KR101182404B1

KR101182404B1 - 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치

Info

Publication number: KR101182404B1
Application number: KR1020100059154A
Authority: KR
Inventors: 이남호; 오승찬; 황영관; 이승민
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-09-11
Also published as: KR20110138954A

Abstract

본 발명은 핵폭발 발생을 감지하고 감지된 신호에 따라 전자 기기에 공급되는 전원을 제어하는 핵폭발 탐지 및 제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 전자 기기를 과전압으로부터 보호하는 크로우바 회로(Crowbar circuit)의 구동을 위한 핵 경보(Nuclear Alarm) 신호를 발생시키는 핵폭발 탐지 및 제어 회로를 디지털화하여 기존의 아날로그회로구성으로 인한 주변온도 및 환경적인 영향에 따른 출력신호의 오차를 방지하고, 출력신호를 다양한 형태로 가공하여 멀티 핵 경보 신호 발생 및 다양한 펄스폭을 갖는 리셋펄스를 생성할 수 있으며, 피폭량을 검출할 수 있는 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치에 관한 것이다.
폭발에 의해 발생된 방사선을 검출하는 피폭감지부와 : 디지털 형태의 펄스지연시간에 의해 리셋펄스의 유지시간이 설정되고, 상기 피폭감지부로부터 방사선이 감지되었을 때 상기의 리셋펄스 유지시간동안 전기 및 전자장치의 보호를 위해 리셋펄스신호를 출력하는 리셋펄스출력부와 ; 상기 피폭감지부로부터 제공된 Vpeak값으로부터 피폭량을 검출하는 피폭량검출부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치{A nuclear detection and control equipment with the functions of a real-time dosimetry}

본 발명은 핵폭발 발생을 감지하고 감지된 신호에 따라 전자 기기에 공급되는 전원을 제어하는 핵폭발 탐지 및 제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 핵 폭발시 전자 기기를 과전압으로부터 보호하는 크로우바 회로(Crowbar circuit)의 구동을 위한 핵 경보(Nuclear Alarm) 신호를 발생시키는 핵폭발 탐지 및 제어 회로를 디지털화하여 기존의 아날로그회로구성으로 인한 주변온도 및 환경적인 영향에 따른 출력신호의 오차를 방지하고, 출력신호를 다양한 형태로 가공하여 멀티 핵 경보 신호 발생 및 다양한 펄스폭을 갖는 리셋펄스를 생성할 수 있으며, 피폭량을 검출할 수 있는 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치에 관한 것이다.

핵폭발이 발생할 경우, 핵폭발 중심으로부터 수 Km 반경 내에 위치한 물질은 증발되며, 수백 내지 수천 Km 떨어진 지점까지 핵폭발로 인해 발생한 강한 에너지가 전파되어 각종 전자 기기 기기의 오동작 및 동작 불능 상태가 일어나게 된다.

때문에, 핵폭발초기신호를 감지하여 핵폭발 초기에 발생되는 감마선과 EMP(ElectroMagnetic Pulse)신호로부터 전자 기기를 보호하여야 한다.

핵폭발 초기에 발생되는 감마선과 EMP신호의 발생시간은 수us～수ms이고 이 시간 동안 전자시스템을 보호하기 위해서는 전자시스템의 바이어스전원을 차단하여 시스템을 구성하는 전자소자들의 소손을 방지하는 방법이 사용되고 있으며, 이렇게 전자시스템에 바이어스전원을 순간적으로 차단하여 전자소자를 보호하는 장치로는 핵폭발감지장치(NDC, Nuclear Detection and Controller)가 사용되고 있다.

위와 같은 목적으로 개발된 NDC장치는 핵폭발을 감지하기 위한 핵폭발감지센서를 포함한 핵폭발감지부와 감지신호를 이용하여 외부전원차단을 위한 기준신호를 출력하는 리셋신호출력부로 구성되며, 리셋출력신호는 핵폭발 초기 발생된 과도방사선 및 NEMP(Nuclear ElectroMagnetic Pulse)에 의한 영향을 회피하기 위하여 핵폭발 초기시점부터 발생구간인 수us～수ms이내의 구간 동안 리셋신호를 출력하는 기능을 가진다.

