방사선 측정 센서 및 방사선 모니터링 시스템

본 발명은 소정의 구역에 대한 방사선 분포도를 원격에서 측정할 수 있는 방사선 측정 센서 및 방사선 모니터링 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예로에 해당하는 방사선 모니터링 시스템은, 모스펫(MOSPET)을 구비하고, 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(V T )의 변위 값을 측정하며, 소정의 구역에 서로 인접하도록 위치하는 복수의 방사선 측정 센서들 및 상기 방사선 측정 센서들로부터 각각, 상기 변위 값 및 상기 변위 값을 측정한 센서의 위치를 식별하기 위한 식별 번호를 무선 통신부를 이용하여 수신하는 방사선 모니터링 장치를 포함하고, 상기 방사선 모니터링 장치는, 상기 구역에 해당하는 지도를 출력하는 디스플레이부, 상기 변위 값을 상기 변위 값에 대응하는 방사선 준위 값으로 변환하는 방사선 준위 값 변환부 및 상기 방사선 준위 값 및 상기 식별 번호를 이용하여 상기 구역에 대한 방사선 분포도를 생성하고, 상기 방사선 분포도를 상기 지도에 매핑하여 상기 디스플레이부에 출력하는 제어부를 구비한다.

특허청구의 범위
청구항 1
원자력 발전소의 소정 영역에 설치되며, 모스펫(MOSPET)을 구비하고, 상기 모스펫을 이용하여 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정하며, 외부기기가 소정의 거리 이내에 위치하는 경우, 상기 변위값 및 센서의 위치를 식별하기 위한 식별정보를 상기 외부기기에 전송하도록 형성되는 근거리 통신부를 구비하는 복수의 방사선 측정 센서들;상기 복수의 방사선 측정 센서들 중 적어도 하나로부터 상기 변위 값 및 상기 식별정보를 수신하도록 형성되는근거리 통신부를 구비하며, 주행이 가능하도록 형성되며, 상기 주행과 관련된 제어신호를 수신하기 위한 장거리 통신부를 구비하는 이동 로봇; 및상기 이동 로봇이 상기 복수의 방사선 측정 센서들 중 적어도 하나로부터 상기 변위 값 및 상기 식별 번호를 수신하도록, 상기 이동 로봇을 상기 적어도 하나로 이동시키는 제어신호를 생성하며, 상기 이동 로봇으로 상기 제어신호를 전송하고 상기 이동 로봇으로부터 상기 변위 값 및 상기 식별 번호를 수신하기 위한 장거리 통신부를구비하는 방사선 모니터링 장치를 포함하고,상기 방사선 모니터링 장치는,상기 원자력 발전소에 해당하는 지도를 출력하는 디스플레이부;상기 변위 값을 상기 변위 값에 대응하는 방사선 준위 값으로 변환하는 방사선 준위 값 변환부; 및상기 방사선 준위 값 및 상기 식별 번호를 이용하여 상기 원자력 발전소에 대한 방사선 분포도를 생성하고, 상기 방사선 분포도를 상기 지도에 매핑하여 상기 디스플레이부에 출력하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 모니터링 시스템.
청구항 2
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청구항 3
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청구항 4
제1 항에 있어서,상기 복수의 방사선 측정 센서들은,상기 모스펫(MOSPET)에 정전류를 인가하는 정전류 발생부; 및상기 정전류에 의하여 모스펫(MOSPET)에 발생하는 게이트 전압(Vg)을 측정하고, 상기 게이트 전압(Vg)을 이용하여 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정하는 전압 측정부를 포함하는 것을 특징으로하는 방사선 모니터링 시스템.
청구항 5
제4 항에 있어서,상기 복수의 방사선 측정 센서들은,상기 변위 값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 및상기 디지털 신호로 변환된 변위 값을 RF 신호의 형태로 외부로 무선 출력하는 무선 통신부를 더 포함하는 것을특징으로 하는 방사선 모니터링 시스템.
청구항 6
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청구항 7
제1 항에 있어서,상기 근거리 통신부는, 블루투스 모듈인 것을 특징으로 하는 방사선 모니터링 시스템.
청구항 8
제1 항에 있어서,상기 방사선 측정 센서들은, 인공 위성을 이용하여 센서의 위치 정보를 생성하는 위성 항법 장치부를 더 포함하고,상기 식별 번호는, 상기 위성 항법 장치부를 이용하여 생성한 위치 정보인 것을 특징으로 하는 방사선 모니터링시스템.
청구항 9
모스펫(MOSPET); 상기 모스펫(MOSPET)에 정전류를 인가하는 정전류 발생부; 상기 정전류에 의하여 모스펫(MOSPET)에 발생하는 게이트 전압(Vg)을 측정하고, 상기 게이트 전압(Vg)을 이용하여 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정하는 전압 측정부; 상기 변위 값을 상기 변위 값에 대응하는 방사선 준위값으로 변환하는 방사선 준위 값 변환부; 상기 방사선 준위 값이 측정된 위치의 위치 정보를 생성하는 위성 항법 장치부; 및 외부기기가 소정의 거리 이내에 위치하는 경우, 상기 방사선 준위 값 및 상기 위치 정보를 상기부기기로 전송하는 근거리 통신부를 포함하며, 원자력 발전소의 소정 영역에 설치되는 복수의 방사선 측정 센들;
상기 복수의 방사선 측정 센서들 중 적어도 하나로부터 상기 방사선 준위 값 및 상기 위치 정보를 수신하도록형성되는 근거리 통신부를 구비하며, 주행이 가능하도록 형성되며, 상기 주행과 관련된 제어신호를 수신하기 위한 장거리 통신부를 구비하는 이동 로봇; 및
상기 이동 로봇이 상기 복수의 방사선 측정 센서들 중 적어도 하나로부터 상기 변위 값 및 상기 위치 정보를 수신하도록, 상기 이동 로봇을 상기 적어도 하나로 이동시키는 제어신호를 생성하며, 상기 이동 로봇으로 상기 제어신호를 전송하고, 상기 이동 로봇으로부터 수신한 상기 방사선 준위 값 및 상기 위치 정보를 이용하여 상기원자력 발전소에 대한 방사선 분포도를 생성하고, 상기 방사선 분포도를 출력하는 방사선 모니터링 장치를 포함하는 방사선 모니터링 시스템.
청구항 10
삭제
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 방사선 측정 센서 및 방사선 모니터링 시스템에 관한 것으로, 좀 [0001] 더 구체적으로 소정의 구역에 대한방사선 분포도를 원격에서 측정할 수 있는 방사선 측정 센서 및 방사선 모니터링 시스템에 관한 것이다.
배 경 기 술
[0002] 종래에 방사선 피폭량은 펄스방사선 검출기를 이용하여 측정하였다. 펄스방사선 검출기를 이용하여 방사선 피폭량을 측정하기 위해 사용한 오프라인 측정 방법은 방사선 조사 후 측정까지 시간지연이 발생할 수밖에 없다. 이로 인해, 펄스방사선 검출기 소자 내부에 기억된 방사선량 값이 줄어드는 열화현상의 가능성이 있다. 또한, 펄스방사선 검출기의 수거 및 방사선 검출 과정에서 피폭된 소자로부터 발생하는 이차 방사선에 노출되는 위험성이 존재한다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은, 소정의 구역에 대한 방사선 준위 분포를 측정하고, 측정한 방사선 [0003] 준위 분포를 상기 구역과 떨어진원격에서 확인할 수 있는 방사선 측정 센서 및 방사선 모니터링 시스템을 제공하기 위한 것이다.
[0004] 또한, 본 발명은, 복수의 센서들이 측정한 측정 정보를 무선으로 송수신하는 방사선 측정 센서 및 방사선 모니터링 시스템을 제공하기 위한 것이다.
과제의 해결 수단
[0005] 본 발명의 일 실시 예는 방사선 모니터링 시스템에 관한 것이다. 상기 방사선 모니터링 시스템은, 모스펫(MOSPET)을 구비하고, 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정하며, 소정의 구역에 서로인접하도록 위치하는 복수의 방사선 측정 센서들 및 상기 방사선 측정 센서들로부터 각각, 상기 변위 값 및 상기 변위 값을 측정한 센서의 위치를 식별하기 위한 식별 번호를 무선 통신부를 이용하여 수신하는 방사선 모니터링 장치를 포함하고, 상기 방사선 모니터링 장치는, 상기 구역에 해당하는 지도를 출력하는 디스플레이부, 상기 변위 값을 상기 변위 값에 대응하는 방사선 준위 값으로 변환하는 방사선 준위 값 변환부 및 상기 방사선 준위 값 및 상기 식별 번호를 이용하여 상기 구역에 대한 방사선 분포도를 생성하고, 상기 방사선 분포도를 상기지도에 매핑하여 상기 디스플레이부에 출력하는 제어부를 구비한다.
