KR102311299B1 - 광 특성을 고려한 미세 먼지 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
구성의 광 특성을 고려한 미세 먼지 측정 장치 및 방법이 개시된다. 미세 먼지 측정 장치는 측정광을 조사하는 발광부; 상기 측정광이 조사되는 과정에서 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조된 수신광을 수신하는 수광부; 상기 수신광을 증폭하여 1차 증폭단 신호를 출력하는 1차 증폭단; 상기 1차 증폭단 신호를 필터링하여 상기 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호를 추출하고, 상기 산란 신호를 증폭하여 2차 증폭단 신호를 출력하는 2차 증폭단; 및 상기 1차 증폭단 신호와 상기 측정광의 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 미세 먼지 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 미세 먼지 측정 장치에 포함된 구성의 광 특성의 편차를 고려하여 미세 먼지를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
미세 먼지에 의한 문제가 발생함에 따라 미세 먼지 측정 장치가 개발되고 있다.
종래의 미세 먼지 측정 장치는 발광부가 광을 조사하고, 수광부에서 조사된 광을 수신하며, 발광부가 조사한 광이 수광부에서 수신되는 과정에서 대기 중에 포함된 미세 먼지에 의하여 산란된 신호를 분석하여 미세 먼지의 농도를 측정하였다.
그러나, 미세 먼지 측정 장치에 포함되는 발광부, 및 수광부는 광 특성이 동일하지 않고, 편차가 발생하게 된다. 따라서, 수광부가 수신한 광에서 산란된 신호가 광특성의 편차에 의한 것인지 미세 먼지에 의한 것인지 식별이 어렵다는 문제가 있었다.
또한, 발광부 및 수광부는 온도에 따라서도 광 특성이 변경되므로, 미세 먼지 측정 장치의 온도 변화에 따라 측정 결과가 다르게 나올 수도 있다는 문제도 있었다.
따라서, 미세 먼지 측정 장치에 포함되는 발광부 및 수광부와 같은 구성의 특성 편차, 및 온도 변화에 영향을 받지 않는 미세 먼지 측정 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 미세 먼지 측정 장치에 포함된 발광부 및 수광부의 광 특성에 따라 결정된 광 특성 게인을 참조하여 미세 먼지의 농도를 계산함으로써, 발광부 및 수광부의 특성 편차에 따른 미세 먼지의 농도 측정 성능 편차가 발생하는 것을 방지하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 미세 먼지 측정 장치의 온도 각각에 대응하는 온도 게인을 참조하여 미세 먼지의 농도를 계산함으로써, 온도 변화에 따른 미세 먼지의 농도 측정 성능 편차가 발생하는 것을 방지하는 장치 및 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명은 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 고장 모드 기준 정보를 현재의 광 특성과 관련된 정보와 비교하고 비교 결과에 따라 고장 모드를 구동함으로써, 미세 먼지 측정 장치가 지속 사용으로 수명이 다하여 고장이 발생하기 전에 고장이 발생하는 것을 미리 확인하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치는 측정광을 조사하는 발광부; 상기 측정광이 조사되는 과정에서 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조된 수신광을 수신하는 수광부; 상기 수신광을 증폭하여 1차 증폭단 신호를 출력하는 1차 증폭단; 상기 1차 증폭단 신호를 필터링하여 상기 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호를 추출하고, 상기 산란 신호를 증폭하여 2차 증폭단 신호를 출력하는 2차 증폭단; 및 상기 1차 증폭단 신호와 상기 측정광의 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 광 특성 게인은, 복수의 샘플들 각각의 1차 증폭단 신호 및 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 기준 정보와 상기 미세 먼지 측정 장치가 제조된 시점에서 측정한 1차 증폭단 신호 및 광량 신호 간의 차이에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치는 상기 미세먼지 측정 장치의 현재 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 광 특성 게인, 온도에 따른 특성 변화 정보, 현재 온도 및 1차 증폭단 신호와 광량 신호를 이용하여 온도 게인을 결정하며, 상기 온도 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 프로세서는, 상기 현재 온도가 상온인 경우, 상기 광 특성 게인을 상기 온도 게인으로 결정하고, 상기 현재 온도가 상온이 아닌 경우, 상기 온도에 따른 특성 변화 정보에 따라 상기 광 특성 게인을 보정하여 온도 게인을 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 프로세서는, 상기 1차 증폭단 신호, 또는 상기 측정광의 광량 신호가 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 고장 모드 기준 정보 미만인 경우, 미세 먼지 측정 장치에 고장이 발생한 것으로 판단하여 고장 모드를 구동할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 광 특성 결정 방법은 미세 먼지 측정 장치 샘플들 각각에서 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호 및 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호를 획득하는 단계; 획득한 1차 증폭단 신호들과 광량 신호들에 기초하여 광 특성 기준 정보를 결정하는 단계; 및 제조된 미세 먼지 측정 장치에서 측정한 1차 증폭단 신호 및 광량 신호와 상기 광 특성 기준 정보 간의 차이에 따라 상기 제조된 미세 먼지 측정 장치의 광 특성 게인을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 광 특성 결정 방법은 온도에 따른 특성 변화 정보를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제조된 미세 먼지 측정 장치는, 상기 현재 온도 및 상기 1차 증폭단 신호와 상기 광량 신호를 이용하여 온도 게인을 결정하고, 상기 온도 게인과 상기 광 특성 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 방법은 측정광을 조사하는 단계; 상기 측정광이 조사되는 과정에서 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조된 수신광을 수신하는 단계; 상기 수신광을 증폭하여 1차 증폭단 신호를 출력하는 단계; 상기 1차 증폭단 신호를 필터링하여 상기 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호를 추출하고, 상기 산란 신호를 증폭하여 2차 증폭단 신호를 출력하는 단계; 및 상기 1차 증폭단 신호와 상기 측정광의 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 방법의 광 특성 게인은, 복수의 샘플들 각각의 1차 증폭단 신호 및 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 기준 정보와 상기 미세 먼지 측정 장치가 제조된 시점에서 측정한 1차 