KR20140137065A - 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템 - Google Patents

방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20140137065A
KR20140137065A KR1020130057362A KR20130057362A KR20140137065A KR 20140137065 A KR20140137065 A KR 20140137065A KR 1020130057362 A KR1020130057362 A KR 1020130057362A KR 20130057362 A KR20130057362 A KR 20130057362A KR 20140137065 A KR20140137065 A KR 20140137065A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
radiation
optical fiber
radiation sensor
signal
Prior art date
Application number
KR1020130057362A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102066285B1 (ko
Inventor
한영근
김현주
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020130057362A priority Critical patent/KR102066285B1/ko
Publication of KR20140137065A publication Critical patent/KR20140137065A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102066285B1 publication Critical patent/KR102066285B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
    • G02B6/3807—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs
    • G02B6/381—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres
    • G02B6/3825—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres with an intermediate part, e.g. adapter, receptacle, linking two plugs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • G02B2006/4297—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources having protection means, e.g. protecting humans against accidental exposure to harmful laser radiation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템은, 복수 개의 방사선 센서 프로브; 광신호를 발생시키는 광원부; 광원부 및 복수 개의 방사선 센서 프로브의 사이에서 광섬유로 연결되며, 다수의 채널을 구비함으로써 광원부로부터 전달되는 광신호를 파장별로 나눈 후 복수 개의 방사선 센서 프로브에 전달하거나 방사선 센서 프로브에 의해 획득된 파장별 광신호들을 모으는 신호 수집/분배부; 및 신호 수집/분배부로부터 전달된 광신호의 세기를 측정하는 광 검출부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 방사선원으로부터 방사선 조사 시 다수 지점의 방사선량을 실시간으로 동시 측정할 수 있으며, 이를 통해 다중 지점의 방사선 오염도 및 누출 방사선량을 동시 관측할 수 있기 때문에 작업의 효율성 및 안정성을 향상시킬 수 있고, 광섬유를 이용하여 광 통신을 하기 때문에 방사선에 오염되지 않은 원격지에서 방사선량을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

Description

방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템{Radiation sensor probe and optical based radiation sensor system having the same}
방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템이 개시된다. 보다 상세하게는, 방사선원으로부터 방사선 조사 시 다수 지점의 방사선량을 실시간으로 동시 측정할 수 있는 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템이 개시된다.
일반적으로 방사선 센서는 원자력 산업에서 원자력 발전소, 입자 가속기, 방사성 동위 원소 생산 취급 기관, 원자력 관련 연구소 등의 시설들의 안전을 위한 방사선량 계측에 사용되고 있다. 특히 의료 산업에서 방사선 치ㄹ 시 환자의 개인 선량을 측정하는 데 응용되고 있으며, 아울러 물성 특성 및 비파괴 검사(NDT)와 학술분야에서 연구용으로 널리 이용되고 있다.
방사선 센서 종류로는 직접 전리 방식에 의한 방사선 측정과 간접 전리 방식에 의한 측정 방법이 있고, 측정은 계수기, 분광법, 선량 측정법 및 영상 측정 방법이 있다. 최근에는 기존 방사선 측정 방법에 비하여 저가, 전기적 및 정전기적 방해에 대한 내성, 방사선 원격 감시 및 신호의 다중화 등의 장점을 가진 광섬유를 이용한 방사선 선량 측정 방법이 개발되고 있다.
한편, 기존의 방사선에 대한 광흡수도가 변하는 방사선 민감 물질을 사용하는 방사선 선량계는 레디오크로믹(radiochromic) 필름 선량계가 있다. 이 선량계는, 핵 기반 시설에서 방사선량 계측에 널리 사용되고 있으며 필름의 광흡수도 변화 원리를 이용하고 있다. 아울러 레디오크로믹 필름을 광섬유에 결합하여 방사선량 계측에 활용된 사례도 있다.
그런데, 종래의 레디오크로믹 필름 기반 방사선 센서 시스템의 경우, 다채널 광 스위치와 같은 멀티-채널 커넥터에 여러 개의 광섬유 방사선 센서 프로브를 연결하고 채널 스위치를 통해 각 센서의 정보를 개별적으로 판독하기 때문에 다중 지점의 방사선량 정보를 동시에 모니터링할 수 없는 한계가 있다. 또한, 레디오크로믹 필름의 경우, 온도에 대한 의존성이 높아 온도 보상을 위한 별도의 구성이 요구되는 한계도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 방사선원으로부터 방사선 조사 시 다수 지점의 방사선량을 실시간으로 동시 측정할 수 있으며, 이를 통해 다중 지점의 방사선 오염도 및 누출 방사선량을 동시 관측할 수 있기 때문에 작업의 효율성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 광섬유를 이용하여 광 통신을 하기 때문에 방사선에 오염되지 않은 원격지에서 방사선량을 실시간으로 모니터링할 수 있는 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 방사선량 및 온도 변화를 동시에 측정할 수 있는 분포형 방사선 센서 시스템을 구축할 수 있어 온도에 대한 효과를 보상시키고 방사선량 계측을 정확하게 할 수 있는 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템은, 복수 개의 방사선 센서 프로브; 광신호를 발생시키는 광원부; 상기 광원부 및 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브의 사이에서 광섬유로 연결되며, 다수의 채널을 구비함으로써 상기 광원부로부터 전달되는 상기 광신호를 파장별로 나눈 후 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 전달하거나 상기 방사선 센서 프로브에 의해 획득된 파장별 광신호들을 모으는 신호 수집/분배부; 및 상기 신호 수집/분배부로부터 전달된 광신호의 세기를 측정하는 광 검출부;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 방사선원으로부터 방사선 조사 시 다수 지점의 방사선량을 실시간으로 동시 측정할 수 있으며, 이를 통해 다중 지점의 방사선 오염도 및 누출 방사선량을 동시 관측할 수 있기 때문에 작업의 효율성 및 안정성을 향상시킬 수 있고, 광섬유를 이용하여 광 통신을 하기 때문에 방사선에 오염되지 않은 원격지에서 방사선량을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 신호 수집/분배부와 상기 광 검출부 사이에서 