하지만, 이러한 기존의 NDC장치의 경우 리셋신호의 펄스폭을 조정하기 위하여 아날로그소자인 R과 C를 이용한 시정수값으로 딜레이펄스(delay pulse)를 설정하는 방식을 채택하고 있다. 따라서 실제 NDC장치를 시스템에 설치하기 위해서는 설치 전 시스템의 리셋신호의 입력펄스폭에 대한 사전정보에 근거하여 리셋펄스회로를 아날로그 방식으로 튜닝하고, 실제펄스신호를 계측하여 검증하는 방식으로 적용해야 하며, 설치 후의 경우 자기진단을 위해서 NDC장치를 시스템과 분리한 후 설치 전 방식과 동일한 형태로 기준입력에 대한 펄스폭을 계측하고 조정하는 과정을 거쳐야 하는 번거로움이 있었다.

또한, 아날로그 소자인 R과 C의 값은 주변온도에 따라 변화하는 특성을 가지기 때문에 R, C값의 변화는 시정수의 변화로 이어져 기존에 설정한 리셋출력신호의 펄스폭에 오차가 발생되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주변환경에 의한 영향을 받지 않고, 보다 간편한 펄스 폭을 조정할 수 있는 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 핵폭발 발생 시 고속으로 도달하는 감마 방사선을 검출하여 정확한 NA(Nuclear Alarm) 신호를 발생하여 크로우바 회로를 작동시킴은 물론, 피폭량을 검출할 수 있는 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치는 핵폭발에 의해 발생된 방사선을 검출하는 피폭감지부와 : 디지털 형태의 펄스지연시간에 의해 리셋펄스의 유지시간이 설정되고, 상기 피폭감지부로부터 방사선이 감지되었을 때 상기의 리셋펄스 유지시간동안 전기 및 전자장치의 보호를 위해 리셋펄스신호를 출력하는 리셋펄스출력부와 ; 상기 피폭감지부로부터 제공된 Vpeak값으로부터 피폭량을 검출하는 피폭량검출부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 리셋펄스출력부 즉, 핵 폭발시 전자 기기를 과전압으로부터 보호하기 위해 전원을 차단하는 크로우바 회로(Crowbar circuit)의 구동을 위한 리셋펄스신호를 출력하는 수단을 디지털 회로로 구성하여 기존 아날로그 방식의 리셋 신호를 발생시키는 R과 C의 단점인 시정수의 변화에 따른 리셋 시간의 부정확함을 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 리셋펄스출력부를 디지털화하여 수nsec에서 수백msec범위의 리셋펄스의 폭을 다양하게 조절할 수 있으며, 피폭량검출부에서 실제 피폭량을 검출할 수 있게 하여 핵폭발지점의 순간방사선량 탐지를 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피폭량검출기능를 가지는 디지털방식의 NDC장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피폭감지부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리셋펄스 출력부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피폭량검출부의 상세 구성을 도시한 도면이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치는 핵 폭발시 전자기기에 과전압이 흐르는 것을 방지하는 크로우바 회로를 작동시키는 시간을 보다 정확하게 제어하기 위한 것으로, 크로우바 회로 작동시간의 기준이 되는 리셋펄스를 디지털 회로로 제공하여 온도나 환경의 변화에도 일정한 리셋펄스를 출력할 수 있게 한 것이 특징이다.

이러한 본 발명의 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치는 핵폭발에 의해 발생된 방사선을 검출하는 피폭감지부(1)와 : 디지털 형태의 펄스지연시간에 의해 리셋펄스의 유지시간이 설정되고, 상기 피폭감지부(1)로부터 방사선이 감지되었을 때 상기의 리셋펄스 유지시간동안 전기 및 전자장치의 보호를 위해 리셋펄스신호를 출력하는 리셋펄스출력부(2)와 ; 상기 피폭감지부(1)로부터 제공된 Vpeak값으로부터 피폭량을 검출하는 피폭량검출부(3)를 포함하여 구성된다.

