KR101720732B1 - 위험성 액체 물질 검색 장치 - Google Patents

위험성 액체 물질 검색 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위험성 액체 물질 검색 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용하여 검색대상물을 별도로 분리하지 않고 이동하는 상태에서 위험성 액체물질의 검색이 가능한 위험성 액체 물질 검색 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치로서, 전자파 신호를 이용하여 액체 인화물을 탐지하는 유닛으로서, 전자파 신호를 흡수하는 재질이 프레임 바디 내부에 구비된 검출 유닛; 및 액체 탐지 대상물이 상기 검출 유닛을 통과하도록 이송시키는 컨베이어 벨트를 구비한 피검사체 이송 유닛;을 포함할 수 있다.

Description

위험성 액체 물질 검색 장치 {Apparatus for detecting dangerous liquid material}
본 발명은 위험성 액체 물질 검색 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용하여 검색대상물을 별도로 분리하지 않고 이동하는 상태에서 위험성 액체물질의 검색이 가능한 위험성 액체 물질 검색 장치에 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, 전자파 스펙트럼 분석을 통하여 유전율, 분산값 등을 이용하여 가방을 열지 않고도 위험성 액체를 탐지해내는 액체 물질 검색 장치가 제시되었다.
이러한 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치에서 내부에서 외부로 방출되는 전자파와, 외부에서 내부로 유입되는 전자파가 차단하기 위해서 안테나로부터 일정한 거리에 철판을 사용하게 된다.
철판을 사용하여 외부에서 유입되는 전자파를 차단하는 이유는 유입되는 전자파가 신호 분석에 교란을 주는 요소가 되어 성능을 저하시키기 때문에 철판을 이용하여 외부의 전자파가 내부로 유입되는 것을 차단한다. 또한 내부에서 외부로 방출되는 신호는 전파법에 규제를 받기 때문에 내부의 전자파가 외부로 유출되는 것을 차단한다.
그런데, 철판을 사용하여 전자파를 차단하는 방식은 액체 물질 검색 장치에서 방사하는 전자파가 철판에 반사되어 선호의 교란이 발생할 수 있어, 신호 분석의 성능을 저하시키는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-0171421호
본 발명의 기술적 과제는 검색대상물을 별도로 분리하지 않고 이동하는 상태에서 위험성 액체물질의 검색이 가능한 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 기술적 과제는 위험성 액체 물질 검색 장치내에서 전자파의 교란에 의한 성능 저하를 방지하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치로서, 전자파 신호를 이용하여 액체 인화물을 탐지하는 유닛으로서, 전자파 신호를 흡수하는 재질이 프레임 바디 내부에 구비된 검출 유닛; 및 액체 탐지 대상물이 상기 검출 유닛을 통과하도록 이송시키는 컨베이어 벨트를 구비한 피검사체 이송 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 검출 유닛은, 상기 컨베이어 벨트를 감싸는 게이트 형태로 마련된 프레임 바디; 상기 프레임 바디의 내부면에 부착되어, 전자파 신호를 생성하여 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호를 분석하여 위험성 액체 물질 여부를 판단하는 액체 인화물 탐지부; 사용자가 데이터 입력이나 명령을 인가하기 위한 인터페이스부; 상기 액체 인화물 탐지부에서 위험성 액체 물질을 탐지한 경우, 탐지 결과를 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 알려주는 알람부; 및 상기 액체 인화물 탐지부가 설치된 영역을 제외한 상기 프레임 바디의 내부면에 부착되어, 액체 인화물을 통해 반사되거나 통과되어 상기 액체 인화물 탐지부의 설치 영역이 아닌 비설치 영역에 도달하는 전자파를 흡수하는 전자파 흡수재;를 포함할 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 신호 처리 모듈로부터 수신한 반사파와 미리 저장된 액체별 반사파의 데이터를 비교한 후, 액체 탐지 대상물이 위험성 액체 물질인지 여부를 판별하는 액체 분석 모듈;을 포함하며, 프레임 바디 내부에 상기 송신 안테나와 수신 안테나가 교번되게 설치될 수 있다.
상기 전자파 흡수재는, 복수의 다각뿔이 배열된 다각뿔 배열 구조를 가질 수 있다.
상기 다각뿔 배열 구조는, 프레임 바디 내부에 동일한 형태를 가지는 다각뿔만 배열된 구조를 가질 수 있다.
상기 다각뿔 배열 구조는, 프레임 바디 내부에 서로 다른 두 가지 형태의 다각뿔이 조합되어 배열된 구조를 가질 수 있다.
상기 다각뿔 배열 구조는, 다각뿔의 최정상 꼭지점부터 다각형 밑변 꼭지점까지의 경사도가 다른 두 종류의 다각뿔이 조합되어 배열된 구조를 가질 수 있다.
상기 다각뿔 배열 구조는, 상기 액체 인화물 탐지부와 미리 설정된 인접 거리 내에 있는 영역을 인접 영역이라 하며, 인접 거리 밖의 영역을 비인접 영역이라 할 때, 상기 인접 영역에 위치하는 다각뿔의 경사도가 상기 비인접 영역에 위치하는 다각뿔의 경사도보다 더 낮은 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 다각뿔 배열 구조는, 상기 액체 인화물 탐지부와 미리 설정된 인접 거리 내에 있는 영역을 인접 영역이라 하며, 인접 거리 밖의 영역을 비인접 영역이라 할 때, 제1전자파 흡수력을 가지는 제1다각뿔이 상기 인접 영역에 배열되며, 상기 제1전자파 흡수력보다 낮은 흡수력을 가지는 제2다각뿔이 상기 비인접 영역에 배열됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 다각뿔 배열 구조는, 제1경사도가 제2경사도보다 낮으며, 제1전자파 흡수력이 제2전자파 흡수력보다 높다고 할 때, 상기 인접 영역에는, 제1경사도와 제1전자파 흡수력을 가지는 제1다각뿔이 배열되며, 상기 비인접 영역에는 제2경사도와 제2전자파 흡수력을 가지는 제2다각뿔이 배열됨을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자파를 이용한 비접촉식으로 위험성 액체물질을 검색할 수 있으므로, 사생활침해를 없애고 검색시간을 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 송수신 안테나를 서로 대향되는 위치에도 설치함으로써 액체물질에 반사되는 신호는 물론 액체물질을 통과하는 신호도 분석함으로써 위험성 액체물질의 탐지확률을 보다 개선시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 전자파 흡수재를 사용함으로써, 위험성 액체 물질 검색 장치내에서 전자파의 교란에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 검출 유닛이 2개의 프레임 바디에 마련된 위험성 액체 물질 검색 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 검출 유닛이 4개의 프레임 바디에 모두 마련된 위험성 액체 물질 검색 장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위험성 액체 물질 검색 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체 인화물 탐지부의 구성 블록도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치의 동작 원리를 나타낸 개념도.
도 6은 상온에서의 액체 인화물 및 액체 비인화물별 유전율 계수를 나타낸 그림.
도 7은 비인화물과 인화물의 반사파 정도의 차이를 도시한 그림.
도 8은 비인화물과 인화물의 반사파의 전자파지연 시간의 차이를 도시한 그림.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 전자파 흡수재가 송신 모듈과 수신 모듈을 제외한 지점에 설치되어 있는 전자파 흡수재를 도시한 그림.
도 10은 발명의 실시예에 따라 전자파 흡수재가 송신 모듈과 수신 모듈을 제외한 지점에 설치되어 있는 전자파 흡수재를 도시한 실제 사진.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 다각뿔의 경사도가 다른 두 가지 예를 도시한 그림.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 인접 영역과 비인접 영역에 서로 다른 다각뿔이 배열된 예를 도시한 그림.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 경사면이 서로 다른 다각뿔에서 전자파의 흡수되는 모습을 도시한 그림.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 검출 유닛이 2개의 프레임 바디에 마련된 위험성 액체 물질 검색 장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 검출 유닛이 4개의 프레임 바디에 모두 마련된 위험성 액체 물질 검색 장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위험성 액체 물질 검색 장치의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체 인화물 탐지부의 구성 블록도이다.
본 발명은 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치로서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 피검사 이송 유닛(20), 및 검출 유닛(100)을 포함한다.
피검사 이송 유닛(20)은, 액체 탐지 대상물이 검출 유닛(100)을 통과하도록 이송시키는 컨베이어 벨트를 구비한다. 피검사 이송 유닛(20)은, 액체 탐지 대상물을 검출 유닛(100)의 프레임 바디(10)을 통과하여 이송시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 피검사 이송 유닛(20)은, 컨베이어 벨트로 구성될 수 있으며 프레임 바디(10) 내부를 통과하여 설치된다. 이러한 피검사 이송 유닛(20)에 액체 탐지 대상물이 포함된 가방 등의 피검사체를 올려 놓으면, 피검사체는 일 방향으로 이송하면서 프레임 바디(10)을 통과하게 된다.
검출 유닛(100)은, 전자파 신호를 이용하여 액체 인화물을 탐지하는 유닛으로서, 액체 인화물 탐지를 위해 방사된 전자파 신호 또는 외부의 간섭된 전자파 신호를 흡수하는 재질을 프레임 바디(10)의 내부에 구비한다.
기존에 철판을 사용하여 전자파를 차단하는 방식은 액체 물질 검색 장치에서 방사하는 전자파가 철판에 반사되어 선호의 교란이 발생할 수 있어, 액체 물질 검색 장체에서 수행하는 신호 분석의 성능을 저하시키는 문제가 있을 수 있다. 이에 본 발명은 검출 유닛(100)의 프레임 바디(10) 내부에 전자파 신호를 흡수하는 재질을 구비하여, 검출 유닛(100) 내부에서 신호 교란을 최소화한다.
검출 유닛(100)은, 도 3에 도시한 바와 같이 프레임 바디(10), 액체 인화물 탐지부(200), 인터페이스부(400), 알람부(300), 및 전자파 흡수재(500)를 포함할 수 있다.
프레임 바디(10)는 액체 인화물 탐지부(200), 인터페이스부(400), 알람부(300), 및 전자파 흡수재(500)가 실장되는 공간을 제공한다.
프레임 바디(10)는 전체적으로 게이트 형태로 형성되며, 컨베이어 벨트를 감싸는 게이트 형태로 마련된다. 프레임 바디(10)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 제1프레임(11), 제2프레임(12), 제3프레임(13), 및 제4프레임(14)을 포함한다. 제1프레임(11)은 전체적으로 장방형으로 길게 형성된 프레임 형태로 형성되고, 제2프레임(12)은 제1프레임(11)과 소정 간격 이격되고 서로 대향되게 설치된다. 제3프레임(13)은 제1프레임(11)과 제2프레임(12)의 상측 단부를 연결하도록 구성되며, 제4프레임(14)은 제3프레임(13)과 서로 대향되게 설치되며 제1프레임(11)과 제2프레임(12)의 하측 단부를 연결하도록 구성된다.
액체 인화물 탐지부(200)의 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)는 각 프레임 바디(10)내에 설치되며, 서로 마주보도록 대향되게 배치되도록 설치된다.
프레임 바디(10) 내부에 송신 안테나와 수신 안테나가 교번되게 설치된다. 예를 들어, 본 실시예의 경우, 도 1에 도시한 바와 같이 제3프레임(13) 내부에 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)가 교번되게 설치되며, 제4프레임(14) 내부에 수신 안테나(RA)와 송신 안테나(TA)가 교번되게 설치된다. 제3프레임(13)에 송신 안테나(TA)가 설치된 위치에 대향되는 제4프레임(14)에는 제3프레임(13)의 송신 안테나(TA)와 마주 볼 수 있도록 수신 안테나(RA)가 설치된다.
이와 같이, 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)를 서로 마주보도록 대향되게 설치하면, 도 5에 도시된 바와 같이 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호 뿐만 아니라 액체 탐지 대상물을 통과한 통과 신호도 분석하여 위험성 액체물질 또는 비위험성 액체물질로 판단할 수 있게 되어 탐지 신뢰도를 개선시킬 수 있게 된다.
이밖에 도 2에 도시한 바와 같이 각 프레임의 내부에 송신 안테나와 수신 안테나가 교번되게 설치될수 있다. 즉, 제1프레임(11) 내부에 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)가 교번되게 설치되며, 제2프레임(12) 내부에 수신 안테나(RA)와 송신 안테나(TA)가 교번되게 설치된다. 이때, 제1프레임(11)과 제2프레임(12)에 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)를 설치할 때, 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)가 서로 마주보도록 대향되게 설치한다. 또한 제3프레임(13) 내부에 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)가 교번되게 설치되며, 제4프레임(14) 내부에 수신 안테나(RA)와 송신 안테나(TA)가 교번되게 설치된다. 이때, 제3프레임(13)과 제4프레임(14)에 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)를 설치할 때, 송신 안테나(TA)와 수신 안테나(RA)가 서로 마주보도록 대향되게 설치한다. 본 실시예의 경우 바디부를 한 개 설치한 것을 예로서 상술하고 있으나, 이러한 프레임 바디(10)를 2개 이상의 복수개로 설치할 수도 있다.
인터페이스부(400)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(200)에서 위험성 액체 물질을 탐지한 경우, 탐지 결과를 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 운영자에게 알려주는 기능을 수행한다.
액체 인화물 탐지부(200)는, 프레임 바디(10)의 내부면에 부착되어, 전자파 신호를 생성하여 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호를 분석하여 위험성 액체 물질 여부를 판단한다.
액체 인화물 탐지부(200)는 도 4에 도시한 바와 같이 송신 안테나(210;TA), 송신 모듈(220), 수신 안테나(230;RA), 수신 모듈(240), 신호 처리 모듈(260), 탐지 제어 모듈(250), 신호 처리 모듈(260), 및 액체 분석 모듈(270)을 포함할 수 있다. 이밖에 탐지 제어 모듈을 포함할 수 있다.
송신 안테나(210;TA)는 송신 모듈(220)에서 생성한 전자파 신호를 대기 중으로 방사하는 기능을 수행한다. 본 실시예의 경우, 송신 안테나는 송신 모듈(220)에서 생성한 임펄스 신호를 액체 탐지 대상물을 향해 조사하는 기능을 수행한다.
송신 모듈(220)은 임펄스 신호를 생성하고, 생성된 임펄스 신호를 증폭시킨 후 송신 안테나로 전송한다. 이때, 주파수 대역은 200MHz에서 2GHz로 구현한다.
수신 안테나(230;RA)는 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사파를 수신하고, 수신된 반사파를 수신 모듈(240)로 전송하는 역할을 수행한다.
수신 모듈(240)은 수신 안테나로부터 전송된 반사파를 증폭시켜 신호 처리 모듈(260)로 출력한다.
신호 처리 모듈(260)은 수신 모듈(240)로부터 인가받은 반사파의 노이즈를 제거하고, 신호 레벨을 조정한 후 아날로그/디지털 변환기를 통하여 반사파를 디지털 신호로 변환하여 액체 분석 모듈(270)로 전송한다.
액체 분석 모듈(270)은 신호 처리 모듈(260)로부터 수신한 반사파와 미리 저장된 액체별 반사파의 데이터를 비교한 후, 액체 탐지 대상물의 액체가 위험성 액체 물질인지 또는 비위험성 액체 물질인지 여부를 판별한다.
탐지 제어 모듈(250)은 송신 안테나, 송신 모듈(220), 수신 안테나, 수신 모듈(240), 신호 처리 모듈(260), 및 액체 분석 모듈(270)의 동작을 제어한다. 그리고, 액체 분석 모듈(270)로부터 위험성 액체 물질의 탐지 결과를 수신하면, 알람부(300)가 동작하도록 알람부(300) 동작 제어 신호를 생성하고, 생성된 알람부(300) 동작 제어 신호를 알람부(300)로 전송한다.
한편, 액체 분석 모듈(270)이 액체 탐지 대상물의 액체가 위험성 액체 물질인지 또는 비위험성 액체 물질인지 여부를 판별하는 것은 다양한 방식이 활용될 수 있는데, 본 발명에서는 액체의 유전율, 반사 신호의 분산값을 활용하여 판별할 수 있다.
우선, 액체의 유전율을 이용하여 탐지하는 예를 도 6 내지 도 8과 함께 상술한다.
도 6은 상온에서의 액체 인화물 및 액체 비인화물별 유전율 계수를 나타낸 도이며, 도 7은 비인화물과 인화물의 반사파 정도의 차이를 도시한 그림이고, 도 8은 비인화물과 인화물의 반사파의 전자파지연 시간의 차이를 도시한 그림이다.
도 6은 상온에서의 액체 물질별 유전율 계수를 나타낸 것이다. 인화물과 비인화물은 도 6에서 도시된 바와같이 유전율이 다르게 나타난다. 액체 탐지 대상물로부터 반사된 임펄스 신호의 반사파가 입력되면, 입력된 반사파와 미리 저장된 액체별 반사파의 데이터를 비교하여 인화물 여부를 판별한다.
도 7은 비인화물과 인화물의 반사파 정도의 차이를 도시한 도이다. 도 7에 도시된 인화물 판별방식은 반사파 정도를 측정하여 인화물 및 비인화물 판별하는 방법으로 [식 1]은 반사계수(R)를 구하는 식이다.
[식 1]
Figure 112015102294761-pat00001
도 7를 참조하면, 물의 반사파 정도 즉, 원래 임펄스 신호 크기와 반사된 반사파의 크기의 비율은 약 80%이며, 가솔린의 반사파 정도는 약 17% 정도이다. 액체 물질별로 유전율이 상이하기 때문에, 반사파 정도 역시 상이하게 나타난다. 이러한 액체별로 반사파 정도가 상이하게 나타남을 이용하여, 인화물 및 비인화물을 포함하는 다양한 액체별 반사파 정도를 데이터화하여 저장시킨다. 액체물질에서 반사된 반사파를 인가받아, 기저장된 액체별 반사파 정도와 비교하여, 탐지된 액체물질이 인화물인지 또는 비인화물인지 여부를 판별하거나, 또는 액체물질로부터 수신한 반사파 정도가 기준값 미만일 경우 이를 인화물로 판별한다.
도 8은 비인화물과 인화물의 반사파의 전자파지연 시간의 차이를 도시한 도이다. 도 8에 도시된 인화물 판별 방식은 신호 처리 모듈(260)로부터 수신한 반사파의 전자파 지연시간과 미리 저장된 액체물질별 반사파의 전자파 지연시간을 비교하여, 액체 탐지 대상물의 인화물 여부를 판단하는 방식이다.
도 8은 반사파의 전자파 지연시간을 측정하여 인화물 및 비인화물 판별하는 방법으로 식 (2)은 전자파지연시간(T)을 구하는 식이다.
[식 2]
Figure 112015102294761-pat00002
여기서, k는 상수, L은 전자파속도, c 는 광속도이며, μ는 액체별 유전율 계수이다. 전자파 지연시간이란 반사파의 진폭이 기준값 미만으로 떨어지는데 소요되는 시간을 의미한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 인화물 중 하나인 가솔린의 전자파 지연시간은 1.41k이며, 비인화물 중 하나인 물의 전자파 지연시간은 8.94k이다. 이와 같이, 비인화물의 전자파 지연시간이 인화물의 전자파 지연시간 보다 상대적으로 크다는 것을 알 수 있다.
액체별로 전자파 지연시간이 상이하게 나타남을 이용하여, 인화물 및 비인화물을 포함하는 다양한 액체별 전자파 지연시간을 데이터화하여 저장시킨다. 액체 분석 모듈(270)에서는 액체물질로부터 반사된 반사파를 인가받아, 기저장된 액체별 전자파 지연시간과 비교하여, 탐지된 액체가 인화물인지 또는 비인화물인지 여부를 판별하거나, 또는 액체 분석 모듈(270)은 액체물질로부터 수신한 전자파 지연시간이 기준값 미만일 경우 이를 인화물로 판별한다.
이밖에 상기에서 설명한 액체의 유전율 이외에 이밖에 반사 신호의 지연시간, 반사 신호의 분산값을 이용하여 액체 탐지 대상물이 위험성 액체 물질인지 여부를 판별할 수 있다.
한편, 전자파 흡수재(500)는, 액체 인화물 탐지부(200)가 설치된 영역을 제외한 프레임 바디(10)의 내부면에 부착되어, 액체 인화물을 통해 반사되거나 통과되어 액체 인화물 탐지부(200)의 설치 영역이 아닌 비설치 영역에 도달하는 전자파를 흡수한다. 이하 도 9 내지 도 12와 함께 전자파 흡수재(500)에 대하여 상술한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 전자파 흡수재가 송신 모듈과 수신 모듈을 제외한 지점에 설치되어 있는 전자파 흡수재를 도시한 그림이고, 도 10은 발명의 실시예에 따라 전자파 흡수재가 송신 모듈과 수신 모듈을 제외한 지점에 설치되어 있는 전자파 흡수재를 도시한 실제 사진이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 다각뿔의 경사도가 다른 두 가지 예를 도시한 그림이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따라 인접 영역과 비인접 영역에 서로 다른 다각뿔이 배열된 예를 도시한 그림이며, 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 경사면이 서로 다른 다각뿔에서 전자파의 흡수되는 모습을 도시한 그림이다.
전자파 흡수재(500)는 송신 모듈과 수신 모듈을 제외한 영역에 배열되어 설치된다. 전자파 흡수재(500)는 복수의 다각뿔이 배열된 다각뿔 배열 구조를 가진다. 여기서 다각뿔이라 함은, 다각형의 각 변을 밑변으로 하고, 다각형의 평면 밖의 한 점을 공통의 꼭짓점으로 하는 여러 개의 삼각형으로 둘러싸인 다면체를 말한다. 따라서 다각뿔은 삼각형을 바닥면으로 하고 여러개의 삼각형을 측면으로 하는 삼각뿔, 사각형을 바닥면으로 하고 여러개의 삼각형을 측면으로 하는 사각뿔, 육각각형을 바닥면으로 하고 여러개의 삼각형을 측면으로 하는 육각뿔 등이 모두 포함될 수 있다.
전자파 흡수재(500)는 스펀지 등과 같이 전자파를 흡수할 수 있는 재질이면 공지된 모든 전자파 흡수 재질이 사용될 수 있다.
또한 전자파 흡수재(500)를 다각뿔 배열 구조로 하는 이유는, 전자파가 전자파를 흡수하는 재질로 된 다각뿔에 대부분 흡수되기도 하지만, 흡수되지 않고 다각뿔 배열 내에서 반사되는 일부의 전자파 신호를 다각뿔 사이에서 여러번 재반사를 거치게 하면서 열로 소비시켜 수신 안테나에 유입되지 않도록 하기 위함이다.
한편, 다각뿔의 배열 구조는, 삼각뿔, 사각뿔, 육각뿔 등의 다양한 형태의 다각뿔 중에서 어느 한 종류의 다각뿔만 배열된 구조 즉, 프레임 바디(10) 내부에 동일한 형태를 가지는 다각뿔만 배열된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1프레임(11), 제2프레임(12), 제3프레임(13), 제4프레임(14)에는 동일한 형태의 삼각뿔이 배열될 수 있으며, 또는 , 제1프레임(11), 제2프레임(12), 제3프레임(13), 제4프레임(14)에는 동일한 형태의 사각뿔이 배열될 수 있다.
이밖에 다각뿔 배열 구조는, 프레임 바디(10) 내부에 서로 다른 두 가지 형태의 다각뿔이 조합되어 배열된 구조를 가질 수 있다.
다각뿔 배열 구조는, 다각뿔의 최정상 꼭지점부터 다각형 밑변 꼭지점까지의 경사도가 다른 두 종류의 다각뿔이 조합되어 배열된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 11(a)에 도시한 제1경사도(g1)을 가지는 제1사각뿔과, 도 11(b)에 도시한 바와 같이 제1경사도보다 더 낮은 경사도(g2)를 가지는 제2사각뿔이 서로 섞여서 배열된 배열 구조를 가질 수 있다.
따라서 도 12에 도시한 바와 같이 송신 모듈(220) 및 수신 모듈(240)이 포함된 액체 인화물 탐지부(200)와 미리 설정된 인접 거리 내에 있는 영역을 인접 영역(S1)이라 하며 인접 거리 밖의 영역을 비인접 영역(S2)이라 할 때, 인접 영역(S1)에 위치하는 다각뿔의 경사도가 비인접 영역(S2)에 위치하는 다각뿔의 경사도보다 더 낮도록 배치하여 배열 구조를 가질 수 있다.
이는, 전자파의 송수신이 이루어지는 송신 안테나가 있는 송신 모듈(220), 및 수신 안테나가 있는 수신 모듈(240)에 인접한 영역에 경사도가 더 작은 다각뿔을 배치함으로써, 송신 안테나 및 수신 안테나에 직접 수신되지 않는 안테나 주변의 전자파 신호가 경사도 낮은 측면에서 더 흡수가 잘된다. 다각뿔의 측면의 경사도가 낮을수록 도 13(b)에 도시한 바와 같이 전자파가 부딪치는 측면이 더 넓어지기 때문에 전자파를 더 잘 흡수할 수 있다.
또한, 비인접 영역(S2)에 설치된 다각뿔을 인접 영역(S1)에 설치된 다각뿔의 경사도보다 크게 하는 것은, 비인접 영역(S2)은 안테나와 떨어져 있으므로 경사급한 다각뿔 배열에 의한 반사 및 재반사를 많이 거치게 하여 다각뿔에 의해 흡수되지 않은 전자파를 열로 소비시키기 위함이다. 인접 영역(S1)에 경사급한 다각뿔을 배치할 경우 반사 및 재반사 특성 증가로 인하여 안테나에 영향을 줄 우려가 있어, 비인접 영역(S2)보다 경사가 낮은 다각뿔을 배열 시키는 것이다.
한편, 액체 인화물 탐지부(200)와 미리 설정된 인접 거리 내에 있는 영역을 인접 영역(S1)이라 하며, 인접 거리 밖의 영역을 비인접 영역(S2)이라 할 때, 제1전자파 흡수력을 가지는 제1다각뿔이 인접 영역(S1)에 위치하며, 제1전자파 흡수력보다 낮은 흡수력을 가지는 제2다각뿔이 비인접 영역(S2)에 위치하도록 배치할 수 있다.
이는 비용을 고려함 때문이다. 즉, 흡수력이 높은 재질일수록 고가의 비용이 들기 때문에, 전자파 흡수력이 높은 재질의 다각뿔은 인접 영역(S1)에 배치하고, 안테나와 떨어져 있는 비인접 영역(S2)에는 전자파 흡수력이 낮은 재질의 다각뿔을 비인접 영역(S2)에 배치하는 것이다.
따라서 제1경사도가 제2경사도보다 낮으며, 제1전자파 흡수력이 제2전자파 흡수력보다 높을 경우, 인접 영역(S1)에는, 제1경사도와 제1전자파 흡수력을 가지는 제1다각뿔이 배열되며, 비인접 영역(S2)에는 제2경사도와 제2저낮파 흡수력을 가지는 제2다각뿔이 배열됨이 바람직하다.
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.
10:프레임 바디
20:피검사체 이송 유닛
200:액체 인화물 탐지부
210:송신 안테나 220:송신 모듈
230:수신 안테나 240:수신 모듈
250:탐지 제어 모듈 260:신호 처리 모듈
270:액체 분석 모듈 300:알람부
400:인터페이스
500:전자파 흡수재

Claims (10)

  1. 전자파 스펙트럼 분석방식을 이용한 위험성 액체 물질 검색 장치로서,
    전자파 신호를 이용하여 액체 인화물을 탐지하는 유닛으로서, 전자파 신호를 흡수하는 재질이 프레임 바디 내부에 구비된 검출 유닛; 및
    액체 탐지 대상물이 상기 검출 유닛을 통과하도록 이송시키는 컨베이어 벨트를 구비한 피검사체 이송 유닛;을 포함하며,
    상기 검출 유닛은,
    상기 컨베이어 벨트를 감싸는 게이트 형태로 마련된 프레임 바디; 상기 프레임 바디의 내부면에 부착되어, 전자파 신호를 생성하여 액체 탐지 대상물에 전자파 신호를 조사하고, 액체 탐지 대상물로부터 반사된 반사 신호를 분석하여 위험성 액체 물질 여부를 판단하는 액체 인화물 탐지부; 사용자가 데이터 입력이나 명령을 인가하기 위한 인터페이스부; 상기 액체 인화물 탐지부에서 위험성 액체 물질을 탐지한 경우, 탐지 결과를 시각적 수단 또는 청각적 수단을 이용하여 알려주는 알람부; 및 상기 액체 인화물 탐지부가 설치된 영역을 제외한 상기 프레임 바디의 내부면에 부착되어, 액체 인화물을 통해 반사되거나 통과되어 상기 액체 인화물 탐지부의 설치 영역이 아닌 비설치 영역에 도달하는 전자파를 흡수하는 전자파 흡수재;를 포함하며,
    상기 전자파 흡수재는 복수의 다각뿔이 배열된 다각뿔 배열 구조를 가지며, 상기 다각뿔 배열 구조는 다각뿔의 최정상 꼭지점부터 다각형 밑변 꼭지점까지의 경사도가 다른 두 종류의 다각뿔이 조합되어 배열된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 위험성 액체 물질 검색 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 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 신호 처리 모듈로부터 수신한 반사파와 미리 저장된 액체별 반사파의 데이터를 비교한 후, 액체 탐지 대상물이 위험성 액체 물질인지 여부를 판별하는 액체 분석 모듈;을 포함하며,
    프레임 바디 내부에 상기 송신 안테나와 수신 안테나가 교번되게 설치된 위험성 액체 물질 검색 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 다각뿔 배열 구조는,
    상기 액체 인화물 탐지부와 미리 설정된 인접 거리 내에 있는 영역을 인접 영역이라 하며, 인접 거리 밖의 영역을 비인접 영역이라 할 때,
    상기 인접 영역에 위치하는 다각뿔의 경사도가 상기 비인접 영역에 위치하는 다각뿔의 경사도보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 위험성 액체 물질 검색 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 다각뿔 배열 구조는,
    상기 액체 인화물 탐지부와 미리 설정된 인접 거리 내에 있는 영역을 인접 영역이라 하며, 인접 거리 밖의 영역을 비인접 영역이라 할 때,
    제1전자파 흡수력을 가지는 제1다각뿔이 상기 인접 영역에 배열되며, 상기 제1전자파 흡수력보다 낮은 흡수력을 가지는 제2다각뿔이 상기 비인접 영역에 배열됨을 특징으로 하는 위험성 액체 물질 검색 장치.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 다각뿔 배열 구조는,
    제1경사도가 제2경사도보다 낮으며, 제1전자파 흡수력이 제2전자파 흡수력보다 높다고 할 때,
    상기 인접 영역에는, 제1경사도와 제1전자파 흡수력을 가지는 제1다각뿔이 배열되며, 상기 비인접 영역에는 제2경사도와 제2전자파 흡수력을 가지는 제2다각뿔이 배열됨을 특징으로 하는 위험성 액체 물질 검색 장치.
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