미세 입자 물질(PM) 센서의 원리는 주로 광학 산란(빛 산란)에 의존하지만, 다른 방법도 존재합니다. 주요 원리에 대한 설명은 다음과 같습니다.
핵심 원리: 빛 산란 (가장 일반적):
광원: 적외선(IR) 또는 레이저 다이오드가 입자가 포함된 공기가 통과하는 감지 챔버로 빛을 방출합니다(작은 팬 또는 펌프에 의해).
입자 상호 작용: 공기 중 입자(먼지, 연기, 꽃가루 등)가 이 빛 빔을 통과하면 다양한 방향으로 빛을 산란시킵니다. 산란의 양과 패턴은 입자의 크기, 모양, 구성 및 농도에 따라 달라집니다.
광 검출기: 특정 각도(일반적으로 90° 또는 덜 일반적으로 전방/후방 산란)에 위치한 민감한 광 검출기(광다이오드 또는 광트랜지스터와 같은)가 산란된 빛을 감지합니다.
신호 변환: 광 검출기는 산란된 빛의 강도를 전기 신호로 변환합니다.
PM 농도와의 상관 관계: 이 산란된 빛 신호의 강도는 공기 중 입자 농도(부피당 질량, 일반적으로 µg/m³)와 상관 관계가 있습니다. 입자 농도가 높을수록 더 많은 빛이 산란되고 신호가 강해집니다.
크기 구분 (PM2.5/PM10): 일부 센서는 다음을 사용하여 입자 크기 분포를 추정할 수 있습니다.
광학 모델: 산란 패턴/강도 차이를 분석하는 알고리즘.
크기 선택적 입구: 특정 크기 이상의 입자(예: PM10의 경우 >10µm)를 광학 챔버에 들어가기 전에 물리적으로 분리합니다.
보정: 특정 크기 분획(예: PM2.5)에 대해 기준 기기를 사용하여 보정합니다.
대체 원리: 베타 감쇠 (기준/규제 모니터에 사용):
방사성 소스: 약한 방사성 소스(탄소-14와 같은)가 베타 입자(전자)를 방출합니다.
필터 테이프: 필터 테이프는 기기를 통해 유입된 공기 중 입자를 수집합니다.
감쇠 측정: 베타 입자는 필터 테이프의 깨끗한 부분을 통과하여 센서에 의해 감지되어 기준선을 설정합니다. 그런 다음 베타 입자는 입자가 있는 테이프 부분을 통과합니다.
질량 계산: 필터의 미세 입자 물질 질량은 베타 입자를 흡수/산란시켜 검출기에 도달하는 수를 줄입니다. 베타 입자 수의 감쇠(감소)는 필터에 수집된 입자 질량에 정비례합니다. 샘플링된 공기 부피와 결합하면 PM 질량 농도(예: µg/m³)를 제공합니다. 이 방법은 질량 측정에 매우 정확하지만 더 복잡하고 비쌉니다.
기타 덜 일반적인 원리:
공진 마이크로 밸런스 (TEOM - 테이퍼형 요소 진동 마이크로 밸런스): 입자는 진동하는 필터 팁에 수집됩니다. 질량 변화는 팁의 공진 주파수를 변경하며, 이는 질량 농도를 결정하기 위해 측정됩니다.
정전기 감지: 충전 섹션을 통과하는 입자가 획득한 전하 또는 입자에 자연적으로 존재하는 전하를 측정합니다.
광학(산란) 센서의 주요 고려 사항(가장 일반적인 유형):
보정: 산란에 영향을 미치는 입자 특성의 변화로 인해 기준 기기(베타 감쇠 모니터와 같은)에 대해 보정이 필요합니다. 공장 보정이 일반적이지만 환경 요인(습도, 입자 유형)으로 인해 드리프트가 발생할 수 있습니다.
습도 민감도: 수증기는 입자에 응축되거나 빛 자체를 산란시켜 과대 평가를 유발할 수 있으며, 특히 습도가 높을 때 그렇습니다. 고급 센서는 습도 센서와 보상 알고리즘을 통합합니다.
입자 구성 민감도: 다른 입자 유형(예: 그을음 대 먼지)은 빛을 다르게 산란시킵니다. 보정은 일반적으로 일반적인 주변 혼합물에 최적화됩니다.
크기 범위 제한: 매우 작은 입자(<~0.3µm) 및 매우 큰 입자는 충분한 빛을 산란시키지 않거나 감지 챔버를 우회하여 유효 크기 범위를 제한할 수 있습니다.
해상도/최저 검출 한계: 센서가 전자 노이즈와 신호를 안정적으로 구별할 수 없는 최소 농도가 있습니다.
응용 분야:
광학 PM 센서는 다음과 같은 분야에서 비교적 저렴한 비용, 작은 크기 및 실시간 출력을 제공하므로 널리 사용됩니다.
소비자용 공기 청정기
실내 공기질 모니터
웨어러블 오염 추적기
산업 공정 모니터링
스마트 HVAC 시스템
도시 대기질 센서 네트워크(보정/품질 관리 고려 사항 포함)
요약하면, 다양한 원리가 존재하지만, 소비자 및 많은 산업용 PM 센서의 지배적인 기술은 광학 빛 산란이며, 빔을 통과하는 공기 중 입자에 의해 산란된 빛의 양을 측정하여 입자 질량 농도를 추정하고, 종종 PM2.5 또는 PM10과 같은 특정 크기 분획에 대해 보정됩니다.
미세 입자 물질(PM) 센서의 원리는 주로 광학 산란(빛 산란)에 의존하지만, 다른 방법도 존재합니다. 주요 원리에 대한 설명은 다음과 같습니다.
핵심 원리: 빛 산란 (가장 일반적):
광원: 적외선(IR) 또는 레이저 다이오드가 입자가 포함된 공기가 통과하는 감지 챔버로 빛을 방출합니다(작은 팬 또는 펌프에 의해).
입자 상호 작용: 공기 중 입자(먼지, 연기, 꽃가루 등)가 이 빛 빔을 통과하면 다양한 방향으로 빛을 산란시킵니다. 산란의 양과 패턴은 입자의 크기, 모양, 구성 및 농도에 따라 달라집니다.
광 검출기: 특정 각도(일반적으로 90° 또는 덜 일반적으로 전방/후방 산란)에 위치한 민감한 광 검출기(광다이오드 또는 광트랜지스터와 같은)가 산란된 빛을 감지합니다.
신호 변환: 광 검출기는 산란된 빛의 강도를 전기 신호로 변환합니다.
PM 농도와의 상관 관계: 이 산란된 빛 신호의 강도는 공기 중 입자 농도(부피당 질량, 일반적으로 µg/m³)와 상관 관계가 있습니다. 입자 농도가 높을수록 더 많은 빛이 산란되고 신호가 강해집니다.
크기 구분 (PM2.5/PM10): 일부 센서는 다음을 사용하여 입자 크기 분포를 추정할 수 있습니다.
광학 모델: 산란 패턴/강도 차이를 분석하는 알고리즘.
크기 선택적 입구: 특정 크기 이상의 입자(예: PM10의 경우 >10µm)를 광학 챔버에 들어가기 전에 물리적으로 분리합니다.
보정: 특정 크기 분획(예: PM2.5)에 대해 기준 기기를 사용하여 보정합니다.
대체 원리: 베타 감쇠 (기준/규제 모니터에 사용):
방사성 소스: 약한 방사성 소스(탄소-14와 같은)가 베타 입자(전자)를 방출합니다.
필터 테이프: 필터 테이프는 기기를 통해 유입된 공기 중 입자를 수집합니다.
감쇠 측정: 베타 입자는 필터 테이프의 깨끗한 부분을 통과하여 센서에 의해 감지되어 기준선을 설정합니다. 그런 다음 베타 입자는 입자가 있는 테이프 부분을 통과합니다.
질량 계산: 필터의 미세 입자 물질 질량은 베타 입자를 흡수/산란시켜 검출기에 도달하는 수를 줄입니다. 베타 입자 수의 감쇠(감소)는 필터에 수집된 입자 질량에 정비례합니다. 샘플링된 공기 부피와 결합하면 PM 질량 농도(예: µg/m³)를 제공합니다. 이 방법은 질량 측정에 매우 정확하지만 더 복잡하고 비쌉니다.
기타 덜 일반적인 원리:
공진 마이크로 밸런스 (TEOM - 테이퍼형 요소 진동 마이크로 밸런스): 입자는 진동하는 필터 팁에 수집됩니다. 질량 변화는 팁의 공진 주파수를 변경하며, 이는 질량 농도를 결정하기 위해 측정됩니다.
정전기 감지: 충전 섹션을 통과하는 입자가 획득한 전하 또는 입자에 자연적으로 존재하는 전하를 측정합니다.
광학(산란) 센서의 주요 고려 사항(가장 일반적인 유형):
보정: 산란에 영향을 미치는 입자 특성의 변화로 인해 기준 기기(베타 감쇠 모니터와 같은)에 대해 보정이 필요합니다. 공장 보정이 일반적이지만 환경 요인(습도, 입자 유형)으로 인해 드리프트가 발생할 수 있습니다.
습도 민감도: 수증기는 입자에 응축되거나 빛 자체를 산란시켜 과대 평가를 유발할 수 있으며, 특히 습도가 높을 때 그렇습니다. 고급 센서는 습도 센서와 보상 알고리즘을 통합합니다.
입자 구성 민감도: 다른 입자 유형(예: 그을음 대 먼지)은 빛을 다르게 산란시킵니다. 보정은 일반적으로 일반적인 주변 혼합물에 최적화됩니다.
크기 범위 제한: 매우 작은 입자(<~0.3µm) 및 매우 큰 입자는 충분한 빛을 산란시키지 않거나 감지 챔버를 우회하여 유효 크기 범위를 제한할 수 있습니다.
해상도/최저 검출 한계: 센서가 전자 노이즈와 신호를 안정적으로 구별할 수 없는 최소 농도가 있습니다.
응용 분야:
광학 PM 센서는 다음과 같은 분야에서 비교적 저렴한 비용, 작은 크기 및 실시간 출력을 제공하므로 널리 사용됩니다.
소비자용 공기 청정기
실내 공기질 모니터
웨어러블 오염 추적기
산업 공정 모니터링
스마트 HVAC 시스템
도시 대기질 센서 네트워크(보정/품질 관리 고려 사항 포함)
요약하면, 다양한 원리가 존재하지만, 소비자 및 많은 산업용 PM 센서의 지배적인 기술은 광학 빛 산란이며, 빔을 통과하는 공기 중 입자에 의해 산란된 빛의 양을 측정하여 입자 질량 농도를 추정하고, 종종 PM2.5 또는 PM10과 같은 특정 크기 분획에 대해 보정됩니다.
