 0.4 ㎜ 내지 2 ㎜ 바람직하게는 0.6 ㎜ 내지 1 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 제5 개구부(OP5)의 폭(W4)이 1.1 ㎜일 경우, 외측부(136-12, 136-22)의 폭(W6)은 0.8 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The width W4 of the fifth opening OP5 may be larger than the width W6 of the outer side portions 136-12 and 126-22. The width W6 of the outer portions 136-12 and 126-22 may be 0.1 mm to 5 mm, for example, 0.4 mm to 2 mm, preferably 0.6 mm to 1 mm, for example, 1 mm, Is not limited to this. For example, when the width W4 of the fifth opening OP5 is 1.1 mm, the width W6 of the outer portions 136-12, 136-22 may be 0.8 mm, but the embodiment is not limited thereto .
또한, 내측 격벽(136-1, 136-2)의 외측부(136-12, 136-22)와 내측부(136-11, 136-21)는 일체로 형성될 수 있다.The outer side portions 136-12 and 136-22 and the inner side portions 136-11 and 136-21 of the inner side walls 136-1 and 136-2 may be integrally formed.
또한, 투광성 기판(132)의 제1 면(132-1)으로부터 제3 개구부(OP3)로 갈수록 외측부(136-12, 136-22) 또는 내측부(136-11, 136-21) 중 적어도 하나의 단면 폭은 감소할 수 있다. 즉, 내측부(136-11, 136-21)와 외측부(136-12, 136-22)의 구분은 산란된 빛이 각도를 가지고 포토 다이오드(134)로 잘 입사되게 하는 것이므로, 이와 같이 삼각형 단면 형상을 가질 수 있다.It is preferable that at least one of the outer side portions 136-12 and 136-22 or the inner side portions 136-11 and 136-21 from the first surface 132-1 to the third opening portion OP3 of the
또한, 도 26에 도시된 제4 개구부(OP4)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 도 25에 도시된 제6 개구부(OP6)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)보다 작을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 제4 개구부(OP4)의 면적보다 제6 개구부(OP6)의 면적을 크게 할 경우, 메인 빔이 포토 다이오드(134-2)로 진행하는 것이 더욱 잘 차단될 수 있다.The area of the fourth opening OP4 shown in Fig. 26 (for example, the area in the x-axis and the y-axis direction) is larger than the area of the sixth opening OP6 shown in Fig. 25 And the area in the y-axis direction), but the embodiment is not limited to this. As described above, when the area of the sixth opening OP6 is made larger than the area of the fourth opening OP4, the progress of the main beam to the photodiode 134-2 can be further blocked.
한편, 산란부(SS)는 복수의 개구부와 접할 수 있다. 즉, 산란부(SS)는 발광부(110A)와 제1 개구부(OP1)를 통해 연통하고, 제1 유로 중간부(FII1)(또는, 제2 유로 중간부(FII2))와 제2 개구부(OP2)를 통해 연통하고, 수광부(130A, 130B)와 제3 개구부(OP3) 또는 제6 개구부(OP6)를 통해 연통할 수 있다.On the other hand, the scattering section SS can contact the plurality of openings. That is, the scattering portion SS communicates with the
한편, 도 1을 참조하면, 신호 처리부(150)는 수광부(130)에서 입사된 전기적 신호를 신호 처리하고, 신호 처리된 결과를 정보 분석부(160)로 출력할 수 있다. 경우에 따라, 신호 처리부(150)는 생략될 수 있으며, 수광부(130)가 신호 처리부(150)의 역할을 수행할 수도 있다. 이 경우, 수광부(130)로부터 출력되는 전기적 신호는 정보 분석부(160)로 제공될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
정보 분석부(160)는 신호 처리부(150)(또는, 신호 처리부(150)가 생략될 경우 수광부(130))로부터 제공된 전기적 신호를 이용하여 입자(P)의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.The
이하, 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)에서 수행되는 입자의 농도 측정에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, the measurement of the concentration of particles performed in the
도 27은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 일부를 나타내는 도면이다.27 is a view showing a part of the
도 27에 도시된 렌즈부(114), 발광 케이스(116), 유로부(120), 수광부(130), 하우징(170)의 버텀부(176)는 도 1에 도시된 렌즈부(114), 발광 케이스(116), 유로부(120), 수광부(130) 및 하우징(170)의 버텀부(176)에 각각 해당하므로 동일한 참조부호를 사용하며, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도 27에 도시된 제1 개구부(OP1), 산란부(SS), 제3 개구부(OP3), 투광성 부재(132) 및 광 감지부(134)는 도 3 내지 도 9와 도 20 및 도 21에 도시된 제1 개구부(OP1), 산란부(SS), 제3 개구부(OP3), 투광성 부재(132) 및 광 감지부(134)에 각각 해당하므로 동일한 참조부호를 사용하며, 중복되는 설명을 생략한다.The
도 27을 참조하면, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)는 유로부(120)로 유입된 공기에 포함된 입자(P)가 산란부(SS)에서 렌즈부(114)로부터 출사된 광(L)에 의해 하나씩 산란되기에 적합한 구조를 가질 수 있다. 이는 시간 상 어느 한 시점에서 하나의 입자(P)에 대한 전기적 신호(즉, 하나의 펄스)를 얻기 위함이다. 이를 위해, 렌즈부(114)로부터 출사되는 음영으로 표시된 광(L) 중 산란부(SS)로 조사된 광의 공기가 유동하는 제1 방향(예를 들어, y축 방향)으로의 폭(W7) 또는 산란부(SS)의 높이(또는, 직경)(D6) 중 적어도 하나가 다음과 같이 결정될 수 있다.Referring to FIG. 27, the
예를 들어, 산란부(SS)로 조사된 광(L)의 제1 방향(예를 들어, y축 방향)으로의 폭(W7)이 6 ㎜보다 클 경우, 산란부(SS)로 조사된 음영으로 표시된 광(L)의 영역에 복수의 입자(P)가 진입할 확률이 높아질 수 있다. 또한, 광(L)의 제1 방향으로의 폭(W7)이 2 ㎜보다 작을 경우, 입자(P)의 유속이 빠를 경우 입자(P)에서 광이 산란되기 어려울 수 있다. 입자(P)의 유속은 전술한 바와 같이 1 ㎧ 내지 10 ㎧일 수 있으나, 실시 예는 특정한 유속에 제한되지 않는다. 예를 들어, 폭(W7)은 2㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜ 내지 4 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 제1 방향으로의 폭(W7)이 2 ㎜ 내지 6 ㎜가 되도록 하기 위해서, 렌즈부(114)의 형상 또는 제1 개구부(OP1)의 크기(즉, x축과 y축 방향의 면적)를 조정할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.For example, when the width W7 in the first direction (e.g., the y-axis direction) of the light L irradiated by the scattering section SS is larger than 6 mm, The probability that a plurality of particles P enter the region of the light L represented by shading can be increased. When the width W7 of the light L in the first direction is smaller than 2 mm, light may not be scattered in the particles P when the flow velocity of the particles P is fast. The flow rate of the particles P may be between 1 and 10 전 as described above, but the embodiment is not limited to a specific flow rate. For example, the width W7 may be from 2 mm to 6 mm, for example from 2 mm to 4 mm, although the embodiment is not limited in this respect. The shape of the
또한, 발광부(110)로부터 수광부(130)까지의 광축과 나란한 제2 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 산란부(SS)의 최소 높이(D6)는 광(L)의 제1 방향으로의 폭(W7)보다 작을 수 있다. 만일, 유로부(120)가 원형 측단면 형상을 가질 경우, 산란부(SS)의 최소 직경(D6)은 제1 방향으로의 폭(W7)보다 작을 수 있다. 산란부(SS)의 최소 높이(또는, 직경)(D6)는 1 ㎜ 내지 2 ㎜ 예를 들어 2 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The minimum height D6 of the scattering section SS in the second direction (e.g., the z-axis direction) parallel to the optical axis from the
또한, 도 27에서, 렌즈부(114)로부터 유로부(120)까지의 광축 방향으로의 거리(D7)는 1 ㎜ 내지 4 ㎜일 수 있다. 또한, 유로부(120)로부터 투광성 부재(132)의 상부면까지의 광축 방향으로의 거리(D8)는 1 ㎜ 내지 4 ㎜ 일 수 있다.27, the distance D7 in the direction of the optical axis from the
전술한 바와 같이, 폭(W7)과 높이(또는, 직경)(D6)가 결정될 경우, 산란부(SS)에서 하나의 입자에 의해 광이 산란되어 입자 하나당 하나의 전기적 신호(즉, 펄스)가 얻어질 수 있어, 추후 전기적 신호를 이용하여 정보 분석부(160)에서 입자(P)의 농도를 정확하게 측정할 수 있다. 게다가, 유로부(120)의 높이(또는, 직경)(D6) 또는 폭(W7) 중 적어도 하나가 전술한 바와 같이 결정될 경우, 광축과 나란한 방향(예를 들어, z축 방향)으로 2개의 입자(P)가 중첩되어 산란부(SS)를 지나갈 확률을 줄일 수 있다. 만일, 2개의 입자(P)가 중첩되어 산란부(SS)를 지나갈 경우, 수광부(130)에 입사된 광의 전기적 신호의 펄스 형태는 2개의 펄스가 겹쳐진 쌍봉우리 형태가 될 수 있다. 이러한 변형된 모습을 갖는 전기적 신호를 이용할 경우 입자의 농도를 정확하게 측정할 수 없다. 그러나, 실시 예에 의하면, 유로부(120)의 높이(또는, 직경)(D6) 또는 폭(W7) 중 적어도 하나를 전술한 바와 같이 결정함으로써 하나의 입자에 대해 하나의 펄스가 수광부(130)로부터 전기적 신호로서 생성되도록 함으로써, 추후 정보 분석부(160)에서 입자의 농도를 정확하게 측정할 수 있도록 한다. 또한, 펄스가 겹쳐질 경우에도, 이들을 분리함으로서 입자의 농도를 정확하게 측정할 수 있다. 이에 대해서는 보다 상세히 후술된다.As described above, when the width W7 and the height (or diameter) D6 are determined, light is scattered by one particle in the scattering section SS, so that one electrical signal per particle (i.e., a pulse) And it is possible to accurately measure the concentration of the particles P in the
또한, 유로부(120)를 유동하는 공기에 포함된 입자(P)는 산란부(SS)에서 일정한 위치(x1, y1, z1) 또는 일정한 공간(Δx, Δy, Δz)을 지나가는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 수광부(130)에 입사된 광의 전기적인 신호의 세기는 입자의 크기가 클수록 커지는 데, 동일한 크기의 입자라고 하더라도 산란부(SS) 내의 공간 중 어느 지점에 입자가 위치하여 광이 산란되는가에 따라 수광부(130)에 입사된 광의 전기적인 신호의 세기가 달라질 수 있기 때문이다. 예를 들어, 동일한 크기의 제1 및 제2 입자가 순차적으로 산란부(SS)를 통과할 때, 산란부(SS) 내에서 제1 입자가 통과한 위치가 제2 입자가 통과한 위치보다 제1 개구부(OP1)에 더 가까울 경우, 제1 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 세기가 제2 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 세기보다 더 클 수 있기 때문이다.It is also preferable that the particles P contained in the air flowing through the
전술한 광(L)의 제1 방향으로의 폭(W7)은 산란부(SS) 내에서 입자(P)가 지나가는 지점(예를 들어, z1 또는 Δz/2)에서의 제1 위치(y2)와 제2 위치(y3) 사이의 폭일 수 있다.The width W7 of the light L in the first direction is smaller than the width W2 at the first position y2 at a point where the particles P pass through the scattering portion SS (for example, z1 or? Z / 2) And the second position y3.
도 28a 및 도 28b는 산란부(SS)로 입사된 광(L)의 세기를 나타내는 그래프로서, 종축은 광의 세기를 나타내고, 횡축은 y 방향으로의 위치를 나타낸다. 여기서, y2와 y3는 광(L)의 폭(W7)을 측정한 도 27에 도시된 지점에 해당한다.28A and 28B are graphs showing the intensities of light L incident on the scattering unit SS, wherein the vertical axis represents the intensity of light and the horizontal axis represents the position in the y direction. Here, y2 and y3 correspond to the points shown in Fig. 27 in which the width W7 of the light L is measured.
일반적으로, 렌즈부(114)로부터 출사되어 산란부(SS)로 조사된 광(L)의 세기 분포는 도 28a에 도시된 바와 같은 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 갖는다. 이 경우, 입자(P)에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 시점과 종점이 불균일해질 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 산란부(SS)로 입사된 광(L)의 세기는 도 28b에 도시된 바와 같이 일정한 스퀘어(square) 형태를 가질 수 있다. 이와 같이, 산란부(SS)로 조사된 광의 세기가 제1 방향으로 일정할 경우, 단위 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 시점과 종점이 정확해질 수 있다. 예를 들어, 펄스의 저점들 사이(valley-to-valley)로 전기적 신호의 시점과 종점이 결정된다면, 후술되는 도 35에 예시된 바와 같이, 입자(P1)에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 시점과 종점은 결정될 수 있다.Generally, the intensity distribution of the light L emitted from the
일 실시 예에 의하면, 도 28b에서와 같이 광의 세기가 스퀘어 형태를 갖도록 하기 위해, 렌즈부(114)는 복수의 비구면 렌즈로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.According to one embodiment, the
도 29 (a)와 (b)는 산란부(SS)로 조사된 광(L)을 제1 속도로 통과하는 입자(P)의 모습 및 그 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호를 나타내는 그래프에 각각 해당하고, 도 30 (a)와 (b)는 산란부(SS)로 조사된 광(L)을 제2 속도로 통과하는 입자(P)의 모습 및 그 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호를 나타내는 그래프에 각각 해당한다.29A and 29B are graphs showing the state of the particles P passing through the light scattering unit SS at the first speed and the electric signals of the light scattered by the particles at the first speed 30 (a) and 30 (b) show the state of the particles P passing through the scattering section SS at a second velocity of the light L and the electrical signals of the light scattered by the particles Respectively.
도 29 (a)에 도시된 입자의 제1 속도보다 도 30 (a)에 도시된 입자의 제2 속도가 더 클 경우, 도 29 (b)에 도시된 전기적 신호의 폭(T1)보다 도 30 (b)에 도시된 전기적 신호의 폭(T2)이 더 짧아진다. 예를 들어, 폭(T1 또는 T2)은 0.4 ㎳ 내지 4 ㎳일 수 있다. 이와 같이, 입자(P)가 산란부(SS)를 통과하는 속도에 따라 그 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 폭이 변하게 된다. 이를 고려할 때, 하나의 입자(P)가 산란부(SS) 내에서 직진하지 않고 물리적으로 퍼지거나 대각선 방향으로 진행할 경우, 입자에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 폭이 입자의 유속을 정확히 반영할 수 없게 된다. 즉, 같은 속력으로 산란부(SS)를 통과하는 2개의 제1 및 제2 입자가 있을 때, 제1 입자는 대각선으로 진행하지 않고 직진하며 제2 입자는 대각선으로 진행한다고 하자. 이때, 다음 수학식 1과 같이 표현되는 속도를 고려하면, 제1 입자는 제1 방향으로 최단 시간 내에 통과하는 반면, 제2 입자는 제1 방향으로 최단 시간보다 더 긴 시간으로 통과할 수 있다.When the second velocity of the particle shown in Fig. 30 (a) is larger than the first velocity of the particles shown in Fig. 29 (a), the width T1 of the electric signal shown in Fig. the width T2 of the electrical signal shown in (b) becomes shorter. For example, the width (T1 or T2) may be 0.4 ms to 4 ms. Thus, the width of the electrical signal of the light scattered by the particle P varies according to the speed at which the particle P passes through the scattering portion SS. Considering this, when one particle (P) does not go straight in the scattering part (SS) and physically spreads or diagonally travels, the width of the electrical signal of the light scattered by the particles can accurately reflect the flow rate of the particles I will not. That is, when there are two first and second particles passing through the scattering unit SS at the same speed, it is assumed that the first particle does not proceed diagonally but goes straight and the second particle proceeds diagonally. Considering the velocity expressed by the following equation (1), the first particle can pass in the shortest time in the first direction, while the second particle can pass in the first direction with a time longer than the shortest time.
따라서, 실시 예에 의하면, 유로부(120)는 입자(P)가 산란부(SS)를 직진할 수 있는 구조를 갖는다. 따라서, 입자의 속도가 정확하게 반영된 폭(T1, T2)을 갖는 전기적 신호가 얻어질 수 있어, 입자의 농도를 정확히 측정할 수 있도록 한다.Therefore, according to the embodiment, the
전술한 바와 같이, 발광부(110)로부터 방출되어 렌즈부(114)에서 집광된 광은 유로부(120)의 산란부(SS)를 입자(P)가 각각 통과할때 마다 산란되고, 산란된 광은 수광부(130)로 입사된 후 전기적 신호로서 신호 처리부(150)로 출력된다. 예를 들어, 100개의 입자가 산란부(SS)를 통과할 경우, 산란된 광의 전기적 신호는 100개의 펄스를 가질 수 있다.As described above, the light emitted from the
한편, 신호 처리부(150)는 수광부(130)에서 입사된 전기적 신호를 신호 처리하고, 신호 처리된 결과를 입자별 펄스로서 정보 분석부(160)로 출력할 수 있다.Meanwhile, the
이하, 일 실시 예에 의한 도 1에 도시된 신호 처리부(150)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, a
도 31은 신호 처리부(150)의 일 실시 예(150A)에 의한 블럭도를 나타낸다.FIG. 31 shows a block diagram of an
도 31에 도시된 신호 처리부(150A)는 전처리부(152), 후처리부(154) 및 아날로그/디지털 변환기(ADC:Analog to Digital Converter)(156)를 포함할 수 있다.31 may include a
전처리부(152)는 수광부(130)로부터 입력단자 IN2를 통해 제공받은 전류 형태의 전기적 신호를 전압 형태로 변환하고, 변환된 결과의 고역 성분을 필터링하고, 필터링된 결과를 1차로 증폭하는 역할을 한다.The
후처리부(154)는 전처리부(152)로부터 출력되는 신호의 고역 성분을 필터링하고, 필터링된 결과를 2차로 증폭하고, 증폭된 결과를 입자별 펄스로서 ADC(156)로 출력한다.The
ADC(156)는 후처리부(154)로부터 출력되는 아날로그 형태의 입자별 펄스를 디지털 형태로 변환하고, 변환된 결과를 정보 분석부(160)로 출력단자 OUT3을 통해 출력한다. 경우에 따라, ADC(156)는 생략될 수도 있다. 아날로그 형태보다는 디지털 형태의 입자별 펄스를 이용할 경우, 정보 분석부(160)에서 정보를 분석하기 위한 연산이 더 수월하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 후처리부(154)로부터 출력되는 아날로그 형태의 입자별 펄스에서 각 펄스를 20개 이상으로 샘플링할 수 있으나, 실시 예는 특정한 샘플링 횟수에 국한되지 않는다. 또한, ADC(156)의 샘플링율은 50ksps이상일 수 있으나, 실시 예는 ADC(156)의 특정한 샘플링율에 국한되지 않는다. 초당 5만번의 샘플링이란, 주기로 환산하면 0.02 ㎳로서 0.4 ㎳를 20개로 나눈 것에 해당한다. 이는 도 29 (b) 및 도 30 (b)에 도시된 펄스 폭(T1, T2)의 최소값이 0.4 ㎳인 것과 관련된다.The
도 32는 도 31에 도시된 전처리부(152) 및 후처리부(154)의 일 실시 예에 의한 회로도를 나타내고, 도 33은 도 32에 도시된 전처리부(152) 및 후처리부(154)의 각 지점에서의 출력 파형(V1, V2, V3, V4)을 나타낸다.32 shows a circuit diagram according to one embodiment of the
도 33에서, 횡축은 주파수(frequency)를 나타내고, 종축은 이득(Gain)을 각각 나타낸다.In Fig. 33, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain.
도 32를 참조하면, 전처리부(152)는 전류/전압 변환부(152A), 제1 고역 통과 필터(HPF:High Pass Filter)(152B), 저항(R3), 제1 연산 증폭기(OP1) 및 제1 저역 통과 필터(LPF:Low Pass Filter)(152C)를 포함할 수 있다.32, the
전류/전압 변환부(152A)는 수광부(130)로부터 출력되는 전류 형태의 전기적 신호를 전압 형태로 변환하고, 변환된 전압 형태의 신호(V1)를 출력한다. 이를 위해, 전류/전압 변환부(152A)는 제1 저항(R1)을 포함할 수 있다. 제1 저항(R1)은 수광부(130)와 기준 전위 사이에 연결된다.The current /
제1 고역 통과 필터(152B)는 전압 형태로 변환된 신호(V1)의 고역 성분을 필터링하고, 필터링된 결과(V2)를 제1 연산 증폭기(OP1)의 비반전 입력단자로 출력한다. 이를 위해, 제1 고역 통과 필터(152B)는 제2 저항(R2) 및 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 제2 저항(R2)DMS 제1 연산 증폭기(OP1)의 비반전 입력단자와 기준 전위 사이에 배치되고, 제1 커패시터(C1)는 전류/전압 변환부(152A)의 출력(V1)과 제1 연산 증폭기(OP1)의 비반전 입력단자 사이에 배치된다. 예를 들어, 제1 고역 통과 필터(152B)는 수광부(130)의 출력(V1)의 DC 성분 및 1㎐ 이하 신호의 이득을 줄이는 역할을 수행할 수 있다.The first high-
제1 증폭부는 제1 LPF(152C)와 연결되어 제1 고역 통과 필터(152B)의 출력(V2)을 증폭하고 증폭된 결과를 후처리부(154)로 출력한다. 이를 위해, 제1 증폭부는 제1 연산 증폭기(OP1), 저항(R3)을 포함할 수 있다. 제1 연산 증폭기(OP1)는 제1 HPF(152B)의 출력과 연결되는 비반적 입력단자와, 제1 LPF(152C)와 연결되는 반전 입력단자와, 전처리부(152)의 출력과 연결되는 출력단자를 포함할 수 있다.The first amplification unit is connected to the
이때, 제3 저항(R3)은 제1 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력단자와 기준 전위 사이에 연결되어, 제1 LPF(152C)의 역할을 수행할 수도 있고, 제1 증폭부의 역할을 수행할 수도 있다.At this time, the third resistor R3 is connected between the inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 and the reference potential, and can perform the role of the
제1 저역 통과 필터(152C)는 제1 연산 증폭기(OP1)와 함께 신호(V2)를 증폭하면서,제1 HPF(152B)의 출력에서 저역 성분을 필터링하고, 필터링된 결과(V3)를 후처리부(154)로 출력한다. 이를 위해, 제1 저역 통과 필터(152C)는 제4 저항(R4) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 제4 저항(R4)과 제2 커패시터(C2)는 제1 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력 단자와 출력단자 사이에서 서로 병렬로 연결될 수 있다.The first
후처리부(154)는 제2 고역 통과 필터(154A) 및 제2 증폭부(154B)를 포함할 수 있다. 제2 고역 통과 필터(154A)는 전처리부(152)의 출력(V3)의 고역 성분을 필터링하고, 필터링된 결과를 제2 증폭부(154B)로 출력한다. 이를 위해, 제2 고역 통과 필터(154A)는 제5 저항(R5) 및 제3 커패시터(C3)를 포함할 수 있다. 제3 커패시터(C3)는 전처리부(152)의 출력(V3)과 제2 증폭부(154B) 사이에 배치되고, 제5 저항(R5)은 제2 증폭부(154B)와 기준 전위 사이에 배치될 수 있다.The
제2 증폭부(154B)는 제2 고역 통과 필터(154A)의 출력을 증폭하고, 증폭된 결과(V4)를 ADC(156)로 출력할 수 있다. 이를 위해, 제2 증폭부(154B)는 제2 연산 증폭기(OP2), 제6 및 제7 저항(R6, R7)을 포함할 수 있다. 제6 저항(R6)은 제2 연산 증폭기(OP2)의 반전 입력 단자와 기준 전위 사이에 연결되고, 제7 저항(R7)은 제2 연산 증폭기(OP2)의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결될 수 있다.The
또한, 신호 처리부(150)는 수광부(130)로부터 받은 전기적 신호의 잡음이나 전력 잡음 등 다양한 잡음을 제거할 수도 있다. 예를 들어, 도 32에 도시된 잡음 제거부(158)는 전력 잡음을 제거하는 역할을 한다. 이를 위해, 잡음 제거부(158)는 병렬 연결된 제4 및 제5 커패시터(C4 ,C5)를 포함할 수 있다. 또한, 직류 전원(V)이 제1 및 제2 연산 증폭기(OP1, OP2)의 구동을 위해 배치될 수 있다.Also, the
또한, 수광부(130)는 서로 병렬 연결된 포토 다이오드(PD), 제6 커패시터(C6), 제8 저항(R8) 및 전류원(I)으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 수광부(130)의 특정한 회로 구성에 국한되지 않는다. 수광부(130)의 출력(V1)은 광학계의 혼선(crosstalk)에 기인하며, 광 트랩(trap) 및 렌즈부(114) 등 광학계의 성능과 관련되며, 직류 성분은 10 ㎂이고 교류 성분은 100㎀일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The
도 32에서, 수광부(130)의 출력(V1)과 제2 증폭부(154B)의 출력(V4) 사이의 전달함수 즉, 이득은 195㏈일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 증폭비는 높고 상승 및 하강 시간은 짧으며, 슬루율(slew rate)은 0.8 V/㎲인 연산 증폭기(OP1, OP2)를 사용하여 신호 처리부(150)를 구현할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.32, the transfer function, that is, the gain between the output V1 of the
고속 반응이 느린 회로에서 고주파 영역의 이득이 낮을 수 있고, 펄스의 상승 시간과 하강 시간이 길어질 수 있다. 만일, 이러한 고속 반응이 느린 회로에 좁은 폭을 갖는 펄스가 입력될 경우, 증폭이 느리게 시작되어 원하는 레벨로 증폭되지 않을 수 있다. 이와 같이, 펄스가 원하는 레벨로 증폭되지 않을 경우, 추후 정보 분석부(160)에서 전기적 신호를 정확히 인식하지 못할 수도 있다. 이를 위해, 신호 처리부(150)는 좁은 펄스의 폭에 따라 결정되는 이득이 일정한 주파수 대역 예를 들어, 100 ㎐ 내지 1000 ㎐의 주파수 대역을 필터링하는 대역 통과 필터를 포함한다. 만일, 대역 통과 필터링되는 주파수 대역을 증가시킬 경우, 다양한 폭을 갖는 전기적 신호가 수광부(130)로부터 제공된다고 하더라도 이 전기적 신호를 충실히 증폭시킬 수 있다. 대역 통과 필터링을 위해, 신호 처리부(150)는 도 32에 예시된 바와 같이 적어도 하나의 저역 통과 필터와 적어도 하나의 고역 통과 필터를 사용할 수도 있고 하나의 대역 통과 필터만을 사용할 수도 있다. 도 32에 도시된 신호 처리부는 일 례에 불과하다. 즉, 신호 처리부(150)가 수광부(130)로부터 출력되는 신호의 형태를 전압으로 변환하고, 전압으로 변환된 결과에서 원하는 주파수 대역인 100 ㎐ 내지 1000 ㎐를 대역 통과 필터링하고, 필터링된 결과를 증폭할 수만 있다면, 실시 예는 신호 처리부(150)의 특정한 회로 구성에 국한되지 않는다.The gain in the high-frequency region may be low in a circuit with a high-speed response, and the rise time and fall time of the pulse may be long. If a pulse with a narrow width is input to such a slow-response circuit, the amplification may start slowly and not be amplified to the desired level. Thus, if the pulse is not amplified to a desired level, the
전술한 바와 같이, 신호 처리부(150)에서 신호의 특정 주파수 대역을 필터링함으로써, 수광부(130)로부터 제공된 좁은 펄스 폭을 갖는 신호도 증폭할 수 있어, 후술되는 정보 분석부(160)에서 입자의 농도를 정확하게 분석할 수 있도록 한다. 즉, 공기의 유속이 증가할수록 펄스의 폭은 좁아지는데, 이 경우에도 신호 처리부(150)의 이득은 저하되지 않으므로, 입자별 펄스의 세기가 증폭됨으로써, 정보 분석부(160)에서 입자의 농도를 정확히 분석할 수 있도록 한다.As described above, by filtering the specific frequency band of the signal in the
한편, 정보 분석부(160)는 신호 처리부(150)로부터 수신한 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기를 복수의 채널로 구분하고, 공기의 유량과, 입자의 밀도와, 채널별 입자의 개수 및 입자의 크기를 이용하여 입자의 농도를 다음 수학식 2와 같이 구하고, 입자의 농도를 출력단자 OUT2를 통해 출력할 수 있다.On the other hand, the
여기서, PM은 입자의 농도를 나타내고, i는 채널 번호를 나타내고, n은 채널의 총 개수로서 2 이상의 양의 정수를 나타내고, NPi는 제i 채널에 속하는 크기를 갖는 입자의 개수를 나타내고, Vi는 입자의 부피로서 단위는 ㎥/#일 수 있고, ρ는 입자의 밀도로서 단위는 ㎍/㎥일 수 있고, F는 공기의 유량으로서 단위는 ㎥/s일 수 있고, ri는 제i 채널에 속하는 입자의 크기(예를 들어, 입자의 크기의 대표값)를 나타낸다. 이때, 입자의 밀도(ρ)는 고정된 값으로서, 예를 들어, 1.15g/㎤를 대입할 수 있다.Here, PM denotes the concentration of the particles, i denotes the channel number, n denotes a positive integer of 2 or more as the total number of channels, NPi denotes the number of particles having a size belonging to the i-th channel, Vi denotes Ρ is the density of the particles in units of ig / m 3, F is the flow rate of air in units of ㎥ / s, and ri is the i-th channel Represents a particle size (for example, a representative value of the particle size). At this time, the density (rho) of the particles is a fixed value, for example, 1.15 g / cm3 can be substituted.
도 34a 및 도 34b는 신호 처리부(150)로부터 정보 분석부(160)로 제공되는 입자별 펄스의 례들을 나타내는 그래프로서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 입자별 펄스의 신호 레벨을 나타낸다.34A and 34B are graphs showing examples of pulses per particle provided from the
신호 처리부(150)로부터 정보 분석부(160)로 제공되는 입자별 펄스는 도 34a에 예시된 바와 같이, 사인 곡선(sinusoidal) 형태일 수도 있고, 도 34b에 도시된 바와 같이, 구형파 형태일 수도 있다. 신호 처리부(150)로부터 출력되는 입자별 펄스의 형태는 수광부(130)에서 출력되는 전기적 신호가 사인 곡선 형태일 경우, 도 34a에 예시된 바와 같이 사인 곡선 형태를 갖고, 수광부(130)에서 출력되는 전기적인 신호가 구형파 형태일 경우 도 34b에 도시된 바와 같이 구형파 형태를 가질 수 있다.The particle-specific pulses supplied from the
도 34a 및 도 34b는 정보 분석부(160)의 동작의 이해를 돕기 위한 일 례들로서, 실시 예는 신호 처리부(150)로부터 출력되는 신호의 형태에 국한되지 않는다.34A and 34B are one example for helping understanding of the operation of the
도 35는 도 34a에 도시된 파형의 일부를 확대 도시한 그래프이다.FIG. 35 is a graph showing an enlarged view of a part of the waveform shown in FIG. 34A.
신호 처리부(150)로부터 출력되는 입자별 펄스는 산란부(SS)를 통과한 입자수 만큼의 펄스를 갖는다. 예를 들어, 도 35는 5개의 입자(P1, P2, P3, P4, P5)가 산란부(SS)에서 광에 의해 산란될 때 발생한 5개의 펄스를 갖는 입자별 펄스의 예시이다. 이와 같이, 입자별 펄스는 복수의 펄스가 연속된 형태를 갖는다.The particle-specific pulses output from the
도 35를 참조하면, 입자의 크기가 클수록 입자별 펄스의 신호의 세기는 커진다. 예를 들어, 입자(P1)의 크기는 입자(P5)의 크기보다 더 크므로, 제1 입자(P1)에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 세기가 제5 입자(P5)에 의해 산란된 광의 전기적 신호의 세기보다 더 크다.Referring to FIG. 35, the larger the particle size, the greater the intensity of the pulse of each particle. For example, since the size of the particle P1 is larger than that of the particle P5, the intensity of the electric signal of the light scattered by the first particle P1 is smaller than that of the electric charge of the light scattered by the fifth particle P5 Is greater than the intensity of the signal.
이하, 도 1에 도시된 정보 분석부(160)의 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the
도 36은 정보 분석부(160)의 일 실시 예(160A)에 의한 블럭도이고, 도 37은 정보 분석부(160)에서 수행되는 입자 농도 계산 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.FIG. 36 is a block diagram of an
이하, 도 37에 도시된 입자 농도 계산 방법은 도 36에 도시된 정보 분석부(160A)에서 수행되는 것으로 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 37에 도시된 입자 농도 계산 방법은 도 36 이외에 다른 구성을 갖는 정보 분석부(160)에서도 수행될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, the particle concentration calculation method shown in FIG. 37 is described as being performed in the
또한, 도 36에 도시된 정보 분석부(160A)는 도 37에 도시된 입자 농도 계산 방법을 수행하는 것으로 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 36에 도시된 정보 분석부(160A)는 도 37 이외에 다른 단계를 입자 농도 계산 방법을 수행할 수 있음은 물론이다.The
도 36에 도시된 정보 분석부(160A)는 채널 구분부(161), 입자 크기 결정부(163), 카운팅부(165), 유량 산출부(167) 및 농도 계산부(169)를 포함할 수 있다.The
채널 구분부(161)는 신호 처리부(150)로부터 출력되는 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기를 제1 내지 제n 채널로 구분한다(제210 단계).In
실시 예의 이해를 돕기 위해, 다음 표 1을 예시로 도 36 및 도 37을 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.To facilitate understanding of the embodiment, the following Table 1 will be described with reference to Figs. 36 and 37 as an example, but the embodiment is not limited to this.
표 1에서, I는 신호 처리부(150)로부터 출력되는 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기를 나타내고, d는 입자의 직경을 나타내고, r는 입자의 반경을 나타내고, i는 채널의 번호를 나타내고, r(chi)는 제i 채널에 대해 사전에 결정된 입자의 크기를 나타내고, ri는 입자의 반경의 대표값으로서 기하 평균값이다. 또한, 표 1에서, 입자별 펄스가 갖는 레벨의 세기(I)에 따른 입자의 직경(d) 또는 반경(r)은 실험적으로 미리 구해질 수 있다.In Table 1, I represents the intensity of a level that the particle-specific pulses output from the
예를 들어, 신호 처리부(150)로부터 정보 분석부(160)로 제공되는 도 34a 또는 도 34b에 도시된 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기가 0.1 볼트(V)로부터 5볼트까지라고 할 때, 채널 구분부(161)는 레벨의 세기 0.1 볼트 내지 1.0볼트까지를 제1 채널로 할당하고, 레벨의 세기 1.0 볼트 내지 2.0볼트까지를 제2 채널로 할당하고, 레벨의 세기 2.0 볼트 내지 2.5볼트까지를 제3 채널로 할당하고, 레벨의 세기 2.5 볼트 내지 5볼트까지를 제4 채널로 할당한다. 이와 같이, 채널 구분부(161)는 0.1 볼트 내지 5 볼트를 4개의 제1 내지 제4 채널로 구분한다(제210 단계). 예를 들어, 채널 구분부(161)는 입력단자 IN3을 통해 신호 처리부(150)로부터 제공되는 입자별 펄스를 이용하여 제210 단계를 수행할 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 입력 단자 IN3을 통해 제공되는 입자별 펄스의 도움없이, 채널 구분부(161)는 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기를 실험적으로 미리 예측하여 제210 단계를 수행할 수도 있다. 즉, 전술한 제210 단계를 수행하기 위해, 채널 구분부(161)는 표 1에 해당하는 데이터를 미리 저장할 수 있다.For example, suppose that the intensity of the level of pulses shown in Fig. 34A or Fig. 34B provided to the
제210 단계 후에, 입자 크기 결정부(163)는 신호 처리부(150)로부터 출력되어 입력단자 IN3을 통해 제공되는 입자별 펄스의 각 펄스에 대응하는 입자의 크기를 결정한다(제220 단계). 예를 들어, 도 35에 도시된 입자별 펄스가 입력단자 IN3을 통해 들어올 때, 입자 크기 결정부(163)는 입자(P1, P2, P3, P4, P5) 각각에 대한 입자별 펄스로부터 입자(P1, P2, P3, P4, P5) 각각의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 입자 크기 결정부(163)는 입자별 펄스 각각의 레벨을 이용하여 입자(P1, P2, P3, P4, P5) 각각의 크기를 결정할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 입자 크기 결정부(163)는 아래와 같은 함수를 이용하여 입자의 크기를 결정할 수 있다.After
r ← f(PA)r? f (PA)
여기서, PA는 입자별 펄스에서 각 펄스의 최대 세기를 나타내고, r은 입자별 펄스에서 펄스 각각에 대응하는 입자의 크기를 나타낸다. 이 함수는 n차 선형 피팅식이거나 로그 함수일 수 있다.Here, PA represents the maximum intensity of each pulse in the particle-specific pulse, and r represents the size of the particle corresponding to each pulse in the particle-specific pulse. This function can be an n-order linear fitting equation or a logarithmic function.
예를 들어, 도 35에 도시된 입자별 펄스에서 입자(P1)에서 산란된 광의 펄스의 최대 세기가 1.2볼트라고 하자. 이때, 표 1을 참조하면, 레벨(I)이 1.2 볼트일 때 제2 채널에서 입자(P1)의 직경(r)은 0.3㎛이다. 즉,For example, suppose that the maximum intensity of the pulse of light scattered in the particle P1 in the particle-by-particle pulse shown in Fig. 35 is 1.2 volts. At this time, referring to Table 1, when the level I is 1.2 volts, the diameter r of the particles P1 in the second channel is 0.3 mu m. In other words,
0.3 ← f(1.2)0.3? F (1.2)
이 된다..
제220 단계 후에, 카운팅부(165)는 입자 크기 결정부(163)에서 결정된 입자별 펄스에서 각 펄스에 대응하는 입자의 크기(r)를 이용하여, 복수의 채널별 입자의 개수(NBi)를 카운팅한다(제230 단계). 일 실시 예에 의하면, 카운팅부(165)는 복수의 채널별 입자의 개수를 아래와 같이 카운팅할 수 있다.After
ri ← r(chi) < r < r(chi+1)r? r (chi) <r <r (chi + 1)
여기서, r은 함수(f(PA))를 이용하여 제220 단계에서 결정된 입자의 크기를 나타내고, r(chi+1)는 제i+1 채널에 대해 사전에 결정된 입자의 크기를 나타내고, r(chi)는 제i 채널에 대해 사전에 결정된 입자의 크기를 나타낸다.Where r represents the size of the particle determined in
예를 들어, 전술한 바와 같이 제220 단계에서 입자(P1)의 크기(r)가 0.3㎛로 결정된 경우, r인 0.3㎛는 r(ch1)인 0.15보다 크고, r(ch3)인 0.5보다 작으므로 입자의 개수(NB2)를 업 카운팅한다. 이때, ri는 제2 채널(ch2)의 대표값(r2)인 0.35㎛가 된다.For example, when the size r of the particles P1 is determined to be 0.3 占 퐉 in
신호 처리부(150)로부터 정보 분석부(160)로 제공된 입자별 펄스에 포함된 모든 펄스에 대해 제210 내지 제230 단계를 수행한 이후, 유량 산출부(167)는 입력단자 IN3을 통해 들어온 입자별 펄스를 이용하여 공기의 유량(F)을 산출한다(제240 단계). 예를 들어, 유량 산출부(167)는 n개의 채널 중 임의의 채널에 속하는 펄스의 폭(T)을 이용하여 공기의 유량을 다음 수학식 3과 같이 구할 수 있다.After performing
여기서, a와 b는 사전에 구해진 변수들을 나타낸다.Here, a and b represent pre-determined variables.
일 례로서, a와 b를 사전에 구하는 방법에 대해 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.As an example, a method of obtaining a and b in advance will be briefly described as follows.
챔버 내에 입자 센싱 장치와 동일한 환경을 조성한 후, 입자 농도 계측기를 통해 입자의 농도를 측정하고, 측정된 입자의 농도를 다음 수학식 4의 PM 식에 대입하고, 폭(T)을 변화시켜가면서 역산함으로써, a와 b를 구할 수 있다.The concentration of the particles is measured through a particle concentration meter, the concentration of the measured particles is substituted into the PM equation of the following formula (4), and the inversion , A and b can be obtained.
이때, 실제 측정된 PM 값을 y축으로 하고, a와 b를 수학식 4의 PM 식에 대입하여 얻어진 값을 x축으로 하여, 그래프를 그리면서 a와 b를 구할 수 있다.In this case, a and b can be obtained by plotting a graph obtained by substituting a measured PM value into the y-axis and a and b with the PM equation of Equation (4) as the x axis.
전술한 임의의 채널에 속하는 펄스의 폭은 복수 개일 수 있다. 이때, 실시 예에 의하면, 임의의 채널에 속하는 복수의 펄스 폭의 평균값 또는 중간값을 수학식 3에 대입할 폭(T)으로서 결정할 수 있다.The width of the pulse belonging to any of the channels described above may be plural. At this time, according to the embodiment, it is possible to determine an average value or an intermediate value of a plurality of pulse widths belonging to an arbitrary channel as a width T to be substituted into the equation (3).
또한, 수학식 4에 대입할 펄스의 폭(T)은 다양한 방법으로 계산(또는, 결정)될 수 있다. 예를 들어, 폭(T)은 펄스의 중간값 폭(FWHM:Full Width Half Maximum) 또는 로오렌쯔형(Lorentzian) 곡선 피팅(fitting)법에 의해 계산될 수 있다. 특히, 입력단자 IN3을 통해 쌍봉우리 형상을 갖는 펄스가 들어올 수도 있다. 이는, 전술한 바와 같이 산란부(SS)에 들어온 복수의 입자에 의해 광이 산란되어 복수의 펄스가 겹쳐진 결과이다. 이와 같이 복수의 펄스가 겹쳐질 경우, 서로의 파형에 영향을 미쳐 펄스의 레벨의 세기나 폭을 정확히 알기 어려울 수 있다. 따라서, 실시 예에 의하면, 복수의 파형을 분리하여 펄스의 레벨의 세기나 폭을 정확히 측정하도록 하기 때문에, 추후 입자의 농도를 정확히 도출하도록 한다. 예를 들어, 로오렌쯔형 곡선 피팅법에 의해 복수의 파형을 분리할 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.Further, the width T of the pulse to be substituted into the equation (4) can be calculated (or determined) in various ways. For example, the width T can be calculated by a full width half maximum (FWHM) or a Lorentzian curve fitting method of a pulse. In particular, a pulse having a bimodal shape may be input through the input terminal IN3. This is a result that light is scattered by a plurality of particles entering the scattering unit SS and a plurality of pulses are overlapped as described above. When a plurality of pulses are overlapped in this way, they may affect each other's waveform, and it may be difficult to accurately know the strength or width of the level of the pulse. Therefore, according to the embodiment, since the intensity and the width of the pulse level can be measured accurately by separating a plurality of waveforms, the concentration of the particles can be accurately derived. For example, a plurality of waveforms can be separated by the Lorenz-type curve fitting method, but the embodiments are not limited thereto.
실시 예에 의하면, 임의의 채널은 입자별 펄스가 가질 수 있는 가장 작은 레벨의 세기에 해당하는 제1 채널(ch1)과 가장 큰 레벨의 세기에 해당하는 제n 채널(chn)을 제외한 제2 내지 제n-1 채널(ch2 내지 chn -1) 중 하나일 수 있다. 왜냐하면, 최초 채널(ch1)이나 마지막 채널(chn)을 선택하면 유량(F)의 정확도가 저하될 수 있기 때문이다.According to the embodiment, an arbitrary channel includes a first channel (ch 1 ) corresponding to the smallest level intensity that the particle-specific pulse can have, and an n-th channel (ch n ) 2 to an (n-1) th channel (ch 2 to ch n -1 ). This is because, if the first channel (ch 1 ) or the last channel (ch n ) is selected, the accuracy of the flow rate F may be lowered.
제240 단계 후에, 농도 계산부(169)는 카운팅부(165)에서 카운팅된 입자의 개수(NB1 내지 NBn), 채널 구분부(161)에 저장된 복수의 채널 각각에 할당된 입자의 크기의 대표값(ri), 사전에 저장된 입자의 밀도(ρ) 및 유량 산출부(167)에서 산출된 유량(F)을 전술한 수학식 2에 대입하여, 입자의 농도(PM)를 계산하고, 계산된 입자의 농도(PM)를 출력단자 OUT2를 통해 출력한다(제250 단계).After
다시, 도 1을 참조하면, 전력 공급부(152)는 정보 분석부(160)의 제어 하에, 광원부(112)와 팬(180)에 전력을 공급하는 역할을 한다. 실시 예에 의하면, 입자 센싱 장치(100)는 일정한 입사광 주파수에 대응하는 입력 신호만 선택적으로 증폭할 수도 있다. 이를 위해, Lock-In-Amp 방식을 이용할 수 있다. 즉, 정보 분석부(160)는 전력 공급부(152)를 제어하여 발광부(110)의 광원부(112)를 소정 주파수로 턴 온시켜, 발광부(112)로부터 방출되는 광을 변조시킬 수 있다.Referring again to FIG. 1, the
또한, 통신부(154)는 정보 분석부(160)의 제어 하에, 외부와 통신하여 정보를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, 정보 분석부(160)에서 산출한 입자의 농도는 출력단자 OUT2를 통해 출력할 수도 있고, 통신부(154)를 통해 외부로 전송될 수도 있다. 또한, 채널 구분부(161)에 저장되는 전술한 표 1과 같은 데이터는 입자 센싱 장치(100)가 사용되는 환경에 따라 변경할 필요성이 대두될 때도 있다. 이때, 정보 분석부(160)는 통신부(154)를 통해 외부로부터 표 1의 데이터를 전송받아, 채널 구분부(161)에 저장할 수도 있다. 또한, 통신부(154)는 정보 분석부(160)와 외부를 인터페이스시키는 역할을 수행할 수도 있다.The
전술한 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100, 100A 내지 100D)는 다음과 같은 효과를 갖는다.The
일반적으로 입자 센싱 장치는 다음 수학식 5를 이용하여 입자의 농도(PM')를 측정한다.In general, the particle sensing apparatus measures the concentration (PM ') of a particle using the following equation (5).
여기서, F'는 공기유량으로서, 다음 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.Here, F 'is an air flow rate, and can be expressed by the following equation (6).
전술한 수학식 6에서, 유속은 고정값이다. 따라서, 일반적인 입자 센싱 장치 주변의 유속이 변할 경우, 입자 센싱 장치에서 측정되는 입자의 농도는 에러를 가질 수 밖에 없다.In Equation (6), the flow rate is a fixed value. Therefore, when the flow rate around a general particle sensing apparatus changes, the concentration of the particles measured by the particle sensing apparatus can not be corrected.
반면에, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)는 수학식 6의 유속을 간접적으로 측정하여 추정함으로써 수학식 2의 계산식에 의해 유속의 변화를 보정하여 도 37에 도시된 바와 같은 방법으로 팬(180)의 도움 없이 입자의 농도를 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 입자 센싱 장치(100)는 주변의 바람의 영향을 작게 받으므로, 일정 범위 내의 어떤 유속에서도 입자의 농도를 정확하게 측정할 수 있다.On the other hand, the
또한, 입자 센싱 장치(100)는 팬(180)을 마련하여, 유로 입구부(FI)로 유입된 공기가 산란부(SS)를 거쳐서 유로 출구부(FO)로 유동하도록 공기의 흐름을 유도시킨다. 따라서, 공기에 포함된 많은 입자(P)가 유로부(120)로 유입되어 센싱될 수 있어, 입자(P)의 센싱 능력이 개선될 수 있다. 이러한 팬(180)은 수학식 5 및 6에서와 같은 방법으로 입자의 농도를 계산할 때 필요할 수도 있다.The
그러나, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)는 히터(미도시)나 팬(180)의 도움없이 입자의 농도를 정확히 계산할 수 있다. 이와 같이, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)는 팬(180)을 요구하지 않는다. 따라서, 실시 예에 의한 으므로 저렴한 비용으로 제조되어 가격 경쟁력을 가질 수 있고, 팬(180)에 의해 야기되는 소음이 발생되지 않고, 팬(180)의 노화 등으로 인해 입자의 농도의 측정 정확도가 저하되는 기존의 문제점이 해소되어 장기적 신뢰성을 가질 수 있고, 팬(180)의 구동에 의한 전기적인 잡음이 발생하지 않는다. 또한, 유속에 영향을 받지 않는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)의 설치 자유도가 향상될 수 있다.However, the
전술한 실시 예에 의한 입자 센싱 장치는, 가전용 및 산업용 공기청정기, 공기정화기, 공기 세정기, 공기 냉각기, 에어컨에 적용될 수도 있고, 빌딩용 공기 질 운영 시스템(Air Quality management system), 차량용 실내/외 공조 시스템 또는 차량용 실내 공기질 측정 장치에 적용될 수 있다. 그러나, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100, 100A 내지 100D)는 이러한 례에 국한되지 않고 다양한 분야에 적용될 수 있음은 물론이다.The particle sensing apparatus according to the above embodiments can be applied to home and industrial air cleaners, air purifiers, air cleaners, air coolers, air conditioners, air quality management systems for buildings, It can be applied to an air conditioning system or an indoor air quality measurement apparatus for a vehicle. However, it is needless to say that the
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
100, 100A 내지 100D: 입자 센싱 장치
110, 110A, 110B: 발광부
120, 120A, 120B, 120C: 유로부
130, 130A, 130B: 수광부
140: 광 흡수부
150: 신호 처리부
152: 전력 공급부
154: 통신부
160: 정보 분석부
170: 하우징100, 100A to 100D:
120, 120A, 120B, 120C: a
140: light absorbing part 150: signal processing part
152: power supply unit 154:
160: information analysis unit 170: housing
Claims (12)
상기 발광부 아래에서 상기 발광부의 광축과 교차하는 제1 방향으로 배치되며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 유로부;
상기 유로부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 유로부를 유동하는 각 입자마다 산란된 광을 입사하는 수광부;
상기 입자별로 신란된 광의 전기적 신호를 상기 수광부로부터 수신하여 처리하고, 신호 처리된 결과를 입자별 펄스로서 출력하는 신호 처리부; 및
상기 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기를 복수 개의 채널로 구분하고, 상기 공기의 유량과, 상기 입자의 밀도와, 채널별 상기 입자의 개수 및 입자의 크기를 이용하여 상기 입자의 농도를 아래와 같이 구하는 정보 분석부를 포함하는 입자 센싱 장치.
(여기서, PM은 상기 입자의 농도를 나타내고, i는 채널 번호를 나타내고, n은 채널의 총 개수로서 2이상의 양의 정수를 나타내고, NPi는 제i 채널에 속하는 크기를 갖는 입자의 개수를 나타내고, Vi는 상기 입자의 부피를 나타내고, ρ는 상기 입자의 밀도를 나타내고, F는 상기 공기의 유량을 나타내고, ri는 제i 채널에 속하는 상기 입자의 크기를 나타낸다.)A light emitting portion for emitting light;
A flow path disposed below the light emitting part in a first direction intersecting the optical axis of the light emitting part and through which air including particles flows;
A light receiving portion disposed on the optical axis below the flow path portion and adapted to inject scattered light for each particle flowing in the flow path portion;
A signal processing unit for receiving and processing an electric signal of light emitted by the particle from the light receiving unit and outputting the signal processed result as a particle-specific pulse; And
Wherein the intensity of the level that the particle-specific pulse can have is divided into a plurality of channels, and the concentration of the particles is determined by using the flow rate of the air, the density of the particles, And an information analyzing section for acquiring the information.
(Where PM denotes the concentration of the particles, i denotes a channel number, n denotes a total number of channels, a positive integer of 2 or more, NP i denotes the number of particles belonging to the i-th channel , V i represents the volume of the particle, p represents the density of the particle, F represents the flow rate of the air, and r i represents the size of the particle belonging to the i-th channel.
상기 정보 분석부는 상기 전력 공급부를 제어하여 상기 발광부를 소정 주파수로 턴 온시켜, 상기 발광부로부터 방출되는 광을 변조시키는 입자 센싱 장치.The apparatus according to claim 1, further comprising a power supply unit for supplying power to the light emitting unit under the control of the information analysis unit,
Wherein the information analyzing unit controls the power supply unit to turn on the light emitting unit at a predetermined frequency to modulate light emitted from the light emitting unit.
상기 수광부로부터 수신한 전류 형태의 전기적 신호를 전압 형태로 변환하고, 변환된 결과의 고역 성분을 필터링한 후 1차로 증폭하는 전처리부; 및
상기 전처리부로부터 출력되는 신호의 고역 성분을 필터링한 후 2차로 증폭하여 상기 입자별 펄스로서 출력하는 후처리부를 포함하는 입자 센싱 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the signal processing unit
A preprocessing unit for converting the electrical signal of the current type received from the light receiving unit into a voltage form, filtering the high-frequency components of the converted result, and firstly amplifying the filtered high-frequency components; And
And a post-processing unit for filtering the high-frequency components of the signal output from the preprocessing unit and then amplifying the high-frequency components of the signal by a second order and outputting the amplified signal as the particle-by-particle pulse.
상기 수광부로부터 출력되는 전류 형태의 전기적 신호를 전압 형태로 변환하는 전류/전압 변환부;
상기 전압 형태로 변환된 신호의 고역 성분을 필터링하는 제1 고역 통과 필터; 및
상기 제1 고역 통과 필터의 출력을 증폭하는 제1 증폭부를 포함하는 입자 센싱 장치.4. The apparatus of claim 3, wherein the pre-
A current / voltage converting unit for converting an electric signal of a current type outputted from the light receiving unit into a voltage form;
A first high pass filter for filtering high frequency components of the signal converted into the voltage form; And
And a first amplifier for amplifying the output of the first high pass filter.
상기 제1 증폭부에서 증폭된 결과의 고역 성분을 필터링하는 제2 고역 통과 필터; 및
상기 제2 고역 통과 필터의 출력을 증폭하는 제2 증폭부를 포함하는 입자 센싱 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the post-processing unit
A second high pass filter for filtering the high frequency component of the result amplified by the first amplifier; And
And a second amplifier for amplifying an output of the second high-pass filter.
아날로그 형태의 입자별 펄스를 디지털 형태로 변환하여 상기 정보 분석부로 출력하는 아날로그/디지털 변환기를 포함하는 입자 센싱 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the signal processing unit
And an analog-to-digital converter for converting an analog type particle-by-particle pulse into a digital form and outputting it to the information analysis unit.
상기 신호 처리부로부터 출력되는 상기 입자별 펄스가 가질 수 있는 레벨의 세기를 제1 내지 제n 채널로 구분하는 채널 구분부;
상기 신호 처리부로부터 출력되는 상기 입자별 펄스에서 펄스 각각에 대응하는 상기 입자의 크기를 결정하는 입자 크기 결정부;
상기 입자 크기 결정부에서 결정된 상기 입자별 펄스에서 펄스 각각에 대응하는 상기 입자의 크기를 이용하여, 복수의 채널별 상기 입자의 개수를 카운팅하는 카운팅부;
상기 공기의 유량을 산출하는 유량 산출부; 및
상기 카운팅된 상기 입자의 개수, 상기 복수의 채널 각각에 할당된 상기 입자의 크기의 대표값(ri), 상기 입자의 밀도(ρ) 및 상기 유량을 이용하여, 상기 입자의 농도를 계산하는 농도 계산부를 포함하는 입자 센싱 장치.The apparatus of claim 1, wherein the information analysis unit
A channel classifying unit for classifying intensity levels of the particles-specific pulses output from the signal processing unit into first through n-th channels;
A particle size determination unit that determines a size of the particle corresponding to each pulse in the particle-specific pulse output from the signal processing unit;
A counting unit for counting the number of particles for each of a plurality of channels by using the size of the particles corresponding to each pulse in the particle-by-particle pulses determined by the particle size determining unit;
A flow rate calculation unit for calculating a flow rate of the air; And
Calculating a concentration of the particles by using the number of the counted particles, a representative value (r i ) of the particle size assigned to each of the plurality of channels, a density (?) Of the particles, And a calculation unit.
r ← f(PA)
(여기서, PA는 상기 입자별 펄스에서 각 펄스의 최대 세기를 나타내고, r은 상기 입자별 펄스에서 펄스 각각에 대응하는 상기 입자의 크기를 나타낸다.)8. The particle sensing apparatus of claim 7, wherein the particle size determining unit determines the size of the particle using a function as described below.
r? f (PA)
(Where PA represents the maximum intensity of each pulse in the particle-specific pulse and r represents the size of the particle corresponding to each pulse in the particle-by-particle pulse).
ri ← r(chi) < r < r(chi+1)
(여기서, r은 상기 함수를 이용하여 결정된 상기 입자의 크기를 나타내고, r(chi+1)는 제i+1 채널에 대해 사전에 결정된 입자의 크기를 나타내고, r(chi)는 제i 채널에 대해 사전에 결정된 입자의 크기를 나타낸다.)9. The particle sensing apparatus of claim 8, wherein the counting unit counts the number of particles per a plurality of channels as follows.
r i? r (ch i ) <r <r (ch i + 1 )
Wherein r represents the size of the particle determined using the function, r (ch i + 1 ) represents a predetermined particle size for the i + 1 th channel, and r (ch i ) Indicates the size of the particle determined beforehand for the channel.)
n개의 채널 중 임의의 채널에 속하는 펄스의 폭을 이용하여 상기 공기의 유량을 아래와 같이 구하는 입자 센싱 장치.
(여기서, T는 상기 임의의 채널에 대응하는 펄스의 폭을 나타내고, a와 b는 사전에 구해진 변수들을 나타낸다.)The apparatus according to claim 7, wherein the flow rate calculator
wherein a width of the pulse belonging to an arbitrary channel among the n channels is used to obtain the flow rate of the air as follows.
(Where T represents the width of the pulse corresponding to the arbitrary channel, and a and b represent pre-determined variables).
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KR1020170044750A KR20180113341A (en) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | Apparatus for sensing particle |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102311299B1 (en) * | 2020-04-28 | 2021-10-13 | 주식회사 원진일렉트로닉스 | Apparatus and method for measuring fine dust in consideration of optical properties of construction |
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- 2017-04-06 KR KR1020170044750A patent/KR20180113341A/en unknown
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