KR101315856B1 - Device for optically detecting dangerous liquid by use of a linear optical fiber array - Google Patents

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focusing lens
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정진혁
김인호
백성현
조수경
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국방과학연구소
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Abstract

PURPOSE: A device using a linear optical fiber bundle for optically detecting dangerous liquid is provided to determine whether liquid contained inside a container is dangerous or not by using a spectroscopic analysis method. CONSTITUTION: A device using a linear optical fiber bundle for optically detecting dangerous liquid includes a target object arrangement unit (C), a laser emitting unit (50), a semi-cylindrical collecting lens (20), a linear optical fiber cable (30), and a spectrum determining unit (60). The target object arrangement unit is formed into a chamber form of which an internal space capable of placing a container (10) containing liquid is opened/closed by a cover or a lid, and the inner surface thereof is covered with a black body. The laser emitting unit is connected to the target object arrangement unit so that continuous wave lasers (40) of a frequency of 532 nm, which has energy of 150 mJ or less, are incident into the internal space of the target object arrangement unit. The semi-cylindrical collecting lens collects Raman signals generated when the continuous wave lasers are penetrated through the liquid inside the container. A collecting lens head (31) and a spectrum determining unit head (32) are arranged on both end portions of a linear optical fiber bundle (33) composed of a plurality of linear optical fibers respectively. When the Raman signals are inputted, the spectrum determining unit splits lights with a light splitter (62) and compares and analyzes the split lights with a dangerous material spectrum information stored in the database of a computer (63), thereby determining whether the liquid inside the container is dangerous or not. [Reference numerals] (AA) Front; (BB) Back

Description

선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치{Device for optically detecting dangerous liquid by use of a linear optical fiber array}Device for optically detecting dangerous liquid by use of a linear optical fiber array

본 발명은, 투명한 플라스틱병이나 유리병 등의 광투과성 용기 내에 들어 있는 정체불명의 액체를 분광학적 분석에 의해, 안전하면서도 빠르게, 그리고 효율적으로 탐지해 낼 수 있는, 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid dangerous substance using a linear optical fiber bundle, which can safely, quickly and efficiently detect an unknown liquid contained in a transparent container such as a transparent plastic bottle or a glass bottle by spectroscopic analysis. It relates to an optical detection device of.

공항, 행사장, 공연장, 지하철 역사 등과 같이 사람들이 많이 다니는 장소에서는, 사람들의 소지품을 일일이 다 검사할 수 없기 때문에, 테러나 방화의 위험이 다른 어떤 장소보다 높다고 할 수 있다.
In places with many people, such as airports, event halls, performance halls, subway stations, etc., people's belongings cannot be inspected every day, so the risk of terrorism and arson is higher than any other place.

특히, 액체화약, 가연성 액체 등은 음료인 것처럼 위장되어 공공장소로 반입될 개연성이 있는데, 현재의 화학적 분석이나 탐지 장치로는, 용기 속에 든 내용물이 위험물질인지 아닌지를 현장에서 즉시 판정할 수 없다. 게다가, 현장에서 시약 등을 이용하여 액체의 종류를 판정하는 것은 매우 위험하다.
In particular, liquid explosives and flammable liquids are likely to be disguised as beverages and brought into public places. Currently, chemical analysis or detection devices cannot immediately determine whether the contents in a container are dangerous substances. . In addition, it is very dangerous to determine the type of liquid using reagents or the like in the field.

이러한 점 때문에, 공항에서는 검증 완료된 소량의 액체를 제외하고는, 모든 액체류의 기내 반입을 엄격히 금지하고 있다.
For this reason, airports strictly prohibit all liquids from entering the cabin, except for small quantities of proven liquids.

그러나 사람들이 장시간 체류하는 공연장이나 행사장 또는 경기장 등의 장소에서, 음용수 반입을 전면 금지한다면, 이들 장소에 입장해 있는 사람들이 탈수 증세를 겪는 등, 또 다른 문제가 야기될 수도 있기 때문에, 액체 용기에 대한 신속정확한 검색은 매우 중요한 과제이다.However, if people are prohibited from bringing drinking water to venues, venues, or stadiums where they are staying for a long time, other problems may occur, such as dehydration of people entering these venues. Fast and accurate search is a very important task.

본 발명자들은, 이러한 문제를 해결하기 위해, 투명 용기 속에 담겨 있는 액체에 레이저를 조사했을 때, 레이저의 광자와 용기 안의 액체가 상호작용하여 발생하는 미약한 라만 신호를 집광하고, 분광기로 분광하여 컴퓨터로 분석함으로써, 용기를 열어보지 않고도 용기 속의 액체가 위험물질인지 아닌지를 신속정확하게 탐지할 수 있는 광학적 탐지 장치를 구현하였다.
In order to solve this problem, the inventors have collected a weak Raman signal generated by the interaction of photons of the laser and the liquid in the container when the laser is irradiated to the liquid contained in the transparent container, and spectroscopically By analyzing with, we have implemented an optical detection device that can quickly and accurately detect whether a liquid in a container is a dangerous substance without opening the container.

잘 알려져 있는 바와 같이, 라만 신호는 세기가 미약하기 때문에, 라만 신호의 검출에는 많은 어려움이 따른다.As is well known, since Raman signals are weak in intensity, there are many difficulties in detecting Raman signals.

예로서, 입사광이 갖고 있는 광량의 수백만∼천만 분의 일에 불과한 라만 신호를 포착하기 위해서는 고감도 장비를 사용해야 하고, 입사광도 고에너지의 레이저이어야 한다. 이 때문에, 라만 신호를 이용하는 장비는 대형화하는 경향이 있다.
For example, in order to capture a Raman signal that is only millions of parts of the amount of incident light, high-sensitivity equipment must be used and the incident light must be a high energy laser. For this reason, equipment using Raman signals tends to be enlarged.

그러나 본 발명에서는, 반원통형 렌즈를 사용하여, 미약한 광신호인 라만 신호를 집광한 후, 에너지 손실이 거의 없는 선형 광섬유 다발을 통해, 라만 신호를 분광기에 전달함으로써, 낮은 에너지(150mJ 이하, 바람직하게는 130mJ)의 레이저로도 분광학적 분석이 가능하여 장치를 소형화할 수 있었다.
In the present invention, however, a semi-cylindrical lens is used to condense the Raman signal, which is a weak optical signal, and then transmit the Raman signal to the spectroscope through a linear optical fiber bundle with little energy loss. For example, 130mJ) laser can be used for spectroscopic analysis, thereby miniaturizing the device.

첨부도면에 기초한 실시예의 설명을 통해 더 분명해지겠지만, 본 발명자들이 제안하는 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치는, 소형화가 가능하며, 공항/행사장/공연장 등과 같이 많은 사람이 모이는 장소에서, 액체폭발물/인화물질/독극물이 포함된 음용수 등을 신속정확하게 검색할 수 있다. 또, 전쟁시에는 음용수를 확보하는 데에도 이용될 수 있다.As will become clear from the description of the embodiments based on the accompanying drawings, the optical detection device of the liquid dangerous substance using the linear optical fiber bundle proposed by the present inventors can be miniaturized, and can be miniaturized in a place where many people gather, such as an airport, an event, a performance hall, and the like. , Drinking water containing liquid explosives / flammables / toxics can be searched quickly and accurately. It can also be used to secure drinking water in times of war.

상기 과제가 해결 가능한 본 발명의 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치는, 액체가 들어 있는 용기를 놓아 둘 수 있는 내부공간이 도어나 덮개에 의해 개폐 가능한 챔버 형태의 검사대상 배치부와; 검사대상 배치부의 내부공간 안으로 레이저가 입사될 수 있도록, 검사대상 배치부에 연결설치되는 레이저 발진부와; 레이저가 용기 속의 액체를 통과할 때 생성되는 라만 신호의 집광이 가능하도록, 검사대상 배치부의 내부공간에 설치되는 집속 렌즈와; 다수의 선형 광섬유로 이루어지는 선형 광섬유 다발의 양 단부(端部)에 집속 렌즈측 헤드 또는 분광판정부측 헤드가 각각 구비된 선형 광섬유 케이블로서, 집속 렌즈측 헤드의 단면(端面)이 집속 렌즈의 초점거리에 위치되도록, 검사대상 배치부의 일측에 설치되는 선형 광섬유 케이블과; 집속 렌즈에 의해 집광된 라만 신호가 선형 광섬유 케이블의 분광판정부측 헤드의 단면을 통해 입력될 수 있도록, 분광판정부측 헤드와 연결설치되며, 라만 신호가 입력되면, 분광기로 분광하여 컴퓨터의 데이터베이스에 저장된 위험물질 분광정보와 비교, 분석함으로써, 용기에 들어 있는 액체가 위험물질인지 아닌지를 판정하는 분광판정부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
The optical detection device of a liquid dangerous substance using the linear optical fiber bundle of the present invention that can solve the above problems is, the inspection target arrangement portion in the form of a chamber that can be opened and closed by a door or a cover, the inner space in which the container containing the liquid and ; A laser oscillation unit connected to the inspection target placement unit so that the laser can be incident into the internal space of the inspection target placement unit; A focusing lens installed in the interior space of the inspection target placement unit so that the Raman signal generated when the laser passes through the liquid in the container can be collected; A linear optical fiber cable having a focusing lens side head or a spectroscopic determining head at each end of a linear optical fiber bundle composed of a plurality of linear optical fibers, wherein a cross section of the focusing lens side head is a focal length of the focusing lens. A linear optical fiber cable installed at one side of the inspection target arranging unit so as to be located in the inspection unit; The Raman signal collected by the focusing lens is connected to the spectroscopic head, so that the Raman signal can be input through the cross section of the head of the linear fiber optic cable. A spectroscopic judgment unit for determining whether the liquid in the container is a dangerous substance by comparing and analyzing the dangerous substance spectroscopic information; Characterized in that comprises a.

또한, 바람직하게는, 반원통형 구면 렌즈 또는 반원통형 비구면 렌즈를 집속 렌즈로 사용하는 것이다.
Also, preferably, a semi-cylindrical spherical lens or a semi-cylindrical aspherical lens is used as the focusing lens.

또한, 바람직하게는, 150mJ 이하의 에너지를 갖는 연속파 레이저를 발생시킬 수 있는 레이저 발진기로 레이저 발진부를 구성하는 것이다.Further, preferably, the laser oscillator is constituted by a laser oscillator capable of generating a continuous wave laser having an energy of 150 mJ or less.

본 발명에 따른 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치에 의하면, 분광학적 분석에 의해 용기 속의 액체가 위험물질인지 아닌지를 판정하므로, 종래의 화학적 분석에 따른 판정 방식보다 안전하다는 이점이 있다.
According to the optical detection device of a liquid dangerous substance using the linear optical fiber bundle according to the present invention, it is determined whether the liquid in the container is a dangerous substance by spectroscopic analysis, which is advantageous in that it is safer than the conventional chemical analysis method. .

또한, 본 발명에서 제안되는 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치는, 분광학적 분석을 통해 극히 짧은 시간 내에 액체 물질의 위험성 여부를 판정하기 때문에, 위험물질이 마치 음료인양 위장반입될 가능성이 있는 공공장소에서의 대량 검사에 적합하다.
In addition, the optical detection device of the liquid dangerous substances proposed in the present invention, because the spectroscopic analysis to determine the risk of the liquid substance in a very short time, so that the dangerous substances in public places where the likelihood of gastrointestinal carry-on drink Suitable for mass inspection of

또한, 본 발명에 따른 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치는, 빔을 집속할 필요가 없는 연속파 레이저를 이용하므로, 빔을 집속하기 위한 집속기구가 필요 없어 장치 구조가 간단하고, 따라서 장치의 유지보수나 정비가 용이하다는 이점이 있다.
In addition, since the optical detection device of the liquid dangerous substance according to the present invention uses a continuous wave laser that does not need to focus the beam, there is no need for a focusing mechanism for focusing the beam. It has the advantage of easy maintenance.

또한, 레이저는 직진성이 우수하므로, 라만 신호의 집속을 방해할 수 있는 용기의 표면 형상에 따른 영향도 거의 받지 않는다는 장점이 있다. 게다가, 본 발명에 따른 광학적 탐지 장치는, 낮은 출력(에너지)의 레이저를 조사하여 생긴 미약한 라만 신호가 소정 구간에 걸쳐 반원통형의 집속 렌즈로 집광되는 구조이기 때문에, 장치의 소형화가 가능하다. 그리고 이러한 이점에 의해, 예를 들면, 레이저에 의해 가해진 에너지만으로도 폭발 가능성이 있는 민감한 폭발물질을 검색할 때에도 안전을 보장할 수 있다.In addition, since the laser is excellent in the straightness, there is an advantage that it is hardly affected by the surface shape of the container that can interfere with the Raman signal focusing. In addition, the optical detection device according to the present invention has a structure in which a weak Raman signal generated by irradiating a laser of low power (energy) is condensed by a semi-cylindrical focusing lens over a predetermined section, so that the device can be miniaturized. And by this advantage, it is possible to ensure safety even when searching for a sensitive explosive material that can be exploded only by the energy applied by the laser, for example.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치에 이용되는 라만 신호 집광용 집속 렌즈와 선형 광섬유 케이블의 배치도.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치에 이용되는 선형 광섬유 케이블의 양쪽 헤드의 단면(端面) 형상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치로 생수와 액체화약 구성성분인 니트로메탄(CH3NO2)을 검사했을 때의 라만 분광신호를 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치로 사이다와 액체화약 구성성분인 에탄올(C2H5OH)을 검사했을 때의 라만 분광신호를 비교한 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows schematically the whole structure of the optical detection apparatus of the liquid dangerous substance using the linear optical fiber bundle which concerns on one Embodiment of this invention.
FIG. 2 is a layout view of a Raman signal focusing lens and a linear optical fiber cable used in an optical detection apparatus for a liquid dangerous substance using a linear optical fiber bundle according to an embodiment of the present invention. FIG.
3 is a view showing cross-sectional shapes of both heads of a linear optical fiber cable used in an optical detection device for a liquid dangerous substance using a linear optical fiber bundle according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 compares the Raman spectroscopic signal when inspecting the bottled water and nitromethane (CH 3 NO 2 ) as an optical detection device of a liquid dangerous substance using a linear optical fiber bundle according to an embodiment of the present invention graph.
FIG. 5 is a comparison of Raman spectroscopy signals when a cider and ethanol (C 2 H 5 OH) are inspected by an optical detection device of a liquid dangerous substance using a linear optical fiber bundle according to an embodiment of the present invention. graph.

이하, 본 발명에서 제안되는 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치의 일 실시형태가 첨부도면에 기초하여 상세히 설명된다.
Hereinafter, an embodiment of the optical detection device of the liquid dangerous substance using the linear optical fiber bundle proposed in the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

우선, 도 1∼도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치(이하에서, 「광학적 탐지 장치」로 약칭한다.)의 전체 구성을 개략적으로 설명한다.
First, with reference to FIGS. 1-3, the whole structure of the optical detection apparatus of the liquid hazardous substance (henceforth abbreviating as "optical detection apparatus") using the linear optical fiber bundle which concerns on one Embodiment of this invention is outlined. Explain.

본 실시형태에 따른 광학적 탐지 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 발진부(50)와 검사대상 배치부(C)와 분광판정부(60)로 구성되어 있는데, 이들은 하나의 장치를 구성하는 형태로 통합될 수 있다. 또는, 상호 분해조립이 가능한 개개의 모듈로 제작될 수도 있는데, 이 경우는, 모듈 간 연결부위가 광학적으로 차폐될 필요가 있다. 광학적 차폐가 요구되는 이유는, 레이저의 조사에 의해 검사대상으로부터 라만 신호가 방출될 때, 될 수 있는 한, 라만 신호가 왜곡 없이 그대로 분광판정부에 전달되도록 하기 위해서이다.
As shown in FIG. 1, the optical detection apparatus according to the present embodiment includes a laser oscillation unit 50, an inspection target placement unit C, and a spectroscopic determination unit 60, which constitute one device. Can be integrated into the form. Alternatively, the modules may be manufactured as individual modules that can be disassembled and assembled. In this case, the connection parts between the modules need to be optically shielded. The reason why optical shielding is required is that when the Raman signal is emitted from the inspection object by the irradiation of the laser, the Raman signal is transmitted to the spectroscopy unit without distortion as much as possible.

미약한 광신호인 라만 신호의 왜곡은, 예컨대, 검사대상에 대한 광학적 탐지가 행해질 때, 챔버 형태로 제공된 검사대상 배치부(C)의 내부로 외부 광이 유입되어도 일어날 수 있지만, 외부로부터 광 유입이 없는 경우라도, 검사대상 배치부 내에서 반사광이나 잡광이 생기면 얼마든지 왜곡될 수 있다.
Distortion of the Raman signal, which is a weak optical signal, may occur even when external light flows into the inspection object placement unit C provided in a chamber form, for example, when optical detection of the inspection object is performed. Even in the absence of this, if reflected light or light is generated in the inspection target placement portion, it can be distorted as much as possible.

이 점에서, 장치의 신뢰성을 높이기 위해, 검사대상 배치부(C)는 광 반사가 일어나기 어려운 구조를 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 검사대상 배치부(C)가 덮개에 의해 개폐 가능한 챔버 형태라면, 흑체(black interior)로 내부표면을 덮는 것이다.
In this regard, in order to increase the reliability of the apparatus, it is preferable that the inspection object placement unit C has a structure in which light reflection is unlikely to occur. For example, if the inspection object placement unit C is in the form of a chamber that can be opened and closed by a cover, the interior surface is covered with a black interior.

여기서, 외부로부터의 광 유입을 방지할 수 있는 광학적 차폐 구조는, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 통상의 창작범위 내에서 용이하게 도출할 수 있는 것이므로, 그에 관한 구체적인 설명은 생략한다.
Here, the optical shielding structure that can prevent the inflow of light from the outside, since those skilled in the art can be easily derived within the ordinary creative range, a detailed description thereof will be omitted. .

도 1로 돌아가, 레이저(40)의 진행방향에서 보아 검사대상 배치부(C)의 후측에 놓인 레이저 발진부(50)는, 예를 들면, 130mJ 정도의 에너지를 갖는 532㎚ 파장의 연속파 레이저(40)를 생성하여, 용기(10) 쪽으로 레이저(40)를 조사한다.
Returning to FIG. 1, the laser oscillation unit 50 placed behind the inspection target placement unit C as viewed from the advancing direction of the laser 40 is, for example, a continuous wave laser 40 having a wavelength of 532 nm having an energy of about 130 mJ. ) Is irradiated with the laser 40 toward the container 10.

레이저(40)가 용기(10) 안의 액체(L)를 통과할 때, 액체 분자와 레이저의 광자가 상호작용하여 라만 신호(Raman signal, 분자 지문이라고도 함)가 발생하는데, 이 라만 신호는 세기가 미약하여 검출하기가 쉽지 않다.
When the laser 40 passes through the liquid L in the vessel 10, liquid molecules and photons of the laser interact to generate a Raman signal (also called a molecular fingerprint), the Raman signal having a high intensity. It is weak and not easy to detect.

이에, 본 실시형태에서는, 레이저의 입사각에 대해 90°를 이루는 방향으로, 즉, 레이저의 진행방향에 직교하는 방향으로, 용기(10) 쪽을 향하는 면은 평면으로 되어 있고 반대쪽 면은 곡면으로 되어 있는 집속 렌즈(20)를 용기(10)로부터 소정 간격을 두고 배치하였다.
Therefore, in this embodiment, the surface toward the container 10 is planar and the opposite surface is curved in the direction of 90 ° to the incident angle of the laser, that is, in the direction orthogonal to the direction of travel of the laser. Focused focusing lens 20 was disposed from the container 10 at predetermined intervals.

집속 렌즈(20)의 예로서는, 반원통형의 구면 렌즈나 비구면 렌즈를 들 수 있다. 또, 이 집속 렌즈(20)는, 예를 들면, 용기(10) 내부를 통과하여 지나가는 레이저의 길이 중에서, 1㎝ 정도의 길이에 초점이 맞춰져 있다.
As an example of the focusing lens 20, the semi-spherical spherical lens and the aspherical lens are mentioned. In addition, this focusing lens 20 focuses on the length of about 1 cm among the lengths of the laser which pass through the inside of the container 10, for example.

또한, 미약한 라만 신호를 집광하기 위해, 집속 렌즈(20)와 용기(10)는 소정 간격(즉, 초점거리)을 두고 떨어져 있는데, 이 간격은, 예를 들면, 선형 광섬유 케이블(30)의 집속 렌즈측 헤드(31)와 집속 렌즈(20) 사이의 간격이라든지, 집속 렌즈측 헤드(31)의 단면(端面)과 마주해 있는 집속 렌즈(20)의 굴절률 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
In addition, in order to focus the weak Raman signal, the focusing lens 20 and the container 10 are separated by a predetermined interval (ie, focal length), which is, for example, the linear optical fiber cable 30. The distance between the focusing lens side head 31 and the focusing lens 20, the refractive index of the focusing lens 20 facing the end face of the focusing lens side head 31, and the like can be appropriately selected.

집속 렌즈(20)의 이러한 구성에 의해, 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 라만 신호가 집속 렌즈(20)를 통해, 선형 광섬유 케이블(30)의 집속 렌즈측 헤드의 단면(端面) 중앙부에 집중된다.
Due to this configuration of the focusing lens 20, for example, as shown in FIG. 2, the Raman signal passes through the focusing lens 20, so that a cross section of the focusing lens side head of the linear optical fiber cable 30 is provided. Concentrated in the center.

라만 신호가 집광되는 집속 렌즈측 헤드(31)의 단면 중앙부에는, 예를 들면, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 집속 렌즈(20)의 길이방향에 평행한 방향(정확하게는 레이저의 진행방향에 평행한 방향)으로, 선형 광섬유 다발(33)을 구성하는 복수 가닥의 선형 광섬유(34)의 단면(端面)이 서로 인접하여 연속으로 배치되어 있다.
In the center portion of the end face of the focusing lens side head 31 on which the Raman signal is focused, for example, as shown in FIG. 3 (a), a direction parallel to the longitudinal direction of the focusing lens 20 (exactly, the progress of the laser) is shown. In a direction parallel to the direction), end faces of the plurality of stranded linear optical fibers 34 constituting the linear optical fiber bundle 33 are continuously disposed adjacent to each other.

여기서, 도 3(a)에 도시된 집속 렌즈측 헤드(31)와 도 3(b)에 도시된 분광판정부측 헤드(32)는, 예를 들면, 지름이 1∼2㎝이지만, 이들 헤드(31)(32)의 지름이 상기 범위로 한정되는 것은 아니다. 또, 도 3에는 선형 광섬유 다발(33)이 8가닥의 선형 광섬유(34)로 구성된 것으로 도시되었지만, 광섬유의 지름에 따라, 가닥 수가 변동될 수 있음은 당연하다.
Here, the focusing lens side head 31 shown in Fig. 3 (a) and the spectroscopic determining side head 32 shown in Fig. 3 (b) are, for example, having a diameter of 1 to 2 cm. The diameters of 31 and 32 are not limited to the above ranges. In addition, although the linear optical fiber bundle 33 is shown as consisting of eight linear optical fibers 34 in FIG. 3, it is natural that the number of strands may vary depending on the diameter of the optical fiber.

도 3(a)에 도시된 집속 렌즈측 헤드의 단면 중앙부에 포커싱된 라만 신호는, 선형 광섬유 다발(33)을 이루고 있는 여러 가닥의 선형 광섬유(34)를 통해 도 3(b)에 도시된 분광판정부측 헤드(32)까지 전달된다.
The Raman signal focused at the center of the cross-section of the focusing lens side head shown in FIG. 3 (a) is shown in FIG. 3 (b) through several strands of the linear optical fiber 34 constituting the linear optical fiber bundle 33. It is transmitted to the determination unit side head 32.

도 3(a)과 도 3(b)에서 볼 수 있듯이, 분광판정부측 헤드(32)의 단면에 나타나 있는 선형 광섬유들의 배치 방향은, 집속 렌즈측 헤드(31)의 단면에 나타나 있는 선형 광섬유들의 배치 방향과 직교한다. 즉, 여러 가닥의 선형 광섬유로 이루어진 선형 광섬유 다발(33)은, 집속 렌즈측 헤드와 분광판정부측 헤드 사이에서 90°로 비틀려 있다.
3 (a) and 3 (b), the arrangement direction of the linear optical fibers shown in the cross section of the spectroscopic determining head 32 is determined by the alignment of the linear optical fibers shown in the cross section of the focusing lens side head 31. Orthogonal to the placement direction. That is, the linear optical fiber bundle 33 composed of several linear optical fibers is twisted at 90 degrees between the focusing lens side head and the spectroscopic determining head.

선형 광섬유 다발의 이러한 꼬임은, 분광판정부(60)의 분광기(62) 앞에 배치된 슬릿판(61)에, 다수의 입사광 슬릿이 상하방향으로 일정 간격을 두고 배열되어 있기 때문이다. 즉, 도 3(b)에 도시된 분광판정부측 헤드(32)의 단면으로부터 출사되는 라만 신호가 슬릿판(61)을 통해 그대로 분광기(62)에 입사될 수 있도록, 슬릿판(61)에 형성된 입사광 슬릿들도 분광판정부측 헤드(32)의 단면에 나타나 있는 선형 광섬유의 배열 방향과 동일하게 상하방향으로 배열되어 있는 것이다.
This twist of the linear optical fiber bundle is because a large number of incident light slits are arranged at regular intervals in the vertical direction in the slit plate 61 disposed in front of the spectroscope 62 of the spectroscope 60. That is, the Raman signal emitted from the end face of the spectroscopic determining unit head 32 shown in FIG. 3 (b) is formed in the slit plate 61 so that the Raman signal can be incident on the spectrometer 62 as it is through the slit plate 61. Incident light slits are also arranged in the up-down direction in the same direction as the alignment direction of the linear optical fiber shown in the cross section of the spectroscopic determining side head 32.

분광기(62)로 도입된 라만 신호는 분광기(62)에 의해 분광되며, 분광을 통해 얻어진 검출정보는 데이터 케이블을 통해 컴퓨터(63)로 보내진다. 검출정보가 입력되면, 컴퓨터(63)는 데이터베이스에 저장된 위험물질별 분광정보와의 비교, 분석을 통해, 검사가 행해진 용기(10) 속의 액체(L)가 위험물질인지 아닌지를 판정하게 된다. 통상적으로, 레이저 발진에서부터 위험물질 판단까지의 시간은 10초 미만이다.
The Raman signal introduced into the spectrometer 62 is spectroscopically by the spectroscope 62, and the detection information obtained through the spectroscopy is sent to the computer 63 via the data cable. When the detection information is input, the computer 63 determines whether or not the liquid L in the inspected container 10 is a dangerous substance through comparison and analysis with spectroscopic information for each dangerous substance stored in a database. Typically, the time from laser oscillation to hazardous material determination is less than 10 seconds.

첨부된 도 4와 도 5는, 본 실시형태의 광학적 탐지 장치로 생수, 사이다, 액체화약 구성성분인 니트로메탄(CH3NO2)과 에탄올(C2H5OH)을 각각 검사했을 때의 라만 분광신호를 비교한 그래프이다.
4 and 5 show Raman when the optical detection device of this embodiment examines the bottled water, cider, and liquid chemical components nitromethane (CH 3 NO 2 ) and ethanol (C 2 H 5 OH), respectively. It is a graph comparing spectral signals.

이들 도면에 나타나 있는 것처럼, 물질마다 라만 분광신호 특성이 다르기 때문에, 위험물질별 라만 분광신호 특성을 데이터베이스로 구축해 놓으면, 검사 중인 액체가 위험한 것인지의 여부와 함께, 액체의 종류도 실시간으로 판별할 수 있다.As shown in these figures, the Raman spectral signal characteristics of each substance are different. Therefore, if the Raman spectral signal characteristics of dangerous substances are established in a database, the type of liquid can be determined in real time as well as whether the liquid under test is dangerous. have.

10...용기
20...집속 렌즈
30...선형 광섬유 케이블
31...집속 렌즈측 헤드
32...분광판정부측 헤드
33...선형 광섬유 다발
34...선형 광섬유
40...레이저
50...레이저 발진부
60...분광판정부
61...슬릿판
62...분광기
63...컴퓨터
C...검사대상 배치부
L...액체10 ... container
20 ... focusing lens
30 ... linear fiber optic cable
31.Focus lens side head
32.spectral head
33 ... linear fiber optic bundle
34 ... linear optical fiber
40 ... laser
50 ... laser oscillation
60. Spectroscopy
61 ... slit plate
62 Spectrometer
63.Computer
C ... Inspection target part
L ... liquid

Claims (3)

액체(L)가 들어 있는 용기를 놓아 둘 수 있는 내부공간이 도어나 덮개에 의해 개폐 가능한 챔버 형태로서, 내부표면이 흑체로 덮인 검사대상 배치부(C)와;
검사대상 배치부(C)의 내부공간 안으로 150mJ 이하의 에너지를 갖는 532㎚ 파장의 연속파 레이저(40)가 입사될 수 있도록, 검사대상 배치부(C)에 연결설치되는 레이저 발진부(50)와;
연속파 레이저(40)가 용기(10) 속의 액체를 통과할 때 생성되는 라만 신호를 집광하기 위한 반원통형 집속 렌즈(20)로서, 렌즈의 평면이 용기(10) 쪽을 향하게 함과 아울러 연속파 레이저의 진행방향에 직교하는 방향으로 놓이도록 검사대상 배치부(C)의 내부공간에 설치되는 반원통형 집속 렌즈(20)와;
다수의 선형 광섬유(34)로 이루어진 선형 광섬유 다발(33)의 양 단부에 집속 렌즈측 헤드(31)와 분광판정부측 헤드(32)가 각각 구비된 선형 광섬유 케이블(30)로서, 집속 렌즈측 헤드의 단면이 반원통형 집속 렌즈(20)의 초점거리에 위치되도록 검사대상 배치부(C)의 일측에 설치되는 선형 광섬유 케이블(30)과;
반원통형 집속 렌즈(20)에 의해 집광된 라만 신호가 선형 광섬유 케이블(30)의 분광판정부측 헤드(31)의 단면을 통해 입력될 수 있도록 상기 분광판정부측 헤드(31)와 연결설치되며, 라만 신호가 입력되면, 분광기(62)로 분광하여 컴퓨터(63)의 데이터베이스에 저장된 위험물질 분광정보와 비교, 분석함으로써 용기(10) 속의 액체(L)가 위험물질인지 아닌지를 판정하는 분광판정부(60);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 광섬유 다발을 사용한 액체 위험물질의 광학적 탐지 장치.An inner space in which the container containing the liquid L can be placed is opened and closed by a door or a cover, and an inspection object arranging portion C whose inner surface is covered with a black body;
A laser oscillation unit 50 connected to the inspection target placement unit C so that the continuous wave laser 40 of 532 nm wavelength having an energy of 150 mJ or less can be incident into the internal space of the inspection target placement unit C;
A semi-cylindrical focusing lens 20 for condensing Raman signals generated when the continuous wave laser 40 passes through the liquid in the container 10, the plane of the lens of which is directed toward the container 10, A semi-cylindrical focusing lens 20 installed in the interior space of the inspection subject placement unit C so as to lie in a direction perpendicular to the traveling direction;
A linear optical fiber cable 30 having a focusing lens side head 31 and a spectroscopic determining head 32 respectively at both ends of a linear optical fiber bundle 33 composed of a plurality of linear optical fibers 34, the focusing lens side head. A linear optical fiber cable 30 installed at one side of the inspection target placement unit C such that a cross section of the lens is positioned at a focal length of the semi-cylindrical focusing lens 20;
The Raman signal collected by the semi-cylindrical focusing lens 20 is connected to the spectroscopic determining head 31 so that the Raman signal can be input through the cross section of the spectroscopic determining head 31 of the linear optical fiber cable 30. When a signal is input, the spectroscope determines whether or not the liquid L in the container 10 is a dangerous substance by spectroscopic analysis by spectroscope 62 and comparing and analyzing the spectroscopic information stored in the database of the computer 63. 60);
Optical detection device for a liquid hazardous material using a linear optical fiber bundle, characterized in that configured to include. 삭제delete 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06323992A (en) * 1993-01-07 1994-11-25 Alfill Getraenketechnik Gmbh Method and device for optically inspecting transparent container
JP2009042112A (en) 2007-08-09 2009-02-26 Fujifilm Corp Sensing device and sensing method using it
KR20110068452A (en) * 2009-12-16 2011-06-22 한국표준과학연구원 Raman spectroscopy for detection of chemical residues at surface of specimen and raman spectroscopy using the same
JP2011220710A (en) 2010-04-05 2011-11-04 Osaka Univ Liquid inspection method and liquid inspection device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06323992A (en) * 1993-01-07 1994-11-25 Alfill Getraenketechnik Gmbh Method and device for optically inspecting transparent container
JP2009042112A (en) 2007-08-09 2009-02-26 Fujifilm Corp Sensing device and sensing method using it
KR20110068452A (en) * 2009-12-16 2011-06-22 한국표준과학연구원 Raman spectroscopy for detection of chemical residues at surface of specimen and raman spectroscopy using the same
JP2011220710A (en) 2010-04-05 2011-11-04 Osaka Univ Liquid inspection method and liquid inspection device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110873605A (en) * 2018-08-31 2020-03-10 三星电子株式会社 Optical filter and spectrometer comprising an optical filter

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