상기 피폭감지부(1)는 핵폭발이 발생할 경우, 피폭을 감지하고 디지털전압신호의 형태인 V_NDC를 후속되는 리셋펄스출력부(2)에 제공한다.

상기 피폭감지부(1)는 16bits의 디지털 형태인 펄스지연시간(Pulse duration input)에 의해 리셋펄스의 유지시간이 특정시간으로 조정되고, 다양한 핵검출 민 제어신호(NDC Output)를 출력한다.

이러한 상기 피폭검출센서부(11)는 PIN다이오드센서와 증폭기를 포함하여 구성된 피폭검출센서부(11)와 ; 상기 피폭검출센서부(11)에서 일정 에너지 이상의 방사선을 감지하면 리셋펄스를 출력하기 위한 한계레벨(Threshold Level)설정부(12)와 ; 설정된 한계레벨과 실시간 감지된 방사선의 피폭강도를 비교하기 위한 비교기(13)를 포함하여 구성된다.

상기 PIN다이오드센서는 이온화 방사선이 조사되면 진성 영역(Intrinsic Region)에서 과잉 전자-정공 쌍이 생성되어 광전류(Photocurrents)로 불리는 순간 누설전류(Transient Leakage Current)가 외부 회로로 흐르며, 이 광전류를 감지함으로써 핵 폭발여부를 감지하게 된다.

상기 PIN다이오드센서에서 감지된 전류는 미세하므로 이를 증폭시키기 위해 증폭기가 구비되어 있으며, 이와 같이, 피폭검출센서(11)를 구성하는 다이오드에서 검출되고 증폭기에 의해 증폭된 신호는 상기 비교기(13)에 전달되어 한계레벨설정부(12)로부터 전달된 한계레벨값과 비교된다.

즉, 상기 비교기(13)는 한계레벨설정부(12)로 출력되는 라셋펄스의 한계레벨과 피폭검출센서(11)로부터 입력된 검출신호를 비교하여 실시간으로 피폭강도를 출력한다.

상기 피폭검출센서(11)로부터 출력되는 신호 중 디지털 형태의 V_NDC는 상기 리셋펄스출력부(2)로 입력되고, 아날로그 형태의 V_PEAK는 피폭량검출부(3)로 전달된다.

상기 리셋펄스출력부(2)는 상기 피폭감지부(1)에서 검출된 핵폭발감지신호에 따라 핵폭시 발생된 과도방사선 및 EMP 신호를 회피하기 위한 목적으로 외부의 바이어스 전원회로의 차단과 NDC장치 내부의 피폭량검출부의 일시적전원차단을 위한 기준신호를 출력하는 수단으로서, 상기의 리셋펄스 유지시간동안 전기 및 전자장치의 보호를 위해 리셋펄스신호를 출력하는 수단으로서, 클럭(Clock)을 발생시키는 클럭발생기(21)와 ; 상기 클럭발생기(21)에서 발생된 클럭을 입력된 디지털 형태의 펄스지연시간 동안 카운트하는 업카운터(22)와 ; 상기 업카운터(22)에서 카운트된 클럭이 펄스지연시간을 경과하면 출력되는 출력 신호에 의해 작동하여 핵검출 및 제어신호를 출력하는 D-랫치(D-latch)(23)를 포함하여 구성된다.

상기 클럭발생기(21)는 상기 리셋펄스와 대비되는 클럭을 발생하기 위한 수단으로 이 클럭발생기(21)에서 발생된 클럭을 상기 업카운터(22)에서 카운트하여 외부로부터 입력된 펄스지연시간에 경과되면 상기 D-랫치(23)에 펄스지연시간이 경과됨을 알리고, D-랫치(23)는 이를 외부 기기에 전송하여 크로우바 회로를 작동시키는 것이다.

상기 리셋펄스출력부(2)에는 멀티플렉서(24)가 더 구비되어 있어 출력신호를 다양한 형태로 가공하여 멀티 핵 경보 신호 발생 할 수 있다.

상기 피폭감지부(1)에서 출력되는 V_NDC신호가 D-랫치(23)를 통하여 외부로 출력되고, 클럭발생기(21)가 발생하는 딜레이 클럭(Delay Clock)를 기준으로 하여 멀티플렉서(24)와 16bits 업카운터(22)를 동작시켜 일정시간 즉, 리셋펄스 지연시간이 경과한 뒤 D-랫치(23)를 클리어(CLR)하고 최초 출력되었던 핵 검출 및 제어신호를 반전시킨다.

상기 피폭량검출부(3)는 실시간으로 피폭량을 감지하기 위한 수단으로서, 상기 리셋펄스출력부(2)로부터 출력되는 리셋펄스 출력시간 동안 신호로 저장하는 피크홀드부(31)와 ; 상기 피크홀드부(31)에 저장된 데이터를 과도방사선으로부터 보호하기 위해 리셋펄스 출력시간 동안 전원차단을 위한 크로우바회로(32)와 ; 아날로그형태의 V_peak값을 디지털형태의 피폭검출전압으로 변환하는 아날로그디지털변환기(33)를 포함하여 구성된다.

상기 피폭량검출부(3)에서 얻어진 피폭량 정보는 SPI 통신 등의 외부인터페이스를 통해 관리 시스템에 전달되어 피폭에 따른 피해정도 예측 및 신속한 시스템복구의 자료로 이용될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 핵폭발 탐지 및 제어 장치는 상기 피폭감지부(1), 리셋펄스출력부(2), 및 피폭량검출부(3)를 제어하기 위한 제어용 컴퓨터(미도시)를 구비하고 있다.

1 : 피폭감지부
11 : 피폭검출센서부
12 : 한계레벨설정부
13: 비교부
2 : 리셋펄스출력부
21: 클럭발생기
22: 업카운터
23: D-랫치(D-Latch)
24: 멀티플렉서
3: 피폭량검출부
31: 피크홀딩부
32: 크로우바회로
33: 아날로그디지털변환기

Claims

핵폭발에 의해 발생된 방사선을 검출하는 피폭감지부(1)와 :
디지털 형태의 펄스지연시간에 의해 리셋펄스의 유지시간이 설정되고, 상기 피폭감지부(1)로부터 방사선이 감지되었을 때 상기의 리셋펄스 유지시간 동안 전기 및 전자장치의 보호를 위해 리셋펄스신호를 출력하는 리셋펄스출력부(2)와 ;
상기 피폭감지부(1)로부터 제공된 Vpeak값으로부터 피폭량을 검출하는 피폭량검출부(3)를 포함하고,
상기 리셋펄스출력부(2)는
클럭(Clock)을 발생시키는 클럭발생기(21)와 ;
상기 클럭발생기(21)에서 발생된 클럭을 입력된 디지털 형태의 펄스지연시간 동안 카운트하는 업카운터(22)와 ;
상기 업카운터(22)에서 카운트된 클럭이 펄스지연시간을 경과하면 출력되는 출력 신호에 의해 작동하여 핵검출 및 제어신호를 출력하는 D-랫치(D-latch)(23)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 피폭감지부(1)는
PIN다이오드센서와 증폭기를 포함하여 구성된 피폭검출센서부(11)와 ;
상기 피폭검출센서부(11)에서 일정 에너지 이상의 방사선을 감지하면 리셋펄스를 출력하기 위한 한계레벨(Threshold Level)설정부(12)와 ;
설정된 한계레벨과 실시간 감지된 방사선의 피폭강도를 비교하기 위한 비교기(13)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 피폭량검출부(3)는
상기 리셋펄스출력부(2)로부터 출력되는 리셋펄스 출력시간 동안 신호로 저장하는 피크홀드부(31)와 ;
상기 피크홀드부(31)에 저장된 데이터를 과도방사선으로부터 보호하기 위해 리셋펄스 출력시간 동안 전원차단을 위한 크로우바회로(32)와 ;
아날로그형태의 V_peak값을 디지털형태의 피폭검출전압으로 변환하는 아날로그디지털변환기(33)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실시간으로 피폭량을 검출하는 디지털처리방식의 핵폭발 탐지 및 제어 장치.