[0006] 본 발명과 관련된 일 실시 예로서, 상기 복수의 방사선 측정 센서들은, 소정의 거리 이내에 위치하는 이동 로봇을 탐색하고, 상기 이동 로봇을 탐색 한 경우, 상기 이동 로봇으로 상기 변위 값 및 상기 식별 번호를 송신하는근거리 통신부를 구비하고, 상기 이동 로봇은, 주행을 할 수 있도록 형성되고, 상기 구역을 주행하면서 상기 복수의 방사선 측정 센서들 중 적어도 하나로부터 상기 변위 값 및 상기 식별 번호를 수신하고, 수신한 정보를 상기 방사선 모니터링 장치로 전송하고, 상기 방사선 모니터링 장치는, 상기 복수의 방사선 측정 센서들 대신에상기 이동 로봇으로부터 상기 변위 값 및 상기 식별번호를 수신할 수 있다. 또한, 상기 이동 로봇은, 방사선 모니터링 장치에 의하여 주행이 원격 제어될 수 있다.
[0007] 본 발명과 관련된 다른 일 실시 예로서, 상기 복수의 방사선 측정 센서들은, 상기 모스펫(MOSPET)에 정전류를인가하는 정전류 발생부 및 상기 정전류에 의하여 모스펫(MOSPET)에 발생하는 게이트 전압(Vg)을 측정하고, 상기 게이트 전압(Vg)을 이용하여 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정하는 전압 측정부를 포함할 수 있다.
[0008] 본 발명과 관련된 또 다른 일 실시 예로서, 상기 복수의 방사선 측정 센서들은, 상기 변위 값을 디지털 신호로변환하는 A/D 변환부 및 상기 디지털 신호로 변환된 변위 값을 RF 신호의 형태로 외부로 무선 출력하는 무선 통신부를 더 포함할 수 있다.
[0009] 본 발명과 관련된 또 다른 일 실시 예로서, 상기 복수의 방사선 측정 센서들의 무선 통신부는, 소정의 거리 이내에 위치하는 외부 장치를 탐색하고, 상기 외부 장치를 탐색 한 경우, 상기 외부 장치로 상기 변위 값 및 상기식별 번호를 송신하는 근거리 통신부일 수 있다. 또한, 상기 근거리 통신부는, 블루투스 모듈일 수 있다.
[0010] 본 발명과 관련된 또 다른 일 실시 예로서, 상기 방사선 측정 센서들은, 인공 위성을 이용하여 센서의 위치 정보를 생성하는 위성 항법 장치부를 더 포함하고, 상기 식별 번호는, 상기 위성 항법 장치부를 이용하여 생성한치 정보일 수 있다.
[0011] 또한, 본 발명의 일 실시 예는 방사선 모니터링 시스템에 관한 것이다. 상기 방사선 모니터링 시스템은, 모스펫(MOSPET), 상기 모스펫(MOSPET)에 정전류를 인가하는 정전류 발생부, 상기 정전류에 의하여 모스펫(MOSPET)에발생하는 게이트 전압(Vg)을 측정하고, 상기 게이트 전압(Vg)을 이용하여 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정하는 전압 측정부, 상기 변위 값을 상기 변위 값에 대응하는 방사선 준위 값으로 변환하는 방사선 준위 값 변환부; 상기 방사선 준위 값이 측정된 위치의 위치 정보를 생성하는 위성 항법 장치부 및상기 방사선 준위 값 및 상기 위치 정보를 외부로 전송하는 무선 통신부를 포함하며, 소정의 구역에 인접하도록위치하는 복수의 방사선 측정 센서들 및 상기 복수의 방사선 측정 센서들로부터 수신한 상기 방사선 준위 값 및상기 위치 정보를 이용하여 상기 구역에 대한 방사선 분포도를 생성하고, 상기 방사선 분포도를 출력하는 방사선 모니터링 장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 방사선 측정 센서에 관한 것이다. 상기 방사선 측정 [0012] 센서는, 모스펫(MOSPET), 상기 모스펫(MOSPET)에 정전류를 인가하는 정전류 발생부, 상기 정전류에 의하여 모스펫(MOSPET)에 발생하는 게이트 전압(Vg)을 측정하고, 상기 게이트 전압(Vg)을 이용하여 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위값을 측정하는 전압 측정부, 상기 변위 값을 상기 변위 값에 대응하는 방사선 준위 값으로 변환하는 방사선 준 값 변환부, 상기 방사선 준위 값이 측정된 위치의 위치 정보를 생성하는 위성 항법 장치부, 상기 방사선 준위 값 및 상기 위치 정보에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부 및 상기 디지털 신호로 변환된 변위 값을 RF 신호의 형태로 외부로 무선 출력하는 무선 통신부를 포함한다.
발명의 효과
[0013] 본 발명에 의하면, 소정의 구역에 위치한 복수의 방사선 측정 센서들로부터 측정 정보를 무선으로 수신하고, 측정 정보를 지도와 함께 방사선 분포도로 디스플레이부에 출력하기 때문에, 원격에서도 방사선 준위 분포를 측정하고 확인할 수 있다.