증폭단 신호 및 광량 신호 간의 차이에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 방법은 상기 1차 증폭단 신호, 또는 상기 측정광의 광량 신호가 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 고장 모드 기준 정보 미만인 경우, 미세 먼지 측정 장치에 고장이 발생한 것으로 판단하여 고장 모드를 구동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 방법은 측정광을 조사하는 단계; 상기 측정광이 조사되는 과정에서 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조된 수신광을 수신하는 단계; 측정광을 조사하고, 수신광을 수신하는 미세먼지 측정 장치의 현재 온도를 측정하는 단계; 상기 수신광을 증폭하여 1차 증폭단 신호를 출력하는 단계; 상기 1차 증폭단 신호를 필터링하여 상기 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호를 추출하고, 상기 산란 신호를 증폭하여 2차 증폭단 신호를 출력하는 단계; 상기 1차 증폭단 신호와 상기 측정광의 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 게인, 온도에 따른 특성 변화 정보, 현재 온도 및 1차 증폭단 신호와 광량 신호를 이용하여 온도 게인을 결정하는 단계; 및 상기 온도 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 방법의 온도 게인을 결정하는 단계는 상기 현재 온도가 상온인 경우, 상기 광 특성 게인을 상기 온도 게인으로 결정하고, 상기 현재 온도가 상온이 아닌 경우, 상기 온도에 따른 특성 변화 정보에 따라 상기 광 특성 게인을 보정하여 온도 게인을 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 미세 먼지 측정 장치에 포함된 발광부 및 수광부의 광 특성에 따라 결정된 광 특성 게인을 참조하여 미세 먼지의 농도를 계산함으로써, 발광부 및 수광부의 특성 편차에 따른 미세 먼지의 농도 측정 성능 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 미세 먼지 측정 장치의 온도 각각에 대응하는 온도 게인을 참조하여 미세 먼지의 농도를 계산함으로써, 온도 변화에 따른 미세 먼지의 농도 측정 성능 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의하면, 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 고장 모드 기준 정보를 현재의 광 특성과 관련된 정보와 비교하고 비교 결과에 따라 고장 모드를 구동함으로써, 미세 먼지 측정 장치가 지속 사용으로 수명이 다하여 고장이 발생하기 전에 고장이 발생하는 것을 미리 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 1차 증폭단 신호 및 2차 증폭단 신호의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 광 특성 기준 정보를 설정하는 과정의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 광 특성 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온도에 따른 특성 변화 정보의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 저온 온도 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 온도별 온도 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
도 8은 시간의 경과에 따른 광량 신호 및 1차 증폭단 신호의 변화의 일례이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따라 고장 모드 여부를 판단하는 과정의 일례이다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치를 위한 광 특성 결정 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 11는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 1차 증폭단 신호 및 2차 증폭단 신호의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 광 특성 기준 정보를 설정하는 과정의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 광 특성 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온도에 따른 특성 변화 정보의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 저온 온도 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 온도별 온도 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
도 8은 시간의 경과에 따른 광량 신호 및 1차 증폭단 신호의 변화의 일례이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따라 고장 모드 여부를 판단하는 과정의 일례이다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치를 위한 광 특성 결정 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 11는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치를 도시한 도면이다.
미세 먼지 측정 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 발광부(110), 수광부(120), 1차 증폭단(130), 2차 증폭단(140), 프로세서(150), 및 온도 센서(160)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 미세 먼지 측정 장치는 미세 먼지 센서, 또는 미세 먼지 측정 소자일 수 있다.
발광부(110)는 수광부(120)를 향하여 측정광을 조사할 수 있다. 이때, 발광부(110)는 조사한 측정광의 광량을 나타내는 광량 신호를 프로세서(150)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 발광부(110)는 레이저 모듈일 수 있다.
수광부(120)는 측정광이 변조된 수신광을 수신할 수 있다. 이때, 수신광은 측정광이 수광부(120)를 향하여 조사되는 과정에서 발광부(110)와 수광부(120) 사이의 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조된 광일 수 있다. 예를 들어, 수광부(120)는 포토 다이오드일 수 있다.
1차 증폭단(130)은 수광부(120)가 수신한 수신광을 증폭하여 1차 증폭단 신호를 출력할 수 있다. 이때, 1차 증폭단(130)는 1차 증폭단 신호를 2차 증폭단(140), 및 프로세서(150)에게 전달할 수 있다.
2차 증폭단(140)은 1차 증폭단 신호를 필터링하여 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호를 추출할 수 있다. 구체적으로, 2차 증폭단(140)은 미세 먼지 측정 장치의 암전류(Dark Current) 및 크로스 토크(Crosstalk)에 의한 DC 성분을 필터링함으로써, 수신광에서 AC 성분을 추출할 수 있다. 이때, AC 성분은 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호일 수 있다.
