2014년과 2015년에 미시간주 플린트는 도시 식수에서 납과 기타 오염 물질이 높은 수준으로 발견되면서 공중 보건 위기에 직면했습니다. 그 결과 일명 재향군인병이 발병하여 12명이 사망하고 더 많은 사람들이 심각한 상태를 보였습니다. 납 파이프로 인해 식수에 함유된 납이 안전하지 않은 수준이 된 상황인데, 적절한 배출 감지 기능이 있었다면 발병을 예방할 수 있었을 것입니다.
배출 센서는 산업, 의료, 연구 및 일상 생활에서 환경을 모니터링하고 제어하는 데 중요한 역할을 합니다. 배출은 대부분의 유형에서 높은 수준의 납 또는 수중 방사선과 같이 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 배출을 모니터링하면 인간의 건강을 보호하고, 환경을 보존하고, 공정 성능을 보존하고, 규정 준수를 보장하고, 품질을 관리할 수 있습니다. 이 문서에서는 다양한 센서 유형과 모니터링하도록 설계된 센서 배출을 살펴봅니다.
미립자 배출
미립자 물질 배출에는 먼지, 연기, 오염 물질, 휘발성 유기 화합물(VOC), 박테리아, 화학 물질 등의 화합물이 포함됩니다. 미립자 배출의 광범위한 특성을 고려하여 물과 공기 중 미립자 배출을 감지하는 데 다양한 센서 기술이 사용됩니다. 이 센서 제품군에 대한 가장 일반적인 용어는 "물 또는 대기 오염 센서"이지만 이를 지원하는 기술은 응용 분야에 따라 크게 다를 수 있습니다.
공기 미립자 및 VOC 센서
레이저는 공기 중의 미세한 입자를 감지하는 데 필수인 도구입니다. 예를 들어 Honeywell HPM 시리즈 입자 센서는 레이저 광원을 사용하여 감지 챔버를 통과하는 입자를 조명합니다. 빛이 입자를 반사하고 산란시키면 포토다이오드 검출기가 수신된 레이저 신호를 분석하여 초미세 입자 물질을 검출합니다. 이 센서 시리즈는 PM1.0, PM2.5, PM4.0 및 PM10 입자 범위의 입자상 물질(PM)을 감지하여 청정실, HVAC 시스템 및 공기 정화 장치용 공기 품질 모니터에 사용할 수 있습니다. PM1.0~PM10 입자의 범위는 1~10마이크론 미만이며 먼지, 꽃가루, 배설물, 박테리아, 바이러스 및 연기와 같은 입자를 포함합니다.
VOC는 주요 건강 문제를 일으킬 수 있으며 크기와 구성이 다양합니다. SensirionAG의 SGP40-D-R4와 같은 VOC 센서는 금속산화물 센서 기술을 기반으로 하는 CMOSens 센서 시스템을 통합한 결과물입니다. VOC가 있는 경우 특별히 설계된 금속산화물 필름이 반도체 재료의 저항을 변경하고, 이후에 필름에서 VOC가 감지되었음을 나타내는 전기 신호를 보냅니다. 금속산화물 센서는 조정을 통해 반도체의 특성을 조작하고 센서 온도를 변경하여 특정 가스를 포함한 다른 물질을 감지하도록 할 수도 있습니다.
수질 오염 감지 센서
물 속의 입자상 물질을 감지하는 데는 두 가지 일반적인 센서 기술이 사용됩니다. 전기화학 센서는 미네랄, 금속 및 pH 수준을 감지하는 반면, 광학 센서는 분산된 고체, 색상 및 투명도를 감지합니다.
예를 들어 Analog Devices의 CN0428 센서는 감지 프로브를 통해 하나의 반응물에서 다른 반응물로의 전자 이동을 측정하여 전기화학적 환원-산화(산화환원) 반응 감지를 사용합니다. 이 방법은 납과 같은 중금속은 물론 물 속의 기타 원치 않는 화학 물질, 박테리아 및 생물학적 미립자를 탐지하는 데 사용됩니다.
다른 일반적인 유형의 수질 센서는 광학 송신기/수신기 시스템을 활용하여 일반적으로 물 투명도라고 하는 물 탁도를 감지합니다. 탁도는 점토, 미사, 미세 플라스틱, 조류, 퇴적물 또는 기타 유기 물질과 같은 부유 입자의 영향을 받을 수 있습니다. Analog Devices의 CN0409 센서는 적외선 배출기와 포토다이오드를 활용하여 +/- 0.5FTU 허용 오차로 0~1,000FTU 범위의 물 탁도를 측정합니다. 참고로 EPA의 식수 탁도 제한은 1FTU입니다.
가스 배출 센서
가스 배출은 CO2, 산화질소, 일산화탄소 등 온실가스 및 자동차 배출물과 가장 관련이 있습니다. 그러나 가스 배출은 산업 시설, 전력 시설, 페인트, 용제, 화학 증기, 심지어 화산과 같은 천연 자원에서도 발생할 수 있습니다.
가장 유명한 온실가스 배출물인 이산화탄소는 다양한 응용 분야에서 가장 많이 모니터링되는 가스 중 하나입니다. 예를 들어 SCD4X와 같은 CO2 센서는 신호등 표시기, 수요 제어식 환기, 농업용 온실 및 실내 공기질 모니터링에 사용할 수 있습니다. 이 센서는 열 질량 측정 원리를 활용하여 MEMS 열량 센서와 미세 가열 요소를 통합함으로써 가스 흐름 중 온도 프로파일을 생성합니다. 다양한 가스가 멤브레인을 통과해 흐르면서 열 프로파일이 변경됩니다. 이 변화는 멤브레인에 존재하는 다양한 가스의 농도를 나타내는 데 사용됩니다.
오존은 심장 및 폐 질환을 유발할 수 있는 유해한 오염 물질입니다. 질소 산화물(화석 연료 연소의 부산물)이 VOC, 열, 햇빛과 함께 있을 때 기체 화학 반응으로 인해 오존이 고농도로 생성될 수 있습니다. 고농도 오존은 연조직을 손상시켜 인간, 동물 및 식물의 건강에 해를 끼칠 수 있습니다. 이 때문에 오존 센서는 도시 환경에서 매우 일반적이며, 오존이 높은 수준으로 존재할 때 당국에 알리는 데 사용됩니다. SEN0321과 같은 오존 센서는 위에서 언급한 금속산화물 센서와 동일한 전기화학적 원리를 사용하며 0~10ppm 범위의 오존 농도를 감지할 수 있습니다.
마지막으로, 적외선 가스 감지기를 사용하면 가스 배출을 매우 높은 정확도로 측정할 수 있습니다. 이러한 고급 특수 센서 어셈블리는 가스 샘플을 통해 특정 주파수의 적외선을 방출하여 가스 구성을 측정합니다. 샘플에 대상 가스가 존재하는 경우, 적외선의 특정 파장이 흡수됩니다. 흡수율에 따라 특정 가스의 농도를 적외선 감지기로 감지할 수 있습니다. 적외선 가스 감지기는 KEMET의 USEQGSEx 시리즈와 같은 소형 기기부터 광범위한 가스를 동시에 감지하는 초대형 특수 센서 어셈블리까지 다양합니다.
배출 센서 및 감지의 중요성
배출 감지는 산업, 의료, 지방자치단체 및 연구 분야의 환경을 모니터링하고 제어하는 데 중요한 도구입니다. 미시간주 플린트의 수자원 위기는 공중 보건 보호를 위한 사전 모니터링 및 감지 시스템의 필요성을 부각시켰습니다.
이 문서에서 언급된 다양한 센서와 기술은 다양한 배출을 감지할 수 있습니다. 거의 모든 배출 감지 응용 분야에는 솔루션이 존재합니다. 정부, 기업 및 연구자는 배출 센서를 활용하여 모두를 위해 보다 안전하고 건강하며 지속 가능한 환경을 조성해야 합니다.
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