KR102321560B1 - particle detection sensor - Google Patents
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Abstract
입자 검출 센서(1)는, 대상 유체에 포함되는 입자를 검출하는 입자 검출 센서로서, 검출 영역(DA)을 향해 광(L1)을 출사하는 투광부(20)와, 투광부(20)가 출사하는 광에 대해서 수광 감도를 갖고, 검출 영역(DA)을 통과하는 입자에 의한 광(L1)의 산란광(L2)을 광전 변환함으로써 전기 신호를 생성해서 출력하는 수광부(30)와, 전기 신호에 기초해서, 제 1 입자가 포함되는 제 1 입경 구분의 제 1 질량 농도와, 제 1 입자 및 당해 제 1 입자보다 큰 제 2 입자가 포함되는 제 2 입경 구분의 제 2 질량 농도를 산출하는 신호 처리 회로(50)와, 제 1 입자의 입자수에 기초해서 제 2 입자의 입자수를 추정하고, 추정한 입자수에 기초해서 제 2 질량 농도의 보정을 행하는 보정 회로(60)를 구비한다.The particle detection sensor 1 is a particle detection sensor that detects particles contained in a target fluid, and includes a light projection unit 20 that emits light L1 toward the detection area DA, and the light projection unit 20 emits light. a light receiving unit 30 having light reception sensitivity to the light to be emitted and photoelectrically converting the scattered light L2 of the light L1 by particles passing through the detection area DA to generate and output an electrical signal; Thus, the signal processing circuit calculates the first mass concentration of the first particle size division containing the first particle and the second mass concentration of the second particle size division containing the first particle and a second particle larger than the first particle. (50) and a correction circuit (60) for estimating the number of particles of the second particle based on the number of particles of the first particle and correcting the second mass concentration based on the estimated number of particles.
Description
본 발명은, 입자 검출 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a particle detection sensor.
종래, 투광 소자와 수광 소자를 구비하고, 공기 중에 부유하는 입자를 검출하고, 검출한 입자의 입경을 산출하는 광전식의 입자 검출 센서가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the photoelectric particle detection sensor which comprises a light-transmitting element and a light-receiving element, detects the particle|grains floating in air, and calculates the particle diameter of the detected particle is known (for example, refer patent document 1).
광전식의 입자 검출 센서에서는, 입경과 입자의 개수로부터 입경 구분마다의 질량 농도를 산출할 수 있다. 이때, 질량 농도를 충분한 정밀도로 산출하기 위해서는, 일정수 이상의 입자수를 취득해야 한다. 그러나, 일반적으로는, 입자경이 커짐에 따라, 대기 중에 부유하는 입자의 수가 적어 진다. 이 때문에, 큰 입경 구분의 질량 농도의 계측 정밀도가 악화된다는 문제가 있다.In the photoelectric particle detection sensor, the mass concentration for each particle size classification can be calculated from the particle size and the number of particles. At this time, in order to calculate the mass concentration with sufficient precision, it is necessary to acquire the number of particles of a certain number or more. However, in general, as the particle diameter increases, the number of particles suspended in the atmosphere decreases. For this reason, there exists a problem that the measurement precision of the mass density|concentration of a large particle size division deteriorates.
그래서, 본 발명은, 복수의 입경 구분의 질량 농도를 정밀도 좋게 계측할 수 있는 입자 검출 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.Then, an object of this invention is to provide the particle detection sensor which can measure the mass density|concentration of several particle size division with high precision.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 입자 검출 센서는, 대상 유체에 포함되는 입자를 검출하는 입자 검출 센서로서, 검출 영역을 향해 광을 출사하는 투광부와, 상기 투광부가 출사하는 광에 대해서 수광 감도를 갖고, 상기 검출 영역을 통과하는 입자에 의한 상기 광의 산란광을 광전 변환함으로써 전기 신호를 생성해서 출력하는 수광부와, 상기 전기 신호에 기초해서, 제 1 입자가 포함되는 제 1 입경 구분의 제 1 질량 농도와, 상기 제 1 입자 및 당해 제 1 입자보다 큰 제 2 입자가 포함되는 제 2 입경 구분의 제 2 질량 농도를 산출하는 신호 처리 회로와, 상기 제 1 입자의 입자수에 기초해서 상기 제 2 입자의 입자수를 추정하고, 추정한 입자수에 기초해서 상기 제 2 질량 농도의 보정을 행하는 보정 회로를 구비한다.In order to achieve the above object, a particle detection sensor according to an aspect of the present invention is a particle detection sensor that detects particles contained in a target fluid, and includes a light projecting unit that emits light toward a detection area, and the light projecting unit emits light. a light receiving unit having light receiving sensitivity to light and generating and outputting an electric signal by photoelectric conversion of scattered light of the light by particles passing through the detection region; a signal processing circuit for calculating a first mass concentration of the division and a second mass concentration of a second particle size division including the first particle and a second particle larger than the first particle; and a correction circuit for estimating the number of particles of the second particles based on the number of particles and correcting the second mass concentration based on the estimated number of particles.
본 발명에 따른 입자 검출 센서에 의하면, 복수의 입경 구분의 질량 농도를 정밀도 좋게 계측할 수 있다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the particle detection sensor which concerns on this invention, the mass concentration of several particle diameter division can be measured accurately.
도 1은, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 사시도이다.
도 2는, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 단면도이다.
도 3은, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 동작을 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 4는, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 신호 처리 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 수광 소자로부터 출력되는 전기 신호로서, 미소 입자의 입자수를 계측하는 기간의 신호를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 수광 소자로부터 출력되는 전기 신호로서, 조대(粗大) 입자의 입자수를 계측하는 기간의 신호를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시형태에 따른 입자 검출 센서에 의해서 검출된 입자의 히스토그램이다.
도 8은, PM 2.5 및 PM 10의 각각의 입경에 대한 농도 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 동작의 제 1 예로서, 조대 입자의 입자수의 계측 기간의 조정예를 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 동작의 제 2 예로서, 질량 농도의 연산 시의 평균화의 사이클수의 조정예를 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시형태에 따른 입자 검출 센서의 동작의 제 3 예로서, 대상 유체의 유도량의 조정예를 나타내는 도면이다.1 is a perspective view of a particle detection sensor according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view of a particle detection sensor according to an embodiment.
3 is an enlarged cross-sectional view for explaining the operation of the particle detection sensor according to the embodiment.
4 is a diagram showing an example of a signal processing circuit of a particle detection sensor according to an embodiment.
FIG. 5 is an electrical signal output from the light receiving element of the particle detection sensor according to the embodiment, and is a diagram showing a signal during a period in which the number of particles of the minute particles is measured.
6 is an electrical signal output from the light receiving element of the particle detection sensor according to the embodiment, and is a diagram showing a signal during a period for measuring the number of coarse particles.
7 is a histogram of particles detected by the particle detection sensor according to the embodiment.
8 is a diagram showing the concentration distribution for each particle size of PM 2.5 and
9 is a diagram showing an example of adjustment of the measurement period of the number of coarse particles as a first example of the operation of the particle detection sensor according to the embodiment.
Fig. 10 is a diagram showing an example of adjustment of the number of cycles of averaging when calculating the mass concentration as a second example of the operation of the particle detection sensor according to the embodiment.
11 is a diagram illustrating an example of adjustment of an induction amount of a target fluid as a third example of the operation of the particle detection sensor according to the embodiment.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 따른 입자 검출 센서에 대해서, 도면을 이용해서 상세하게 설명한다. 한편, 이하에 설명하는 실시형태는, 모두 본 발명의 1 구체예를 나타내는 것이다. 따라서, 이하의 실시형태에서 나타나는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태, 스텝, 스텝의 순서 등은, 일례이고, 본 발명을 한정하는 취지는 아니다. 따라서, 이하의 실시형태에 있어서의 구성 요소 중, 독립 청구항에 기재되지 않은 구성 요소에 대해서는, 임의의 구성 요소로서 설명된다.Hereinafter, a particle detection sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, all embodiment demonstrated below shows 1 specific example of this invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, arrangement and connection forms of components, steps, order of steps, etc. shown in the following embodiments are examples and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiment, components not described in the independent claims are described as arbitrary components.
또, 각 도면은, 모식도이고, 반드시 엄밀하게 도시된 것은 아니다. 따라서, 예를 들면, 각 도면에 있어서 축척 등은 반드시 일치하지 않는다. 또, 각 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화한다.In addition, each figure is a schematic diagram, and is not necessarily shown strictly. Therefore, for example, in each figure, the scale etc. do not necessarily correspond. In addition, in each figure, about the substantially same structure, the same code|symbol is attached|subjected, and overlapping description is abbreviate|omitted or simplified.
(실시형태)(Embodiment)
[구성][Configuration]
우선, 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)에 대해서, 도 1∼도 3을 이용해서 설명한다.First, the
도 1은, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)의 사시도이다. 도 2는, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)의 단면도이다. 구체적으로는, 도 2는, 입자 검출 센서(1)의 하우징(10)의 Z축 방향에 있어서의 대략 중앙에 있어서의 XY면에 평행한 단면을 나타내고 있다. 도 3은, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)의 동작을 설명하기 위한 확대 단면도이다. 구체적으로는, 도 3은, 도 2에 나타내는 단면에 있어서, 검출 영역 DA를 포함하는 부분을 확대해서 나타내고 있다.1 is a perspective view of a
한편, X축, Y축 및 Z축은, 삼차원 직교 좌표계의 3축을 나타내고 있다. X축 방향 및 Y축 방향은, 대략 편평한 직방체 형상을 갖는 하우징(10)의 2개의 변을 따른 방향이다. Z축 방향은, 하우징(10)의 두께 방향에 상당한다.On the other hand, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis represent three axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system. The X-axis direction and the Y-axis direction are directions along two sides of the
입자 검출 센서(1)는, 대상 유체에 포함되는 복수의 입자 P를 검출하는 광전식의 입자 검출 센서이다. 본 실시형태에서는, 대상 유체는, 예를 들면 공기(대기) 등의 기체이다. 입자 P는, 기체 중을 부유하는 마이크로미터 오더의 미립자, 즉, 입자 형상 물질(에어로졸)이다. 구체적으로는, 입자 P는, PM 2.5, 부유 입자 형상 물질(SPM: Suspended Particulate Matter), PM 10 등이다.The
도 1에 나타나는 바와 같이, 입자 검출 센서(1)는, 하우징(10)을 구비한다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 입자 검출 센서(1)는, 투광부(20)와, 수광부(30)와, 유도 장치(40)와, 신호 처리 회로(50)와, 보정 회로(60)를 구비한다.As shown in FIG. 1 , the
한편, 도 2에 나타내는 단면에는, 신호 처리 회로(50) 및 보정 회로(60)가 나타나 있지 않으므로, 도 2에서는, 신호 처리 회로(50) 및 보정 회로(60)를 모식적으로 나타내고 있다. 신호 처리 회로(50) 및 보정 회로(60)는, 예를 들면, 하우징(10)의 외측면이고, 유입구(11) 및 유출구(12)가 마련된 면과는 반대측의 면 등에 장착되어 있다.On the other hand, since the
하우징(10)은, 투광부(20) 및 수광부(30)를 수납하고, 내부에 검출 영역 DA를 갖는다. 하우징(10)은, 복수의 입자 P를 포함하는 기체의 유로를 형성하고 있다. 검출 영역 DA는, 기체의 유로상에 위치하고 있다.The
구체적으로는, 하우징(10)은, 도 1에 나타나는 바와 같이, 내부에 기체를 유입시키는 유입구(11)와, 유입한 기체를 외부에 유출시키는 유출구(12)를 갖는다. 도 2의 굵은 파선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 하우징(10)의 내부를, 유입구(11)부터 유출구(12)까지 이르는 경로가, 기체의 유로에 상당한다. 도 2에는, 기체의 유로가 L자 형상으로 형성되어 있는 예를 나타내고 있지만, 기체의 유로는, 유입구(11)와 유출구(12)를 연결하는 직선 형상으로 형성되어 있어도 된다.Specifically, as shown in FIG. 1 , the
하우징(10)은, 예를 들면, 차광성을 갖고, 수광부(30) 및 검출 영역 DA에, 노이즈의 원인이 되는 외광이 입사되는 것을 억제한다. 하우징(10)은, 예를 들면 흑색의 수지 재료를 이용한 사출 성형에 의해 형성되어 있다. 구체적으로는, 하우징(10)은, 사출 성형에 의해 형성된 복수의 부품이 조합되어서 구성되어 있다. 당해 복수의 부품에 의해서, 투광부(20) 및 수광부(30)가 끼워져서 하우징(10) 내의 소정 위치에 고정되어 있다.The
하우징(10)의 내부에는, 미광(迷光; stray light)을 다중 반사시키는 것에 의해 감쇠시키는 광 트랩 구조가 마련되어 있어도 된다. 미광은, 투광부(20)로부터 출사된 광 L1(도 3을 참조) 중, 검출 영역 DA를 통과 중인 입자 P에 의해서 산란되지 않았던 광, 즉, 산란광 L2(도 3을 참조) 이외의 광이다. 광 트랩 구조는, 유입구(11) 또는 유출구(12)로부터 내부로 입사된 외광도 감쇠시킬 수 있다.A light trap structure for attenuating stray light by multiple reflection may be provided inside the
투광부(20)는, 검출 영역 DA를 향해 광 L1를 출사한다. 도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 투광부(20)는, 투광 소자(21)와, 렌즈(22)를 구비한다.The
투광 소자(21)는, 예를 들면 고체 발광 소자이며, 구체적으로는 반도체 레이저 등의 레이저 소자이다. 또는, 투광 소자(21)는, 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode) 또는 유기 EL(Electroluminescence) 소자 등이어도 된다.The
투광 소자(21)가 출사하는 광 L1은, 적외광, 자외광, 청색광, 녹색광 또는 적색광 등의 소정의 파장에 피크를 갖는 광이다. 광 L1의 피크에 있어서의 반치폭은, 예를 들면 50nm 이하 등의 협대역이어도 된다. 또, 광 L1은, DC 구동에 의한 연속광 또는 펄스광이지만, 이들에 한정되지 않는다.The light L1 emitted from the
렌즈(22)는, 투광 소자(21)와 검출 영역 DA의 사이에 배치되어 있다. 렌즈(22)는, 예를 들면 집광 렌즈이고, 투광 소자(21)로부터 출사된 광 L1를 효율 좋게 검출 영역 DA에 집광시킨다.The
수광부(30)는, 투광부(20)가 출사하는 광에 대해서 수광 감도를 갖고, 검출 영역 DA를 통과하는 입자 P에 의한 광 L1의 산란광 L2를 광전 변환함으로써 전기 신호를 생성해서 출력한다. 도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 수광부(30)는, 수광 소자(31)와, 렌즈(32)를 구비한다.The
수광 소자(31)는, 예를 들면 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 또는 광전자 증배관 등의, 수광한 광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 수광 소자(31)는, 수광한 광의 수광 강도에 따른 전기 신호를 출력한다. 수광 소자(31)는, 투광 소자(21)가 출사하는 광 L1의 파장 대역에 감도를 갖는다.The
수광 소자(31)는, 도 2에 나타나는 바와 같이, 투광 소자(21)가 출사한 광 L1의 직접광이 입사되지 않는 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는, 수광 소자(31)는, 투광 소자(21)의 광축과 겹치지 않는 위치에 배치되어 있다. 한편, 투광 소자(21)의 광축은, 투광 소자(21)가 출사하는 광 L1 중, 강도가 가장 강한 광의 경로에 상당한다. 구체적으로는, 투광 소자(21)의 광축은, 투광 소자(21)와 검출 영역 DA를 연결하는 직선에 상당한다. 본 실시형태에서는, 수광 소자(31)는, 수광 소자(31)의 광축이 검출 영역 DA에서 투광 소자(21)의 광축과 교차하도록 배치되어 있다.As shown in FIG. 2 , the
렌즈(32)는, 수광 소자(31)와 검출 영역 DA의 사이에 배치되어 있다. 렌즈(32)는, 검출 영역 DA에 있어서 입자 P에 의해서 산란된 산란광 L2를 효율 좋게 수광 소자(31)에 집광시킨다.The
유도 장치(40)는, 검출 영역 DA를 향해 대상 유체를 유도하는 장치이다. 구체적으로는, 유도 장치(40)는, 검출 영역 DA를 통과하는 기류를 생성하는 송풍 기구이다. 유도 장치(40)는, 예를 들면, 히터 등의 발열 소자이고, 발열에 의한 상승 기류를 생성한다. 한편, 상승 기류를 효율 좋게 이용하기 위해, 본 실시형태에서는, 도 1 및 도 2에 나타내는 Y축의 양방향이 연직 상방, Y축의 음방향이 연직 하방이 되도록, 입자 검출 센서(1)를 세워 사용된다.The
유도 장치(40)는, 소형의 팬 등이어도 된다. 유도 장치(40)는, 하우징(10)의 내부에 배치되어 있지만, 하우징(10)의 외측에 배치되어 있어도 된다.The
신호 처리 회로(50)는, 수광부(30)로부터 출력되는 전기 신호에 기초해서, 입경 구분마다 질량 농도를 산출한다. 구체적으로는, 신호 처리 회로(50)는, 전기 신호에 기초해서, 제 1 입자가 포함되는 제 1 입경 구분의 제 1 질량 농도와, 제 1 입자 및 당해 제 1 입자보다 큰 제 2 입자가 포함되는 제 2 입경 구분의 제 2 질량 농도를 산출한다.The
제 1 입자는, 구체적으로는 미소 입자이고, 입경이 예를 들면 2.5μm 이하인 입자이다. 본 실시형태에서는, 제 1 입경 구분은, 예를 들면 PM 2.5 등의 소입경 구분이고, 제 1 질량 농도는, PM 2.5의 질량 농도이다.The 1st particle|grains are specifically, a microparticle, and are particle|grains whose particle diameter is 2.5 micrometers or less, for example. In the present embodiment, the first particle size division is, for example, a small particle size division such as PM 2.5, and the first mass concentration is a mass density of PM 2.5.
제 2 입자는, 구체적으로는, 미소 입자보다도 입경이 큰 조대 입자이고, 입경이 예를 들면 10μm 이하인 입자이다. 본 실시형태에서는, 제 2 입경 구분은, 예를 들면 PM 10 등의 대입경 구분이고, 제 2 질량 농도는, PM 10의 질량 농도이다. 한편, 제 2 입경 구분은, SPM이어도 되고, 제 2 질량 농도는, SPM의 질량 농도여도 된다.Specifically, the second particle is a coarse particle having a larger particle size than a fine particle, and is a particle having a particle size of, for example, 10 µm or less. In the present embodiment, the second particle size division is, for example, a large particle size division such as
신호 처리 회로(50)는, 수광부(30)로부터 출력되는 전기 신호의 피크값의 크기에 기초해서, 입자수 및 입경을 계측하고, 계측 결과에 기초해서 입경 구분마다의 질량 농도를 산출한다. 구체적으로는, 신호 처리 회로(50)는, 전기 신호의 피크값과, 입경에 대응하도록 미리 정해진 1 이상의 임계값을 비교함으로써, 검출된 입자의 입경을 추정한다.The
본 실시형태에서는, 신호 처리 회로(50)는, 전기 신호 중 제 1 기간분의 제 1 신호에 기초해서, PM 2.5의 질량 농도를 산출하고, 전기 신호 중 제 2 기간분의 제 2 신호에 기초해서, PM 10의 질량 농도를 산출한다. 제 1 기간은, 예를 들면, PM 2.5에 포함되는 미소 입자의 입자수(이하, PM 2.5 입자수로 기재함)의 계측 기간이다. 제 2 기간은, 제 1 기간과는 상이한 기간이고, 예를 들면 PM 10에 포함되는 조대 입자의 입자수(이하, PM 10 입자수로 기재함)의 계측 기간이다.In the present embodiment, the
즉, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)에서는, PM 2.5 입자수의 계측과 PM 10 입자수의 계측이 시분할로 행해진다. 구체적으로는, 신호 처리 회로(50)는, 수광부(30)로부터 출력되는 전기 신호를 소정의 기간마다 구획지어 연산함으로써, 입경 구분마다의 입자수의 계측을 행한다.That is, in the
이때, 신호 처리 회로(50)는, 수광 소자(31)로부터 출력되는 전기 신호의 증폭률(게인)을, 계측 대상의 입경 구분에 따라서 상이하게 한다. 구체적으로는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 신호 처리 회로(50)는, 2개의 증폭기(51, 52)와, 스위치(53)를 구비한다.At this time, the
도 4는, 본 실시형태에 따른 신호 처리 회로(50)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 신호 처리 회로(50)는, 3개의 저항(54∼56)과, 연산 회로(57)를 더 구비한다. 신호 처리 회로(50)는, 2개의 증폭기(51)의 다단 구성을 갖는다.4 is a diagram showing the configuration of the
증폭기(51, 52)는 각각, 예를 들면 연산 증폭기(op-amp)이다. 증폭기(51)의 양입력 단자와 음입력 단자의 사이에 수광 소자(31)가 접속되어 있다. 증폭기(51)의 출력 단자는, 저항(54)을 통해서 음입력 단자에 접속되어 있다. 증폭기(51)의 출력 단자는, 또한, 증폭기(52)의 양입력 단자에 접속되어 있다.The
증폭기(52)의 음입력 단자는, 저항(55)를 통해서 접지되어 있다. 증폭기(52)의 출력 단자는, 저항(56)을 통해서 음입력 단자에 접속되어 있다. 증폭기(52)의 출력 단자는, 연산 회로(57)에 접속되어 있다.The negative input terminal of the
스위치(53)는, 저항(56)에 대해서 병렬로, 즉, 증폭기(52)의 출력 단자와 음입력 단자의 사이에 마련되어 있다. 스위치(53)를 도통(온)시키는 것에 의해, 증폭기(52)의 출력 단자와 음입력 단자가 단락(短絡)되므로, 증폭기(52)에 의한 증폭이 행해지지 않는다. 스위치(53)가 온된 경우에는, 증폭기(51)만에 의한 증폭이 행해진다. 이와 같이, 스위치(53)의 온/오프에 의해서, 전기 신호의 증폭률을 상이하게 할 수 있다.The
구체적으로는, 신호 처리 회로(50)는, PM 2.5 입자수를 계측하는 제 1 기간에는, 스위치(53)를 오프로 함으로써, 증폭률을 크게 한다. 예를 들면, 수광 소자(31)로부터 출력되는 광전류의 크기를 I, 증폭기(52)의 출력 신호의 전압을 Vout로 한 경우, 스위치(53)가 오프되었을 때의 Vout는, 이하의 식(1)로 표시된다.Specifically, the
(1) Vout=Z1×(1+Z3/Z2)×I(1) Vout=Z 1 ×(1+Z 3 /Z 2 )×I
한편, Z1∼Z3은 각각, 저항(54∼56)의 저항값이다. 증폭률은, Z1×(1+Z3/Z2)로 표시된다.On the other hand, Z 1 to Z 3 are the resistance values of the
PM 2.5 입자수를 계측하는 경우, 투광 소자(21)로부터의 광을 반사하는 입자가 미소 입자이기 때문에, 당해 입자에 의한 산란광 L2가 약해진다. 이 때문에, 수광 소자(31)로부터 출력되는 광전류가 작아진다. 따라서, 스위치(53)를 오프하고, 증폭률을 크게 함으로써, 출력 신호의 전압을 크게 할 수 있다. 이에 의해, 피크값과 임계값의 비교를 용이하게 하여, 입경의 추정을 정밀도 좋게 행할 수 있다.When the number of PM 2.5 particles is measured, since the particles that reflect the light from the
또, 신호 처리 회로(50)는, PM 10 입자수를 계측하는 제 2 기간에는, 스위치(53)를 온함으로써, 증폭률을 작게 한다. 스위치(53)가 온되었을 때의 Vout는, 이하의 식(2)로 표시된다.In addition, the
(2) Vout=Z1×I(2) Vout=Z 1 × I
PM 10 입자수를 계측하는 경우, 투광 소자(21)로부터의 광을 반사하는 입자가 조대 입자이기 때문에, 미소 입자에 비해 산란광 L2가 강해진다. 이 때문에, 수광 소자(31)로부터 출력되는 광전류도 커진다. 따라서, 스위치(53)를 온하고, 증폭률을 작게 해도 된다.When the number of
이와 같이, 계측 대상의 입자의 크기에 따라서 증폭률을 상이하게 함으로써, 계측 대상의 입자의 크기에 상관 없이, Vout가 취할 수 있는 범위를 동등하게 할 수 있다. 이에 의해, 후단의 연산 회로(57)에서의 피크값과 임계값의 비교를 용이하게 행하게 할 수 있다.In this way, by varying the amplification factor according to the size of the particle of the measurement object, the range that Vout can take can be made equal regardless of the size of the particle of the measurement object. Thereby, the comparison of the peak value and the threshold value in the
본 실시형태에서는, 연산 회로(57)는, PM 2.5 입자수의 계측을 행하는 제 1 기간분의 전기 신호에 나타나는 피크의 극대값(이하, 피크값으로 기재함)에 기초해서 입자의 입경을 추정하고, 복수의 서브 구분 중 어느 하나로 분류한다. PM 2.5의 서브 구분은, PM 2.5에 상당하는 입경 구분이 1 이상인 임계값에 의해서 분할된 복수의 서브 구분이다.In this embodiment, the
도 5는, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)의 수광 소자(31)로부터 출력되는 전기 신호로서, PM 2.5 입자수를 계측하는 제 1 기간의 제 1 신호를 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서, 가로축은 시간을 나타내고 있고, 세로축은 전기 신호의 신호 강도를 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, 수광 소자(31)로부터 출력되는 전기 신호가 전압 Vout로 변환되어 있으므로, 세로축은, 전압값에 상당한다.Fig. 5 is an electrical signal output from the
예를 들면, 도 5에 나타나는 바와 같이, PM 2.5는, 4개의 임계값 1∼4에 의해서 4개의 서브 구분으로 분할되어 있다. 구체적으로는, PM 2.5는, 예를 들면, 1.0μm 이상의 제 1 서브 구분, 1.0μm보다 작고 0.5μm 이상의 제 2 서브 구분, 0.5μm보다 작고 0.3μm 이상의 제 3 서브 구분, 및, 0.3μm보다 작은 제 4 서브 구분이 포함된다. 한편, 임계값 4는, 노이즈 성분을 제거하기 위한 임계값이다.For example, as shown in Fig. 5, PM 2.5 is divided into four sub-divisions by the four threshold values 1-4. Specifically, PM 2.5 is, for example, a first sub-division of 1.0 µm or more, a second sub-division smaller than 1.0 µm and 0.5 µm or more, a third sub-division smaller than 0.5 µm and 0.3 µm or more, and a size smaller than 0.3 µm. A fourth subdivision is included. On the other hand, the threshold value 4 is a threshold value for removing a noise component.
도 5에는, 5개의 피크 S1∼S5가 나타난 예를 나타내고 있다. 피크 S1∼S5는 각각, 검출 영역 DA를 통과한 입자에 의한 산란광 L2를 수광 소자(31)가 수광함으로써 나타난 전기 신호의 변화에 상당한다. 연산 회로(57)는, 피크 S1∼S5의 각각의 피크값과 임계값을 비교하는 것에 의해, 입자를 PM 2.5의 제 1 서브 구분∼제 4 서브 구분 중 어느 하나로 분류한다.5 shows an example in which five peaks S1 to S5 appear. The peaks S1 to S5 each correspond to a change in the electrical signal exhibited by the
예를 들면, 피크 S1의 피크값은, 임계값 2보다 작고 임계값 3 이상이므로, 피크 S1에 상당하는 입자는, 제 3 서브 구분으로 분류된다. 마찬가지로, 피크 S2의 피크값은, 임계값 3보다 작고 임계값 4 이상이므로, 피크 S2에 상당하는 입자는, 제 4 서브 구분으로 분류된다. 피크 S3의 피크값은, 임계값 1보다 작고 임계값 2 이상이므로, 피크 S3에 상당하는 입자는, 제 2 서브 구분으로 분류된다. 피크 S4 및 S5의 각각의 피크값은, 임계값 1 이상이므로, 피크 S4 및 S5의 각각에 상당하는 입자는, 제 1 서브 구분으로 분류된다.For example, since the peak value of the peak S1 is smaller than the
PM 10에 대해서도 마찬가지이다. 구체적으로는, 연산 회로(57)는, PM 10 입자수의 계측을 행하는 제 2 기간분의 전기 신호에 나타나는 피크의 극대값(피크값)에 기초해서 입자의 입경을 추정하고, 복수의 서브 구분 중 어느 하나로 분류한다. PM 10의 서브 구분은, PM 10에 상당하는 입경 구분이 1 이상인 임계값에 의해서 분할된 복수의 서브 구분이다.The same is true for
도 6은, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)의 수광 소자(31)로부터 출력되는 전기 신호로서, PM 10 입자수를 계측하는 제 2 기간의 제 2 신호를 나타내는 도면이다. 도 6에 있어서, 가로축은 시간을 나타내고 있고, 세로축은 전기 신호의 신호 강도를 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, 수광 소자(31)로부터 출력되는 전기 신호가 전압 Vout로 변환되어 있으므로, 세로축은, 전압값에 상당한다.6 is an electrical signal output from the
예를 들면, 도 6에 나타나는 바와 같이, PM 10는, 4개의 임계값 A∼D에 의해서 4개의 서브 구분으로 분할되어 있다. 구체적으로는, PM 10는, 예를 들면, 10μm보다 작고 5μm 이상의 제 1 서브 구분, 5μm보다 작고 2.5μm 이상의 제 2 서브 구분, 2.5μm보다 작고 1.0μm 이상의 제 3 서브 구분, 및, 1.0μm보다 작은 제 4 서브 구분이 포함된다.For example, as shown in Fig. 6,
도 6에는, 5개의 피크 Sa∼Se가 나타난 예를 나타내고 있다. 피크 Sa∼Se는 각각, 검출 영역 DA를 통과한 입자에 의한 산란광 L2를 수광 소자(31)가 수광함으로써 나타난 전기 신호의 변화에 상당한다. 연산 회로(57)는, 피크 Sa∼Se의 각각의 피크값과 임계값을 비교하는 것에 의해, 입자를 PM 10의 제 1 서브 구분∼제 4 서브 구분 중 어느 하나로 분류한다. 구체적인 처리는, PM 2.5의 경우와 마찬가지이다.6 shows an example in which five peaks Sa to Se appear. Each of the peaks Sa to Se corresponds to a change in the electrical signal exhibited by the
한편, PM 2.5 및 PM 10 중 적어도 한쪽의 서브 구분의 개수는, 4개에 한하지 않고, 2개 또는 3개여도 되고, 5개여도 된다. 또는, 서브 구분의 개수는 1개여도 된다. 즉, PM 2.5 및 PM 10 중 적어도 한쪽은, 복수의 서브 구분으로 분할되지 않아도 된다.On the other hand, the number of sub-divisions of at least one of PM 2.5 and
한편, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)에서는, 실제로는, 검출 영역 DA의 중심 이외의 부분을 통과하는 입자도 다수 포함된다. 예를 들면, 검출 영역 DA의 끝을 큰 입자가 통과한 경우, 당해 입자에 의한 산란광의 수광 소자(31)에 의한 수광 강도가 작아진다. 이 때문에, 큰 입자임에도 불구하고, 당해 입자의 사이즈가 「작다」고 오(誤)판정될 가능성이 있다.On the other hand, in the
본 실시형태에 따른 연산 회로(57)는, 당해 오판정을 억제하기 위해, 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같은, 신호 강도(전압값)와, 입자의 사이즈마다의 입자의 빈도를 대응 지은 히스토그램을 메모리에 유지하고 있다. 도 7은, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)에 의해서 검출된 입자의 히스토그램이다. 도 7에 있어서, 가로축은 신호 강도, 세로축은 입자의 사이즈마다의 입자의 빈도이다.In order to suppress the erroneous determination, for example, the
도 7에 나타나는 바와 같이, 신호 강도가 큰 경우에는, 그 대부분은, 입경이 큰 입자이다. 한편, 신호 강도가 작은 경우에는, 입경이 작은 입자뿐만이 아니라, 검출 영역 DA의 중심 이외의 부분을 통과하는 입경이 큰 입자 및 중간 정도의 입자도 포함된다. 연산 회로(57)는, 전기 신호의 피크 강도에 기초해서, 도 7에 나타내는 히스토그램을 참조함으로써, 당해 피크에 대응하는 입자 P의 사이즈를 추정한다.As shown in FIG. 7 , when the signal intensity is large, most of them are particles with a large particle size. On the other hand, when the signal intensity is small, not only particles having a small particle diameter but also particles having a large particle diameter and medium particles passing through portions other than the center of the detection area DA are included. The
연산 회로(57)는, 일정한 동작 기간 중에 검출된 입자 P의 개수를 서브 구분마다 카운트한다. 연산 회로(57)는, 서브 구분마다, 미리 정해진 평균 질량과, 카운트한 개수의 곱을 산출하고, 산출한 서브 구분마다의 곱을 가산함으로써, PM 2.5의 질량 농도 및 PM 10의 질량 농도를 각각 산출한다.The
연산 회로(57)는, 예를 들면 비교기 등을 포함하는 1 이상의 전자 부품으로 실현된다. 예를 들면, 연산 회로(57)는, MPU(Micro Processing Unit) 등으로 실현되어도 된다. 연산 회로(57)가 행하는 처리는, 하드웨어로 실현되어도 되고, 프로세서에 의해서 실행되는 소프트웨어로 실현되어도 된다.The
보정 회로(60)는, 제 1 입경 구분에 포함되는 제 1 입자의 입자수에 기초해서 제 2 입경 구분에 포함되는 제 2 입자의 입자수를 추정하고, 추정한 입자수에 기초해서 제 2 입경 구분의 질량 농도의 보정을 행한다. 구체적으로는, 보정 회로(60)는, PM 2.5에 포함되는 미소 입자의 입자수에 기초해서, PM 10에 포함되는 조대 입자의 입자수를 추정한다. 보정 회로(60)는, 추정한 조대 입자의 입자수에 기초해서 PM 10의 질량 농도의 보정을 행한다.The
본 실시형태에서는, 미소 입자의 입자수는, PM 2.5가 분할된 복수의 서브 구분 중, 최대 입경의 서브 구분에 포함되는 입자수이다. 예를 들면, 도 5에 나타나는 예에 있어서의 미소 입자의 입자수는, 입경이 1.0μm 이상인 제 4 서브 구분에 포함되는 입자의 입자수이다.In the present embodiment, the number of particles of the fine particles is the number of particles included in the sub-division of the maximum particle diameter among the plurality of sub-divisions into which PM 2.5 is divided. For example, the particle|grain number of the microparticles|fine-particles in the example shown in FIG. 5 is the particle|grain number of the particle|grains contained in the 4th subdivision whose particle diameter is 1.0 micrometer or more.
보정 회로(60)는, 제 4 서브 구분에 포함되는 입자의 입자수의 함유율에 기초해서, 조대 입자의 입자수를 추정한다. 함유율은, PM 2.5에 상당하는 전체 입자수에 대한, 제 4 서브 구분에 포함되는 입자의 입자수의 비율에 상당한다.The
본 실시형태에서는, 보정 회로(60)는, 크게 나누어 2개의 보정을 행한다. 2개의 보정은, 신호 처리 회로(50)에 의해서 산출된 PM 10의 질량 농도를 보정하는 제 1 보정과, PM 10 입자수의 계측 방법을 조정하는 제 2 보정이다. 각 보정 처리의 상세에 대해서는, 뒤에 설명한다.In the present embodiment, the
보정 회로(60)는, 예를 들면 1 이상의 전자 부품으로 실현된다. 예를 들면, 보정 회로(60)는, MPU 등으로 실현되어도 된다. 보정 회로(60)가 행하는 동작은, 하드웨어로 실현되어도 되고, 프로세서에 의해서 실행되는 소프트웨어로 실현되어도 된다.The
[보정 처리][Correction processing]
이하에서는, 보정 회로(60)가 행하는 보정 처리에 대해서 설명한다.Hereinafter, the correction process performed by the
우선, PM 10의 질량 농도를 보정하는 제 1 보정에 대해서, 도 8을 이용해서 설명한다. 도 8은, PM 2.5 및 PM 10의 각각의 입경에 대한 농도 분포를 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서, 가로축은 입경 [μm]를 나타내고 있고, 세로축은 질량 농도를 나타내고 있다.First, the first correction for correcting the mass concentration of
도 8에서 나타나는 바와 같이, PM 2.5의 농도 분포와 PM 10의 농도 분포에는, 중복되는 부분(망점(網點) 부분)이 존재하고 있다. 중복 부분은, 예를 들면, PM 2.5의 제 4 서브 구분에 상당하는 부분이다.As shown in FIG. 8 , overlapping portions (half dots) exist in the concentration distribution of PM 2.5 and the concentration distribution of
PM 2.5의 농도 분포와 PM 10의 농도 분포에는, 상관 관계가 있다. 이 때문에, 중복 부분에 상당하는 제 4 서브 구분에 포함되는 미소 입자의 입자수의 함유율에 기초해서, PM 10에 포함되는 조대 입자의 입자수의 추정이 가능하게 된다. 예를 들면, 보정 회로(60)는, 함유율과 조대 입자의 입자수의 대응 관계를 나타내는 대응 정보를 기억하는 메모리를 갖는다. 보정 회로(60)는, 당해 메모리로부터 대응 정보를 읽어내고, 읽어낸 대응 정보를 참조함으로써, 미소 입자의 입자수의 함유율에 기초해서 조대 입자의 추정을 행한다.There is a correlation between the concentration distribution of PM 2.5 and the concentration distribution of
보정 회로(60)는, 추정한 조대 입자의 입자수에 기초해서, 연산 회로(57)에 의해서 산출된 PM 10의 질량 농도를 보정한다. 예를 들면, 보정 회로(60)는, 추정한 입자수에 기초하는 질량 농도와, PM 10 입자수의 계측 결과(즉, 실측수)에 기초해서 산출된 질량 농도에 소정값 이상의 차분이 생긴 경우, 보정 회로(60)는, 추정 결과와 실측 결과를 평균화함으로써, PM 10의 질량 농도의 보정값으로서 출력한다. 한편, 보정값은, 추정 결과와 실측 결과의 평균이 아니어도 되고, 예를 들면 추정 결과를 강하게 가중치 부여한 가중치 부여 가산값이어도 된다.The
또, 추정한 조대 입자의 입자수와 질량 농도의 보정값을 대응 지은 대응 정보가 메모리에 기억되어 있어도 된다. 보정 회로(60)는, 당해 대응 정보를 메모리로부터 읽어내고, 읽어낸 대응 정보를 참조함으로써, 추정한 입자수로부터 질량 농도의 보정값을 결정해서 출력해도 된다. 한편, 대응 정보는, 예를 들면, PM 10의 질량 농도가 판명되어 있는 환경하에서 PM 2.5 입자수에 기초하는 추정값을 얻음으로써, 미리 생성해 둘 수 있다.Moreover, correspondence information in which the estimated coarse particle particle number and the correction value of the mass concentration are correlated may be memorize|stored in the memory. The
다음으로, 입자수의 계측 방법에 대한 제 2 보정의 상세에 대해서 설명한다.Next, the detail of the 2nd correction|amendment with respect to the measuring method of particle|grain number is demonstrated.
<계측 기간의 보정(제 1 예)><Correction of measurement period (1st example)>
우선, 입자수의 계측 처리에 대한 보정의 제 1 예에 대해서, 도 9를 이용해서 설명한다.First, a first example of correction for the particle count measurement processing will be described with reference to FIG. 9 .
도 9는, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)의 보정의 제 1 예로서, 조대 입자의 입자수의 계측 기간의 조정예를 나타내는 도면이다. 보정 회로(60)는, 추정한 조대 입자의 입자수에 기초해서, PM 10 입자수의 계측 기간인 제 2 기간의 길이를 변경한다.9 is a diagram showing an example of adjustment of the measurement period of the number of coarse particles as a first example of correction of the
본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)에서는, 도 9에 나타나는 바와 같이, 미소 입자의 입자수의 계측과, 조대 입자의 입자수의 계측과, PM 2.5의 질량 농도의 산출과, PM 10의 질량 농도의 산출이 이 순으로 행해진다. 미소 입자의 입자수의 계측이, PM 2.5의 질량 농도의 산출을 위한 제 1 기간에 상당한다. 조대 입자의 입자수의 계측이, PM 10의 질량 농도의 산출을 위한 제 2 기간에 상당한다.In the
본 실시형태에서는, 도 9에 나타나는 바와 같이, 보정 회로(60)는, 추정된 입자수가 적은 경우, 추정된 입자수가 많은 경우보다도, 제 2 기간을 길게 한다. 이에 의해, 검출되는 조대 입자의 수(검출수)를 일정수 이상 확보하기 쉬워지므로, 조대 입자의 입자수를 정밀도 좋게 계측할 수 있어, PM 10의 질량 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.In this embodiment, as shown in FIG. 9, the
한편, 추정된 입자수가 많은 경우는, 제 2 기간을 길게 하지 않더라도, 일정수 이상의 조대 입자의 검출수를 확보할 수 있다. 따라서, 조대 입자의 입자수를 정밀도 좋게 계측할 수 있어, PM 10의 질량 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다. 또, 입자수의 계측부터 질량 농도의 산출까지 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있다.On the other hand, when the estimated number of particles is large, the number of detected coarse particles equal to or greater than a certain number can be ensured without lengthening the second period. Accordingly, the number of coarse particles can be accurately measured, and the mass concentration of
<평균화의 사이클수의 보정(제 2 예)><Correction of the number of averaging cycles (2nd example)>
다음으로, 입자수의 계측 처리에 대한 보정의 제 2 예에 대해서, 도 10을 이용해서 설명한다.Next, the 2nd example of correction|amendment with respect to the measurement process of the particle|grain number is demonstrated using FIG.
도 10은, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)의 보정의 제 2 예로서, 질량 농도의 연산 시의 평균화의 사이클수의 조정예를 나타내는 도면이다. 보정 회로(60)는, 추정한 조대 입자의 입자수에 기초해서, PM 10의 질량 농도의 연산 시의 평균화의 사이클수를 변경한다.10 is a diagram showing an example of adjustment of the number of cycles of averaging during calculation of the mass concentration as a second example of correction of the
본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)에서는, 도 10에 나타나는 바와 같이, 미소 입자의 입자수의 계측과, 조대 입자의 입자수의 계측과, PM 2.5의 질량 농도의 산출과, PM 10의 질량 농도의 산출을 1 사이클로 해서, 당해 사이클이 복수회 반복된다. 1 사이클마다 산출되는 질량 농도를, 복수회분으로 평균화함으로써, 질량 농도가 산출된다.In the
구체적으로는, 연산 회로(57)는, 조대 입자의 계측 기간에 얻어진 전기 신호(제 2 신호)에 기초해서 PM 10의 질량 농도를 산출하는 처리를 소정 횟수 반복하고, 얻어진 소정 횟수분의 질량 농도를 평균화함으로써, PM 10의 질량 농도를 산출한다. 보정 회로(60)는, 평균화의 횟수인 사이클수를 변경한다.Specifically, the
본 실시형태에서는, 도 10에 나타나는 바와 같이, 보정 회로(60)는, 추정된 입자수가 적은 경우, 추정된 입자수가 많은 경우보다도, 사이클수를 많게 한다. 예를 들면, 도 10에는, 추정된 입자수가 많은 경우는, 사이클수가 3회인 데 비해, 추정된 입자수가 적은 경우는, 사이클수가 6회인 예를 나타내고 있다. 한편, 사이클수의 구체적인 수치예는, 이들에 한하지 않는다.In the present embodiment, as shown in FIG. 10 , the
이에 의해, 평균화의 가정으로, 검출되는 조대 입자의 수(검출수)를 일정수 이상 확보하기 쉬워지므로, 조대 입자의 입자수를 정밀도 좋게 계측할 수 있어, PM 10의 질량 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.As a result, it is easy to ensure that the number of detected coarse particles (number of detections) is greater than or equal to a certain number on the assumption of averaging. can
한편, 연산 회로(57)는, PM 2.5의 질량 농도의 경우도 마찬가지이다. 이때, 평균화의 사이클수는, PM 2.5의 경우와 PM 10의 경우에 동일해도 되고, 상이해도 된다. 예를 들면, PM 2.5의 경우의 사이클수는, 추정된 입자수에 상관 없이, 항상 일정해도 된다.On the other hand, the
<유도량의 보정(제 3 예)><Correction of induction amount (3rd example)>
다음으로, 입자수의 계측 처리에 대한 보정의 제 3 예에 대해서, 도 11을 이용해서 설명한다.Next, a third example of correction for the particle count measurement processing will be described with reference to FIG. 11 .
도 11은, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)의 보정의 제 3 예로서, 대상 유체의 유도량의 조정예를 나타내는 도면이다. 보정 회로(60)는, 조대 입자의 계측 기간인 제 2 기간 내에 유도 장치(40)에 의해서 유도되는 대상 유체의 유도량을 변경한다.11 is a diagram showing an example of adjustment of the induction amount of the target fluid as a third example of correction of the
본 실시형태에서는, 유도 장치(40)는, 기체를 하우징(10)의 내부에 도입하기 위한 송풍 기구이다. 이 때문에, 보정 회로(60)는, 유도량으로서 흡기량을 변경한다. 예를 들면, 유도 장치(40)가 저항 소자이며, 발열에 의한 상승 기류를 이용하는 경우, 보정 회로(60)는, 저항 소자에 흘리는 전류를 조정함으로써, 발열량을 조정한다. 예를 들면, 보정 회로(60)는, 전류를 많이 흘려, 발열량을 늘림으로써, 상승 기류가 강해지고, 흡기량을 많게 할 수 있다.In the present embodiment, the
도 11에 나타나는 바와 같이, 보정 회로(60)는, 추정된 입자수가 적은 경우, 추정된 입자수가 많은 경우보다도, 흡기량을 증가시킨다. 이에 의해, 1회의 계측으로 도입되는 기체의 양이 증가하므로, 기체에 포함되는 입자수도 증가시킬 수 있다. 따라서, 일정수 이상의 조대 입자의 검출수를 확보할 수 있다. 따라서, 조대 입자의 입자수를 정밀도 좋게 계측할 수 있어, PM 10의 질량 농도를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.As shown in Fig. 11, the
PM 10 입자수의 계측 방법의 제 2 보정에서는, 전술한 제 1 예∼제 3 예의 전부가 행해져도 되고, 1개만이 행해져도 된다. 또, PM 10 입자수의 계측 방법의 제 2 보정과, PM 10의 질량 농도의 제 1 보정의 양쪽이 행해져도 되고, 어느 한쪽만이 행해져도 된다.In the second correction of the method for measuring the number of
[효과 등][Effect, etc.]
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)는, 대상 유체에 포함되는 입자를 검출하는 입자 검출 센서로서, 검출 영역 DA를 향해 광을 출사하는 투광부(20)와, 투광부(20)가 출사하는 광 L1에 대해서 수광 감도를 갖고, 검출 영역 DA를 통과하는 입자에 의한 광의 산란광 L2를 광전 변환함으로써 전기 신호를 생성해서 출력하는 수광부(30)를 구비한다. 입자 검출 센서(1)는, 또한, 전기 신호에 기초해서, 미소 입자가 포함되는 제 1 입경 구분의 제 1 질량 농도(예를 들면, PM 2.5의 질량 농도)와, 미소 입자 및 당해 미소 입자보다 큰 조대 입자가 포함되는 제 2 입경 구분의 제 2 질량 농도(예를 들면, PM 10의 질량 농도)를 산출하는 신호 처리 회로(50)와, 미소 입자의 입자수에 기초해서 조대 입자의 입자수를 추정하고, 추정한 입자수에 기초해서 제 2 질량 농도의 보정을 행하는 보정 회로(60)를 구비한다.As described above, the
이에 의해, 일정수 이상의 입자수가 용이하게 계측될 수 있어, 정밀도 좋게 계측된 미소 입자의 입자수에 기초해서 조대 입자의 입자수를 추정하므로, 조대 입자의 입자수의 추정 정밀도도 높아진다. 본 실시형태에 의하면, 추정 결과에 기초해서 PM 10의 질량 농도를 보정하므로, PM 10의 질량 농도의 계측 정밀도도 높일 수 있다. 따라서, PM 2.5뿐만이 아니라, PM 10의 질량 농도도 정밀도 좋게 계측할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 입자 검출 센서(1)에 의하면, 복수의 입경 구분의 질량 농도를 정밀도 좋게 계측할 수 있다.Thereby, the number of particles of a certain number or more can be easily measured, and since the number of coarse particles is estimated based on the number of fine particles measured accurately, the precision of estimation of the number of coarse particles is also increased. According to the present embodiment, since the mass concentration of
또, 예를 들면, 미소 입자의 입자수는, 제 1 입경 구분이 분할된 복수의 서브 구분 중, 최대 입경의 서브 구분에 포함되는 입자수이다. 보정 회로(60)는, 미소 입자의 입자수의 함유율에 기초해서 조대 입자의 입자수를 추정한다.Moreover, for example, the particle|grain number of a fine particle is the particle|grain number contained in the sub division of the largest particle diameter among the some sub division into which the 1st particle size division was divided|segmented. The
이에 의해, PM 2.5의 최대 입경의 서브 구분의 입자수의 함유율과, PM 10에 포함되는 조대 입자의 입자수에는 상관 관계가 있으므로, 당해 상관 관계에 기초해서, 조대 입자의 입자수를 정밀도 좋게 추정할 수 있다. 조대 입자의 입자수의 추정 정밀도가 높아지므로, PM 10의 질량 농도의 계측 정밀도도 높일 수 있다. 따라서, PM 2.5뿐만이 아니라, PM 10의 질량 농도도 정밀도 좋게 계측할 수 있다.As a result, there is a correlation between the content rate of the number of particles in the subdivision of the maximum particle diameter of PM 2.5 and the number of coarse particles included in
또, 예를 들면, 신호 처리 회로(50)는, 전기 신호 중 제 1 기간분의 제 1 신호에 기초해서 PM 2.5의 질량 농도를 산출하고, 전기 신호 중 제 1 기간과는 상이한 제 2 기간분의 제 2 신호에 기초해서 PM 10의 질량 농도를 산출한다.Further, for example, the
이에 의해, PM 2.5의 질량 농도와 PM 10의 질량 농도를 시계열로 산출할 수 있다. PM 10의 질량 농도의 실측값이 얻어지므로, 보정의 정밀도를 높일 수 있다. 따라서, PM 2.5뿐만이 아니라, PM 10의 질량 농도도 정밀도 좋게 계측할 수 있다.Thereby, the mass concentration of PM 2.5 and the mass concentration of
또, 예를 들면, 보정 회로(60)는, 보정으로서, 추정한 입자수에 기초해서, 제 2 신호에 기초해서 산출한 PM 10의 질량 농도를 보정한다.Further, for example, the
이에 의해, PM 10의 질량 농도의 연산 결과를 보정하므로, PM 10의 질량 농도를 정밀도 좋게 계측할 수 있다.Thereby, since the calculation result of the mass concentration of PM10 is corrected, the mass concentration of PM10 can be measured accurately.
또, 예를 들면, 보정 회로(60)는, 보정으로서, 추정한 입자수에 기초해서 조대 입자의 계측 기간의 길이를 변경한다.Moreover, for example, the
이에 의해, 조대 입자의 계측에 필요로 하는 시간을 길게 할 수 있으므로, 조대 입자의 입자수를 일정수 이상 확보하기 쉬워진다. 따라서, PM 2.5뿐만이 아니라, PM 10의 질량 농도도 정밀도 좋게 계측할 수 있다.Thereby, since the time required for the measurement of the coarse particle can be lengthened, it becomes easy to ensure the particle|grain number of the coarse particle to a fixed number or more. Accordingly, not only PM 2.5 but also the mass concentration of
또, 예를 들면, 신호 처리 회로(50)는, 제 2 신호에 기초해서 PM 10의 질량 농도를 산출하는 처리를 소정 횟수 반복하고, 얻어진 소정 횟수분의 질량 농도를 평균화함으로써, PM 10의 질량 농도를 산출한다. 보정 회로(60)는, 보정으로서, 상기 반복의 횟수(즉, 사이클수)를 변경한다.Further, for example, the
이에 의해, PM 10의 질량 농도의 산출 시의 평균화 사이클을 길게 할 수 있으므로, 조대 입자의 입자수를 일정수 이상 확보하기 쉬워진다. 따라서, PM 2.5뿐만이 아니라, PM 10의 질량 농도도 정밀도 좋게 계측할 수 있다.Thereby, since the averaging cycle at the time of calculating the mass concentration of PM10 can be lengthened, it becomes easy to ensure the particle|grain number of the coarse particle to a fixed number or more. Accordingly, not only PM 2.5 but also the mass concentration of
또, 예를 들면, 입자 검출 센서(1)는, 또한, 검출 영역 DA를 향해 대상 유체를 유도하는 유도 장치(40)를 구비한다. 보정 회로(60)는, 보정으로서, 제 2 기간 내에 유도 장치(40)에 의해서 유도되는 대상 유체의 유도량을 변경한다.Further, for example, the
이에 의해, 조대 입자의 입자수의 계측 시에 유도되는 기체의 양이 많아지므로, 조대 입자의 입자수를 일정수 이상 확보하기 쉬워진다. 따라서, PM 2.5뿐만이 아니라, PM 10의 질량 농도도 정밀도 좋게 계측할 수 있다.Thereby, since the amount of the gas induced|guided|derived at the time of measuring the particle|grain number of a coarse particle increases, it becomes easy to ensure the particle|grain number of a coarse particle more than a fixed number. Accordingly, not only PM 2.5 but also the mass concentration of
(기타)(etc)
이상, 본 발명에 따른 입자 검출 센서에 대해서, 상기의 실시형태에 기초해서 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시형태로 한정되는 것은 아니다.As mentioned above, although the particle detection sensor which concerns on this invention was demonstrated based on said embodiment, this invention is not limited to said embodiment.
예를 들면, 상기의 실시형태에서는, 대상 유체가 기체인 경우를 설명했지만, 이에 한하지 않는다. 대상 유체는, 물 등의 액체여도 된다. 입자 검출 센서(1)는, 물 등의 액체 중에 포함되는 입자를 검출하고, 질량 농도를 산출한다. 이때, 입자 검출 센서(1)는, 하우징(10)의 외측면에 장착된 신호 처리 회로(50)가 액체에 접촉하는 것을 막는 방수 기구를 갖는다. 방수 기구는, 예를 들면, 신호 처리 회로(50)를 덮도록 마련된 금속제의 실드 부재이다. 당해 실드 부재는, 예를 들면 용접 등에 의해 하우징(10)에 극간 없이 고정된다.For example, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case where the target fluid is a gas, it is not limited to this. The target fluid may be a liquid such as water. The
또, 예를 들면, 입자 검출 센서(1)에서는, PM 10 입자수의 계측이 행해지지 않아도 된다. 구체적으로는, 신호 처리 회로(50)는, 미소 입자의 계측과, PM 2.5의 질량 농도의 연산과, PM 10의 질량 농도의 연산을 이 순으로 행해도 된다. PM 10의 질량 농도의 연산에서는, PM 2.5에 포함되는 미소 입자의 입자수의 함유율에 기초해서 추정된 조대 입자의 입자수를 이용해서, PM 10의 질량 농도를 산출해도 된다.In addition, for example, in the
또, 예를 들면, 보정 회로(60)는, PM 2.5의 최대 입경의 서브 구분은 아니고, PM 2.5에 포함되는 미소 입자의 전체 입자수에 기초해서, 조대 입자의 입자수를 추정해도 된다.Also, for example, the
또, 예를 들면, 입자 검출 센서(1)는, 유도 장치(40)를 구비하지 않아도 된다. 예를 들면, 입자 검출 센서(1)는, 일정 방향으로 기류가 흐르고 있는 장소에, 유입구(11)가 기류의 상류측, 유출구(12)가 하류측에 위치하도록 배치되어도 된다.In addition, for example, the
또, 예를 들면, 상기의 실시형태에서는, 투광부(20) 및 수광부(30)의 각각이 렌즈를 구비하는 예에 대해서 나타냈지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면, 투광부(20) 및 수광부(30) 중 적어도 한쪽은, 렌즈 대신에, 미러(반사체)를 구비해도 된다.For example, in the above embodiment, although the example in which each of the light-transmitting
한편, 입자 검출 센서(1)는, 예를 들면, 에어컨, 공기 청정기, 환기팬 등의 각종 가전 기기 등에 탑재된다. 각종 가전 기기는, 입자 검출 센서(1)에 의해서 검출된 입자의 질량 농도에 따라서, 그 동작을 제어해도 된다. 예를 들면, 공기 청정기는, 입자의 질량 농도가 소정의 임계값보다 큰 경우에, 운전 강도(구체적으로는, 공기의 정화력)를 강하게 해도 된다.On the other hand, the
그 밖에, 각 실시형태에 대해서 당업자가 생각해 내는 각종 변형을 실시해서 얻어지는 형태나, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각 실시형태에 있어서의 구성 요소 및 기능을 임의로 조합함으로써 실현되는 형태도 본 발명에 포함된다.In addition, a form obtained by performing various modifications that those skilled in the art come up with for each embodiment, and a form realized by arbitrarily combining the constituent elements and functions of each embodiment within the scope not departing from the gist of the present invention are also presented. included in the invention.
1: 입자 검출 센서
20: 투광부
30: 수광부
40: 유도 장치
50: 신호 처리 회로
60: 보정 회로
DA: 검출 영역
L1: 광
L2: 산란광1: Particle detection sensor
20: light emitter
30: light receiving unit
40: induction device
50: signal processing circuit
60: correction circuit
DA: detection area
L1: light
L2: scattered light
Claims (7)
검출 영역을 향해 광을 출사하는 투광부와,
상기 투광부가 출사하는 광에 대해서 수광 감도를 갖고, 상기 검출 영역을 통과하는 입자에 의한 상기 광의 산란광을 광전 변환함으로써 전기 신호를 생성해서 출력하는 수광부와,
상기 전기 신호에 기초해서, 제 1 입자가 포함되는 제 1 입경 구분의 제 1 질량 농도와, 상기 제 1 입자 및 당해 제 1 입자보다 큰 제 2 입자가 포함되는 제 2 입경 구분의 제 2 질량 농도를 산출하는 신호 처리 회로와,
상기 제 1 입자의 입자수에 기초해서 상기 제 2 입자의 입자수를 추정하고, 추정한 입자수에 기초해서 상기 제 2 질량 농도의 보정을 행하는 보정 회로를 구비하는
입자 검출 센서.A particle detection sensor for detecting particles contained in a target fluid, comprising:
a light projection unit emitting light toward the detection area;
a light receiving unit having light receiving sensitivity with respect to the light emitted by the light transmitting unit and generating and outputting an electric signal by photoelectric conversion of scattered light of the light by particles passing through the detection region;
Based on the electric signal, the first mass concentration of the first particle size section in which the first particle is included, and the second mass concentration of the second particle size section in which the first particle and a second particle larger than the first particle are included a signal processing circuit for calculating
a correction circuit for estimating the number of particles of the second particles based on the number of particles of the first particles and correcting the second mass concentration based on the estimated number of particles;
particle detection sensor.
상기 제 1 입자의 입자수는, 상기 제 1 입경 구분이 분할된 복수의 서브 구분 중, 최대 입경의 서브 구분에 포함되는 입자수이고,
상기 보정 회로는, 상기 제 1 입자의 입자수의 함유율에 기초해서 상기 제 2 입자의 입자수를 추정하는
입자 검출 센서.The method of claim 1,
The number of particles of the first particle is the number of particles included in the sub-division of the maximum particle size among the plurality of sub-divisions into which the first particle size division is divided,
The correction circuit is configured to estimate the number of particles of the second particles based on a content rate of the number of particles of the first particles.
particle detection sensor.
상기 신호 처리 회로는,
상기 전기 신호 중 제 1 기간분의 제 1 신호에 기초해서, 상기 제 1 질량 농도를 산출하고,
상기 전기 신호 중 상기 제 1 기간과는 상이한 제 2 기간분의 제 2 신호에 기초해서, 상기 제 2 질량 농도를 산출하는
입자 검출 센서.3. The method according to claim 1 or 2,
The signal processing circuit,
calculating the first mass concentration based on a first signal for a first period among the electrical signals;
calculating the second mass concentration based on a second signal for a second period different from the first period among the electrical signals;
particle detection sensor.
상기 보정 회로는, 상기 보정으로서, 추정한 입자수에 기초해서, 상기 제 2 신호에 기초해서 산출한 제 2 질량 농도를 보정하는
입자 검출 센서.4. The method of claim 3,
The correction circuit is configured to correct, as the correction, a second mass concentration calculated based on the second signal based on the estimated number of particles.
particle detection sensor.
상기 보정 회로는, 상기 보정으로서, 추정한 입자수에 기초해서 상기 제 2 기간의 길이를 변경하는
입자 검출 센서.4. The method of claim 3,
The correction circuit is configured to, as the correction, change the length of the second period based on the estimated number of particles.
particle detection sensor.
상기 신호 처리 회로는, 상기 제 2 신호에 기초해서 상기 제 2 질량 농도를 산출하는 처리를 소정 횟수 반복하고, 얻어진 소정 횟수분의 질량 농도를 평균화함으로써, 상기 제 2 질량 농도를 산출하고,
상기 보정 회로는, 상기 보정으로서, 상기 소정 횟수를 변경하는
입자 검출 센서.4. The method of claim 3,
The signal processing circuit calculates the second mass concentration by repeating the process of calculating the second mass concentration based on the second signal a predetermined number of times and averaging the mass concentration for a predetermined number of times,
The correction circuit is configured to, as the correction, change the predetermined number of times.
particle detection sensor.
상기 검출 영역을 향해 상기 대상 유체를 유도하는 유도 장치를 더 구비하고,
상기 보정 회로는, 상기 보정으로서, 상기 제 2 기간 내에 상기 유도 장치에 의해서 유도되는 상기 대상 유체의 유도량을 변경하는
입자 검출 센서.4. The method of claim 3,
Further comprising a guide device for guiding the target fluid toward the detection area,
The correction circuit is configured to, as the correction, change an induced amount of the target fluid induced by the induction device within the second period.
particle detection sensor.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |