KR200311316Y1 - 반도체 검출기를 사용한 개인 선량계 자료 송수신장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치에 관한 것으로, 반도체 검출부에서 발생되는 전기적 신호를 증폭하여 펄스 신호를 발생시키는 신호처리부, 상기 반도체 검출부의 오차범위를 줄이기 위한 캘리브레이션 모드로의 전환스위치, 그리고 상기 자료 송수신장치와 무선 데이터 통신을 수행하는 통신부를 포함하는 선량계와 함께 사용되며, 시스템 전체를 제어하기 위한 마이크로 프로세서부, 적외선 변조 방식을 사용하여 상기 선량계와의 무선 통신을 수행하기 위한 적외선 인터페이스부, 그리고 시스템에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치부를 포함하는 신규의 개인 선량계 자료 송수신장치를 제공한다.

Description

반도체 검출기를 사용한 개인 선량계 자료 송수신장치{A DATA COMMUNICATION APPARATUS FOR PERSONAL DOSIMETER USING SEMICONDUCTOR DETECTOR}

본 고안은 방사선 계측 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계(dosimeter)를 위한 판독기 즉, 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치에 관한 것이다.

종래 방사선 계측기 관련 기술은 일부 연구기관 및 대학에서 기초연구로 단속적으로 수행된 바 있으나 조직적으로 수행되거나 체계적이지 못하였다. 최근에는 방사선 계측 기술의 진보에 힘입어 휴대용 방사선 측정기가 상용화되고 있는 추세에 이르게 되었다.

판독기는 휴대용 방사선 측정기 특히, 개인용 피폭 선량계에서 측정한 개인 선량을 읽어서 컴퓨터의 선량관리 프로그램에 넘겨주는 역할을 한다. 또한, 이러한 역할과 함께 선량계의 이상 유무를 점검하여 이상이 발생하면, 이를 사용자에게 알리게 된다.

등록실용신안공보 제20-0190939호에는 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템 전체를 제어하기 위한 마이크로 프로세서부(310), 마이크로 프로세서(310)가 시스템을 동작시키기 위한 시스템 프로그램을 저장하기 위한 제1 기억장치부(311), 마이크로 프로세서(310)가 시스템을 동작시키면서 필요한 각종 변수들을 저장하기 위한 제2 기억장치부(312), 적외선 변조 방식을 사용하여 선량계와의 무선 통신을 수행하기 위한 적외선 인터페이스부(313), 선량계로부터 전송된 데이터 및 선량계의 상태를 표시하기 위한 LCD 표시부(314), 시스템의 동작에 필요한 입력 및 조작을 하기 위한 키패드(315), 선량관리 프로그램을 수행하는 컴퓨터와 직렬 통신을 수행하기 위한 직렬 통신부(316), 그리고 시스템에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치부(317)를 구비하는 원자력 시설용 개인 피폭 선량계를 위한 판독기가 제시되어 있다.

상기 판독기는 도 2a에 도시된 바와 같이, 동작 중인 선량계가 존재하는지를 체크하여(400), 존재하는 경우 선량계를 시험하고(402), 존재하지 않는 경우 일정시간이 됐는지를 체크한다(401). 체크 결과 일정시간이 됐으면 컴퓨터에 시간을 조회하고(403) 시간을 재설정하며(460), 일정시간이 되지 않았거나 시간 재설정 후에는 A루틴 즉, 처음 단계로 돌아간다. 그리고, 선량계 시험 단계(402) 수행 후 선량계가 정상인지를 체크하고, 입구인지를 체크하여(405) 입구이면 사용자 ID를 입력하고(407) 입구가 아니면 B루틴을 수행한다. 이어서, 입력된 해당 ID를 컴퓨터에 조회하고(409), 출입이 가능한지를 체크하여(410) 가능하면 C루틴을 수행하고, 가능하지 않으면 D루틴을 수행한다. 한편, 선량계가 정상인지 체크하는 단계(404)에서 정상이 아닌 경우에는 오류표시 선량계 제거 메시지를 발하고(406) 다시 선량계가 존재하는지를 체크한다(408).

도 2b는 서브 루틴 C와 D를 나타낸 것으로, 서브루틴 C는 출입허가 표시 단계(411)와 선량계 존재 여부 체크단계(412)로 이루어지며, 선량계가 존재하지 않는 경우에는 A루틴을 수행한다. 또한, 서브루틴 D는 출입불가 표시 단계(413)와 선량계 존재 여부 체크 단계(414)로 이루어지며, 선량계가 존재하지 않는 경우에는 A루틴을 수행한다.

도 2c는 서브 루틴 B를 나타낸 것으로, 서브루틴 B는 우선 선량계에서 자료를 읽어오는 단계(415)로부터 시작하여 출입허가 표시 단계(416), 게이트 열기 단계(417), 출입자료를 컴퓨터에 전송하는 단계(418)를 거치고, 전송이 제대로 수행되었는지를 체크하여(419) 제대로 수행되었으면 A루틴을 수행하고, 제대로 수행되지 않았으면 전송 결과 체크단계(419)를 3회 재시도할 것인지를 체크하여 출입자료를 컴퓨터에 전송하고(421) A루틴으로 돌아가거나, 다시 418 단계로 돌아간다.

본 고안은 신규의 선량계와 결합되어 사용되는 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계를 위한 판독기 즉, 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 개인 선량계 자료 송수신장치의 블록구성도,

도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 개인 선량계 자료 송수신장치의 동작 흐름도,

도 3은 본 고안에 따른 개인 선량계 자료 송수신장치의 블록구성도,

도 4는 본 고안에 따른 개인 선량계 자료 송수신장치의 동작 흐름도,

도 5는 본 고안에 따른 개인 피폭 선량계의 블록구성도,

도 6는 본 고안에 따른 신호처리부 회로의 블록구성도,

도 7는 종래기술에 따른 신호처리부 회로의 블록구성도,

도 8a는 도 7에 도시된 신호처리부에 대한 실험결과를 나타내는 도면,

도 8b는 도 6에 도시된 신호처리부에 대한 실험결과를 나타내는 도면,

도 9는 본 고안에 따른 개인 피폭 선량계의 동작흐름도.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 반도체 검출부에서 발생되는 전기적 신호를 증폭하여 펄스 신호를 발생시키는 신호처리부, 상기 반도체 검출부의 오차범위를 줄이기 위한 캘리브레이션 모드로의 전환스위치, 그리고 상기 자료 송수신장치와 무선 데이터 통신을 수행하는 통신부를 포함하는 선량계와; 시스템 전체를 제어하기 위한 마이크로 프로세서부, 적외선 변조 방식을 사용하여 상기 선량계와의 무선 통신을 수행하기 위한 적외선 인터페이스부, 그리고 시스템에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치부;를 포함하는 하는 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치를 제공한다.

또한, 본 고안은 상기 자료 송수신장치가 상기 선량계로부터 전송된 데이터 및 상기 선량계의 상태를 표시하기 위한 LCD 표시부, 시스템의 동작에 필요한 입력및 조작을 하기 위한 키패드, 선량관리 프로그램을 수행하는 컴퓨터와의 통신을 위해 RS232/RS485를 선택하여 사용할 수 있는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자료 송수신장치를 제공한다.

또한, 본 고안은 상기 선량계에 필요한 인자는 IR 통신을 통하여 상기 자료 송수신장치에 의해 입력되는 것을 특징으로 하는 자료 송수신장치를 제공한다.

이하, 도면을 참고하여 본 고안의 구성을 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안에 따른 자료 송수신장치의 블록구성도로서, 본 고안에 따른 자료 송수신장치는 시스템 전체를 제어하기 위한 마이크로 프로세서부(510), 적외선 변조 방식을 사용하여 선량계와의 무선 통신을 수행하기 위한 적외선 인터페이스부(513), 선량계로부터 전송된 데이터 및 선량계의 상태를 표시하기 위한 LCD 표시부(514), 시스템의 동작에 필요한 입력 및 조작을 하기 위한 키패드(515), 선량관리 프로그램을 수행하는 컴퓨터와의 통신을 위해 RS232/RS485를 선택하여 사용할 수 있는 통신부(516), 그리고 시스템에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치부(517)를 구비한다.

또한, 본 고안에 따른 자료 송수신장치는 입력포트(518), 출력포트(519), 동작상태 확인을 위한 LED 표시부(520)를 구비하며, 마이크로 프로세서부(510)는 고성능/저전력 RISC의 마이크로 프로세서(ATMEGA128), LCD 표시부(514)는 사용자가 알아보기 쉽게 한글 LCD, 키패드(515)는 4*4(16BUTTON), 0~9 AND FUNCTION KEY, 전원 공급 장치부(517)는 입력 12V, 출력 5V의 파워 레귤레이터와 입력 AC 110/220,출력 DC12V가 사용될 수 있다.

도 4는 본 고안의 동작 흐름도로서, 자료 송수신장치에 전원이 인가되면 메인 프로그램이 동작하게 되면서 시작되며(81), 현재 자료 송수신장치의 상태가 LCD/LED 상에 표시되고, 선량계가 삽입되지 않았을 경우 LCD에는 초기 문구 '출입관리시스템’이라 표시되고 LED는 5개의 LED 중에서 READY에서 깜빡이고, POWER는 켜져 있게 된다(82).

단계(83)에서 선량계가 삽입되지 않았을 경우 출입자 카운트 단계(93)로 이동하며, 선량계가 삽입되었을 경우에, 단계(84)에서 입장하는 상태인지 퇴장하는 상태인지를 확인하고, 입장인 경우 LCD에는 확인번호입력 요구 내용을 표시하고 LED는 POWER와 BUSY를 ON한다(85). 단계(86)에서 키 패드의 입력을 기다리며, 키 입력이 끝나면 통신 상태임을 LCD/LED 상에 표시한다(87a). 이어서, PC와 자료 송수신장치 사이에 통신을 수행한 후(88a), 선량계와 자료 송수신장치 사이에 통신을 수행한다(89a).

단계(84)에서 퇴장인 경우 키 입력이 끝나면 통신 상태임을 LCD/LED 상에 표시한다(87b). 이어서, PC와 자료 송수신장치 사이에 통신을 수행한 후(88b), 선량계와 자료 송수신장치 사이에 통신을 수행한다(89b).

단계(90)에서 PC와 주고 받은 데이터가 이상이 없는지를 확인하고, 확인이 되면 단계(91)에서 LCD는 통신이 완료 됐음을 나타내고 LED는 POWER, ACCESS만 ON된다. 단계(92)에서, 출입문을 열어주고, 단계(93)에서 출입문을 통해 지나간 출입자 수를 확인한다.

다음으로, 본 고안에 따른 자료 송수신장치와 함께 사용되는 선량계에 대하여 설명한다.

도 5는 본 고안에 따른 개인 피폭 선량계의 블록구성도로서, 원자력 시설용 개인 피폭 선량계는, 방사선에 의해 서로 다른 레벨의 전기적 신호를 발생하는 반도체 검출부(12), 반도체 검출부(12)로부터 출력되는 전기적 신호를 증폭하여 펄스 신호로 출력하는 신호처리부(14), 내부 메모리에 저장된 시스템 제어 프로그램에 따라 각 구성부를 전반적으로 제어하는 시스템 제어부(10), 선량계 자료 송수신장치와 무선 통신하기 위한 통신부(16), 시스템 제어부(10)로부터 표시데이터를 수신하여 외부에 표시해 주는 LCD 표시부(18), 상기 시스템 제어부(10)의 제어에 따라 경보를 발하는 경보부(20), 현재 시스템의 동작상태를 표시하여 주기 위한 시스템 동작상태 표시부(22) 및 시스템 각 부에 동작전원을 공급하는 전원부(24)를 포함한다.

도 6는 본 고안에 따른 신호처리부(14) 회로의 블록구성도로서, 도 7에 도시된 종래의 신호처리부(114)와 달리, 고이득 증폭기(130)를 구비하지 않으며, 2차 증폭기(140) 대신에 고 증폭률을 가지는 2차 증폭기(30)를 구비하고 있다. 즉, 고이득 증폭기(51), 완충 증폭기(52), 1차 송단 증폭기(53)를 통해 처리된 신호는 클리핑 회로(54)를 거친 다음, 바로 2차 증폭기(30)를 통해 신호처리부(14)로부터 출력된다.

본 고안에 따른 신호처리부(14)는 고이득 증폭기(130)를 제거함으로써 고이득 증폭기(130)로 인한 증폭률 증가로부터 발생하는 오버슈트의 크기를 감소시켜 펄스의 주기를 감소시키는 한편, 고이득 증폭기(130)의 제거에도 불구하고 신호를 측정하는데 지장을 주지 않기 위하여, 고 증폭률을 가지는 2차 증폭기(30)를 사용하는 것이다.

이러한 신호처리부(14)의 구성은 단순히 증폭기(130) 하나를 없애고 다른 증폭기(140)의 증폭률을 높임으로써 구현되는 것이 아니라, 종래에 신호의 증폭도만을 고려하여 신호처리부(114)를 설계하던 것에서 벗어나, 펄스의 주기를 중요한 설계요로서 고려함으로써 이루어낸 본원인에 의한 독자적인 것임을 당업자는 이해하여야 한다.

상기와 같이 신호처리부(14)를 구성하여 증폭률 및 펄스의 주기를 줄임으로써, 본 고안에 따른 개인 피폭 선량계는 10Sv/h 정도의 높은 선량률 범위까지 측정이 가능하다.

도 8a 및 도 8b는 각각 도 7에 도시된 신호처리부(114)와 도 6에 도시된 신호처리부(14)에 대한 실험결과를 나타내는 도면으로서, 본 고안에 따른 신호처리부(14)는 종래의 신호처리부(114)에 비하여 상당히 개선된 형태의 신호 파형을 나타내는 것을 알 수 있다.

본 고안에 따른 개인 피폭 선량계는 도 5에 도시된 바와 같이, 캘리브레이션 모드(calibration mode)로의 전환스위치(60)를 더 포함하며, 전환스위치(60)를 눌러 캘리브레이션 모드가 선택된 경우에, 시스템 제어부(10)에 의해 캘리브레이션이수행된다. 이러한 캘리브레이션 모드는 반도체 검출부의 오차범위를 줄이기 위하여 하드웨어 셋팅 후, 소프트웨어 셋팅을 행함으로써, 선량값의 오차범위를 줄이는 것을 말한다. 이하, 캘리브레이션 모드에 대하여 자세히 설명한다.

방사선은 그 세기에 따라서 카운트되는 신호가 비례한다. 하드웨어에서 임계값(treshold)를 정함에 따라 센서의 감도를 조정할 수 있는데 방사선이 램덤하기 때문에 정확한 임계값을 잡기가 힘들고 시간이 많이 소비된다. 여기서, 임계값이란 비교기에서 비교대상이 되는 전압을 말한다.

예를 들어, 100이라는 카운트가 나와야 할 때 감도를 둔하게 하면 30정도만 나올 수 있고, 감도를 민감하게 셋팅하면 200이 나올 수도 있다.

표준 소스(standard source)를 사용했을 때, 일정시간 동안 나와야 하는 값이 100이라면 하드웨어에서 그에 근접한 임계값을 정한다. 이렇게 정해진 카운트 수는 정확하지 못하고 오차를 갖는데 그 때 발생한 오차, 즉 많거나 적은 카운트 수를 캘리브레이션 단계에서 찾아내어 캘리브레이션 인자(factor)를 가지고 오차가 되는 카운트를 보상해 준다. 예를 들어, 표준 소스에서 100이라는 카운트 수가 나와야 할 때, 80정도 밖에 나오지 않았다면, 캘리브레이션 인자는 1.25가 된다.

바람직한 실시예에서, 시스템 제어부(10)는 LCD 드라이버가 내장, 16Bit RISC, ACTIVE MODE에서 0.1~300uA의 저전력 소비, 32K FLASH MEMORY, 1K RAM내장 형이 이용되고, 통신부(16)는 적외선(IR) 통신을 이용하며, LCD 표시부(18)는 저전력 소비가 가능한 TN LCD가 이용되고, 경보부(20)는 사용자에게 알리고자 하는 경보의 내용, 즉 선량률초과, 누적선량초과, 작업시간초과 등에 따라 다른 경보음을 발생하도록 구성되며, 시스템 동작상태 표시부(22)는 사용자가 선량계의 동작상태를 쉽게 인지할 수 있도록 LED가 이용되고, 전원부(24)는 배터리 잔량 감지회로(24a)와 파워 레귤레이터(24b)를 포함하며, SLEEP 상태에서 자동으로 전원이 차단된다. 또한, 본 고안은 기능키로서 INCREAMENT 스위치(25)를 구비할 수 있으며 이는 경보 설정값 등의 변경에 이용되고, 전환스위치(60)는 캘리브레이션 모드로의 변경 외에도 전원의 on/off에 이용될 수 있다.

본 고안의 다른 실시예에서, 선량계에 필요한 인자(factor)를 사용자가 직접 입력하는 경우에 오차를 유발할 수 있으므로, 예를 들어 선량률 계산에 필요한 인자가 0.1인 경우 사용자가 인자를 바꿀 경우 신뢰할 수 없는 선량률값이 계산될 수 있으므로, 본 고안에 따른 개인 피폭 선량계는 사용자가 이러한 인자를 입력할 수 없도록 하였다. 이 경우에 필요한 인자의 입력은 IR 통신을 통해 선량계에 입력될 수 있다.

도 9는 본 고안에 따른 개인 피폭 선량계의 동작흐름도로서, 1초간 카운트 단계(71), 선량률, 누적선량 계산 단계(72), 경보치 비교 단계(73), 사용자의 작업시간 계산 단계(74), 작업시간 경보치 비교 단계(75), 작업시간 계산 단계(76), LCD 표시 단계(77), LED 표시 단계(78), 및 DATA 저장 단계(79)로 구성되며, 단계(79) 후 다시 처음으로 돌아간다.

경보치 비교 단계(73) 및 작업시간 경보치 비교 단계(75)에서는 선량률, 누적선량, 작업시간이 설정치 이상일 경우에 경보음을 발생시키며, 이 때 경보 내용을 따라 경보음을 달리함으로써, 사용자가 경보음만으로 경보의 내용을 알 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서 고안의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 그에 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.

본 고안은 고준위에서 정밀도를 향상시킨 개선된 개인 피폭 선량계와 함께 이용되고, IR 통신을 통한 선량계의 셋팅이 가능하며, 출입관리 시스템과 연계되어 출입관리가 가능한 신규의 선량계용 자료 송수신장치를 제공한다.

Claims (4)

1. 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치에 있어서,

   상기 자료 송수신장치는 시스템 전체를 제어하기 위한 마이크로 프로세서부, 적외선 변조 방식을 사용하여 상기 선량계와의 무선 통신을 수행하기 위한 적외선 인터페이스부, 그리고 시스템에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치부를 포함하며,

   상기 선량계에 필요한 인자는 IR 통신을 통하여 상기 자료 송수신장치에 의해 입력되는 것을 특징으로 하는 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치.
2. 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치에 있어서,

   상기 선량계는 반도체 검출부에서 발생되는 전기적 신호를 증폭하여 펄스 신호를 발생시키는 신호처리부, 상기 반도체 검출부의 오차범위를 줄이기 위한 캘리브레이션 모드로의 전환스위치, 그리고 상기 자료 송수신장치와 무선 데이터 통신을 수행하는 통신부를 포함하며,

   상기 자료 송수신장치는 시스템 전체를 제어하기 위한 마이크로 프로세서부, 적외선 변조 방식을 사용하여 상기 선량계와의 무선 통신을 수행하기 위한 적외선 인터페이스부, 그리고 시스템에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 자료 송수신장치는 상기 선량계로부터 전송된 데이터 및 상기 선량계의 상태를 표시하기 위한 LCD 표시부, 시스템의 동작에 필요한 입력 및 조작을 하기 위한 키패드, 선량관리 프로그램을 수행하는 컴퓨터와의 통신을 위해 RS232/RS485를 선택하여 사용할 수 있는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 선량계에 필요한 인자는 IR 통신을 통하여 상기 자료 송수신장치에 의해 입력되는 것을 특징으로 하는 반도체 검출기를 사용한 개인 피폭 선량계 자료 송수신장치.