KR20170058496A - 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템 및 검출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아날로그 이미지 센서 모듈을 이용하여 공기 중의 라돈의 농도비를 검출하는 발명에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 실내의 라돈 농도를 계산하는 라돈 검출 시스템으로서, 주변에서 들어오는 빛은 차단하고, 공기는 순환되는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 공기 중의 라돈에서 발생된 알파선의 인가에 따라 전자를 생성하며, 생성된 전자를 통해 출력되는 전압의 변화가 발생되는 이미지 센서 및 상기 이미지 센서에서 출력되는 상기 전압의 변화를 통해 기설정된 주기 동안 상기 알파선의 인가 횟수를 측정하고, 계산된 인가 횟수를 이용하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템 및 검출방법{RADON DETECTION SYSTEM USING IMAGE SENSOR MODULE AND DETECTION METHOD THEREOF}
본 발명은 이미지 센서 모듈을 이용하여 공기 중의 라돈의 농도비를 검출하는 발명에 관한 것이다.
UNSCEAR 2000보고서에서 일반인이 자연환경에서 받는 연간 피폭선량의 전 세계 평균은 2.4mSv/yr 라 보고되고 있다. 이 중 라돈 및 딸핵종에 의한 피폭선량이 전체의 약 50%이상을 차지하는 1.3mSv/yr이다.
또한, 한국원자력안전기술원에서 발표한 국민방사선위해도 평가 보고서에 따르면 자연방사선원에 의한 국민의 총 피폭유효선량은 2.99mSv/yr이고, 이 중 라돈흡입에 의한 내부피폭이 1.41mSv/yr로 전체의 약 47%를 차지하여 피폭에 가장 높은 기여를 하고 있는 것으로 알려졌다.
이때, 라돈(Radon)은 일반적으로 가장 잘 알려진 천연방사성핵종 중 하나로서 무형, 무색의 불활성 기체이고, 붕괴과정에서 방사선을 방출한다. 라돈에 의한 피폭은 라돈붕괴에 의해 생성된 라돈 딸핵종이 호흡기관 표면에 침착되어 방출하는 알파선에 기인하며, 호흡에 의해 인체에 흡입되는 경우 폐조직을 파괴하는 등 신체에 문제를 발생시키게 된다.
특히 라돈에 의한 피폭은 라돈붕괴에 의해 생성된 라돈 딸핵종이 호흡기관 표면에 침착되어 방출하는 알파선에 기인하므로 고농도의 라돈에 장기간 노출되는 경우 폐암을 유발할 수 있다.
국제방사선방호위원회에서는 권고안을 통해 각국의 라돈 참고준위를 수립할 것을 권고하고 있으며, 현재 전 세계 여러나라에서는 정부차원에서 대규모 실내 라돈 조사를 실시하는 추세에 있고, 이러한 조사결과를 바탕으로 라돈으로부터 받는 국민피폭선량을 평가를 통해 방사선방호를 위한 정책을 수립하고 있다.
이러한 라돈농도의 측정방법은 라돈 및 딸핵종으로부터 방출되는 방사선을 검출하는 방법이 가장 많이 이용되고 있다. 대표적인 검출기는 펄스전리함, 충전막전리함, ZnS(Ag)섬광검출기, 표면장벽형 실리콘 검출기 또는 확산접합형 검출기, NaI(TI) 또는 HPGe 등이 있다. 이중에서, 현재 가장 많이 사용되고 있는 검출기의 종류로는 그 검출형태에 따라 적분형, 연속형 그리고 포집형으로 나누어지며, 또한 검출기의 작동방식에 따라 능동형과 수동형으로 구분된다. 이와 더불어 측정치를 연속적으로 지시하는 계수율계형과 누적된 노출량을 지시하는 적분형으로 구분할 수 있다.
계수율계형 측정기는 즉시 측정에 주로 사용되며, 검출 지역에서 라돈농도의 시간에 따른 변동추이를 측정하는데 유용하다. 이에 반해 적분형 검출기는 수주에서 수개월에 이르는 장기간 측정에 주로 사용되며, 일정기간 동안의 평균 라돈 농도를 얻을 수 있다.
