KR20080098103A - 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치 - Google Patents

소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대용 엑스선(X-ray) 기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반적인 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 각 구성요소를 재배치하여 기기의 크기와 무게를 감소시키고 이동성을 강화할 수 있는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 소형화된 엑스선형광 분석 장치는 이동성을 필요로 하는 작업과 같이 휴대성이 중시되는 애플리캐이션에 특히 유용하다.
휴대용, 엑스선형광 분석 장치, 엑스선관, 엑스선형광, 재배치, 소형화

Description

소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치{Miniaturized structure of handheld X-ray florescence device}
도1은 본 발명에 따른 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 사시도.
도 2a는 도1의 측면절개도.
도 2b는 도1의 평면절개도.
도 3은 도 2의 전력시스템 부분만 도시한 저면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
101 : 몸체부 101a: 엑스선 방출구
102 : 손잡이부 103 : 스위치
110 : 엑스선관 120 : 엑스선형광 검출기
130 : 주제어부 140 : 디스플레이부
150 : 전력시스템 151, 152 : 제1,2 변압기
153 : T형 회로기판 154 : 전압증배기
161, 162 : 제1,2 박스 161a : 에폭시몰딩부
162a : 실리콘몰딩부 170 : 헤드부
본 발명은 엑스선(X-ray) 기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 각 구성요소를 재배치하여 기기의 크기와 무게를 감소시킨 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치에 관한 것이다.
엑스선형광 분석 장치는 고체나 액체 따위에서 비파괴적으로 화학 분석하는 데에 이용하는 물리적인 장치로, 시료에 엑스선을 조사하고 시료로부터 발산되는 2차 엑스선 형광(X-ray fluorescence)을 검출하여 물질의 정성 및 정량을 분석한다.
엑스선형광 분석 장치는 일반적으로 파장 분산형(wavelength dispersive), 에너지 분산형(energy dispersive), 비분산형(non-dispersive)으로 구분할 수 있다.
여기서, 상기 에너지 분산형 엑스선형광 분석 장치는 파장 분산형 엑스선형광 분석 장치에 비해 정량 분석 감도가 떨어지기는 하지만, 단시간 내에 측정대상 분석이 가능하고 소모전력이 적어 높은 경제성은 물론 편리한 이동성 및 휴대성을 제공한다. 따라서, 상기 에너지 분산형 엑스선형광 분석 장치는 주로 휴대용 장치로 개발되고 있다.
이러한 휴대용 엑스선형광 분석 장치는 엑스선형광 분석 장치의 기능과 역할을 모두 수행하면서도 콤팩트한 외형을 제공하여 휴대성을 더욱 증진시킴으로써 좋은 상품성을 가질 수 있다. 따라서, 종래의 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 기능을 유지하면서도 보다 작은 크기의 휴대용 엑스선형광 분석 장치를 개발할 필요가 있다.
본 발명은 종래의 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 각 구성요소를 재배치하여 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 전체 크기와 무게를 감소시키고 이동성을 강화시켜 사용상 편의성을 제공하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은 외형적으로 몸체부, 손잡이부, 및 스위치를 구비하며, 상기 몸체부 내측으로는 엑스선관, 엑스선형광 검출기, 주제어부, 디스플레이부, 및 전력시스템을 구비하는 휴대용 엑스선형광 분석 장치에 있어서, 상기 엑스선관은 일측이 상기 몸체부의 엑스선 방출구를, 타측이 상기 전력시스템을 향하도록 하여 상기 전력시스템과 이웃하게 배치되고, 상기 엑스선관과 상기 전력시스템은 제1,2 박스로 구성되는 박스부 내부에 실장되며, 상기 엑스선형광 검출기는 일측이 상기 엑스선 방출구를, 타측이 상기 박스부를 향하도록 하여 상기 박스부와 수평 정렬되고, 상기 주제어부는 회로기판 양면에 구성되어 상기 박스부의 상부면을 향하도록 배치되며, 상기 디스플레이부는 상기 주제어부를 이루는 회로기판 면에 직접 접촉되어 전기,기계적으로 고정되는 동시에, 일면이 상기 몸체부 상면 바깥으로 드러나도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체부 내부로 실장되는 상기 엑스선관과 상기 형광엑스선 검출 기를 감싸고 이를 고정시킬 수 있는 구조의 헤드부를 상기 몸체부 선단 쪽에 구성한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 헤드부는 외주면이 납으로 형성된 알루미늄 블록으로 제1 홀과 제2 홀을 구비하며, 상기 제1 홀에는 상기 엑스선관이 납판으로 차폐되어 고정되고, 상기 제2 홀에는 상기 엑스선형광 검출기가 고정된 것을 특징으로 한다.
이러한 헤드부는 일체로 형성되거나 그 구성 재질에 따라 알루미늄 헤드, 납 헤드로 개별화될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 전력시스템은 하부의 제1 기판과 상기 제1 기판의 상부면에 직교하는 제2 기판으로 구성된 T형 회로기판과, 상기 제1 기판 위에서 상기 제2 기판을 기준으로 좌,우측에 각각 배치된 제1,2 변압기, 및 상기 제1,2 변압기와 이웃하지만 상기 상기 제1 박스에 의해 실장 공간이 구분되도록 배치된 전압증배기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 전압증배기가 구현되는 기판은 콘덴서, 다이오드, 및 저항 소자를 각각 복수개씩 구비하며, 상기 각 소자의 전극이 상호 접합되는 노드 주위에 홈을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 박스는 플라스틱판으로 형성되며, 상기 제2 박스는 금속판으로 형성되며 내측에 상기 제1 박스를 실장한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 금속판은 철판 표면에 구리, 니켈을 순차적으로 도금한 것으로, 두께를 0.5 mm 내지 1 mm로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 1 박스는 제1,2 변압기 각각의 코일과 코아를 분리하여 상기 제1 박스 안에는 코일이, 바깥에는 코아의 일단부가 위치하도록 한 것으로, 내측에는 에폭시를 몰딩한 에폭시몰딩부를 형성한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 박스 내측에는 실리콘을 몰딩한 실리콘몰딩부를 형성한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 절개도로 도 2a는 측면 절개도, 도 2b는 평면 절개도이다. 여기서, 상기 도 2b는 주제어부(130)와 디스플레이부(140)를 제외하고 도시하였다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치는 일반적인 휴대용 엑스선형광 분석 장치와 마찬가지로 외형적으로 크게는 몸체부(101)와 손잡이부(102), 및 스위치(103)로 구성된다.
상기 몸체부(101)는 전면에 엑스선을 발사 및 검출하는 엑스선 방출구(101a)를, 상면에 소정의 디스플레이부(140)를 구비하며, 상기 손잡이부(102)는 끝단에 배터리 전원부(102a)가 부착되어 일체화되어 있다. 이때, 상기 배터리 전원부(102a)는 상기 손잡이부(102)에 탈부착 가능하도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 스위치(103)는 상기 엑스선 방출구(101a)를 통해 선택적으로 엑스선을 발사하도록 사용자가 조작하는 것으로, 상기 손잡이부(102) 상부 내측면에 설치한다.
그리고, 본 발명의 휴대용 엑스선형광 분석 장치의 동작 조건을 제한하거나 주변 환경에 상관 없이 분석결과의 재현성을 높이기 위한 몇몇 부수적인 장치들을 선택적으로 구성할 수 있다. 예컨대, 주변 조도를 체크하는 조도센서와, 상기 조도 센서에 의해 검출된 주변 조도에 따라 때때로 발광하는 조명부와, 상기 기기의 분석 결과 데이터를 다른 주변장치와 연결하는 USB 커넥터, 및 상기 기기가 동작해서는 안 될 경우 경고음을 발생하는 스피커 등을 선택적으로 구성할 수 있다.
도 2a와 도 2b를 참조하면, 상기 몸체부(101)는 내측에 엑스선관(110), 엑스선형광 검출기(120), 주제어부(130), 디스플레이부(140), 및 전력시스템(150)을 구비한다.
상기 전력시스템(150)은 상기 엑스선관(110)에 전원을 공급하는 장치로, 상기 엑스선관(110)과 함께 박스부(160), 즉 제1 박스(161) 내부에 실장되고, 상기 제1 박스(161)는 다시 제2 박스(162) 내부에 실장된다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 박스(161)는 플라스틱 재질의 판으로 형성되며 내측의 남는 공간, 즉 상기 전력시스템(150)의 각 구성간 공간이 에폭시로 몰딩된다. 이러한 에폭시몰딩부(161a)는 고압에 대한 전기절연성을 향상시킨다.
또한, 상기 제2 박스(162)는 금속 재질의 판으로 형성되며 내측의 남는 공간, 즉 상기 제1 박스(161)를 실장하고 남는 공간이 실리콘으로 몰딩된다. 이 경우, 상기 제2 박스(162)의 금속판 두께는 0.5 mm 내지 1 mm가 되도록 구성함이 바람직하다.
이와 같은 실리콘몰딩부(162a)는 외부로부터의 진동 및 충격을 완화하여 상기 전력시스템(150)을 보호한다. 특히, 상기 제1 박스(161)에서 상기 엑스선 관(110)이 내장된 부분은 고압에 취약하므로 이 부분이 보다 두텁게 몰딩될 수 있도록 상기 제2 박스(162)를 형성하도록 함이 바람직하다.
상기 엑스선관(110)은 필라멘트관을 구비하여 고전압이 공급됨에 따라 엑스선을 발생시키는 장치로, 금속판이 있는 일측이 상기 몸체부(101)의 엑스선 방출구(101a)를, 필라멘트 전극이 있는 타측이 상기 전력시스템(150)을 각각 향하도록 구성하며, 상기 전력시스템(150)의 전면과 이웃하게 배치한다. 이 경우, 상기 금속판이 형성된 상기 엑스선관(110)의 선단부가 상기 제1 박스 외부로 표출되도록 구성함이 바람직하다.
상기 엑스선형광 검출기(120)는 상기 엑스선 방출구(101a)를 통해 입사되는 엑스선형광을 검출하는 장치로, 상기 엑스선관(110)과 상기 전력시스템(150)을 포함하는 상기 제2 박스(162)와 수평 정렬되는데, 이 경우, 상기 검출기(120) 일측은 상기 엑스선 방출구(101a)를, 타측은 상기 제2 박스(162)를 향하도록 배치함이 바람직하다.
상기 엑스선관(110)과 상기 형광엑스선 검출기(120)는 헤드부(170)로 감싸져 상기 몸체부(101) 내에 고정된다.
상기 헤드부(170)는 외주면이 납으로 형성된 알루미늄 블록으로 제1 홀과 제2 홀을 구비하며, 상기 제1 홀에는 상기 엑스선관(110)이 납판으로 차폐되어 고정되고, 상기 제2 홀에는 상기 엑스선형광 검출기(120)가 고정된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 헤드부(170)의 외주면은 납의 우수한 엑스선 차폐특성을 이용 함으로써, 상기 엑스선관(110)에서 사방으로 발생되는 엑스선을 차폐하여 사용자 안전성을 향상시킨다.
또한, 상기 헤드부(170)의 제 1,2홀 내주면은 알루미늄을 이용함으로써, 상기 엑스선관(110) 양극에서 발생하는 열을 효율적으로 방열함은 물론, 엑스선에 의해 상기 헤드부(170) 자체에서 발생되는 엑스선형광에 의한 영향을 줄이고, 측정 대상으로부터 발생되는 엑스선형광이 상기 엑스선형광 검출기(120)에 과도하게 입사되는 것을 방지한다.
이러한 헤드부(170)는 일체로 형성될 수도 있고, 경우에 따라서는 상기 헤드부의 구성 재질에 따라 알루미늄 헤드, 납 헤드로 개별화되어 조립이 가능하도록 형성될 수도 있다.
상기 주제어부(130)는 상기 엑스선형광 검출기(120)에 의해 수집된 엑스선형광을 분석하고 기기의 전반적인 동작을 제어하는 장치로, 일면이 상기 제2 박스(162)의 상부면을 향하도록 배치된다.
이때, 상기 주제어부(130)는 회로기판의 양면에 구성하되, 상기 회로기판의 타면에 후술되는 디스플레이부(140) 면적만큼은 부품이 실장 되지 않도록 한다.
상기 디스플레이부(140)는 상기 주제어부(130)에 의해 분석된 결과를 표시하는 장치로서, 상기 주제어부(130)를 이루는 상기 회로기판의 타면에 직접 접촉되어 전기,기계적으로 고정되는 동시에, 일면이 상기 몸체부(101) 상면 바깥으로 드러나도록 배치된다.
이때, 상기 디스플레이부(140)는 LCD와 같은 패널의 디스플레이부(140)를 구 비하여 외부에서 사용자가 용이하게 현재의 사용 상태를 인식할 수 있도록 한다. 또한, 경우에 따라서는 상기 LCD 상면에 터치패널을 구비하여 기기의 동작 환경을 설정할 수도 있다.
도 3은 도 2의 일 부분으로서 전력시스템 부분만 도시한 저면도이다. 여기서, 도 3은 T형 회로기판(153)에 의해 상기 제2 기판(153b)과 상기 제1,2 변압기(151, 152)가 가려져 본래 보이지 않지만 점선으로 표시하였다.
도 3을 참조하여 상기 전력시스템(150)을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 전력시스템(150)은 하부에 배치된 제1 기판(153a)과 상기 제1 기판(153a)의 상면에 직교하는 제2 기판(153b)으로 구성된 T형 회로기판(153)과, 상기 제1 기판(153a) 위에서 상기 제2 기판(153b)을 기준으로 하여 좌,우측에 각각 배치된 제1,2 변압기(151, 152); 및 상기 제1,2 변압기(151, 152)와 이웃하지만 상기 제1 박스(161)에 의해 실장 공간이 분리된 전압증배기(154);로 구성됨으로써, 보다 실장공간을 줄일 수 있게 된다..
여기서, 상기 제1,2 변압기(151, 152)는 각각의 코아(151a, 152a)와 코일(151b, 152b)이 상기 제1 박스(161)에 의해 분리되어 상기 제1 박스(161)의 안에는 코일(151a, 152a)이, 바깥에는 코아(151b, 152b) 일단부가 위치할 수 있도록 구성한다.
만일 상기 코아(151a, 152a)와 코일(151b, 152b)을 같은 공간에 실장하고 상기 제1,2 변압기(151, 152) 주위에 에폭시를 몰딩하면, 상기 코일(151b, 152b)과 코아(151a, 152a)의 열팽창계수 차이로 인하여 고온의 에폭시를 채워 냉각시키는 과정에서 상기 에폭시에 균열이 발생하게 된다. 이러한 균열은 상기 몰딩된 에폭시의 절연특성을 저하시키는 원인이 된다.
또한, 상기 전압증배기(154)는 복수개의 콘덴서와 다이오드를 조합하여 상기 제2 변압기(152)로부터 입력되는 전압을 정류 및 배압하는 콕크로프 월튼 증배기 회로로, 출력부에 직렬 연결된 복수개의 저항을 더 구비하여 기판 상에 구현된다. 바람직하게는, 상기 각 저항마다 콘덴서를 병렬 연결하도록 한다.
이 경우, 상기 전압증배기(154)는 상기 콘덴서, 다이오드, 및 저항 소자들을 상기 기판의 일면에 모두 배치하거나, 상기 기판의 양면에 나누어서 배치할 수 있다..
먼저, 상기 전압증배기(154) 기판의 일면에 상기 소자를 모두 배치하는 경우, 상기 기판 상에서 각 소자가 차지하는 높이를 줄이는 효과가 있다. 그리고, 상기 전압증배기(154) 기판의 양면에 상기 소자들을 나누어 배치하는 경우, 상기 기판의 면적을 줄이는 효과가 있다.
이때, 상기 각 콘덴서는 허용전압이 15 kV로 대용량인 것으로, 상기 전압증배기(154)가 -40 kV의 전압을 출력하기에 충분하다. 또한 상기 저항은 판 저항으로서 유도성이 없으며, 이에 따라 저항과 저항의 이웃하는 전극 사이의 공간을 줄일 수 있다.
또한, 상기 전압증배기(154)를 구현한 기판은 단순히 장방형인 것으로 해도 되지만, 기판 표면에서 상기 각 소자와 소자의 전극이 직접 연결되어 솔더링된 복수개의 노드 주위에 홈을 형성하는 구조로 구성함이 바람직하다. 이 때, 상기 홈은 상기 기판의 양면을 관통하도록 형성함이 더욱 바람직하다.
이는 상기 전압증배기(154) 기판 상에서 상기 복수개의 노드 중 일 노드와 다른 노드 사이의 절연거리를 확보함으로써, 상기 노드 사이의 절연저항 값을 더욱 증가시킨다. 이로써 고전압 회로에서 기판 표면으로 누전되는 전류로 인해 상기 전압증배기가 단락 또는 파손(breakdown)되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 독자의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 나타난다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치는 상대적으로 많은 공간을 차지하면서 엑스선관에 전력을 공급하는 전력시스템의 각 구성요소를 재배치함으로써, 기기의 전체 크기와 무게를 감소시키고 이동성을 강화하여 사용상 편의성을 제공하는 효과를 가진다.

Claims (13)

  1. 외형적으로 몸체부, 손잡이부, 및 스위치를 구비하며, 상기 몸체부 내측으로는 엑스선관, 엑스선형광 검출기, 주제어부, 디스플레이부, 및 전력시스템을 구비하는 휴대용 엑스선형광 분석 장치에 있어서,
    상기 엑스선관은 일측이 상기 몸체부의 엑스선 방출구를, 타측이 상기 전력시스템을 향하도록 하여 상기 전력시스템과 이웃하게 배치되고,
    상기 엑스선관과 상기 전력시스템은 제1,2 박스로 구성되는 박스부 내부에 실장되며,
    상기 엑스선형광 검출기는 일측이 상기 엑스선 방출구를, 타측이 상기 박스부를 향하도록 하여 상기 박스부와 수평 정렬되고,
    상기 주제어부는 회로기판 일면에 구성되어 상기 박스부의 상부면을 향하도록 배치되며,
    상기 디스플레이부는 상기 주제어부를 이루는 회로기판 면에 전기, 기계적으로 고정되어 일면이 상기 몸체부 상면 바깥으로 드러나도록 한 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체부 내부로 실장되는 상기 엑스선관과 형광엑스선 검출기를 감싸고 이를 고정시킬 수 있는 구조의 헤드부를 상기 몸체부 선단 쪽에 구성한 것을 특징 으로 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 헤드부는 외주면이 납으로 형성된 알루미늄 블록으로 제1 홀과 제2 홀을 구비하며, 상기 제1 홀에는 상기 엑스선관이 납판으로 차폐되어 고정되고, 상기 제2 홀에는 상기 엑스선형광 검출기가 고정된 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 헤드부는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 헤드부는 그 구성 재질에 따라 알루미늄 헤드, 납 헤드로 개별화될 수 있는 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전력시스템은 하부의 제1 기판과 상기 제1 기판의 상부면에 직교하는 제2 기판으로 구성된 T형 회로기판과;
    상기 제1 기판 위에서 상기 제2 기판을 기준으로 좌,우측에 각각 배치된 제 1,2 변압기; 및
    상기 제1,2 변압기와 이웃하지만 상기 제1 박스에 의해 실장 공간이 구분되도록 배치된 전압증배기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전압증배기가 구현되는 기판은 콘덴서, 다이오드, 및 저항 소자를 각각 복수개 씩 구비하며, 상기 각 소자의 전극이 상호 접합되는 노드 주위에 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  8. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제1 박스는 플라스틱판으로 형성되며, 상기 제2 박스는 금속판으로 형성되어 내측에 상기 제1 박스를 실장한 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 금속판은 철판 표면에 구리, 니켈을 순차적으로 도금한 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 금속판 두께는 0.5 mm 내지 1 mm 범위로 형성한 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 박스는 제1,2 변압기 각각의 코일과 코아를 분리하여 상기 제1 박스의 안에는 코일이, 바깥에는 코아의 일단부가 위치하도록 한 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 박스 내측에는 에폭시를 몰딩한 에폭시몰딩부를 형성한 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 제2 박스 내측에는 실리콘을 몰딩한 실리콘몰딩부를 형성한 것을 특징으로 하는 소형화된 휴대용 엑스선형광 분석 장치.
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