KR102073142B1 - UV intensity sensor using Photorheological Fluid - Google Patents
UV intensity sensor using Photorheological Fluid Download PDFInfo
- Publication number
- KR102073142B1 KR102073142B1 KR1020180109564A KR20180109564A KR102073142B1 KR 102073142 B1 KR102073142 B1 KR 102073142B1 KR 1020180109564 A KR1020180109564 A KR 1020180109564A KR 20180109564 A KR20180109564 A KR 20180109564A KR 102073142 B1 KR102073142 B1 KR 102073142B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- specimen holder
- holder portion
- ultraviolet
- color
- prf
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 6
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 5
- DZVCFNFOPIZQKX-LTHRDKTGSA-M merocyanine Chemical compound [Na+].O=C1N(CCCC)C(=O)N(CCCC)C(=O)C1=C\C=C\C=C/1N(CCCS([O-])(=O)=O)C2=CC=CC=C2O\1 DZVCFNFOPIZQKX-LTHRDKTGSA-M 0.000 description 5
- IIZPXYDJLKNOIY-JXPKJXOSSA-N 1-palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC[C@H](COP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C)OC(=O)CCC\C=C/C\C=C/C\C=C/C\C=C/CCCCC IIZPXYDJLKNOIY-JXPKJXOSSA-N 0.000 description 4
- 235000010445 lecithin Nutrition 0.000 description 4
- 239000000787 lecithin Substances 0.000 description 4
- 229940067606 lecithin Drugs 0.000 description 4
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 3
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010014970 Ephelides Diseases 0.000 description 1
- XYZZKVRWGOWVGO-UHFFFAOYSA-N Glycerol-phosphate Chemical compound OP(O)(O)=O.OCC(O)CO XYZZKVRWGOWVGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000003351 Melanosis Diseases 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010042496 Sunburn Diseases 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 210000004207 dermis Anatomy 0.000 description 1
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000001434 methanylylidene group Chemical group [H]C#[*] 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 150000003904 phospholipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000037380 skin damage Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/429—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to measurement of ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/48—Photometry, e.g. photographic exposure meter using chemical effects
- G01J1/50—Photometry, e.g. photographic exposure meter using chemical effects using change in colour of an indicator, e.g. actinometer
Abstract
Description
본 발명은 자외선 센서에 관한 것으로, 특히 자외선을 조사받으면 가역적으로 색상이 변화되는 유체(Photorheological Fluid, 이하 'PRF'라 칭하기로 한다.)를 이용한 자외선 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an ultraviolet sensor, and more particularly, to an ultraviolet sensor using a fluid (photorheological fluid, hereinafter referred to as 'PRF') that reversibly changes color when irradiated with ultraviolet light.
자외선은 가시광선의 보라색보다 파장이 짧은 광선으로 약어로는 UV(Ultraviolet rays)이며, 파장이 긴 자외선 A(320∼380nm), 파장이 중간인 자외선 B(290∼300nm), 파장이 짧은 자외선 C(200∼290nm)로 나뉜다. 자외선 A(UVA)는 파장이 길어 피부진피 층까지 깊숙이 침투한다.Ultraviolet rays are light rays shorter in wavelength than visible violet, and are abbreviated UV (Ultraviolet rays), ultraviolet A (320-380 nm) with a long wavelength, ultraviolet B (290-300 nm) with a medium wavelength, and ultraviolet C (with a short wavelength). 200-290 nm). Ultraviolet A (UVA) has a long wavelength and penetrates deep into the dermis layer.
그리고 멜라닌 색소를 증가시켜 피부에 기미와 잡티를 만든다. 즉 노화의 주범이다. 자외선 B(UVB)는 파장이 짧아 피부표피층에 영향을 미친다. 또한 세포파괴능력이 있어 일광화상을 일으키며 기미, 주근께, 잡티 등 색소질환을 유발한다. 자외선 C(UVC)는 대부분 오존층에 흡수돼 지표에 도달하지 못하지만 피부에 닿으면 세포와 유전인자를 파괴할 정도로 강력하다.It also increases melanin pigment, making the skin spots and blemishes. That is the main culprit of aging. Ultraviolet B (UVB) has a short wavelength, which affects the epidermal layer of the skin. It also has the ability to destroy cells, causing sunburn and causing pigment diseases such as blemishes, freckles, and blemishes. Ultraviolet C (UVC) is mostly absorbed by the ozone layer and does not reach the surface, but is strong enough to destroy cells and genetic factors when it comes in contact with the skin.
자외선 센서는 자외선이 가지는 해로운 효과는 회피하면서, 자외선의 이점은 적극적으로 활용할 수 있도록 자외선의 존재유무와 자외선의 강도를 측정하는 센서이다.An ultraviolet sensor is a sensor that measures the presence of ultraviolet rays and the intensity of ultraviolet rays to actively utilize the benefits of ultraviolet rays while avoiding the harmful effects of ultraviolet rays.
현재 자외선의 측정은 농작물 관리나 피부손상 예방 및 기타 살균 제품 분야와 화재 감지 분야 등 다양한 분야에서 수행되고 있다. 또한 정보전자 및 이동/위성통신 시스템에도 자외선 센서는 필수적으로 이용된다. 따라서 저렴하면서 정밀한 자외선의 강도 측정이 가능한 센서에 관한 계속적인 기술 개발이 필요하다.Currently, UV measurement is carried out in various fields such as crop management, skin damage prevention and other disinfectant products and fire detection. Ultraviolet sensors are also essential for information electronics and mobile / satellite communication systems. Therefore, there is a need for continuous technology development for sensors that can measure the intensity of ultraviolet rays cheaply and precisely.
종래의 자외선 센서는 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 소자가 이용되어 자외선의 유무와 강도가 측정된다.In the conventional ultraviolet sensor, as illustrated in FIG. 1, a semiconductor device is used to measure the presence and intensity of ultraviolet rays.
종래 사용되던 자외선 센서에는 Si, Sic, Se 등의 반도체 물질로 제작되는 수광 소자가 이용되다가, 보다 광대한 파장범위를 가지면서 내열성과 내방사성 및 내부식성 특성이 좋은 GaN로 총칭되는 질화물이 수광 소자로 이용되는 추세이다.Conventionally used ultraviolet sensors include light-receiving elements made of semiconductor materials such as Si, Sic, Se, and the like. Nitride, which is collectively referred to as GaN, has a broader wavelength range and has good heat resistance, radiation resistance, and corrosion resistance. It is a trend that is used as.
그러나 GaN 수광소자를 가지는 자외선 센서는 양질의 에피 성장이 어렵고, pn접합구조의 경우 광대역 반도체에서 p형 광 흡수층의 성장 및 도핑이 어려우며 이를 위해 별도의 공정이 필요하고, p형 GaN의 ohmic 접합이 어렵고 접촉저항이 커서 소자의 특성이 저하되는 문제가 있다. However, UV sensors with GaN light-receiving elements are difficult to grow epitaxially, and pn junction structures are difficult to grow and dop in p-type light-absorbing layers in broadband semiconductors, which requires a separate process, and ohmic bonding of p-type GaN It is difficult and there is a problem that the characteristics of the device are deteriorated due to the large contact resistance.
또한 schottky 접합구조의 경우 schottky 접합을 형성하기 위해서는 적합한 금속물질을 증착하여 접합을 형성하는데 이들 금속에 의한 자외선의 흡수로 인하여 광 손실이 발생되므로 전면조사방식을 사용할 수 없고 기판을 통하여 자외선을 조사시키는 배면조사방식이 사용된다. 이 경우 GaN의 자외선 흡수계수가 높아 자외선을 조사시키는 배면조사방식이 사용되며 자외선에 의해 형성된 전자와 전공이 schottky 접합에 의해 형성된 공핍층에 도달하지 못하게 되어 광 손실이 발생하여 소자의 성능이 저하되는 문제도 있다.In addition, in the case of schottky junction structure, in order to form a schottky junction, a junction is formed by depositing a suitable metal material. Since the loss of light occurs due to the absorption of ultraviolet rays by these metals, the front irradiation method cannot be used. Backside irradiation is used. In this case, the back irradiation method that irradiates ultraviolet rays is used because the UVN absorption coefficient of GaN is high, and the electrons and electrons formed by ultraviolet rays do not reach the depletion layer formed by schottky junction, resulting in light loss and deteriorating device performance. There is a problem.
따라서 반도체 소자가 이용되지 않고도 자외선의 유무와 강도가 정밀하게 측정 가능함으로써 자외선 센서의 선택의 폭이 다양해질 수 있고 보다 정밀한 자외선 강도 측정이 가능할 수 있는 새로운 자외선 센서의 개발이 요청된다.Therefore, it is possible to precisely measure the presence and the intensity of ultraviolet light without using a semiconductor device, and thus, there is a demand for the development of a new ultraviolet sensor capable of varying the selection of the ultraviolet sensor and enabling more accurate ultraviolet intensity measurement.
공개특허공보 제10-2018-0082222호(공개일자: 2018. 07. 18)Patent Publication No. 10-2018-0082222 (published date: 2018. 07. 18)
이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 제조가 까다롭고 많은 비용과 설비가 소요되는 반도체가 이용되지 않고도 고도로 정밀하게 자외선의 강도 측정이 가능할 수 있는 반도체 센서를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to improve the problems of the prior art, to provide a semiconductor sensor capable of measuring the intensity of ultraviolet light with high precision without using a semiconductor that is difficult to manufacture, expensive and expensive equipment.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PR Fluid가 이용된 반도체 센서는 콜로이드 형태의 고분자 용액으로서, 스피로피란 고분자가 첨가되어 자외선을 조사 받으면 색상과 점도가 변화하고 자외선이 제거되면 원래 색상으로 복귀되는 가역적 광유동학적 유체(Photorheological Fluid, PRF)가 내장되며, 투명한 재질로 이루어지는 시편 홀더부와, 상기 시편 홀더에 내장된 PRF의 색상 변화를 감지하는 광학 센서부 로 구성된다.The semiconductor sensor using the PR Fluid according to the present invention for achieving the above object is a colloidal polymer solution, the spiropyran is added to the polymer when the color and viscosity changes when irradiated with ultraviolet rays, the ultraviolet rays are returned to the original color Reversible photodynamic fluid (PRF) is embedded, and consists of a specimen holder portion made of a transparent material, and an optical sensor unit for detecting the color change of the PRF embedded in the specimen holder.
여기서 상기 광학 센서부에는 바람직하게는 시편 홀더부의 일부가 삽입되는 결합 홈이 형성되고, 광학 센서부에는 결합 홈에 삽입되는 결합 단차가 형성된다.Here, the optical sensor portion is preferably formed with a coupling groove into which a part of the specimen holder portion is inserted, and the optical sensor portion has a coupling step inserted into the coupling groove.
또한 상기 시편 홀더부는 바람직하게는 일정한 면적과 두께를 가지는 원형 또는 사각형 형태의 판 형상으로 제작되며, 상기 광학 센서부에는 시편 홀더부의 일면을 향하여 길게 돌출되는 관측 암이 형성되고, 관측 암의 외면 중 시편 홀더부를 향하는 면에는 시편 홀더부로부터 반사되는 광을 흡수하는 수광부가 형성되거나, 또는 시편 홀더부에 내장된 PRF의 영상 이미지를 획득하는 영상 촬영기가 설치된다.In addition, the specimen holder portion is preferably made of a plate shape of a circular or rectangular shape having a constant area and thickness, the optical sensor portion is formed with an observation arm protruding toward one surface of the specimen holder portion, the outer surface of the observation arm A light receiving part for absorbing light reflected from the specimen holder part is formed on a surface facing the specimen holder part, or an imaging apparatus for acquiring an image image of a PRF embedded in the specimen holder part is installed.
이 경우 바람직하게는 상기 시편 홀더부의 일면과 평행한 방향의 관측 암 단면적 보다 시편 홀더부의 일면 면적이 더 크게 형성된다.In this case, preferably, one surface area of the specimen holder portion is larger than the observation arm cross-sectional area in a direction parallel to one surface of the specimen holder portion.
그리고 광학 센서부는 바람직하게는 관측 암과 영상 촬영기를 포함하는 이미지파일 생성 모듈과, 생성된 이미지파일로부터 대푯값을 산출하고 산출된 대푯값을 이용하여 UV 측정값으로 변환시키는 연산모듈로 구성된다.The optical sensor unit preferably includes an image file generation module including an observation arm and an imager, and a calculation module for calculating representative values from the generated image files and converting them into UV measurement values using the calculated representative values.
이때 상기 이미지파일 생성 모듈은 바람직하게는 생성된 이미지파일 데이터를 유선 또는 무선으로 연산모듈로 송신한다.At this time, the image file generation module preferably transmits the generated image file data to the calculation module by wire or wirelessly.
본 발명에 따른 자외선 센서는 생산과정에서 고도의 정밀함과 비싼 장비가 요구되는 반도체 센서가 이용되던 종래의 반도체 센서와 달리, 자외선을 받으면 색상과 점도가 가역적으로 변화되는 물질이 이용됨으로써 제작이 보다 용이하고 저렴해지면서도 자외선 강도 측정이 보다 정밀해지고, 소비자의 자외선 센서 선택의 폭이 대폭 다양해질 수 있는 효과가 있다.Ultraviolet sensors according to the present invention, unlike the conventional semiconductor sensor used a semiconductor sensor that requires high precision and expensive equipment in the production process, it is easier to manufacture by using a material that is reversibly changed in color and viscosity upon receiving ultraviolet light In addition, it becomes more inexpensive and inexpensive, but it is possible to measure UV intensity more precisely and to widen the range of choice of the UV sensor.
도 1은 종래 반도체 소자가 사용된 자외선 센서의 작용 원리를 나타내는 개념도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 자외선 센서에 이용되는 PR Fluid의 변색 원리를 나타내는 개념도,
도 3은 PR Fluid와 온도의 관계를 나타내는 실험 사진,
도 4a는 PR Fluid의 변색 주파수 영역 측정 실험 장비를 나타내는 사진,
도 4b는 도 4a의 장비로 측정된 PR Fluid의 변색 주파수 영역
도 5는 본 발명에 따른 자외선 센서의 일 실시예를 나타내는 사시도,
도 6은 도 5에서 시편 홀더부 만을 나타내는 사시도,
도 7은 시편 홀더부의 변색을 시간별로 비교해서 나타낸 사진,
도 8은 시편의 변색 정도를 나타내는 그래프,
도 9는 색채의 대푯값을 산출하는 색상 입체 그래프,
도 10은 자외선 측정 방법을 나타낸 블록도,1 is a conceptual diagram showing the principle of operation of the ultraviolet sensor using a conventional semiconductor device,
2a to 2c is a conceptual diagram showing the principle of discoloration of the PR Fluid used in the ultraviolet sensor according to the present invention,
3 is an experimental photograph showing the relationship between PR Fluid and temperature;
Figure 4a is a photograph showing the discoloration frequency domain measurement experimental equipment of PR Fluid,
Figure 4b is the color fading frequency range of the PR fluid measured by the equipment of Figure 4a
5 is a perspective view showing an embodiment of an ultraviolet sensor according to the present invention;
6 is a perspective view showing only the specimen holder portion in FIG.
Figure 7 is a photograph showing the comparison of the discoloration of the specimen holder portion by time,
8 is a graph showing the degree of discoloration of the specimen,
9 is a color stereoscopic graph for calculating a representative value of colors;
10 is a block diagram showing a UV measurement method;
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only illustrated for the purpose of describing the embodiments according to the inventive concept, and the embodiments according to the inventive concept may be embodied in various forms. In addition, it should not be construed as limited to the embodiments described herein, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 센서는 자외선(UV)을 조사받으면 색상이 가역적으로 변화되는 광유동학적 유체(Photorheological Fluid, PRF, 이하 'PRF'라 칭하기로 한다.)가 내장되는 시편 홀더부(20)와, 시편 홀더부(20)에 내장된 PRF의 색상 변화를 감지하는 광학 센서부(10,30)로 구성된다.An ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention is a specimen holder part in which a photodynamic fluid (PRF, hereinafter referred to as 'PRF') whose color is reversibly changed when irradiated with ultraviolet (UV) light is embedded. 20 and the
여기서 PRF가 자외선(UV)을 조사받을 경우 색상이 변화되는 메커니즘에 대해 먼저 설명하기로 한다.Here, the mechanism of changing the color when the PRF is irradiated with ultraviolet (UV) will be described first.
PRF는 스피로피란 고분자가 액체에 도핑되어 분산된 콜로이드 용액 형태의 액체이다. 스피로피란은 단파장의 빛을 조사받을 경우 착색되고, 장파장의 빛을 조사받으면 원상으로 돌아가는 물질 중에서 유기물인 크로믹 고분자의 일종이다.PRF is a liquid in the form of a colloidal solution in which a spiropyran polymer is doped and dispersed in a liquid. Spiropyran is a kind of chromic polymer, which is an organic substance, which is colored when irradiated with short wavelength light and returned to the original form when irradiated with long wavelength light.
PRF도 스피로피란 계의 일종으로, 자외선을 받으면 도 2a에 나타난 것처럼 색상이 변화되고, 자외선이 제거되면 원래 색상으로 복귀된다.PRF is also a type of spiropyrane type, and the color changes as shown in FIG. 2A upon receiving ultraviolet rays, and returns to the original color when the ultraviolet rays are removed.
PRF에는 역미셀(Reverse micelle) 구조의 입자가 내부에 분산된 형태로 존재한다. 역미셀 구조란 일반적인 계면활성제의 기작 중 계면활성제가 물이 아닌 유기용매에 녹는 경우에 발생되는 구조이다. 구체적으로 계면활성제가 유기용매에 녹는 경우에는 도 2b에 나타난 것처럼, 물에서와는 반대로 친수성 부분이 핵을 형성하고 친유성 부분이 유기 용매에 닿는 표면을 형성한다. 이러한 구조를 역미셀(reverse micelle)이라고 한다. 여기서 소수성의 꼬리와 친수성 머리를 가져서 역미셀 구조의 막을 형성하는 성분을 레시틴(lecithin)이라고 한다.In the PRF, particles having a reverse micelle structure are dispersed therein. Reverse micellar structure is a structure that is generated when the surfactant is dissolved in an organic solvent rather than water during the mechanism of the general surfactant. Specifically, when the surfactant is dissolved in the organic solvent, as shown in FIG. 2B, the hydrophilic portion forms the nucleus and the surface in which the lipophilic portion contacts the organic solvent, as opposed to water. This structure is called reverse micelles. Here, the components that have a hydrophobic tail and a hydrophilic head to form a membrane of reverse micelle structure are called lecithin.
레시틴은 글리세린 인산을 포함하는 인지질의 일종으로서, 생체막을 구성하는 주요 성분을 말한다.Lecithin is a kind of phospholipid containing glycerin phosphoric acid, and refers to a main component constituting the biofilm.
여기서 스피로피란이 바로 광감응성 물질로 작용한다. 스피로피란은 평상시에는 소수성 상태로 존재하므로 레시틴의 소수성 부위인 꼬리를 향하여 밀집되어 Long Worm micelles 구조를 띠게 되고 PRF의 점성은 높게 유지된다.Here, spiropyran acts as a photosensitive material. Spiropyrans are usually in a hydrophobic state, so they are concentrated toward the tail, the hydrophobic site of lecithin, and have a long Worm micelles structure, and the viscosity of PRF is maintained.
그런데 자외선(UV)이 PRF에 조사되면 소수성이던 스피로피란은 친수성인 메로시아나인(merocyanine)으로 치환된다. 참고로 메로시아나인(merocyanine)은 중성인 폴리메틴 염료 중 메틴 사슬의 양쪽 끝이 고리계인 감광색소이다. 비극성 용매에 녹으며, 사진의 증감색소로 사용된다.However, when ultraviolet (UV) light is irradiated to the PRF, spiropyran, which is hydrophobic, is replaced with a hydrophilic merocyanine. For reference, merocyanine is a photosensitive pigment in which both ends of a methine chain are cyclic in a neutral polymethine dye. It is soluble in nonpolar solvents and used as the sensitizing dye in photographs.
이 경우 도 2c에 도시된 바와 같이 원래 소수성이던 스피로피란이 친수성인 메로시아나인으로 변화되면서 레시틴의 꼬리에서 머리 방향으로 이동된다.In this case, as shown in FIG. 2C, spiropyran, which was originally hydrophobic, is changed to hydrophilic merocyanine and is moved from the tail of the lecithin to the head.
스피로피란이 메로시아나인으로 치환되면, 상기 Long Worm mecelles 구조는 Short Cylinder Worms 구조로 변화된다. 이때 PRF의 점성이 감소하면서 색상은 도 7의 사진에 나타난 바와 같이 노란색에서 붉은 색으로 변화된다.When spiropyran is substituted with merocyanine, the long worm mecelles structure is changed to a short cylinder worm structure. At this time, as the viscosity of the PRF decreases, the color changes from yellow to red as shown in the photograph of FIG. 7.
이후 자외선(UV)을 제거시키면 메로시아나인은 다시 스피로피란으로 치환되면서 점성과 색상이 초기의 점성 및 색상으로 복귀된다.Subsequently, when the UV light is removed, the merocyanine is replaced by spiropyran, and the viscosity and color are returned to the initial viscosity and color.
또한 PRF는 온도의 영향을 받지 않으므로 더운 환경이나 추운 환경에서 동일한 감도로 자외선의 세기에 반응된다. 도 3에서는 섭씬 25도, 40도, 50도, 60도의 네 가지 환경에 PRF를 두고 색상 변화 여부를 관찰한 결과가 사진으로 나타나 있다. 도 3에서 알 수 있듯이 PRF는 온도 변화에는 색상이 반응되지 않으므로 더운 날씨나 추운 날씨에 상관없이 동일한 강도의 자외선(UV)에 대해서는 동일한 정도의 색상 변화가 관찰된다.In addition, since PRF is not affected by temperature, it reacts to the intensity of ultraviolet light with the same sensitivity in hot or cold environments. In FIG. 3, the result of observing the color change with the PRF in four environments of 25 degrees, 40 degrees, 50 degrees, and 60 degrees is shown as a photograph. As can be seen in FIG. 3, since PRF does not react to color change, the same color change is observed for UV light having the same intensity regardless of hot or cold weather.
또한 PRF는 도 4b 및 도 7에 도시된 바와 같이 자외선(UV)의 강도에 따라 색상이 점진적으로 변화된다. 도 7에 나타난 6개의 샘플은 각각 자외선(UV) 강도를 0%, 10%, 30%, 50%, 70%, 100%로 하여 조사시킨 결과이다. 여기서 자외선(UV) 강도에 따라 색상 변화 정도가 비례하는 양상을 보인다. 이러한 성질이 이용됨으로써, 본 실시예에 따른 자외선 센서는 자외선의 강도가 미세한 색상의 변화가 인식되는 정도만큼 정밀하게 계측 가능하다.In addition, as shown in FIGS. 4B and 7, the PRF gradually changes color according to the intensity of ultraviolet (UV) light. The six samples shown in FIG. 7 are the results of irradiation with ultraviolet (UV) intensity of 0%, 10%, 30%, 50%, 70%, and 100%, respectively. Here, the degree of color change is proportional to the intensity of UV light. By using this property, the ultraviolet sensor according to the present embodiment can be measured as precisely as the degree of the change in the color of fine ultraviolet light is recognized.
그리고 본 실시예에 따른 자외선 센서는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 구성된다. 다만 구체적인 형상은 도 5 및 도 6과 다를 수 있다.The ultraviolet sensor according to the present embodiment is configured as shown in FIGS. 5 and 6. However, the specific shape may be different from those of FIGS. 5 and 6.
도 5에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 PRF가 이용된 자외선 센서는 PRF가 내장되며, 투명한 재질로 이루어지는 시편 홀더부와, 시편 홀더부(20)에 내장된 PRF의 색상 변화를 감지하는 광학 센서부로 구성된다.As shown in FIG. 5, the ultraviolet sensor using the PRF according to the present embodiment has a PRF embedded therein, an optical sample for detecting a color change of the PRF embedded in the specimen holder part and the
시편 홀더부(20)를 이루는 몸체는 내장된 PRF의 색상 변화가 정밀하게 관측 가능하도록 투명한 재질로 제작된다.The body constituting the
광학 센서부(10,30)는 종래 이용되는 색상 감지 기구 중 어떠한 것도 채택 가능하다. 대표적인 것으로는 RGV 센서와, 이미지를 디지털 데이터로 추출하여 색상을 인식하는 방식이 있다. 본 실시예에서는 상기 두 가지 방식 중 어느 것이나 채택 될 수 있다. 특히 이미지를 데이터로 추출하여 색상을 인식하는 방식(이하 'HSV 방식' 이라 칭함)은 아날로그에서 사용될 수 없었던 새로운 차원의 비트 정보로 색상 정보가 구성됨으로써, 정밀하고 체계적으로 색상의 대푯값을 도출하는 것이 가능하다.The
광학 센서부(10,30)는 도 5에 도시된 바와 같이 관측 암(12)과 영상 촬영기(13)를 포함하는 이미지파일 생성 모듈(10)과, 생성된 이미지파일로부터 대푯값을 산출하고 산출된 대푯값을 이용하여 UV 측정값으로 변환시키는 연산모듈(30)로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 5, the
여기서 영상 촬영기(13)는 시편 홀더부(20)에 내장된 PRF 시료의 변색 영상을 촬영하고, 이미지파일 생성 모듈(10)의 하우징(11) 내부에는 아날로그 영상 신호를 디지털 신호로 변환시키는 컨버터(미도시)가 내장된다.Here, the
이때 이미지파일 생성 모듈(10)과 연산모듈(30)은 서로 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 무선 송신기(14)가 하우징(11) 내부 또는 외부에 설치되어 디지털 영상 이미지 신호를 연산모듈로 송출할 수 있다.At this time, the image
그리고 시편 홀더부(20)를 이루는 몸체(21)는 일정한 두께와 면적을 가지는 판 형태로 형성될 수 있다. 몸체(21)가 판 형상으로 형성될 경우 어느 일면으로 자외선(UV)을 대폭 받아들일 수 있고, 두께가 두껍게 형성되는 경우에 비하여 신속하게 전체 면적에 걸쳐 변색이 고르게 이루어질 수 있으므로 대푯값을 산출하기가 용이해질 수 있다.The
또한 시편 홀더부(20)에 내장된 PRF 의 변색 정도에 대한 영상을 얻고자 할 때 영상 촬영기(13)의 위치는 특별한 제한은 없으나, 도 5에 도시된 바와 같이 시편 홀더부(20)에서 자외선을 직접 조사받는 일면 수직 상부에 영상 촬영기(13)가 배치된다면 보다 직접적이고 정확한 영상을 얻을 수 있다.In addition, the position of the
특히 이 경우 영상 촬영기(13)는 소형으로 제작 가능하므로 영상 촬영기(13)의 폭에 해당되는 크기의 동일한 폭을 가지는 관측 암(12)이 시편 홀더부(20)의 수직 상부로 연장되는 형태로 형성된다. 따라서 시편 홀더부(20)의 일면은 자외선(UV) 관측 대상지점에서 충분하게 자외선(UV)을 조사받으면서도 영상 촬영기(13)가 시편 홀더부(20)의 일면 수직 상부에서 영상을 얻을 수 있다.In particular, in this case, since the
시편 홀더부(20)는 도 5 및 도 6에서는 사각형으로 도시되어 있으나, 반드시 사각형으로 형상이 제한되지는 않으며, 도 7의 사진에서 제시된 바와 같이 원형으로 제작될 수도 있다.5 and 6, the
이때 시편 홀더부(20)의 일 측에는 이미지파일 생성 모듈(10)의 외함을 이루는 하우징(11)에 삽입 가능하게 결합 단차(22)가 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 다만 결합 단차(22)의 구체적인 형태는 반드시 도면에 도시된 형상에 한정되지는 않는다.In this case, a
하우징(11) 내부에 설치된 컨버터(미도시)는 아날로그 형태의 PRF 이미지를 디지털 형태의 정보로 변환시킨다. 이렇게 디지털화 된 PRF 이미지 정보는 연산모듈(30)로 송출된다.A converter (not shown) installed inside the
연산모듈에서 송출 받는 PRF의 이미지 정보는 연산모듈(30)에 이미 내장된 색상 정보와 대비된다. 이때 색상 정보는 도 9a에 도시된 색상 기둥 내에서 가장 근접되는 색상과 대비될 수 있다.Image information of the PRF transmitted from the calculation module is contrasted with color information already built in the
도 9a에서 Hue 값은 색상이고, Saturation 값은 채도이며, Value 값은 명도를 나타낸다. 따라서 검정색은 가장 중심 바닥에 위치하고 흰 색은 가장 중심 상부에 위치한다. 측정하고자 하는 색상은 H(Hue), S(Saturation), B(Brightness)로 나타낸다. 이때 색상은 0도에서 360도까지의 각도로 이루어지고, 0도에 적색, 60도에 황색, 120도에 녹색, 180도에 시안(청록색), 240도에 청색, 300도에 마젠타가 배치된다.In FIG. 9A, the Hue value is color, the Saturation value is saturation, and the Value value is brightness. Therefore, black is located at the bottom center and white is at the top center. The color to be measured is represented by H (Hue), S (Saturation), and B (Brightness). At this time, the color consists of an angle of 0 to 360 degrees, red at 0 degrees, yellow at 60 degrees, green at 120 degrees, cyan (blue) at 180 degrees, blue at 240 degrees, and magenta at 300 degrees. .
채도(S, Saturation) 값은 클수록 색이 강렬해진다. 이때 채도는 특정 색의 양을 말하며 보통 0~100%의 백분율로 나타낸다.The greater the saturation value, the more intense the color. Saturation refers to the amount of a particular color and is usually expressed as a percentage of 0-100%.
명도(B, Brightness) 값은 0~100%의 백분율로 나타내며, 흰색의 양이 0%이면 검정이고, 100%이면 흰색이다. 다만 100%라고 표기될 경우 반드시 흰색이 아니라 고순도의 원색일 수도 있다.Brightness (B) value is expressed as a percentage of 0 to 100%. If the amount of white is 0%, it is black, and if it is 100%, it is white. However, if it is written as 100%, it may not be necessarily white but may be a primary color of high purity.
이러한 값을 이용하여 얻어진 영상의 대푯값을 얻는 과정은 도 9b에 도시된 수식을 이용하여 구해진다.The process of obtaining the representative value of the image obtained using these values is obtained using the equation shown in FIG. 9B.
이때 참고로 도 8에 도시된 그래프에 나타난 바와 같이 색상 값은 자외선(UV) 강도에 반비례 하며, 색상의 역수 값은 자외선(UV) 강도에 정 비례 함을 알 수 있다.In this case, as shown in the graph shown in FIG. 8, the color value is inversely proportional to the ultraviolet (UV) intensity, and the reciprocal value of the color is proportional to the ultraviolet (UV) intensity.
여기서 PRF 시료의 색상 대푯값은 디지털 연산 과정을 통해 얻어지므로 이론적으로 극히 미세한 차이의 수준까지 정확한 색상 정보를 얻을 수 있고, 이는 곧 극히 정확한 자외선(UV) 강도 측정이 가능한 결과가 된다.Since the color representative value of the PRF sample is obtained through a digital calculation process, theoretically accurate color information can be obtained up to the level of minute difference, which is the result of extremely accurate UV intensity measurement.
이러한 모든 과정은 도 10에 도시된 일련의 절차를 거쳐 수행될 수 있다.All these processes can be performed through a series of procedures shown in FIG.
따라서 본 발명에 따른 PR Fluid가 이용된 자외선 강도 센서는 종래처럼 반도체 소자를 전혀 이용하지 않고도 극히 미세한 수준까지 정확한 자외선(UV) 강도 측정이 가능하여, 향후 자외선(UV) 측정이 필요한 분야의 폭을 비약적으로 확대시킬 수 있으며, 저렴하고도 정밀한 장비의 자외선 센서 제작이 가능해지므로, 자외선 자체가 이용되는 분야의 폭 또한 더욱 넓어져 산업 발전에 이바지할 수 있을 것으로 예상된다.
Therefore, the UV intensity sensor using the PR Fluid according to the present invention can accurately measure the UV intensity up to a very minute level without using any semiconductor devices as in the prior art, and thus it is possible to measure the width of the field requiring UV measurement in the future. As it is possible to greatly expand and manufacture UV sensors with cheap and precise equipment, it is expected that the field in which ultraviolet rays are used will be further expanded to contribute to industrial development.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
PRF : 광유동학적 유체 UV : 자외선
10 : 이미지 파일 생성 모듈 11 : 하우징
12 : 관측 암 13 : 영상 촬영기
14 : 무선 송신기 20 : 시편 홀더부
21 : 몸체 22 : 결합 단차
30 : 연산모듈 PRF: Photodynamic Fluid UV: UV
10: image file generation module 11: housing
12: observation arm 13: the imager
14: wireless transmitter 20: specimen holder
21: body 22: coupling step
30: operation module
Claims (6)
상기 시편 홀더부에 내장된 PRF의 색상 변화를 감지하는 광학 센서부; 로 구성되되,
상기 광학 센서부에는 시편 홀더부의 일부가 삽입되는 결합 홈이 형성되고,
광학 센서부에는 결합 홈에 삽입되는 결합 단차가 형성되며,
상기 시편 홀더부는 일정한 면적과 두께를 가지는 원형 또는 사각형 형태의 판 형상으로 제작되며,
상기 광학 센서부에는 시편 홀더부의 일면을 향하여 길게 돌출되는 관측 암이 형성되고, 관측 암의 외면 중 시편 홀더부를 향하는 면에는 시편 홀더부로부터 반사되는 광을 흡수하는 수광부가 형성되거나, 또는 시편 홀더부에 내장된 PRF의 영상 이미지를 획득하는 영상 촬영기가 설치되며,
상기 시편 홀더부의 일면과 평행한 방향의 관측 암 단면적 보다 시편 홀더부의 일면 면적이 더 크게 형성되고,
상기 광학 센서부는 관측 암과 영상 촬영기에서 얻어진 아날로그 색상 정보로부터 하기 식 1을 이용하여 색상(H,Hue)과 명도(S,Saturation) 및 채도(V,Value) 값을 산출한 다음 색상과 명도 및 채도 값이 종합되어 HSV로 표현되는 대푯값을 산출하는 이미지파일 생성 모듈과, 산출된 상기 HSV 대푯값을 이용하여 UV 측정값으로 변환시키는 연산모듈로 구성되고,
상기 이미지파일 생성 모듈은 생성된 이미지파일 데이터를 유선 또는 무선으로 연산모듈로 송신하는 것을 특징으로 하는 PR Fluid가 이용된 자외선 강도 센서.
식 1
An optical sensor unit detecting a color change of the PRF embedded in the specimen holder unit; Consisting of
The optical sensor unit is formed with a coupling groove into which a part of the specimen holder portion is inserted,
The optical sensor unit is provided with a coupling step inserted into the coupling groove,
The specimen holder portion is manufactured in a plate shape of a circular or square shape having a predetermined area and thickness,
The optical sensor unit is provided with an observation arm that protrudes long toward one surface of the specimen holder portion, and a light receiving portion for absorbing light reflected from the specimen holder portion is formed on the surface of the observation arm facing the specimen holder portion, or the specimen holder portion The imager is installed to acquire a video image of the built-in PRF,
The area of one surface of the specimen holder portion is larger than that of the observation arm cross-sectional area in a direction parallel to one surface of the specimen holder portion.
The optical sensor unit calculates the hue (H, Hue), the brightness (S, saturation), and the saturation (V, value) values using the following Equation 1 from the analog color information obtained from the observation arm and the imager. An image file generation module that combines the saturation values to calculate a representative value expressed in HSV, and a calculation module that converts the UV measurement value using the calculated HSV representative value,
The image file generation module is a UV intensity sensor using a PR Fluid, characterized in that for transmitting the generated image file data to the calculation module by wire or wireless.
Equation 1
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180109564A KR102073142B1 (en) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | UV intensity sensor using Photorheological Fluid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180109564A KR102073142B1 (en) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | UV intensity sensor using Photorheological Fluid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102073142B1 true KR102073142B1 (en) | 2020-02-04 |
Family
ID=69571065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180109564A KR102073142B1 (en) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | UV intensity sensor using Photorheological Fluid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102073142B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140038305A1 (en) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | Propper Manufacturing Company, Inc. | Articles and methods for the detection and quantification of ultraviolet light |
| JP2015165184A (en) * | 2012-06-27 | 2015-09-17 | シャープ株式会社 | Ultraviolet ray detection device and electronic apparatus |
| KR20180082222A (en) | 2017-01-10 | 2018-07-18 | 엘지이노텍 주식회사 | Uv sensor and detecting device |
-
2018
- 2018-09-13 KR KR1020180109564A patent/KR102073142B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015165184A (en) * | 2012-06-27 | 2015-09-17 | シャープ株式会社 | Ultraviolet ray detection device and electronic apparatus |
| US20140038305A1 (en) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | Propper Manufacturing Company, Inc. | Articles and methods for the detection and quantification of ultraviolet light |
| KR20180082222A (en) | 2017-01-10 | 2018-07-18 | 엘지이노텍 주식회사 | Uv sensor and detecting device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Larsen et al. | A simple and inexpensive high resolution color ratiometric planar optode imaging approach: application to oxygen and pH sensing. | |
| Brites et al. | Ratiometric highly sensitive luminescent nanothermometers working in the room temperature range. Applications to heat propagation in nanofluids | |
| Park et al. | Ratiometric temperature imaging using environment-insensitive luminescence of Mn-doped core–shell nanocrystals | |
| JP2017015718A5 (en) | ||
| Lee et al. | Graded-lattice AAO photonic crystal heterostructure for high Q refractive index sensing | |
| KR102290939B1 (en) | Method and system for measuring radiation and temperature exposure of wafers along a fabrication process line | |
| DE102015118774A1 (en) | Thermopile temperature sensor with a reference sensor in it | |
| TW201238039A (en) | Full color single pixel including doublet or quadruplet si nanowires for image sensors | |
| EP3479085B1 (en) | Method for determining a temperature without contact, and infrared measuring system | |
| CN1996029A (en) | THz signal highly-sensitive detector and camera | |
| US20030048831A1 (en) | Optical device and method for the non-intrusive measuring of the temperature of a flowing liquid | |
| Pierścińska et al. | CCD thermoreflectance spectroscopy as a tool for thermal characterization of quantum cascade lasers | |
| Maruyama et al. | A novel filterless fluorescence detection sensor for DNA analysis | |
| CN108496070A (en) | The method for observing sample by no lens imaging | |
| KR102073142B1 (en) | UV intensity sensor using Photorheological Fluid | |
| Ding et al. | An Optoelectronic thermometer based on microscale infrared-to-visible conversion devices | |
| Chu et al. | Fluorescence ratiometric optical broad range pH sensor based on CdSe/ZnS quantum dots and O170 embedded in ethyl cellulose matrix | |
| Jorge et al. | Dual sensing of oxygen and temperature using quantum dots and a ruthenium complex | |
| Moller et al. | Influence of the illumination spectrum and observation angle on temperature measurements using thermochromic liquid crystals | |
| US9958320B2 (en) | Apparatus for selectively transmitting the spectrum of electromagnetic radiation within a predefined wavelength range | |
| Fang et al. | Colorimetric porous photonic bandgap sensors with integrated CMOS color detectors | |
| Ozaki et al. | Development of a broadband superluminescent diode based on self-assembled InAs quantum dots and demonstration of high-axial-resolution optical coherence tomography imaging | |
| CN108344723A (en) | A kind of in-situ synchronization monitoring method of wetland soil | |
| Alarcon et al. | Scientific CMOS Sensors in Astronomy: IMX455 and IMX411 | |
| Yin et al. | Wide-range thickness determination of oil films on water based on the ratio of laser-induced fluorescence to Raman |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |