KR102665455B1 - Leak Detection Method For Detecting Leakage Of Interior Of Target Substance - Google Patents

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Abstract

대상 물질 내부의 누출 여부를 감지하는 누출 감지 방법이 개시된다. 누출 감지 방법은 이중 모드 레이저에서 출력되는 하나 이상의 주파수를 이용하여 초고주파 대역의 테라헤르츠파를 생성하고, 테라헤르츠파를 대상 물질로 방사한 후, 대상 물질로부터 방사된 반사 신호를 이용하여 대상 물질의 내부에서의 누출 여부를 판단한다.A leak detection method for detecting leaks within a target material is disclosed. The leak detection method generates terahertz waves in the ultra-high frequency band using one or more frequencies output from a dual-mode laser, radiates the terahertz waves to the target material, and then uses the reflected signal emitted from the target material to detect the target material. Determine whether there is an internal leak.

Description

대상 물질 내부의 누출 여부를 감지하는 누출 감지 방법{Leak Detection Method For Detecting Leakage Of Interior Of Target Substance}Leak Detection Method For Detecting Leakage Of Interior Of Target Substance}

아래의 설명은 대상 물질 내 누출 여부를 감지하는 누출 감지 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 대상 물질의 내부에서 발생하는 누출 현상을 비접촉 방식 및 비파괴 방식으로 검출하는 방법에 관한 것이다.The description below relates to a leak detection method for detecting leaks in the target material. More specifically, it relates to a method for detecting leakage occurring inside the target material in a non-contact and non-destructive manner.

테라헤르츠파(Terahertz Wave)는 1초에 1조번 진동하는 전자기파이다. 이러한, 테라헤르츠파는 스펙트럼에서 원적외선(광파, 빛)과 마이크로파(전파) 사이에 위치하여 직진하는 빛의 성질과 물질을 잘 투과하는 전파의 성질을 모두 가지고 있다. 따라서, 테라헤르츠파는 비극성 물질로 제작된 옷, 종이, 나무, 판지, 플라스틱, 세라믹 등의 물질들을 잘 투과하는 반면, 금속이나 비극성 물질의 대표인 물은 전자기파가 투과하기 힘든 대표적인 물질이다.Terahertz wave is an electromagnetic wave that vibrates 1 trillion times per second. These terahertz waves are located between far-infrared rays (light waves, light waves) and microwaves (radio waves) in the spectrum and have both the properties of light traveling straight and the properties of radio waves that easily penetrate substances. Therefore, terahertz waves easily penetrate materials made of non-polar materials such as clothing, paper, wood, cardboard, plastic, and ceramics, while metals and water, which are representative of non-polar materials, are representative materials through which electromagnetic waves have difficulty penetrating.

일반적으로, 대기중의 안개나 구름은 전파 손실을 유발하는 원인이 된다. 이와 같은 원리로 인체 세포의 주요 성분인 물로 인해 테라헤르츠파는 인체를 투과하는 특성이 매우 제한된다.Generally, fog or clouds in the atmosphere cause radio wave loss. According to this principle, the ability of terahertz waves to penetrate the human body is very limited due to water, which is a major component of human cells.

하지만, 테라헤르츠파는 비극성 물질에 대해 투과율이 높은 대비(contrast) 특성을 가지고 있어, 육안으로 식별이 불가한 물질 내 특성을 분석하는데 활용이 가능하다. 자세하게, 누출 검사 시스템은 누출 부위와 비 누출 부위 판별을 위해 단일 주파수가 갖는 기준점의 모호함으로 제거하기 위해 광대역의 테라헤르츠파 활용이 가능하다. 테라헤르츠파를 이용한 누출 검사 시스템은 크게 테라헤르츠 발생기, 신호 발생기, 검출기, 신호처리기로 구성되고, 파원의 특성에 따라서 펄스파(pulse)와 연속파(CW, continuous wave) 검출 시스템으로 나눌 수 있다.However, terahertz waves have high contrast characteristics and high transmittance for non-polar materials, so they can be used to analyze properties in materials that cannot be identified with the naked eye. In detail, the leak inspection system can utilize broadband terahertz waves to eliminate the ambiguity of the reference point of a single frequency to distinguish between leak and non-leak areas. A leak detection system using terahertz waves is largely composed of a terahertz generator, signal generator, detector, and signal processor, and can be divided into pulse wave and continuous wave (CW) detection systems depending on the characteristics of the wave source.

펄스형 검출 시스템은 수 테라헤르츠에 해당하는 넓은 밴드폭을 가지기 때문에 주파수에 따른 측정 하고자 하는 시료에 대한 분석이 가능하다. 또한, 펄스형 검출 시스템은 광지연기를 활용함으로써, 임의 영역에서 반사되는 신호를 비교적 쉽게 시간 영역에서 측정 분석하여 원하는 물질내부에서 발생하는 이종의 누출 현상을 검사할 수 있다.Since the pulse-type detection system has a wide bandwidth equivalent to several terahertz, it is possible to analyze the sample to be measured according to frequency. In addition, by using an optical delay device, the pulse-type detection system can relatively easily measure and analyze signals reflected from arbitrary areas in the time domain to inspect heterogeneous leakage phenomena occurring inside the desired material.

하지만, 펄스형 검출 시스템은 호모다인 측정의 경우, 측정하고자 하는 물질의 두께 및 재질에 따라서 매번 광지연기를 다르게 조절해야 한다. 그리고, 펄스형 검출 시스템은 습도가 높은 환경에서 측정할 경우, 공기 중의 수분과의 상호작용에 의한 흡수 및 분산으로 인하여 주파수 특성이 복잡해지며, 이로 인한 테라헤르츠파 펄스폭이 늘어나는 현상으로 시간 영역에서의 분석이 어려워진다.However, in the case of a pulse-type detection system for homodyne measurement, the optical delay must be adjusted differently each time depending on the thickness and material of the material to be measured. Additionally, when a pulse-type detection system is measured in a high-humidity environment, the frequency characteristics become complicated due to absorption and dispersion due to interaction with moisture in the air, and this causes the terahertz wave pulse width to increase, causing an increase in the time domain. analysis becomes difficult.

특히나, 펄스형 검출 시스템은 실제 산업 현장에 적용될 경우, 고가의 펨토초 레이저의 큰 부피와 무게, 펨토초 광 펄스 특성이 주위 환경에 매우 민감한 점 및 광지연기 사용으로 인한 휴대형 시스템 개발에 매우 제한적인 점에서 산업 활용의 큰 걸림돌이 되고 있다.In particular, when pulse-type detection systems are applied to actual industrial sites, the development of portable systems is very limited due to the large volume and weight of expensive femtosecond lasers, the fact that femtosecond optical pulse characteristics are very sensitive to the surrounding environment, and the use of optical delay devices. It is becoming a major obstacle to industrial utilization.

반면, 연속파 검출 시스템은 펨토초 레이저와 달리 테라헤르츠-테라헤르츠파를 발생시키기 위한 두 레이저(주파수 f1, f2)의 비팅광원을 반도체 칩 크기의 작은 사이즈로 제작이 가능하다. 그리고, 연속파 검출 시스템은 발생된 테라헤르츠-테라헤르츠파를 광지연기 없이 직접 검출이 가능함으로써, 휴대형의 테라헤르츠 누출 검사 시스템 개발이 가능하여 산업 현장 적용에 최적 시스템으로 인식되고 있다.On the other hand, the continuous wave detection system, unlike the femtosecond laser, can manufacture the beating light sources of two lasers (frequencies f1 and f2) to generate terahertz waves in a small size the size of a semiconductor chip. In addition, the continuous wave detection system is recognized as the optimal system for industrial field applications because it can directly detect the generated terahertz-terahertz waves without optical delay, making it possible to develop a portable terahertz leak inspection system.

하지만, 연속파 검출 시스템은 시간영역에서 각 매질로부터 반사된 신호의 분석이 용이한 펄스파와 달리 모든 매질로부터 투과 및 반사된 신호가 동시에 중첩되어 측정되어 분석이 어려운 단점이 있다. 다시 말해, 연속파 검출 시스템은 200 GHz의 테라헤르츠-테라헤르츠파 신호를 동일한 매질 내의 누수 여부를 확인하기 위해 수직 입사 시킬 경우, 각 매질의 경계로부터 반사된 신호의 합이 신호 간의 위상 차에 의해서 상호 보강 및 상쇄 간섭하여 물의 누수 여부와 관계없는 측정된 신호값이 변화하여 측정의 오류가 발생 할 수 있다.However, the continuous wave detection system has the disadvantage that, unlike pulse waves, where it is easy to analyze the signals reflected from each medium in the time domain, the signals transmitted and reflected from all media are overlapped and measured simultaneously, making analysis difficult. In other words, in a continuous wave detection system, when a 200 GHz terahertz wave signal is incident perpendicularly to check for water leaks in the same medium, the sum of the signals reflected from the boundary of each medium is mutually affected by the phase difference between the signals. Due to constructive and destructive interference, the measured signal value may change regardless of water leakage, resulting in measurement errors.

따라서, 이러한 문제를 해결하면서, 보다 효율적으로 물질의 내부에서 발생되는 누출을 탐지할 수 있는 방법이 필요하다.Therefore, a method is needed that can solve these problems and more efficiently detect leaks occurring inside the material.

본 발명은 테라헤르츠 테라헤르츠파가 투과 가능한 외장용 물질로 둘러싸인 대상 물질의 내부의 누수, 가스 및 오일 등의 누출 여부를 비접촉 방식 및 비파괴 방식으로 검사할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a method for inspecting, in a non-contact and non-destructive manner, whether there is leakage, gas, oil, etc. inside a target material surrounded by an exterior material capable of transmitting terahertz waves.

본 발명은 휴대가 가능하며, 저가 실현이 가능한 구조를 가지며, 비금속 및 비극성을 갖는 대상 물질의 내부에서 발생하는 물, 오일, 가수 등의 누출 여부를 실시간으로 검사할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.The present invention has a structure that is portable and can be realized at low cost, and can provide a method for inspecting in real time whether water, oil, hydrogen, etc. leaks occurring inside non-metallic and non-polar target materials. .

일실시예에 따른 누출 검사 장치는 하나 이상의 주파수를 이용하여 초고주파 대역의 테라헤르츠파를 생성하는 이중 모드 레이저; 테라헤르츠파가 투과 가능한 매질 및 오브젝트의 누출을 확인할 수 있는 금속으로 구성된 대상 물질이 위치하는 특정 공간으로 상기 생성된 테라헤르츠파를 방사하는 신호 발생기; 테라헤르츠파에 의해 대상 물질로부터 반사된 반사 신호를 수신하는 신호 검출기; 및 반사 신호로부터 대상 물질의 내부에서의 누출 여부를 판단하는 신호 처리기를 포함할 수 있다.A leak detection device according to one embodiment includes a dual-mode laser that generates terahertz waves in an ultra-high frequency band using one or more frequencies; A signal generator that radiates the generated terahertz waves to a specific space where a target material composed of a medium through which terahertz waves can penetrate and a metal through which leakage of an object can be confirmed is located; A signal detector that receives a reflected signal reflected from a target material by terahertz waves; And it may include a signal processor that determines whether the target material leaks from the inside of the target material from the reflected signal.

일실시예에 따른 이중 모드 레이저는 하나 이상의 주파수 간의 차에 해당하는 비팅 광원의 주파수를 가변하여 테라헤르츠파를 생성할 수 있다.A dual-mode laser according to one embodiment can generate terahertz waves by varying the frequency of a beating light source corresponding to the difference between one or more frequencies.

일실시예에 따른 신호 발생기는 테라헤르츠파에 대한 상기 대상 물질의 흡수 및 반사 정도를 고려하여 수직 입사 방식 또는, 경사 입사 방식 중 하나의 방식으로 상기 생성된 테라헤르츠파를 방사할 수 있다.The signal generator according to one embodiment may radiate the generated terahertz wave in one of a normal incidence method or an oblique incidence method, considering the degree of absorption and reflection of the target material for the terahertz wave.

일실시예에 따른 신호 발생기는 수직 입사 방식을 이용하는 경우, 테라헤르츠파를 분할하기 위한 빔 스플리터를 통해 상기 테라헤르츠파를 방사할 수 있다.When using a vertical incidence method, the signal generator according to one embodiment may radiate the terahertz wave through a beam splitter for splitting the terahertz wave.

일실시예에 따른 대상 물질은 밀리미터가 투과 가능한 적어도 하나의 매질을 포함하고, 신호 검출기는, 적어도 하나의 매질의 각 경계면에서 반사된 신호 및 상기 금속으로부터 반사된 신호를 포함하는 반사 신호를 수신할 수 있다.The target material according to one embodiment includes at least one medium capable of transmitting millimeters, and the signal detector is configured to receive a reflected signal including a signal reflected from each boundary surface of the at least one medium and a signal reflected from the metal. You can.

일실시예에 따른 신호 검출기는 회절 격자에 의해 대상 물질로부터 반사된 반사 신호를 각각의 주파수 성분으로 분해하여 수신할 수 있다.A signal detector according to an embodiment may decompose a reflected signal reflected from a target material by a diffraction grating into individual frequency components and receive the signal.

본 발명은 테라헤르츠파의 투과가 가능한 플라스틱, 스펀지, 부직포 등의 물질 내부의 누수 여부를 인체에 무해한 테라헤르츠-테라헤르츠파를 이용함으로써, 저가의 휴대가 가능한 비접촉, 비파괴 방식으로 대상 물질의 내부에서 발생하는 누출 여부를 감지할 수 있는 누출 감지 방법을 제공할 수 있다.The present invention uses terahertz waves, which are harmless to the human body, to check for leaks inside materials such as plastics, sponges, and non-woven fabrics that can transmit terahertz waves, and uses low-cost, portable, non-contact, and non-destructive methods to detect leaks inside materials such as plastic, sponge, and non-woven fabric. It is possible to provide a leak detection method that can detect whether a leak occurs in

본 발명은 테라헤르츠-테라헤르츠파를 이용한 비접촉, 비파괴 방식으로 대상 물질의 내부에서 발생하는 누출 여부를 감지함으로써, 육안으로 감지가 불가능 했던, 이종 물질 간의 높은 대비 특성에 따른 다양한 시료 즉 고체, 액체, 기체에 적용이 가능한 누출 감지 방법을 제공할 수 있다.The present invention detects leaks occurring inside the target material in a non-contact, non-destructive manner using terahertz waves, thereby detecting various samples, such as solids and liquids, according to the high contrast characteristics between dissimilar materials that were impossible to detect with the naked eye. , can provide a leak detection method applicable to gases.

본 발명은 한 개의 공진기에서 발진된 두 개의 안정적인 파장을 포토닉스 기반의 튜너블 테라헤르츠파를 생성함으로써, 외부 환경에 영향을 받지 않고 고속의 저가격 초소형 테라헤르츠 비파괴 측정 시스템 구현이 가능한 누출 감지 방법을 제공할 수 있다.The present invention provides a leak detection method that enables the implementation of a high-speed, low-cost, ultra-small terahertz non-destructive measurement system without being affected by the external environment by generating photonics-based tunable terahertz waves using two stable wavelengths oscillated from one resonator. can do.

본 발명은 생산 현장에서의 수밀 검사기에 따른 액체, 기체 등의 측정이 가능하도록 활용 영역을 확대함으로써, 산업 현장에서 손쉽게 적용이 가능한 누출 감지 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a leak detection method that can be easily applied in industrial sites by expanding the application area to enable measurement of liquids, gases, etc. using watertightness testers at production sites.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 누출 감지 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 누출 감지 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대상 물질을 구성하는 매질들에 의해 반사된 신호들의 간섭 현상을 고려하여 테라헤르츠파의 대역을 조절하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 입사 방식 및 경사 입사 방식에 따라 대상 물질로 테라헤르츠파를 방사하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 입사 방식을 이용했을 때, 대상 물질의 매질에 따라 나타나는 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 경사 입사 방식을 이용했을 때, 대상 물질의 매질에 따라 나타나는 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파 발생시, 간섭 현상에 따른 테라헤르츠파의 코히런트 특성을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram showing a leak detection device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the detailed configuration of a leak detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of adjusting the band of terahertz waves in consideration of the interference phenomenon of signals reflected by media constituting the target material according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the operation of radiating terahertz waves to a target material according to a normal incidence method and an oblique incidence method according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining the characteristics that appear depending on the medium of the target material when using the normal incidence method according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the characteristics that appear depending on the medium of the target material when using the oblique incidence method according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram for explaining coherent characteristics of terahertz waves due to interference when terahertz waves are generated according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, various changes can be made to the embodiments, so the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for descriptive purposes only and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the accompanying drawings, identical components will be assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the embodiments, the detailed descriptions are omitted.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 누출 감지 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a leak detection device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 누출 감지 장치(101)는 테라헤르츠파(102)를 이용하여 비접촉 방식 및 비파괴 방식을 통해 대상 물질(103)의 내부에서 발생된 누출 여부를 감지할 수 있다. 보다 구체적으로, 누출 감지 장치(101)는 테라헤르츠파가 투과 가능한 대상 물질의 내부를 검사할 수 있다. 누출 감지 장치(101)는 대상 물질의 누출 여부에 따른 측정 결과의 정확성을 보장하기 위하여 일부 범위 이상의 대역폭을 갖는 주파수 가변형의 테라헤르츠파를 이용할 수 있다. 테라헤르츠파(102)는 주파수 대역을 갖는 테라헤르츠-테라헤르츠파(Terahertz-millimeter wave)일 수 있다. 이러한, 테라헤르츠파(102)는 비극성 물질로 제작된 옷, 종이, 나무, 판지, 플라스틱, 세라믹 등의 매질(물질, 104)에서 투과율이 높은 전자기파이다. 또한, 테라헤르츠파(102)는 비극성 물질인 물(105) 또는, 금속(106)에서 투과율이 낮은 전자기파이다.Referring to FIG. 1, the leak detection device 101 can detect whether there is a leak occurring inside the target material 103 through a non-contact and non-destructive method using the terahertz wave 102. More specifically, the leak detection device 101 can inspect the interior of a target material through which terahertz waves can penetrate. The leak detection device 101 may use frequency-variable terahertz waves with a bandwidth over a certain range to ensure the accuracy of measurement results depending on whether the target material is leaking. The terahertz wave 102 may be a terahertz-millimeter wave having a frequency band. The terahertz wave 102 is an electromagnetic wave with high transmittance in media (material 104) made of non-polar materials such as clothes, paper, wood, cardboard, plastic, and ceramics. Additionally, the terahertz wave 102 is an electromagnetic wave that has a low transmittance in water 105 or metal 106, which are non-polar materials.

이때, 누출 감지 장치(101)는 대상 물질(103)의 내부에서 누출되는 측정 성분간의 신호대 잡음 비를 높이기 위해 테라헤르츠파의 대역을 설정할 수 있다. 자세하게, 누출 감지 장치(101)는 포토닉스 방식으로 발생된 테라헤르츠파를 이용할 수 있다. 포토닉스 방식으로 발생된 테라헤르츠파는 비팅 광원의 비팅 주파수를 가변함으로써 쉽게 테라헤르츠파의 주파수 가변 특성을 제공할 수 있다.At this time, the leak detection device 101 may set the band of the terahertz wave to increase the signal-to-noise ratio between measurement components leaking from the inside of the target material 103. In detail, the leak detection device 101 can use terahertz waves generated by photonics. Terahertz waves generated by photonics can easily provide the frequency variable characteristics of terahertz waves by varying the beating frequency of the beating light source.

대상 물질(103)은 테라헤르츠파(102)가 투과가 가능한 매질(104) 및 물(105) 및 대상 물질(103)의 누출 여부를 확인할 수 있는 금속(106)으로 구성될 수 있다. 매질(104)은 금속(106)을 보호하기 위한 외장용 물질로써, 테라헤르츠파(102)를 전달할 수 있는 매개체 일 수 있다. 일례로, 매질(104)은 테라헤르츠파(102)가 투과가 가능한 옷, 종이, 나무, 판지, 플라스틱, 세라믹, 스펀지, 부직포 등으로 구성될 수 있다.The target material 103 may be composed of a medium 104 through which terahertz waves 102 can penetrate, water 105, and a metal 106 through which leakage of the target material 103 can be confirmed. The medium 104 is an exterior material to protect the metal 106 and may be a medium capable of transmitting the terahertz wave 102. For example, the medium 104 may be composed of clothing, paper, wood, cardboard, plastic, ceramic, sponge, non-woven fabric, etc. through which terahertz waves 102 can penetrate.

매질(104)은 복수층으로 이루어질 수 있으며, 복수층은 각각 서로 다른 물질 또는, 동일 물질로 구성될 수 있다. 테라헤르츠파(102)는 복수층으로 구성된 매질(104)의 경계면에서 반사될 수 있다. 누출 감지 장치(101)는 대상 물질(103)을 구성하는 매질(104)의 각 경계면에서 반사된 신호 및 물(105) 또는, 금속(106)로부터 반사된 신호를 수신할 수 있다.The medium 104 may be composed of multiple layers, and the multiple layers may each be composed of different materials or the same material. The terahertz wave 102 may be reflected at the boundary of the medium 104 composed of multiple layers. The leak detection device 101 may receive a signal reflected from each boundary surface of the medium 104 constituting the target material 103 and a signal reflected from the water 105 or the metal 106.

그리고, 누출 감지 장치(101)는 대상 물질(103)의 내부에서 반사된 신호들을 이용하여 대상 물질 내 누출 부위와 비 누출 부위를 판단할 수 있다. 자세하게, 누출 감지 장치(101)는 매질(104)의 각 경계면으로부터 반사된 신호들과 대상 물질(103) 내 물(105) 또는 금속(106)에서 반사된 신호 간의 간섭에 따른 신호 간 크기를 이용하여 대상 물질 내 누출 부위와 비 누출 부위를 판단할 수 있다.Additionally, the leak detection device 101 may determine leakage and non-leakage areas within the target material using signals reflected from the inside of the target material 103. In detail, the leak detection device 101 uses the size between signals due to interference between signals reflected from each boundary surface of the medium 104 and signals reflected from water 105 or metal 106 in the target material 103. Thus, leakage and non-leakage areas within the target material can be determined.

누출 감지 장치(101)는 테라헤르츠파(102)를 이용하여 대상 물질의 내부에서 발생할 가능성이 있는 임의의 가스, 기름 누출 등을 비접촉 및 비파괴 방식으로 측정함으로써, 육안으로 식별이 불가능한 대상 물질의 내부의 상태를 보다 안전하고 쉽게 판단할 수 있다.The leak detection device 101 uses terahertz waves 102 to measure any gas or oil leaks that may occur inside the target material in a non-contact and non-destructive manner, thereby detecting the inside of the target material that cannot be identified with the naked eye. You can judge the status more safely and easily.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 누출 감지 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the detailed configuration of a leak detection device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 누출 감지 장치(201)는 테라헤르츠파를 이용해 대상 물질(206)의 내부에서 발생되는 누출 여부를 판단하기 위해, 이중 구조 레이저(202), 신호 발생기(203), 신호 처리기(204) 및 신호 검출기(205)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the leak detection device 201 uses terahertz waves to determine whether a leak occurs inside the target material 206, and includes a dual structure laser 202, a signal generator 203, and a signal processor. It may include (204) and a signal detector (205).

이중 구조 레이저(202)는 두 개의 레이저와 이 레이저 사이의 상호작용을 조절할 수 있는 위상 조절 영역을 집적하여 단일 공진기 구조를 갖는 레이저일 수 있다. 이중 구조 레이저(202)는 두 레이저 사이의 상호작용을 제어할 수 있다. 그리고, 이중 구조 레이저(202)는 집적된 마이크로 히터를 이용하여 각 발진 모드의 동작 파장을 조절하여 주파수(f1, f2)를 출력할 수 있다. 일례로, 이중 구조 레이저(202)는 300GHz~1.3THz 이상까지 넓은 범위를 갖는 주파수(f1, f2)를 출력할 수 있으며, 이때, 주파수는 비팅 주파수 일 수 있다.The dual structure laser 202 may be a laser having a single resonator structure by integrating two lasers and a phase control region that can control the interaction between the lasers. The dual structure laser 202 can control the interaction between the two lasers. In addition, the dual structure laser 202 can output frequencies (f 1 , f 2 ) by adjusting the operating wavelength of each oscillation mode using an integrated micro heater. For example, the dual structure laser 202 can output frequencies (f 1 , f 2 ) having a wide range from 300 GHz to 1.3 THz or more, and in this case, the frequency may be a beating frequency.

여기서, 이중 구조 레이저(202)는 테라헤르츠파를 이용한, 수직 입사 방식에 따른 간섭 문제를 해결하기 위한 방안으로 주파수(f1, f2)를 가변하기에 용이할 수 있다.Here, the dual structure laser 202 can easily change the frequencies (f1, f2) as a way to solve the interference problem caused by the normal incidence method using terahertz waves.

이중 구조 레이저(202)는 단일 공진기 구조의 레이저에서 출력되는 하나 이상의 주파수를 이용하여 초고주파 대역의 테라헤르츠파(207)를 생성할 수 있다. 자세하게, 이중 구조 레이저(202)는 이중 모드 레이저에서 출력되는 하나 이상의 주파수(f1, f2)를 중첩시킴으로써, 비팅 광원을 형성할 수 있다. 즉, 이중 구조 레이저(202)는 이중 모드 레이저에서 출력되는 하나 이상의 주파수 간의 차에 해당하는 비팅 광원을 형성할 수 있다. 그리고, 이중 구조 레이저(202)는 비팅 광원의 주파수를 가변함으로써, 초고주파 대역의 테라헤르츠파(207)를 생성할 수 있다.The dual structure laser 202 can generate a terahertz wave 207 in the ultra-high frequency band using one or more frequencies output from the single resonator structure laser. In detail, the dual structure laser 202 can form a beating light source by overlapping one or more frequencies (f 1 , f 2 ) output from the dual mode laser. That is, the dual structure laser 202 can form a beating light source corresponding to the difference between one or more frequencies output from the dual mode laser. Additionally, the dual structure laser 202 can generate terahertz waves 207 in the ultra-high frequency band by varying the frequency of the beating light source.

본 발명은 수십에서 수백 GHz의 주파수를 가변(예. 100~500 GHz)을 함으로써, 주파수에 따른 테라헤르츠파의 매질에 의한 특성을 측정할 수 있다.The present invention can measure the characteristics of terahertz waves depending on the frequency by varying the frequency from tens to hundreds of GHz (eg, 100 to 500 GHz).

신호 발생기(203)는 대상 물질(206)이 위치하는 특정 공간으로 생성된 테라헤르츠파(207)를 방사할 수 있다. 이때, 신호 발생기(203)는 테라헤르츠파에 대한 상기 대상 물질(206)의 흡수 및 반사 정도를 고려하여 수직 입사 방식 또는, 경사 입사 방식 중 하나의 방식으로 생성된 테라헤르츠파(207)를 방사할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 3 내지 도 6을 통해 설명하도록 한다.The signal generator 203 may radiate the generated terahertz wave 207 to a specific space where the target material 206 is located. At this time, the signal generator 203 radiates the terahertz wave 207 generated in one of the normal incidence method and the oblique incidence method in consideration of the degree of absorption and reflection of the target material 206 with respect to the terahertz wave. can do. A detailed description of this will be provided through FIGS. 3 to 6.

신호 검출기(205)는 테라헤르츠파(207)에 의해 대상 물질로부터 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다. 신호 검출기(205)는 적어도 하나의 매질의 각 경계면에서 반사된 신호 및 금속으로부터 반사된 신호를 포함하는 반사 신호(208)를 수신할 수 있다. 경계면에서 반사된 신호와 금속으로부터 반사된 신호는 매질에 의해 흡수되는 테라헤르츠파(207)의 크기에 따라 달라질 수 있다.The signal detector 205 may receive a reflected signal reflected from the target material by the terahertz wave 207. The signal detector 205 may receive a reflected signal 208 including a signal reflected from each boundary surface of at least one medium and a signal reflected from a metal. The signal reflected from the interface and the signal reflected from the metal may vary depending on the size of the terahertz wave 207 absorbed by the medium.

신호 처리기(204)는 반사 신호로부터 대상 물질(206)의 내부에서의 누출 여부를 판단할 수 있다.The signal processor 204 may determine whether the target material 206 is leaking from the inside of the target material 206 from the reflected signal.

이를 통해, 누출 감지 장치(201)는 테라헤르츠파(207)를 이용하여 대상 물질(206)의 내부에 수분이 존재하는지 여부를 검출함으로써, 대상 물질(206)을 포함하는 제품의 방수 능력 및 성능 저하 특성을 평가할 수 있다.Through this, the leak detection device 201 detects whether moisture exists inside the target material 206 using the terahertz wave 207, thereby measuring the waterproof ability and performance of the product containing the target material 206. Degradation characteristics can be evaluated.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대상 물질을 구성하는 매질들에 의해 반사된 신호들의 간섭 현상을 고려하여 테라헤르츠파의 대역을 조절하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of adjusting the band of terahertz waves in consideration of the interference phenomenon of signals reflected by media constituting the target material according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 누출 감지 장치는 대상 물질 내 측정 환경에 따른 테라헤르츠파에 의해 대상 물질로부터 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 대상 물질 내 측정 환경은 매질의 두께, 신호 발생기 및 신호 검출기 간의 거리 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the leak detection device may receive a reflection signal reflected from the target material by terahertz waves according to the measurement environment within the target material. Here, the measurement environment within the target material may include the thickness of the medium, the distance between the signal generator and the signal detector, etc.

또한, 누출 감지 장치는 대상 물질의 내부에 물이 있는 경우와 대상 물질의 내부에 물이 없는 경우 각각에 대응하여 테라헤르츠파에 의해 대상 물질로부터 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 누출 감지 장치는 대상 물질 내 측정 환경에 따른 대상 물질을 구성하는 매질들에 의해 반사된 신호들의 간섭 현상이 적용된 반사 신호를 수신할 수 있다.Additionally, the leak detection device may receive a reflection signal reflected from the target material by terahertz waves in response to cases where there is water inside the target material and cases where there is no water inside the target material. Here, the leak detection device may receive a reflected signal to which an interference phenomenon of signals reflected by the media constituting the target material according to the measurement environment within the target material is applied.

누출 감지 장치는 도 3의 (a)와 같이 신호들의 간섭 현상으로 인해 물이 있는 상태에서의 반사 신호가 물이 없는 상태(Ref)에서의 반사 신호 보다 크게 측정될 수 있다. 다시 말해, 대상 물질 내 물이 없는 상태와 물이 있는 상태 각각에 대응하여 반사 신호를 수신한다고 가정할 때, 일반적으로, 누출 감지 장치는 대상 물질 내 물이 없는 상태에서 측정된 반사 신호가, 물이 있는 상태에서 측정된 반사 신호보다 크게 측정될 수 있다. 이때, 누출 감지 장치는 동일한 측정 환경이더라도, 신호들의 간섭 현상으로 인해 물이 있는 상태에서의 반사 신호가 물이 없는 상태(Ref)에서의 반사 신호 보다 크게 측정될 수 있다.As shown in (a) of FIG. 3, the leak detection device can measure the reflected signal in the presence of water to be larger than the reflection signal in the absence of water (Ref) due to the interference phenomenon of signals. In other words, assuming that a reflection signal is received in response to a state without water in the target material and a state with water in the target material, in general, the leak detection device will detect the reflection signal measured in the state without water in the target material. It can be measured to be larger than the reflected signal measured in this state. At this time, even if the leak detection device is in the same measurement environment, the reflected signal in the presence of water may be measured to be larger than the reflection signal in the absence of water (Ref) due to interference between signals.

이러한 측정 환경에 따른 간섭 현상을 고려하여, 누출 감지 장치는 도 3의 (b)와 같이 이중 모드 레이저를 통해 주파수를 가변함으로써, 대상 물질의 성질에 따라 테라헤르츠파의 대역을 선택적으로 활용할 수 있다. 다시 말해, 누출 감지 장치는 주파수를 가변함으로써, 신호들 간의 간섭 현상을 최소화하면서, 간선 현상의 발생 주기의 이상 여부를 측정할 수 있다. 누출 감지 장치는 측정된 결과로부터 매질별로 반사되는 신호의 평균 또는 주파수에 대한 기울기 등을 분석할 수 있다. 누출 감지 장치는 분석한 결과로부터 대상 물질의 내부에서 발생 가능한 누출 여부를 판별할 수 있다. 누출 감지 장치는 밴드의 기울기 밀리미터에서 테라헤르츠 대역까지 검출 대상의 물질에 따라 측정 밴드를 선택할 수 있다.Considering the interference phenomenon according to the measurement environment, the leak detection device can selectively utilize the terahertz wave band according to the properties of the target material by varying the frequency through a dual-mode laser as shown in Figure 3 (b). . In other words, by varying the frequency, the leak detection device can minimize interference between signals and measure whether there is an abnormality in the cycle of occurrence of the main line phenomenon. The leak detection device can analyze the average or frequency slope of the reflected signal for each medium from the measured results. The leak detection device can determine whether there is a possible leak inside the target material from the analysis results. A leak detection device can select a measurement band depending on the material being detected, from the band slope millimeter to the terahertz band.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 입사 방식 및 경사 입사 방식에 따라 대상 물질로 테라헤르츠파를 방사하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining the operation of radiating terahertz waves to a target material according to a normal incidence method and an oblique incidence method according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 누출 감지 장치(401)는 테라헤르츠파에 대한 대상 물질(406)의 흡수 및 반사 정도를 고려하여 테라헤르츠파를 방사하기 위한 수직 입사 방식 또는, 경사 입사 방식 중 하나의 방식을 선택할 수 있다. 여기서, 누출 감지 장치(401)는 대상 물질(406)을 구성하는 매질의 구조에서의 흡수 및 반사 정도를 고려할 수 있다.Referring to FIG. 4, the leak detection device 401 uses one of a vertical incidence method or an oblique incidence method to emit terahertz waves in consideration of the degree of absorption and reflection of the target material 406 for terahertz waves. You can select . Here, the leak detection device 401 may consider the degree of absorption and reflection in the structure of the medium constituting the target material 406.

(1) 수직 입사 방식(1) Normal incidence method

수직 입사 방식을 이용하여 테라헤르츠파를 방사하는 경우, 누출 감지 장치(401)는 주파수를 고속으로 가변 시킬 수 있는 이중 모드 레이저(402)의 주파수(f1, f2)의 차주파수(f1-f2)에 해당하는 테라헤르츠파를 생성할 수 있다. 누출 감지 장치(401)는 생성된 테라헤르츠파를 대상 물질이 위치한 영역으로 방사시킬 수 있다. 테라헤르츠파는 누출 감지 장치(401)의 신호 발생기(406)를 통해 대상 물질이 위치한 영역으로 방사될 수 있다. 이 때, 테라헤르츠파는 빔 스플리터를 통과한 후, 대상 물질로 입사될 수 있으며, 대상 물질의 내부에서 발생되는 누출 여부를 판단하기 위해 수직으로 입사될 수 있다.When terahertz waves are radiated using a vertical incidence method, the leak detection device 401 detects the difference frequency (f1-f2) of the frequencies (f1, f2) of the dual-mode laser 402, which can change the frequency at high speed. It is possible to generate terahertz waves corresponding to . The leak detection device 401 can radiate the generated terahertz waves to the area where the target material is located. Terahertz waves may be radiated to the area where the target material is located through the signal generator 406 of the leak detection device 401. At this time, the terahertz wave may be incident on the target material after passing through the beam splitter, and may be incident vertically to determine whether there is a leak occurring inside the target material.

입사된 테라헤르츠파는 대상 물질을 형성하는 적어도 하나의 매질의 각 경계면에서 반사될 수 있으며, 매질의 내부에서의 흡수 및 산란이 발생할 수 있다. 또한, 입사된 테라헤르츠파는 대상 물질 내 전파의 흡수율이 높은 물이 존재하는지 여부에 따라 대상 물질의 하부면에 위치한 금속 또는 물에서 반사된 신호의 크기가 달라질 수 있다.The incident terahertz wave may be reflected from each boundary surface of at least one medium forming the target material, and absorption and scattering may occur inside the medium. In addition, the size of the signal reflected from the metal or water located on the lower surface of the target material may vary depending on whether water, which has a high absorption rate of radio waves, is present in the incident terahertz wave.

신호 검출기(405)는 대상 물질을 형성하는 적어도 하나의 매질의 각 경계면에서 반사된 반사 신호를 검출할 수 있다. 여기서, 반사 신호는 빔 스플리터를 통과하여 신호 검출기(405)로 수신될 수 있다.The signal detector 405 may detect a reflection signal reflected from each boundary surface of at least one medium forming the target material. Here, the reflected signal may pass through the beam splitter and be received by the signal detector 405.

신호 검출기(405)를 통해 검출되는 반사 신호는 대상 물질을 형성하는 적어도 하나의 매질의 경계면으로부터 반사된 신호들과 누수를 확인할 수 있는 금속으로부터 반사된 신호간의 간섭들로 구성된 신호일 수 있다.The reflected signal detected through the signal detector 405 may be a signal composed of interference between signals reflected from the interface of at least one medium forming the target material and a signal reflected from a metal that can confirm water leakage.

(2) 경사 입사 방식(2) Oblique incidence method

경사 입사 방식을 이용하여 테라헤르츠파를 방사하는 경우, 누출 감지 장치(401)는 주파수를 고속으로 가변 시킬 수 있는 이중 모드 레이저(402)의 주파수(f1, f2)의 차주파수(f1-f2)에 해당하는 테라헤르츠파를 생성할 수 있다. 누출 감지 장치(401)는 생성된 테라헤르츠파를 대상 물질이 위치한 영역으로 방사시킬 수 있다. 이때, 누출 감지 장치(401)는 대상 물질을 형성하는 적어도 하나의 매질의 각 경계면으로부터 반사되는 신호들 간의 간섭을 제거하기 위하여 일정한 기울기의 입사각으로 테라헤르츠파를 방사시킬 수 있다.When terahertz waves are radiated using an oblique incidence method, the leak detection device 401 detects the difference frequency (f1-f2) of the frequencies (f1, f2) of the dual-mode laser 402, which can change the frequency at high speed. It is possible to generate terahertz waves corresponding to . The leak detection device 401 can radiate the generated terahertz waves to the area where the target material is located. At this time, the leak detection device 401 may emit terahertz waves at a constant angle of incidence in order to remove interference between signals reflected from each boundary surface of at least one medium forming the target material.

입사된 테라헤르츠파는 대상 물질 내 전파의 흡수율이 높은 물이 존재하는지 여부에 따라 대상 물질의 하부면에 위치한 금속 또는 물에서 반사된 신호의 크기가 달라질 수 있다.The magnitude of the signal reflected by the incident terahertz wave from metal or water located on the lower surface of the target material may vary depending on whether water, which has a high absorption rate of radio waves, is present in the target material.

신호 검출기(405)는 대상 물질을 형성하는 적어도 하나의 매질의 각 경계면에서 반사된 반사 신호를 검출할 수 있다. 여기서, 신호 검출기(405)를 통해 검출되는 반사 신호는 누수를 확인할 수 있는 금속으로부터 반사된 신호일 수 있다.The signal detector 405 may detect a reflection signal reflected from each boundary surface of at least one medium forming the target material. Here, the reflected signal detected through the signal detector 405 may be a signal reflected from a metal that can confirm water leakage.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 입사 방식을 이용했을 때, 대상 물질의 매질에 따라 나타나는 특성을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the characteristics that appear depending on the medium of the target material when using the normal incidence method according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 대상 물질을 구성하는 매질들은 테라헤르츠파의 투과율이 높은 물질들로 구성될 수 있다. 이러한 매질들은 테라헤르츠파의 대역에서 굴절률이 낮고 흡수가 낮게 나타날 수 있다. 이러한 매질의 특성에 따른 대상 물질의 경계면에서 반사된 반사 신호는 작고, 금속으로부터 반사된 신호가 크게 나타날 수 있다. 일례로, 매질들은 플라스틱, 종이, 세라믹, 부직포 등으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the media constituting the target material may be composed of materials with high transmittance of terahertz waves. These media may have a low refractive index and low absorption in the terahertz wave range. Depending on the characteristics of these media, the reflection signal reflected from the interface of the target material may be small, and the signal reflected from the metal may be large. For example, media may be composed of plastic, paper, ceramic, non-woven fabric, etc.

도 5의 (a)를 살펴보면, 누출 감지 장치는 수직 입사 방식을 이용하여 대상 물질의 내부에서 발생되는 누출 여부를 판별할 수 있다. 여기서, 대상 물질은 하나의 매질, 물, 금속으로 구성될 수 있다. 일례로, 수직 입사 방식을 기반으로 누출 감지 장치는 자동차 트렁크의 내장재로 사용되는 부직포(매질1) 아래의 누수 여부를 측정한 데이터로, 부직포 표면과 내부의 금속(파란색 선) 또는 물(빨간색 선)로로 구성된 대상 물질을 이용할 수 있다.Looking at (a) of FIG. 5, the leak detection device can determine whether a leak occurs inside the target material using a vertical incidence method. Here, the target material may consist of one medium, water, or metal. For example, a leak detection device based on a vertical incidence method measures the presence or absence of water leaks under the non-woven fabric (medium 1) used as the interior material of a car trunk, and shows the presence of metal (blue line) or water (red line) on the surface and inside of the non-woven fabric. ) can be used.

도 5의 (a)에서 나타낸 그래프는 매질 및 금속 각각에서 반사된 신호들 간의 간섭 현상에 의해 전 영역에서 측정값이 변화한다.In the graph shown in (a) of FIG. 5, measured values change in all areas due to interference between signals reflected from each medium and metal.

이때, 누출 감지 장치는 부직포(매질) 표면으로부터 반사된 신호의 비율이 금속에서 반사된 신호에 비해 작아서, 물의 존재 유무(물/금속 반사 신호)에 따른 측정된 신호의 비율이 약 10~20%로 누수 검출이 가능함을 알 수 있다.At this time, in the leak detection device, the ratio of the signal reflected from the surface of the non-woven fabric (medium) is smaller than the signal reflected from the metal, so the ratio of the measured signal depending on the presence or absence of water (water/metal reflection signal) is about 10 to 20%. It can be seen that water leak detection is possible.

따라서, 반사 및 흡수가 작은 매질의 경우, 누출 감지 장치는 수직 입사 방식을 이용하여 테라헤르츠파에 의한 대상 물질의 누출 여부를 검출할 수 있다. Therefore, in the case of a medium with low reflection and absorption, the leak detection device can detect whether the target material is leaking by terahertz waves using a vertical incidence method.

또한, 누출 감지 장치는 특정 크기 이상으로 발생된 테라헤르츠파를 확대한 평행빔을 활용하여 신호 발생기와 대상 물질 간의 거리에 의해 발생되는 영향을 최소화시킴으로써, 사용자가 보다 편리하게 휴대해서 측정할 수 있는 비접촉 검출 시스템의 구현이 용이할 수 있다.In addition, the leak detection device utilizes a parallel beam that enlarges the terahertz wave generated above a certain size to minimize the effect caused by the distance between the signal generator and the target material, allowing users to carry and measure more conveniently. Implementation of a non-contact detection system may be easy.

도 5의 (b)를 살펴보면, 누출 감지 장치는 수직 입사 방식을 이용하여 대상 물질의 내부에서 발생되는 누출 여부를 판별할 수 있다. 여기서, 대상 물질은 복수의 매질, 물, 금속으로 구성될 수 있다. 이때, 매질은 반사가 작고 투과가 가능하지만, 전자기파의 흡수가 상대적으로 높은 폼커퍼(매질2), 우레탄폼(매질3) 등을 포함할 수 있다. 일례로, 대상 물질은 실제 자동차의 앞 좌석 바닥에 위치하며 엔진룸에서 넘어오는 소음 진동의 흡수재로 사용되는 소재들이다. Looking at (b) of FIG. 5, the leak detection device can determine whether a leak occurs inside the target material using a vertical incidence method. Here, the target material may be composed of a plurality of media, water, and metal. At this time, the medium may include foam capper (medium 2), urethane foam (medium 3), etc., which have small reflection and allow transmission, but have relatively high absorption of electromagnetic waves. For example, the target materials are materials that are located on the bottom of the front seats of actual cars and are used as absorbers of noise and vibration coming from the engine room.

상술한 대상 물질들은 대부분이 누수 확인용으로, 테라헤르츠파는 금속 또는 물에 도달하기 전에, 여러 매질을 통과하는 동안 흡수된 후 금속으로부터 반사됨으로써, 신호 검출기에 도달되는 신호가 20~30 dB 이하로 나타날 수 있다. 다만, 이런 경우, 매질1의 경계면에서 반사된 신호가 금속에 반사되어 측정되는 신호보다 더 크기 때문에, 이 두 신호간 간섭이 발생할 경우, 측정된 신호가 누수에 의한 것인지 표면에서 반사된 신호인지 구분하기 힘든 경우가 발생할 수 있다. Most of the above-mentioned target materials are used to check water leaks. Terahertz waves are absorbed while passing through various media before reaching metal or water and are then reflected from the metal, so that the signal reaching the signal detector is below 20-30 dB. It may appear. However, in this case, the signal reflected from the interface of medium 1 is larger than the signal measured by reflection from the metal, so if interference occurs between the two signals, it is necessary to determine whether the measured signal is caused by water leakage or a signal reflected from the surface. There may be cases where it is difficult to do.

결국, 누출 감지 장치는 측정 환경에 따라서 누수가 존재할 경우, 더 크게 측정되기도 하였다. 또한, 누출 감지 장치는 누수 조사 시, 매질의 경계면에서 반사되는 반사 신호의 파워보다 신호 검출기에 측정된 반사 신호의 크기가 현저히 낮게 측정될 수 있다. 여기서, 신호 검출기에 측정된 반사 신호의 크기는 최종 모든 매질을 투과하고 다시 한번 반사된 신호의 크기일 수 있다. 이러한 경우, 누출 감지 장치는 신호 검출기에 측정된 반사 신호의 크기가 노이즈에 묻혀 정확히 측정하지 못하는 경우일 수 있다. 수직 입사 방식은 제한된 시료에 적용이 가능함을 알 수 있다. In the end, the leak detection device sometimes measured larger if a leak existed depending on the measurement environment. Additionally, when a leak detection device investigates a leak, the magnitude of the reflected signal measured by the signal detector may be measured to be significantly lower than the power of the reflected signal reflected from the boundary surface of the medium. Here, the size of the reflected signal measured by the signal detector may be the size of the signal that finally passes through all media and is reflected once again. In this case, the leak detection device may not accurately measure the size of the reflected signal measured by the signal detector because it is buried in noise. It can be seen that the normal incidence method can be applied to limited samples.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 경사 입사 방식을 이용했을 때, 대상 물질의 매질에 따라 나타나는 특성을 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining the characteristics that appear depending on the medium of the target material when using the oblique incidence method according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 대상 물질을 구성하는 매질들은 테라헤르츠파의 흡수률이 높은 물질로 구성될 수 있다. 누출 감지 장치는 매질의 경계면으로부터 반사된 신호들 간의 간섭을 제거하기 위해, 경사 입사 방식을 이용할 수 있다.Referring to FIG. 6, the media constituting the target material may be composed of materials with a high absorption rate of terahertz waves. A leak detection device may use an oblique incidence method to remove interference between signals reflected from the interface of the medium.

각 매질의 경계면에서 반사된 신호는 서로 다른 경로로 진행하게 되며, 누출 감지 장치는 누수 여부를 확인하고자 하는 물질의 경계면에서 반사된 신호만 측정이 가능하도록 신호 검출기를 위치시킴으로써, 대상 물질의 내부에서의 누수 여부를 판단할 수 있다.The signals reflected from the interface of each medium proceed in different paths, and the leak detection device positions the signal detector so that only the signal reflected from the interface of the material to be checked for leakage can be measured, It is possible to determine whether there is a water leak or not.

그 결과, 수직 입사 방식과 달리 경사 입사 방식을 이용하는 경우, 누출 감지 장치는 누수 시, 약 10 dB의 신호로 감소된 반사 신호를 검출할 수 있다. 따라서, 경사 입사 방식을 이용하는 경우, 누출 감지 장치는 반사 또는 흡수가 큰 물질들 내부의 누수 여부 검출에 있어, 수직 입사 방식에 비해 보다 더 정확한 누출 여부의 측정이 가능할 수 있다.As a result, when using the oblique incidence method, unlike the vertical incidence method, the leak detection device can detect a reflected signal reduced to a signal of about 10 dB when water leaks. Therefore, when using the oblique incidence method, the leak detection device may be able to measure leakage more accurately than the vertical incidence method in detecting leaks inside materials with high reflection or absorption.

여기서 경사 입사 방식은 반사 구조이기 때문에 측정 시 누출 감지 장치로부터 대상 물질까지의 거리가 중요할 수 있다. 이에, 본 발명은 대상 물질과 누출 감지 장치 간의 거리를 조절 가능한 생산 공정 검사의 로봇암에 부착함으로써, 거리에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있다. 일례로, 본 발명은 위치 제어가 가능한 로봇암 이나 거리 측정이 가능한 보조 기구, 그리고 발생 및 검출 소자의 입사 각 조절 등을 이용할 수 있다.Here, because the oblique incidence method is a reflective structure, the distance from the leak detection device to the target material may be important during measurement. Accordingly, the present invention can improve the precision of the distance by attaching it to a robot arm for inspection of the production process that can adjust the distance between the target material and the leak detection device. For example, the present invention can use a robot arm capable of position control, an auxiliary device capable of measuring distance, and adjustment of the angle of incidence of the generator and detection element.

누출 감지 장치는 두 개의 테라헤르츠 렌즈를 이용하여 물리적으로 렌즈간 거리 조절에 인한 줌 기능 제공을 생각함으로써, 거리에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 이 경우, 누출 감지 장치는 구동 모터가 추가로 이용하여 보다 작고 가벼운 시스템을 구축할 가능성이 있다.The leak detection device can improve distance precision by using two terahertz lenses and providing a zoom function by physically adjusting the distance between the lenses. In this case, the leak detection device additionally uses a drive motor. There is a possibility of building a smaller and lighter system.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 테라헤르츠파 발생시, 간섭 현상에 따른 테라헤르츠파의 코히런트 특성을 설명하기 위한 도면이다.Figure 7 is a diagram for explaining coherent characteristics of terahertz waves due to interference phenomenon when terahertz waves are generated according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 누출 감지 장치는 광대역의 테라헤르츠파 발생시 간섭 현상의 원인인, 발생된 파의 코히런트 특성을 고출력 광대역의 LED(light -emitting diode)를 이용하여 생성 시키는 방법을 사용할 수 있다. 이 경우, 누출 감지 장치는 각각의 주파수에 대응되는 집적형 필터 및 어레이형 신호 검출기를 사용할 수 있다. 또한, 누출 감지 장치는 회절 격자를 이용하여 공간적으로 발생된 광대역의 테라헤르츠파를 각각의 주파수 성분으로 분해한 뒤 각 주파수 성분에 대응되는 신호 검출기를 활용할 수 있다.Referring to FIG. 7, the leak detection device can use a method of generating coherent characteristics of the generated wave, which causes interference when a broadband terahertz wave is generated, using a high-output broadband LED (light-emitting diode). . In this case, the leak detection device may use an integrated filter and an array-type signal detector corresponding to each frequency. Additionally, the leak detection device can use a diffraction grating to decompose spatially generated broadband terahertz waves into individual frequency components and then utilize a signal detector corresponding to each frequency component.

도 7의 (a)에 도시된 그래프는 한 대의 DFB 레이저 및 튜너블 레이저로 구성된 비팅광원과 한 개의 안정된 DFB광원와 넓은 스펙트럼을 갖는 고출력 LED로 구성된 비팅광원을 활용한 결과이다The graph shown in (a) of Figure 7 is the result of using a beating light source composed of a DFB laser and a tunable laser, and a beating light source composed of a stable DFB light source and a high-output LED with a wide spectrum.

도 7의 (b)에 도시된 그래프는 매우 넓은 대역폭을 갖는 테라헤르츠파를 적절한 필터 및 신호 검출기 간의 조합으로 구성될 수 있다.The graph shown in (b) of FIG. 7 can be configured by combining terahertz waves with a very wide bandwidth with an appropriate filter and signal detector.

도 7의 (c)에 도시된 그래프는 회절격자에 의해 광대역의 테라헤르츠파를 각각의 주파수 성분별로 분해한 뒤 수신기로 측정할 수 있다.In the graph shown in (c) of FIG. 7, a broadband terahertz wave can be decomposed into each frequency component by a diffraction grating and then measured with a receiver.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the following claims.

101: 누출 감지 장치
102: 테라헤르츠파
103: 대상물질
104: 매질
105: 물
106: 금속
101: Leak detection device
102: Terahertz wave
103: Target substance
104: Beating
105: water
106: metal

Claims (7)

하나 이상의 주파수를 이용하여 초고주파 대역의 테라헤르츠파를 생성하는 이중 모드 레이저;
테라헤르츠파가 투과 가능한 매질 및 오브젝트의 누출을 확인할 수 있는 금속으로 구성된 대상 물질이 위치하는 특정 공간으로 상기 생성된 테라헤르츠파를 방사하는 신호 발생기;
상기 테라헤르츠파에 의해 대상 물질로부터 반사된 반사 신호를 수신하는 신호 검출기; 및
상기 반사 신호로부터 대상 물질의 내부에서의 누출 여부를 판단하는 신호 처리기
를 포함하는 누출 검사 장치.
A dual-mode laser that generates terahertz waves in the ultra-high frequency band using one or more frequencies;
A signal generator that radiates the generated terahertz waves to a specific space where a target material composed of a medium through which terahertz waves can penetrate and a metal through which leakage of an object can be confirmed is located;
a signal detector that receives a reflected signal reflected from a target material by the terahertz wave; and
A signal processor that determines whether the target material leaks from the reflected signal
A leak testing device comprising:
제1항에 있어서,
상기 이중 모드 레이저는,
상기 이중 모드 레이저에서 출력되는 하나 이상의 주파수 간의 차에 해당하는 비팅 광원의 주파수를 가변하여 테라헤르츠파를 생성하는 누출 검사 장치.
According to paragraph 1,
The dual mode laser,
A leak detection device that generates terahertz waves by varying the frequency of the beating light source corresponding to the difference between one or more frequencies output from the dual-mode laser.
제1항에 있어서,
상기 신호 발생기는,
테라헤르츠파에 대한 물질 구조의 흡수 및 반사 정도를 고려하여 수직 입사 방식 또는, 경사 입사 방식 중 하나의 방식으로 테라헤르츠파를 방사하는 누출 검사 장치.
According to paragraph 1,
The signal generator is,
A leak detection device that radiates terahertz waves in either a vertical or oblique incidence manner, taking into account the degree of absorption and reflection of the material structure for terahertz waves.
제3항에 있어서,
상기 신호 발생기는,
상기 수직 입사 방식을 이용하는 경우,
테라헤르츠파를 분할하기 위한 빔 스플리터로 테라헤르츠파를 방사하는 누출 검사 장치.
According to paragraph 3,
The signal generator is,
When using the vertical incidence method,
A leak detection device that emits terahertz waves using a beam splitter to split the terahertz waves.
제3항에 있어서,
상기 물질 구조는,
상기 테라헤르츠파가 투과 가능한 적어도 하나의 매질을 포함하고,
상기 신호 검출기는,
상기 적어도 하나의 매질의 각 경계면에서 반사된 신호 및 상기 금속으로부터 반사된 신호를 포함하는 반사 신호를 수신하는 누출 검사 장치.
According to paragraph 3,
The material structure is,
Comprising at least one medium through which the terahertz waves can penetrate,
The signal detector is,
A leak detection device for receiving a reflected signal including a signal reflected from each boundary surface of the at least one medium and a signal reflected from the metal.
제1항에 있어서,
상기 테라헤르츠파는,
상기 매질과 금속 간 공간에서의 물의 존재 유무에 따라 금속 또는 물에 의해 반사되는 크기가 달라지는 누출 검사 장치.
According to paragraph 1,
The terahertz wave is,
A leak detection device in which the size reflected by metal or water varies depending on the presence or absence of water in the space between the medium and the metal.
제1항에 있어서,
상기 신호 검출기는,
회절 격자에 의해 물질 구조로부터 반사된 반사 신호를 각각의 주파수 성분으로 분해하여 수신하는 누출 검사 장치.
According to paragraph 1,
The signal detector is,
A leak detection device that decomposes and receives reflected signals reflected from a material structure by a diffraction grating into individual frequency components.
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