KR20200113369A - 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치 - Google Patents
광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광을 조사하는 발광부; 및 상기 발광부에 대향 구비되면서 상기 발광부에서 조사된 광이 측정 파티클에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 측정하여 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클을 카운팅하는 수광부; 를 포함하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로 먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질을 말하는데, 석탄 석유 등의 화석연료를 태울 때나 공장 자동차 등의 배출가스에서 많이 발생한다.
먼지는 입자의 크기에 따라 50㎛ 이하인 총먼지(TSP, Total Suspended Particles)와 입자크기가 매우 작은 미세먼지(PM, Particulate Matter)로 구분한다. 미세먼지는 지름이 10㎛(마이크로미터, 1㎛=1000분의 1㎜) 이하의 먼지로 PM10이라고 한다.
미세먼지는 자동차 배출가스나 공장 굴뚝 등을 통해 주로 배출되며 다른 국가로부터 날아오는 크기가 작은 먼지를 말한다. 미세먼지 중 입자의 크기가 더 작은 미세먼지를 초 미세먼지라 부르며 지름 2.5㎛ 이하의 먼지로서 PM2.5라고 한다.
주로 자동차 배출가스 등을 통해 직접 배출된다. 대기 중으로 배출된 가스 상태의 오염물질이 아주 미세한 초 미세먼지 입자로 바뀌기도 하는데 초 미세먼지가 미세먼지보다 더 위험한 것은 허파꽈리 등 호흡기의 가장 깊은 곳까지 침투하고, 여기서 혈관으로 들어가기 때문이다.
세계보건기구(WHO)는 미세먼지 중 디젤에서 배출되는 BC(black carbon)을 1급 발암물질로 지정하고 있다. 또한, 장기간 미세먼지에 노출될 경우 면역력이 급격히 저하되어 감기, 천식, 기관지염 등의 호흡기 질환은 물론 심혈관 질환, 피부질환, 안구질환 등 각종 질병에 노출될 수 있다. 현재 미세먼지 저감조치의 일환으로 고가, 대형 장비 기반의 대기오염 측정소가 시 또는 구 단위로 설치되어, 미세먼지의 특정 시간당 평균 농도를 모니터링 하여 알려주는 광역 예보 시스템을 제공하고 있다. 하지만 고층 건물이 밀집되고 유동 인구 및 교통량의 변화가 큰 대도시에서는 공기 흐름 및 미세먼지의 확산 양상이 매우 복잡함에 따라 서로 인접한 지역간에도 미세먼지의 농도 편차가 크다.
그로 인해, 일반적인 광역 예보 시스템을 통한 미세먼지의 정확한 농도 분포 파악이 어렵다. 근래에는 실시간으로 원하는 지역의 미세먼지를 파악할 수 있는 미세먼지 측정 시스템에 대한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
기존 미세먼지 측정 방법으로서 미세먼지 농도 측정 시스템과 광산란법을 이용한 미세먼지 측정 방법이 있다.
미세먼지 농도 측정 시스템은 유입되는 미세먼지를 공기 역학적으로 분류 시키고, 분류된 미세먼지를 전기적으로 하전 시키며, 하전된 미세먼지의 농도에 비례하는 유도전류 값으로 농도를 측정한다.
광산란법을 이용한 미세먼지 측정 방법은 발광다이오드(LED : Light-Emitting Diode) 광원, 레이저 다이오드(LD : laser diode) 광원을 사용하며, 렌즈를 이용하여 빛을 수광시켜 미세먼지에 의해 산란된 빛의 양을 측정하는 방법으로서 히터로 공기의 흐름을 제어한다. 렌즈에 의해 모인 빛이 미세먼지에 의해 산란되며, 산란된 빛을 감광액(photo resister)을 사용하여 산란된 광량을 측정하는 방법이다.
그런데 기존 미세먼지 측정 방법은 미세먼지의 농도 측정만 가능하며, 미세먼지 크기에 따른 입자 크기 측정은 불가능하였다.
이에 대하여, 본 발명은 광섬유 렌즈를 이용하여 미세먼지 파티클을 센싱하고 카운팅할 수 있는 메커니즘을 제시하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광섬유 렌즈 프로브를 사용하여 미세먼지 농도 측정 및 먼지 크기별 입자의 개수 측정이 가능함은 물론 초 미세먼지 측정이 가능하고 측정장비의 소형화가 가능한 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 이루기 위해 본 발명은, 광을 조사하는 발광부; 및 상기 발광부에 대향 구비되면서 상기 발광부에서 조사된 광이 측정 파티클에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 측정하여 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클을 카운팅하는 수광부; 를 포함하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치를 제공한다.
또한, 상기 발광부는 제1 광섬유일 수 있다.
또한, 상기 발광부의 광원은 발광장치일 수 있다.
또한, 상기 발광부의 광원은 가시광 파장의 레이저 다이오드(LD), UV 파장의 레이저 다이오드(LD), 가시광 파장의 발광다이오드(LED) 및 UV 파장의 발광다이오드(LED) 중 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 상기 발광부와 수광부 사이의 공간으로 공기를 분사하여 공기 흐름을 제어하는 공기제어장치; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수광부는 광검출장치일 수 있다.
또한, 상기 제1 광섬유는 광섬유 렌즈 몸체를 포함하고, 상기 광섬유 렌즈 몸체는 광섬유 렌즈를 포함하며, 상기 광섬유 렌즈 몸체는 상기 제1 광섬유 끝단에 연장 구비되고, 상기 광섬유 렌즈는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 끝단에 구비될 수 있다.
또한, 상기 광섬유 렌즈는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 외주와 동일한 폭으로 연장되면서 곡률 반경을 가지는 제1 곡면으로 형성되거나 또는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 폭과 동일 폭으로 연장되면서 상기 제1 곡면보다 작은 곡률 반경을 가지는 제2 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광섬유 렌즈는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 외주보다 더 큰 볼 형상의 광섬유 렌즈일 수 있다.
또한, 상기 발광부에서 조사된 광이 측정 파티클에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 통해 파티클의 카운팅이 가능하며, 카운팅된 신호를 이용하여 측정 파티클의 농도 측정이 가능할 수 있다.
또한, 상기 수광부는 상기 제1 광섬유에 대향 구비되고 상기 광섬유에서 조사한 광을 수광하는 제2 광섬유; 및 상기 제2 광섬유와 연결되는 광검출장치; 를 포함하며, 상기 광검출장치는 상기 발광부에서 조사된 광이 측정 파티클에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 측정하여 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클을 카운팅할 수 있다.
또한, 상기 제1 광섬유와 제2 광섬유는 광섬유 렌즈 몸체를 포함하고 상기 광섬유 렌즈 몸체는 광섬유 렌즈를 포함하며, 상기 광섬유 렌즈 몸체는 상기 제1 광섬유와 제2 광섬유의 끝단에 연장 구비되고, 상기 광섬유 렌즈는 광섬유 렌즈 몸체의 끝단에 구비될 수 있다.
또한, 상기 광섬유 렌즈는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 외주와 동일한 폭으로 연장되면서 곡률 반경을 가지는 제1 곡면으로 형성되거나 또는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 폭과 동일 폭으로 연장되면서 상기 제1 곡면보다 작은 곡률 반경을 가지는 제2 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 광섬유와 제2 광섬유 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 광섬유 렌즈는, 상기 광섬유 렌즈 몸체의 외주보다 더 큰 볼 형상의 광섬유 렌즈일 수 있다.
또한, 상기 광섬유 렌즈 몸체는 멀티모드 광섬유, 단일모드 광섬유, 단일모드와 코어리스를 결합한 광섬유 및 멀티모드와 코어리스를 결합한 광섬유 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 수광부는 모니터링장치와 연결되고, 상기 모니터링장치는 상기 수광부에서 획득한 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클의 카운팅 정보를 모니터링 할 수 있다.
또한, 발광부 광섬유인 상기 제1 광섬유의 배치 각도 변화에 따른 측정 파티클의 크기에 따라 산란광 카운팅 신호를 측정하고, 수광부 광섬유인 상기 제2 광섬유의 배치 각도 변화에 따른 미세먼지 크기에 따라 산란광 카운팅 신호를 측정할 수 있다.
또한, 상기 광섬유 렌즈 몸체는 코어리스 실리카 섬유(Coreless Silica Fiber)일 수 있다.
또한, 상기 발광부와 수광부 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 리본 타입 광섬유일 수 있다.
본 발명은 광섬유 렌즈의 사용으로 미세먼지 측정기 및 파티클 카운터(Particle counter)를 소형화 할 수 있다.
또한, 본 발명은 광섬유 렌즈의 사용으로 광 정렬이 용이하다.
또한, 본 발명은 다양한 형상의 광섬유 렌즈를 사용함으로써 레이저 다이오드(LD : laser diode)의 초점 길이와 크기 조절이 가능하다.
또한, 본 발명은 광섬유 렌즈 배열(array) 구조를 통해 측정 시간 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 구성을 구체화한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 광섬유의 광섬유 렌즈 확대도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 구성을 구체화한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 광섬유의 광섬유 렌즈 확대도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
기존 미세먼지 측정 방법은 미세먼지의 농도 측정만 가능하며, 미세먼지 크기에 따른 입자 크기 측정은 불가능하였다. 이에 대하여, 본 발명은 광섬유 렌즈를 이용하여 미세먼지 파티클(Particle)을 센싱하고 카운팅할 수 있는 메커니즘을 제시하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제1 실시예는, 광을 조사하는 발광부, 발광부에 대향 구비되는 수광부 및 발광부와 수광부 사이에 공기(A)를 분사하여 공기 흐름을 제어하는 공기제어장치(2)를 포함한다.
일예로서, 발광부의 광원은 가시광 파장의 레이저 다이오드(LD)를 사용하거나, UV 파장의 레이저 다이오드(LD)를 사용하거나, 가시광 파장의 발광다이오드(LED)를 사용하거나, UV 파장의 발광다이오드(LED)를 사용할 수 있다.
발광부는 제1 광섬유(11)일 수 있다. 제1 광섬유(11)는 코어(11a) 직경이 9㎛인 단일모드 광섬유(SMF, single mode fiber) 또는 코어(11a) 직경이 125㎛인 다중모드 광섬유(MMF, multi mode fiber)일 수 있다. 제1 광섬유(11)의 광원은 레이저 다이오드(laser diode) 등과 같은 발광장치(3)일 수 있다.
제1 광섬유(11)는 광섬유(Optical fiber)로서 광을 조사한다. 제1 광섬유(11)에서 조사된 광은 미세먼지 등과 같은 측정 파티클(P)에 의해 산란된다.
수광부는 포터 디텍터(Photo detector) 등과 같은 빛을 검출하는 광검출장치(1)일 수 있다.
광검출장치(1)는 제1 광섬유(11)와 일정 간격을 두고 발광부에 대향 구비된다. 광검출장치(1)는 제1 광섬유(11)에서 조사된 광(L)이 측정 파티클(P)에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 측정하여 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클을 카운팅한다. 이러한 측정 파티클을 카운팅을 통해 보다 정확하고 정밀한 미세먼지 정보를 획득할 수 있다.
공기제어장치(2)는 제1 광섬유(11)와 수광부 사이의 공간(6)으로 공기를 분사하여 공기 흐름을 제어한다. 이로 인해 제1 광섬유(11)에서 조사된 광의 산란을 제어할 수 있다. 광의 산란은 공기 흐름의 제어가 용이한 챔버(5) 등과 같은 구획된 공간에서 이루어지는 것이 바람직하다.
일예로서, 공기제어장치(2)는 마이크로 팬(Micro fan)일 수 있다. 공기제어장치(2)는 노즐(2a)을 포함한다. 일예로서, 노즐(2a)은 마이크로 노즐(Micro nozzle)일 수 있다. 노즐(2a)은 마이크로 팬에서 분사되는 공기를 원하는 방향으로 분사할 수 있도록 안내 한다.
일예로서, 제1 광섬유(11)의 광 조사는 챔버(5)에서 이루어질 수 있다. 챔버(5) 내부에 조사된 제1 광섬유(11)의 광(L)은 미센먼지 미립자 등과 같은 측정 파티클(P)에 의해 산란될 수 있다. 챔버(5)의 내부의 공기는 챔버(5) 내부로 공급되는 공기제어장치(2)의 분사 공기에 의해 흐름이 제어될 수 있다.
한편, 제1 광섬유(11)는 광섬유 렌즈 몸체(13)를 포함한다. 광섬유 렌즈 몸체(13)는 제1 광섬유(11)의 끝단에 연장 구비된다. 광섬유 렌즈 몸체(13)는 광섬유 렌즈를 포함한다.
광섬유 렌즈 몸체(13)는 코어가 없는 광섬유일 수 있다. 일예로서, 광섬유 렌즈 몸체(13)는 코어리스 실리카 섬유(Coreless Silica Fiber)일 수 있다.
광섬유 렌즈 몸체(13)는 다양한 광섬유 사용이 가능하다. 일예로서, 광섬유 렌즈 몸체(13)는 멀티모드 광섬유(Multi mode fiber), 단일모드 광섬유(Single mode fiber), 단일모드와 코어리스를 결합한 광섬유 (Single mode fiber + Coreless fiber), 멀티모드와 코어리스를 결합한 광섬유 (Multi mode fiber + Coreless fiber) 등일 수 있다.
광섬유 렌즈 몸체(13)의 끝단에 광섬유 렌즈(130)가 구비된다. 광섬유 렌즈(130)는 다양한 곡면 형태로 형성될 수 있다. 일예로서, 광섬유 렌즈 몸체(13)의 끝단에 열을 가하여 광섬유 렌즈(130)를 형성할 수 있다.
예컨대, 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주와 동일한 폭으로 연장되면서 곡률 반경(R)을 가지는 타원 등과 같은 제1 곡면(131)으로 형성될 수 있다(도 8의(a)참조). 또한, 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 폭과 동일 폭으로 연장되면서 제1 곡면(131)보다 작은 곡률 반경(R)을 가지는 타원 등과 같은 제2곡면(132)으로 형성될 수 있다(도 8의(b)참조). 이와 같이 광섬유 렌즈(130)의 곡률 반경(R)을 달리 함으로써 광섬유 렌즈(130)를 통과 하는 광의 초점 길이 및 초점 크기를 조절할 수 있다. 도 8의 (a), (b)를 참조하면, 제1 곡면(131)을 통과하는 광의 광폭(W)이 제2 곡면(132)을 통과하는 광의 광폭(W)보다 좁은 것을 알 수 있다.
광검출장치(1)는 모니터링장치(4)와 연결된다. 모니터링장치(4)는 광검출장치(1)에서 획득한 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클의 카운팅 등과 같은 정보를 모니터링할 수 있다.
일예로서, 모니터링장치(4)는 컴퓨터일 수 있다. 모니터링장치(4)는 컴퓨터 뿐만 아니라 스마트폰, 스마트패드, 태블릿 PC, PDA(Personal Digital Assistant), GSM(Global System for Mobile)폰, W-CDMA(Wideband CDMA)폰, CDMA-2000폰, MBS(Mobile Broad and System)폰, PMP(Portable Multimedia Player), 핸드헬드 컴퓨터(Handheld Computer)와 같이 멀티미디어 폰 및 멀티미디어 플레이어 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제2 실시예는, 제1 실시예와 대비하여 광섬유 렌즈의 구성을 제외한 나머지 구성은 제1 실시예의 구성과 동일하다. 이에 동일 구성의 설명은 생략하고, 광섬유 렌즈의 구성을 중점으로 설명한다.
본 발명의 제2 실시예는, 제1 광섬유(11)는 광섬유 렌즈 몸체(13)를 포함한다. 광섬유 렌즈 몸체(13)는 제1 광섬유(11) 끝단에 연장 구비된다. 광섬유 렌즈 몸체(13)는 광섬유 렌즈(130)를 포함한다.
광섬유 렌즈 몸체(13)의 끝단에 구비되는 광섬유 렌즈(130)는, 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주보다 더 큰 볼(Ball) 형상의 광섬유 렌즈일 수 있다(도 8의(c)참조).
이와 같이 광섬유 렌즈(130)의 형상을 볼 형상으로 구성함으로써 광섬유 렌즈(130)를 통과 하는 광의 초점 길이 및 초점 크기를 조절할 수 있다. 도 8을 참조하면, 광섬유 렌즈(130) 형상이 볼 형상일 때 광섬유 렌즈(130)를 통과하는 광의 광폭(W)이 제1 곡면(131)을 통과하는 광의 광폭(W)보다는 넓고, 제2 곡면(132)을 통과하는 광의 광폭(W)보다는 좁을 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제3 실시예는, 제1 실시예와 대비하여 제2 광섬유(12)의 구성이 추가되는 것 이외의 나머지 구성은 제1 실시예의 구성과 동일하다. 이에 동일 구성의 설명은 생략하고, 추가되는 제2 광섬유(12)를 중점으로 구성을 설명한다.
본 발명의 제3 실시예의 수광부는 제2 광섬유(12) 및 광검출장치(1)를 포함한다.
제2 광섬유(12)는 제1 광섬유(11)에 대향 구비된다. 제2 광섬유(12)는 코어(12a) 직경이 9㎛인 단일모드 광섬유(SMF, single mode fiber) 또는 코어(12a) 직경이 125㎛인 다중모드 광섬유(MMF, multi mode fiber)일 수 있다.
제2 광섬유(12)는 제1 광섬유(11)에서 조사되는 광을 수광한다. 제2 광섬유(12)의 끝단에 광섬유 렌즈 몸체(13)가 구비된다. 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈 몸체(13)는 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈 몸체(13)와 동일하다. 물론 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130)와 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)도 동일하다.
광섬유 렌즈 몸체(13)는 코어가 없는 광섬유일 수 있다. 일예로서, 광섬유 렌즈 몸체(13)는 코어리스 실리카 섬유(Coreless Silica Fiber)일 수 있다.
광섬유 렌즈 몸체(13)는 광섬유 렌즈(130)를 포함한다. 광섬유 렌즈 몸체(13)의 끝단에 광섬유 렌즈(130)가 구비된다. 광섬유 렌즈(130)는 다양한 곡면 형태로 형성될 수 있다. 일예로서, 광섬유 렌즈 몸체(13)의 끝단에 열을 가하여 광섬유 렌즈(130)를 형성할 수 있다.
예컨대, 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주와 동일한 폭으로 연장되면서 곡률 반경(R)을 가지는 타원 등과 같은 제1 곡면(131)으로 형성될 수 있다(도 8의(a)참조). 또한, 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 폭과 동일 폭으로 연장되면서 제1 곡면(131)보다 작은 곡률 반경(R)을 가지는 타원 등과 같은 제2곡면(132)으로 형성될 수 있다(도 8의(b)참조).
도 8은 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)를 나타내는 것이나, 광섬유 렌즈(130)는 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12)가 동일하기 때문에 참조할 수 있다.
제2 광섬유(12)는 광검출장치(1)와 연결된다. 광검출장치(1)는 제1 광섬유(11)에서 조사되는 광(L)이 측정 파티클(P)에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 측정하여 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클을 카운팅한다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에서 레이저 다이오드(Laser diode) 등과 같은 발광장치(3)와 포터 디텍터(Photo detector) 등과 같은 광검출장치(1)를 제외한 모든 기능은 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12)를 통해 이루어질 수 있다.
제1 광섬유(11)의 광원으로 레이저 다이오드(Laser diode) 등과 같은 발광장치(3)를 사용한다. 발광장치(3)와 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)를 이용하여 미세먼지 미립자에 제1 광섬유(11)의 광을 안내(guiding) 및 집속시킨다. 광섬유를 사용하여 미세먼지 미립자에 의해 산란되는 빛을 다각도로 측정할 수 있다.
구체적으로 제1 광섬유(11)에서 제2 광섬유(12) 방향으로 광을 조사하면 제1 광섬유(11)에서 조사된 광이 미세먼지 미립자 등과 같은 측정 파티클에 의해 산란한다. 이때, 산란하는 광을 다각도로 측정하면, 측정 파티클의 크기에 따른 산란 광의 세기와 분포(모양)가 다르기 때문에 산란하는 광을 다각도로 측정 시 미립자의 크기를 세밀하게 분석할 수 있고 측정 파티클을 카운팅할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제4 실시예는, 제3 실시예와 대비하여 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130) 이외의 나머지 구성은 제3 실시예의 구성과 동일하다. 이에 동일 구성의 설명은 생략하고, 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130) 구성을 중점으로 설명한다.
본 발명의 제4 실시예의 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12)는 광섬유 렌즈 몸체(13)를 포함한다. 광섬유 렌즈 몸체(13)는 광섬유 렌즈(130)를 포함한다.
광섬유 렌즈 몸체(13)는 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12)의 끝단에 연장 구비된다. 광섬유 렌즈 몸체(13) 끝단에 광섬유 렌즈(130)가 구비된다.
제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주와 동일한 폭으로 연장되면서 곡률 반경(R)을 가지는 타원 등과 같은 제1 곡면(131)으로 형성된다(도 8의(a)참조). 또한, 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 폭과 동일 폭으로 연장되면서 제1 곡면(131)보다 작은 곡률 반경(R)을 가지는 타원 등과 같은 제2곡면(132)으로 형성된다(도 8의(b)참조).
제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130)는, 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)와 달리 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주보다 더 큰 볼(Ball) 형상의 광섬유 렌즈로 형성된다(도 8의(c)참조).
도 6은 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제5 실시예는, 제4 실시예와 대비하여 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)와 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130)가 서로 반대로 구성되는 것을 제외하고 나머지 구성은 제4 실시예와 동일하다. 이에 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)와 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130)의 구성을 중점으로 설명한다.
본 발명의 제5 실시예는, 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주보다 더 큰 볼(Ball) 형상의 광섬유 렌즈로 구성된다(도 8의(c)참조).
제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130)는 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)와 형상이 다르다. 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주와 동일한 폭으로 연장되면서 곡률 반경(R)을 가지는 타원 등과 같은 제1 곡면(131)으로 형성된다(도 8의(a)참조). 또한, 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 폭과 동일 폭으로 연장되면서 제1 곡면(131)보다 작은 곡률 반경(R)을 가지는 타원 등과 같은 제2 곡면(132)으로 형성된다(도 8의(b)참조).
도 7은 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제6 실시예는, 제5 실시예와 대비하여 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130)와 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130) 모두 동일한 볼 형상의 광섬유 렌즈로 구성되는 것 이외의 나머지 구성은 제5 실시예와 동일하다. 이에 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)와 제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130)의 구성을 중점으로 설명한다.
본 발명의 제6 실시예는, 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)는 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주보다 더 큰 볼(Ball) 형상의 광섬유 렌즈로 구성된다(도 8의(c)참조).
제2 광섬유(12)의 광섬유 렌즈(130) 역시 제1 광섬유(11)의 광섬유 렌즈(130)와 같이 광섬유 렌즈 몸체(13)의 외주보다 더 큰 볼(Ball) 형상의 광섬유 렌즈로 구성된다(도 8의(c)참조).
도 9는 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제7 실시예는, 제4 실시예와 대비하여 제2 광섬유(12)가 리본 타입인 것 외에 나머지 구성은 제4 실시예와 동일하다. 이에 리본 타입인 제2 광섬유(12)를 중점으로 설명한다.
본 발명의 제7 실시예의 제2 광섬유(12)는 광섬유를 복수로 배열(array)하여 리본 타입(Ribbon type)으로 구성할 수 있다. 물론 복수로 배열되는 제2 광섬유(12) 각각은 광섬유 렌즈(130)가 구비된 광섬유 렌즈 몸체(13)를 포함한다. 광섬유 렌즈 몸체(13)는 제2 광섬유(12) 앞을 돌출 형성된다.
본 발명의 제7 실시예는 포토 디텍터 (Photo detector) 등과 같은 광검출장치(1)와 리본 타입(Ribbon type) 광섬유를 사용하여 미립자에 의해 산란된 빛을 다각도로 측정할 수 있다. 리본 타입(Ribbon type) 광섬유의 경우 광 산란이 더욱 세밀하게 이루어지고 이로 인해 더욱 정확하고 정밀한 미세먼진 정보를 획득할 수 있다.
일예로서, 제1 광섬유(11) 또는 제2 광섬유(12)는 리본 타입으로 구성될 수 있다. 다른 일예로서, 제1 광섬유(11)와 제2 광섬유(12)는 모두는 리본 타입으로 구성될 수 있다.
살펴본 바와 같이 본 발명은 광섬유 렌즈의 사용으로 미세먼지 측정기 및 파티클 카운터(Particle counter)를 소형화할 수 있다. 또한, 본 발명은 광섬유 렌즈의 사용으로 광 정렬이 용이하다. 또한, 본 발명은 다양한 형상의 광섬유 렌즈를 사용함으로써 레이저 다이오드(LD : laser diode)의 초점 길이와 크기 조절이 가능하다. 또한, 본 발명은 광섬유 렌즈 배열(array) 구조를 통해 측정 시간 제어가 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 광검출장치
2 : 공기제어장치
2a : 노즐
3 : 발광장치
4 : 모니터링장치
5 : 챔버
6 : 공간
11 : 제1 광섬유
11a : 코어
12 : 제2 광섬유
12a : 코어
13 : 광섬유 렌즈 몸체
130 : 광섬유 렌즈
131 : 제1 곡면
132 : 제2 곡면
A : 공기
L : 광
P : 파티클
R : 곡률 반경
W : 광폭
2 : 공기제어장치
2a : 노즐
3 : 발광장치
4 : 모니터링장치
5 : 챔버
6 : 공간
11 : 제1 광섬유
11a : 코어
12 : 제2 광섬유
12a : 코어
13 : 광섬유 렌즈 몸체
130 : 광섬유 렌즈
131 : 제1 곡면
132 : 제2 곡면
A : 공기
L : 광
P : 파티클
R : 곡률 반경
W : 광폭
Claims (19)
- 광을 조사하는 발광부; 및
상기 발광부에 대향 구비되면서 상기 발광부에서 조사된 광이 측정 파티클에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 측정하여 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클을 카운팅하는 수광부;
를 포함하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광부는,
제1 광섬유인 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 발광부의 광원은,
발광장치인 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광부의 광원은,
가시광 파장의 레이저 다이오드(LD), UV 파장의 레이저 다이오드(LD), 가시광 파장의 발광다이오드(LED) 및 UV 파장의 발광다이오드(LED) 중 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 발광부와 수광부 사이의 공간으로 공기를 분사하여 공기 흐름을 제어하는 공기제어장치;
를 더 포함하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 수광부는,
광검출장치인 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제1 광섬유는 광섬유 렌즈 몸체를 포함하고, 상기 광섬유 렌즈 몸체는 광섬유 렌즈를 포함하며, 상기 광섬유 렌즈 몸체는 상기 제1 광섬유 끝단에 연장 구비되고, 상기 광섬유 렌즈는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 끝단에 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 광섬유 렌즈는,
상기 광섬유 렌즈 몸체의 외주와 동일한 폭으로 연장되면서 곡률 반경을 가지는 제1 곡면으로 형성되거나 또는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 폭과 동일 폭으로 연장되면서 상기 제1 곡면보다 작은 곡률 반경을 가지는 제2 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 7 항 있어서,
상기 광섬유 렌즈는,
상기 광섬유 렌즈 몸체의 외주보다 더 큰 볼 형상의 광섬유 렌즈인 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 1 항 있어서,
상기 발광부에서 조사된 광이 측정 파티클에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 통해 파티클의 카운팅이 가능하며, 카운팅된 신호를 이용하여 측정 파티클의 농도 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 수광부는,
상기 제1 광섬유에 대향 구비되고 상기 광섬유에서 조사한 광을 수광하는 제2 광섬유; 및
상기 제2 광섬유와 연결되는 광검출장치;
를 포함하며,
상기 광검출장치는,
상기 발광부에서 조사된 광이 측정 파티클에 의해 산란할 때 산란하는 빛을 측정하여 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클을 카운팅하는 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제1 광섬유와 제2 광섬유는 광섬유 렌즈 몸체를 포함하고 상기 광섬유 렌즈 몸체는 광섬유 렌즈를 포함하며, 상기 광섬유 렌즈 몸체는 상기 제1 광섬유와 제2 광섬유의 끝단에 연장 구비되고, 상기 광섬유 렌즈는 광섬유 렌즈 몸체의 끝단에 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 광섬유 렌즈는,
상기 광섬유 렌즈 몸체의 외주와 동일한 폭으로 연장되면서 곡률 반경을 가지는 제1 곡면으로 형성되거나 또는 상기 광섬유 렌즈 몸체의 폭과 동일 폭으로 연장되면서 상기 제1 곡면보다 작은 곡률 반경을 가지는 제2 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제1 광섬유와 제2 광섬유 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 광섬유 렌즈는,
상기 광섬유 렌즈 몸체의 외주보다 더 큰 볼 형상의 광섬유 렌즈인 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 광섬유 렌즈 몸체는,
멀티모드 광섬유, 단일모드 광섬유, 단일모드와 코어리스를 결합한 광섬유 및 멀티모드와 코어리스를 결합한 광섬유 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 수광부는 모니터링장치와 연결되고,
상기 모니터링장치는,
상기 수광부에서 획득한 측정 파티클의 크기를 분석하고 측정 파티클의 카운팅 정보를 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 11 항에 있어서,
발광부 광섬유인 상기 제1 광섬유의 배치 각도 변화에 따른 측정 파티클의 크기에 따라 산란광 카운팅 신호를 측정하고,
수광부 광섬유인 상기 제2 광섬유의 배치 각도 변화에 따른 미세먼지 크기에 따라 산란광 카운팅 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 광섬유 렌즈 몸체는,
코어리스 실리카 섬유(Coreless Silica Fiber)인 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광부와 수광부 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는,
리본 타입 광섬유인 것을 특징으로 하는 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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