KR101660454B1 - 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 형태는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치로서, 전자파 신호를 생성하여 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호의 분산값인 대상물 반사 신호 분산값을 분석하여 위험성 액체 물질 여부를 판단하는 액체 인화물 탐지부; 사용자가 데이터 입력이나 명령을 인가하기 위한 인터페이스부; 및 상기 액체 인화물 탐지부에서 위험성 액체 물질을 탐지한 경우, 탐지 결과를 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 알려주는 알람부;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치 및 동작 방법에 관한 것으로, 검색 대상물을 별도로 분리하지 않고 이동하는 상태에서 위험성 액체물질의 검색이 가능한 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치 및 동작 방법에 관한 것이다.
세계는 점차 정보통신과 교통수단의 발달로 인해 시공간적으로 국가 간의 장벽이 없어져가고 인적, 지식, 정보교류가 지속적으로 증대되고 있으며, 그 중에서도 항공 운송은 불과 100여년 남짓이라는 짧은 역사에도 불구하고 신속성과 안정성으로 놀라운 발전을 거듭하여 세계를 하나의 생활권으로 묶어주는 무역 및 사회적 교류의 도구로써 경제에 매머드 산업으로 자리매김하고 있다.
많은 노력에도 불구하고 날로 지능화되고 교묘해지는 테러수법과 테러위해물품에 적절히 대응해 나가기 어려워 X-ray장비와 폭발물 탐지기 등의 장비와 인력을 이용한 전통적 보안검색 기법의 효율성에 대해 의문이 제기되고 있는 실정이다.
보안을 위한 승객의 불편과 공항당국 및 항공사의 부담을 무한정 가중시킬 수 없는 것이 현실이고, 한정된 보안자원을 이용해 선량한 승객에 대한 보안검색 노력을 줄이고 보다 위험 가능성이 높은 승객과 수하물에 역량을 집중시킴으로써 보안검색을 위한 대기시간을 단축시키는 등의 효율적인 보안강화의 필요성이 대두되고 있는 상황에서 항공보안 검색장비 분야에 대한 기술 개발 요구는 날로 증대되고 있는 상황이다.
항공보안 검색장비는 주로 항공기 또는 보호구역으로 들어가는 사람 또는 물품에 위해물질이 포함, 반입되는 지와 의도적으로 은닉되어 반입되는지를 탑승객 신체 또는 휴대품통과시 위해 요소와 물품의 위치를 검색요원이 식별하도록 영상, 빛 또는 소리로 표출한다.
이러한 항공보안 검색장비로는 엑스선검색장비, 전신검색장비, 신발검색기, 금속탐지장비, 폭발물탐지장비, 감압시설, 액체검색장비 등이 있다.
이러한 항공보안 검색에서 사용되는 장비들 중 액체검색장비의 검색방식은 접촉식으로 되어있어 PET, 유리, 자기 등의 재질로 된 병의 표면에 센서(Sensor)를 밀착하여 측정하는 방식으로 구현되어 있어서, 검색을 할 때 액체물질이 담긴 병을 가방에서 별도로 인출하여 검색하므로 사생활 침해의 요소가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 액체물질을 검색하기 위해서는 가방속의 액체물질을 인출하여 접촉식으로 검색을 해야함으로 많은 시간이 소요되어 고객 불편을 유발하고 항공사의 업무처리 효율을 저하시키게 된다. 따라서, 가방을 열지 않고도 위험성 액체를 탐지해내는 수단에 대한 요구는 항공 보안 검색 기술분야에서 절실한 실정이다.
본 발명의 기술적 과제는 검색대상물을 별도로 분리하지 않고 이동하는 상태에서 위험성 액체물질의 검색이 가능한 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 별도의 비교 분석없이 위험 액체 물질을 손쉽게 검출할 수 있는 알고리즘을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치로서, 전자파 신호를 생성하여 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호의 분산값인 대상물 반사 신호 분산값을 분석하여 위험성 액체 물질 여부를 판단하는 액체 인화물 탐지부; 사용자가 데이터 입력이나 명령을 인가하기 위한 인터페이스부; 및 상기 액체 인화물 탐지부에서 위험성 액체 물질을 탐지한 경우, 탐지 결과를 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 알려주는 알람부;를 포함할 수 있다.
상기 액체 인화물 탐지부는, 상기 대상물 반사 신호 분산값과 미리 저장된 액체 시료별 반사 신호 분산값을 비교한 후, 액체 탐지 대상물이 위험성 액체 물질인지 여부를 판별할 수 있다.
상기 액체 인화물 탐지부는, 송신 모듈에서 생성한 전자파 신호를 액체 탐지 대상물을 향해 조사하는 송신 안테나; 임펄스 신호를 생성하고, 생성된 임펄스 신호를 증폭시킨 후 송신 안테나로 전송하는 송신 모듈; 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사파를 수신하고, 수신된 반사파를 수신 모듈로 전송하는 수신 안테나; 상기 수신 안테나로부터 전송된 반사파를 증폭시켜 신호 처리 모듈로 출력하는 수신 모듈; 상기 수신 모듈로부터 인가받은 반사파의 노이즈를 제거하고, 신호 레벨을 조정한 후 아날로그/디지털 변환기를 통하여 반사파를 디지털 신호로 변환시키는 신호 처리 모듈; 및 상기 송신 안테나를 통해 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사되는 반사 신호의 분산값을 산출하여 대상물 반사 신호 분산값으로 저장하고, 상기 대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호 분산값을 가지는 액체 시료의 종류를 파악하여 위험성 액체 물질 여부를 판별하는 액체 분석 모듈;을 포함할 수 있다.
상기 액체 분석 모듈은, 액체 시료별로 반사 신호 분산값을 저장한 액체 시료 분산값 데이터베이스; 위험 액체 물질의 종류를 등록한 위험 액체 물질 데이터베이스; 및 상기 대상물 반사 신호 분산값과 상기 액체 시료 분산값 데이터베이스에 저장된 액체 시료별 반사 신호 분산값을 비교한 후, 상기 대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호 분산값을 가지는 액체 시료의 종류를 파악하여, 파악한 액체 시료가 위험 액체 물질 데이터베이스에 등록된 위험 액체 물질일 경우 위험성 액체 물질로 판정하는 위험 액체 물질 판별기;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 형태는, 액체 시료별로 전자파 신호를 조사하여 반사되는 반사 신호를 수신하는 과정; 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출하여 액체 시료 분산값 데이터베이스에 저장하는 과정; 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하여, 상기 액체 탐지 대상물에서 반사되는 반사 신호를 수신하는 과정; 상기 액체 탐지 대상물에서 반사되는 반사 신호의 분산값을 산출하여 대상물 반사 신호 분산값으로 저장하는 과정; 상기 대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호의 분산값과 매칭되는 액체 시료의 종류를 상기 액체 시료 분산값 데이터베이스에서 추출하는 과정; 및 상기 추출한 액체 시료가 위험 액체 물질인 경우, 위험 액체 물질임을 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 경고하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 액체 시료에 조사되는 전자파 신호와 상기 액체 탐지 대상물에 조사되는 전자파 신호는 동일 세기 및 동일 형태를 가짐을 특징으로 할 수 있다.
상기 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출하는 것은, 액체 시료별 반사 신호 중에서 미리 설정된 샘플링 개수만큼 동일한 간격으로 샘플링하여 복수의 샘플링 신호를 추출하는 과정; 및 상기 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출하는 것은, 액체 시료의 샘플링 신호 중에서 미리 설정된 임계값을 초과하는 크기를 가지는 샘플링 신호만을 대상으로 분산값을 산출함을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수의 샘플링 신호를 추출하는 과정이 있은 후, 액체 시료별로 샘플링 신호의 평균 전력이 동일하게 되도록, 샘플링 신호를 정규화하는 과정;을 포함하며, 상기 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출하는 것은, 정규화된 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출함을 특징으로 할 수 있다.
상기 정규화는, N은 샘플링 신호의 개수이며, 
는 각 샘플링 신호의 값이며, 
는 샘플링 신호의 평균값이며, 
는 표준 편차라 할 때,
본 발명의 실시 형태에 따르면 전자파를 이용한 비접촉식으로 위험성 액체물질을 검색할 수 있으므로, 사생활침해를 없애고 검색시간을 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 반사 신호의 분산값만을 이용하여 위험 액체 물질을 검출할 수 있게 되어, 위험 액체 물질을 빠르고 정확하게 탐지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치의 기능 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액체인화물 탐지부의 개략적인 구성도.
도 3은 송신신호 및 수신신호의 개략적인 형태를 나타낸 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신 모듈의 구성 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액체 분석 모듈의 구성 블록도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 과정을 도시한 플로차트.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액체 시료별 반사 신호의 샘플링 신호를 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치의 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 톨루엔과 물의 반사 신호의 샘플링 신호를 도시한 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액체인화물 탐지부의 개략적인 구성도.
도 3은 송신신호 및 수신신호의 개략적인 형태를 나타낸 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신 모듈의 구성 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액체 분석 모듈의 구성 블록도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 과정을 도시한 플로차트.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액체 시료별 반사 신호의 샘플링 신호를 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치의 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 톨루엔과 물의 반사 신호의 샘플링 신호를 도시한 그래프.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해서 보다 명확해질 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치의 기능 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액체인화물 탐지부의 개략적인 구성도이며, 도 3은 송신신호 및 수신신호의 개략적인 형태를 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치는 액체 인화물 탐지부(100), 인터페이스부(200), 알람부(300), 바디부(400) 및 제어부(900)를 포함한다.
액체 인화물 탐지부(100)는 전자파 신호를 생성하여 피검사체 즉, 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호를 분석하여 위험성 액체물질 또는 비위험성 액체물질로 판단을 하는 기능을 수행한다. 즉, 전자파 신호를 생성하여 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호의 분산값(이하, '대상물 반사 신호 분산값')을 분석하여 위험성 액체 물질 여부를 판단한다. 이를 위해 액체 인화물 탐지부(100)는 대상물 반사 신호 분산값과 미리 저장된 액체 시료별 반사 신호 분산값을 비교한 후, 액체 탐지 대상물이 위험성 액체 물질인지 여부를 판별하게 된다.
인터페이스부(200)는 사용자가 데이터 입력이나 명령을 인가할 수 있는 신호 입력 수단으로 이용되며, 위험성 액체 물질 탐지 결과를 사용자에게 보여주는 기능을 수행한다.
알람부(300)는 액체 인화물 탐지부(100)에서 위험성 액체 물질을 탐지한 경우, 탐지 결과를 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 운영자에게 알려주는 기능을 수행한다.
바디부(400)는 액체 인화물 탐지부(100), 인터페이스부(200) 및 알람부(300)가 실장되는 공간을 제공한다.
제어부(900)는 액체 인화물 탐지부(100), 인터페이스부(200) 및 알람부(300)의 동작을 제어한다.
도 2를 참조하면, 액체 인화물 탐지부(100)는 송신 안테나(110), 송신 모듈(120), 수신 안테나(130), 수신 모듈(140), 신호 처리 모듈(150), 액체 분석 모듈(160) 및 탐지 제어 모듈(170)을 포함한다.
송신 안테나(110)는 송신 모듈(120)에서 생성한 전자파 신호를 대기 중으로 방사하는 기능을 수행한다. 본 실시예의 경우, 송신 안테나(110)는 송신 모듈(120)에서 생성한 임펄스 신호를 액체 탐지 대상물을 향해 조사하는 기능을 수행한다.
송신 모듈(120)은 임펄스 신호를 생성하고, 생성된 임펄스 신호를 증폭시킨 후 송신 안테나(110)로 전송한다. 이때, 주파수 대역은 200MHz에서 2GHz로 구현한다. 이를 위해 송신 모듈은, 도 4에 도시한 바와 같이 송신 모듈(120)은 임펄스 신호 발생기(121), 펄스 신호 조절기(123) 및 증폭기(125)를 포함한다. 임펄스 신호 발생기(121)는 임펄스 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 펄스 신호 조절기(123)는 임펄스 신호 발생기(121)에서 생성된 임펄스 신호의 펄스폭을 조절하는 기능을 수행한다. 증폭기(125)는 임펄스 신호 발생기(121)에서 생성된 임펄스 신호의 세기를 증폭시키는 기능을 수행한다.
수신 안테나(130)는 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사파를 도 3과 같이 수신하고, 수신된 반사파를 수신 모듈로 전송하는 역할을 수행한다.
수신 모듈(140)은 수신 안테나(130)로부터 전송된 반사파를 증폭시켜 신호 처리 모듈(150)로 출력한다.
신호 처리 모듈(150)은 수신 모듈(140)로부터 인가받은 반사파의 노이즈를 제거하고, 신호 레벨을 조정한 후 아날로그/디지털 변환기를 통하여 반사파를 디지털 신호로 변환하여 액체 분석 모듈(160)로 전송한다.
탐지 제어 모듈(170)은 송신 안테나(110), 송신 모듈(120), 수신 안테나(130), 수신 모듈(140), 신호 처리 모듈(150) 및 액체 분석 모듈(160)의 동작을 제어한다. 그리고, 액체 분석 모듈(160)로부터 위험성 액체 물질의 탐지 결과를 수신하면, 알람부(300)가 동작하도록 알람부 동작 제어 신호를 생성하고, 생성된 알람부 동작 제어 신호를 알람부(300)로 전송한다.
액체 분석 모듈(160)은 송신 안테나(111)를 통해 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사되어 신호 처리 모듈(150)로부터 수신되는 반사 신호의 분산값을 산출하여 대상물 반사 신호 분산값으로 저장하고, 대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호 분산값을 가지는 액체 시료의 종류를 파악하여 위험성 액체 물질 여부를 판별하고, 그 결과를 탐지 제어 모듈(170)로 전송한다.
이를 위해 본 발명의 액체 분석 모듈(160)은, 도 5에 도시한 바와 같이 액체 시료 분산값 데이터베이스(161), 위험 액체 물질 데이터베이스(163), 위험 액체 물질 판별기(165)를 포함할 수 있다.
액체 시료 분산값 데이터베이스(161)는, 액체 시료별로 반사 신호 분산값을 저장한 데이터베이스(DB;DataBase)이다. 액체 시료별로 분산값을 산출하기 위해서는, 반사 신호 중에서 미리 설정된 샘플링 개수만큼 동일한 간격으로 샘플링하여 복수의 샘플링 신호를 추출한 후, 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출한다.
위험 액체 물질 데이터베이스(163)는 위험 액체 물질의 종류를 등록한 데이터베이스이다. 주기적으로 위험 액체 물질의 갱신하여 저장할 수 있다. 참고로 액체 시료 분산값 데이터베이스와 위험 액체 물질 데이터베이스는, 하드디스크 드라이브(Hard Disk Drive), SSD 드라이브(Solid State Drive), 플래시메모리(Flash Memory), CF카드(Compact Flash Card), SD카드(Secure Digital Card), SM카드(Smart Media Card), MMC 카드(Multi-Media Card) 또는 메모리 스틱(Memory Stick) 등 정보의 입출력이 가능한 모듈로서 장치의 내부에 구비되어 있을 수도 있고, 별도의 장치에 구비되어 있을 수도 있다.
위험 액체 물질 판별기(165)는, 대상물 반사 신호 분산값과 액체 시료 분산값 데이터베이스에 저장된 액체 시료별 반사 신호 분산값을 비교한 후, 대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호 분산값을 가지는 액체 시료의 종류를 파악하여, 파악한 액체 시료가 위험 액체 물질 데이터베이스에 등록된 위험 액체 물질일 경우 위험성 액체 물질로 판정한다. 따라서 탐지되는 액체 대상물의 대상물 반사 신호 분산값이 인화성 액체 물질의 반사 신호 분산값과 매칭된다면, 탐지되는 액체 대상물을 위험 액체 물질로 판정한다. 참고로, 탐지되는 액체 대상물의 대상물 반사 신호 분산값이 인화성 액체 물질의 반사 신호 분산값과 매칭된다는 것은 분산값이 100% 완전히 일치한다는 것이 아니라 오차 범위 내의 유사값을 가지면 매칭된다고 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 과정을 도시한 플로차트이다.
우선, 액체 시료별로 전자파 신호를 조사하여 반사되는 반사 신호를 수신하는 과정(S602)을 가진다. 액체 시료는, 다양한 액체 시료가 사용될 수 있는데, 예컨대, 톨루엔, 휘발유, 아세톤, 아세트산, 에탄올, 에틸렌, 니트로, 꿀물, 물 등이 해당될 수 있다.
반사 신호의 수신이 있은 후, 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출하여 액체 시료 분산값 데이터베이스에 저장하는 과정(S604,S606,S608,S610)을 가진다.
액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출함에 있어서, 반사 신호 중에서 미리 설정된 샘플링 개수만큼 동일한 간격으로 샘플링(S604)하여 복수의 샘플링 신호를 추출하는 과정과, 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출하는 과정(S606,S608)을 가진다.
예를 들어, 512개의 샘플링을 할 경우 도 7에 도시한 바와 같이 각 액체 시료별로 512개의 샘플링 신호가 표시될 수 있다. 참고로 도 7에 도시한 액체 신호는, 톨루엔(toluene), 아세톤(acteic), 니트로(nitro), 물(water) 각각에 대한 512개의 샘플링 신호를 나타낸 것이다.
그런데, 공항 등의 검색대에서 액체 인화물을 탐지할 때, 도 8에 도시한 바와 같이 피검사체 이송부(500)는 액체 탐지 대상물을 바디부(400)를 통과하여 이송시키는 기능을 수행한다. 피검사체 이송부(500)는 컨베이어 벨트로 구성되며, 바디부(400)의 내부를 통과하여 설치된다. 이러한 피검사체 이송부(500)에 액체 탐지 대상물이 포함된 가방 등의 피검사체를 올려 놓으면, 피검사체는 일 방향으로 이송하면서 바디부(400)를 통과하게 된다. 송신 안테나(TA)에서 조사되는 신호가 대상물에 반사되어 반사 신호로서 수신 안테나(RA)를 향하게 되는데, 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(TA)를 받치고 있는 바디부(400)에 의해 추가적인 반사신호가 들어오게 된다.
따라서 액체 시료의 반사 신호의 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출함에 있어서, 이러한 필드 현장의 영향으로 인한 반사 신호의 크기 증가를 고려하여 액체 시료의 512개 샘플 신호 중에서 유효하다고 판단되는 샘플 심호를 이용하여 분산값을 산출할 수 있다. 즉, 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출하는 것은, 액체 시료의 샘플링 신호 중에서 미리 설정된 임계값을 초과하는 크기를 가지는 샘플링 신호만을 대상으로 분산값을 산출할 수 있다.
참고로, 각 액체 물질들의 분산값은 평균 값에서 멀어질수록 영향이 커지며, 잡음이라고 생각할 수 있는 아주 작은 값들이 분산에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에, 특정 임계값 이하의 값들은 제거한다. 이때 임계값은 수신 신호의 표준편차를 이용한다. 물은 큰 반사신호 이후에 대부분의 신호가 감쇄되어 히스토그램의 폭이 좁게 형성되고 있으며, 톨루엔은 물에 비하여 넓은 히스토그램을 나타낸다. 분산의 경우 평균에서 먼 샘플일수록 가중치의 차이에 민감하기 때문에, 특정 임계값 이하의 샘플을 제거하는 것이다.
나아가, 각 시료마다 반사되는 양이 다르고 동일한 시료라고 해도 송신 전력이 흔들릴 수 있기 때문에 상대적 비교를 통하여 수신 신호의 평균 전력이 동일하게 되도록 정규화(S606)한다.
이를 위하여, 복수의 샘플링 신호를 추출하는 과정이 있은 후, 액체 시료별로 샘플링 신호의 평균 전력이 동일하게 되도록, 샘플링 신호를 정규화하는 과정(S606)을 가진다. 따라서 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출하는 것은, 정규화된 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출(S608)하여 산출한 분산값을 액체 시료 분산값 데이터베이스에 저장(S610)한다.
참고로, 각 샘플링 신호의 정규화 값을 구하는 식을 하기의 [수학식 1]에 기재하였다.
[수학식 1]
여기서, N은 샘플링 신호의 개수이며, 
는 각 샘플링 신호의 값이며, 
는 샘플링 신호의 평균값이며, 
는 표준 편차이다. 참고로, 톨루엔(toluene)과 물(water)의 반사 신호의 정규화 그래프를 도 9에 도시하였다.
각 샘플링 신호의 정규화를 수행한 후에는, 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출하는 과정을 가진다. 분산값의 산출식을 하기의 [수학식 2]에 기재하였다.
[수학식 2]
여기서, N은 샘플링 신호의 개수이며, 
는 각 샘플링 신호의 값이며, 
는 샘플링 신호의 평균값이다.
각 액체 시료의 분산값의 예를 하기의 [표 1]에 기재하였다.
|
|
톨루엔 |
휘발유 |
아세톤 |
아세트산 |
에탄올 |
에틸렌 |
니트로 |
꿀물 |
물 |
| 분산 |
770.57 |
736.46 |
764.57 |
497.84 |
522.96 |
454.70 |
477.393 |
397.78 |
406.85 |
참고로, 이러한 분산값은 시료 샘플에 대한 분산값 산출시에 조사되는 전자파 신호의 크기에 따라서 달라질 수 있기 때문에, 액체 시료에 조사되는 전자파 신호와 액체 탐지 대상물에 조사되는 전자파 신호는 동일한 세기와 동일한 신호 형태를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출한 후, 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하여, 액체 탐지 대상물에서 반사되는 반사 신호를 수신하는 과정(S612)을 가진다.
그리고, 액체 탐지 대상물에서 반사되는 반사 신호의 분산값을 산출하여 대상물 반사 신호 분산값으로 저장(S614)한다.
대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호의 분산값과 매칭되는 액체 시료의 종류를 액체 시료 분산값 데이터베이스에서 추출하여 파악(S616)한다. 그리고, 추출한 액체 시료가 위험 액체 물질인지 판단(S618)하여, 추출한 액체 시료가 위험 액체 물질인 경우, 위험 액체 물질임을 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 경고하는 과정(S620)을 가진다. 즉, 탐지되는 액체 대상물의 대상물 반사 신호 분산값이 인화성 액체 물질의 반사 신호 분산값과 매칭된다면, 탐지되는 액체 대상물을 위험 액체 물질로 판정하고 알람 경고를 발생한다.
참고로, 탐지되는 액체 대상물의 대상물 반사 신호 분산값이 인화성 액체 물질의 반사 신호 분산값과 매칭된다는 것은 분산값이 100% 완전히 일치한다는 것이 아니라 오차 범위 내의 유사값을 가지면 매칭된다고 판정할 수 있다. 예를 들어, 오차 범위가 ±2%라고 할 때, 액체 탐지 대상물에서 반사되는 반사 신호의 분산값이 '731'인 경우, 상기의 [표 1]의 테이블에서 휘발유의 경우 반사 신호의 분산값이 736.46'을 가지기 때문에, 액체 탐지 대상물에서 반사되는 반사 신호의 분산값이 '731'은 휘발유의 반사 신호의 분산값의 오차 범위 내에 있기 때문에, 액체 탐지 대상물이 휘발유로 판정되어 위험 액체 물질로서 알람 경고 발생된다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100 : 액체인화물 탐지부
200 : 인터페이스부
300 : 알람부
400 : 바디부
500 : 피검사체 이송부
900 : 제어부
200 : 인터페이스부
300 : 알람부
400 : 바디부
500 : 피검사체 이송부
900 : 제어부
Claims (10)
- 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치로서,
전자파 신호를 생성하여 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호의 분산값인 대상물 반사 신호 분산값을 분석하여 위험성 액체 물질 여부를 판단하는 액체 인화물 탐지부;
사용자가 데이터 입력이나 명령을 인가하기 위한 인터페이스부; 및
상기 액체 인화물 탐지부에서 위험성 액체 물질을 탐지한 경우, 탐지 결과를 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 알려주는 알람부;를 포함하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 액체 인화물 탐지부는,
상기 대상물 반사 신호 분산값과 미리 저장된 액체 시료별 반사 신호 분산값을 비교한 후, 액체 탐지 대상물이 위험성 액체 물질인지 여부를 판별하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 액체 인화물 탐지부는,
송신 모듈에서 생성한 전자파 신호를 액체 탐지 대상물을 향해 조사하는 송신 안테나;
임펄스 신호를 생성하고, 생성된 임펄스 신호를 증폭시킨 후 송신 안테나로 전송하는 송신 모듈;
액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사파를 수신하고, 수신된 반사파를 수신 모듈로 전송하는 수신 안테나;
상기 수신 안테나로부터 전송된 반사파를 증폭시켜 신호 처리 모듈로 출력하는 수신 모듈;
상기 수신 모듈로부터 인가받은 반사파의 노이즈를 제거하고, 신호 레벨을 조정한 후 아날로그/디지털 변환기를 통하여 반사파를 디지털 신호로 변환시키는 신호 처리 모듈; 및
상기 송신 안테나를 통해 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사되는 반사 신호의 분산값을 산출하여 대상물 반사 신호 분산값으로 저장하고, 상기 대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호 분산값을 가지는 액체 시료의 종류를 파악하여 위험성 액체 물질 여부를 판별하는 액체 분석 모듈;
을 포함하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 액체 분석 모듈은,
액체 시료별로 반사 신호 분산값을 저장한 액체 시료 분산값 데이터베이스;
위험 액체 물질의 종류를 등록한 위험 액체 물질 데이터베이스; 및
상기 대상물 반사 신호 분산값과 상기 액체 시료 분산값 데이터베이스에 저장된 액체 시료별 반사 신호 분산값을 비교한 후, 상기 대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호 분산값을 가지는 액체 시료의 종류를 파악하여, 파악한 액체 시료가 위험 액체 물질 데이터베이스에 등록된 위험 액체 물질일 경우 위험성 액체 물질로 판정하는 위험 액체 물질 판별기;
를 포함하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치.
- 액체 시료별로 전자파 신호를 조사하여 반사되는 반사 신호를 수신하는 과정;
액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출하여 액체 시료 분산값 데이터베이스에 저장하는 과정;
액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하여, 상기 액체 탐지 대상물에서 반사되는 반사 신호를 수신하는 과정;
상기 액체 탐지 대상물에서 반사되는 반사 신호의 분산값을 산출하여 대상물 반사 신호 분산값으로 저장하는 과정;
상기 대상물 반사 신호 분산값과 매칭되는 반사 신호의 분산값과 매칭되는 액체 시료의 종류를 상기 액체 시료 분산값 데이터베이스에서 추출하는 과정; 및
상기 추출한 액체 시료가 위험 액체 물질인 경우, 위험 액체 물질임을 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 경고하는 과정;
을 포함하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 액체 시료에 조사되는 전자파 신호와 상기 액체 탐지 대상물에 조사되는 전자파 신호는 동일 세기 및 동일 형태를 가짐을 특징으로 하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 방법.
- 청구항 5에 있어서, 상기 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출하는 것은,
액체 시료별 반사 신호 중에서 미리 설정된 샘플링 개수만큼 동일한 간격으로 샘플링하여 복수의 샘플링 신호를 추출하는 과정; 및
상기 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출하는 과정;
을 포함하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 방법.
- 청구항 7에 있어서, 상기 샘플링 신호에 대한 분산값을 산출하는 것은,
액체 시료의 샘플링 신호 중에서 미리 설정된 임계값을 초과하는 크기를 가지는 샘플링 신호만을 대상으로 분산값을 산출함을 특징으로 하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 방법.
- 청구항 7에 있어서, 상기 복수의 샘플링 신호를 추출하는 과정이 있은 후,
액체 시료별로 샘플링 신호의 평균 전력이 동일하게 되도록, 샘플링 신호를 정규화하는 과정;을 포함하며,
상기 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출하는 것은, 정규화된 액체 시료별 반사 신호의 분산값을 산출함을 특징으로 하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 방법.
- 청구항 9에 있어서, 상기 정규화는,
N은 샘플링 신호의 개수이며,는 각 샘플링 신호의 값이며,
는 샘플링 신호의 평균값이며,
는 표준 편차라 할 때,
에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 방법.
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