상기와 같은 라돈 측정기들은 종래에는 고비용이기 때문에 쉽게 보급할 수 없는 문제가 있었다. 라돈 농도를 확인하기 위해서는 고성능 프로세서가 존재하여야 하기 때문이다. 그러므로 보다 저렴한 비용으로 실시간 라돈 농도를 측정할 수 있는 라돈 검출기가 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 특허청 등록특허공보 제10-1415859호 대한민국 특허청 등록특허공보 제10-0957116호 대한민국 특허청 공개특허공보 제10-2015-0114347호 대한민국 특허청 등록특허공보 제10-1514251호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 라돈에서 생성되는 알파선을 실시간으로 검출할 수 있는 라돈 검출 시스템을 사용자에게 제공하는데 목적이 있다.
또한, 기설정된 시간 동안 검출된 라돈의 양을 통해 대기중의 라돈 농도를 확인할 수 있는 라돈 검출 시스템을 사용자에게 제공하는데 목적이 있다.
또한, 저비용으로 실시간 라돈을 검출할 수 있는 라돈 검출 시스템을 사용자에게 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 실내의 라돈 농도를 계산하는 라돈 검출 시스템 일례는, 주변에서 들어오는 빛은 차단하고, 공기는 순환되는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 공기 중의 라돈에서 발생된 알파선의 인가에 따라 전자를 생성하며, 생성된 전자를 통해 출력되는 전압의 변화가 발생되는 이미지 센서 및 상기 이미지 센서에서 출력되는 상기 전압의 변화를 통해 기설정된 주기동안 상기 알파선의 인가 횟수를 측정하고, 계산된 인가 횟수를 이용하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서는, 상기 알파선이 인가될 수 있도록, 상기 이미지 센서에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)가 제거된 것 일 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서는, CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)로 구성된 것으로, 흑백 또는 컬러 아날로그 영상 신호 출력할 수 있다.
또한, 상기 알파선의 인가에 따라 상기 이미지 센서에서 출력되는 변화된 제1 전압을 추출하여 제2 전압으로 증폭하는 비교기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 비교기에서 상기 제2 전압의 수를 측정하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산할 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서는, 상기 전압을 아날로그 영상 신호로 출력하고, 상기 제어부는, 아날로그 영상 신호로 출력된 상기 전압을 실시간 모니터링 하여 전압 변화에 따라 상기 알파선의 인가 횟수를 측정하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산할 수 있다.
또한, 계산된 상기 실내의 라돈 농도를 인터넷을 통해 서버로 전송하는 무선통신부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 라돈 검출 시스템이 특정 지역에 위치되고 복수개이며, 각각 상기 서버에 계산된 상기 실내의 라돈 농도를 전송하고, 상기 서버에서 통계화된 상기 특정 지역의 라돈 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 서버로부터 경보를 수신할 수 있다.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 라돈 검출 방법은 상기 라돈 검출 시스템이 기설정된 장소에 설치되는 제1 단계, 설치된 상기 라돈 검출 시스템이 설치된 상기 장소의 특징에 맞게 조정되는 제2 단계, 조정된 상기 라돈 검출 시스템의 이미지 센서에 라돈에서 발생된 알파선이 인가되는 제3 단계, 상기 이미지 센서에서 전자가 발생되는 제4 단계, 발생된 상기 전자가 전압으로 변환되는 제5 단계, 제어부가 상기 이미지 센서에 알파선이 인가된 횟수를 측정하는 제6 단계 및 상기 제어부가 측정된 횟수를 이용하여 라돈 농도를 계산하는 제7 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 단계는, 상기 이미지 센서에 상기 알파선이 인가될 수 있도록, 상기 이미지 센서에 위치된 온칩렌즈(onchip-lens)가 미리 제거된 후 기설정된 장소에 설치된 것일 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)로 구성된 것으로, 흑백 또는 컬러 아날로그 영상 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 제 2 단계는, 상기 이미지 센서에서 출력되는 기준전압을, 라돈 시료를 이용하여 조정할 수 있다.
