KR20190103784A - 다중 광수신기을 이용한 광학 센서 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

입자 분석 장치에 연관된다. 보다 상세하게는 레이저 다이오드 방출기에서 방출되는 빛을 수광하는 광학 수신부; 기계학습이 가능하고, 레이저 드라이버와 모터 드라이버를 포함하는 프로세서; 및 상기 광학수신부가 수광하는 빛으로부터 초미세먼지 입자를 분석하는 입자 분석부를 포함할 수 있다.

Description

다중 광수신기을 이용한 광학 센서 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PHOTO SENSING USING MULTIPLE PHOTO DETECTOR}

본 발명은 전 세계적인 대기오염 및 이에 따른 환경산업의 증가로 초미세먼지 및 황사, 담배연기 등 검출할 수 있는 센서에 대한 수요가 급격히 증가되는 추세에, 고정밀 초미세 입자 검출이 가능한 광학 센서로서 미세입자에 의해 반사되는 빛의 양을 측정하는 방식으로 동작한다.

기존 LED 광원을 이용한 미세입자측정 센서 측정 장치는 정확도가 낮아, 레이저 방식의 파티클 카운터 방식으로 진화하고 있으며, 특히 머신러닝 기술을 적용하여 초미세먼지에 대한 측정 정밀도를 높이는 필요성이 증대되고 있다.

일실시예에 따르면 레이저 다이오드 방출기에서 방출되는 빛을 수광하는 광학 수신부; 기계학습이 가능하고, 레이저 드라이버와 모터 드라이버를 포함하는 프로세서; 및 상기 광학수신부가 수광하는 빛으로부터 초미세먼지 입자를 분석하는 입자 분석부를 포함하는 레이저 방식 초미세먼지 센서 SoC 통합형 측정 장치가 개시된다.

다른 일실시예에 따르면 상기 광학 수신부는, 레이저를 방출하는 레이저 다이오드 방출기; 및 상기 레이저 다이오드 방출기에서 나와 먼지 입자를 통과하는 빛을 수광하는 광 디텍터를 포함하는 레이저 방식 초미세먼지 센서 SoC 통합형 측정 장치도 개시된다.

또 다른 일실시예에 따르면 상기 프로세서는 디지털 LDO와 집적VCO를 포함하고, 기계학습이 가능한 레이저 방식 초미세먼지 센서 SoC 통합형 측정 장치일 수 있다.

다른 일실시예에 따르면 상기 입자 분석부는, 펄스의 높이를 감지하는 펄스 높이 감지부; 상기 입자 분석부가 수광하는 빛의 신호를 증폭하는 Pre Amplifier; 및 상기 증폭되는 빛의 신호를 분석하는 입자 분석기를 포함하는 레이저 방식 초미세먼지 센서 SoC 통합형 측정 장치도 개시된다.

도 1은 일실시예에 따른 레이저 방식 초미세먼지 센서의 SoC 및 모듈 구조를 도시한다.
도 2는 일실시예에 따른 광학 수신부의 계통 및 구조를 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 기계학습이 가능한 센서 신호처리 중앙처리장치(CPU)를 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 Analog Front-End 구조 및 인터페이스를 도시한다.

이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 권리범위는 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.

또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.

본 발명은 초미세 먼지를 측정하기 위한 신호처리 기법을 적용하여 PM 1.0 이하의 초미세 먼지 센서 및 모듈을 제작할 수 있다.

일실시예에 따른 광학 센서 측정 장치는, 초미세 먼지(PM10/2.5/1.0/0.3) 레이저 송신기 아날로그 IP이다. 20-bit 급 공정밀 ADC를 사용한다. 광 출력 균일성 확보 및 FAN 공기량 제어를 위한 정전류 회로가 존재한다. 기계학습 기술을 탑재한 파티클 카운터 신호처리가 가능하다. 센서 보정기술을 포함한다. 고정밀, 고효율, 저전력 광학센서 측정장치는 가정용, 산업용, 군용 센서 음성 압축 기술은 산업용, 가정용, 군등 다양한 응용 분야에 적용이 가능하다.

기존 먼지 센서 솔루션은 전용 반도체 솔루션이 존재하지 않으며, DSP 칩, 드라이버 IC, 증폭기 IC, 광수신 소자 등 단위 소자를 보드 형태로 개발하여제작 비용이 매우 높다. 그러나 일실시예에 따른 광학센서 측정 장치는 SoC 제작을 통해 저비용, 소형화 및 저전력화가 가능하다.

도 1은 일실시예에 따른 레이저 방식 초미세먼지 센서의 SoC 및 모듈 구조를 도시한다.

일실시예에 따른 레이저 방식 초미세먼지 센서의 SoC 및 모듈은 레이저 드라이버(Laser Driver), Peripherals, NVRAM, 32-Bit 프로세서 플랫폼(Processor Platform), 디지털 LDO 및 레이저 다이오드 방출기(Laser Diode Emitter) 등을 포함할 수 있다.

또한, 팬 구동을 위한 모터 드라이버(Motor Driver), 보정기(Calibration), Secure Boot, Integrated VCO 등을 더 포함할 수 있다. 광학 센서부에는 광 수신기(Photo Detector), 잡음 필터(Noise Filter), ADC(Analog to Digital Converter), Pre Amplifier, PulseHeight Detection, Particle Analyzer) 등을 더 포함할 수 있다.

도 2는 일실시예에 따른 광학 수신부의 계통 및 구조를 도시한다.

도 3은 일실시예에 따른 기계학습이 가능한 센서 신호처리 중앙처리장치(CPU)를 도시한다.

도 4는 일실시예에 따른 Analog Front-End 구조 및 인터페이스를 도시한다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (4)

1. 레이저 다이오드 방출기에서 방출되는 빛을 수광하는 광학 수신부;
   기계학습이 가능하고, 레이저 드라이버와 모터 드라이버를 포함하는 프로세서; 및
   상기 광학수신부가 수광하는 빛으로부터 초미세먼지 입자를 분석하는 입자 분석부
   를 포함하는 레이저 방식 초미세먼지 센서 SoC 통합형 측정 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 광학 수신부는,
   레이저를 방출하는 레이저 다이오드 방출기; 및
   상기 레이저 다이오드 방출기에서 나와 먼지 입자를 통과하는 빛을 수광하는 광 디텍터
   를 포함하는 레이저 방식 초미세먼지 센서 SoC 통합형 측정 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는 디지털 LDO와 집적VCO를 포함하고, 기계학습이 가능한 레이저 방식 초미세먼지 센서 SoC 통합형 측정 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 입자 분석부는,
   펄스의 높이를 감지하는 펄스 높이 감지부;
   상기 입자 분석부가 수광하는 빛의 신호를 증폭하는 Pre Amplifier; 및
   상기 증폭되는 빛의 신호를 분석하는 입자 분석기
   를 포함하는 레이저 방식 초미세먼지 센서 SoC 통합형 측정 장치.

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