[0014] 또한, 본 발명에 의하면, 방사선에 피폭된 방사선 측정 센서를 수거하지 않고, 무선으로 측정 정보를 송수신하기 때문에, 피폭된 센서에 의한 2차 방사선 노출 위험을 방지할 수 있다.
[0015] 또한, 본 발명에 의하면, 모스펫(MOSFET)의 문턱 전압(VT)을 이용하기 때문에, 방사선을 실시간으로 측정할 수있고, 열화 현상의 영향이 없으므로 정확한 방사선 준위를 측정할 수 있다.
[0016] 또한, 본 발명에 의하면, 블루투스 등의 근거리 통신부를 이용하여 값싼 방사선 측정 센서를 생산할 수 있고,이동 로봇을 원격에서 제어하여 센서들의 측정 정보를 수집할 수 있기 때문에, 방사능 오염 구역을 원격에서 실시간으로 안전하게 모니터링할 수 있다.
도면의 간단한 설명
[0017] 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 시스템을 나타내는 예시도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 장치를 나타내는 블록도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 측정 센서를 나타내는 블록도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모스펫(MOSFET) 내부의 이혼화 방사선 영향을 설명하기 위한 개념도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선량에 비례하여 변화하는 모스펫(MOSFET)의 문턱 전압(VT)을 설명하기 위한 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모스펫(MOSFET)의 정전류 측정 회로도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 문턱 전압(VT)과 방사선 준위의 관계를 설명하기 위한 표
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 문턱 전압(VT)과 방사선 준위의 관계를 설명하기 위한 그래프
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 측정 센서의 하드웨어를 설명하기 위한 구성도
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 시스템을 설명하기 위한 블록도
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇을 나타내는 블록도
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링을 설명하기 위한 도면
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
[0018] 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 시스템을 나타내는 예시도이다.
[0019] 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 시스템은 방사선 준위를 측정하고자 하는 구역(400), 복수의 방사선 측정 센서들(100) 및 방사선 모니터링 장치(200)를 포함할 수 있다.
방사선 모니터링 시스템에서, 방사선 측정 센서들(100)은 방사선 준위를 측정하고자 [0020] 하는 소정의 구역(400)에상호 인접하여 위치할 수 있다. 이때, 방사선 측정 센서들(100)은 방사선 준위를 측정할 필요가 있는 임의의 위치에 사용자에 의하여 설치될 수 있다.
[0021] 방사선 측정 센서들(100)은 각각 모스펫(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSPET)을 구비하고, 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정할 수 있다. 측정한 변위 값은 무선 통신부에 의하여 RF 신호로 변환되고, 방사선 모니터링 장치(200)로 전송될 수 있다.
[0022] 방사선 모니터링 장치(200)는 방사선 측정 센서들(100)로부터 적어도 하나의 변위 값들을 수신할 수 있다.
이때, 방사선 측정 센서에 대응하는 식별 정보가 변위 값과 함께 수신될 수 있다. 식별 번호는 센서를 식별하기위한 정보로써, 방사선 모니터링 장치(200)는 식별 번호를 이용하여 센서의 위치를 탐색할 수 있다. 예를 들어,식별 번호에 대응하는 위치 정보를 저장하는 데이터베이스를 메모리에 저장하고, 식별 번호를 이용하여 위치 정보를 탐색할 수 있다. 다른 예를 들어, 식별 번호 자체가 위성 항법 장치를 이용한 위치 정보일 수도 있다.
[0023] 방사선 모니터링 장치(200)는 수신한 변위 값들을 방사선 준위 값으로 변환할 수 있다. 변환한 방사선 준위 값및 센서의 식별 번호를 이용하여 측정하고자 하는 구역(400)의 방사선 분포도를 디스플레이할 수 있다. 이때,방사선 분포도는 측정하고자 하는 구역(400)의 지도에 매핑(mapping)되어 출력될 수 있다.
[0024] 위와 같이, 본 발명에 의하면, 소정의 구역(400)에 위치한 복수의 방사선 측정 센서들로부터 측정 정보를 무선으로 수신하고, 측정 정보를 지도와 함께 방사선 분포도로 디스플레이부에 출력하기 때문에, 원격에서도 방사선준위 분포를 측정하고 확인할 수 있다.
[0025] 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 장치를 나타내는 블록도이다.
[0026] 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 방사선 모니터링 장치(200)는, 디스플레이부(210), 무선 통신부(230), 방사선 준위 값 변환부(220) 및 제어부(240)를 포함할 수 있다.
[0027] 디스플레이부(210)는 방사선 모니터링 장치(200)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 방사선 모니터링 장치(200)가 방사선 준위를 측정하고자 하는 지도를 출력하는 경우에는, 디스플레이부(210)는 지도와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다.
[0028] 디스플레이부(210)는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(ThinFilm Transistor-Liquid Crystal Display, TFT- LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode,OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-inkdisplay) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[0029] 디스플레이부(210)에 포함되는 적어도 하나의 디스플레이(또는 디스플레이 소자)는 그것을 통해 외부를 볼 수있도록 투명형 또는 광 투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭할 수 있는데, 이러한 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다.
[0030] 디스플레이부(210)는 방사선 모니터링 장치(200)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 예를 들어, 방사선 모니터링 장치(200)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 위치할 수 있고, 또한서로 다른 면에 각각 위치할 수도 있다.
[0031] 무선 통신부(230)는 방사선 모니터링 장치(200)와 방사선 모니터링 시스템 사이, 또는 방사선 측정 센서(100)와방사선 모니터링 장치(200)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할수 있다. 예를 들어, 무선 통신부(230)는 무선 인터넷 모듈(231) 및 근거리 통신 모듈(232)을 포함할 수 있다.
[0032] 무선 인터넷 모듈(231)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈로서, 방사선 모니터링 장치(200)에 내장되거나 외장될수 있다. 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(WorldInteroperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
[0033] 근거리 통신 모듈(232)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신(short range communication) 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association;IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
[0034] 무선 통신부(230)는 복수의 방사선 측정 센서들(100)이 송신하는 정보를 수신할 수 있다. 상기 정보에는 센서가측정한 문턱 전압(VT)의 변위 값 및 센서의 식별 번호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 방사선 모니터링 시스템은, 방사선 모니터링 장치(200)를 중심으로 스타 형태(STAR topology)의 네트워크로 형성되고, 네트워크 결합형태에 있어서, 복수의 방사선 측정 센서들(100)은 슬레이브 단말기(slave terminal) 기능을 수행하고, 방사선모니터링 장치(200)는 마스터 단말기(master terminal) 기능을 수행할 수 있다.
방사선 준위 값 변환부(220)는, 무선 통신부(230)에 의해 수신된 문턱 전압([0035] VT)의 변위 값을 방사선 준위 값으로 변환할 수 있다. 문턱 전압(VT)의 변위 값과 방사선 준위 값은 선형 비례 관계이므로, 일차 식에 변위 값을대입하는 것으로 방사선 준위 값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 방사선 측정 센서(100)의 모스펫(MOSFET)이"IRF9533"인 경우, 수학식 1을 이용하여 방사선 준위 값을 산출할 수 있다. 방사선 준위 값으로 변환하는 식은모스펫(MOSFET)의 종류에 따라 달라질 수 있다.
수학식 1
[0036]
[0037] 도 2를 참조하면, 방사선 준위 값 변환부(220)가 방사선 모니터링 장치(200)에 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시 예에 해당할 수 있다.
[0038] 본 발명의 다른 일 실시 예에 의하면, 방사선 준위 값 변환부(220)는 방사선 모니터링 장치(200)가 아닌 방사선측정 센서(100)에 구비될 수 있다. 이러한 경우, 방사선 모니터링 장치(200)는 방사선 측정 센서(100)로부터 문턱 전압(VT)의 변위 값이 아닌 방사선 준위 값을 수신할 수 있다.
[0039] 제어부(240)는 방사선 모니터링 장치(200)가 포함하는 소자들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 방사선 준위 값 및센서의 식별 번호를 이용하여 측정하고자 하는 구역(400)의 방사선 분포도를 생성할 수 있다. 이때, 생성한 방사선 분포도를 측정하고자 하는 구역(400)에 대응하는 지도에 매핑(mapping)하여 디스플레이부(210)에 출력할수 있다.
[0040] 식별 번호는 복수의 방사선 측정 센서들(100)을 구별하기 위한 정보로써, 제어부(240)는 식별 번호를 이용하여센서의 특성, 종류 및 위치 정보 등을 센서 정보로 획득할 수 있다. 예를 들어, 식별 번호에 센서 정보가 포함되어 있을 수 있다. 다른 예를 들어, 방사선 모니터링 장치(200)는 메모리를 더 구비하고, 센서들의 식별 번호및 센서 정보를 데이터베이스화하여 메모리에 저장할 수 있다. 이때, 제어부(240)는 식별 번호를 이용하여 메모리를 검색하고, 센서 정보를 획득할 수 있다.
[0041] 또한, 제어부(240)는 방사선 준위 값을 이용하여 그래픽 객체를 생성할 수 있다. 예를 들어, 방사선 준위에 따라 달라지는 색을 메모리에 저장하고, 수신된 방사선 준위 값에 대응되는 색을 이용하여 그래픽 객체를 생성할수 있다. 제어부(240)는 그래픽 객체를 지도에 매핑하여 방사선 준위 분포도를 디스플레이부(210)에 출력할 수있다.
[0042] 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 측정 센서를 나타내는 블록도이다.
[0043] 도 3을 참조하면, 방사선 측정 센서(100)는 모스펫(MOSFET, 122), 정전류 발생부(124), 전압 측정부(126), 위성항법 장치부(140), 무선 통신부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
[0044] 모스펫(MOSFET, 122)은 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터로써, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 측정 센서(100)는 피모스펫(p-MOSFET)을 이용할 수 있다.
[0045] 정전류 발생부(124)는 모스펫(MOSFET, 122)에 방사선량 측정을 위한 정전류를 공급하는 부분으로, 다양한 방법으로 구현할 수 있으나 10 ~ 200㎂ 범위를 가지는 정전류 칩을 사용하여 정전류값을 출력할 수 있다.
[0046] 전압 측정부(126)는 방사선량에 비례하여 변화하게 되는 문턱 전압(VT)을 측정할 수 있다. 측정하는 방법은, 이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 후술한다.
[0047] 모스펫(MOSFET, 122), 정전류 발생부(124) 및 전압 측정부(126)는 방사선 센서 모듈(radiation sensor module,120)과 같은 하나의 장치로 형성될 수도 있다.
[0048] 위성 항법 장치부(140)는 방사선 측정 센서(100)의 위치를 획득하기 위한 장치로서, 그것의 대표적인 예로GPS(Global Position System) 장치가 있다. 위성 항법 장치부(140)는 방사선 측정 센서(100)의 위치 정보를 생성할 수 있다.
무선 통신부(150)는 방사선 측정 센서(100)와 방사선 모니터링 시스템 사이, 또는 [0049] 방사선 모니터링 장치(200)와방사선 측정 센서(100)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다 또한, 후술할 이동 로봇(300)과의 무선 통신을 수행할 수 있다. 방사선 모니터링 장치(200)의 무선 통신부(230)와 같이 무선 인터넷 모듈(151) 및 근거리 통신 모듈(152)을 포함할 수 있다.
[0050] 이러한 무선 통신부(150)는 문턱 전압(VT)의 변위 값 및 센서의 식별 번호를 RF 신호로 변환하여 무선으로 외부에 송출할 수 있다. RF 신호는 전력 증폭기를 통하여 안테나로 출력될 수 있는 형태로 변환될 수 있다.
[0051] 제어부(160)는 방사선 측정 센서(100)의 전반적인 제어를 담당할 수 있다. 예를 들어, A/D 전환부를 더 구비하고, 방사선 센서 모듈(120)로부터 수신되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 또한, 방사선 측정센서(100)가 방사선 준위 값 변환부를 구비하는 경우, 디지털 신호로 변환된 문턱 전압(VT)의 변위 값을 방사선준위 값으로 변환할 수도 있다.
[0052] 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모스펫(MOSFET) 내부의 이혼화 방사선 영향을 설명하기 위한 개념도이다.
[0053] 도 4를 참조하면, 피모스펫(p-MOSFET)이 이온화 방사선에 피폭될 경우 산화물층 원자 간의 공유 결합이 끊어져피폭 방사선량에 비례하는 이동이 가능한 전자와 정공이 생성될 수 있다. 이 전자와 정공은 생성 직후 재결합하기도 하지만 상당수는 산화층에 형성된 전계 방향에 따라 이동하게 된다.
[0054] 이때, 피모스펫(p-MOSFET)의 게이트에 양의 전압을 인가하면 정공에 비해 이동성이 아주 큰 전자는 빠른 속도로게이트 전극으로 이동하여 산화층을 벗어나게 되며, 반면 이동도가 작은 정공은 서서히 기판을 향하여 이동할수 있다. 기판 방향으로 이동하는 정공은 산화믈층 내에 존재하는 SiO2의 불완전한 결합 형태에 갇혀 정공트랩으로 형성되기도 하고, Si/SiO2 결합층 계면에서도 트랩 상태로 축적된다.
[0055] 이러한 정공트랩(Hole Trap)과 계면트랩(Interface Trap)이 피모스펫(p-MOSFET) 경우 양(+)방향의 전계로 작용하므로 이 디바이스를 작동(Turn on) 시키기 위해서는 새로 형성된 전계값 만큼 추가적인 전계를 가해주어야 한다.
[0056] 이는 피폭 방사선에 비례하여 축적되는 전하의 전계 만큼 더 많은 전압을 게이트에 인가해야만 소자를 작동시킬수가 있다는 것을 의미하는데 이를 방사선 피폭량에 비례하는 문턱 전압(VT)의 변위 현상이라 할 수 있다.
[0057] 이로 인해 모스펫(MOSFET)의 문턱 전압(VT)이 방사선량에 비례하여 변화하게 되며, 이 문턱 전압(VT)은 모스펫MOSFET)을 방사선 센서로서 활용하기 위한 주요변수가 될 수 있다.
[0058] 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선량에 비례하여 변화하는 모스펫(MOSFET)의 문턱 전압(VT)을 설명하기 위한 그래프이다.
[0059] 도 5를 참조하면, 방사선 피폭량에 따른 문턱 전압(VT)의 변위 현상, 즉 전류-전압 특성을 도시한 것으로서 방사선 조사에 따른 모스펫(MOSFET)의 전류-전압 출력특성 변화를 도시한 것이다. x축은 모스펫(MOSFET)의 문턱전압(VT)이고, y축은 모스펫(MOSFET)의 드레인 전류를 나타낸다. 드레인 전류 값을 고정하면, 방사선에 피폭량에 따라 문턱 전압(VT)이 변화하는 것을 확인할 수 있다.
[0060] 즉, 방사선에 노출되지 않은 모스펫(MOSFET)의 출력특성은 제일 왼쪽 곡선이며 방사선에 노출되어 피폭 방사선이 증가할수록 출력특성 곡선은 점차 오른쪽으로 이동하게 된다.
[0061] 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모스펫(MOSFET)의 정전류 측정 회로도이다.
[0062] 도 6을 참조하면, 문턱 전압(VT) 값을 추출하기 위한 방법으로써, 정전류법이 사용될 수 있다. 정전류법은 임의의 값으로 소정의 전류를 일정하게 흐르게 하는 방법을 의미할 수 있다.
[0063] 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 소형의 전자회로로 구현이 유리한 정전류로써 실험을 통해 결정된 낮은 고정전류 값을 드레인 전류 값(Id)으로 정할 수 있다. 드레인 전류 값(Id)은 방사선 측정 센서(100)의 정전류 발생부(124)에 의해 모스펫(MOSFET, 122)에 인가될 수 있다.
[0064] 방사선 측정 센서(100)의 전압 측정부(126)는 정전류 발생부(124)에 의해 발생한 드레인 전류 값(Id)을 이용하여 게이트 전압(Vg)을 추출할 수 있다. 전자의 이동도(n), 모스펫(MOSFET, 122) 채널의 두께(W), 길이(L), 산화층의 두께(Cox) 그리고 드레인 바이어스 전압(Vd)는 알고 있는 상수 값이거나 측정 가능한 값이므로, 수학식 2를이용하여 문턱 전압(VT) 값을 측정할 수 있다. 또한, 수학식 3을 이용하여, 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정할수도 있다.
수학식 2
[0065]
수학식 3
[0066]
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 문턱 전압(VT)과 방사선 준위의 [0067] 관계를 설명하기 위한 표이다.
[0068] 도 7을 참조하면, 방사선 총 피폭량이 문턱 전압(VT)의 변화에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것을 보여주는데,총 피폭량에 따른 문턱 전압(VT)의 변화가 거의 선형적으로 비례하므로 이상적인 선량계로서의 충분한 가능성을사한다. 즉, 문턱 전압(VT)의 변위 값을 이용하여 방사선 준위를 측정할 수 있다.
[0069] 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 문턱 전압(VT)과 방사선 준위의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
[0070] 도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 "J182" 모스펫(MOSFET)을 이용한 문턱 전압(VT)의 변위 값에 대한 방사선 피폭량의 변화 특성이 그래프로 도시되어 있다. 이러한 그래프를 이용하여 모스펫(MOSFET)의 종류에 따른 변환 식을 완성할 수 있다. 변환 식을 이용하면 문턱 전압(VT)의 변위 값을 이용하여 방사선 준위 값을 측정할 수 있다.
[0071] 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 측정 센서의 하드웨어를 설명하기 위한 구성도이다.
[0072] 방사선 센서 모듈(120)이 측정한 문턱 전압(VT)의 변위 값이 제어부(MCU, 160)에 전달되고, 디지털 신호로 변환된 변위 값 또는 방사선 준위 값이 무선 통신부(150)에 의하여 안테나로 출력될 수 있다. A/D 전환부(ADC)와 블루투스 드라이버는 제어부(MCU, 160)에 의해 처리될 수 있다. 이때, 무선 통신부(150)는 방사선 센서 모듈들 사이에 간섭이 없으며, 통신 속도가 비교적 빠른 블루투스(bluetooth) 방식이 채용될 수 있다.
[0073] 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
[0074] 도 10을 참조하면, 블루투스 프로토콜로 변환된 방사능 측정 정보(문턱 전압의 변위 값 또는 방사선 준위 값)는블루투스 칩을 통하여 방사능 측정 센서(100)로부터 방사능 모니터링 장치(200)로 전송될 수 있다.
[0075] 방사능 모니터링 장치(200)는 다수의 방사는 측정 센서들에서 블루투스 프로토콜로 변환하여 전송한 방사선 준위 측정치를 블루투스 프로토콜로부터 복원하고 모니터링 모듈(monitoring module)의 그래픽 출력 장치에 매핑(mapping)하여 시각화할 수 있다.
[0076] 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 로봇을 나타내는 블록도이다.
[0077] 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사능 모니터링 시스템은 이동 로봇(300)을 더 포함할 수 있다. 이동 로봇(300)은 주행부(330), 근거리 통신부(310), 무선 통신부(320) 및 제어부(340)를 구비할 수 있다.
[0078] 이동 로봇(300)은 무인으로 주행가능하도록 형성되며, 예를 들어 자율적으로 이동가능한 자율이동차량(autonomous vehicle)이 될 수 있다. 다른 예를 들어, 원격 제어에 의하여 이동하는 이동차량이 될 수도 있다.
주행부(330)는 동력 기관을 포함하며, 이동 로봇(300)의 주행과 관련된 기능을 수행할 수 있다.
이동 로봇(300)은 방사능 오염 구역(400)으로 이동하고, 방사능 준위를 측정하고자 [0079] 하는 구역(400)에 위치한 적어도 하나의 방사능 측정 센서(100)를 탐색할 수 있다. 또한, 탐색한 방사능 측정 센서(100)와 근거리 통신이가능한 위치로 이동할 수 있다. 이때, 이동 로봇(300)은 근거리 통신부(310)를 이용하여 상기 방사능 측정 센서(100)로부터 측정 정보를 수신할 수 있다. 측정 정보는 센서의 식별 번호, 문턱 전압(VT)의 변위 값 및 방사선준위 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[0080] 근거리 통신부(310)에 의해 수신된 정보는 무선 통신부(320)를 이용하여 방사선 모니터링 장치(200)로 송신될수 있다. 이러한 경우, 방사선 모니터링 장치(200)는 방사선 측정 센서(100) 대신에 이동 로봇(300)으로부터 수신한 정보를 이용하여 방사선 분포도를 생성할 수 있다.
[0081] 제어부(340) 이동 로봇(300)의 주행 및 데이터 송수신과 관련된 제어를 수행할 수 있다 또한, 이동 로봇(300)은방사선 모니터링 장치(200)에 의하여 제어될 수 있다.
[0082] 이동 로봇(300)을 포함한 본 발명의 방사선 모니터링 시스템에 의하면, 방사선 측정 센서(100)는 블루투스와 같은 근거리 통신부를 구비하고, 이동 로봇(300)이 이동을 하며 다수의 방사선 측정 센서들의 정보를 수집하고,이를 방사선 모니터링 장치(200)에 전송하기 때문에, 값싼 방사선 측정 센서를 대량생산 할 수 있다. 또한, 방사능 오염 구역(400)을 이동 로봇(300)으로 탐색하기 때문에, 방사선 피해를 사전에 예방할 수 있으며, 측정 정보를 실시간으로 업데이트 할 수 있다.
[0083] 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
[0084] 이동 로봇(300)은 방사선 측정 센서(102, 103)와 근거리 통신이 가능한 위치로 이동할 수 있다. 방사선 측정 센서(102, 103)는 소정의 거리 이내에 위치하는 이동 로봇(300)을 탐색할 수 있다. 이동 로봇(300)이 탐색 된 경우, 문턱 전압(VT)의 변위 값, 센서의 식별 번호, 위치 정보 및 방사선 준위 값 중 적어도 하나를 포함하는 측정 정보를 이동 로봇(300)으로 송신할 수 있다.
[0085] 이동 로봇(300)은 수신한 측정 정보를 방사선 모니터링 장치(200)로 송신할 수 있다. 방사선 모니터링 장치(200)는 수신한 정보를 이용하여 이동 로봇(300)이 탐색한 구역(400)의 방사선 분포도를 디스플레이할 수 있다.
[0086] 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선 모니터링을 설명하기 위한 도면이다.
[0087] 도 13을 참조하면, 방사선 분포도가 출력되는 디스플레이 화면이 도시되어 있다. 총 6개의 방사선 측정 센서들이 출력되고 있으며, 각 센서들의 위치에 해당하는 방사선 준위 값이 그래픽 객체로 출력되고 있는 것을 확인할수 있다. 이때, 여섯 개의 원은 센서의 위치와 그 위치에서 측정한 방사능 준위의 크기를 나타내도록 구현된 것으로 원의 크기가 클수록 방사능 준위가 높음을 의미한다.
[0088] 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 응용 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의실시 예 및 응용 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.