[IT]먼지 센서 측정 원리 (미세먼지 측정, 청정기 먼지 측정) 2부.TISTORY

혹시 1부를 안보신 분들은 1부를 꼭 보시고 오세요~

아래 링크로 들어가시면 됩니다.

[분류 전체보기] - [IT]먼지 센서 측정 원리 (미세먼지 측정, 청정기 먼지 측정) 1부.TISTORY

자 이제 1부 마지막에 보셨던 그림을

한번 더 보여드리겠습니다.

아래 보이시는 저항 히터는 

말그대로 뜨거워지는 아이입니다.

전류를 흘려서 뜨겁게 만들면

저항 히터 주변의 공기는 뜨거워지고 

열역학 법칙에 의해 

뜨거운 공기는 찬곳으로 이동합니다.

즉 공기 유입부로 공기가 들어오면

따뜻하게 만들어 공기 출구쪽으로 보내죠

그럼 위 그림의 분홍색 화살표를 따라서

외부 공기가 흐르게 됩니다.

자 이제 Scattering(산란)에 대해 알아보겠습니다.

(2) Scattering (산란)

산란현상은 빛이 물체에 맞고 반사되는 것과는 다릅니다.

산란은 매우 작은 입자를 빛이 만났을 때 나타납니다.

여기서 작은 입자의 기준은 빛이 가지고 있는

파장의 크기수준입니다.

IR의 경우 얼마인지 기억하시나요?

네 대략 0.8 ~ 1.5 ㎛ 입니다.

그리고 센서에 사용되는 IR LED의 파장은 대략 0.8 ㎛ 입니다.

센서에서는 측정하는 먼지 크기는 기억나시나요?

네 PM1.0, PM2.5 처럼

1.0 ~ 2.5  ㎛ 입니다.

이제 감이 오시나요?

먼지 입자는

IR LED에서 나오는 빛의 파장과 비슷한 크기입니다.

즉 IR 빛이 먼지 입자를 만나면

산란이 일어납니다.

빛이 먼지를 맞고

모든 방향으로 빛을 내는 현상이 발생합니다.

자세한 원리는 이해하실 필요없습니다.

그냥 IR빛이 먼지를 맞으면 먼지 입자중십으로

빛을 산란시킨다 정도만 숙지하시면 됩니다.

산란된 빛은 IR Diode에 의해 측정이 됩니다.

위 센서 그림을 보시면 IR Diode앞에 집광렌즈라고 있는데

돋보기 기억하시나요?

태양 빛이 비출때 돋보기로 받아서

비닐 녹이거나 개미를 죽여 보신적이 있으시죠?

(아재 감성)

여튼 집광렌즈는 돋보기 처럼 

퍼지는 빛을 모아주는 역할을 합니다.

즉 먼지를 맞고 사방으로 산란되어 퍼지는

IR 빛은 집광렌즈를 통해서 IR Diode로 모여집니다.

즉 더 강한 신호를 받을 수 있게되는 것입니다.

자 아래 그림을 보면 이해가 되실 겁니다.

<출처 : https://publiclab.org/notes/mathew/05-05-2015/evaluating-low-cost-optical-dust-sensors>

즉 외부 공기가 센서 쪽으로 유입되서 들어오면 

저항 히터는 출구쪽으로 보냅니다.

그 중간에서 IR LED를 이용해 유입되는 공기에

IR을 쏴주고

먼지가 있을 경우 산란이 되어 IR 빛을 발생시키게 됩니다.

이렇게 발생된 빛은 집광렌즈를 통해

모여서 IR Diode로 가서 전기 신호를 발생 시킵니다.

먼지가 많을 겨우 어떨까요?

IR Diode로 빛이 더 자주 들어오겠죠?

전기신호가 더 자주 발생한다는 의미입니다.

전기신호 발생 빈도를 계산해서 미세먼지 오염도를 측정합니다.

그리고 먼지의 크기가 크면 전기신호가 길게 들어옵니다.

길게 들어오다는 의미는 신호가 자주 들어오는 것과 동일하게 생각합니다.

그래서 오염도가 높다고 출력합니다.

아래 이미지가 다 이해는 안되시겠지만

먼지가 지나갈 때 마다 신호가 오르락 내리락하죠?

그것만 보실 수 있으면 됩니다.

그리고 PM1.0과 PM2.5을 구분하는 센서는

IR Diode에 들어오는 IR 빛의 양을 구분할 수 있습니다.

먼지가 클경우 더 많은 빛을 산란시켜 IR Diode가 발생시키는

전기신호가 더 커지고 

반대로 작을 경우 신호를 작게 발생시키는 것을 구분하는 겁니다.

만약에 이러한 먼지 센서에 물입자가 들어오면 어떻게 될까요?

예를 들어 초음파 가습기에서 뿝어내는 물 입자들은 크기가 10 ~ 100㎛ 로 다양합니다.

그리고 매우 크죠?

이렇게 큰 입자가 IR 빛을 맞으면 무작위로 산란을 일으킵니다.

그리고 이 빛은 IR Diode가 전기신호를 바꿔버리면

먼지 오염도가 높다고 오해하는 것이죠^^

청정기 센서 근처에 가습기를 설치하면

센서에서 먼지 오염도가 높다고 생각하니

함께 사용하시려면 멀리 두고 사용하세요~ (2m이상)

여기까지 먼지센서의 원리에 대해서 알아봤습니다.

이제 이해가 조금 되시나요?

혹시 궁금한 점이 있으시면 질문주세요~