광섬유에 의해 연결되며, 상기 신호/수집 분배부로부터 상기 광 검출부 방향으로 획득된 광신호를 순환시키는 광 순환부; 및 상기 광 검출부로부터 광신호를 수신하여 데이터를 검출하고 분석하는 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광원부는 가변 속도에 의해 시간 차이들 두고 파장별로 광신호를 전송하는 파장 가변 레이저이고, 상기 광 검출부는 상기 신호 수집/분배부로부터 시간 차이를 두고 전송되는 파장별 광신호의 세기를 측정하여 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브의 방사선량 정보를 동시에 모니터링할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광원부는 상기 방사선 민감 물질의 흡수 영역보다 넓은 파장 대역폭을 갖는 광대역 광원 및 상기 신호 수집/분배부의 상기 다수의 채널의 각각의 파장 밴드폭보다 좁은 선폭과 상기 방사선 민감 물질의 흡수영역보다 넓은 파장가변대역을 가지는 파장 가변 레이저 중 어느 하나일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광 검출부는, 상기 광섬유를 통해 전달되는 광신호를 측정할 수 있는 포토다이오드(photodiode), 아발란치 포토다이오드(Avalanche photodiode), 광증배관(photo-multiplier tube, PMT), 전하결합소자(charged couple device, CCD) 및 광신호의 파장별 세기를 측정하는 분광기 중 어느 하나일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브는 각각, 상기 파장 다중화기와 연결되는 광섬유의 단부에 부착되는 반응성 민감 물질; 상기 반응성 민감 물질의 바깥 면에 부착되어 상기 반응성 민감 물질을 통과한 상기 광신호를 반사시키는 반사층; 및 상기 반응성 민감 물질 또는 상기 반사층을 감싸도록 상기 광섬유에 결합되어 상기 반응성 민감 물질을 외부 조건으로부터 보호하는 보호층을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 방사선 감응성 고분자 물질은, 방사선 조사 시 광흡수도가 변하는 유기화합물로 구성되며, nylon, vinyl, styrene, polydiacetylene, polymethylmethacrylate, Benzocyclobute 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 반사층은 상기 광신호의 반사를 위해 복수 개의 층으로 적층된 서로 다른 고분자 물질로 이루어지며, 상기 방사선 민감 물질의 흡수 파장 영역의 빛에 대해서는 반사가 이루어지는 비금속 물질로 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 보호층은 물 등가 물질 및 상기 물 등가 물질에 코팅되는 고분자 물질을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 방사선 센서 프로브는, 상기 광섬유의 단부 영역에 형성되어 측정 영역의 온도를 측정하도록 하는 광섬유 브래그 격자를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 신호 수집/분배부 및 상기 방사선 센서 프로브를 연결하는 광섬유로부터 분기된 분기 광섬유의 단부에 마련되는 광섬유 브래그 격자를 더 포함하며, 상기 방사선 조사 시 상기 방사선 민감 물질의 광 흡수도 변화량 및 상기 광섬유 브래그 격자의 반사된 광신호의 세기 변화량을 통해 조사된 방사선량을 계측하고, 온도 변화시 상기 광섬유 브래그 격자에 의해 반사된 신호의 파장 이동량을 통해 온도 변화량을 계측할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 분기 광섬유에 연결된 상기 광섬유 브래그 격자는 조사된 방사선이 미치는 영역 내에서 상기 방사선 센서 프로브의 측부에 배치될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 신호 수집/분배부는 상기 광원부에 연결되는 하나의 광섬유로 전송된 광신호를 파장별로 분리하여 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 각각 연결되는 복수 개의 광섬유로 전송시키거나 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 의해 반사되는 복수 개의 파장별 광신호를 모아 상기 하나의 광섬유로 전송시키는 배열형 도파로 격자로 마련될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 신호 수집/분배부는 상기 광원부로부터 하나의 광섬유로 전송된 광신호를 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 각각 연결되는 복수 개의 광섬유에 균일한 세기로 분배하여 전송시키거나 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 의해 반사되는 복수 개의 파장별 광신호를 모아 상기 하나의 광섬유로 전송시키는 광 분배기일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광 분배기는 광 커플러, 빔 스플리터 및 빔 컴바이너 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서 프로브는, 방사선량을 측정하는 방사선 센서 시스템에 구비되어 광 흡수도를 계측하는 방사선 센서 프로브로서, 광섬유의 단부에 부착되는 반응성 민감 물질; 상기 반응성 민감 물질의 바깥 면에 부착되어 상기 반응성 민감 물질을 통과한 상기 광신호를 반사시키는 반사층; 및 상기 반응성 민감 물질 또는 상기 반사층을 감싸도록 상기 광섬유에 결합되어 상기 반응성 민감 물질을 외부 조건으로부터 보호하는 보호층;을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광섬유의 단부 영역에 형성되어 측정 영역의 온도를 측정하도록 하는 광섬유 브래그 격자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방사선원으로부터 방사선 조사 시 다수 지점의 방사선량을 실시간으로 동시 측정할 수 있으며, 이를 통해 다중 지점의 방사선 오염도 및 누출 방사선량을 동시 관측할 수 있기 때문에 작업의 효율성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유를 이용하여 광 통신을 하기 때문에 방사선에 오염되지 않은 원격지에서 방사선량을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 방사선량 및 온도 변화를 동시에 측정할 수 있는 분포형 방사선 센서 시스템을 구축할 수 있어 온도에 대한 효과를 보상시키고 방사선량 계측을 정확하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 방사선 센서 프로브의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 방사선 센서 프로브의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 나타낸 그래프들이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 방사선 센서 프로브의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템(100)은, 복수 개의 방사선 센서 프로브(130)와, 광신호를 발생시키는 광원부(110)와, 다수의 채널을 구비하여 광원부(110)로부터 전달되는 광신호를 파장별로 나누어 복수 개의 방사선 센서 프로브(130)에 전달하거나 반대로 방사선 센서 프로브(130)에 의해 획득된 파장별 광신호들을 모으는 신호 수집/분배부(120), 즉 본 실시예의 파장 다중화기(120)와, 파장 다중화기(120)와 광 순환부(140)에 의해 연결되어 파장 다중화기(120)로부터 전달된 광신호의 세기를 측정하는 광 검출부(150)와, 그리고 측정된 광신호를 통해 데이터를 검출하고 분석하는 신호 처리부(160)를 포함할 수 있다. 또한, 방사선을 차폐하는 방사선 차폐부를 포함할 수 있다(170)
먼저, 본 실시예의 방사선 센서 프로브(130)는, 도 1에 도시된 것처럼, 파장 다중화기(120)의 다수의 채널에 각각 연결되는 복수 개의 광섬유(113)의 단부에 장착되어 방사선원(101)의 방사선을 측정하는 부분으로서, 다중 지점에 설치되기 때문에 다중 지점의 방사선 오염도 및 누출 방사선량을 동시 관측할 수 있으며, 따라서 작업의 효율성의 안정성을 증대시킬 수 있다.
