KR101557647B1

KR101557647B1 - 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈

Info

Publication number: KR101557647B1
Application number: KR1020140093068A
Authority: KR
Inventors: 고재준; 김영권
Original assignee: 주식회사 에프티랩
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2015-10-19

Abstract

본 발명의 실시예들은 스마트 폰과 연결될 수 있는 실리콘 핀 다이오드 어레이를 이용한 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈은, 전자장치의 외부 기기 접속용 단자에 접속되어 상기 전자장치로부터 전원을 공급받는 접속부와, 상기 접속부의 전원을 바이어스 전원으로 사용하는 하나 이상의 실리콘 핀 다이오드를 포함하며, 측정 대상의 측정값에 따른 전압 펄스 신호를 생성하여 출력하는 실리콘 핀 다이오드 어레이와, 상기 실리콘 핀 다이오드 어레이로부터 입력되는 상기 전압 펄스 신호를 상기 전자장치에서의 분석을 위한 신호 파형으로 성형 및 증폭하여 증폭된 전압 펄스 신호를 출력하는 전치 증폭부와, 상기 전치 증폭부로부터 입력되는 증폭된 전압 펄스 신호를 사전 설정된 기준의 이득 값에 따른 선형적인 전압 증폭 기능을 수행하여 선형적인 전압 증폭이 이루어진 전압 펄스 신호를 상기 접속부에 출력하는 전압 증폭부와, 상기 실리콘 핀 다이오드 어레이, 전치 증폭부, 전압 증폭부를 내측에 수용하는 상태로 상기 접속부가 결합되고, 일부 영역에 전자파의 차폐를 위한 제1 차폐영역이 형성되는 동시에 상기 제1 차폐영역을 제외한 나머지 영역은 방사선의 차폐를 위한 제2 차폐영역을 형성하는 하우징을 포함할 수 있다.

Description

복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈{Low power sensor module}

본 발명의 실시예들은 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈에 관한 것으로서, 예컨대, 스마트 폰과 연결될 수 있는 실리콘 핀 다이오드 어레이를 이용한 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈에 관한 것이다.

최근 일본 후쿠시마 원전 사고 이후 방사선의 위험성에 대한 관심이 높아지고 있다. 감마선, 엑스선, 중성자선과 같은 고에너지의 방사선은 인체에 유해한 영향을 미칠 뿐만 아니라 각종 전자기기의 기반이 되는 반도체 소자에 입사되는 경우에 전자 전공쌍 생성에 의한 래치업(Latchup), 전극의 번아웃(Burnout)과 같은 현상을 일으켜 전자기기에 영구적인 손상을 입힐 수가 있다.

방사선 검출기의 검출 방식으로는 크게 전리작용 방식, 여기작용 방식, 화학작용 방식, 감광작용 방식 및 결함유발 방식으로 구분할 수 있다. 일반적으로 사용되는 휴대용 감마선 검출기(Gamma rays detector)는 반도체 센서를 이용한 반도체 검출기와 가이거 뮐러 계수관(Geiger Muler tube)을 이용한 가이거 뮐러(GM) 계수기로 나뉜다.

반도체 센서를 사용하는 반도체 검출기의 제품 수명은 가이거 뮐러 계수기 에 비하여 길다. 이는 반도체 센서가 가이거 뮐러 계수관에 비해 긴 수명을 갖는 것에 기인한다. 하지만,

이하의 짧은 시간 동안 발생하는 감마선 신호를 검출해야하는 반도체 검출기의 성격상, PN접합으로 구성되어 있는 반도체 센서의 정전 용량(electrostatic capacity)은 감마선 검출 감도를 저하시키는 원인이 되는 동시에 가이거 뮐러 계수기에 비해 감마선 검출 감도가 떨어지는 원인이 되고 있다. 따라서 반도체 검출기의 감도를 증가시키기 위한 방법으로 반도체 센서의 센싱 면적을 증가시켜 검출 면적을 함께 증가시킬 수 있다.

하지만, 반도체 센서의 센싱 면적이 증가할수록 정전 용량도 함께 증가하게 된다. 정전 용량이 증가하면 방사능 센싱 시 인입되는 노이즈도 함께 증가하게 되며 증가된 노이즈로 인해 반도체 검출기의 감도는 떨어지게 된다. 따라서 방사선 물질에서 발생하는 감마선을 고감도로 센싱할 수 있는 센서 모듈에 대한 기술 개발이 필요하다.

또한, 감마선 측정 시 주변의 노이즈를 감쇠하며 방사선 물질에서 발생하는 감마선을 지향적으로 측정할 수 있는 센서 모듈에 대한 기술 개발이 필요하다.

한편, 일상 생활에 전자파를 이용하는 기기의 사용 빈도가 높아져감에 따라 일반 대중 및 작업자들이 다양한 전자파 소스들에 노출되는 현상이 빈번히 발생하고 있다.

현재로서는 이러한 기기로부터 발생하는 전자파가 인체에 미치는 영향에 대한 연관성이 역학연구뿐 아니라 동물실험을 통해 명확하게 밝혀지지 않았으나 2011년 6월 세계보건기구(WHO) 산하 연구기관인 국제암연구소(IARC)는 휴대전화 사용과 뇌종양 발생 관련성에 대한 역학조사 결과를 근거로 휴대전화에서 발생하는 전자파를 암 유발 물질 2B등급으로 분류하였다. 최근 개인의 전자파의 노출 레벨 및 노출원에 대한 관심이 증가하고 있으며, 역학연구나 정부의 정책 수립을 위해 순간 노출 레벨뿐만 아니라 개인의 노출 패턴(개인의 직업, 신분, 생활 방식에 의존할 수 있는 시간 및 장소에 따른 노출 주파수와 누적 레벨)이 중요한 자료로 인식되고 있다. 따라서 전자파를 방출하는 환경에서 사용자가 전자파의 노출 정도를 고감도로 센싱할 수 있는 센서 모듈에 대한 기술 개발이 필요하다.

한국 등록특허 제10-0111550호(1996.08.21.공고), “광반응성 어레이 회로” 한국 등록특허 제10-0641369호(2006.11.02.공고), “휴대용 감마 베타 방사선 측정장치”

본 발명의 실시 예는 저전력을 공급받는 동작 조건에서 정상적인 측정 동작을 수행할 수 있는 형태로 이루어져, 스마트폰으로부터 저전력을 공급받아 정상적인 측정 동작을 수행할 수 있는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈을 제공한다.

또한 본 발명의 실시 예는 방사선 및 전자파의 측정이 가능하며 이렇게 측정 가능한 방사선 및 전자파 중 사용자가 1회 측정을 기준으로 어느 하나를 선택하여 측정하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈을 제공한다.

또한 본 발명의 실시 예는 측정 가능한 방사선 및 전자파 중 선택된 어느 하나의 측정 시 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈은, 전자장치의 외부 기기 접속용 단자에 접속되어 상기 전자장치로부터 전원을 공급받는 접속부와, 상기 접속부의 전원을 바이어스 전원으로 사용하는 하나 이상의 실리콘 핀 다이오드를 포함하며, 측정 대상의 측정값에 따른 전압 펄스 신호를 생성하여 출력하는 실리콘 핀 다이오드 어레이와, 상기 실리콘 핀 다이오드 어레이로부터 입력되는 상기 전압 펄스 신호를 상기 전자장치에서의 분석을 위한 신호 파형으로 성형 및 증폭하여 증폭된 전압 펄스 신호를 출력하는 전치 증폭부와, 상기 전치 증폭부로부터 입력되는 증폭된 전압 펄스 신호를 사전 설정된 기준의 이득 값에 따른 선형적인 전압 증폭 기능을 수행하여 선형적인 전압 증폭이 이루어진 전압 펄스 신호를 상기 접속부에 출력하는 전압 증폭부와, 상기 실리콘 핀 다이오드 어레이, 전치 증폭부, 전압 증폭부를 내측에 수용하는 상태로 상기 접속부가 결합되고, 일부 영역에 전자파의 차폐를 위한 제1 차폐영역이 형성되는 동시에 상기 제1 차폐영역을 제외한 나머지 영역은 방사선의 차폐를 위한 제2 차폐영역을 형성하는 하우징을 포함할 수 있다.

또한 상기 하우징은 상기 제1 차폐영역을 탈착 가능한 형태로 구비하는 것일 수 있다.

또한 상기 하우징은 상기 제1 차폐영역을 금속 소재의 메쉬(mesh) 형태로 구비하는 것일 수 있다.

또한 상기 하우징은 상기 제2 차폐영역이 납(Pb)을 포함하여 형성되는 것일 수 있다.

또한 상기 하우징은 상기 실리콘 핀 다이오드 어레이, 전치 증폭부, 전압 증폭부를 내측에 수용하는 상태로 상기 접속부가 결합되는 제1 하우징과, 상기 제1 하우징에 탈착 가능하게 결합되는 동시에 상기 제1 차폐영역이 형성되는 제2 하우징을 포함할 수 있다.

또한 상기 제1 하우징은 상기 접속부가 결합되는 쪽과 반대되는 쪽에 결합용 나선관이 형성되고, 상기 제2 하우징은 상기 나선관에 나사 결합되는 것일 수 있다.

또한 상기 실리콘 핀 다이오드 어레이는 상기 접속부로부터 인가되는 바이어스 전원을 통해 전자 정공 쌍을 수집하며, 상기 전자 정공 쌍으로 인한 전류 값의 변화가 상기 전치 증폭부 및 전압 증폭부를 거쳐 증폭된 전압 펄스 신호로써 상기 접속부를 통해 상기 전자장치에 입력되어 상기 전자장치에서의 계측을 통해 방사선 세기가 측정되게 하는 직접 전리 방식이 사용되는 것일 수 있다.

또한 상기 접속부는 상기 전자장치의 음성 입출력 단자에 접속되며, 상기 실리콘 핀 다이오드 어레이는 상기 전자장치의 음성 입출력에 사용되는 전원을 상기 접속부를 통해 인가받아 바이어스 전원으로 사용하는 것일 수 있다.

또한 상기 하우징은 상기 실리콘 핀 다이오드가 복수로써 직렬 배열된 것을 기준으로 실리콘 핀 다이오드의 직렬 배열 방향과 동일한 방향으로 길게 형성된 원형 또는 다각형의 관 형태일 수 있다.

또한 상기 실리콘 핀 다이오드 어레이의 상기 실리콘 핀 다이오드는 복수로써 직렬 배열되는 것일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 스마트 폰에 구비된 이어폰 잭 및 충전 잭 중 하나와 연결되는 접속부를 통해 저전력을 공급받은 상태에서 정상적인 측정 동작을 수행할 수 있고, 또한 이러한 정상적인 측정 동작을 통해 방사선 및 전자파 중 사용자가 1회 측정을 기준으로 어느 하나를 선택하여 측정할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 센서 모듈의 내재 정전용량을 감소시킬 수 있는 실리콘 핀 다이오드 어레이를 이용한 회로 구조를 통해 방사선 및 전자파 중 사용자가 1회 측정을 기준으로 선택하는 어느 하나에 대한 측정 시 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈의 구성을 개념적으로 보인 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈의 도 1과 다른 종류의 측정 대상을 측정 시의 상태를 보인 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈의 구체적인 형상을 예시한 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈의 도 3과 다른 구체적인 형상을 예시한 도면
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈이 스마트폰과 연계되어 사용되는 상태를 예시한 사시도

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명에서 전자 장치는 임의의 장치일 수 있으며, 전자 장치는 휴대 단말, 이동 단말, 통신 단말, 휴대용 통신 단말, 휴대용 이동 단말, 스마트 폰 등으로 칭할 수 있다. 예컨대, 전자 장치는 스마트폰, 휴대폰, 게임기, TV, 디스플레이 장치, 차량용 헤드 유닛, 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿(Tablet) 컴퓨터, PMP(Personal Media Player), PDA(Personal Digital Assistants) 등일 수 있다. 전자 장치는 무선 통신 기능을 갖는 포켓 사이즈의 휴대용 통신 단말로서 구현될 수 있다. 또한, 전자 장치는 플렉서블 장치 또는 플렉서블 디스플레이 장치일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈은 스마트 폰과 같은 전자 장치와 서로 연결되고, 사용자가 위치한 환경에서 사용자가 방사선 및 전자파 중 하나를 선택적으로 측정할 수 있다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈은 실리콘 핀 다이오드 어레이를 이용하며, 실리콘 핀 다이오드 어레이의 외부에서 인가되는 바이어스 전원에 의해 전자 정공 쌍을 수집한다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈은 외부 회로에 흐르는 전류 값의 측정을 통해 감마선 세기를 측정하는 직접 전리 방식을 사용한다. 예컨대, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈은 실리콘 핀 다이오드 어레이를 통해 직접 방사선을 받고 발생하는 전자 정공 쌍으로 인한 전류 값의 변화를 측정할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈에 대하여 설명키로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈의 구성을 개념적으로 보인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈(100: 이하 “저전력 센서모듈”이라 약칭함)은 접속부(110), 실리콘 핀 다이오드 어레이(120), 전치 증폭부(130), 전압 증폭부(140), 하우징(150)을 포함하여 구성된다. 그리고 하우징(150)은 제1 차폐영역(160) 및 제2 차폐영역(170)을 포함하여 구성된다.

접속부(110)는 전자장치의 외부 기기 접속용 단자에 접속되어 전자장치로부터 전원을 공급받는다. 그리고 본 실시 예는 전자장치가 스마트폰인 것을 예로 한 것이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전자장치는 접속부(110)와의 전기적 접속 및 이를 통해 접속부(110)에 전원을 공급할 수 있는 조건을 만족하는 범위 내에서 다양한 전자장치가 모두 포함되는 개념이다. 일 예로, 전자장치에는 테블릿 PC 등이 포함될 수 있다.

이하의 설명에서 전자장치가 스마트폰인 것을 예로 설명한다.

접속부(110)는 스마트폰의 음성 입출력 단자에 접속되며, 따라서 접속부(110)에는 스마트폰의 음성 입출력에 사용되는 전원이 공급된다. 다시 말해, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)에는 스마트폰의 음성 입출력에 사용되는 전원이 바이어스 전원으로써 인가된다.

실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 하나 이상의 실리콘 핀 다이오드를 포함하여 형성되는 것으로서, 이러한 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)에는 상술한 것처럼 접속부(110)를 통해 스마트폰의 음성 입출력에 사용되는 전원이 바이어스 전원으로 인가된다. 이에 따라, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 측정 대상의 측정 값에 따른 전압 펄스 신호를 생성하여 출력한다. 다시 말해, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 전자파 및 방사선 중 어느 하나에 대한 측정 값에 따른 전압 펄스 신호를 생성 후 생성된 전압 펄스 신호를 전치 증폭부(130)에 출력한다.

본 실시 예를 기준으로 부연 설명하면, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 복수의 실리콘 핀 다이오드가 직렬 배열되어 형성된다.

그리고 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 접속부(110)로부터 인가되는 바이어스 전원을 통해 전자 정공 쌍을 수집하며, 이러한 전자 정공 쌍으로 인한 전류 값의 변화가 전치 증폭부(130) 및 전압 증폭부(140)를 거쳐 증폭된 전압 펄스 신호로써 접속부(110)를 통해 스마트폰에 입력되어 스마트폰에서의 계측을 통해 방사선 세기가 측정되게 하는 직접 전리 방식이 사용된다. 다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 저전력 센서모듈(100)은 직접 전리 방식을 통해 방사선 및 전자파에 대한 측정 작용을 한다.

실리콘 핀 다이오드 어레이(120)에 대해 부연 설명하면, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 그 정전용량이 직렬 배열된 복수 개의 실리콘 핀 광 다이오드들(미도시)의 개수만큼 반비례하여 감소한다. 즉, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)의 정전용량(Capacity)과 직렬 배열된 복수 개의 실리콘 핀 다이오드들은 다음과 같은 산술식으로 정의될 수 있다.

그리고 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 감마선 등과 같은 방사선 또는 전자파 측정 시 직렬 배열된 복수 개의 실리콘 핀 다이오드들의 최종 출력단에서 출력되는 전하 펄스(Charge Pulse) 형태의 출력 신호를 입력 받을 수 있다.

그 후, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 입력 받은 전하 펄스를 전압 펄스(Voltage Pulse)로 전환하고 증폭할 수 있다.

그 후, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 전치 증폭부(130)의 입력 신호로 전압 펄스 신호를 최종 출력할 수 있다.

또한, 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)는 전류 감응형 전치 증폭기(Charge Sensitive Preamplifier), RC 피드백전치 증폭기(RC Feedback Preamplifier), 펄스 광 리셋 전치 증폭기(Pulsed Optical Reset Preamplifier), 트랜지스터 리셋 전치 증폭기(Transistor Reset Preamplifier) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

전치 증폭부(130)는 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)로부터 입력되는 전압 펄스 신호를 스마트폰에서의 분석을 위한 신호 파형으로 성형 및 증폭하고, 이렇게 증폭된 전압 펄스 신호를 전압 증폭부(140)에 출력한다.

전치 증폭부(130)에 대해 부연 설명하면, 전치 증폭부(130)는 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)로부터 입력되는 전압 펄스의 입력 전하에 비례하는 전압 펄스 신호의 파형을 얻기 위하여 전하 감응형 전치 증폭기(미도시)를 포함할 수 있다.

또한, 전치 증폭부(130)는 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)로부터 입력되는 전압 펄스의 입력 전하를 포집하기 위해 RC 피드백 전치 증폭기(RC Feedback Preamplifier), 펄스 광 리셋 전치 증폭기(Pulsed Optical Reset Preamplifier), 및 트랜지스터 전치 증폭기(Transistor Reset Preamplifier) 중 어느 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 전치 증폭부(130)는 전치 증폭부(130)의 기능을 보조하기 위한 보조 회로로서 적어도 하나의 증폭 루프(Amplifying Loop)회로, 파형 성형 회로, 가변 감쇄기(Variable Attenuator), 펄스 중첩(Pulse Pile Up)을 방지하는 기능과 폴 제로 보상(Pole-Zero Cancellation) 회로 및 베이스라인 리스토어러(Baseline Restorer) 회로 중 적어도 하나의 회로를 더 포함하여 구성될 수 있다.

전압 증폭부(140)는 전치 증폭부(130)로부터 입력되는 증폭된 전압 펄스 신호를 사전 설정된 기준의 이득 값에 따른 선형적인 전압 증폭 기능을 수행하여 선형적인 전압 증폭이 이루어진 전압 펄스 신호를 접속부(110)에 출력한다. 다시 말해, 전압 증폭부(140)는 선형적인 전압 증폭이 이루어진 전압 펄스 신호를 접속부(110)를 통해 스마트폰에 출력한다.

전압 증폭부(140)에 대해 부연 설명하면, 전압 증폭부(140)는 전치 증폭부(130)로부터 입력 받은 증폭된 전압 펄스 신호의 빠른 상승시간과 느린 하강시간의 신호의 파형 정형을 수행하고, 신호 대 잡음비(S/N비)를 개선시키기 위한 선형적인 전압 증폭 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 전압 증폭부(140)는 전치 증폭부(130)로부터 입력 받은 증폭된 전압 펄스 신호의 파형 중 서로 중첩되는 파형들이 있거나 날카로운 엣지를 갖는 파형들을 대상으로 파형 정형(Pulse Shaping)을 수행할 수 있다.

그 후, 전압 증폭부(140)는 선형적인 전압 증폭이 수행된 전압 펄스 신호를 스마트폰과 같은 전자 장치와 연결된 접속부(110)의 입력 신호로 출력할 수 있다.

하우징(150)은 실리콘 핀 다이오드 어레이(120), 전치 증폭부(130), 전압 증폭부(140)를 내측에 수용하는 상태로 접속부(110)가 결합된다. 그리고 하우징(150)은 전체 영역 중 일부 영역에 전자파의 차폐를 위한 제1 차폐영역(160)이 형성되며, 또한 하우징(150)은 제1 차폐영역(160)을 제외한 나머지 영역에 방사선의 차폐를 위한 제2 차폐영역(170)이 형성된다.

그리고 제1 차폐영역(160)은 하우징(150)에 탈착 가능한 형태로 결합되는 것일 수 있다.

제1 차폐영역(160)이 하우징(150)에 탈착 가능하게 결합되는 일 예로써 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈의 구체적인 형상을 예시한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 하우징(250)은 제1 하우징(251) 및 제2 하우징(252)을 포함하여 구성될 수 있다.

제1 하우징(251)은 실리콘 핀 다이오드 어레이(120), 전치 증폭부(130), 전압 증폭부(140)를 내측에 수용하는 상태로 접속부(110)를 결합시키며, 이러한 제1 하우징(251)의 내면 전체 영역에 제2 차폐영역(미도시)이 형성된다.

제2 하우징(252)은 제1 하우징(251)에 탈착 가능하게 결합되는 동시에 제1 차폐영역(260)이 형성된다.

그리고 제1 하우징(251)과 제2 하우징(252)의 탈착 가능한 결합 구성을 본 실시 예를 기준으로 설명하면, 제1 하우징(251)은 접속부(210)가 결합되는 쪽과 반대되는 쪽에 결합용 나선관(251a)이 형성되고, 제2 하우징(252)은 제1 하우징(251)의 결합용 나선관(251a)에 나사 결합된다.

한편, 본 실시 예에서는 제1 차폐영역(260)이 제2 하우징(252)에 형성되어 하우징(250)의 본체에 해당하는 제1 하우징(251)으로부터 탈착되는 형태를 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 차폐영역(260)은 하우징(250)으로부터 탈착 가능하게 결합되는 동시에 결합된 하우징(250)의 내부 공간에 대해 전자파의 차폐 기능을 제공할 수 있는 조건을 만족하는 범위 내에서 다양한 형태로 실시될 수 있다.

다시 도 1로 돌아가서 설명하며, 도 1에 도시되진 않았지만, 제1 차폐영역은 전자파 차폐가 가능한 금속 소재의 메쉬(mesh) 형태로 이루어져 하우징에 탈착 가능하게 설치되는 것일 수 있다.

그리고 하우징(150)은 제2 차폐영역(170)이 납(Pb)을 포함하여 형성되는 것일 수 있다.

하우징(150)의 이러한 구성에 의해서, 저전력 센서모듈(100)은 제1 차폐영역(160)이 하우징(150)에 결합된 상태에서는 방사선에 대한 측정 기능을 한다. 다시 말해, 하우징(150)의 제2 차폐영역(170)은 납을 포함하는 형태이므로, 제2 차폐영역(170)이 있는 하우징(150)의 부위를 통해서는 하우징(150) 내로 방사선이 유입되지 못하고, 따라서 제1 차폐영역(160)을 통해서만 하우징(150) 내로 방사선이 유입된다.

그리고 이렇게 제1 차폐영역(160)을 통해 유입되는 방사선은 직렬 배열된 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)와 반응하면서 전자 정공 쌍을 형성시키게 되는 것이므로, 저전력 센서모듈(100)은 방사선 측정 시 지향성을 가지게 되는 것이다. 또한 하우징(150)이 실리콘 핀 다이오드의 직렬 배열 방향과 동일한 방향으로 길게 형성된 원형 또는 다각형의 관 형태이므로, 방사선 측정 시 지향성의 기능은 더욱 커지게 된다.

또한 저전력 센서모듈(100)은 제1 차폐영역(160)이 하우징(150)으로부터 분리된 상태에서는 전자파에 대한 측정 기능을 하며, 도 2는 이를 도시한 것으로서, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈의 도 1과 다른 종류의 측정 대상인 전자파 측정 시의 상태를 보인 구성도이다.

즉, 도 1과 같이 제1 차폐영역(160)이 하우징(150)에 결합된 상태에서는 하우징(150) 내부 전체가 전자파로부터 차폐되는 것이므로, 저전력 센서모듈(100)이 전자파 측정 기능을 가지지 못한다. 하지만, 도 2와 같이 제1 차폐영역(160)을 하우징(150)으로부터 분리하면, 하우징(150)의 제1 차폐영역(160)이 있던 영역이 개방된 상태가 되고, 따라서 이렇게 하우징(150)의 개방된 영역을 통해 하우징(150) 내로 외부의 전자파가 유입된다.

그리고 이렇게 하우징(150)의 개방된 영역을 통해 유입되는 전자파는 직렬 배열된 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)와 반응하면서 전자 정공 쌍을 형성시키게 되는 것이므로, 저전력 센서모듈(100)은 전자파 측정 시 지향성을 가지게 된다. 또한 하우징(150)이 실리콘 핀 다이오드의 직렬 배열 방향과 동일한 방향으로 길게 형성된 원형 또는 다각형의 관 형태이므로, 방사선 측정 시 지향성의 기능은 더욱 커지게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈의 구체적인 형상을 예시한 사시도로서, 저전력 센서모듈(100)의 하우징(150)은 원형의 관 형태로 이루어져, 이러한 하우징(150)의 내측에 실리콘 핀 다이오드 어레이(120), 전치 증폭부(130), 전압 증폭부(140)가 내장된다. 또한 하우징(150)에 결합되는 접속부(110)는 이어폰 잭의 형태로 이루어지며, 이에 따라 접속부(110)는 스마트폰이나 테블릿 PC 등의 음성 입출력 단자에 접속되어 실리콘 핀 다이오드 어레이(120)에 대한 바이어스 전원을 공급받게 된다. 그리고 하우징(150)의 접속부(110)와 반대되는 쪽에 제1 차폐영역(160)이 구비되며, 하우징(150)의 내면에 제2 차폐영역(170)이 형성된다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈이 스마트폰과 연계되어 사용되는 상태를 예시한 사시도이다.

이를 참조하여, 접속부(110)를 통해 전압 증폭부(140)의 전압 펄스 신호를 수신한 스마트폰(300)이 방사선 또는 전자파에 대한 계측 기능을 하는 것에 대해 설명한다.

스마프폰(300)의 제어부(미도시)는 접속부로부터 선형적인 전압 증폭이 수행된 전압 펄스 신호를 입력받고, 입력받은 선형적인 전압 증폭이 수행된 전압 펄스 신호를 대상으로 구비된 아날로그 디지털 컨버터(미도시)의 동작을 제어하여 디지털(Digital) 신호로 변환할 수 있다.

그 후, 스마프폰(300)의 제어부는 디지털(Digital) 신호로 변환된 신호를 크기 별로 분류하여 구비된 저장부(미도시)에 저장할 수 있다.

그 후, 스마프폰(300)의 제어부는 저장부에 저장된 신호를 구비된 표시부(310)를 통해 사용자가 인지할 수 있도록 그래프, 텍스트 및 도형 중 적어도 하나로 표시할 수 있다.

또한, 스마트폰(300)의 제어부는 저전력 센서 모듈(100)의 접속부로부터 선형적인 전압 증폭이 수행된 전압 펄스 신호를 입력되면, 측정 동작이 수행 중임을 사용자가 인지할 수 있도록 저장부에 미리 저장된 소리를 구비된 스피커를 통해 출력할 수 있다. 예컨대, 스마트폰(300)에 구비된 스피커(미도시)를 통해 출력되는 소리는 스마트폰(300)의 제어부가 입력받은 선형적인 전압 증폭이 수행된 전압 펄스 신호를 디지털(Digital) 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(미도시)의 동작의 주기와 동일한 간격을 갖는 일정음을 출력할 수 있다.

상술한 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시 예들을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈은, 저전력을 공급받는 동작 조건에서 정상적인 측정 동작을 수행할 수 있는 형태로 이루어져, 스마트폰으로부터 저전력을 공급받아 정상적인 측정 동작을 수행할 수 있다.

또한 방사선 및 전자파의 측정이 가능하며 이렇게 측정 가능한 방사선 및 전자파 중 사용자가 1회 측정을 기준으로 어느 하나를 선택하여 측정할 수 있게 한다.

또한 측정 가능한 방사선 및 전자파 중 선택된 어느 하나의 측정 시 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있게 한다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 저전력 센서모듈
110,210 : 접속부
120 : 실리콘 핀 다이오드 어레이
130 : 전치 증폭부
140 : 전압 증폭부
150,250 : 하우징
160,260 : 제1 차폐영역
170 : 제2 차폐영역
251 : 제1 하우징
251a : 나선관
252 : 제2 하우징
252a : 나선부
300 : 스마트폰
310 : 표시부
320 : 이어잭

Claims

전자장치의 외부 기기 접속용 단자에 접속되어 상기 전자장치로부터 전원을 공급받는 접속부;
상기 접속부의 전원을 바이어스 전원으로 사용하는 하나 이상의 실리콘 핀 다이오드를 포함하며, 측정 대상의 측정값에 따른 전압 펄스 신호를 생성하여 출력하는 실리콘 핀 다이오드 어레이;
상기 실리콘 핀 다이오드 어레이로부터 입력되는 상기 전압 펄스 신호를 상기 전자장치에서의 분석을 위한 신호 파형으로 성형 및 증폭하여 증폭된 전압 펄스 신호를 출력하는 전치 증폭부;
상기 전치 증폭부로부터 입력되는 증폭된 전압 펄스 신호를 사전 설정된 기준의 이득 값에 따른 선형적인 전압 증폭 기능을 수행하여 선형적인 전압 증폭이 이루어진 전압 펄스 신호를 상기 접속부에 출력하는 전압 증폭부;
상기 실리콘 핀 다이오드 어레이, 전치 증폭부, 전압 증폭부를 내측에 수용하는 상태로 상기 접속부가 결합되고, 일부 영역에 전자파의 차폐를 위한 제1 차폐영역이 형성되는 동시에 상기 제1 차폐영역을 제외한 나머지 영역은 방사선의 차폐를 위한 제2 차폐영역을 형성하는 하우징을 포함하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 상기 제1 차폐영역을 탈착 가능한 형태로 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 상기 제1 차폐영역을 금속 소재의 메쉬(mesh) 형태로 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 상기 제2 차폐영역이 납(Pb)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징은
상기 실리콘 핀 다이오드 어레이, 전치 증폭부, 전압 증폭부를 내측에 수용하는 상태로 상기 접속부가 결합되는 제1 하우징;
상기 제1 하우징에 탈착 가능하게 결합되는 동시에 상기 제1 차폐영역이 형성되는 제2 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 하우징은 상기 접속부가 결합되는 쪽과 반대되는 쪽에 결합용 나선관이 형성되고,
상기 제2 하우징은 상기 나선관에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 핀 다이오드 어레이는 상기 접속부로부터 인가되는 바이어스 전원을 통해 전자 정공 쌍을 수집하며, 상기 전자 정공 쌍으로 인한 전류 값의 변화가 상기 전치 증폭부 및 전압 증폭부를 거쳐 증폭된 전압 펄스 신호로써 상기 접속부를 통해 상기 전자장치에 입력되어 상기 전자장치에서의 계측을 통해 방사선 세기가 측정되게 하는 직접 전리 방식이 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 접속부는 상기 전자장치의 음성 입출력 단자에 접속되며,
상기 실리콘 핀 다이오드 어레이는 상기 전자장치의 음성 입출력에 사용되는 전원을 상기 접속부를 통해 인가받아 바이어스 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 상기 실리콘 핀 다이오드가 복수로써 직렬 배열된 것을 기준으로 실리콘 핀 다이오드의 직렬 배열 방향과 동일한 방향으로 길게 형성된 원형 또는 다각형의 관 형태인 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 핀 다이오드 어레이의 상기 실리콘 핀 다이오드는 복수로써 직렬 배열되는 것을 특징으로 하는 복합 탐지 기능의 저전력 센서모듈.