대전 입자의 실시간 감지를 위한 전하유도형 MEMS 센서에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 대전입자를 실시간으로 감지 할 수 있는 전하유도형 MEMS 센서를 제안하였다. 대기의 미세 오염 물질 배출을 줄이기 위해 particulate matter (PM) 물질의 배출을 억제하는 규제가 시행이 되고 있다. 규제 기준치가 점점 엄격해지면서 디젤 차량의 PM의 발생을 억제하는 기술뿐만 아니라 제대로 PM 배출 기준량을 배출하는지 감지하는 시스템이 필요하게 되었다. 지금까지 사용되어 왔던 차동 압력방식의 PM 센서는 더 엄격해진 PM 배출 규제치를 감지 할 수 없는 수준에 이르게 되었다. 이에 PM을 감지 할 수 있는 고감도 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 현재까지 제시되어 왔던 전하유도형 센서를 MEMS 기술을 활용하여 제안함으로써 고감도 소형화에 초점을 맞추어 제안하였다. 제안한 PM 센서의 크기는 3.5 mm (폭) × 10 mm (센서부) × 15 mm (총길이), 두께 0.5 mm 이며, 3.20 mg/m3 ~ 163 mg/m3 의 PM 발생 범위에서 측정하였다. 또한 고랑 형태의 입체 형상 전극을 갖는 PM 센서 디자인과 관련하여 고랑의 능선(w)과 고랑의 폭(s)간의 비율 s/w에 따라 출력 신호의 상대적 세기를 분석 및 측정하였다. s/w의 비율이 1, 2, 3 인 경우에 대해 각각 측정한 결과, s/w의 비율이 커짐에 따라 출력 신호가 커지는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 예상한 계산 결과와 측정 결과의 비교를 통해 제안한 식이 유효하다는 점을 확인 하였다.