KR101420226B1 - Terahertz Real-time Detection and Imaging System for Nondestructive Testing Based on High Power Terahertz Radiation Source - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고출력 신호원에서 발생된 고출력 테라헤르츠파를 파워 분배기를 통하여 신호의 세기가 배열 송신 안테나로 분배되어 방사되도록 하고, 시료를 통과한 신호 또는 시료에서 반사된 신호는 배열 수신 안테나에 집속되어 배열 검출기를 통해 시료 내의 특정 물체를 검출하여 영상화 할 수 있도록 함으로써, 대면적 시료를 실시간으로 측정하기 위해 필요한 신호원의 수를 감소시켜 저비용으로 검출 및 영상장치를 구성할 수 있고, 주파수 체배기를 사용하여 동시에 다양한 주파수를 갖는 신호를 이용해서 해상도와 신호들 간의 간섭 효과를 감소시킬 수 있는, 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 실시간 검출 및 영상 장치에 관한 것이다.In the present invention, a high-power THz wave generated from a high-power signal source is distributed through a power divider and distributed to an array transmission antenna, and a signal transmitted through the sample or a signal reflected from the sample is focused on an array- By detecting the specific object in the sample through the array detector and imaging it, it is possible to reduce the number of signal sources required to measure a large area sample in real time and to construct a detection and image device at low cost, and to use a frequency multiplier To a real-time terahertz signal-based real-time detection and imaging apparatus for nondestructive inspection capable of simultaneously reducing the interference effect between resolution and signals using signals having various frequencies.
Description
본 발명은 비파괴 검사를 위한 실시간 검출 및 영상 장치에 관한 것으로서, 특히, 고출력 테라헤르츠 신호원과 파워 분배기, 주파수 체배기 및 배열 송수신 장치 등을 적용하여 구성한 실시간 검출 및 영상장치에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time detection and image device for non-destructive inspection, and more particularly, to a real-time detection and image device configured by applying a high-power terahertz signal source, a power divider, a frequency multiplier, and an array transceiver.
테라헤르츠파(Terahertz Wave)는 마이크로파와 광파의 중간적 성질로 마이크로파의 투과성과 광파의 직진성을 모두 가지고 있고, X-ray 에너지의 약 백만분의 일 수준으로 매우 낮아서 생체에 심각한 부작용을 일으키지 않으면서도 파장이 mm (마이크로미터) 영역이어서 의료, 보안 분야뿐만 아니라 식품, 제약, 폭발물 등의 비파괴 검사 분야에 활용이 크게 기대되고 있다.Terahertz Wave is an intermediate property between microwaves and light waves. It has both microwave transparency and light wave straightness. It is very low at about one millionth of the X-ray energy, so it does not cause serious side effects on the living body. Since the wavelength is in the range of mm (micrometer), it is widely expected to be used in non-destructive inspection fields such as food, pharmaceutical, and explosive as well as medical and security fields.
이러한 테라헤르츠파를 이용한 기존의 검출 및 영상 장치는 도 1과 같이 단일 송신기와 단일 수신기를 이용하여 단일 송신기에서 방사된 시료를 통과한 테라헤르츠파 신호를 단일 수신기에서 수신하여 측정하고, 시료를 2차원 방향으로 이동시키거나 혹은 단일 송수신기를 2차원 방향으로 이동시켜 2차원 면적을 갖는 시료 내의 특정 물체를 검출하거나 영상화 하였다. 이로 인해 대면적 시료를 측정할 때 측정 시간이 길어지고, 측정 시간을 줄이기 위해 다수의 저출력 신호원을 적용할 때는 검출 및 영상장치의 가격이 증가하며, 저출력 신호원을 동작시키기 위해 필요한 전원장치 등의 부대 장치로 인하여 검출 및 영상 장치의 부피가 커지는 문제점이 발생하고 있다.The conventional detection and imaging apparatus using the THz wave is a system in which a single receiver receives and measures a terahertz wave signal passing through a sample emitted from a single transmitter by using a single transmitter and a single receiver as shown in FIG. Dimensional direction or moving a single transceiver in two dimensions to detect or image a specific object in a sample having a two-dimensional area. This increases the measurement time when measuring a large area sample and increases the cost of detecting and imaging devices when a number of low-power signal sources are applied in order to reduce the measurement time, and the power supply necessary for operating a low-power signal source There arises a problem that the volume of the detection and image device becomes large due to the accompanying device of the apparatus.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 고출력 신호원에서 발생된 고출력 테라헤르츠파(Terahertz Wave)가 파워 분배기를 통하여 배열 송신 안테나로 분배되어 방사되고, 시료를 통과한 신호 또는 시료에서 반사된 신호는 배열 수신 안테나에 집속되어 배열 검출기 (Array Detector)를 통해 시료 내의 특정 물체를 검출하여 영상화할 수 있도록 한, 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 실시간 검출 및 영상 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a high-power terahertz wave generator, The high-power terahertz source-based real-time detection for non-destructive testing, which allows the passed signal or the reflected signal from the sample to be focused on the array receive antenna and to detect and visualize a specific object in the sample through an array detector And to provide a video device.
또한, 이를 통해 대면적 시료를 실시간으로 측정하기 위해 필요한 신호원의 수를 감소시켜 저비용으로 검출 및 영상장치를 구성할 수 있고, 주파수 체배기 (Frequency Multiplier)를 사용하여 동시에 다양한 주파수를 갖는 신호를 이용해서 해상도와 신호들 간의 간섭 효과를 감소시킬 수 있는, 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 실시간 검출 및 영상 장치를 제공하는 데 있다.In addition, it is possible to reduce the number of signal sources required to measure a large area sample in real time, and to construct a detection and image device at low cost. Also, a frequency multiplier can be used to simultaneously use signals having various frequencies And to provide a real-time detection and imaging device based on a high-power terahertz signal source for nondestructive inspection capable of reducing interference effects between resolution and signals.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 테라헤르츠 신호 기반으로 시료의 비파괴 검사 방법에 있어서, 진공전자소자 형태의 테라헤르츠파 신호원에서 발생된 테라헤르츠파가 파워 분배기로 입사되고, 파워 분배기에서 일측 입사구로 입사된 테라헤르츠파로부터 배열 구조로 테라헤르츠파를 발생시켜 각각의 테라헤르츠파를 각각의 출사구로 분배하여 출력하는 단계; 상기 파워 분배기에서 출력되는 상기 배열 테라헤르츠파에 대응된 안테나들을 포함하는 배열 송신 안테나를 이용하여 상기 배열 테라헤르츠파 각각을 시료로 출사하는 단계; 및 상기 시료를 통과하거나 상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a non-destructive testing method of a sample based on a terahertz signal, Generating a terahertz wave in an array structure from a terahertz wave incident on the one input side in a power splitter, splitting each terahertz wave into respective output ports and outputting the terahertz wave, ; Emitting each of the arrayed terahertz waves to a sample using an array transmission antenna including antennas corresponding to the arrayed terahertz waves output from the power splitter; And detecting a terahertz wave passing through the sample or reflected from the sample.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른, 테라헤르츠 신호 기반으로 시료의 비파괴 검사 장치에 있어서, 일측 입사구로 입사된 테라헤르츠파로부터 배열 구조로 테라헤르츠파를 발생시켜 각각의 테라헤르츠파를 각각의 출사구로 분배하여 출력하는 진공전자소자 형태의 신호원과 결합된 파워 분배기; 상기 파워 분배기에서 출력되는 상기 배열 테라헤르츠파에 대응된 안테나들을 포함하는 배열 송신 안테나; 및 상기 배열 송신 안테나에서 출사되어 시료를 통과하거나 상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출하기 위한 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for nondestructive testing of a sample on the basis of a terahertz signal, wherein a terahertz wave is generated in an arrangement structure from a terahertz wave incident on one incidence, A power distributor coupled with a signal source in the form of a vacuum electronic device for distributing and outputting ions; An array transmission antenna including antennas corresponding to the array terahertz waves output from the power splitter; And a receiver for detecting a terahertz wave emitted from the array transmitting antenna and passed through the sample or reflected from the sample.
상기 배열 송신 안테나 중 하나 이상의 일부 송신 안테나 앞에는 상기 배열 구조의 테라헤르츠파 중 해당 테라헤르츠파의 주파수를 체배하여 해당 송신 안테나로 출력하기 위한 주파수 체배기가 포함될 수 있다.And a frequency multiplier for multiplying the frequency of the corresponding terahertz wave among the terahertz waves of the array structure and outputting the resultant frequency to a corresponding transmission antenna may be included in front of at least one of the plurality of transmission antennas.
상기 주파수 체배기와 해당 송신 안테나의 구조와 상기 주파수 체배기가 없이 해당 송신 안테나만 있는 구조가 교번되어 배치될 수 있다.The structure of the frequency multiplier and the corresponding transmission antenna and the structure having only the corresponding transmission antenna without the frequency multiplier may be alternately arranged.
상기 파워 분배기는, 금속 공동 공진기, 또는 광결정 공진기를 이용한 형태일 수 있다.The power divider may be in the form of a metal cavity resonator or a photonic crystal resonator.
상기 수신기는, 상기 배열 송신 안테나에 대응된 안테나들을 포함하는 배열 수신 안테나; 상기 배열 수신 안테나에 대응되어 각각의 안테나가 수신한 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력하는 배열 검출기; 및 상기 배열 검출기에서 출력하는 상기 각각의 전기적 신호를 처리하여 상기 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성하는 영상처리장치를 포함할 수 있다.The receiver comprising: an array receive antenna comprising antennas corresponding to the array transmit antennas; An array detector for detecting a change in the terahertz wave received by each of the antennas and outputting an electrical signal corresponding to the array antenna; And an image processing unit for processing the electrical signals output from the array detector and generating a video signal for analyzing a characteristic of the sample at a corresponding position.
상기 영상 신호에 따른 해당 시료에 대한 디스플레이 장치의 영상에 따라, 테라헤르츠 신호원은 사용자의 조작에 따라 수동으로 또는 제어장치의 제어에 따라 자동으로 상기 파워 분배기로 입사되는 상기 테라헤르츠파의 주파수를 가변 시킬 수 있다.According to the image of the display device for the corresponding sample according to the image signal, the terahertz signal source is automatically controlled according to the user's manipulation or under the control of the control device so that the frequency of the terahertz wave incident on the power distributor Can be varied.
또는, 상기 수신기는, 제어장치의 제어에 따라 상기 배열 송신 안테나의 각 송신안테나에 대응된 위치로 순차 움직이는 이동형 단일 안테나; 상기 이동형 단일 안테나가 순차로 수신하는 테라헤르츠파를 속이 비어 있는 공간으로 전달하여 일측 구멍으로 출력하는 도파관; 상기 도파관의 상기 일측 구멍에서 출력되는 각 위치의 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력하는 단일 검출기; 및 상기 단일 검출기에서 출력하는 상기 각각의 전기적 신호를 처리하여 상기 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성하는 영상처리장치를 포함할 수 있다.Alternatively, the receiver may include: a mobile single antenna which sequentially moves to a position corresponding to each transmission antenna of the array transmission antenna under the control of the controller; A waveguide for transmitting the terahertz wave sequentially received by the mobile type single antenna to an empty space and outputting the terahertz wave to one hole; A single detector for detecting the change of the terahertz wave at each position output from the one hole of the waveguide and outputting each electric signal; And an image processing apparatus for processing the electrical signals output from the single detector to generate a video signal for analyzing a characteristic of the sample at a corresponding position.
또는, 상기 배열 송신 안테나의 각각의 안테나는 상기 시료로 테라헤르츠파를 출사함과 동시에 상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 수신하는 송수신 안테나로서 기능하며, 상기 수신기는, 각각의 상기 송수신 안테나에 의해 수신된 각각의 테라헤르츠파에서 노이즈를 제거하는 신호 조절기; 상기 신호 조절기가 출력하는 각각의 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력하는 단일 검출기; 및 상기 배열 검출기에서 출력하는 상기 각각의 전기적 신호를 처리하여 상기 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성하는 영상처리장치를 포함할 수 있다.Alternatively, each of the antennas of the array transmission antennas functions as a transmission / reception antenna that emits a terahertz wave to the sample and receives a terahertz wave reflected from the sample, A signal conditioner for removing noise from each of the received terahertz waves; A single detector for detecting a change of each of the terahertz waves output by the signal conditioner and outputting each electric signal; And an image processing unit for processing the electrical signals output from the array detector and generating a video signal for analyzing a characteristic of the sample at a corresponding position.
상기 파워 분배기로 입사되는 상기 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠 신호원은, 진공 내에서 열음극 또는 냉음극에 의해 발생되는 전자빔을 이용하는 진공전자소자(Vacuum Electronic Device), 양자폭포 레이저(Quantum Cascade Laser)등을 적용하여, 상기 테라헤르츠파를 발생할 수 있다.The terahertz signal source for generating the terahertz wave incident on the power distributor may include a vacuum electronic device using an electron beam generated by a hot cathode or a cold cathode in vacuum, a quantum cascade laser, Or the like, to generate the terahertz wave.
상기 검출기는 포토 다이오드 검출기, 초전효과(Pyroelectric) 검출기, 또는 마이크로볼로미터(Microbolometer) 검출기 등일 수 있다.The detector may be a photodiode detector, a pyroelectric detector, or a microbolometer detector.
본 발명에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 실시간 검출 및 영상 장치에 따르면, 고출력 신호원에서 발생된 고출력 테라헤르츠파를 파워 분배기를 통하여 신호의 세기가 배열 송신 안테나로 분배되어 방사되도록 하고, 시료를 통과한 신호 또는 시료에서 반사된 신호는 배열 수신 안테나에 집속되어 배열 검출기를 통해 시료 내의 특정 물체를 검출하여 영상화 할 수 있도록 함으로써, 대면적 시료를 실시간으로 측정하기 위해 필요한 신호원의 수를 감소시켜 저비용으로 검출 및 영상장치를 구성할 수 있고, 주파수 체배기를 사용하여 동시에 다양한 주파수를 갖는 신호를 이용해서 해상도와 신호들 간의 간섭 효과를 감소시킬 수 있다.According to the present invention, the high-power terahertz signal source based real-time detection and imaging apparatus for high-power terahertz signal source according to the present invention distributes the high-power terahertz waves generated from the high output signal source to the array transmission antennas through the power divider , A signal passing through the sample or a signal reflected from the sample is focused on the array receiving antenna so that a specific object in the sample can be detected and imaged through the array detector to measure the number of signal sources necessary for real- It is possible to construct a detection and image device at a low cost by using a frequency multiplier and reduce interference effects between resolution and signals using signals having various frequencies at the same time.
도 1은 기존의 단일 송수신기로 구성된 테라헤르츠파 기반 검출 및 영상장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 투과형 실시간 검출 및 영상 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 투과형 실시간 검출 및 영상 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 투과형 실시간 검출 및 영상 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 투과형 실시간 검출 및 영상 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 반사형 실시간 검출 및 영상 장치를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a diagram for explaining a terahertz wave-based detection and imaging apparatus composed of a conventional single transceiver.
2 is a view for explaining a high-power terahertz signal source based transmission type real-time detection and imaging apparatus for nondestructive inspection according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a high-power terahertz signal source-based transmission type real-time detection and imaging apparatus for nondestructive inspection according to another embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a high-power terahertz signal source based transmission type real-time detection and imaging apparatus for nondestructive inspection according to another embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a high-power terahertz signal source based transmission type real-time detection and imaging apparatus for nondestructive inspection according to another embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a high-power terahertz signal source based reflection type real-time detection and imaging apparatus for nondestructive inspection according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.
본 발명에 따른 테라헤르츠 신호 기반의 시료의 비파괴 검사 방법에서는, 송신기측에서, 진공전자소자 형태의 테라헤르츠파 신호원에서 발생된 테라헤르츠파가 파워 분배기로 입사되고, 파워 분배기에서 일측 입사구로 입사된 테라헤르츠파로부터 배열 구조의 테라헤르츠파를 발생시켜 각각의 테라헤르츠파를 각각의 출사구로 분배하여 출력하며, 상기 파워 분배기에서 출력되는 상기 배열 구조의 테라헤르츠파에 대응된 안테나들을 포함하는 배열 송신 안테나를 이용하여 상기 배열 테라헤르츠파 각각을 시료로 출사한다. 이에 따라, 수신기 측에서는 상기 시료를 통과하거나 상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출할 수 있도록 하였다.In a non-destructive inspection method of a sample based on a terahertz signal according to the present invention, a terahertz wave generated from a terahertz wave signal source in the form of a vacuum electronic device is incident on a power distributor at a transmitter side, A plurality of antennas corresponding to the terahertz waves of the array structure output from the power divider and outputting the divided terahertz waves to the respective output ports; And each of the array THz waves is output as a sample using a transmission antenna. Thus, the receiver side can detect the THz waves passing through the sample or reflected from the sample.
이하, 도 2 ~ 도 5를 참조하여, 투과형 실시간 검출 및 영상 장치를 통해 수신기가 배열 수신 안테나 또는 이동형 단일 안테나를 이용하여 시료를 통과한 테라헤르츠파를 검출하여 시료 특성 분석을 위해 영상화하는 기술을 설명하고, 도 6을 참조하여 반사형 실시간 검출 및 영상 장치를 통해 수신기가 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출하여 시료 특성 분석을 위해 영상화하는 기술을 설명한다. 여기서, 배열(array) 송수신 안테나는 도면과 같이 주기적으로 1차원 배열된 안테나들인 것을 중심으로 설명하지만, 이에 한정되지 않으며 경우에 따라 2차원으로 주기적으로 배열된 안테나들일 수도 있음을 밝혀 둔다.Hereinafter, referring to FIG. 2 to FIG. 5, a receiver detects a terahertz wave transmitted through a sample using an array receiving antenna or a mobile single antenna through a transmission type real-time detection and imaging apparatus, Referring to FIG. 6, a description will be given of a technique of detecting a terahertz wave reflected from a sample through a reflection type real-time detection and imaging apparatus and imaging the same for sample characteristic analysis. Here, the array transmission and reception antennas are mainly described as antennas periodically arranged one-dimensionally as shown in the figure, but it is not limited thereto, and it is noted that the antennas may be periodically arrayed in two dimensions in some cases.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 투과형 실시간 검출 및 영상 장치를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a high-power terahertz signal source based transmission type real-time detection and imaging apparatus for nondestructive inspection according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 비파괴 검사 장치(100)는, 송신기측에 신호원 전원과 테라헤르츠파 신호원 이외에, 파워 분배기(110), 배열 송신 안테나(120)를 포함하며, 수신기측에 배열 수신 안테나(130), 배열 검출기(140), 및 영상 처리장치(150)를 포함한다.2, a
테라헤르츠파 신호원은, 신호원 전원의 전원 공급에 따라 동작하며, 진공 내에서 열음극 또는 냉음극에 의해 발생되는 전자빔을 이용하는 진공전자소자(Vacuum Electronic Device)(예, 클리노트론 소자, 마그네트론 소자 등), 양자폭포 레이저(Quantum Cascade Laser) 등을 적용하여, 테라헤르츠파를 발생할 수 있으며, 파워 분배기(110)로 발생한 테라헤르츠파를 제공한다.The terahertz wave signal source operates in accordance with the power supply of the signal source power source and is a vacuum electronic device using an electron beam generated by a hot cathode or a cold cathode in vacuum (e.g., a cleatron element, a magnetron element Etc.), a quantum cascade laser, and the like to generate a terahertz wave and provide a terahertz wave generated by the
파워 분배기(110)는 일측 입사구로 입사된 테라헤르츠파로부터 배열 구조의 테라헤르츠파를 발생시켜 각각의 테라헤르츠파를 각각의 출사구로 분배하여 출력하는 형태이다. 파워 분배기(110)는 금속 공동 공진기, 또는 광결정 공진기 등을 이용한 형태일 수 있다.The
배열 송신 안테나(120)는 파워 분배기(110)에서 출력되는 배열 테라헤르츠파에 대응된 안테나들을 포함한다. The
배열 송신 안테나(120)에서 출사되어 시료를 통과하는 테라헤르츠파를 검출하기 위한 수신기측에서, 배열 수신 안테나(130)는 배열 송신 안테나(120)에 대응된 안테나들을 포함하며 각각의 안테나가 시료를 통과하는 테라헤르츠파를 수신한다.At the receiver side for detecting the terahertz wave emitted from the
배열 검출기(140)는 배열 수신 안테나(130)에 대응된 각각의 검출기를 포함하며, 각각의 검출기가 배열 수신 안테나(130)에서 각각의 안테나가 수신한 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력한다. 배열 검출기(140)의 각각의 검출기는 포토 다이오드 검출기, 초전효과(Pyroelectric) 검출기, 또는 마이크로볼로미터(Microbolometer) 검출기 등일 수 있다.The array detector 140 includes respective detectors corresponding to the array receive antennas 130 and each detector detects a change in the terahertz wave received by each antenna at the array receive antenna 130 to provide a respective electrical And outputs a signal. Each detector of the array detector 140 may be a photodiode detector, a pyroelectric detector, or a microbolometer detector.
영상 처리장치(150)는 배열 검출기(140)에서 출력하는 각각의 전기적 신호를 처리하여 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성하며, LCD 등 디스플레이 장치를 통해서 해당 영상을 디스플레이 할 수 있다.The
시료는 식품, 제약, 폭발물 등 비파괴 검사가 필요한 다양한 분야의 물체일 수 있으며, 사용자는 영상 처리장치(150)의 디스플레이 장치를 통해서 제공되는 영상을 통해 시료의 위치에 따른 물체의 특성을 파악할 수 있게 된다. 위와 같은 영상 신호에 따른 해당 시료에 대한 디스플레이 장치의 영상에 따라, 특성 파악이 불명확하거나 잡음이 많은 경우 등에 사용자는 테라헤르츠 신호원의 소정 조절장치를 통해 수동으로 파워 분배기(110)로 제공되는 테라헤르츠파의 주파수를 가변시킬 수도 있고, 또는 위와 같은 영상 처리장치(150)의 영상 신호를 분석하는 제어장치의 제어를 받아 깨끗한 영상이 나오도록 테라헤르츠 신호원이 자동으로 파워 분배기(110)로 제공되는 테라헤르츠파의 주파수를 가변하도록 제어하게 할 수도 있다. The sample may be an object in various fields requiring nondestructive inspection such as foods, pharmaceuticals, explosives, etc. The user can grasp the characteristics of the object according to the position of the sample through the image provided through the display device of the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 투과형 실시간 검출 및 영상 장치(200)를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a high-power terahertz signal source based transmission type real-time detection and
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비파괴 검사 장치(200)는, 송신기측에 신호원 전원과 테라헤르츠파 신호원 이외에, 파워 분배기(210), 배열 송신 안테나(220), 주파수 체배기(Frequency Multiplier)(221)를 포함하며, 수신기측에 배열 수신 안테나(230), 배열 검출기(240), 및 영상 처리장치(250)를 포함한다.3, a
여기서, 도 3의 비파괴 검사 장치(200)의 신호원 전원, 테라헤르츠파 신호원, 파워 분배기(210), 배열 송신 안테나(220), 배열 수신 안테나(230), 배열 검출기(240), 및 영상 처리장치(250)의 동작은, 도 2의 신호원 전원, 테라헤르츠파 신호원, 파워 분배기(110), 배열 송신 안테나(120), 배열 수신 안테나(130), 배열 검출기(140), 및 영상 처리장치(150)의 동작과 유사하다.Here, the signal source power source, the terahertz wave signal source, the
다만, 여기서는 주파수 체배기(221)가 배열 송신 안테나(220) 중 하나 이상의 일부 송신 안테나 앞에 설치된다. 이와 같은 주파수 체배기(221)와 해당 송신 안테나가 연결된 구조와 주파수 체배기(221)가 없이 해당 송신 안테나만 있는 구조가 교번되어 배치될 수 있다. 주파수 체배기(221)와 해당 송신 안테나가 연결된 구조에서는, 주파수 체배기(221)가 파워 분배기(210)에서 출력되는 배열 테라헤르츠파 중 해당 위치의 테라헤르츠파의 주파수를 목적에 따라 소정의 배수만큼 체배하여 해당 송신 안테나로 출력하며, 이에 따라 그에 연결된 송신 안테나가 체배된 테라헤르츠파를 시료로 출사할 수 있다. However, in this case, the
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 투과형 실시간 검출 및 영상 장치(300)를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a high-power terahertz signal source based transmission type real-time detection and
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사 장치(300)는, 송신기측에 신호원 전원과 테라헤르츠파 신호원 이외에, 파워 분배기(310), 배열 송신 안테나(320), 수신기측에 이동형 단일 안테나(330), 도파관(331), 단일 검출기(340) 및 영상 처리장치(250)를 포함한다.4, a
여기서, 도 4의 비파괴 검사 장치(300)의 신호원 전원, 테라헤르츠파 신호원, 파워 분배기(310), 배열 송신 안테나(320), 배열 수신 안테나(330), 영상 처리장치(350)의 동작은, 도 2의 신호원 전원, 테라헤르츠파 신호원, 파워 분배기(110), 배열 송신 안테나(120), 배열 수신 안테나(130), 영상 처리장치(150)의 동작과 유사하다.Here, the operations of the signal source power source, the terahertz wave signal source, the
다만, 여기서 수신측에 이동형 단일 안테나(330), 도파관(331), 단일 검출기(340)가 포함된 구성이 도 2와 다른 점이다.Here, the configuration in which the mobile single antenna 330, the
즉, 이동형 단일 안테나(330)는 소정의 제어장치의 제어에 따라 배열 송신 안테나(320)의 각 송신안테나 대응된 위치로 순차 움직일 수 있다.That is, the mobile single antenna 330 can be sequentially moved to a position corresponding to each transmission antenna of the array transmission antenna 320 under the control of a predetermined control device.
이에 따라 도파관(331)은, 이동형 단일 안테나(330)가 순차로 수신하는 테라헤르츠파를, 속이 비어 있는 공간으로 전달하여 단일 검출기(340)쪽 일측 구멍으로 출력한다.Accordingly, the
단일 검출기(340)는 도파관(331)의 일측 구멍에서 출력되는 각 위치의 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력할 수 있다. 단일 검출기(340)는 배열 검출기(140)의 각각의 검출기와 같이, 포토 다이오드 검출기, 초전효과(Pyroelectric) 검출기, 또는 마이크로볼로미터(Microbolometer) 검출기 등으로 이루어질 수 있다. The
영상 처리장치(150)는 단일 검출기(340)에서 출력하는 각각의 전기적 신호를 처리하여 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성할 수 있다.The
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 투과형 실시간 검출 및 영상 장치(400)를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a high-power terahertz signal source based transmission type real-time detection and
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사 장치(400)는, 송신기측에 신호원 전원과 테라헤르츠파 신호원 이외에, 파워 분배기(410), 배열 송신 안테나(420), 주파수 체배기(Frequency Multiplier)(421)를 포함하며, 수신기측에 이동형 단일 안테나(430), 도파관(431), 단일 검출기(440) 및 영상 처리장치(450)를 포함한다.5, a
여기서, 도 5의 비파괴 검사 장치(400)의 신호원 전원, 테라헤르츠파 신호원, 파워 분배기(410), 배열 송신 안테나(420), 이동형 단일 안테나(430), 도파관(431), 단일 검출기(440) 및 영상 처리장치(450)의 동작은, 도 4의 신호원 전원, 테라헤르츠파 신호원, 파워 분배기(310), 배열 송신 안테나(320), 이동형 단일 안테나(330), 도파관(331), 단일 검출기(340) 및 영상 처리장치(350)의 동작과 유사하다.Here, a signal source power source, a terahertz wave signal source, a
다만, 여기서는 도 3과 유사하게 주파수 체배기(421)가 배열 송신 안테나(420) 중 하나 이상의 일부 송신 안테나 앞에 설치된다. 이와 같은 주파수 체배기(421)와 해당 송신 안테나가 연결된 구조와 주파수 체배기(421)가 없이 해당 송신 안테나만 있는 구조가 교번되어 배치될 수 있다. 주파수 체배기(421)와 해당 송신 안테나가 연결된 구조에서는, 주파수 체배기(421)가 파워 분배기(410)에서 출력되는 배열 테라헤르츠파 중 해당 위치의 테라헤르츠파의 주파수를 목적에 따라 소정의 배수만큼 체배하여 해당 송신 안테나로 출력하며, 이에 따라 그에 연결된 송신 안테나가 체배된 테라헤르츠파를 시료로 출사할 수 있다. 주파수 체배기(421)는 금속 공동 공진기, 또는 광결정 공진기 등 진공전자소자 형태일 수 있다.3, a
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 반사형 실시간 검출 및 영상 장치(500)를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a high-power terahertz signal source based reflection type real-time detection and
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비파괴 검사 장치(500)는, 송신기측에 신호원 전원과 테라헤르츠파 신호원 이외에, 파워 분배기(510), 배열 송수신 안테나(520), 수신기측에 신호 조절기(530), 단일 검출기(540) 및 영상 처리장치(550)를 포함한다.6, a
여기서, 도 6의 비파괴 검사 장치(500)의 신호원 전원, 테라헤르츠파 신호원, 파워 분배기(510), 단일 검출기(540) 및 영상 처리장치(550)의 동작은, 도 5의 신호원 전원, 테라헤르츠파 신호원, 파워 분배기(410), 단일 검출기(440) 및 영상 처리장치(450)의 동작과 유사하다.The operation of the signal source power source, the terahertz wave signal source, the
다만, 위와 같은 배열 송신 안테나(420 등)와 달리 반사형의 목적에 따라, 배열 송수신 안테나(520)가 파워 분배기(510)에서 출력되는 배열 테라헤르츠파에 대응된 안테나들을 포함하며, 이와 같은 안테나들은 시료로 테라헤르츠파를 출사함과 동시에 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 수신하는 송수신 안테나로서 기능한다. 시료로 테라헤르츠파를 출사하기 위하여 주파수 체배기(Frequency Multiplier)를 거쳐 일부 안테나에서 테라헤르츠파가 출사되도록 할 수도 있다.However, unlike the above-described
이와 같은 배열 송수신 안테나(520)가 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 수신할 때, 신호 조절기(530)는 배열 송수신 안테나(520)의 각각의 송수신 안테나에 의해 수신된 각각의 테라헤르츠파에서 저주파 노이즈 등 잡음을 제거하여 출력할 수 있다.When such an
단일 검출기(540)는 신호 조절기(530)가 출력하는 각 위치에 따른 각각의 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력할 수 있다. 단일 검출기(540)는 배열 검출기(140)의 각각의 검출기와 같이, 포토 다이오드 검출기, 초전효과(Pyroelectric) 검출기, 또는 마이크로볼로미터(Microbolometer) 검출기 등으로 이루어질 수 있다.The
영상 처리장치(550)는 단일 검출기(540)에서 출력하는 각각의 전기적 신호를 처리하여 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성하며, LCD 등 디스플레이 장치를 통해서 해당 영상을 디스플레이 할 수 있다.The
이와 같은 본 발명에 따른 비파괴 검사를 위한 고출력 테라헤르츠 신호원 기반 실시간 검출 및 영상 장치(100~500)에 따라, 고출력 신호원에서 발생된 고출력 테라헤르츠파를 파워 분배기를 통하여 신호의 세기가 배열 송신 안테나로 분배되어 방사되도록 하고, 시료를 통과한 신호 또는 시료에서 반사된 신호는 배열 수신 안테나에 집속되어 배열 검출기를 통해 시료 내의 특정 물체를 검출하여 영상화 할 수 있도록 함으로써, 대면적 시료를 실시간으로 측정하기 위해 필요한 신호원의 수를 감소시켜 저비용으로 검출 및 영상장치를 구성할 수 있고, 주파수 체배기를 사용하는 경우 동시에 다양한 주파수를 갖는 신호를 이용해서 해상도와 신호들 간의 간섭 효과를 감소시킬 수 있다.According to the high-power terahertz signal source based real-time detection and
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
파워 분배기(110, 210, 310, 410, 510)
배열 송신 안테나(120, 220, 320, 420)
주파수 체배기(221, 421)
배열 수신 안테나(130, 230)
이동형 안테나(330, 430)
도파관(331, 431)
배열 검출기(140, 240)
단일 검출기(340, 440, 540)
영상 처리장치(150, 250, 350, 450, 550)The
The array transmit
The
The array receive
The
The
The array detectors 140 and 240,
The
The
Claims (11)
상기 파워 분배기에서 출력되는 배열 테라헤르츠파에 대응된 안테나들을 포함하는 배열 송신 안테나를 이용하여 상기 배열 테라헤르츠파 각각을 시료로 출사하는 단계; 및
상기 시료를 통과하거나 상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 방법.A terahertz wave generated from a terahertz wave signal source is incident on a power divider, and a terahertz wave having an arrangement structure is generated from a terahertz wave incident on one of the input ports in the power splitter, and each terahertz wave is divided into respective output ports Distributing and outputting the data;
Emitting each of the arrayed terahertz waves to a sample using an array transmission antenna including antennas corresponding to the arrayed terahertz waves output from the power divider; And
Detecting a terahertz wave that passes through the sample or is reflected from the sample
And a non-destructive inspection method.
상기 파워 분배기에서 출력되는 배열 테라헤르츠파에 대응된 안테나들을 포함하는 배열 송신 안테나; 및
상기 배열 송신 안테나에서 출사되어 시료를 통과하거나 상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출하기 위한 수신기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.A power divider for generating a terahertz wave of an arrangement structure from the terahertz waves incident on one incident entrance and distributing each terahertz wave to each output port;
An array transmitting antenna including antennas corresponding to the array THz waves output from the power splitter; And
A receiver for detecting a terahertz wave emitted from the array transmitting antenna and passed through the sample or reflected from the sample,
Wherein the non-destructive inspection apparatus comprises:
상기 배열 송신 안테나 중 하나 이상의 일부 송신 안테나 앞에는 상기 배열 테라헤르츠파 중 해당 테라헤르츠파의 주파수를 체배하여 해당 송신 안테나로 출력하기 위한 주파수 체배기가 포함된 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.3. The method of claim 2,
Wherein a part of at least one of the plurality of arrayed transmission antennas includes a frequency multiplier for multiplying the frequency of the corresponding terahertz wave among the arrayed terahertz waves and outputting the multiplied frequency to a corresponding transmission antenna.
상기 주파수 체배기와 해당 송신 안테나의 구조와 상기 주파수 체배기가 없이 해당 송신 안테나만 있는 구조가 교번되어 배치된 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.The method of claim 3,
Wherein the structure of the frequency doubler and the corresponding transmission antenna and the structure having only the transmission antenna without the frequency doubler are alternately arranged.
상기 파워 분배기는, 금속 공동 공진기, 또는 광결정 공진기를 이용한 형태인 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the power divider is of a type using a metal cavity resonator or a photonic crystal resonator.
상기 수신기는,
상기 배열 송신 안테나에 대응된 안테나들을 포함하는 배열 수신 안테나;
상기 배열 수신 안테나에 대응되어 각각의 안테나가 수신한 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력하는 배열 검출기; 및
상기 배열 검출기에서 출력하는 상기 각각의 전기적 신호를 처리하여 상기 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성하는 영상처리장치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.The method according to claim 2 or 3,
The receiver includes:
An array receive antenna including antennas corresponding to the array transmit antennas;
An array detector for detecting a change in the terahertz wave received by each of the antennas and outputting an electrical signal corresponding to the array antenna; And
And an image processor for processing the electrical signals output from the array detector and generating a video signal for analyzing a characteristic of the sample at the corresponding position,
Wherein the non-destructive inspection apparatus comprises:
상기 영상 신호에 따른 해당 시료에 대한 디스플레이 장치의 영상에 따라, 테라헤르츠파 신호원은 사용자의 조작에 따라 수동으로 또는 제어장치의 제어에 따라 자동으로 상기 파워 분배기로 입사되는 상기 테라헤르츠파의 주파수를 가변시키는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.The method according to claim 6,
The terahertz wave signal source is automatically switched according to the operation of the user or in accordance with the control of the control device so that the frequency of the terahertz wave incident on the power distributor is automatically changed according to the image of the display device for the sample according to the video signal. Of the nondestructive inspection apparatus.
상기 수신기는,
제어장치의 제어에 따라 상기 배열 송신 안테나의 각 송신안테나에 대응된 위치로 순차 움직이는 이동형 단일 안테나;
상기 이동형 단일 안테나가 순차로 수신하는 테라헤르츠파를 속이 비어 있는 공간으로 전달하여 일측 구멍으로 출력하는 도파관;
상기 도파관의 상기 일측 구멍에서 출력되는 각 위치의 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력하는 단일 검출기; 및
상기 단일 검출기에서 출력하는 상기 각각의 전기적 신호를 처리하여 상기 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성하는 영상처리장치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.The method according to claim 2 or 3,
The receiver includes:
A mobile single antenna which sequentially moves to a position corresponding to each transmission antenna of the array transmission antenna under control of a control device;
A waveguide for transmitting the terahertz wave sequentially received by the mobile type single antenna to an empty space and outputting the terahertz wave to one hole;
A single detector for detecting the change of the terahertz wave at each position output from the one hole of the waveguide and outputting each electric signal; And
An image processor for processing the electrical signals output from the single detector and generating a video signal for analyzing a characteristic of the sample at a corresponding position,
Wherein the non-destructive inspection apparatus comprises:
상기 배열 송신 안테나의 각각의 안테나는 상기 시료로 테라헤르츠파를 출사함과 동시에 상기 시료에서 반사되는 테라헤르츠파를 수신하는 송수신 안테나로서 기능하며,
상기 수신기는,
각각의 상기 송수신 안테나에 의해 수신된 각각의 테라헤르츠파에서 노이즈를 제거하는 신호 조절기;
상기 신호 조절기가 출력하는 각각의 테라헤르츠파의 변화를 검출하여 각각의 전기적 신호를 출력하는 단일 검출기; 및
상기 배열 검출기에서 출력하는 상기 각각의 전기적 신호를 처리하여 상기 시료의 해당 위치에 대한 특성 분석용 영상 신호를 생성하는 영상처리장치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.The method according to claim 2 or 3,
Each of the antennas of the array transmitting antenna functions as a transmitting and receiving antenna for emitting a terahertz wave to the sample and for receiving a terahertz wave reflected from the sample,
The receiver includes:
A signal conditioner for removing noise from each of the terahertz waves received by each of the transceiving antennas;
A single detector for detecting a change of each of the terahertz waves output by the signal conditioner and outputting each electric signal; And
And an image processor for processing the electrical signals output from the array detector and generating a video signal for analyzing a characteristic of the sample at the corresponding position,
Wherein the non-destructive inspection apparatus comprises:
상기 파워 분배기로 입사되는 상기 테라헤르츠파를 발생하는 테라헤르츠파 신호원은, 진공 내에서 열음극 또는 냉음극에 의해 발생되는 전자빔을 이용하는 진공전자소자(Vacuum Electronic Device), 또는 양자폭포 레이저(Quantum Cascade Laser)를 적용하여, 상기 테라헤르츠파를 발생하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.The method according to claim 2 or 3,
The terahertz wave signal source for generating the terahertz wave incident on the power distributor may be a vacuum electronic device using an electron beam generated by a hot or cold cathode in a vacuum or a quantum cascade laser Laser is applied to generate the terahertz wave.
상기 검출기는 포토 다이오드 검출기, 초전효과(Pyroelectric) 검출기, 또는 마이크로볼로미터(Microbolometer) 검출기인 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the detector is a photodiode detector, a pyroelectric detector, or a microbolometer detector.
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| KR1020120133458A KR101420226B1 (en) | 2012-11-23 | 2012-11-23 | Terahertz Real-time Detection and Imaging System for Nondestructive Testing Based on High Power Terahertz Radiation Source |
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