그리고, 2차 증폭단(140)은 추출한 산란 신호를 증폭하여 2차 증폭단 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(150)는 기 설정되어 저장된 광 특성 게인 및 2차 증폭단(140)로부터 수신한 2차 증폭단 신호를 이용하여 대기에 포함된 먼지 농도를 결정할 수 있다.
이때, 광 특성 게인은, 광 특성 기준 정보와 미세 먼지 측정 장치가 제조된 시점에서 측정한 1차 증폭단 신호 및 광량 신호 간의 차이에 따라 결정될 수 있다. 또한, 광 특성 기준 정보는 복수의 샘플들 각각의 1차 증폭단 신호 및 광량 신호에 따라 결정될 수 있다. 광 특성 기준 정보가 결정되는 과정은 이하 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 광 특성 게인이 결정되는 과정은 이하 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 예를 들어, 광 특성 게인은 미세 먼지 측정 소자 제조 장치, 또는 광 특성 결정 장치에 의하여 결정되어 미세 먼지 측정 장치의 저장 매체에 저장될 수 있다. 이때, 저장 매체는 프로세서(150)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 저장 매체는 EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory)일 수 있다.
또한, 프로세서(150)는 1차 증폭단(130)로부터 수신한 1차 증폭단 신호, 또는 발광부(110)로부터 수신한 측정광의 광량 신호가 고장 모드 기준 정보 미만인 경우, 미세 먼지 측정 장치에 고장이 발생한 것으로 판단하여 고장 모드를 구동할 수도 있다. 이때, 고장 모드 기준 정보는 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 1차 증폭단 신호의 최저값, 및 광량 신호의 최저값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
온도 센서(160)는 미세먼지 측정 장치의 현재 온도를 측정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는, 광 특성 게인, 온도에 따른 특성 변화 정보, 현재 온도 및 1차 증폭단 신호와 광량 신호를 이용하여 온도 게인을 결정할 수 있다. 이때, 온도에 따른 특성 변화 정보는 온도의 증가, 또는 감소에 따른 광량 신호, 1차 증폭단 신호의 변화를 나타낼 수 있다.
그리고, 광 특성 게인은 현재 온도가 상온인 경우의 온도 게인일 수 있다. 따라서, 현재 온도가 상온으로 설정된 구간에 포함된 경우, 프로세서(150)는 광 특성 게인 및 2차 증폭단 신호를 이용하여 대기에 포함된 먼지 농도를 결정할 수 있다.
또한, 현재 온도가 상온으로 설정된 구간에 포함되지 않은 경우, 프로세서(150)는 온도에 따른 특성 변화 정보에 따라 광 특성 게인을 보정하여 온도 게인을 결정할 수 있다. 그리고, 프로세서(150)는 결정한 광 특성 게인 및 2차 증폭단 신호를 이용하여 대기에 포함된 먼지 농도를 결정할 수 있다.
미세 먼지 측정 장치는 미세 먼지 측정 장치에 포함된 발광부(110) 및 수광부(120)의 광 특성에 따라 결정된 광 특성 게인을 참조하여 미세 먼지의 농도를 계산함으로써, 발광부(110) 및 수광부(120)의 특성 편차에 따른 미세 먼지의 농도 측정 성능 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 미세 먼지 측정 장치는 미세 먼지 측정 장치의 온도 각각에 대응하는 온도 게인을 참조하여 미세 먼지의 농도를 계산함으로써, 온도 변화에 따른 미세 먼지의 농도 측정 성능 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 미세 먼지 측정 장치는 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 고장 모드 기준 정보를 현재의 광 특성과 관련된 정보와 비교하고 비교 결과에 따라 고장 모드를 구동함으로써, 미세 먼지 측정 장치가 지속 사용으로 수명이 다하여 고장이 발생하기 전에 고장이 발생하는 것을 미리 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 1차 증폭단 신호 및 2차 증폭단 신호의 일례이다.
1차 증폭단(130)에서 출력되는 1차 증폭단 신호(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 발광부(110)에서 측정광이 조사되지 않은 시간 동안 수광부(120)가 수신한 수신광들의 구간(211), 및 발광부(110)에서 측정광이 조사된 시간 동안 수광부(120)가 수신한 수신광들의 구간(212)를 포함할 수 있다. 이때, 구간(212)에는 미세 먼지 측정 장치의 암전류(Dark Current) 및 크로스 토크(Crosstalk)에 의한 DC 성분과 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호인 AC 성분이 포함될 수 있다.
2차 증폭단(140)에서 출력되는 2차 증폭단 신호(220)는 도 2에 도시된 바와 1차 증폭단 신호(210)에서 DC 성분이 제거되고, 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호인 AC 성분(221)이 증폭된 신호일 수 있다.
이때, 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호는 측정광이 수광부(120)를 향하여 조사되는 과정에서 발광부(110)와 수광부(120) 사이의 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조되어 발생할 수 있다. 따라서, AC 성분(221)은 구간(212)와 동일한 시간 구간에서 나타날 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 광 특성 기준 정보를 설정하는 과정의 일례이다.
미세 먼지 측정 소자 제조 장치, 또는 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플들을 이용하여 광 특성 기준 정보를 결정하고, 미세 먼지 측정 장치 각각의 광 특성 게인을 결정할 수 있다. 예를 들어, 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 소자 제조 장치를 제어하는 컴퓨터와 같은 단말, 또는 프로세서일 수 있다.
