KR20200058318A - 멀티모달 더스트 센서 - Google Patents
멀티모달 더스트 센서 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200058318A KR20200058318A KR1020190148906A KR20190148906A KR20200058318A KR 20200058318 A KR20200058318 A KR 20200058318A KR 1020190148906 A KR1020190148906 A KR 1020190148906A KR 20190148906 A KR20190148906 A KR 20190148906A KR 20200058318 A KR20200058318 A KR 20200058318A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- array
- dust
- multimodal
- fluorescence
- dust sensor
- Prior art date
Links
- 239000000428 dust Substances 0.000 title claims abstract description 148
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 136
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 93
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 69
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 11
- 102000011782 Keratins Human genes 0.000 description 9
- 108010076876 Keratins Proteins 0.000 description 9
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 9
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 241001274197 Scatophagus argus Species 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N L-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N 0.000 description 2
- 241001417524 Pomacanthidae Species 0.000 description 2
- 241000182507 Solanum angustifolium Species 0.000 description 2
- 241000207777 Solanum palustre Species 0.000 description 2
- QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N Tryptophan Natural products C1=CC=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 239000013566 allergen Substances 0.000 description 1
- 230000002009 allergenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000172 allergic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007815 allergy Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 208000010668 atopic eczema Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000003352 fibrogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000002538 fungal effect Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000000622 irritating effect Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000011146 organic particle Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 208000008128 pulmonary tuberculosis Diseases 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
- G01N15/1456—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
- G01N15/1459—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
- G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
- G01N15/1434—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers using an analyser being characterised by its optical arrangement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J2003/1213—Filters in general, e.g. dichroic, band
-
- G01N15/075—
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
- G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
-
- G01N2015/1027—
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
- G01N15/1434—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers using an analyser being characterised by its optical arrangement
- G01N2015/1454—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers using an analyser being characterised by its optical arrangement using phase shift or interference, e.g. for improving contrast
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/60—Specific applications or type of materials
- G01N2223/651—Specific applications or type of materials dust
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
다양한 실시예들은 먼지 농도 측정 및 먼지 조성 및 입자 크기 결정에 관한 것이다. 멀티모달 더스트 센서는 먼지 입자의 농도, 크기 및 발생원을 실시간으로 동시에 결정할 수 있다. 멀티모달 더스트 센서의 단일 측정 채널의 동작 방법은 레이저 방사선을 콜리메이팅하는 동작; 레이저 방사선을 2개의 빔(예: 제1 빔 및 제2 빔)으로 분할하는 동작; 및 프로브 볼륨을 형성하도록 제1 빔을 포커싱하는 동작을 포함하며, 프로브 볼륨에 들어가는 먼지 입자는, a) 제1 빔을 산란시켜, 호모다인 동작 모드를 제공하거나, 및/또는 b) 형광을 발하여, 형광 동작 모드를 제공할 수 있다. 여기서, 호모다인 동작 모드에서 제2 빔과 산란된 제1 빔은 조합되고, 조합된 방사선은 도플러 효과를 등록하는 광 검출기 상에 떨어지고, 형광 동작 모드에서 형광은 형광을 등록하는 광 검출기 상에 떨어진다.
Description
본 개시의 다양한 실시예들은 먼지 농도 측정(dust concentration measurement) 및 먼지 구성(dust composition) 및 입자 크기 결정(particle size determination)에 관하여 개시한다.
현재까지, 기상 관측소, 공기 청정기, 또는 더스트 센서가 장착된 에어컨 등과 같은 다양한 먼지 검출 장치가 개발되었다. 그러나, 기상 관측소 장비는 크고 비싸고 정교하며 전문가만이 사용할 수 있다. 현재, 공기실 및 필터 계량(filter weighing) 기능이 있는 실험실 테스트 장비는 전문 안전 전문가를 위한 최고의 표준이지만, 복잡한 샘플링 및 측정 프로세스를 필요로 하며, 더욱이, 이러한 장비는 비싸고 번거롭다. 공기 청정기 및 에어컨과 같은 먼지 제거 기능이 있는 일반 소비자 전자 제품은 일반적으로 5cm x 3cm x 2cm 크기의 광학 LED 센서를 사용하지만, 이러한 장치는 큰 농도의 먼지만을 측정할 수 있으며, 먼지를 크기별로 분획(fraction)으로 분리할 수 없으며, 먼지 발생원(dust origin)을 결정할 수 없다.
US 7038189 B2(공개일: 2006년 5월 2일)는 이러한 광전자 더스트 센서가 설치되는 광전자 더스트 센서 및 에어컨을 개시한다. 이러한 타입의 광전자 더스트 센서는 에어 필터, 에어 스크러버(air scrubber), 에어 쿨러(air cooler), 및 에어컨 장비 내에서 순환하는 먼지 및/또는 연기의 존재, 부재 및/또는 농도를 검출하는 다른 유사한 에어컨 장치에 사용된다. 먼지 및/또는 연기가 있는 경우에, 발광 유닛으로부터의 광의 일부가 먼지 및/또는 연기에 의해 반사될 것이기 때문에, 수광 유닛(light-receiving unit)에서 수신되는 광의 양은 증가할 것이다. 종래 기술은 다음과 같은 단점을 갖는다: 이는 폐쇄된 테스트 챔버(test chamber)에서만 사용될 수 있고, 동작을 위한 공기 흐름을 필요로 하고; 이러한 장치는 스마트 폰에 내장할 수 없고, 입자 크기를 구별할 수 없으며, 먼지 발생원에 대한 정보를 제공하지 않는다.
US 9857287 B2(공개일 02.01.29018)는 미립자 센서 장치를 개시한다. 광 방출기 장치는 VCSEL 레이저를 포함한다. 입자 센서는 레이저에서의 자가 혼합 간섭 효과(self-mixing interference effect)에 의해 방출된 광학 방사선 및/또는 산란된 광학 방사선을 분석한다.
다시 말하면, 예를 들어 통합된 광 다이오드에 의해 감지될 수 있는 자가 혼합 간섭 효과는 입자로부터 산란된 광을 검출하는 데 사용된다. 종래 기술의 단점은 먼지 발생원 정보가 제공되지 않는다는 것이다.
다양한 실시예와 밀접하게 관련된 종래 기술은 US 2014/0226158 A1(공개일: 14.08.2014)에 개시되어 있다. 이 특허는 입자 특성을 결정하는 방법 및 장치를 개시한다. 장치는 하나 이상의 입자를 조명하는 조명 수단; 하나 이상의 입자로부터 산란된 광을 검출하는 검출 수단; 및 조명 수단으로부터 검출 수단으로 광을 지향시키는 반사기를 포함하는데, 반사기로부터 반사된 광은 하나 이상의 입자로부터 산란된 광과 조합되어 광 간섭 신호를 생성한다. 종래 기술의 단점은 먼지 발생원을 결정하고 입자의 농도를 측정할 수 없다는 것을 포함한다. 더욱이, 이 특허에서, 테스트는 자유 공간이 아닌 챔버에서 수행되며, 즉 공기가 자유 공간으로부터 테스트 챔버로 펌핑(pumping)된다.
US 9488575 B2(공개일: 08.11.2016)는 기존의 더스트 센서를 재조정하여 모바일 장치에 적용한다. 모바일 장치는 모바일 장치가 흔들리는 것에 응답하여 공기가 흐르는 공기 흐름 경로를 갖는 하우징을 포함한다. 장치는 관성 센서, 공기 흐름 경로를 광으로 조사하여 공기 흐름 경로를 통해 흐르는 공기 내의 입자상 물질(particulate matter)을 검출하도록 구성된 광 산란형 센서, 및 광 산란형 센서에 의해 검출된 입자상 물질을 카운트하도록 구성된 카운터, 및 관성 센서의 검출 신호에 기초하여 공기 흐름 경로를 통과하는 공기의 공기 유량(air flow rate)을 검출하도록 구성된 유량 계산기를 포함하는 제어기를 더 포함한다. 종래 기술의 단점은 입자 크기 추정 및 먼지 발생원 정보의 부재를 포함한다.
기존의 먼지 검출 장치는 대부분 너무 번거롭고, 스마트 폰과 같은 소형 모바일 장치에 내장될 수 없으며; 더욱이, 종래의 먼지 검출 장치는 정보를 거의 획득하지 못한다.
더욱이, 기존의 장치의 먼지 검출 범위는 먼지 입자의 농도, 크기 또는 발생원 중 하나의 능력만으로 제한된다. 더욱이, 종래 장치의 더스트 센서는 분석 장치를 통해 주변 공기의 샘플을 펌핑하는 것을 필요로 하는 모드에서 동작한다.
다양한 실시예들은 광학 요소 어레이의 사용을 통해 측정이 다수의 지점에서 수행된다는 사실 때문에 장치의 높은 감도를 보장할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 센서의 광학 회로의 측정 채널에서 동시에 구현된 형광 모드(fluorescent mode) 및 호모다인 모드(homodyne mode)는 입자의 크기, 농도 및 발생원에 관한 정보를 동시에 획득하도록 할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 멀티모달 더스트 센서(multimodal dust sensor)는, 레이저(lasers)의 어레이; 각각의 레이저 뒤에 각각의 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)가 배치되는 콜리메이팅 렌즈의 어레이; 각각의 콜리메이팅 렌즈에 대향하여(opposite) 각각의 포커싱 렌즈(focusing lens)가 배치되는 포커싱 렌즈의 어레이; 제1 광 검출기(photodetectors)의 어레이; 각각의 다이크로익 미러(dichroic mirror) 다음에는 상기 제1 광 검출기의 어레이 중 하나의 광 검출기가 뒤따르는 다이크로익 미러의 어레이; 제2 광 검출기의 어레이; 각각의 다이크로익 필터(dichroic filter) 다음에는 상기 제2 광 검출기의 어레이 중 하나의 광 검출기가 뒤따르는 다이크로익 필터의 어레이; 및 상기 다이크로익 필터의 어레이와 다이크로익 미러 사이 및 제1 광학 축(optical axis)의 어레이 및 제2 광학 축의 어레이의 광학 축의 교차점(intersection points)에서의 포커싱 렌즈 및 콜리메이팅 렌즈의 어레이 사이에 배치되는 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 각각의 다이크로익 필터는 각각의 다이크로익 미러에 대향하여 배치되고, 상기 각각의 다이크로익 필터는 상기 제2 광 검출기의 어레이의 광 검출기, 다이크로익 미러, 및 상기 제1 광 검출기의 어레이의 광 검출기의 각각의 요소를 포함하고, 각각의 요소는 동일한 광학 축 상에 배치되고, 상기 축이 제2 광학 축의 어레이를 형성할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 광학 축의 어레이 및 상기 제2 광학 축의 어레이의 광학 축은 서로 직교(perpendicular)할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 각각의 포커싱 및 콜리메이팅 렌즈를 갖는 레이저의 어레이로부터의 각각의 레이저는 동일한 광학 축 상에 배치되고, 레이저의 어레이와 상이한 레이저에 대한 광학 축은 서로 평행(parallel)하고, 제1 광학 축의 어레이를 형성할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 빔 스플리터는 레이저로부터 포커싱 렌즈로 제1 광학 축의 어레이의 광학 축을 따라 전파(propagating)되는 방사선이 다이크로익 필터 중 하나를 향하여 제2 광학 축의 어레이의 광학 축의 하나를 따라 부분적으로 지향되도록 배향(oriented)될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 포커싱 렌즈로부터 콜리메이팅 렌즈로 반대 방향(opposite direction)의 제2 광학 축의 어레이의 광학 축을 따라 전파되는 방사선은 다이크로익 미러를 향하여 제2 광학 축의 어레이의 각각의 광학 축을 따라 부분적으로 지향되며, 상기 빔 스플리터 상에 위치된 지점에서 교차하는 제1 및 제2 광학 축의 어레이로부터의 광학 축의 각각의 쌍은 측정 채널을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따라, 레이저의 어레이는 동일한 파장(same wavelength)에서 동작하는 레이저로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 레이저의 어레이는 상이한 파장(different wavelengths)에서 동작하는 레이저로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 광 검출기는 조합된 산란(scattered) 및 레이저 방사선(laser radiation)만을 등록하고, 다이크로익 미러는 레이저 방사선을 반사하고, 다이크로익 필터는 조합된 산란 및 레이저 방사선을 투과(transmits)시킨다. 일 실시예에 따라, 제2 광 검출기는 형광(fluorescent light)만을 등록하고, 다이크로익 미러는 형광을 투과시키고, 레이저 방사선을 반사하며, 다이크로익 필터는 형광을 반사한다.
일 실시예에 따라, 포커싱 렌즈는 액정(liquid crystal)일 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 멀티모달 더스트 센서의 단일 측정 채널의 동작 방법은, 레이저 방사선(laser radiation)을 콜리메이팅(collimating)하는 동작; 레이저 방사선을 제1 빔(beam) 및 제2 빔의 2개의 빔으로 분할(splitting)하는 동작; 및 프로브 볼륨(probe volume)을 형성하도록 제1 빔을 포커싱(focusing)하는 동작을 포함하고, 프로브 볼륨에 들어가는 먼지 입자(dust particle)는, 상기 제1 빔을 산란(scatters)시켜, 호모다인 동작 모드(homodyne mode of operation)를 제공하고, 및/또는 형광(fluorescent light)을 발하여(fluoresces), 형광 동작 모드(fluorescent mode of operation)를 제공하며, 상기 호모다인 동작 모드에서, 제2 빔과 산란된 제1 빔은 조합되고; 조합된 방사선은 도플러 효과(Doppler effect)를 등록하는 광 검출기 상에 떨어지고, 상기 형광 동작 모드에서, 상기 형광은 형광을 등록하는 광 검출기 상에 떨어진다.
일 실시예에 따라, 호모다인 채널(homodyne channel)의 신호는, 진폭이 입자 크기에 따라 다르고, 지속 시간(예: 프로브 볼륨을 통한 입자의 비행 시간(time of flight)) 및 신호의 변조 주파수가 입자의 속도에 따라 다를 수 있다. 일 실시예에 따라, 형광 채널(fluorescent channel)의 신호는, 진폭이 입자 발생원(주요 기여(main contribution))과 입자 크기(훨씬 덜 중요한 기여(much less significant contribution))에 따라 다르며, 신호의 지속 시간(예: 프로브 볼륨을 통한 입자의 비행 시간)이 입자의 속도에 따라 다를 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 멀티모달 더스트 센서에 따르면, 단일 먼지 입자를 포함하는 공기 중의 낮은 농도의 먼지 입자를 결정하고 먼지 입자의 농도, 크기 및 발생원을 동시에 검출할 때 높은 정확도를 보장할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 센서는, 예를 들어, 스마트 폰을 포함하는 모바일 장치에 내장하기에 적합한 콤팩트한 설계로 제공될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 더스트 센서 어플리케이션을 갖는 스마트 폰을 사용하여 대기 품질을 모니터링할 수 있다.
본 발명의 상술한 및 다른 특징 및 장점은 도면에 의해 예시된 다음의 설명에서 설명된다:
도 1은 멀티모달 더스트 센서의 개략도이다.
도 2는 먼지 입자가 들어가는 프로브 볼륨이다.
도 3은 프로브 볼륨에 들어간 입자로부터의 광 검출기에서의 신호이다.
도 4는 호모다인 모드에서 멀티모달 더스트 센서 채널의 동작을 도시한다.
도 5는 형광 및 호모다인 모드에서 멀티모달 더스트 센서의 단일 측정 채널의 동작을 도시한다.
도 6은 형광 모드에서 멀티모달 더스트 센서의 단일 형광 채널의 동작을 도시한다.
도 1은 멀티모달 더스트 센서의 개략도이다.
도 2는 먼지 입자가 들어가는 프로브 볼륨이다.
도 3은 프로브 볼륨에 들어간 입자로부터의 광 검출기에서의 신호이다.
도 4는 호모다인 모드에서 멀티모달 더스트 센서 채널의 동작을 도시한다.
도 5는 형광 및 호모다인 모드에서 멀티모달 더스트 센서의 단일 측정 채널의 동작을 도시한다.
도 6은 형광 모드에서 멀티모달 더스트 센서의 단일 형광 채널의 동작을 도시한다.
다양한 실시예들에서는, 먼지 입자의 농도, 크기 및 발생원을 실시간으로 동시에 결정할 수 있는 멀티모달 더스트 센서가 제공된다. 다양한 실시예들에 따른 센서는 0.3 mg/m3의 범위에서도 먼지 농도를 결정할 수 있으며, 또한 크기가 작다.
다양한 실시예들에서는, 단일 먼지 입자를 포함하는 공기 중의 낮은 농도의 먼지 입자를 결정하고 먼지 입자의 농도, 크기 및 발생원을 동시에 검출할 때 높은 정확도를 보장한다. 다양한 실시예들에 따른 센서는, 예를 들어, 스마트 폰을 포함하는 모바일 장치에 내장하기에 적합한 콤팩트한 설계를 갖는다. 다양한 실시예들에 따르면, 더스트 센서 어플리케이션을 갖는 스마트 폰을 사용하여 대기 품질이 모니터링될 수 있다.
다양한 실시예들에서는, 종래 기술에 비해, 측정 채널에서 다양한 프로브 볼륨의 생성으로 인한 먼지 입자의 더 높은 검출 감도를 제공하고, 형광 동작 모드(fluorescent mode of operation)를 이용하여 먼지 발생원을 결정하는 능력을 제공하며, 호모다인 동작 모드(homodyne mode)를 사용하여 입자 먼지 크기 및 농도를 결정하는 능력을 제공할 수 있다.
이러한 사실은 코를 통해 호흡하면서 체내에 들어가는 크기가 약 10 μm 이상인 입자가 주로 상부 호흡 기관에 유지되지만, 약 5-10 μm 미만의 입자는 폐로 침투한다는 것이다. 최대 2.5 μm의 입자는 폐결핵의 가스 교환에 참여할 수 있고, 발암성이 있기 때문에 건강에 특히 위험하며; 더욱이, 약 0.1 μm(약 100 nm) 미만의 입자는 세포막을 관통하여 혈류를 통해 신체의 다른 기관에 도달한다.
다양한 먼지 발생원이 알려져 있으며, 이는 생체의 특정 반응을 유발하고, 유기체와 상이한 제거 시간을 가질 수 있다. 먼지 입자는 섬유질(fibrogenic)이고, 유독(toxic)하고, 짜증나고(irritating), 알레르기(allergenic )를 일으키며, 발암성(carcinogenic)이 있고, 신체에 대한 방사성(radioactive )이 있다.
가장 건강에 해로운 미립자 물질은, 먼지, 꽃가루, 곰팡이와 같은 PM10(약 2.5-10 μm 크기의 입자)를 포함할 수 있다.
단기 표준(short-term standard)은 약 150 μg/m3이다. (현재 장기 표준(long-term standard)은 없음)
자동차 배기 가스, 발전소 배출, 산불, 농업 연소 및 일부 산업 공정을 포함한 모든 타입의 연소에서 생성된 유기 입자의 연소 생성물과 같은 PM2.5(<2.5 μm 크기의 입자)이다.
단기 표준(예: 일일 평균)은 공기 입방 미터당 약 35 마이크로그램(μg/m3)이며, 장기 표준(연간 평균)은 약 15 μg/m3이다. 단기 표준은 신체가 24 시간 내내 노출될 때 입자의 최대 허용 가능한 농도이다.
장기 표준은 최대 허용 가능한 연간 평균 입자 농도이다.
다양한 실시예들에 따른 멀티모달 더스트 센서는 PM10, PM2.5의 농도를 측정하고, 또한 단일 먼지 입자를 검출하며, 먼지 입자의 크기 및 발생원을 결정할 수 있다. 센서는 스마트 폰 및 가전 제품(진공 청정기, 에어컨, 공기 청정기 등)에 내장되어 개인 용도로 사용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 멀티모다 더스트 센서는 모래 폭풍, 산불 등과 같은 특정 기상 조건이 있는 영역에서 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어, 청소 품질, 알레르기 환자에 대한 공기 품질 등을 평가하기 위해 실내 공기 품질을 결정할 수 있다.
도 1은 멀티모달 더스트 센서의 개략도를 도시한다.
센서(예: 멀티모달 더스트 센서)는 단일 기판 상에 조립되거나 단일 프로세스로 제조된 레이저(lasers)의 어레이를 연속적으로 배열하며, 레이저 어레이는 콜리메이터 마이크로 렌즈(collimator microlenses)의 어레이, 빔 스플리터(beam splittera), 포커싱 마이크로 렌즈(focusing microlenses)의 어레이, 다이크로익 렌즈(dichroic lenses)의 어레이, 및 다이크로익 렌즈의 어레이 뒤에 배치된 광 검출기(photodetectors)의 어레이와 조합된다. 각각의 포커싱 마이크로 렌즈는 각각의 콜리메이터 마이크로 렌즈의 반대편에(opposite) 배치된다. 또한, 레이저, 콜리메이터 렌즈, 포커싱 렌즈는 제1 광학 축(optical axis)을 따라 배치된다. 다이크로익 미러(dichroic mirror) 및 그 뒤에 위치된 광 검출기, 다이크로익 필터(dichroic filter) 및 그 뒤에 위치된 광 검출기는 제2 광학 축을 따라 배치된다. 또한, 제1 및 제2 광학 축은 빔 스플리터 상에 위치된 지점에서 교차(intersect)하여 측정 채널(measurement channel)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 레이저 어레이, 콜리메이터 렌즈 어레이, 포커싱 렌즈 어레이, 각각의 광 검출기 어레이를 갖는 다이크로익 렌즈 어레이, 각각의 광 검출기 어레이를 갖는 다이크로익 필터 어레이를 사용하여, 개별적으로 서로 협력하여 작업할 수 있는 복수의 측정 채널(예: 호모다인 채널(homodyne channel), 형광 채널(fluorescent channel))이 형성될 수 있다.
포커싱 렌즈 어레이는 빔 스플리터를 통과한 레이저 방사선(laser radiation)의 제1 부분을 포커싱하고, 복수의 프로브 볼륨(probe volume)을 형성한다.
이와 관련하여, 프로브 볼륨은 레이저 방사선이 포커싱되는 공간이며, 따라서 산란(scattered) 및 형광(fluorescent light)의 강도가 이러한 공간에서 가장 높을 것이다. 실제로, 빔은 어떤 지점에 포커싱되지 않고, 포커싱 영역이 대략 평가된 크기가 약 5-10 μm이고, 포커싱 길이가 약 30-50 μm인 수축부(constriction)라는 것이 주목되어야 한다.
먼지 입자가 프로브 볼륨에 들어간다. 먼지 입자에 의해 산란된 방사선은 스플리터로 복귀되고, 이로부터 반사된 후, 다이크로익 필터를 통해 광 검출기에 들어간다. 빔 스플리터를 통과한 레이저 방사선의 제2 부분은 또한 광 검출기에 들어간다. 이 경우에, 도플러 효과(Doppler effect)는 움직이는 먼지 입자로부터 방사선의 산란을 유발하며, 이러한 효과는 호모다인 검출의 사용 때문에 등록될 수 있다.
레이저 방사선에 의해 유도된 먼지 입자의 형광은 스플리터로 복귀하고, 일부는 형광을 투과하지 않는 다이크로익 필터에 들어가고, 스플리터를 통과한 다이크로익 필터로부터 반사되고, 다이크로익 미러를 통과하여 형광을 등록하는 광 검출기에 들어간다.
각각의 프로브 볼륨은 자체 측정 채널에 상응하며, 별개로 및 개별적으로 분석될 수 있다. 즉, 독립적인 프로브 볼륨을 가진 독립적인 측정 채널(예: 호모다인 채널(homodyne channel), 형광 채널(fluorescent channel))이 형성될 수 있다. 레이저 어레이를 형성하는 레이저는 동일한 파장 및 상이한 파장 모두에서 동작할 수 있다. 각각의 특정 경우에 필요한 특정 파라미터를 가진 광학 요소를 사용하여 프로브 볼륨이 수정될 수 있다. 이는 레이저 파장의 변화를 통해 콜리메이팅 및 포커싱 렌즈(collimating and focusing lenses)의 파라미터를 변경함으로써 프로브 볼륨이 수정될 수 있다는 것을 의미한다.
도 2는 먼지 입자가 들어가는 프로브 볼륨을 도시한다.
도 2에서 볼 수 있듯이, 프로브 볼륨은 수축 형태의 공간이며, 프로브 볼륨에 들어가면, 먼지 입자가 포커싱된 빔으로 조사된다는 것이 명백하다. 즉, 입자로부터 산란된 방사선의 강도는 이러한 공간에서 가장 높을 것이다.
도 3은 광 전류의 호모다인 성분의 시간 의존성(time dependence)을 도시한다.
그래프는 프로브 볼륨에 들어간 상이한 크기(예: 10 μm, 2.5 μm, 1 μm)의 여러 입자로부터의 광 검출기 상의 신호를 도시한다. 후방 산란(backscattering)은 입자 크기에 의존한다는 것이 명백하다. 큰 입자는 더 많이 산란되고, 작은 입자는 더 적게 산란된다. 이는 입자 크기가 신호의 진폭(A)에 기초하여 추정될 수 있음을 의미한다. 다양한 실시예들에 따른 센서를 사용하면 각각의 먼지 입자의 크기를 개별적으로 결정할 수 있다.
입자 크기는 다음과 같은 수식 1에 의해 결정될 수 있다:
ihom은 광 검출기의 민감한 영역에서 기준 레이저 방사선과 산란된 레이저 방사선을 조합하여 발생하는 광 전류(photocurrent)의 호모다인 성분(homodyne component)을 나타낼 수 있다. 광 전류 성분 ihom는 2개의 파(wave)를 조합한 결과일 수 있다. 산란 물체(scattering object)가 소스를 향하거나 소스로부터 움직이는 경우에, 도플러 효과는 이러한 광 전류(Wd ≠ 0)에 기여할 수 있다. iLO는 기준 빔의 레이저 방사선에 상응하는 광 전류를 나타낼 수 있다. iscat는 산란된 빔의 레이저 방사선에 상응하는 광 전류를 나타낼 수 있다. Wd는 레이저 방사선의 도플러 주파수 시프트(Doppler frequency shift)(기준 방사선의 주파수와 움직이는 물체에 의해 산란된 방사선의 차이)를 나타낼 수 있다. t는 시간을 나타낼 수 있다. 
는 기준 및 산란된 빔의 진동의 위상 차를 나타낼 수 있다. 
는 기준 빔의 레이저 방사선의 진동의 위상을 나타낼 수 있다. 
는 산란된 빔의 레이저 방사선의 진동의 위상을 나타낼 수 있다.
수식 1에 의해, 레이저 방사선의 도플러 주파수 시프트 Wd가 결정된다
단위 볼륨당 입자의 수는 다음의 수식 2와 같이 입자의 농도와 관련이 있다. (입자는 구형인 것으로 가정된다).
Nv는 단위 볼륨당 입자의 수(1/m3)를 나타내고, ρ는 입자 밀도(kg/m3)를 나타내고, R은 입자 반경(m)을 나타내고, C는 입자의 농도(kg/m3)를 나타낼 수 있다.
단일 입자의 등록 및 입자의 속도의 측정은 수식 3과 같이 Nv를 결정할 수 있다.
N은 등록된 입자의 수를 나타내고, t는 측정 시간(s)을 나타내고, S는 프로브 볼륨의 유효 표면적(m2)(프로브 볼륨은 레이저 방사선이 포커싱되는 공간 영역임)을 나타내고, v는 방사선 주파수의 도플러 시프트의 측정으로부터 결정되는 입자 속도(m/s)를 나타낼 수 있다.
또한, 입자 속도(particle velocity)는 다음의 수식 4로부터 결정된다.
C는 광의 속도를 나타내고, WLO는 레이저 방사선 주파수를 나타낼 수 있다.
따라서, 수식 1로부터 Wd를 결정한 후, 수식 4로부터 입자 속도를 결정하면, 수식 2를 사용하여 프로브 볼륨의 입자의 농도가 결정될 수 있다.
도 4는 호모다인 모드에서 멀티모달 더스트 센서의 채널의 동작을 상세히 도시한다.
호모다인 수신(또는 수신 모드)은 2개의 전자기파(예: 기준(reference) 및 신호(signal))를 조합한 것에 기초한 코히런트 수신(coherent reception)이다. 헤테로다인 수신(heterodyne reception)과 달리, 두 전자기파는 모두 하나의 방사선 소스를 갖는다. 수식 1에서 알 수 있듯이, 호모다인 신호는 기준 및 산란파 
의 위상차에 의존하며, 따라서, 이 방법은 등록된 신호의 위상 복조를 위해 사용될 수 있다. 이는 방사선 주파수 도플러 시프트 Wd에 의존하는 호모다인 신호이고, 특히 이 방법은 다양한 실시예들에서 입자 속도를 결정하는데 사용된다. 또한, 호모다인 신호는 기준 방사선의 진폭에 비례하며, 이는 단일 입자에 의한 산란에 의해 작은 신호 유도의 증폭을 보장한다. 호모다인 모드는 다양한 실시예들에 따른 더스트 센서의 동작을 위한 핵심적인 필수 조건이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 방사선은 콜리메이팅 렌즈(1)에 의해 콜리메이팅되고, 콜리메이팅된 레이저 방사선은 방사선을 2개의 빔으로 분할하는 빔 스플리터(2)를 통과한다. 스플리터로부터 반사된 제2 기준 빔(3)은 다이크로익 미러 상에 떨어지고, 이로부터 반사되어 스플리터(2)를 통과하여, 다이크로익 필터를 통해 광 검출기(5) 상에 떨어진다.
먼지 입자가 프로브 볼륨에만 들어가면, 이는 또한 광(light)과 형광(fluoresce)을 산란시키지만, 프로브 볼륨에서보다 낮은 강도로 산란시키며, 즉 대부분의 방사선 에너지가 프로브 볼륨에 집중되기 때문에 이러한 입자로부터의 방사선의 기여는 무시될 수 있다.
분석중인 매체가 움직이는 입자의 집합(collection)인 경우, 다중 입자 산란의 문제가 발생하여 광 전류(photoelectric current)의 주파수 구조(frequency structure)에 기여하고(contributes), 측정 결과를 왜곡할 수 있다. 다양한 실시예들에 의해 수행된 연구는, 약 0.1 mm/s의 속도로 움직이는 PM2.5 입자의 경우, 단일 이벤트의 기여가 매우 큰 값인 약 수십 mg/m3의 농도까지의 주요한 것으로 나타났다. 일반적으로, 이러한 에러는 복구할 수 없지만, 이러한 센서의 사용이 비실용적인 매우 높은 농도의 먼지 입자에서 나타난다.
도플러 주파수 시프트에 의해 움직이는 입자를 검출하기 위해, 이러한 시프트를 등록할 필요가 있으며, 이것은 기준 주파수(reference frequency)에 따라 특정 시간을 필요로 한다. 광학 방사선(optical radiation)은 매우 높은 주파수를 가지므로, 이러한 시간 구간(time interval)은 모든 전자 등록 시스템에 대해 무한히 작은 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 특정 순간에, 방사선이 먼지 입자 상에 떨어지고, 광을 산란시켰을 때, 먼지 입자는 움직이는 것으로 간주될 수 있으며, 이는 도플러 효과를 제공한다.
도 4는 제1 빔이 포커싱 렌즈를 통과하여 먼지 입자와 상호 작용하는 것을 도시한다. 프로브 볼륨에 들어가는 각각의 먼지 입자는 그 위에 입사되는 방사선을 산란시킨다. 산란된 방사선(4)은 포커싱 렌즈를 통해 스플리터로 되돌아 가서, 스플리터로부터 반사되어, 제2 기준 빔과 조합한다.
두 파를 조합하는 경우, 조합이 발생하는 요소(예: 검출기)를 식별할 필요가 있다는 것이 주목되어야 한다. 주파수 시프트를 등록하기 위해, 기준 빔과 산란 빔(reference and scattered beams)이 광 검출기의 평면(plane)에 포커싱되어야 한다. 빔은 광 검출기 평면의 외부에서 어떤 식으로든 서로 상호 작용하지 않는다.
따라서, 2개의 조합된 빔은 다이크로익 필터를 통해 광 검출기(5)로 진행하며, 이는 도플러 효과로부터의 기여를 포함하는 광 전류 호모다인 성분을 등록한다. 다이크로익 필터는 레이저 파장에서 방사선을 투과시키고, 레이저 이외의 파장에서는 방사선을 투과시키지 않는다. 따라서, 광 검출기에 의해 등록된 광 전류는 3가지 성분, 예를 들면, 호모다인 광 전류(ihom), 기준 빔의 레이저 방사선에 상응하는 광 전류(iLO), 및 산란 빔의 레이저 방사선에 상응하는 광 전류(iscat)을 포함할 수 있다. 이러한 성분은 주파수가 다양하며, 이 경우에 수식 1에서 볼 수 있듯이 도플러 주파수 정보를 반송하는 ihom 성분이 유익하기 때문에, iLO 및 iscat 성분은 필터링될 수 있다. 이러한 성분은, 예를 들어, 전기 필터(electric filter)에 의해 필터링될 수 있으며, 이외에 iscat는 통상적으로 매우 작다.
그런 다음, 프로브 볼륨의 입자의 농도는 수식 1, 2, 4를 사용하여 계산된다.
입자 크기를 결정하기 위해, 명시된 크기를 가진 입자 상에서 센서 신호의 진폭을 교정할 필요가 있다. 이러한 교정은 (예를 들어, 제조자에 의해) 한 번만 수행된다. 명시된 크기를 가진 폴리스티렌 입자(polystyrene particles)는 이 분야의 표준 방법인 교정을 위해 사용될 수 있다. 입자 크기를 결정하기 위해, 프로브 볼륨을 통한 입자의 통과에 상응하는 등록된 신호의 진폭이 측정된다. 진폭은 교정으로부터 획득된 값과 비교된다. 다양한 시나리오가 가능하다:
(1) 입자 크기는 진폭에서 가장 가까운 교정 값과 같도록 취해지고;
(2) 교정의 결과로서 측정된 입자 크기에 대한 신호 진폭의 의존성은 알려지지 않은 입자의 크기가 결정되는 분석 함수에 의해 근사화된다.
채널의 수의 증가가 프로브 볼륨의 수를 증가시키고, 따라서 먼지 입자가 센서에 들어갈 가능성을 증가시키므로 센서의 채널의 수를 증가시킴으로써 멀티모달 더스트 센서의 동작 속도는 증가될 수 있다. 멀티모달 더스트 센서의 측정 채널의 수는 태스크(task), 특히 센서가 사용될 장치에 따라 센서 자체에 의해 증가(턴 온(turned on)) 또는 감소(턴 오프(turned off))될 수 있다. 예를 들어, 진공 청소기에서, 진공 청소기가 큰 농도의 먼지에 따라 작업하기 때문에 작업 채널의 수는 감소될 수 있으며, 적은 수의 채널이 턴 온될 때에도 먼지 농도는 고속으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 에어컨과 같은 장치에서, 에어컨이 사용되는 실내의 먼지 농도가 높지 않으므로 농도 계산 속도가 충분하지 않은 경우 센서는 자동으로 더 많은 채널을 턴 온할 수 있다. 또한 센서는 먼지 입자의 유량에 따라 스스로 조절할 수 있다. 즉, 입자 유량이 증가하면 센서가 일부 채널을 턴 오프할 수 있고, 유량이 감소하면 센서가 누락된 채널(missing channel)을 턴 온할 수 있다.
채널에서 포커싱 렌즈의 특성의 변화는 프로브 볼륨의 변동으로 이어진다. 더욱이, 각각의 채널의 프로브 볼륨은 포커싱 렌즈로서 액정 렌즈를 사용하여 재조정될 수 있다. 렌즈의 초점(focus)은 적용되는 전압에 의해 간단히 변경될 수 있다.
동일한 먼지 입자가 센서 채널의 여러 프로브 볼륨에 들어가는 확률은 매우 낮지만, 이러한 확률은 또한 농도 계산에서 고려될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 빔에 들어가는 입자로부터 산란된 방사선의 기여는 작기 때문에 프로브 볼륨은 무시될 수 있다.
도 5는 형광 및 호모다인 모드에서 멀티모달 더스트 센서의 단일 채널의 동작을 도시한다.
레이저 방사선은 특정 발생원의 먼지 입자에서 형광을 발산 시킨다(excites).
레이저 방사선은 콜리메이팅 렌즈(1)에 의해 콜리메이팅되고, 콜리메이팅된 레이저 방사선은 방사선을 2개의 빔으로 분할하는 빔 스플리터(2)를 통과한다. 제1 빔은 포커싱 렌즈를 통과하여 먼지 입자와 상호 작용한다. 레이저 방사선의 영향으로, 프로브 볼륨에 들어간 각각의 먼지 입자는 형광(fluorescent light)을 방출하고(4a), 및/또는 그 위에 입사되는 레이저 방사선을 산란시킨다(4b). 형광(4a)은 포커싱 렌즈를 통과하고, 스플리터(2)로부터 반사되고, 레이저 방사선만을 투과할 수 있는 다이크로익 필터 상에 떨어지며, 다이크로익 필터로부터 반사되고, 스플리터(2) 및 레이저 방사선만을 반사하는 다이크로익 미러를 통과하고, 다른 모든 방사선을 투과하며, 형광을 등록하는 광 검출기 상에 포커싱한다. 스플리터로부터 반사된 레이저 방사선의 제2 기준 빔(3)은 다이크로익 미러 상에 떨어지고, 이로부터 반사되어 스플리터를 통과한다. 이 경우에, 산란된 방사선(4b)은 포커싱 렌즈를 통과하고, 스플리터로부터 반사되어 제2 기준 빔(3)과 조합한다. 조합된 방사선은 다이크로익 필터를 통과하여, 조합된 방사선 광 검출기(5b) 상에 포커싱한다. 조합된 방사선 광 검출기는 레이저 방사선과 조합된 산란된 방사선만을 검출하지만, 광 검출기(5a)는 형광만을 검출한다는 것이 주목되어야 한다.
형광 모드(fluorescence mode)는 먼지 입자의 발생원을 결정하고, 호모다인 모드(homodyne mode)는 상술한 바와 같이 먼지 입자의 농도와 개별 먼지 입자의 크기를 결정한다. 이러한 두 가지 모드의 조합은 사용자에게 정확하고 더욱 상세한 정보를 제공한다.
멀티모달 더스트 센서에서, 두 동작 모드, 즉 형광 및 호모다인은 동시에 턴 온되거나, 형광 또는 호모다인 중 하나만이 턴 온될 수 있다.
이제 형광 모드에서만 멀티모달 더스트 센서의 단일 측정 채널의 동작이 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 6은 형광 동작 모드에서 멀티모달 더스트 센서의 측정 채널의 동작을 도시한다.
레이저 방사선은 콜리메이팅 렌즈에 의해 콜리메이팅되고, 콜리메이팅된 레이저 방사선은 방사선을 2개의 빔으로 분할하는 빔 스플리터를 통과한다. 빔 중 하나는 다이크로익 미러로부터 반사되어 형광 모드에 참여하지 않는다. 다른 빔은 포커싱 렌즈를 통과하여 먼지 입자와 상호 작용한다. 프로브 볼륨에 들어가는 각각의 먼지 입자는 레이저 방사선 하에 형광을 발한다(이러한 모드에서는 산란이 고려되지 않는다). 먼지 입자로부터의 형광은 포커싱 렌즈를 통과하고, 스플리터로부터 반사되어 형광을 투과하지 않는 다이크로익 필터 상에 떨어지며, 다이크로익 필터로부터 반사되어 스플리터와 형광을 투과하는 다이크로익 미러를 통과하고, 형광 광 검출기 상에 포커싱한다.
상술한 바와 같이, 먼지 입자의 발생원은 형광에 의해 결정된다. 멀티모달 더스트 센서는 실질적으로 모든 먼지의 발생원을 결정하도록 구성될 수 있다. 거의 모든 종류의 먼지는 각각의 특정 파장 하에서 형광을 발한다. 이는 죽은 피부 입자, 다양한 곰팡이 포자, 곰팡이, 꽃가루와 같은 생물학적 발생원(biological origin)의 입자는 상이한 스펙트럼 영역에서 형광을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 광물 먼지(mineral dust)는 형광을 발하거나 형광을 발할 수 없는 것으로 알려져 있으며, 예를 들어, 모래(sand)(예: 석영(quartz))의 입자는 형광을 발하지만, 석탄 먼지는 그렇지 않다.
다양한 먼지 발생원의 형광 스펙트럼은, 예를 들어, Yong-Le Pa, Detection and characterization of biological and other organic-carbon aerosol particles in atmosphere using fluorescence // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 150(2015)12-35; and Voloshina O. V., Shirshin E. A., Lademann J., Fadeev V. V., Darvin M. E., Fluorescence detection of protein content in house dust: the possible role of keratin // Indoor Air 2017; 27: 377-385로부터 본 기술 분야에 알려져 있다.
생물학적 발생원의 다양한 먼지 입자는 유사한 형광을 갖는 것으로 알려져 있으므로, 센서가 이러한 종류의 형광 스펙트럼을 검출하면, 먼지는 생물학적 발생원의 입자로 구성된다는 결론을 내릴 수 있다. 예를 들어, 케라틴(keratin)의 형광 스펙트럼은 구별될 수 있다. 케라틴은 아미노산 조성물이 형성하는 어떤 신체 부분(body fragment)에 따라 크게 변할 수 있는 단백질이라는 것이 일반적인 지식이다. 예를 들어, 인간의 경우, 케라틴은 피부, 손톱 및 머리카락, 치아에서 발견된다. 이는 멀티모달 더스트 센서가 예를 들어 케라틴의 형광을 검출하면, 먼지 조성물은 생물학적 발생원의 입자를 포함한다는 것을 의미한다. 생물학적 발생원의 먼지 입자의 형광은 약 290-400 nm의 범위의 임의의 파장을 갖는 방사선에 의해 여기될 수 있는 것으로 알려져 있다. 특정 타입의 생물학적 먼지의 최대 형광 강도에 대해, 이러한 특정 타입의 먼지에 대해 최적의 파장을 선택하는 것이 매우 바람직하다(이러한 파장은 이러한 먼지 타입에 대한 흡수 최대치(absorption maximums)에 상응한다). 예를 들어, 케라틴에 대한 최적의 여기 파장(excitation wavelength)은 약 350nm이다.
생물학적 발생원의 입자의 형광 스펙트럼은 넓은 형광 밴드(wide fluorescence band)를 갖지만, 이는 또한 400 nm의 영역에서 좁은 브라이트 밴드(narrow bright band)의 형태의 스펙트럼 특징을 갖는다. 다이크로익 미러의 파라미터는 미러가, 예를 들어, 특징적인 브라이트 밴드의 영역에서 파장 범위만을 투과하도록 선택될 수 있으며, 그 후 센서 채널은 특히 생물학적 발생원의 입자를 등록할 것이다.
다양한 타입의 꽃가루의 형광 스펙트럼이 적색광(red light)에서 약 650-700 nm의 범위에서의 특징적인 형광을 갖는다는 것이 일반적인 지식이다. 즉, 형광 스펙트럼에서의 이러한 피크의 존재는 먼지 입자가 꽃가루인 것으로 결정한다. 또한, 꽃가루 입자로부터 형광을 얻기 위해, 먼지는 다양한 식물의 꽃가루 흡수 최대치에 가장 가까운 파장에 노출되어야 한다.
형광 스펙트럼, 예를 들어, 모래의 형광 스펙트럼은 약 390-450 nm의 범위에서 특징적인 형광을 갖는다.
이는 형광 스펙트럼에서 이러한 피크의 존재에 의해 먼지 입자가 모래로서 결정된다는 것을 의미할 수 있다. 더욱이, 특히 광물 먼지의 입자로부터 형광을 얻기 위해, 먼지는 광물 먼지 물질의 흡수 최대치에 가장 가까운 파장에 노출되어야 한다.
아래 표 1은 레이저 파장에 대한 호모다인 채널과 형광 채널의 신호 특성의 의존성을 도시한다.
| 입자 | 레이저 파장 길이 |
형광 채널 | 호모다인 채널 | |||
| 발생원 | 크기 | 형광 파장 (Fluorescence wavelength) |
신호 강도 (Signal intensity) |
파장 (Wave length) |
신호 강도 (Signal intensity) |
|
| 생물학 (Biological) |
10 μm |
370 nm 280 nm |
460nm(케라틴 형광 [1]) 350nm(트립토판 형광 [2]) |
강함 강함 |
370 nm 280 nm |
강함 강함 |
| 1 μm | 370 nm 280 nm |
460nm(케라틴 형광 [1]) 350nm(트립토판 형광 [2]) |
약함 약함 |
370 nm 280 nm |
약함 약함 |
|
| 꽃가루 (Pollen) |
10 μm |
360 nm 360 nm |
480 nm(넓은 피크), 675 nm(좁은 피크)(S. angustifolium fluoresces [3]) 530 nm(넓은 피크)(S. palustre fluoresces [3]) |
강함 강함 |
370 nm 280 nm |
강함 강함 |
| 1 μm | 360 nm 360 nm |
480 nm(넓은 피크), 675 nm(좁은 피크)(S. angustifolium fluoresces [3]) 530 nm(넓은 피크)(S. palustre fluoresces [3]) |
강함 강함 |
370 nm 280 nm |
강함 강함 |
|
| 광물 (Mineral) |
10 μm |
337 nm |
430 nm(넓은 피크), 550 nm(좁은 피크)(모래 형광 [4]) | 강함 | 337 nm |
강함 |
| 1 μm | 337 nm |
430 nm(넓은 피크), 550 nm(좁은 피크)(모래 형광 [4]) | 약함 | 337 nm |
약함 | |
이 자료는 다음과 같은 저작물로부터 가져온 것이다: [1] Voloshina O. V., Shirshin E. A., LademannJ., Fadeev V. V., Darvin M. E., Fluorescence detection of protein content in house dust: the possible role of keratin // Indoor Air 2017; 27: 377-385; [2]Yong-Le Pa, Detection and characterization of biological and other organic-carbon aerosol particles in atmosphere using fluorescence // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 150(2015)12-35; [3]Justyna Urbanczyk, Maria Angeles Fernandez Casado, Tomas E. Diaz, Patxi Heras, Marta Infante, Angeles G. Borrego. Spectral fluorescence variation of pollen and spores from recent peat-forming plants // International Journal of Coal Geology, 131 (2014) 263-273; [4] A. R. Mack and E. J. Brach. Laser fluorescence of sand and clay materials // Canadian journal of soil science. Vol. 57, No. 1, 1977.
따라서, 다양한 먼지 발생원의 특징적인 스펙트럼을 알면, 멀티모달 더스트 센서의 각각의 채널의 다이크로익 미러의 파라미터는 임의의 원하는 타입의 스펙트럼으로 조정될 수 있으며, 그 후 센서는 여러 먼지 발생원을 동시에 등록하고 결정할 수 있다. 또한, 각각의 채널에서 레이저 방사선 파장을 변경함으로써, 먼지에 영향을 주어, 하나 또는 다른 먼지 발생원의 형광을 얻을 수 있다. 다이크로익 미러의 파라미터 및 각각의 채널의 레이저 방사선 파장의 조정은 태스크에 따라 함께 또는 별개로 사용될 수 있다.
빔 스플리터는 다양한 실시예들의 멀티모달 더스트 센서의 핵심 요소 중 하나이다. 빔 스플리터는 방사선을 분할하기 위한 모든 종래의 설계일 수 있다.
레이저는 파장을 제어한 재구성 가능한 다이오드 레이저를 포함하는 모든 종래의 레이저일 수 있다.
먼지 입자가 멀티모달 더스트 센서에 들어가는 확률은 사용된 채널의 수에 직접 비례한다는 것이 명백하다. 즉, 레이저 어레이가 클수록, 멀티모달 더스트 센서의 감도가 높아진다.
다양한 실시예들은 가전 제품, 예를 들면 진공 청소기, 에어컨 등에 명백히 널리 응용될 수 있다. 더욱이, 콤팩트한 크기로 인해, 멀티모달 더스트 센서는 통상의 스마트 폰에 내장될 수 있다. 따라서, 일반적인 사용자는 자신의 스마트 폰을 사용하여 공기 중 알레르기 항원(allergen)의 농도 및 타입에 관한 정보를 획득할 수 있으며, 이는 알레르기가 있는 사람에게 중요하다. 더욱이, 환경이 좋지 않은 지역에 사는 스마트 폰 사용자는 공기 중 유해 불순물의 농도와 타입을 독립적으로 제어할 것이다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 멀티모달 더스트 센서는, 레이저(lasers)의 어레이, 각각의 레이저 뒤에 각각의 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)가 배치되는 콜리메이팅 렌즈의 어레이; 각각의 콜리메이팅 렌즈에 대향하여(opposite) 각각의 포커싱 렌즈(focusing lens)가 배치되는 포커싱 렌즈의 어레이, 제1 광 검출기(photodetectors)의 어레이, 각각의 다이크로익 미러(dichroic mirror) 다음에는 상기 제1 광 검출기의 어레이 중 하나의 광 검출기가 뒤따르는 다이크로익 미러의 어레이, 제2 광 검출기의 어레이, 각각의 다이크로익 필터(dichroic filter) 다음에는 상기 제2 광 검출기의 어레이 중 하나의 광 검출기가 뒤따르는 다이크로익 필터의 어레이, 및 상기 다이크로익 필터의 어레이와 다이크로익 미러 사이 및 제1 광학 축(optical axis)의 어레이 및 제2 광학 축의 어레이의 광학 축의 교차점(intersection points)에서의 포커싱 렌즈 및 콜리메이팅 렌즈의 어레이 사이에 배치되는 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 각각의 다이크로익 필터는 각각의 다이크로익 미러에 대향하여 배치되고, 상기 각각의 다이크로익 필터는 상기 제2 광 검출기의 어레이의 광 검출기, 다이크로익 미러, 및 상기 제1 광 검출기의 어레이의 광 검출기의 각각의 요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각각의 요소는 동일한 광학 축 상에 배치되고, 상기 축이 제2 광학 축의 어레이를 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 광학 축의 어레이 및 상기 제2 광학 축의 어레이의 광학 축은 서로 직교(perpendicular)하며, 각각의 포커싱 및 콜리메이팅 렌즈를 갖는 레이저의 어레이로부터의 각각의 레이저는 동일한 광학 축 상에 배치되고, 레이저의 어레이와 상이한 레이저에 대한 광학 축은 서로 평행(parallel)하고, 제1 광학 축의 어레이를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 빔 스플리터는 레이저로부터 포커싱 렌즈로 제1 광학 축의 어레이의 광학 축을 따라 전파(propagating)되는 방사선이 다이크로익 필터 중 하나를 향하여 제2 광학 축의 어레이의 광학 축의 하나를 따라 부분적으로 지향되도록 배향(oriented)될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 포커싱 렌즈로부터 콜리메이팅 렌즈로 반대 방향(opposite direction)의 제2 광학 축의 어레이의 광학 축을 따라 전파되는 방사선은 다이크로익 미러를 향하여 제2 광학 축의 어레이의 각각의 광학 축을 따라 부분적으로 지향되며, 상기 빔 스플리터 상에 위치된 지점에서 교차하는 제1 및 제2 광학 축의 어레이로부터의 광학 축의 각각의 쌍은 측정 채널을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이저의 어레이는 동일한 파장(same wavelength)에서 동작하는 레이저로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 레이저의 어레이는 상이한 파장(different wavelengths)에서 동작하는 레이저로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 광 검출기는 조합된 산란(scattered) 및 레이저 방사선(laser radiation)만을 등록하고, 다이크로익 미러는 레이저 방사선을 반사하고, 다이크로익 필터는 조합된 산란 및 레이저 방사선을 투과(transmits)시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 광 검출기는 형광(fluorescent light)만을 등록하고, 다이크로익 미러는 형광을 투과시키고, 레이저 방사선을 반사하며, 다이크로익 필터는 형광을 반사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 포커싱 렌즈는 액정(liquid crystal)을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 멀티모달 더스트 센서의 단일 측정 채널의 동작 방법은, 레이저 방사선(laser radiation)을 콜리메이팅(collimating)하는 동작; 레이저 방사선을 제1 빔(beam) 및 제2 빔의 2개의 빔으로 분할(splitting)하는 동작; 및 프로브 볼륨(probe volume)을 형성하도록 제1 빔을 포커싱(focusing)하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로브 볼륨에 들어가는 먼지 입자(dust particle)는, 상기 제1 빔을 산란(scatters)시켜 호모다인 동작 모드(homodyne mode of operation)를 제공하거나, 및/또는 형광(fluorescent light)을 발하여(fluoresces), 형광 동작 모드(fluorescent mode of operation)를 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 호모다인 동작 모드에서, 제2 빔과 산란된 제1 빔은 조합될 수 있고, 조합된 방사선은 도플러 효과(Doppler effect)를 등록하는 광 검출기 상에 떨어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 형광 동작 모드에서, 상기 형광은 형광을 등록하는 광 검출기 상에 떨어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 호모다인 채널(homodyne channel)의 신호는, 진폭이 입자 크기에 따라 다르고, 지속 시간(예: 프로브 볼륨을 통한 입자의 비행 시간(time of flight)) 및 신호의 변조 주파수가 입자의 속도에 따라 다를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 형광 채널(fluorescent channel)의 신호는, 진폭이 입자 발생원(주요 기여(main contribution))과 입자 크기(훨씬 덜 중요한 기여(much less significant contribution))에 따라 다르며, 신호의 지속 시간(예: 프로브 볼륨을 통한 입자의 비행 시간)이 입자의 속도에 따라 다를 수 있다.
다양한 실시예들은 일부 예시적인 실시예와 관련하여 설명되었지만, 이러한 특정 실시예로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 반대로, 다양한 실시예들은 청구항의 본질 및 범위 내에 있을 수 있는 모든 대안, 수정 및 등가물을 포함하는 것으로 가정한다.
또한, 다양한 실시예들은 청구항이 심사 절차에서 보정되더라도 청구된 발명의 모든 동등물을 유지한다.
Claims (12)
- 멀티모달 더스트 센서(multimodal dust sensor)에 있어서,
레이저(lasers)의 어레이;
각각의 레이저 뒤에 각각의 콜리메이팅 렌즈(collimating lenses)가 배치되는 콜리메이팅 렌즈의 어레이;
각각의 콜리메이팅 렌즈에 대향하여(opposite) 각각의 포커싱 렌즈(focusing lenses)가 배치되는 포커싱 렌즈의 어레이;
제1 광 검출기(photodetectors)의 어레이;
각각의 다이크로익 미러(dichroic mirrors) 다음에는 상기 제1 광 검출기의 어레이 중 하나의 광 검출기가 뒤따르는 다이크로익 미러의 어레이;
제2 광 검출기의 어레이;
각각의 다이크로익 필터(dichroic filters) 다음에는 상기 제2 광 검출기의 어레이 중 하나의 광 검출기가 뒤따르는 다이크로익 필터의 어레이; 및
상기 다이크로익 필터의 어레이와 다이크로익 미러 사이 및 제1 광학 축(optical axis)의 어레이 및 제2 광학 축의 어레이의 광학 축의 교차점(intersection points)에서의 포커싱 렌즈 및 콜리메이팅 렌즈의 어레이 사이에 배치되는 빔 스플리터(beam splitter)를 포함하는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 각각의 다이크로익 필터는 각각의 다이크로익 미러에 대향하여 배치되고, 상기 각각의 다이크로익 필터는 상기 제2 광 검출기의 어레이의 광 검출기, 다이크로익 미러, 및 상기 제1 광 검출기의 어레이의 광 검출기의 각각의 요소를 포함하고,
각각의 요소는 동일한 광학 축 상에 배치되고, 상기 축이 제2 광학 축의 어레이를 형성하는, 멀티모달 더스트 센서.,
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 광학 축의 어레이 및 상기 제2 광학 축의 어레이의 광학 축은 서로 직교(perpendicular)하는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 각각의 포커싱 및 콜리메이팅 렌즈를 갖는 레이저의 어레이로부터의 각각의 레이저는 상기 동일한 광학 축 상에 배치되고, 상기 레이저의 어레이와 상이한 레이저에 대한 광학 축은 서로 평행(parallel)하고, 제1 광학 축의 어레이를 형성하는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 빔 스플리터는 상기 레이저로부터 상기 포커싱 렌즈로 상기 제1 광학 축의 어레이의 광학 축을 따라 전파(propagating)되는 상기 방사선이 다이크로익 필터 중 하나를 향하여 상기 제2 광학 축의 어레이의 상기 광학 축의 하나를 따라 부분적으로 지향되도록 배향(oriented)되는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈로부터 상기 콜리메이팅 렌즈로 반대 방향(opposite direction)의 상기 제2 광학 축의 어레이의 상기 광학 축을 따라 전파되는 상기 방사선은 상기 다이크로익 미러를 향하여 상기 제2 광학 축의 어레이의 각각의 광학 축을 따라 부분적으로 지향되며, 상기 빔 스플리터 상에 위치된 지점에서 교차하는 상기 제1 및 제2 광학 축의 어레이로부터의 광학 축의 각각의 쌍은 측정 채널을 형성하는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저의 어레이는 동일한 파장(save wavelength)에서 동작하는 레이저로 구성되는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 레이저의 어레이는 상이한 파장(different wavelengths)에서 동작하는 레이저로 구성되는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 광 검출기는 조합된 산란(scattered) 및 레이저 방사선(laser radiation)만을 등록하고, 상기 다이크로익 미러는 레이저 방사선을 반사하고, 상기 다이크로익 필터는 조합된 산란 및 레이저 방사선을 투과(transmits)시키는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 광 검출기는 형광(fluorescent light)만을 등록하고, 상기 다이크로익 미러는 형광을 투과시키고, 레이저 방사선을 반사하며, 상기 다이크로익 필터는 형광을 반사하는, 멀티모달 더스트 센서.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 포커싱 렌즈는 액정(liquid crystal)인, 멀티모달 더스트 센서.
- 멀티모달 더스트 센서의 단일 측정 채널의 동작 방법에 있어서,
레이저 방사선(laser radiation)을 콜리메이팅(collimating)하는 동작;
상기 레이저 방사선을 제1 빔(beam) 및 제2 빔의 2개의 빔으로 분할(splitting)하는 동작; 및
프로브 볼륨(probe volume)을 형성하도록 상기 제1 빔을 포커싱(focusing)하는 동작을 포함하고,
상기 프로브 볼륨에 들어가는 먼지 입자(dust particle)는, 상기 제1 빔을 산란시켜(scatters), 호모다인 동작 모드(homodyne mode of operation)를 제공하고, 및/또는 형광(fluorescent light)을 발하여(fluoresces), 형광 동작 모드(fluorescent mode of operation)를 제공하며,
상기 호모다인 동작 모드에서, 상기 제2 빔과 상기 산란된 제1 빔은 조합되고, 상기 조합된 방사선은 도플러 효과(Doppler effect)를 등록하는 광 검출기 상에 떨어지고,
상기 형광 동작 모드에서, 상기 형광은 상기 형광을 등록하는 상기 광 검출기 상에 떨어지는, 멀티모달 더스트 센서의 단일 측정 채널의 동작 방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2019/015883 WO2020106036A1 (en) | 2018-11-19 | 2019-11-19 | Multimodal dust sensor |
| US17/294,905 US11841311B2 (en) | 2018-11-19 | 2019-11-19 | Multimodal dust sensor |
| US18/388,148 US20240077405A1 (en) | 2018-11-19 | 2023-11-08 | Multimodal dust sensor |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140733 | 2018-11-19 | ||
| RU2018140733A RU2722066C2 (ru) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Многоканальный датчик пыли |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200058318A true KR20200058318A (ko) | 2020-05-27 |
Family
ID=70735008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190148906A KR20200058318A (ko) | 2018-11-19 | 2019-11-19 | 멀티모달 더스트 센서 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3850333B1 (ko) |
| KR (1) | KR20200058318A (ko) |
| CN (1) | CN113039427A (ko) |
| RU (1) | RU2722066C2 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022114733A1 (ko) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 삼성전자 주식회사 | 입자 사이즈 분포를 결정하는 방법 및 전자 장치 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11371947B2 (en) | 2020-11-24 | 2022-06-28 | Kyndryl, Inc. | Generating a holographic image to visualize contaminants |
| CN114018770B (zh) * | 2021-11-23 | 2024-01-23 | 辽宁工程技术大学 | 一种多功能粉尘检测装置 |
| RU210148U1 (ru) * | 2021-12-15 | 2022-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН) | Устройство для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6380503B1 (en) * | 2000-03-03 | 2002-04-30 | Daniel G. Mills | Apparatus and method using collimated laser beams and linear arrays of detectors for sizing and sorting articles |
| NL1016887C2 (nl) * | 2000-12-15 | 2002-06-18 | Tno | Werkwijze en inrichting voor het detecteren en identificeren van bio-aÙrosoldeeltjes in de lucht. |
| US10386283B2 (en) * | 2004-03-06 | 2019-08-20 | Michael Trainer | Methods and apparatus for determining particle characteristics by utilizing force on particles |
| US20140226158A1 (en) * | 2004-03-06 | 2014-08-14 | Michael Trainer | Methods and apparatus for determining particle characteristics |
| US20090323061A1 (en) * | 2006-02-28 | 2009-12-31 | Lukas Novotny | Multi-color hetereodyne interferometric apparatus and method for sizing nanoparticles |
| DE102006056429B3 (de) * | 2006-11-28 | 2008-02-14 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Lasermikroskop mit räumlich trennendem Strahlteiler |
| US8467054B2 (en) * | 2009-01-23 | 2013-06-18 | University Of Washington | Virtual core flow cytometry |
| US8441638B2 (en) * | 2010-02-26 | 2013-05-14 | Wyatt Technology Corporation | Apparatus to measure particle mobility in solution with scattered and unscattered light |
| FI20105645A0 (fi) * | 2010-06-07 | 2010-06-07 | Environics Oy | Laite ja menetelmä biologisen materiaalin havaitsemiseksi |
| RU103920U1 (ru) * | 2010-08-23 | 2011-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Прибор" | Оптическая система регистрации сигналов флуоресценции и рассеяния аэрозольных частиц в потоке |
| US8717562B2 (en) * | 2010-08-23 | 2014-05-06 | Scattering Solutions, Inc. | Dynamic and depolarized dynamic light scattering colloid analyzer |
| JP5787390B2 (ja) * | 2011-04-06 | 2015-09-30 | インスタント バイオスキャン， エルエルシー | 微生物検出装置及び方法 |
| CA2856664A1 (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | P.M.L. - Particles Monitoring Technologies Ltd. | Detection scheme for particle size and concentration measurement |
| WO2014075724A1 (en) * | 2012-11-15 | 2014-05-22 | Nemor Technologies Oü | Unit and method for optical non-contact oil detection |
| KR20150123064A (ko) * | 2014-04-24 | 2015-11-03 | 삼성전자주식회사 | 조명장치 및 이를 구비한 투사형 영상표시장치 |
| WO2017016888A1 (en) * | 2015-07-30 | 2017-02-02 | Koninklijke Philips N.V. | Laser sensor for particle density detection |
| KR101749994B1 (ko) * | 2015-11-24 | 2017-06-22 | (주)센서테크 | 형광신호와 산란신호 측정을 이용한 생물입자 탐지장치 |
| CN114636472A (zh) * | 2016-07-25 | 2022-06-17 | 厦泰生物科技公司 | 紧凑波长检测模块 |
| CN106383097B (zh) * | 2016-11-16 | 2024-01-19 | 大连中汇达科学仪器有限公司 | 基于可调谐激光器的机动车尾气遥感检测系统及方法 |
-
2018
- 2018-11-19 RU RU2018140733A patent/RU2722066C2/ru active
-
2019
- 2019-11-19 CN CN201980075797.2A patent/CN113039427A/zh active Pending
- 2019-11-19 KR KR1020190148906A patent/KR20200058318A/ko active Search and Examination
- 2019-11-19 EP EP19886872.1A patent/EP3850333B1/en active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022114733A1 (ko) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 삼성전자 주식회사 | 입자 사이즈 분포를 결정하는 방법 및 전자 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3850333B1 (en) | 2023-08-16 |
| RU2018140733A3 (ko) | 2020-05-19 |
| RU2722066C2 (ru) | 2020-05-26 |
| CN113039427A (zh) | 2021-06-25 |
| EP3850333A4 (en) | 2021-11-17 |
| EP3850333C0 (en) | 2023-08-16 |
| RU2018140733A (ru) | 2020-05-19 |
| EP3850333A1 (en) | 2021-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20240077405A1 (en) | Multimodal dust sensor | |
| EP3850333B1 (en) | Multimodal dust sensor | |
| AU2002367966B2 (en) | System and method for detecting and classifying biological particles | |
| US7430046B2 (en) | Pathogen and particle detector system and method | |
| US7154595B2 (en) | Cavity enhanced optical detector | |
| US7436515B2 (en) | Fluid borne particle analyzers | |
| US7576844B2 (en) | Systems and methods for use in detecting harmful aerosol particles | |
| US7525660B2 (en) | Systems and methods for use in detecting harmful aerosol particles | |
| GB2543655A (en) | Spectrometry system and method, spectroscopic devices and systems | |
| US7304742B1 (en) | Flow-through aerosol photoacoustic systems and methods | |
| US11768148B2 (en) | Miniaturized optical particle detector | |
| JP2013533472A (ja) | 生物学的物質の検出方法および検出装置 | |
| AU2009300424A1 (en) | An arrangement adapted for spectral analysis of high concentrations of gas | |
| US11047787B2 (en) | And method for optical bench for detecting particles | |
| US11022489B2 (en) | Portable multi-spectrometry system for chemical and biological sensing in atmospheric air | |
| US20230117469A1 (en) | Particulate detection, counting, and identification | |
| GB2434444A (en) | Fluid borne particle analysers | |
| TR202008361A1 (tr) | Havada ve yüzeylerde bulunan bi̇yo parçaciklarin tespi̇t edi̇lmesi̇ne yöneli̇k si̇stemler | |
| CN117517207A (zh) | 便携式物质微量成分测量装置及方法 | |
| Schinca et al. | Development of DOAS system based on a cross-dispersion spectrograph | |
| Kaye et al. | Fluid-borne Particle Analysers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |