KR20220013288A - 먼지 센서 - Google Patents

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KR20220013288A
KR20220013288A KR1020200163334A KR20200163334A KR20220013288A KR 20220013288 A KR20220013288 A KR 20220013288A KR 1020200163334 A KR1020200163334 A KR 1020200163334A KR 20200163334 A KR20200163334 A KR 20200163334A KR 20220013288 A KR20220013288 A KR 20220013288A
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dust
light scattering
air inlet
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KR1020200163334A
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박상익
황현철
이상훈
김도훈
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주식회사삼영에스앤씨
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Abstract

먼지 센서는 광 산란 영역, 광 산란 영역에 제1 광을 제공하는 발광 요소, 광 산란 영역에서 생성된 제2 광을 감지하는 수광 요소, 광 산란 영역과 연결되는 공기 유입로, 및 공기 유입로 내에 제공되는 히터를 포함한다.

Description

먼지 센서{DUST SENSOR}
본 개시는 먼지 센서에 관한 것이다.
먼지는 인체에 큰 영향을 미친다. 먼지는 신체적 취약 집단의 질병 발생률과 사망률을 높이는 등 인체에 해로운 영향을 미칠 가능성이 높다. 먼지의 정확한 측정을 위해, 고성능을 갖는 먼지 센서에 대한 요구가 커지고 있다.
먼지 센서는 먼지 센서 내부에 유입된 공기 중의 먼지를 측정한다. 먼지 센서의 측정 정확도는 다양한 요인에 의해 영향을 받는다. 다양한 요인 중 하나는 먼지 센서 내부로 유입되는 공기의 상대 습도이다. 공기의 상대 습도가 높을 경우, 공기 중에 미세한 수분 입자들이 존재 하게된다. 미세한 수분 입자들은 먼지 입자들과 마찬가지로 광을 산란시킨다. 미세한 수분 입자들에 의해 산란된 산란 광 때문에 미세 먼지의 양에 대한 데이터의 정확도가 떨어진다. 나아가 미세한 수분 입자들은 먼지 입자들에 부착될 수 있다. 미세한 수분 입자들이 부착된 먼지 입자의 전체 크기는 그 먼지 입자 자체의 크기보다 크다. 이에 따라, 먼지 센서는 먼지 입자의 크기를 실제 먼지 입자의 크기보다 크게 측정한다. 즉, 미세한 수분 입자들은 먼지 입자의 크기에 대한 데이터의 정확도를 떨어뜨린다.
다양한 요인 중 다른 하나는 먼지 센서 내부에 쌓인 먼지다. 먼지 센서 내부로 유입된 먼지는 먼지 센서 외부로 배출되지 않고 센서 내부에 머무르고, 센서의 내벽에 부착될 수 있다. 먼지 센서의 반복 사용에 따라, 먼지 센서 내부에 쌓이는 먼지의 양이 많아질 수 있다. 먼지 센서는 공기와 함께 유입된 먼지 뿐만 아니라 먼지 센서 내부에 쌓인 먼지까지 함께 측정하므로, 먼지 측정의 정확도가 떨어질 수 있다.
해결하고자 하는 과제는 먼지 센서의 측정의 정확도 및 신뢰도를 개선하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 먼지 센서 내부의 상대 습도를 조절하여 미세한 수분 입자에 의한 영향을 최소화하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 먼지 센서 내부에 먼지가 쌓이는 것을 줄이거나 방지하는 것에 있다.
다만, 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.
일 측면에 있어서, 광 산란 영역; 상기 광 산란 영역에 제1 광을 제공하는 발광 요소; 상기 광 산란 영역에서 생성된 제2 광을 감지하는 수광 요소; 상기 광 산란 영역과 연결되는 공기 유입로; 및 상기 공기 유입로 내에 제공되는 히터;를 포함하는 먼지 센서가 제공될 수 있다.
상기 공기 유입로는, 상기 광 산란 영역에 가까워지는 방향으로 갈수록 작아지는 폭을 갖는 제1 유속 조절 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1 유속 조절 영역의 폭은 상기 제1 유속 조절 영역으로부터 배출되는 공기의 유속이 상기 제1 유속 조절 영역에 유입되는 공기의 유속보다 5~6배 빠르도록 결정될 수 있다.
상기 히터의 적어도 일 부분은 상기 제1 유속 조절 영역 내에 배치될 수 있다.
상기 공기 유입로는, 상기 광 산란 영역에 가까워지는 방향으로 갈수록 작아지는 폭을 갖는 제2 유속 조절 영역을 포함하되, 상기 제2 유속 조절 영역의 최대 폭과 최소 폭은 아래와 같은 관계를 가질 수 있다.
(최소 폭)/(최대 폭)=(1.8~2.2)/3
상기 공기 유입로는, 상기 광 산란 영역에 가까워지는 방향으로 갈수록 작아지는 단면적을 갖는 제2 유속 조절 영역을 포함하되, 상기 제2 유속 조절 영역의 최대 단면적과 최소 단면적은 아래와 같은 관계를 가질 수 있다.
(최소 단면적)/(최대 단면적)=(0.8~1.2)/2
상기 광 산란 영역의 측면 상에 제공되는 광 트랩 구조;를 더 포함하되, 상기 광 트랩 구조는 상기 광 트랩 구조로 입사하는 광의 세기를 줄이거나 광을 차단할 수 있다.
상기 광 트랩 구조는 복수의 돌기들을 포함하고, 상기 복수의 돌기들의 각각은 서로 다른 제1 측면 및 제2 측면을 포함하고, 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면의 사이각은 30 도(˚) 이하일 수 있다.
상기 광 트랩 구조는 상기 발광 요소와 마주할 수 있다.
상기 제1 광의 광축과 상기 제2 광의 광축의 교차각들 중 큰 각도는 95 도(˚) 내지 115 도(˚)일 수 있다.
상기 공기 유입로 내에 제공되는 습도 센서 또는 가스 센서;를 더 포함할 수 있다.
프로세서;를 더 포함하되, 상기 프로세서는 상기 습도 센서로부터 상기 공기 유입로를 지나는 공기의 상대 습도 데이터를 수신하고, 상기 상대 습도 데이터에 기초하여 상기 히터를 제어할 수 있다.
상기 광 산란 영역 내의 공기를 유동시키는 팬;을 더 포함할 수 있다.
상기 광 산란 영역과 상기 팬 사이에 제공되는 배출 통로;를 더 포함하되, 상기 배출 통로의 폭 및 높이의 각각은 상기 공기 유입로의 최소 폭의 1배 내지 1.5배일 수 있다.
상기 광 산란 영역과 상기 팬 사이에 제공되는 배출 통로;를 더 포함하되, 상기 배출 통로의 단면적은 상기 공기 유입로의 최소 단면적의 1.25배 내지 2배일 수 있다.
상기 히터는 상기 공기 유입로를 지나는 공기의 상대 습도를 70 % 이하로 낮추도록 열을 방출할 수 있다.
상기 히터는 40 도(℃) 내지 45 도(℃)의 온도를 갖도록 작동할 수 있다.
본 개시는 먼지 센서의 측정의 정확도 및 신뢰도를 개선할 수 있다.
본 개시는 먼지 센서 내부의 상대 습도를 조절하여 미세한 수분 입자에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
본 개시는 먼지 센서 내부에 먼지가 쌓이는 것을 줄이거나 방지할 수 있다. 이에 따라 먼지 센서 내부에 쌓인 먼지에 의해 측정 정확도가 낮아지는 것이 감소되거나 방지될 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 먼지 센서의 블록도이다.
도 2는 도 1의 먼지 센서의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선을 따르는 단면도이다.
도 4는 도 3의 AA'영역의 확대도이다.
도 5는 도 3의 C-C'선을 따르는 단면도이다.
도 6은 먼지 센서가 먼지를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도 2의 A-A'선을 따른 단면도이다.
도 7은 도 3의 광 트랩부를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 2의 B-B'선을 따른 단면도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 먼지 센서의 도 2의 A-A'선에 대응하는 단면도이다.
도 10은 도 9의 공기 유입로의 B-B'선에 대응하는 단면도이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 먼지 센서의 블록도이다.
도 12는 도 11의 먼지 센서의 사시도이다.
도 13은 도 12의 C-C'선을 따르는 단면도이다.
도 14는 도 12의 공기 유입로의 D-D'선을 따르는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 먼지 센서(1)의 블록도이다. 도 2는 도 1의 먼지 센서(1)의 사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A'선을 따르는 단면도이다. 도 4는 도 3의 AA'영역의 확대도이다. 도 5는 도 3의 C-C'선을 따르는 단면도이다. 도 6은 먼지 센서(1)가 먼지를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도 2의 A-A'선을 따른 단면도이다. 도 7은 도 3의 광 트랩부를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 2의 B-B'선을 따른 단면도이다. 도 6에 도시된 먼지 센서(1)는 도 3의 먼지 센서(1)와 동일하므로, 먼지 센서(1)의 구성 요소들에 참조 번호가 기재되지 않는다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 먼지 센서(1)가 제공될 수 있다. 먼지 센서(1)는 기구부(102) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다. 기구부(102)는 하우징(110), 광 산란 영역(SR), 발광 요소(120), 입사 광 제한부(122), 수광 요소(130), 산란 광 제한부(132), 포커싱 렌즈(140), 광 트랩부(150), 공기 유입로(160), 제1 히터(170), 제1 유속 조절 영역(180), 및 팬(190)을 포함할 수 있다. 제어부(200)는 프로세서(210) 및 통신부(220)를 포함할 수 있다. 제어부(200)는 수동 소자들 및 능동 소자들이 실장되는 PCB(Printed Circuit Board) 기판을 포함할 수 있다.
하우징(110)은 발광 요소(120), 입사 광(IL) 제한부(122), 수광 요소(130), 산란 광 제한부(132), 광 트랩부(150), 제1 히터(170), 및 팬(190)이 제공되는 영역을 정의할 수 있다. 하우징(110)은 광 산란 영역(SR), 공기 유입로(160), 및 제1 유속 조절 영역(180)을 정의할 수 있다. 하우징(110)의 형상은 예시적으로 도시된 것이므로, 한정적으로 해석되어서는 안된다. 다른 예시적인 실시예들에서 하우징(110)은 도 1에 도시된 것과 다른 형상을 가질 수 있다. 하우징(110)은 불투명한 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)은 불투명한 플라스틱을 포함할 수 있다.
광 산란 영역(SR)은 먼지 입자들(1000)에 의해 산란광이 생성되는 영역일 수 있다. 먼지 입자들(1000)은 유입구(10), 공기 유입로(160), 및 제1 유속 조절 영역(180)을 통해 광 산란 영역(SR) 내부로 유입된 것일 수 있다. 광 산란 영역(SR)은 발광 요소(120)와 수광 요소(130) 사이에 제공될 수 있다.
발광 요소(120)는 광 산란 영역(SR)에 입사 광(IL)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 발광 요소(120)는 LED를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입사 광(IL)은 적외선, 가시광선, 및 자외선 중 적어도 하나일 수 있다. 먼지 입자들(1000)은 광 산란 영역(SR)에서 입사 광(IL)에 노출될 수 있다. 입사 광(IL)은 먼지 입자에 의해 산란될 수 있다. 이하에서, 산란된 입사 광(IL)은 산란 광으로 지칭된다.
발광 요소(120)와 광 산란 영역(SR) 사이에 입사 광(IL) 제한부(122)가 제공될 수 있다. 입사 광(IL) 제한부(122)는 입사 광(IL) 중 광축에 인접한 영역을 지칭하는 중심 영역 광을 통과시키고, 중심 영역 광을 둘러싸는 주변 영역 광을 차단할 수 있다. 중심 영역 광은 입사 광(IL) 중 상대적으로 균일한 세기를 갖는 영역일 수 있다. 주변 영역 광은 상대적으로 입사 광(IL) 중 상대적으로 비균일한 세기를 갖는 영역일 수 있다. 예를 들어, 입사 광(IL) 제한부(122)는 입사 광(IL)의 폭보다 작은 크기를 갖는 슬릿(slit) 또는 어퍼쳐(aperture)를 포함할 수 있다. 동일한 크기를 갖는 먼지 입자들이라도 이에 조사되는 광의 세기에 따라 산란 광의 세기가 달라질 수 있다. 예를 들어, 먼지 입자에 약한 광이 조사될 때보다 강한 광이 조사될 때 산란광의 세기는 강할 수 있다. 입사 광 제한부(122)는 균일한 세기를 갖는 중심 영역 광이 먼지 입자에 조사되도록 주변 영역 광을 차단하여, 산란 광의 세기에 대한 입사 광(IL)의 세기의 영향을 줄일 수 있다. 이에 따라, 먼지 센서(1)의 측정의 정확도 및 신뢰도가 개선될 수 있다. 예를 들어, 먼지 센서(1)는 입사 광 제한부(122)를 이용하여 실질적으로 동일한 크기를 갖는 먼지 입자에 대해선 실질적으로 동일한 세기의 산란광을 생성할 수 있다.
수광 요소(130)는 산란 광을 감지할 수 있다. 구체적으로, 수광 요소(130)는 산란 광 중 수광 요소(130)를 향해 입사하는 광을 감지할 수 있다. 이하에서는 설명의 간결함을 위해, 산란 광 중 수광 요소(130)에 입사하는 광을 측정 산란 광(DL)으로 지칭한다. 수광 요소(130)는 측정 산란 광(DL)의 세기에 대한 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 수광 요소(130)는 포토 트랜지스터(photo TR), 포토 다이오드(PD, photodiode), 포토 아이씨(photo IC), 또는 CMOS 이미지 센서(CIS)를 포함할 수 있다. 측정 산란 광(DL)의 광 축은 입사 광(IL)의 광 축으로부터 소정의 각도만큼 비틀어질 수 있다. 예를 들어, 측정 산란 광(DL)의 광축과 입사 광(IL)의 광축 사이의 각도는 약 95 도(˚) 내지 115 도(˚)일 수 있다.
수광 요소(130)와 광 산란 영역(SR) 사이에 포커싱 렌즈(140)가 제공될 수 있다. 포커싱 렌즈(140)는 측정 산란 광(DL)을 집광하여, 수광 요소(130)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 포커싱 렌즈(140)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈일 수 있다.
수광 요소(130)와 포커싱 렌즈(140) 사이에 제1 산란 관 제한부(132)가 제공될 수 있다. 제1 산란 관 제한부(132)는 중심 영역 광이 먼지 입사에 조사되어 생성되는 측정 산란 광(DL)을 수용하도록, 측정 산란 광(DL)의 일부를 차단할 수 있다. 예를 들어, 제1 산란 관 제한부(132)는 주변 영역 광이 먼지 입자에 조사되어 생성되는 측정 산란 광(DL)을 차단할 수 있다. 먼지 센서(1)가 입사 광(IL) 제한부(122)와 제1 산란 관 제한부(132)를 모두 포함하는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이다. 다른 예에서, 먼지 센서(1)는 입사 광(IL) 제한부(122)와 제1 산란 관 제한부(132) 중 어느 하나만 포함할 수 있다. 본 개시의 제1 산란 관 제한부(132)는 먼지 센서(1)의 측정의 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있다. 예를 들어, 먼지 센서(1)는 제1 산란 관 제한부(132)를 이용하여 실질적으로 동일한 크기를 갖는 먼지 입자에 대해선 실질적으로 동일한 세기의 산란광을 생성할 수 있다. 제1 산란 관 제한부(132)는 제1 제한 구조(132a) 및 제2 제한 구조(132b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 제한 구조들(132a, 132b)은 수광 요소(130)에 제공되는 측정 산란 광(DL)의 폭을 제한할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 제한 구조들(132a, 132b)은 홀 또는 슬릿을 포함할 수 있다. 예시적으로 두 개의 제한 구조들(132a, 132b)이 도시되었으나, 제한 구조들(132a, 132b)의 개수는 필요에 따라 선택될 수 있다. 제1 및 제2 제한 구조들(132a, 132b)은 수광 요소(130)에서 포커싱 렌즈(140)를 향하는 방향을 따라 배열될 수 있다. 제1 및 제2 제한 구조들(132a, 132b)은 각각 서로 다른 크기를 갖는 슬릿들 또는 홀들을 포함할 수 있다. 상기 슬릿들 또는 홀들의 크기들은 수광 요소(130)에 인접할수록 작아질 수 있다. 상기 슬릿들 또는 홀들의 중심들은 상기 수광 요소(130)의 중심 및 상기 포커싱 렌즈(140)의 중심에 정렬될 수 있다.
포커싱 렌즈(140)와 광 산란 영역(SR) 사이에 제2 산란 관 제한부(134)가 제공될 수 있다. 제2 산란 관 제한부(134)는 포커싱 렌즈(140)가 중심 영역 광이 먼지 입사에 조사되어 생성되는 측정 산란 광(DL)을 수용하도록, 측정 산란 광(DL)의 일부를 차단할 수 있다. 예를 들어, 제2 산란 관 제한부(134)는 주변 영역 광이 먼지 입자에 조사되어 생성되는 산란 광을 차단할 수 있다. 예를 들어, 제2 산란 관 제한부(134)는 슬릿 또는 홀을 포함할 수 있다. 본 개시의 제2 산란 관 제한부(134)는 먼지 센서(1)의 측정의 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있다. 예를 들어, 먼지 센서(1)는 제2 산란 관 제한부(134)를 이용하여 실질적으로 동일한 크기를 갖는 먼지 입자에 대해선 실질적으로 동일한 세기의 산란광을 생성할 수 있다.
광 트랩부(150)는 광 산란 영역(SR)의 일 측에 제공될 수 있다. 예를 들어, 광 트랩부(150)는 광 산란 영역(SR)을 정의하는 하우징(110)의 측벽 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 광 트랩부(150)는 발광 요소(120)와 마주하는 하우징(110)의 측벽 상에 제공될 수 있다. 다만, 광 트랩부(150)의 위치는 한정적인 것이 아니다. 다른 예에서, 광 트랩부(150)는 포커싱 렌즈(140)와 마주하는 하우징(110)의 측벽 상에 제공될 수 있다. 광 트랩부(150)는 노이즈 광(NL)의 세기를 줄이거나 또는 노이즈 광(NL)을 제거할 수 있다. 노이즈 광(NL)은 측정 산란 광(DL) 외의 광일 수 있다. 도 6에 노이즈 광(NL)이 먼지로부터 산란되어 바로 광 트랩부(150)를 향하는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이다. 예를 들어, 노이즈 광(NL)은 먼지 입자에 의해 산란되지 않은 입사 광(IL) 및 먼지 입자로부터 산란되었으나 바로 포커싱 렌즈(140)를 향하지 않고 다른 방향으로 진행하는 산란 광일 수 있다. 예를 들어, 광 트랩부(150)는 광 흡수 필름 또는 돌기들을 포함하는 광 트랩 구조(150)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같이, 광 트랩 구조(150)는 베이스 층(152) 및 베이스 층(152) 상에서 일 방향을 따라 배열되는 돌기들(154)을 포함할 수 있다. 베이스 층(152)은 광 산란 영역(SR)을 정의하는 하우징(110)의 측벽에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 베이스 층(152)은 광 산란 영역(SR)을 정의하는 하우징(110)의 측벽에 접할 수 있다.
돌기들(154)은 베이스 층(152)을 사이에 두고 광 산란 영역(SR)을 정의하는 하우징(110)의 측벽의 반대편에 배치될 수 있다. 돌기들(154)의 각각은 서로 반대편에 배치되는 제1 측면(154a) 및 제2 측면(154b)을 포함할 수 있다. 제1 측면(154a) 및 제2 측면(154b)의 사이각(θ)은 90도(˚)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 사이각(θ)은 약 30도(˚)이하일 때 노이즈 광(NL)의 세기가 충분히 작을 수 있다. 이에 따라, 광 트랩 구조(150a)에 입사하는 광은 서로 바로 인접한 한 쌍의 돌기들(154) 사이의 영역(이하, 광 트랩 영역(154R)) 내에서 제1 측면(154a) 및 제2 측면(154b)에 의해 여러 번 반사되어, 그 세기가 감소하거나 실질적으로 소멸할 수 있다. 제1 측면(154a) 및 제2 측면(154b)의 사이각(θ)이 90도(˚) 보다 큰 경우, 광 트랩 구조(150a)에 입사하는 광은 그 세기가 충분히 감소되지 못 하고 돌기들(154)에 의해 반사되어 광 트랩 영역(154R) 밖으로 방출될 수 있다. 베이스 층(152) 및 돌기들(154)은 단일 구조체를 구성할 수 있다. 예를 들어, 베이스 층(152)과 돌기들(154)은 그 사이의 경계면 없이 서로 연결될 수 있다.
공기 유입로(160)는 광 산란 영역(SR)과 연결될 수 있다. 공기 유입로(160)는 먼지 센서(1) 외부의 먼지가 공기와 함께 먼지 센서(1) 내부로 들어오는 통로일 수 있다. 공기 유입로(160)는 제1 유속 조절 영역(180)을 포함할 수 있다. 제1 유속 조절 영역(180)은 광 산란 영역(SR)에 가까울수록 작아지는 폭을 가질 수 있다. 제1 유속 조절 영역(180)은 공기 흐름의 속도를 높일 수 있다. 예를 들어, 제1 유속 조절 영역(180)의 폭은 제1 유속 조절 영역(180)에 유입되는 공기의 유속(제1 유속)과 제1 유속 조절 영역(180)으로부터 배출되는 공기의 유속(제2 유속)의 관계는 아래와 같도록 결정될 수 있다.
(제1 유속):(제2 유속)=1:(5~6)
도 4에 도시된 것과 같이, 공기 유입로(160)는 제2 유속 조절 영역(SRI)을 포함할 수 있다. 제2 유속 조절 영역(SRI)이 제1 유속 조절 영역(180)으로부터 이격되는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이다. 다른 예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 유속 조절 영역들(180, SRI)은 연속적으로 배치될 수 있다. 제2 유속 조절 영역(SRI)은 광 산란 영역(SR)에 가까워질수록 작아지는 폭을 가질 수 있다. 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최대 폭(D11) 및 최소 폭(D12)은 광 산란 영역(SR)에 진입한 먼지가 광 산란 영역(SR) 내에 실질적으로 쌓이지 않도록 또는 최소한으로 쌓이도록 결정될 수 있다. 나아가, 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최대 폭(D11) 및 최소 폭(D12)은 먼지 측정이 요구되는 정확도로 수행되도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최대 폭(D11)과 최소 폭(D12)은 아래의 관계를 가질 수 있다.
D12/D11=(1.8~2.2)/3
제2 유속 조절 영역(SRI)은 광 산란 영역(SR)에 가까워질수록 작아지는 단면적을 가질 수 있다. 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최대 단면적 및 최소 단면적은 광 산란 영역(SR)에 진입한 먼지가 광 산란 영역(SR) 내에 실질적으로 쌓이지 않도록 또는 최소한으로 쌓이도록 결정될 수 있다. 나아가, 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최대 단면적 및 최소 단면적은 먼지 측정이 요구되는 정확도로 수행되도록 결정될 수 있다.예를 들어, 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최대 단면적과 최소 단면적은 아래의 관계를 가질 수 있다.
(최소 단면적)/(최대 단면적)=(0.8~1.2)/2
일 예에서, 광 산란 영역(SR) 내에서 먼지가 입사 광(IL)에 조사될 때의 공기의 유속(제3 유속)은 제1 유속 및 제2 유속과 아래의 관계를 가질 수 있다.
(제1 유속):(제2 유속):(제3 유속)=1:(5~6):(1.1~1.5)
광 산란 영역(SR) 내로 진입한 먼지가 적절히 광 산란 영역(SR) 밖으로 배출되지 않을 경우, 광 산란 영역(SR)에 먼지가 쌓일 수 있다. 광 산란 영역(SR)에 쌓이는 먼지는 먼지 센서(1)의 정확한 측정을 방해하는 요소일 수 있다.
본 개시는 제1 유속 조절 영역(180) 및 제2 유속 조절 영역(SRI)를 이용해서 광 산란 영역(SR) 내에 유입된 먼지가 광 산란 영역(SR) 내에 쌓이지 않되 요구되는 정확도의 먼지 측정이 이루어지도록 먼지를 나르는 공기의 유속을 조절할 수 있다. 이에 따라, 광 산란 영역(SR)에 먼지가 쌓이는 것이 최소화 또는 방지될 수 있다.
공기 유입로(160) 내에 제1 히터(170)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 히터(170)의 적어도 일 부분은 제1 유속 조절 영역(180) 내에 배치될 수 있다. 제1 히터(170)는 열을 방출하여, 공기 유입로(160)를 지나는 공기의 상대 습도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 제1 히터(170)는 공기의 상대 습도를 약 70 % 이하로 낮출 수 있다. 예를 들어, 제1 히터(170)는 약 40 도(℃) 내지 약 45 도(℃)의 온도를 갖도록 작동될 수 있다. 공기의 상대 습도가 높을 경우, 공기 중에 미세한 수분 입자들이 생길 수 있다. 미세한 수분 입자들은 먼지 입자들과 마찬가지로 입사 광(IL)을 산란시킬 수 있다. 미세한 수분 입자들에 의해 산란된 산란 광도 수광 요소(130)에 의해 감지되므로, 미세 먼지의 양에 대한 데이터의 정확도를 떨어뜨릴 수 있다. 미세한 수분 입자들은 먼지 입자들에 부착될 수 있다. 미세한 수분 입자들이 부착된 먼지 입자의 전체 크기는 그 먼지 입자 자체의 크기보다 클 수 있다. 이에 따라, 먼지 센서(1)는 미세한 수분 입자들이 부착된 먼지 입자의 크기를 실제 먼지 입자의 크기보다 크게 측정할 수 있다. 즉, 미세한 수분 입자들은 먼지 입자의 크기에 대한 데이터의 정확도를 떨어뜨릴 수 있다. 본 개시의 제1 히터(170)는 공기 중의 상대 습도를 낮춰서 공기 중의 미세한 수분 입자들을 줄이거나 제거할 수 있다. 이에 따라, 먼지의 양 및 크기에 대한 먼지 센서(1)의 측정 정확도가 개선될 수 있다.
팬(190)은 광 산란 영역(SR)의 공기를 흡입하여 배출구(20)을 통해 먼지 센서(1) 외부로 배출할 수 있다. 팬(190)에 의해 먼지 센서(1) 내에 공기의 흐름이 발생할 수 있다.
광 산란 영역(SR)과 팬(190) 사이에 배출 통로(SRO)가 제공될 수 있다. 도 5에 도시된 것과 같이, 배출 통로(SRO)는 폭(Wo) 및 높이(Ho)를 가질 수 있다. 배출 통로(SRO)의 폭(Wo) 및 높이(Ho)는 광 산란 영역(SR)에 진입한 먼지가 광 산란 영역(SR) 내에 실질적으로 쌓이지 않도록 또는 최소한으로 쌓이도록 결정될 수 있다. 나아가, 배출 통로(SRO)의 폭(Wo) 및 높이(Ho)는 먼지 측정이 요구되는 정확도로 수행되도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 배출 통로(SRO)의 폭(Wo) 및 높이(Ho)의 각각은 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최소 폭(D12)의 1배 내지 1.5배일 수 있다. 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최소 폭(D12)은 공기 유입로(160)의 최소 폭과 동일할 수 있다. 예를 들어, 배출 통로(SRO)의 폭(Wo)은 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최소 폭(D12)의 1.3배이고, 배출 통로(SRO)의 높이(Ho)는 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최소 폭(D12)과 동일할 수 있다.
배출 통로(SRO)의 단면적은 광 산란 영역(SR)에 진입한 먼지가 광 산란 영역(SR) 내에 실질적으로 쌓이지 않도록 또는 최소한으로 쌓이도록 결정될 수 있다. 나아가, 배출 통로(SRO)의 단면적은 먼지 측정이 요구되는 정확도로 수행되도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 배출 통로(SRO)의 단면적은 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최소 단면적의 1.25배 내지 2배일 수 있다. 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최소 단면적은 공기 유입로(160)의 최소 단면적과 동일할 수 있다. 예를 들어, 배출 통로(SRO)의 단면적은 제2 유속 조절 영역(SRI)의 최소 단면적의 1.65배일 수 있다.
일 예에서, 배출 통로(SRO)를 지나는 공기의 유속(제4 유속)은 제1 유속보다 10배 이상 빠를 수 있다. 먼지 센서(1) 내에서 구간별로 공기의 유속이 조절되어, 광 산란 영역(SR)에 먼지가 쌓이는 것이 최소화 또는 방지될 수 있다.
본 개시의 배출 통로(SRO)는 광 산란 영역(SR) 내에 유입된 먼지가 광 산란 영역(SR) 내에 쌓이지 않되 요구되는 정확도의 먼지 측정이 이루어지도록 먼지를 광 산란 영역(SR)에서 배출할 수 있다. 이에 따라, 광 산란 영역(SR)에 먼지가 쌓이는 것이 최소화 또는 방지될 수 있다.
프로세서(210)는 발광 요소(120), 제1 히터(170), 및 팬(190)의 구동을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 수광 요소(130)로부터 수광 신호를 수신할 수 있다. 수광 신호는 수광 요소(130)에 측정 산란 광(DL)이 도달할 때 수광 요소(130)가 생성하는 전기적인 신호일 수 있다. 프로세서(210)는 통신부를 통해 수광 신호를 외부 장치에 전송할 수 있다.
본 개시는 향상된 측정 정확도를 가지는 먼지 센서(1)를 제공할 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 먼지 센서(2)의 도 2의 A-A'선에 대응하는 단면도이다. 도 10은 도 9의 공기 유입로의 B-B'선에 대응하는 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 먼지 센서(2)가 제공될 수 있다. 먼지 센서(2)는 기구부(102) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다. 기구부(102)는 하우징(110), 광 산란 영역(SR), 발광 요소(120), 입사 광(IL) 제한부(122), 수광 요소(130), 산란 광 제한부(132), 광 트랩부(150), 공기 유입로(160), 제2 히터(172), 및 팬(190)을 포함할 수 있다. 하우징(110), 광 산란 영역(SR), 발광 요소(120), 입사 광(IL) 제한부(122), 수광 요소(130), 산란 광 제한부(132), 광 트랩부(150), 공기 유입로(160), 및 팬(190)은 각각 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명되는 하우징(110), 광 산란 영역(SR), 발광 요소(120), 입사 광(IL) 제한부(122), 수광 요소(130), 산란 광 제한부(132), 광 트랩부(150), 공기 유입로(160), 및 팬(190)과 실질적으로 동일할 수 있다. 제어부(200)는 프로세서(도 1의 210)가 제2 히터(172)의 구동을 제어하는 것을 제외하면 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명되는 제어부(200)와 실질적으로 동일할 수 있다.
제2 히터(172)는 공기 유입로(160)의 측면 상에 제공될 수 있다. 제2 히터(172)는 공기 유입로(160)를 정의하는 하우징(110)의 측벽 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 히터(172)는 공기 유입로(160)를 둘러쌀 수 있다. 일 예에서, 제2 히터(172)의 일부분은 제1 유속 조절 영역(180) 내에 제공될 수 있다. 제2 히터(172)는 열을 방출하여, 공기 유입로(160)를 지나는 공기의 상대 습도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 제2 히터(172)는 공기의 상대 습도를 약 70 % 이하로 낮출 수 있다. 예를 들어, 제2 히터(172)는 주변 온도보다 약 20 도(℃)만큼 높은 온도를 가질 수 있다. 제2 히터(172)의 구동은 프로세서(도 1의 210)에 의해 제어될 수 있다.
본 개시의 제2 히터(172)는 공기의 상대 습도를 낮춰서 공기 중의 미세한 수분 입자들을 감소시키거나 제거할 수 있다. 이에 따라 먼지 센서(2)의 측정 정확도가 향상될 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 먼지 센서(3)의 블록도이다. 도 12는 도 11의 먼지 센서(3)의 사시도이다. 도 13은 도 12의 C-C'선을 따르는 단면도이다. 도 14는 도 12의 공기 유입로의 D-D'선을 따르는 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 먼지 센서(3)는 기구부(104) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다. 기구부(104)는 하우징(110), 광 산란 영역(SR), 발광 요소(120), 입사 광(IL) 제한부(122), 수광 요소(130), 산란 광 제한부(132), 포커싱 렌즈(140), 광 트랩부(150), 공기 유입로(160), 제1 히터(170), 팬(190), 및 추가 센서부(300)를 포함할 수 있다. 기구부(104)는 추가 센서부(300)를 더 포함하는 것을 제외하면, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명되는 기구부(102)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제어부(200)는 프로세서(210) 및 통신부(220)를 포함할 수 있다. 제어부(200)는 프로세서(210)가 추가 센서부(300)로부터 신호를 수신하는 것을 제외하면 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명되는 제어부(200)와 실질적으로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 추가 센서부(300)는 습도 센서를 포함할 수 있다. 습도 센서는 공기 유입로(160)를 지나는 공기의 상대 습도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 습도 센서는 커패시턴스 측정 방식 또는 저항 측정 방식으로 작동할 수 있다. 다만, 습도 센서의 종류는 한정적인 것이 아니다. 습도 센서는 공기의 상대 습도에 관한 데이터를 프로세서(1210)에 제공할 수 있다. 프로세서(1210)는 공기의 상대 습도에 관한 데이터를 통신부(1220)를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다. 프로세서(1210)는 공기의 상대 습도에 관한 데이터에 기초하여 제1 히터(170)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1210)는 공기의 상대 습도가 70% 이상인 경우, 제1 히터(170)의 작동을 개시할 수 있다. 프로세서(1210)는 공기의 상대 습도가 70% 미만인 경우, 제1 히터(170)의 작동을 정지시킬 수 있다.
일 실시예에서, 추가 센서부(300)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서는 공기 유입로(160)를 지나는 공기의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서는 공기의 온도에 관한 데이터를 프로세서에 제공할 수 있다. 프로세서(1210)는 공기의 온도에 관한 데이터를 통신부(1220)를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 추가 센서부(300)는 가스 센서를 포함할 수 있다. 가스 센서는 공기 유입로(160) 내에 제공되는 가스를 감지할 수 있다. 가스 센서는 재료의 물리적, 화학적, 및/또는 전기적 성질 변화를 이용하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 가스 센서는 요구되는 가스(예를 들어, 이산화탄소, 산소, 질소산화물, 수소, 알코올, 황산화물, 암모니아 등)의 농도를 검출할 수 있다. 가스 센서는 가스의 농도에 관한 데이터를 프로세서에 제공할 수 있다. 프로세서(1210)는 공기의 온도에 관한 데이터를 통신부(1220)를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.
먼지 센서(3)는 습도 센서, 온도 센서, 및 가스 센서를 각각 포함하거나, 이들 중 둘 이상을 포함할 수 있다.
일 예에서, 외부 장치는 공기질 센서로부터 제공받은 데이터를 디스플레이 장치에 출력할 수 있다. 이에 따라, 공기질 센서가 측정한 정보가 사용자에게 제공될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
102, 104: 기구부 200: 제어부
110: 하우징 120: 발광 요소
122: 입사 광 제한부 130: 수광 요소
132a: 제1 산란 광 제한부 132b: 제2 산란 광 제한부
140: 포커싱 렌즈 150: 광 트랩부
160: 공기 유입로 170: 제1 히터
172: 제2 히터 180: 유속 조절 영역
190: 팬 210: 프로세서
220: 통신부

Claims (17)

  1. 광 산란 영역;
    상기 광 산란 영역에 제1 광을 제공하는 발광 요소;
    상기 광 산란 영역에서 생성된 제2 광을 감지하는 수광 요소;
    상기 광 산란 영역과 연결되는 공기 유입로; 및
    상기 공기 유입로 내에 제공되는 히터;를 포함하는 먼지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 유입로는, 상기 광 산란 영역에 가까워지는 방향으로 갈수록 작아지는 폭을 갖는 제1 유속 조절 영역을 포함하는 먼지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 유속 조절 영역의 폭은 상기 제1 유속 조절 영역으로부터 배출되는 공기의 유속이 상기 제1 유속 조절 영역에 유입되는 공기의 유속보다 5~6배 빠르도록 결정되는 먼지 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 히터의 적어도 일 부분은 상기 제1 유속 조절 영역 내에 배치되는 먼지 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 유입로는, 상기 광 산란 영역에 가까워지는 방향으로 갈수록 작아지는 폭을 갖는 제2 유속 조절 영역을 포함하되,
    상기 제2 유속 조절 영역의 최대 폭과 최소 폭은 아래와 같은 관계를 갖는 먼지 센서.

    (최소 폭)/(최대 폭)=(1.8~2.2)/3
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 유입로는, 상기 광 산란 영역에 가까워지는 방향으로 갈수록 작아지는 단면적을 갖는 제2 유속 조절 영역을 포함하되,
    상기 제2 유속 조절 영역의 최대 단면적과 최소 단면적은 아래와 같은 관계를 갖는 먼지 센서.

    (최소 단면적)/(최대 단면적)=(0.8~1.2)/2
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 산란 영역의 측면 상에 제공되는 광 트랩 구조;를 더 포함하되,
    상기 광 트랩 구조는 상기 광 트랩 구조로 입사하는 광의 세기를 줄이거나 광을 차단하는 먼지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광 트랩 구조는 복수의 돌기들을 포함하고,
    상기 복수의 돌기들의 각각은 서로 다른 제1 측면 및 제2 측면을 포함하고,
    상기 제1 측면 및 상기 제2 측면의 사이각은 30 도(˚) 이하인 먼지 센서.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 광 트랩 구조는 상기 발광 요소와 마주하는 먼지 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 광의 광축과 상기 제2 광의 광축의 교차각들 중 큰 각도는 95 도(˚) 내지 115 도(˚)인 먼지 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 유입로 내에 제공되는 습도 센서 또는 가스 센서;를 더 포함하는 먼지 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    프로세서;를 더 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 습도 센서로부터 상기 공기 유입로를 지나는 공기의 상대 습도 데이터를 수신하고, 상기 상대 습도 데이터에 기초하여 상기 히터를 제어하는 먼지 센서.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 산란 영역 내의 공기를 유동시키는 팬;을 더 포함하는 먼지 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광 산란 영역과 상기 팬 사이에 제공되는 배출 통로;를 더 포함하되,
    상기 배출 통로의 폭 및 높이의 각각은 상기 공기 유입로의 최소 폭의 1배 내지 1.5배인 먼지 센서.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 광 산란 영역과 상기 팬 사이에 제공되는 배출 통로;를 더 포함하되,
    상기 배출 통로의 단면적은 상기 공기 유입로의 최소 단면적의 1.25배 내지 2배인 먼지 센서.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 공기 유입로를 지나는 공기의 상대 습도를 70 % 이하로 낮추도록 열을 방출하는 먼지 센서.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 40 도(℃) 내지 45 도(℃)의 온도를 갖도록 작동하는 먼지 센서.
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