또한, 상기 제6 단계는, 변환된 전압이 기저전압보다 기설정된 범위이상인 경우, 비교기가 변환된 전압을 출력하는 제6-1 단계 및 제어부가 변환된 전압의 출력 횟수를 측정하는 제6-2 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제6 단계는, 상기 제어부가 상기 이미지 센서에서 아날로그 신호로 출력된 전압을 실시간 모니터링 하여 전압 변화에 따라 상기 알파선의 인가 횟수를 측정하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산할 수 있다.
또한, 무선통신부가 계산된 상기 실내의 라돈 농도를 인터넷을 통해 서버로 전송하는 제8 단계, 서버가 특정 지역에 위치된 복수개의 라돈 검출 시스템에서 수신한 실내의 라돈 농도를 이용하여 특정 지역의 라돈 농도를 통계화 하는 제9 단계 및 통계화된 상기 특정 지역의 라돈 농도가 기준치를 초과하는 경우, 특정 지역의 라돈 검출 시스템이 상기 서버로부터 경보를 수신하는 제10 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 알파선 검출을 통해 대기 중 라돈의 양을 정확히 판단할 수 있다.
또한, 저비용인 저성능 프로세서를 이용하여도 실시간으로 라돈을 정밀하게 검출할 수 있다.
또한, 라돈 검출을 통해 인체 건강을 지킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 시스템 블록도 일례이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 시스템과 서버의 연결을 나타내는 블록도 일례이다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 방법 순서도이다.
도 4는 실험을 위한 본 발명의 일실시예에 사용된 CCD 모듈 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 실험을 위해 CCD 모듈에서 측정된 영상 신호 조정을 위한 사진이다.
도 6은 실험에서 암전시 CCD 모듈에서 발생하는 전압이다.
도 7은 실험에서 빛 개방시 CCD 모듈에서 발생하는 전압이다.
도 8은 실험에서 라돈 검출시 CCD 모듈에서 발생하는 전압이다.
도 9는 실험에서 라돈 검출시 Comparator 모듈을 이용한 라돈 검출 신호이다.
도 10은 성능 비교를 위해 라돈 검출 시스템을 설치한 사진이다.
도 11은 성능 비교 실험을 통해 시료의 유무에 따른 라돈 검출 결과를 비교한 그래프이다.
도 12는 성능 비교 실험을 통해 시료의 유무와 타 카운터와의 라돈 검출 결과를 비교한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일 실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<라돈 검출 시스템의 구성>
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 시스템 블록도 일례이다.
도 1을 참조하여, 라돈 검출 시스템(100) 일례를 검토하면, 라돈 검출 시스템(100)은 무선통신부(110), 라돈 검출 센서부(120), 사용자 입력부(130), 공기 정화부(140), 출력부(150), 메모리(160), 제어부(180), 전원공급부(190)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(110)는 라돈 검출 시스템(100)와 무선 통신 시스템 사이 또는 라돈 검출 시스템(100)와 라돈 검출 시스템(100)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 센서부(120)와 제어부(180)사이에 무선 통신을 가능하게 하눈 모듈을 포함할 수 있다.
예를 들어, 무선 통신부(110)는 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114) 및 위치정보 모듈(115) 등을 포함할 수 있다.
이동통신 모듈(112)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 제어부(180) 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 라돈 검출 시스템(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 라돈 검출 시스템(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
상기 무선 인터넷의 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
근거리 통신 모듈(114)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 상기 근거리 통신(short range communication)의 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
위치 정보 모듈(115)은 라돈 검출 시스템(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다.
현재 기술에 의하면, GPS모듈(115)은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다.
현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈(115)은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다.
라돈 검출 센서부(120)는 대기 중 라돈의 농도를 측정하기 위해, 라돈에 의해 발생하는 전압의 피크값을 이용하여 라돈 개수를 측정하고, 시간과 장소의 부피를 이용하여 농도를 계산할 수 있다.
라돈 검출 센서부(120)는 빛을 받아 전자적 신호를 출력하는 반도체로 구성될 수 있으며, 대표적인 예로 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(complementary metal-oxide semiconductor), 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 실리콘-온-사파이어(silicon-on-sapphire), 인듐-칼륨-비소, 카드뮴-수은-텔루라이드 또는 갈륨-비소 기판을 내장한 센서가 있다.
특히 라돈 검출 센서부(120)는 라돈이 붕괴하면서 방출된 알파선을 감지할 수 있다. 일반적으로 알파선은 무겁기 때문에 이동거리가 2~3cm 밖에 안되고, 휴지와 같이 얇은 물질도 통과하지 못한다. 알파선이 무겁기 때문에 감마선을 감지 및 측정하는 종래 기술에 비해서 라돈의 농도를 더 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다. 라돈 검출 센서부(120)는 상기와 같은 알파선의 특성에 따라 일반적인 이미지 센서의 수광부에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 제거해야 한다. 알파선은 이미지 센서의 수광부에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 통과하지 못하므로, 검출할 수 없기 때문이다.
사용자 입력부(130)는 라돈 검출 시스템(100)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다.
사용자 입력부(130)는 본 발명에 따라 표시되는 컨텐트들 중 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호를 사용자로부터 수신할 수 있다. 그리고, 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호는, 터치입력을 통하여 수신되거나, 하드키 및 소프트 키입력을 통하여 수신될 수 있다.
사용자 입력부(130)는 상기 하나 또는 둘 이상의 컨텐트들을 선택하는 입력을 사용자로부터 수신할 수 있다. 또한, 사용자로부터 라돈 검출 시스템(100)이 수행할 수 있는 기능과 관련된 아이콘을 생성하는 입력을 수신할 수 있다.
사용자 입력부(130)는 방향키, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
공기 정화부(140)는 실내의 공기질에 따라 실외/실내의 공기를 선택적으로 흡입정화하여 흡입된 공기를 실내로 순환하여 공기질을 저하하는 주요 변수의 농도를 조절한다. 일례로서 환풍기가 있으며, 온도를 변동시키는 에어컨, 히터 등도 포함되고, 습도를 조절하는 제습기, 미세먼지를 조절할 수 있는 공기 청정기 등도 포함된다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(151), 음향 출력 모듈(152), 알람부(153) 등이 포함될 수 있다.
디스플레이부(151)는 라돈 검출 시스템(100)에서 처리되는 정보를 표시한다.
예를 들어, 라돈 검출 시스템(100)의 라돈 검출과 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다.
한편, 디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 디스플레이부(151)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다.
음향 출력 모듈(152)은 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(160)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다.
음향 출력 모듈(152)은 라돈 검출 시스템(100)에서 수행되는 기능과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(152)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(153)는 라돈 검출 시스템(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다.
알람부(153)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(151)나 음성 출력 모듈(152)을 통해서도 출력될 수 있으므로, 이 경우 상기 디스플레이부(151) 및 음성출력모듈(152)은 알람부(153)의 일종으로 분류될 수도 있다.
메모리(160)는 제어부(180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 메모리(160)에는 상기 데이터들 각각에 대한 사용 빈도도 함께 저장될 수 있다. 또한, 메모리(160)에는 상기 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.
메모리(160)는 기설정된 주기마다 측정된 라돈 농도 값이 저장 및 관리될 수 있다.
상기와 같은 메모리(160)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 라돈 검출 시스템(100)는 인터넷(internet)상에서 메모리(160)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.
제어부(controller)(180)는 통상적으로 공기 정화 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
제어부(180)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 모듈은 제어부(180) 내에 구현될 수도 있고, 제어부(180)와 별도로 구현될 수도 있다.
제어부(180)는 라돈 검출 판단부(181), 검출 라돈 계산부(182)를 포함할 수 있다.
라돈 검출 판단부(181)는 라돈 검출 센서부(120)를 통해 출력된 전압을 이용하여 라돈이 검출되었는지 여부를 판단한다. 라돈에서 발생된 알파선이 라돈 검출 센서부(120)에 인가되면, 라돈 검출 센서부(120)는 기저전압보다 높은 전압을 출력하게 된다. 이때 출력되는 전압이 기저전압보다 기설정된 범위 이상인 경우, 비교기(Comparator) 모듈을 이용하여 기저전압보다 높게 출력되는 전압을 추출하고, 라돈을 검출하게 된다.
검출 라돈 계산부(182)는 라돈 검출 판단부(181)를 통해 검출된 것으로 판단한 라돈의 개수를 카운트한다. 또한, 라돈 검출기가 존재하는 장소의 넓이와 기설정된 주기의 시간을 이용하여 라돈의 농도를 검출해낼 수 있다. 라돈 검출 판단부(181)를 통해서 추출된 전압을 이용하여 오류없이 라돈 검출 센서부(120)에 인가된 알파선 수를 측정할 수 있게 된다. 기저전압보다 높게 출력되는 전압을 갖는 횟수를 기설정된 주기 동안 누적하여 카운트하고, 기설정된 주기가 지난 경우 이를 초기화 하거나, 계속 누적되도록 관리할 수 있다.
전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 시스템과 서버의 연결을 나타내는 블록도 일례이다.
도 2를 참조하면, 상기와 같은 구성의 라돈 검출 시스템(100)은 인터넷(300)을 통해 서버(200)에 연결될 수 있고, 기설정된 주기당 라돈의 농도, 라돈 검출 시스템(100)이 위치된 장소의 넓이를 포함하여 라돈 검출 시스템(100)이 라돈 농도를 검출하고, 계산하는데 이용되는 모든 데이터를 인터넷(300)을 통해 서버(200)로 전송할 수 있으며, 서버(300)에서 수신한 데이터를 재처리 및 재가공하여 생성한 데이터를 다시 라돈 검출 시스템(100)으로 송신할 수 있다. 이때 생성된 데이터를 수신한 라돈 검출기는 수신한 데이터를 통해 사용자에게 알림을 주는 것과 같은 특정 작업을 자동으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성을 통해 본발명은 종래보다 저렴하고, 공기중 라돈 농도 검출력이 월등히 높은 라돈 검출 시스템(100)을 사용자에게 제공할 수 있다.
<라돈 검출 시스템을 이용한 라돈 검출방법>
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 방법 순서도이다.
도 3을 참조하여 상기 라돈 검출 시스템(100)을 이용한 라돈 검출 방법을 검토하면, 라돈 검출 시스템(100)을 기설정된 장소에 설치(S110)하는 단계에서 시작된다. 이때 라돈 검출 시스템(100)은 일정한 부피를 갖는 실내에 위치되어, 실내의 라돈 농도를 측정함이 바람직하다. 그리고 정확한 라돈 농도를 확인하기 위해 실내에서 내부 공기가 가장 순환이 잘 되는 지점에 설치됨이 바람직하다. 또한, 라돈 검출 시스템(100)은 빛의 세기를 이용하여 라돈 개수를 측정하는바 암실에 위치됨이 바람직하며, 암실은 빛은 차단되지만, 공기는 순환될 수 있는 재질로 구성됨이 바람직하다.
라돈 검출 시스템(100)이 설치된 후, 설치된 라돈 검출 시스템을 설치된 상기 장소에 맞게 조정(S120)하는 단계가 진행된다. 이때, 설치된 라돈 검출 시스템(100)은 설치된 장소에 따라 암전시 전압을 조정하고, 빛 개방시 전압을 조정하며, 라돈 시료를 이용한 라돈 검출시 전압레벨을 조정하고, 라돈 검출 영상의 1프레임당 주파수와 1라인의 길이를 추가로 조정할 수 있다. 또한 온도와 습도에 따라 추가적인 조정을 할 수 있다.
라돈 검출 시스템(100)의 조정이 끝난 후, 조정된 라돈 검출 시스템(100)의 이미지 센서에 알파선이 인가(S130)되는 단계가 진행된다. 즉 S130단계부터는 실제로 공기 중의 라돈 농도를 측정하는 단계의 시작으로서, 라돈 검출 시스템(100)이 암실에서 기설정된 주기 동안 실내 공기의 라돈 개수를 측정하게 된다. 이미지 센서에 라돈에서 발생된 알파선이 인가가 된다.
알파선이 이미지 센서에 인가된 후, 이미지 센서에 전자발생(S140)하는 단계가 진행된다. 이미지 센서는 빛 신호를 받아서 전자적으로 충전이 되기 때문에 이미지 센서에 전자가 발생한다. 이때 사용되는 이미지 센서는 종래의 이미지 센서를 이용할 수 있으며, 가장 대표적으로는 CCD 및 CMOS가 있다. 다만 CCD와 CMOS를 이용하는 경우, 빛의 수광에 이용하는 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 제거된 이미지 센서를 사용하여야 한다. 알파선의 특성상센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 투과하지 못하기 때문이다.
이미지 센서에 전자가 발생된 후, 발생된 전자가 전압으로 변환(S150)되는 단계가 진행된다. 이미지 센서 내에서 발생된 전자는 이미지 센서에 작은 전자적 충전을 하고, 충천된 이미지 센서는 신호를 송신할 때, 전압신호로 변환한다.
변환된 전압이 기저전압보다 기설정된 범위이상인 경우, 변환된 전압을 추출하고 증폭(S160)하는 단계가 진행된다.
증폭된 전압 횟수를 카운트(S170)하는 단계는, 기저 전압이 2.4V이면, 변환된 전압 증폭값이 5V이므로 차이가 분명하게 드러나게 되어 오류로 인한 카운트가 잘못되는 것을 방지할 수 있다. 5V로 증폭된 전압값 갖는 횟수를 기설정된 주기 동안 누적하여 카운트하고, 기설정된 주기가 지난 경우 이를 초기화 하거나, 계속 누적되도록 관리할 수 있다.
카운트된 횟수를 이용하여 라돈 농도를 계산(S180)하는 단계는, 카운트 된 횟수와, 실내 면적, 기설정된 주기를 이용하여 실내의 라돈 농도를 계산하게 된다. 설치시 조정에 의해서 교정된 라돈 농도를 계산할 수 있다. 또한 계산된 라돈 농도는 디스플레이부에 의해서 출력될 수 있다.
<라돈 검출 시스템을 이용한 라돈 검출 실험>
본 발명의 일실시례를 이용하여 라돈 검출 실험을 진행하여 실제 라돈 검출 효과를 검토한다.
도 4는 실험을 위한 본 발명의 일실시예에 사용된 CCD 모듈 사진이다.
도 4의 CCD 모듈은 하기 표 1의 스펙을 갖는다.
모델명 CC-003R1 출력영상 흑백
영상 출력방식 NTSC 초당 프레임 60 FRAME
작동 전압 12V 1 프레임 속도 약 15.30ms
작동 전류 110mA
도 5a 및 도 5b는 실험을 위해 CCD 모듈에서 측정된 영상 신호 조정을 위한 사진이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, CCD 모듈에서 출력되는 전압은 실시간으로 아날로그출력되며, 1프레임의 주파수는 65.36Hz, 1라인의 길이는 16.13KHz 로 조정되었다.
도 6은 실험에서 암전시 CCD 모듈에서 발생하는 전압이다.
도 6을 참조하면, 픽셀 한개의 샘플링 속도를 약 220ns로 하였을때, 암전시 CCD모듈에서 발생하는 전압은 1.78V ~ 2V의 전압이 유지됨을 알 수 있다.
도 7은 실험에서 빛 개방시 CCD 모듈에서 발생하는 전압이다.
도 7을 참조하면, 빛 개방시 CCD 모듈에서 발생하는 전압은 2.8V로 출력됨을 알 수 있다.
도 8은 실험에서 라돈 검출시 CCD 모듈에서 발생하는 전압이다.
도 8을 참조하면, 라돈 검출시 CCD모듈에서 발생하는 전압은 2.68V로 튀어 오르는 것을 볼 수 있다.
도 9는 실험에서 라돈 검출시 Comparator 모듈을 이용한 라돈 검출 신호이다.
도 9를 참조하면, Comparator IC를 이용시 암전시 기저전압을 2.4V로 설정하고, 라돈이 검출시 5V 출력을 하도록 조정할 수 있고, 이때 전압의 차이를 부각하여 라돈에서 발생된 알파선이 이미지 센서에 인가된 횟수를 정확히 측정할 수 있다.
도 10은 성능 비교를 위해 라돈 검출 시스템을 설치한 사진이다.
라돈 검출 시스템은, 2개의 동일한 챔버에서, i)1개에만 라돈 시료를 넣어 라돈 검출하고, ii)온도와 습도에 대한 환경은 고려하지 않으며, iii)2개의 챔버는 공기가 외부로 나가지 않도록 밀봉하였고, iv)라돈이 카운터 된 값은 1시간 단위로 메모리에 저장하였으며, v)라돈 카운터가 부착된 F사의 S제품 라돈 측정기를 각 챔버에 넣어 비교군 실험을 진행하도록 라돈 검출 시스템을 설치하였다.
설치된 라돈 검출 시스템을 총 61시간 동안 기록하였고, 결과는 하기 표 2에 나타난 바와 같다.
시간 S모델 CCD S모델 CCD 시간 S모델 CCD S모델 CCD
라돈시료O 라돈시료X 라돈시료O 라돈시료X
1 3 4 1 0 32 63 73 34 16
2 4 7 3 1 33 68 78 37 17
3 6 9 5 2 34 69 81 37 18
4 6 11 6 2 35 70 84 38 18
5 6 15 9 3 36 70 86 38 19
6 6 17 9 3 37 72 88 38 20
7 9 20 10 4 38 77 90 39 20
8 13 24 11 4 39 84 93 39 21
9 16 28 13 5 40 90 96 40 21
10 19 32 14 5 41 95 98 43 22
11 20 35 14 6 42 98 100 44 23
12 20 36 14 6 43 99 104 44 23
13 22 37 14 7 44 102 106 45 24
14 23 39 14 8 45 107 110 46 24
15 23 40 14 9 46 111 115 46 24
16 23 40 14 9 47 112 117 46 24
17 24 42 16 10 48 116 120 47 25
18 25 43 17 10 49 124 124 51 25
19 27 44 17 11 50 131 126 52 25
20 27 46 18 11 51 140 128 53 25
21 31 48 18 12 52 146 130 54 25
22 35 50 18 12 53 148 132 54 25
23 37 52 19 12 54 154 135 55 25
24 38 53 19 13 55 158 138 55 25
25 42 55 24 13 56 160 140 56 25
26 42 58 24 13 57 163 142 56 26
27 45 60 28 14 58 167 144 57 26
28 51 63 29 14 59 170 148 57 26
29 56 67 30 15 60 176 150 57 26
30 60 69 31 15 61 181 152 57 26
31 61 70 31 15
도 11은 성능 비교 실험을 통해 시료의 유무에 따른 라돈 검출 결과를 비교한 그래프이다.
상기 표 2에서 CCD를 이용한 라돈 검출 결과가 도 11에 나타난 바, 도 11을 참조하여, CCD를 이용한 라돈 검출 시스템의 성능을 검토하면, CCD를 이용한 라돈 검출 시스템의 라돈 검출 결과는 그래프에서 볼 수 있듯이 선형을 이루고 있다. 즉 시간이 지나면 밀폐된 공간에서 일정하게 라돈 농도를 검출하고 있음을 알 수 있다. 그러므로 CCD를 이용한 라돈 검출 시스템은 안정성이 높고, 라돈 시료가 있고 없음에 따라 정확한 라돈 농도를 검출할 수 있음을 알 수 있다.
도 12은 성능 비교 실험을 통해 시료의 유무와 타 카운터와의 라돈 검출 결과를 비교한 그래프이다.
상기 표 2에 나타난 결과 전체를 그래프로 나타내면 도 12가 되고, 도 12에서 결과값을 비교하면, 종래의 라돈 검출기인 F사의 S카운터는 라돈 시료가 존재하는 경우, 선형이 아닌, 지수형 그래프를 나타내고 있고, CCD를 이용한 라돈 검출 시스템에 비해서 수치의 변동이 큼을 알 수 있다. 이를 통해 CCD를 이용한 라돈 검출 시스템이 종래의 라돈 검출기에 비해서 안정성이 높고, 정확한 농도를 검출할 수 있음을 알 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 라돈 검출 시스템(100)은 실험결과에서 볼 수 있듯이 종래 라돈 검출기에 비해서 안정성과 정확성이 높다.
종래의 라돈 검출 시스템은 디지털 이미지의 프레임을 분석하여 샘플링을 통해 라돈을 검출하기 때문에 고성능 비디오 이미지 프로세서나 이를 포함한 컴퓨터가 필요하지만, 본 발명의 라돈 검출 시스템(100)은 아날로그방식을 통해 실시간으로 라돈을 검출하므로 고성능이 아닌 마이크로 프로세서와 비교기(Comparator) 회로만 있으면 라돈을 검출할 수 있다. 그 결과 저비용 고성능의 라돈 검출 시스템을 구현할 수 있다.
100 : 라돈 검출 시스템,
200 : 서버,
300 : 인터넷.

Claims (15)

  1. 실내의 라돈 농도를 계산하는 라돈 검출 시스템에 있어서,
    주변에서 들어오는 빛은 차단하고, 공기는 순환되는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하고, 공기 중의 라돈에서 발생된 알파선의 인가에 따라 전자를 생성하며, 생성된 전자를 통해 출력되는 전압의 변화가 발생되는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서에서 출력되는 상기 전압의 변화를 통해 기설정된 주기동안 상기 알파선의 인가 횟수를 측정하고, 계산된 인가 횟수를 이용하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는,
    상기 알파선이 인가될 수 있도록, 상기 이미지 센서에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)가 제거된 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는,
    CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)로 구성된 것으로, 흑백 또는 컬러 아날로그 영상 신호 출력을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 알파선의 인가에 따라 상기 이미지 센서에서 출력되는 변화된 제1 전압을 추출하여 제2 전압으로 증폭하는 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비교기에서 상기 제2 전압의 수를 측정하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는,
    상기 전압을 아날로그 영상 신호로 출력하고,
    상기 제어부는,
    아날로그 영상 신호로 출력된 상기 전압을 실시간 모니터링 하여 전압 변화에 따라 상기 알파선의 인가 횟수를 측정하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    계산된 상기 실내의 라돈 농도를 인터넷을 통해 서버로 전송하는 무선통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라돈 검출 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 라돈 검출 시스템이 특정 지역에 위치되고 복수개이며, 각각 상기 서버에 계산된 상기 실내의 라돈 농도를 전송하고,
    상기 서버에서 통계화된 상기 특정 지역의 라돈 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 서버로부터 경보를 수신하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  9. 제 1 항의 라돈 검출 시스템을 이용한 라돈 검출 방법에 있어서,
    상기 라돈 검출 시스템이 기설정된 장소에 설치되는 제1 단계;
    설치된 상기 라돈 검출 시스템이 설치된 상기 장소의 특징에 맞게 조정되는 제2 단계;
    조정된 상기 라돈 검출 시스템의 이미지 센서에 라돈에서 발생된 알파선이 인가되는 제3 단계;
    상기 이미지 센서에서 전자가 발생되는 제4 단계;
    발생된 상기 전자가 전압으로 변환되는 제5 단계;
    제어부가 상기 이미지 센서에 알파선이 인가된 횟수를 측정하는 제6 단계; 및
    상기 제어부가 측정된 횟수를 이용하여 라돈 농도를 계산하는 제7 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    상기 이미지 센서에 상기 알파선이 인가될 수 있도록, 상기 이미지 센서에 위치된 온칩렌즈(onchip-lens)가 미리 제거된 후 기설정된 장소에 설치된 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)로 구성된 것으로, 흑백 또는 컬러 아날로그 영상 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 이미지 센서에서 출력되는 기준전압을, 라돈 시료를 이용하여 조정하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제6 단계는,
    변환된 전압이 기저전압보다 기설정된 범위이상인 경우, 비교기가 변환된 전압을 출력하는 제6-1 단계; 및
    제어부가 변환된 전압의 출력 횟수를 측정하는 제6-2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제6 단계는,
    상기 제어부가
    상기 이미지 센서에서 아날로그 신호로 출력된 전압을 실시간 모니터링 하여 전압 변화에 따라 상기 알파선의 인가 횟수를 측정하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    무선통신부가 계산된 상기 실내의 라돈 농도를 인터넷을 통해 서버로 전송하는 제8 단계;
    서버가 특정 지역에 위치된 복수개의 라돈 검출 시스템에서 수신한 실내의 라돈 농도를 이용하여 특정 지역의 라돈 농도를 통계화 하는 제9 단계; 및
    통계화된 상기 특정 지역의 라돈 농도가 기준치를 초과하는 경우, 특정 지역의 라돈 검출 시스템이 상기 서버로부터 경보를 수신하는 제10 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 방법.
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