먼저, 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1의 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호(311) 및 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호(321)를 획득할 수 있다. 또한, 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2의 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호(312) 및 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호(322)를 획득할 수 있다. 그리고, 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플 3의 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호(313) 및 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호(323)를 획득할 수 있다. 또한, 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플 4의 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호(314) 및 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호(324)를 획득할 수 있다.
다음으로, 광 특성 결정 장치는 광량 신호(311), 광량 신호(312), 광량 신호(313), 광량 신호(314)의 평균(315)을 결정할 수 있다. 또한, 광 특성 결정 장치는 1차 증폭단 신호(321), 1차 증폭단 신호(322), 1차 증폭단 신호(323), 1차 증폭단 신호(324)의 평균(325)을 결정할 수 있다.
그 다음으로, 광 특성 결정 장치는 광량 신호의 평균(315)와 1차 증폭단 신호의 평균(325)에 따라 광 특성 기준 정보(330) 및 민감도 디폴트 게인을 결정할 수 있다. 이때, 민감도 디폴트 게인은 광 특성 게인의 초기값일 수 있다.
예를 들어, 광량 신호의 평균(315)와 1차 증폭단 신호의 평균(325)이 각각 100인 경우, 광 특성 결정 장치는 표 1에 도시된 바와 같이 광 특성 기준 정보 및 민감도 디폴트 게인을 결정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 광 특성 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
광 특성 결정 장치는 제조되어 광 특성 게인의 결정이 필요한 미세 먼지 측정 장치를 구동 시킬 수 있다. 그리고, 광 특성 결정 장치는 제조된 미세 먼지 측정 장치의 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호 및 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호를 획득할 수 있다.
이때, 광 특성 결정 장치는 획득한 1차 증폭단 신호 및 광량 신호와 광 특성 기준 정보 간의 차이에 따라 미세 먼지 측정 장치의 광 특성 게인을 결정할 수 있다.
예를 들어, 미세 먼지 측정 소자 제조 장치가 미세 먼지 측정 장치 샘플 1을 제조한 경우, 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1의 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호(411) 및 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호(412)를 획득할 수 있다. 이때, 광량 신호(411)와 1차 증폭단 신호(412)는 각각 광량 신호의 평균(315)와 1차 증폭단 신호의 평균(325)보다 큰 값을 가질 수 있다.
따라서, 광량 신호(411)와 1차 증폭단 신호(412)를 더하여 결정되는 광 특성(413)도 광 특성 기준 정보(330) 보다 클 수 있다. 이때, 광 특성 결정 장치는 표 2에 도시된 바와 같이 민감도가 감소되도록 하는 민감도 게인을 미세 먼지 측정 장치 샘플 1의 광 특성 게인으로 결정할 수 있다. 이때, 미세 먼지 측정 장치 샘플 1의 프로세서는 입력된 2차 증폭단 신호에 광 특성 게인인 0.67를 적용하여 감소시킴으로써, 2차 증폭단 신호의 세기가 미세 먼지 농도 계산에 사용되는 표준 범위 안에 위치하도록 보정할 수 있다.
또한, 미세 먼지 측정 소자 제조 장치가 미세 먼지 측정 장치 샘플 2를 제조한 경우, 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2의 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호(421) 및 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호(422)를 획득할 수 있다. 이때, 광량 신호(421)와 1차 증폭단 신호(422)는 각각 광량 신호의 평균(315)와 1차 증폭단 신호의 평균(325)보다 작은 값을 가질 수 있다.
따라서, 광량 신호(421)와 1차 증폭단 신호(422)를 더하여 결정되는 광 특성(423)도 광 특성 기준 정보(330) 보다 작을 수 있다. 이때, 광 특성 결정 장치는 표 3에 도시된 바와 같이 민감도가 증가되도록 하는 민감도 게인을 미세 먼지 측정 장치 샘플 2의 광 특성 게인으로 결정할 수 있다. 이때, 미세 먼지 측정 장치 샘플 2의 프로세서는 입력된 2차 증폭단 신호에 광 특성 게인인 1.33을 적용하여 증가시킴으로써, 2차 증폭단 신호의 세기가 미세 먼지 농도 계산에 사용되는 표준 범위 안에 위치하도록 보정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온도에 따른 특성 변화 정보의 일례이다.
광량 신호는 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 광량을 나타내는 광량 신호의 세기(510)가 온도에 따라 변화될 수 있다.
또한, 1차 증폭단 신호는 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 수신광을 증폭한 1차 증폭단 신호의 세기(520)가 온도에 따라 변화될 수 있다.
그리고, 온도에 따른 특성 변화 정보는 온도에 따라 변화하는 광량 신호의 세기(510) 및 1차 증폭단 신호의 세기(520)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 온도 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
미세 먼지 측정 장치의 프로세서(150)는 온도에 따른 특성 변화 정보와 현재 온도 및 1차 증폭단 신호와 광량 신호를 이용하여 온도 게인을 결정할 수 있다.
예를 들어, 미세 먼지 측정 장치가 먼지 측정 장치 샘플 1인 경우, 프로세서(150)는 온도 센서(160)를 이용하여 먼지 측정 장치 샘플 1의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1의 발광부(110)가 조사하는 측정광의 광량 신호(411) 및 수광부(120)가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호(412)를 획득할 수 있다.
광 특성 게인은 현재 온도가 상온인 경우의 온도 게인이므로, 먼지 측정 장치 샘플 1의 현재 온도가 저온으로 분류된 온도 구간인 경우, 온도 게인은 도 3에 도시된 바와 같이 결정될 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 따르면, 저온에서 광량 신호의 세기는 상온에서의 광량 신호의 세기보다 증가할 수 있다. 따라서, 먼지 측정 장치 샘플 1의 현재 온도가 저온으로 분류된 온도 구간인 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 광량 신호(611)와 광량 신호의 평균(315) 간의 차이는 도 3에 도시된 광량 신호(611)와 광량 신호의 평균(315) 간의 차이 보다 클 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 따르면, 저온에서 1차 증폭단 신호의 세기는 상온에서의 1차 증폭단 신호의 세기보다 감소할 수 있다. 따라서, 먼지 측정 장치 샘플 1의 현재 온도가 저온으로 분류된 온도 구간인 경우, 1차 증폭단 신호(612)는 도 3과 달리 1차 증폭단 신호의 평균(325)보다 작을 수 있다.
이때, 프로세서(150)는 표 4에 도시된 바와 같이 광량 신호(611)의 세기인 160과 1차 증폭단 신호(612)의 세기인 80을 더하여 저온에서의 광 특성의 값인 240을 결정할 수 있다. 그리고, 프로세서(150)는 표 1과 같이 결정한 상온에서의 광 특성 게인을 온도에 따른 특성 변화 정보에 따라 보정하여 저온에서의 온도 게인인 온도 보정 게인을 결정할 수 있다. 이때, 미세 먼지 측정 장치 샘플 1의 프로세서는 입력된 2차 증폭단 신호에 온도 게인인 0.83을 적용하여 감소시킴으로써, 2차 증폭단 신호의 세기가 미세 먼지 농도 계산에 사용되는 표준 범위 안에 위치하도록 보정할 수 있다.
또한, 미세 먼지 측정 소자 제조 장치가 미세 먼지 측정 장치 샘플 2를 제조한 경우, 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2의 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호(621) 및 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호(622)를 획득할 수 있다.
이때, 프로세서(150)는 표 5에 도시된 바와 같이 광량 신호(621)의 세기인 120과 1차 증폭단 신호(622)의 세기인 90을 더하여 저온에서의 광 특성의 값인 210을 결정할 수 있다. 그리고, 프로세서(150)는 표 2와 같이 결정한 상온에서의 광 특성 게인을 온도에 따른 특성 변화 정보에 따라 보정하여 저온에서의 온도 게인인 온도 보정 게인을 결정할 수 있다. 이때, 미세 먼지 측정 장치 샘플 2의 프로세서는 입력된 2차 증폭단 신호에 온도 게인인 0.93을 적용하여 감소시킴으로써, 2차 증폭단 신호의 세기가 미세 먼지 농도 계산에 사용되는 표준 범위 안에 위치하도록 보정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 온도별 온도 게인을 결정하는 과정의 일례이다.
미세 먼지 측정 장치를 제조하는 과정에서의 오차에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)에 비하여 온도별 광특성의 차이가 큰 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)과 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)에 비하여 온도별 광특성의 차이가 작은 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)가 존재할 수 있다.
따라서, 미세 먼지 측정 장치의 프로세서(150)는 온도에 따른 특성 변화 정보와 현재 온도 및 1차 증폭단 신호와 광량 신호를 이용하여 온도 게인을 결정하고, 온도 게인을 적용하여 먼지 농도를 결정함으로써, 온도별 광특성이 서로 다른 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)과 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720) 각각에서 측정한 먼지 농도가 동일하도록 할 수 있다.
구체적으로, 먼지 측정 장치 샘플 1(710)의 온도별 온도 게인을 결정하기 위하여 먼지 측정 장치 샘플 1(710)의 온도를 온도 ①, 온도 ②, 온도 ③, 온도 ④, 온도 ⑤로 변경할 수 있다. 이때, 온도 ①가 가장 높은 온도이고, 온도 ②, 온도 ③, 온도 ④, 온도 ⑤의 순서로 온도가 낮아질 수 있다. 또한, 온도 ③은 상온으로 설정된 온도일 수 있다. 예를 들어, 상온은 연간을 통한 평균 온도로서 20±5℃의 범위일 수 있다. 또한, 온도 ①, 온도 ②은 온도 ③보다 고온이고, 온도 ④, 온도 ⑤은 온도 ③보다 저온이라는 조건을 만족한다면 실시예에 따라 각각의 온도의 범위가 다르게 설정될 수도 있다.
다음으로, 온도 센서(160)를 이용하여 측정한 먼지 측정 장치 샘플 1(710)의 온도 별로 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)의 발광부(110)가 조사하는 측정광의 광량 신호 및 수광부(120)가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(150)는 온도 별로 표 6에 도시된 바와 같은 광량 신호 및 1차 증폭단 신호를 획득할 수 있다.
그리고, 프로세서(150)는 상온에서의 광특성과 온도별 광 특성 간의 차이에 따라 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)의 온도별 온도 보정 게인을 결정할 수 있다.
구체적으로, 온도 ③이 상온이므로, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)이 온도 ③인 경우에 획득한 광량 신호 100과 1차 증폭단 신호 100에 기초하여 상온에서의 광특성 200을 결정할 수 있다.
다음으로, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)이 온도 ①인 경우에 획득한 광량 신호 60과 1차 증폭단 신호 120에 기초하여 온도 ①에서의 광특성 180을 결정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 온도 ①에서의 광특성 180과 상온에서의 광특성 200 간의 차이에 따라 온도 ①에서의 온도 보정 게인 1.11을 결정할 수 있다. 구체적으로, 온도 ①에서의 광특성 180은 상온에서의 광특성 200 보다 낮으므로, 프로세서(150)는 광특성이 증가되도록 온도 ①에서의 온도 보정 게인을 결정함으로써, 상온보다 낮아진 온도 ①에서의 광특성이 먼지 농도를 결정하는 과정에서 상온에서의 광특성과 같은 값을 가지고 사용되도록 할 수 있다.
또한, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)이 온도 ②인 경우에 획득한 광량 신호 80과 1차 증폭단 신호 110에 기초하여 온도 ②에서의 광특성 190을 결정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 온도 ②에서의 광특성 190과 상온에서의 광특성 200 간의 차이에 따라 온도 ②에서의 온도 보정 게인 1.05을 결정할 수 있다. 이때, 온도 ②에서의 광특성 190은 온도 ①에서의 광특성 180보다 상온에서의 광특성 200과의 차이가 적으므로, 온도 ②에서의 온도 보정 게인 1.05도 온도 ①에서의 온도 보정 게인 1.11보다 낮을 수 있다.
그리고, 온도 ③이 상온이므로, 온도 ③에서의 광특성 200과 상온에서의 광특성 200은 동일하여 보정이 필요 없을 수 있다. 따라서, 프로세서(150)는 온도 ③에서의 온도 보정 게인을 1로 결정할 수 있다.
또한, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)이 온도 ④인 경우에 획득한 광량 신호 130과 1차 증폭단 신호 90에 기초하여 온도 ④에서의 광특성 220을 결정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 온도 ④에서의 광특성 220과 상온에서의 광특성 200 간의 차이에 따라 온도 ④에서의 온도 보정 게인 0.91을 결정할 수 있다.
그리고, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 1(710)이 온도 ⑤인 경우에 획득한 광량 신호 160과 1차 증폭단 신호 80에 기초하여 온도 ⑤에서의 광특성 240을 결정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 온도 ⑤에서의 광특성 240과 상온에서의 광특성 200 간의 차이에 따라 온도 ⑤에서의 온도 보정 게인 0.83을 결정할 수 있다.
또한, 먼지 측정 장치 샘플 2(720)의 온도별 온도 게인을 결정하기 위하여 먼지 측정 장치 샘플 2(720)의 온도를 온도 ①, 온도 ②, 온도 ③, 온도 ④, 온도 ⑤로 변경할 수 있다.
다음으로, 온도 센서(160)를 이용하여 측정한 먼지 측정 장치 샘플 2(720)의 온도 별로 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)의 발광부(110)가 조사하는 측정광의 광량 신호 및 수광부(120)가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(150)는 온도 별로 표 7에 도시된 바와 같은 광량 신호 및 1차 증폭단 신호를 획득할 수 있다.
그리고, 프로세서(150)는 상온에서의 광특성과 온도별 광 특성 간의 차이에 따라 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)의 온도별 온도 보정 게인을 결정할 수 있다.
구체적으로, 온도 ③이 상온이므로, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)이 온도 ③인 경우에 획득한 광량 신호 100과 1차 증폭단 신호 100에 기초하여 상온에서의 광특성 200을 결정할 수 있다.
다음으로, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)이 온도 ①인 경우에 획득한 광량 신호 70과 1차 증폭단 신호 115에 기초하여 온도 ①에서의 광특성 185를 결정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 온도 ①에서의 광특성 185와 상온에서의 광특성 200 간의 차이에 따라 온도 ①에서의 온도 보정 게인 1.08을 결정할 수 있다.
또한, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)이 온도 ②인 경우에 획득한 광량 신호 90과 1차 증폭단 신호 110에 기초하여 온도 ②에서의 광특성 200을 결정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 온도 ②에서의 광특성 200과 상온에서의 광특성 200이 동일하므로, 온도 ②에서의 온도 보정 게인을 1로 결정할 수 있다. 또한, 온도 ③에서의 광특성 200과 상온에서의 광특성 200은 동일하므로 프로세서(150)는 온도 ③에서의 온도 보정 게인을 1로 결정할 수 있다.
그리고, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)이 온도 ④인 경우에 획득한 광량 신호 110과 1차 증폭단 신호 95에 기초하여 온도 ④에서의 광특성 205를 결정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 온도 ④에서의 광특성 225와 상온에서의 광특성 200 간의 차이에 따라 온도 ④에서의 온도 보정 게인 0.98을 결정할 수 있다.
그리고, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치 샘플 2(720)이 온도 ⑤인 경우에 획득한 광량 신호 120과 1차 증폭단 신호 90에 기초하여 온도 ⑤에서의 광특성 210을 결정할 수 있다. 이때, 프로세서(150)는 온도 ⑤에서의 광특성 210과 상온에서의 광특성 200 간의 차이에 따라 온도 ⑤에서의 온도 보정 게인 0.95을 결정할 수 있다.
도 8은 시간의 경과에 따른 광량 신호 및 1차 증폭단 신호의 변화의 일례이다.
미세 먼지 측정 장치를 지속적으로 사용하는 경우, 발광부(110) 및 수광부(120)가 소모되어 광 특성이 감소할 수 있다. 예를 들어, 미세 먼지 측정 장치가 제조된 시점에서의 광 특성(810)은 미세 먼지 측정 장치의 사용 시간에 따라 광특성(820)과 같이 감소할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따라 고장 모드 여부를 판단하는 과정의 일례이다.
미세 먼지 측정 소자 제조 장치, 또는 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치가 미세 먼지를 측정하지 못할 정도로 광특성이 감소하는 고장 모드 기준 정보를 결정하여 미세 먼지 측정 장치의 저장 매체에 저장할 수 있다. 이때, 고장 모드 기준 정보는 미세 먼지 측정 장치가 미세 먼지를 측정하기 위하여 필요한 1차 증폭단 신호의 최저값인 1차 증폭단 신호의 고장 모드 기준 값(933) 및 미세 먼지 측정 장치가 미세 먼지를 측정하기 위하여 필요한 광량 신호의 최저값인 광량 신호의 고장 모드 기준값(913) 및 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 미세 먼지 측정 소자 제조 장치, 또는 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 별로 제조 시점에서의 광량 신호 세기(911)및 1차 증폭단 신호의 세기(921)를 측정하여 미세 먼지 측정 장치의 저장 매체에 저장할 수 있다.
미세 먼지 측정 장치의 프로세서(150)는 발광부(110)로부터 수신한 측정광의 광량 신호(912)가 광량 신호의 고장 모드 기준값(913) 미만으로 감소하는지 여부를 모니터링할 수 있다. 그리고, 광량 신호(912)가 광량 신호의 고장 모드 기준값(913) 미만으로 감소하는 경우, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치에 고장이 발생한 것으로 판단하여 고장 모드를 구동할 수도 있다.
또한, 미세 먼지 측정 장치의 프로세서(150)는 1차 증폭단 신호(932)가 1차 증폭단 신호의 고장 모드 기준값(933) 미만으로 감소하는지 여부를 모니터링할 수 있다. 그리고, 1차 증폭단 신호(932)가 1차 증폭단 신호의 고장 모드 기준값(933) 미만으로 감소하는 경우, 프로세서(150)는 미세 먼지 측정 장치에 고장이 발생한 것으로 판단하여 고장 모드를 구동할 수도 있다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치를 위한 광 특성 결정 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(1010)에서 광 특성 결정 장치는 미세 먼지 측정 장치 샘플들 각각에서 수광부가 수신한 광을 증폭한 1차 증폭단 신호 및 발광부가 조사하는 측정광의 광량 신호를 획득할 수 있다. 그리고, 광 특성 결정 장치는 획득한 1차 증폭단 신호들과 광량 신호들에 기초하여 광 특성 기준 정보를 결정할 수 있다.
단계(1020)에서 광 특성 결정 장치는 온도에 따른 특성 변화 정보를 결정하여 미세 먼지 측정 장치의 저장 매체에 저장할 수 있다. 이때, 온도에 따른 특성 변화 정보는 온도에 따라 변화하는 광량 신호의 세기(510) 및 1차 증폭단 신호의 세기(520)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 미세 먼지 측정 장치가 온도 센서를 포함하지 않는 경우, 단계(1020)는 생략될 수 있다.
단계(1030)에서 광 특성 결정 장치는 제조된 미세 먼지 측정 장치에서 측정한 1차 증폭단 신호 및 광량 신호와 상기 광 특성 기준 정보 간의 차이에 따라 제조된 미세 먼지 측정 장치의 광 특성 게인을 결정할 수 있다.
도 11는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(1110)에서 온도 센서(160)는 미세먼지 측정 장치의 현재 온도를 측정할 수 있다.
단계(1120)에서 발광부(110)는 수광부(120)를 향하여 측정광을 조사할 수 있다. 이때, 발광부(110)는 조사한 측정광의 광량을 나타내는 광량 신호를 프로세서(150)로 전송할 수 있다. 그리고, 수광부(120)는 측정광이 조사되는 과정에서 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조된 수신광을 수신할 수 있다. 이때, 1차 증폭단(130)는 수신광을 증폭하여 1차 증폭단 신호를 출력할 수 있다.
단계(1130)에서 프로세서(150)는 단계(1120)에서 수신한 광량 신호와 1차 증폭단 신호가 고장 기준 정보 미만인지 여부를 확인할 수 있다.
광량 신호와 1차 증폭단 신호가 고장 기준 정보 미만인 경우, 프로세서(150)는 미세먼지 측정 장치가 고장난 것으로 판단하고 단계(1140)에서 고장 모드를 구동할 수 있다. 광량 신호와 1차 증폭단 신호가 고장 기준 정보 이상인 경우, 프로세서(150)는 단계(1150)를 수행할 수 있다.
단계(1160)에서 프로세서(150)는 저장 매체에 기 저장된 광 특성 게인, 온도에 따른 특성 변화 정보, 현재 온도 및 1차 증폭단 신호와 광량 신호를 이용하여 온도 게인을 결정할 수 있다. 이때, 현재 온도가 상온인 경우, 프로세서(150)는 광 특성 게인을 상기 온도 게인으로 결정할 수 있다.
현재 온도가 상온이 아닌 경우, 프로세서(150)는 온도에 따른 특성 변화 정보에 따라 광 특성 게인을 보정하여 온도 게인을 결정할 수 있다.
단계(1170)에서 프로세서(150)는 온도 게인 및 2차 증폭단 신호를 이용하여 대기에 포함된 먼지 농도를 결정할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 온도 센서(160)가 포함되지 않은 미세 먼지 측정 장치에서는 단계(1110) 및 단계(1150)이 생략될 수 있다. 이때, 단계(1170)에서 프로세서(150)는 광 특성 게인 및 2차 증폭단 신호를 이용하여 대기에 포함된 먼지 농도를 결정할 수 있다.
본 발명은 미세 먼지 측정 장치에 포함된 발광부 및 수광부의 광 특성에 따라 결정된 광 특성 게인을 참조하여 미세 먼지의 농도를 계산함으로써, 발광부 및 수광부의 특성 편차에 따른 미세 먼지의 농도 측정 성능 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 미세 먼지 측정 장치의 온도 각각에 대응하는 온도 게인을 참조하여 미세 먼지의 농도를 계산함으로써, 온도 변화에 따른 미세 먼지의 농도 측정 성능 편차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 고장 모드 기준 정보를 현재의 광 특성과 관련된 정보와 비교하고 비교 결과에 따라 고장 모드를 구동함으로써, 미세 먼지 측정 장치가 지속 사용으로 수명이 다하여 고장이 발생하기 전에 고장이 발생하는 것을 미리 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 미세 먼지 측정 장치 또는 미세 먼지 측정 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체)에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110: 발광부
120: 수광부
130: 1차 증폭단
140: 2차 증폭단
150: 프로세서
160: 온도 센서
120: 수광부
130: 1차 증폭단
140: 2차 증폭단
150: 프로세서
160: 온도 센서
Claims (14)
- 측정광을 조사하는 발광부;
상기 측정광이 조사되는 과정에서 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조된 수신광을 수신하는 수광부;
상기 수신광을 증폭하여 1차 증폭단 신호를 출력하는 1차 증폭단;
상기 1차 증폭단 신호를 필터링하여 상기 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호를 추출하고, 상기 산란 신호를 증폭하여 2차 증폭단 신호를 출력하는 2차 증폭단; 및
상기 1차 증폭단 신호와 상기 측정광의 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정하는 프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 2차 증폭단 신호에 상기 광 특성 게인을 적용하여 상기 2차 증폭단 신호의 세기가 표준 범위 안에 위치하도록 보정하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 계산하는 미세 먼지 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광 특성 게인은,
복수의 샘플들 각각의 1차 증폭단 신호 및 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 기준 정보와 상기 미세 먼지 측정 장치가 제조된 시점에서 측정한 1차 증폭단 신호 및 광량 신호 간의 차이에 따라 결정되는 미세 먼지 측정 장치. - 제1항에 있어서,
현재 온도를 측정하는 온도 센서
를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 광 특성 게인, 온도에 따른 특성 변화 정보, 현재 온도 및 1차 증폭단 신호와 광량 신호를 이용하여 온도 게인을 결정하며, 상기 온도 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정하는 미세 먼지 측정 장치. - 제3항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 현재 온도가 상온인 경우, 상기 광 특성 게인을 상기 온도 게인으로 결정하고,
상기 현재 온도가 상온보다 높은 온도, 또는 상온 보다 낮은 온도인 경우, 상기 온도에 따른 특성 변화 정보에 따라 상기 광 특성 게인을 보정하여 온도 게인을 결정하는 미세 먼지 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 1차 증폭단 신호, 또는 상기 측정광의 광량 신호가 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 고장 모드 기준 정보 미만인 경우, 미세 먼지 측정 장치에 고장이 발생한 것으로 판단하여 고장 모드를 구동하는 미세 먼지 측정 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 측정광을 조사하는 단계;
상기 측정광이 조사되는 과정에서 대기에 포함된 미세 먼지에 의하여 변조된 수신광을 수신하는 단계;
상기 수신광을 증폭하여 1차 증폭단 신호를 출력하는 단계;
상기 1차 증폭단 신호를 필터링하여 상기 미세 먼지에 의하여 발생한 산란 신호를 추출하고, 상기 산란 신호를 증폭하여 2차 증폭단 신호를 출력하는 단계; 및
상기 1차 증폭단 신호와 상기 측정광의 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 게인 및 상기 2차 증폭단 신호를 이용하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 먼지 농도를 결정하는 단계는,
상기 2차 증폭단 신호에 상기 광 특성 게인을 적용하여 상기 2차 증폭단 신호의 세기가 표준 범위 안에 위치하도록 보정하여 상기 대기에 포함된 먼지 농도를 계산하는 미세 먼지 측정 방법. - 제9항에 있어서,
상기 광 특성 게인은,
복수의 샘플들 각각의 1차 증폭단 신호 및 광량 신호에 따라 결정된 광 특성 기준 정보와 상기 미세 먼지 측정 장치가 제조된 시점에서 측정한 1차 증폭단 신호 및 광량 신호 간의 차이에 따라 결정되는 미세 먼지 측정 방법. - 제9항에 있어서,
상기 1차 증폭단 신호, 또는 상기 측정광의 광량 신호가 지속 사용에 따른 광 특성의 감소를 고려하여 결정된 고장 모드 기준 정보 미만인 경우, 미세 먼지 측정 장치에 고장이 발생한 것으로 판단하여 고장 모드를 구동하는 단계
를 더 포함하는 미세 먼지 측정 방법. - 삭제
- 삭제
- 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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