이러한 방사선 센서 프로브(130) 각각은, 도 2에 도시된 바와 같이, 파장 다중화기(120)에 연결되는 광섬유(113)의 단부에 부착되는 반응성 민감 물질(135)과, 반응성 민감 물질(135)의 바깥 면에 부착되어 반응성 민감 물질(135)을 통과한 광신호를 반사시키는 반사층(136)과, 반응성 민감 물질(135) 및 반사층(136)을 감싸도록 광섬유(113)에 결합되어 반응성 민감 물질(135)을 외부 조건으로부터 보호하는 보호층(138)을 포함할 수 있다.
먼저, 광섬유(113)는, 코어(113a)와 그를 두르는 클래딩(113b)과 클래딩(113b)을 두름으로써 코어(113a) 및 클래딩(113b)을 보호하는 클래딩 자켓(113c)을 포함할 수 있다. 이러한 광섬유(113)는, 광신호의 전송이 정확하면서도 효율적으로 이루어지도록 함으로써 방사선 계측의 신뢰성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
반응성 민감 물질(135)은, 방사선 조사 시 광 흡수도가 변화되는 특성을 이용하여 방사선량을 측정할 수 있다. 이러한 방사선 민감 물질(135)은, 방사선 조사 시 광 흡수도가 변하는 유기 화합물로 구성될 수 있다. 예를 들면, 방사선 민감 물질의 주물질로, 나일론(nylon), 비닐(vinyl), 스티렌(styrene), 폴리디아세틸렌(polydiacetylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 벤조시클로부트(Benzocyclobute) 중 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
반사층(136)은 방사선 민감 물질(135)을 투과한 광신호를 반사시켜 광섬유(113)로 재입사시킴으로써 방사선 민감 물질(135)의 광 흡수도를 계측할 수 있도록 한다. 이러한 반사층(136)은, 복수 개의 층, 예를 들면 수 백 개의 층으로 적층된 서로 다른 고분자 물질의 굴절률 차를 이용하여 빛을 반사시키는 층으로서, 방사선 또는 온도 등에 영향이 적으면서 방사선 민감 물질(135)의 흡수 파장 영역의 빛은 반사시키는 비금속 물질로 형성될 수 있다.
그리고, 보호층(138)은, 광섬유(113) 끝에 결합되는 방사선 민감 물질(135)을 고정시키고 예를 들면 외부 충격, 온도, 습도 등으로부터 방사선 민감 물질(135)을 보호함으로써 방사선 민감 물질(135)에 의한 광 흡수도 변화를 신뢰성 있게 계측할 수 있도록 한다. 이러한 보호층(138)은, 물 등가 물질 및 상기 물 등가 물질에 코팅되는 고분자 물질을 포함할 수 있으며, 이를 통해 습도 및 열에 대한 내성을 강화할 수 있고 외부 환경 변화를 차폐시킬 수 있다. 다만, 보호층(138)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 방사선 센서 프로브(130)의 제조 방법에 대해 부연하면, 먼저, 반사층(136) 위에 용매제에 녹아 있는 방사선 민감 물질(135)의 용액을 스핀 코팅법을 이용하여 필름 형태로 제조한 후, 반사층(136) 위에 코팅된 반응성 민감 물질 필름(135)을 광섬유(113) 단부에 부착한 후 보호층(138)으로 덮음으로써 본 실시예의 방사선 센서 프로브(130)를 제조할 수 있다.
한편, 본 실시예의 광원부(110)는, 파장 가변이 가능한 광신호가 발생되는 부분으로서, 파장 다중화기(120)의 다수의 채널의 각각의 파장 밴드폭보다 좁은 선폭과 방사선 센서 프로브(130)의 방사선 민감 물질의 흡수 영역보다 넓은 파장 가벽 대역을 갖는 파장 가변 레이저가 적용될 수 있다. 예를 들면, 기체 레이저, 반도체 레이저, 고체 레이저 또는 광섬유 레이저 등이 파장 가변 레이저로 적용될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시예의 신호 수집/분배부(120), 즉 파장 다중화기(120)는, 광원부(110)에 연결된 하나의 광섬유(111)와, 복수 개의 방사선 센서 프로브(130)에 연결된 복수 개의 광섬유(113)에 연결되는 부분으로서, 광원부(110)에 연결되는 하나의 광섬유(111)로 전송된 광신호를 파장별로 분리하여 복수 개의 방사선 센서 프로브(130)에 각각 연결되는 복수 개의 광섬유(113)로 전송시키거나 복수 개의 방사선 센서 프로브(130)에 의해 반사되는 복수 개의 파장별 광신호를 모아 하나의 광섬유(115)로 전송시키는 배열형 도파로 격자로 마련될 수 있다.
한편, 복수 개의 방사선 센서 프로브(130)에서 획득된 파장별 광신호는 파장 다중화기(120)에서 모아진 후 광 순환부(140)를 거쳐 광 검출부(150)로 이송될 수 있다.
광 검출부(150)는 광 순환부(140)에 의해 순환된 광신호, 즉 복수 개의 파장별 광신호의 정보가 포함된 광신호의 세기 등을 검출하여 복수 개의 방사선 센서 프로브(130)의 방사선량을 동시에 모니터링할 수 있다.
부연하면, 광원부(110)와 파장 다중화기(120)를 사용하여 광신호를 파장별로 분리하고 분리된 각각의 광신호를 여러 개의 방사선 센서 프로브(130)에 분배하며, 분배된 광신호는 각각의 방사선 센서 프로브(130)의 반사층(136)을 통해 파장 다중화기(120)로 되돌아올 수 있다.
여기서, 각각의 방사선 센서 프로브(130)에서 방사선 민감 물질(135)의 광 흡수도 정보를 가지고 반사된 파장별 광신호는 파장 다중화기(120)를 거쳐 하나의 광섬유(115)로 모여 광 검출부(150)로 전송될 수 있다. 이 때 파장 가변 레이저로 마련되는 광원부(110)의 가변 속도에 의해 시간 차를 두고 전송되는 파장별 광신호가 광 검출부(150)에 도달할 때도 시간 차를 갖게 되는데 이 파장별 광신호의 시간 정보를 이용하면 광신호의 세기 정보를 시간 영역에서 분리하여 획득할 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 광 검출부(150) 하나만으로 여러 개의 방사선 센서 프로브(130)의 방사선량 정보를 동시에 모니터링할 수 있다.
광 검출부(150)는, 광섬유(115)를 통해 전달되는 광신호를 측정할 수 있는 포토다이오드(photodiode), 아발란치 포토다이오드(Avalanche photodiode), 광증배관(photo-multiplier tube, PMT), 전하결합소자(charged couple device, CCD) 및 광신호의 파장별 세기를 측정하는 분광기 중 어느 하나로 마련될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 신호 처리부(160)는, 광 검출부(150)에 연결되어, 광 검출부(150)에 의해 획득된 데이터를 검출하고 분석하여 저장하거나 또는 디스플레이할 수도 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 통해 본 실시예의 광섬유 기반 방사선 센서 프로브를 설명하기로 한다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 본 실시에의 방사선 센서 프로브로 전송되는 파장 다중화기의 투과 채널 스펙트럼 및 파장 가변 레이저의 발진 파장 스펙트럼을 광대역 광원과 분광기를 사용하여 측정한 결과를 알 수 있다. 여기서, 파장 다중화기는 실리카 기판 상에 휘어진 광도파로를 배열한 것으로 인접 채널과는 광 경로차를 동일하게 유지함으로써 광 결합 부분에서 다중 간섭이 발생될 수 있으며 이를 통해 특정 채널단에서 특정 파장만이 출력될 수 있다. 이 때, 광 경로차를 조정함으로써 채널 간격 조정이 가능하다.
도 3의 (b)를 참조하면, 파장 다중화기를 투과한 파장 가변 레이저의 출력 파워값이 시간에 따라 어떻게 변화되는지를 알 수 있다. 특정 파장들만 투과되도록 제작되는 파장 다중화기에 각 채널의 파장 밴드폭보다 좁은 선폭과 방사선 민감 물질의 흡수 영역보다 넓은 파장 가변 대역을 갖는 파장 가변 레이저의 광신호를 입사시키고 단파장에서 장파장으로 발진 파장을 가변시키면 일정한 시간 차이를 두고 파장이 분리되어 투과될 수 있다. 투과된 광신호를 광 검출부를 통해 계측하면, 파장별 광신호의 세기 정보를 시간 영역으로 획득할 수 있다.
여기서, λ1, λ2, λ3... λn은 τ1, τ2, τ3…τn 과 일대일 대응관계이므로 시간 정보를 분석하여 파장 정보를 복원시킬 수 있고 파장에 대한 정보는 각 채널의 정보를 알 수 있으므로 광 검출부 하나만으로 여러 개의 방사선 센서 프로브의 방사선량 정보를 동시에 모니터링 할 수 있다.
한편, 도 3의 (c)를 참조하면, 방사선 센서 프로브의 광 흡수에 의해 변화된 파장 다중화기의 투과 채널 스펙트럼 및 파장 가변 레이저의 발진 파장 스펙트럼을 알 수 있다. 방사선 센서 프로브의 파장별 광 흡수도에 따라 파장 다중화기의 각 채널간 투과도가 변화하는 것을 알 수 있다.
도 3의 (d)를 참조하면, 방사선 센서 프로브의 광 흡수에 의해 변화된 파장 가변 레이저의 출력 파워값이 시간에 따라 변화되는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 도 3의 (c)에서 보여준 파장별 투과도 변화에 따라 시간 영역에서 측정되는 파장 가변 레이저의 출력 파워값이 변화되는 것을 확인할 수 있다.
도 3의 (e)를 참조하면, 방사선 조사 시 방사선 센서 프로브의 광 흡수도 변화에 따른 파장 다중화기의 투과 채널 스펙트럼 및 파장 가변 레이저의 발진 파장 스펙트럼 변화를 알 수 있다. 방사선 조사 시 방사선 민감 물질의 광 흡수도가 증가하고 이에 따라 전송되는 광신호의 세기가 감소하게 된다. 예를 들면, 모든 방사선 센서 프로브에 방사선 조사 시 방사선 민감 물질의 광 흡수도가 증가하고 이에 따라 각각의 광섬유 방사선 센서 프로브에서 반사되어 온 광신호의 세기가 감소하게 된다. 반면, 특정의 방사선 센서 프로브에만 방사선 조사 시 이에 해당되는 광신호의 세기만이 감소되고 나머지 방사선 센서 프로브에서 전송되는 광신호의 세기는 변하지 않음을 알 수 있다.
도 3의 (f)를 참조하면, 방사선 조사 시 방사선 센서 프로브의 광 흡수도 변화에 따른 파장 가변 레이저의 출력 파워값의 시간에 따른 변화를 알 수 있다. 시간 영역에서 분리된 각 채널별 광신호의 세기가 각각의 방사선 센서 프로브에 부착된 방사선 민감 물질의 광 흡수도 증가에 따라 감소하게 되고 이 감쇄량을 측정하여 여러 개의 방사선 센서 프로브의 조사 방사선량을 동시에 계측할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 방사선원(101)으로부터 방사선 조사 시 본 실시예의 광섬유 기반 방사선 센서 시스템(100)에 의해 다수 지점의 방사선량을 실시간으로 동시 측정할 수 있으며, 이를 통해 다중 지점의 방사선 오염도 및 누출 방사선량을 동시 관측할 수 있기 때문에 작업의 효율성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
예를 들면, 본 실시예의 방사선 센서 시스템(100)은 병원에서 방사선 치료를 할 때 사용될 수 있는데, 이 때 방사선원으로부터 방사선 조자 시 인체의 여러 장기의 피폭 방사선량을 실시간으로 동시 관측할 수 있어 환자의 안전성을 향상시킬 수 있고, 예를 들면 원자력 발전소 및 핵 기반 시설 내에서 다중 지점의 방사선 오염도 및 누출 선량을 동시 측정할 수 있으므로 작업의 효율성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 광섬유(111, 113, 115)를 이용하여 광 통신을 하기 때문에 방사선에 오염되지 않은 원격지에서 방사선량을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 이 때 방사선 센서 프로브(130)의 방사선 민감 물질(135)의 광 흡수도 변화를 실시간으로 측정할 수 있으며, 이를 통해 방사선량 실시간 모니터링이 이루어질 수 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템에 대해 설명하되, 전술한 제1 실시예의 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 방사선 센서 프로브의 구성을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템(200)은, 광원부(210)와, 방사선 센서 프로브(230)들과, 파장 다중화기(220)와, 광 순환부(240)와, 광 검출부(250)와, 신호 처리부(260)를 포함하되, 방사선 센서 프로브(230)가 결합되는 광섬유(231)의 구조에 있어서 전술한 제1 실시예와 차이가 있다.
다시 말해, 도 5에 도시된 것처럼, 본 실시예의 방사선 센서 프로브(230)들 각각은, 광섬유(213)의 단부 영역에 형성되어 측정 영역의 온도를 측정하도록 하는 광섬유 브래그 격자(239)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 방사선 센서 프로브(230)의 반사층(236)에 의해 반사되어 돌아오는 광신호와 광섬유 브래그 격자(239)에 의해 반사되어 돌아오는 특정 파장의 광신호를 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 방사선 조사 시 방사선 민감 물질(235)의 광 흡수도 변화량 및 방사선 센서 프로브(230)에 반사된 광신호의 세기 변화량을 통해 조사된 방사선량을 계측할 수 있고, 아울러 온도 변화 시 광섬유 브래그 격자(239)에 의해 반사된 신호의 파장 이동량을 통해 온도 변화량을 계측할 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 방사선량 및 온도 변화를 동시 측정할 수 있는 것이다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 통해 본 실시예의 광섬유 기반 방사선 센서 프로브를 설명하기로 한다.
도 6은 도 4에 도시된 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 나타낸 그래프들이다.
도6의 (a)를 참조하면, 광대역 광원과 분광기를 사용하여 측정된 파장 다중화기의 투과 채널 스펙트럼과 광섬유 브래그 격자의 반사 신호 스펙트럼의 중첩된 스펙트럼을 확인할 수 있으며, 이를 통해 방사선 조사 시 방사선량 및 온도 동시 측정하는 방사선 센서 프로브의 광 흡수도 변화에 따른 스펙트럼 변화를 광대역 광원과 분광기를 사용하여 측정한 결과를 알 수 있다.
방사선에 영향이 없는 광섬유 브래그 격자의 반사 신호들의 광 세기는 변화가 없고, 방사선 민감 물질의 광 흡수도 증가에 따라 파장 다중화기를 통해 분리된 광 신호들의 세기가 감소됨을 알 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 방사선 조사 시 방사선 센서 프로브의 광 흡수도 변화에 따른 파장가변 레이저의 출력 파워값의 변화를 알 수 있다. 이 때, 방사선에 영향이 없는 광섬유 브래그 격자의 반사 신호들의 광 세기는 변화가 없고 방사선 민감 물질의 광흡수도 증가에 따라 파장 다중화기를 통해 분리된 광 신호들의 세기는 감소됨을 알 수 있다. 감소된 광 세기를 측정하여 조사된 방사선량을 계측할 수 있다.
도 6의 (c)를 참조하면, 온도 변화 시 방사선 센서 프로브의 반사 스펙트럼 변화를 알 수 있다. 온도가 증가함에 따라 광섬유 브래그 격자의 반사 신호는 장파장으로 이동하게 된다. 이 파장 이동량(Δλ=λn-λn′)을 측정하여 온도 변화량을 계측할 수 있다.
도 6의 (d)를 참조하면, 온도 변화 시 방사선 센서 프로브의 브래그 공진 파장 변화에 따른 파장 가변 레이저의 출력 파워값이 시간에 따라 변화되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, λ1, λ2, λ3…λn 는 τ1, τ2, τ3…τn 과 일대일 대응 관계이므로 시간 정보를 분석하여 파장 정보를 복원시킬 수 있고 파장에 대한 정보를 통해 각 채널의 정보를 알 수 있으므로 광 검출부 하나만으로 여러 개의 방사선 센서 프로브의 방사선량 정보를 동시에 모니터링 할 수 있다.
아울러, 온도가 증가함에 따라 광섬유 브래그 격자의 반사 신호는 장파장으로 이동하게 됨으로써 시간 영역에서 시간 지연(Δτ=τn-τn′)이 발생되는데, 이 시간 지연값을 측정하여 각 채널의 온도 변화량을 계측할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 방사선량 및 온도 변화를 동시에 측정할 수 있는 분포형 방사선 센서 시스템을 구축할 수 있어 온도에 대한 효과를 보상시키고 방사선량 계측을 정확하게 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템에 대해 설명하되, 전술한 실시예들의 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템(300)은, 광원부(310)와, 방사선 센서 프로브(330)들과, 이들 사이에 구비되는 신호 수집/분배부(320), 즉 본 실시예의 광 분배기(320)와, 광 순환부(340)와, 광 검출부(350)와, 신호 처리부(360)를 포함할 수 있다. 또한, 광 분배기(320)와 방사선 센서 프로브(330)를 연결하는 광섬유(313)로부터 분기된 광섬유(317)에 광섬유 브래그 격자(365)가 구비될 수 있고, 광섬유(313) 및 분기 광섬유(317)는 광 순환부(360)에 의해 연결될 수 있다.
여기서, 광 분배기(320)는, 광원부(310)로부터 하나의 광섬유(311)로 전송된 광신호를 복수 개의 방사선 센서 프로브(330)에 각각 연결되는 복수 개의 광섬유(313)에 균일한 세기로 분배하여 전송시키거나 복수 개의 방사선 센서 프로브(330)에 의해 반사되는 복수 개의 파장별 광신호를 모아 하나의 광섬유(315)로 전송시키는 역할을 한다.
이러한 광 분배기(320)는, 광 커플러, 빔 스플리터 및 빔 컴바이너 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서 하나의 광섬유(311)를 통해 전송된 광신호를 다수의 광섬유(313)에 균일한 세기로 분배하여 전송시킬 수 있음은 물론 전송된 광신호들을 모아 하나의 광섬유(315)에 전송할 수도 있다.
이러한 구성에 의해서, 광 분배기(320)를 통해 분리된 각 채널에 광신호의 특정 파장을 반사시키는 광섬유 브래그 격자(365)를 연결함으로써 광섬유 브래그 격자(365)에 의해 반사된 광신호를 방사선 센서 프로브(330)로 전송시킬 수 있고, 또한 방사선 센서 프로브(330)에서 반사된 광신호를 광 분배기(320)를 거쳐 광 검출부(350)로 보냄으로써, 복수 개의 방사선 센서 프로브(330)를 거쳐 돌아오는 사로 다른 파장 정보를 갖는 광신호의 세기 변화를 광 검출부(350)로 측정하여 다수의 방사선 센서 프로브(330)에서 조사되는 방사선량은 물론 온도 변화를 측정할 수 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 통해 본 실시예의 광섬유 기반 방사선 센서 프로브를 설명하기로 한다.
도 8은 도 7에 도시된 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 나타낸 그래프들이다.
도8의 (a)를 참조하면, 방사선 조사 시 방사선 센서 프로브의 광 흡수도 변화에 따른 광섬유 브래그 격자의 반사 신호 스펙트럼 변화를 광대역 광원과 분광기를 사용하여 측정한 결과를 알 수 있다. 예를 들면, 모든 방사선 센서 프로브에 방사선 조사 시 방사선 민감 물질의 광 흡수도가 증가하고 이에 따라 각각의 광섬유 브래그 격자에서 반사되어 온 광신호의 세기가 감소하게 된다. 반면, 특정 방사선 센서 프로브에만 방사선 조사 시 이에 해당되는 광신호의 세기만이 감소되고 나머지 방사선 센서 프로브에서 전송되는 광신호의 세기는 변하지 않음을 알 수 있따.
도8의 (b)를 참조하면, 방사선 조사 시 방사선 센서 프로브의 광 흡수도 변화에 따른 파장 가변 레이저의 출력 파워값을 시간의 변화에 따라 나타낸 결과를 알 수 있다. 공진 파장이 다른 광섬유 브래그 격자에 의해 시간 영역에서 분리된 각 채널별 광신호 세기가 각각의 방사선 센서 프로브에 부착된 방사선 민감 물질의 광 흡수도 증가에 따라 감소하고 감쇄량을 측정하여 여러 개의 방사선 센서 프로브의 조사 방사선량을 동시에 계측할 수 있다.
여기서 λ1, λ2, λ3…λn 는 τ1, τ2, τ3…τn 과 일대일 대응 관계이므로 시간 정보를 분석하여 파장 정보를 복원시킬 수 있고 파장에 대한 정보는 각 채널의 정보를 알 수 있으므로 광 검출부 하나만으로 여러 개의 방사선 센서 프로브의 방사선량 정보를 동시에 모니터링 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 방사선량 및 온도 변화를 동시에 측정할 수 있는 분포형 방사선 센서 시스템을 구축할 수 있어 온도에 대한 효과를 보상시키고 방사선량 계측을 정확하게 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템에 대해 설명하되, 전술한 실시예들의 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템(400)은, 광원부(410)와, 방사선 센서 프로브(430)들과, 이들 사이에 구비되는 광 분배기(420)와, 광 순환부(440)와, 광 검출부(450)와, 신호 처리부(460)를 포함할 수 있다. 또한, 광 분배기(420)와 방사선 센서 프로브(430)를 연결하는 광섬유(413)로부터 분기된 광섬유(417)의 단부에 광섬유 브래그 격자(465)가 구비될 수 있고, 광섬유(413) 및 분기 광섬유(417)는 광 순환부(460)에 의해 연결될 수 있다.
다만, 전술한 제3 실시예에서는 광섬유 브래그 격자(365, 도 7 참조)가 방사선이 미치지 않는 영역에 있었으나, 본 실시예의 경우 분기 광섬유(417)가 광섬유(413)와 평행하게 형성되고, 광섬유 브래그 격자(465)는 방사선 센서 프로브(430)와 인접한 영역 즉 방사선이 조사되는 영역 내에 구비된다.
본 실시예의 경우, 파장 정보를 분리할수록 있도록 사용된 특정 파장만을 반사시키는 광섬유 브래그 격자(465)를 온도 센서로 활용하여, 방사선 조사 시 방사선 민감 물질의 광 흡수도 변화량과 방사선 센서 프로브(430)에서 반사된 광신호의 세기 변화량을 통해 조사된 방사선량을 계측할 수 있고, 온도 변화 시 광섬유 브래그 격자(465)에 의해 반사된 신호의 파장 이동량을 통해 온도 변화량을 계측하여 방사선량과 온도 변화를 동시에 측정할 수 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 광섬유 기반 방사선 센서 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 통해 본 실시예의 광섬유 기반 방사선 센서 프로브를 설명하기로 한다.
도 10은 도 9에 도시된 시스템을 통해 획득된 실험 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 방사선 조사 시 방사선 센서 프로브의 광 흡수도 변화에 따른 스펙트럼 변화를 광대역 광원과 분광기를 사용하여 측정한 결과를 알 수 있다. 예를 들면, 모든 광섬유 방사선 센서 프로브에 방사선 조사 시 방사선 민감 물질의 광 흡수도가 증가하게 되고 이에 따라 각각의 광섬유 브래그 격자에서 반사되어 온 광신호의 세기가 감소하게 되는데, 이를 통해 각 파장별 세기 감소량을 측정하여 조사된 방사선량을 계측할 수 있다.
도 10의 (b)를 참조하면, 방사선 조사 시 방사선 센서 프로브의 광 흡수도 변화에 따른 파장 가변 레이저의 출력 파워값이 시간의 변화에 따라 어떻게 변화되는지를 알 수 있다. 공진 파장이 다른 광섬유 브래그 격자에 의해 시간 영역에서 분리된 각 채널 별 광신호 세기가 각각의 방사선 센서 프로브에 부착된 방사선 민감 물질의 광 흡수도 증가에 따라 감소하고 이 감쇄량을 측정하여 여러 개의 방사선 센서 프로브의 방사선량을 동시에 계측할 수 있다.
여기서, λ1, λ2, λ3…λn 는 τ1, τ2, τ3…τn 과 일대일 대응관계이므로 시간 정보를 분석하여 파장 정보를 복원시킬 수 있고 파장에 대한 정보는 각 채널의 정보를 알 수 있으므로 광 검출부 하나만으로 여러 개의 방사선 센서 프로브의 방사선량 정보를 동시에 모니터링 할 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, 온도 변화 시 방사선 센서 프로브의 반사 스펙트럼 변화를 알 수 있다. 온도가 증가함에 따라 방사선 센서 프로브의 반사 신호는 장파장으로 이동되는데, 이 파장 이동량(Δλ=λn-λn′)을 측정하여 온도 변화량을 계측할 수 있다.
도 10의 (d)를 참조하면, 온도 변화 시 방사선 센서 프로브의 반사 신호의 파장 변화에 따른 파장 가변 레이저의 출력 파워값이 시간의 변화에 어떻게 변화되는지를 알 수 있다. 여기서, λ1, λ2, λ3…λn 는 τ1, τ2, τ3…τn 과 일대일 대응 관계이므로 시간 정보를 분석하여 파장 정보를 복원시킬 수 있고 파장에 대한 정보는 각 채널의 정보를 알 수 있으므로 광 검출부 하나만으로 여러 개의 방사선 센서 프로브의 방사선량 정보를 동시에 모니터링 할 수 있게 한다.
또한, 온도가 증가함에 따라 광섬유 브래그 격자의 반사 신호는 장파장으로 이동함으로써 시간 영역에서 시간 지연(Δτ=τn-τn′)이 생기게 되는데 이를 통해 시간 지연값을 측정하여 각 채널의 온도 변화량을 계측할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 방사선량 및 온도 변화를 동시에 측정할 수 있는 분포형 방사선 센서 시스템을 구축할 수 있어 온도에 대한 효과를 보상시키고 방사선량 계측을 정확하게 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 광섬유 기반 방사선 센서 시스템
110 : 광원부
120 : 파장 다중화기
130 : 방사선 센서 프로브
140 : 광 순환부
150 : 광 검출부
160 : 신호 처리부

Claims (13)

  1. 복수 개의 방사선 센서 프로브;
    광신호를 발생시키는 광원부;
    상기 광원부 및 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브의 사이에서 광섬유로 연결되며, 다수의 채널을 구비함으로써 상기 광원부로부터 전달되는 상기 광신호를 파장별로 나눈 후 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 전달하거나 상기 방사선 센서 프로브에 의해 획득된 파장별 광신호들을 모으는 신호 수집/분배부; 및
    상기 신호 수집/분배부로부터 전달된 광신호의 세기를 측정하는 광 검출부;
    를 포함하는 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 수집/분배부와 상기 광 검출부 사이에서 광섬유에 의해 연결되며, 상기 신호/수집 분배부로부터 상기 광 검출부 방향으로 획득된 광신호를 순환시키는 광 순환부; 및
    상기 광 검출부로부터 광신호를 수신하여 데이터를 검출하고 분석하는 신호 처리부를 더 포함하는 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 가변 속도에 의해 시간 차이들 두고 파장별로 광신호를 전송하는 파장 가변 레이저이고,
    상기 광 검출부는 상기 신호 수집/분배부로부터 시간 차이를 두고 전송되는 파장별 광신호의 세기를 측정하여 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브의 방사선량 정보를 동시에 모니터링하는 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원부는 상기 방사선 민감 물질의 흡수 영역보다 넓은 파장 대역폭을 갖는 광대역 광원 및 상기 신호 수집/분배부의 상기 다수의 채널의 각각의 파장 밴드폭보다 좁은 선폭과 상기 방사선 민감 물질의 흡수영역보다 넓은 파장가변대역을 가지는 파장 가변 레이저 중 어느 하나인 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광 검출부는, 상기 광섬유를 통해 전달되는 광신호를 측정할 수 있는 포토다이오드(photodiode), 아발란치 포토다이오드(Avalanche photodiode), 광증배관(photo-multiplier tube, PMT), 전하결합소자(charged couple device, CCD) 및 광신호의 파장별 세기를 측정하는 분광기 중 어느 하나인 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 방사선 센서 프로브는 각각,
    상기 파장 다중화기와 연결되는 광섬유의 단부에 부착되는 반응성 민감 물질;
    상기 반응성 민감 물질의 바깥 면에 부착되어 상기 반응성 민감 물질을 통과한 상기 광신호를 반사시키는 반사층; 및
    상기 반응성 민감 물질 또는 상기 반사층을 감싸도록 상기 광섬유에 결합되어 상기 반응성 민감 물질을 외부 조건으로부터 보호하는 보호층을 포함하는 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 신호 수집/분배부 및 상기 방사선 센서 프로브를 연결하는 광섬유로부터 분기된 분기 광섬유의 단부에 마련되는 광섬유 브래그 격자를 더 포함하며,
    상기 방사선 조사 시 상기 방사선 민감 물질의 광 흡수도 변화량 및 상기 광섬유 브래그 격자의 반사된 광신호의 세기 변화량을 통해 조사된 방사선량을 계측하고,
    온도 변화시 상기 광섬유 브래그 격자에 의해 반사된 신호의 파장 이동량을 통해 온도 변화량을 계측하는 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분기 광섬유에 연결된 상기 광섬유 브래그 격자는 조사된 방사선이 미치는 영역 내에서 상기 방사선 센서 프로브의 측부에 배치되는 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 신호 수집/분배부는 상기 광원부에 연결되는 하나의 광섬유로 전송된 광신호를 파장별로 분리하여 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 각각 연결되는 복수 개의 광섬유로 전송시키거나 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 의해 반사되는 복수 개의 파장별 광신호를 모아 상기 하나의 광섬유로 전송시키는 배열형 도파로 격자로 마련되는 파장 다중화기인 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신호 수집/분배부는 상기 광원부로부터 하나의 광섬유로 전송된 광신호를 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 각각 연결되는 복수 개의 광섬유에 균일한 세기로 분배하여 전송시키거나 상기 복수 개의 방사선 센서 프로브에 의해 반사되는 복수 개의 파장별 광신호를 모아 상기 하나의 광섬유로 전송시키는 광 분배기인 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광 분배기는 광 커플러, 빔 스플리터 및 빔 컴바이너 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광섬유 기반 방사선 센서 시스템.
  12. 방사선량을 측정하는 방사선 센서 시스템에 구비되어 광 흡수도를 계측하는 방사선 센서 프로브에 있어서,
    광섬유의 단부에 부착되는 반응성 민감 물질;
    상기 반응성 민감 물질의 바깥 면에 부착되어 상기 반응성 민감 물질을 통과한 상기 광신호를 반사시키는 반사층; 및
    상기 반응성 민감 물질 또는 상기 반사층을 감싸도록 상기 광섬유에 결합되어 상기 반응성 민감 물질을 외부 조건으로부터 보호하는 보호층;
    을 포함하는 방사선 센서 프로브.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광섬유의 단부 영역에 형성되어 측정 영역의 온도를 측정하도록 하는 광섬유 브래그 격자를 더 포함하는 방사선 센서 프로브.
KR1020130057362A 2013-05-21 2013-05-21 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템 KR102066285B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130057362A KR102066285B1 (ko) 2013-05-21 2013-05-21 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130057362A KR102066285B1 (ko) 2013-05-21 2013-05-21 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140137065A true KR20140137065A (ko) 2014-12-02
KR102066285B1 KR102066285B1 (ko) 2020-01-14

Family

ID=52457036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130057362A KR102066285B1 (ko) 2013-05-21 2013-05-21 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102066285B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923985A (zh) * 2015-06-25 2018-04-17 通用电气-日立核能美国有限责任公司 用于提供用于监测且测试盖革‑穆勒辐射传感器的电子信号的方法、系统及设备
CN108387293A (zh) * 2018-06-05 2018-08-10 上海云鱼智能科技有限公司 机械组合式无源核子料位计及其测量方法
WO2019117347A1 (ko) * 2017-12-13 2019-06-20 (주)제이에스테크윈 3d 감마 프로브 및 이의 방사선 세기 측정 방법
KR20200076762A (ko) * 2017-11-21 2020-06-29 와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니 멀티 광 섬유 감지 시스템
KR102459436B1 (ko) * 2021-05-20 2022-10-27 (주)파이버피아 미세 입자의 탁도 측정 장치 및 그 방법
CN115825113A (zh) * 2022-11-14 2023-03-21 中国核动力研究设计院 一种堆内辐照试验参数光纤在线测量系统及方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102338529B1 (ko) * 2020-07-29 2021-12-14 한국원자력연구원 방사선량 측정 장치 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0943355A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Toshiba Corp 放射線測定装置
JPH0990047A (ja) * 1995-09-19 1997-04-04 Hitachi Ltd 放射線強度分布測定装置
JPH11237479A (ja) * 1998-02-20 1999-08-31 Hitachi Ltd 放射線強度計測装置
US20120001075A1 (en) * 2009-03-25 2012-01-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method to optimize the light extraction from scintillator crystals in a solid-state detector
KR20120050866A (ko) * 2010-11-11 2012-05-21 전남대학교산학협력단 광섬유격자센서 및 이를 이용한 온도/스트레인 측정 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0943355A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Toshiba Corp 放射線測定装置
JPH0990047A (ja) * 1995-09-19 1997-04-04 Hitachi Ltd 放射線強度分布測定装置
JPH11237479A (ja) * 1998-02-20 1999-08-31 Hitachi Ltd 放射線強度計測装置
US20120001075A1 (en) * 2009-03-25 2012-01-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method to optimize the light extraction from scintillator crystals in a solid-state detector
KR20120050866A (ko) * 2010-11-11 2012-05-21 전남대학교산학협력단 광섬유격자센서 및 이를 이용한 온도/스트레인 측정 시스템

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923985A (zh) * 2015-06-25 2018-04-17 通用电气-日立核能美国有限责任公司 用于提供用于监测且测试盖革‑穆勒辐射传感器的电子信号的方法、系统及设备
KR20200076762A (ko) * 2017-11-21 2020-06-29 와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니 멀티 광 섬유 감지 시스템
WO2019117347A1 (ko) * 2017-12-13 2019-06-20 (주)제이에스테크윈 3d 감마 프로브 및 이의 방사선 세기 측정 방법
CN108387293A (zh) * 2018-06-05 2018-08-10 上海云鱼智能科技有限公司 机械组合式无源核子料位计及其测量方法
KR102459436B1 (ko) * 2021-05-20 2022-10-27 (주)파이버피아 미세 입자의 탁도 측정 장치 및 그 방법
WO2022245193A3 (ko) * 2021-05-20 2023-01-05 (주)파이버피아 미세 입자의 탁도 측정 장치 및 그 방법
US12031893B2 (en) 2021-05-20 2024-07-09 Fiberpia.Co., Ltd. Device and method for measuring turbidity of fine particles
CN115825113A (zh) * 2022-11-14 2023-03-21 中国核动力研究设计院 一种堆内辐照试验参数光纤在线测量系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102066285B1 (ko) 2020-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102066285B1 (ko) 방사선 센서 프로브 및 그를 구비한 광섬유 기반 방사선 센서 시스템
CA2288746C (en) Distributed sensing system
Rao et al. In-fiber Bragg-grating temperature sensor system for medical applications
EP0381883B1 (en) Optical examination apparatus
CA2874397C (en) Methods and apparatus for optically encoded position multiple-point scintillation detector using a single collecting light guide
NL2015448B1 (en) Fiber Bragg grating interrogator assembly and method for the same.
JP2020159973A5 (ko)
RU102256U1 (ru) Устройство для измерения параметров физических полей
US9562815B2 (en) Method for compensation of fiber optic measurement systems and fiber optic measurement system
EP3983272A1 (en) Method and system for determining a braking torque, by means of detection performed by photonic sensors at a fixing interface between a brake caliper body and a respective support
JP2004530899A (ja) 対をなすブラッグ格子の使用に基づいた差分測定システム
CN108007603A (zh) 一种基于非对称双芯光纤的多参量分布测量系统
CN111221021A (zh) 一种辐射剂量测量方法与装置
Saccomanno et al. Long-term temperature monitoring in CMS using fiber optic sensors
RU2512616C2 (ru) Способ измерения параметров физических полей и устройство для его осуществления
CN106352991A (zh) 一种测量光纤光栅波长的装置和设备
RU2608394C1 (ru) Устройство для измерения параметров физических полей
RU2495380C2 (ru) Способ измерения параметров физических полей
D’Agostino et al. A monolithically integrated AWG based wavelength interrogator with 180 nm working range and pm resolution
RU2319988C2 (ru) Оптоволоконная мультисенсорная система, датчик температуры/деформации для оптоволоконной мультисенсорной системы, способ записи датчика (варианты)
US12098936B2 (en) Device for distributing a signal for measuring wavelength shifts
KR101756364B1 (ko) 광섬유 브래그 격자를 이용한 분광기
Eshpay et al. LC-FBG Based Microwave Photonic System for Wheelchair Patient Pose Monitoring
RU2520963C2 (ru) Волоконно-оптическая измерительная система (варианты)
JP2002116087A (ja) 波長計測装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant