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산업용 내시경이란?

산업용 내시경은 좁은 공간이나 구불구불한 관 등 육안으로 확인할 수 없는 부분의 모습을 관찰할 수 있는 장비입니다.

길쭉한 프로브 끝에 카메라가 달려 있어 확인하고자 하는 부위에 카메라를 배치하여 접안렌즈를 통해 내부를 관찰하거나, 본체 모니터나 PC 등에 영상을 띄워 실시간으로 내부를 관찰할 수 있습니다.

해상도와 초점 깊이, 프로브와 본체의 길이, 프로브의 유연성, 광원의 수, 작동 가능 온도 범위 등 관찰 대상과 용도, 사용 환경에 따라 적절한 것을 선택해야 합니다. 또한 영상을 녹화할 수 있는 기능도 있어 추후 확인 및 데이터 관리에도 도움이 됩니다.

또한 최근 산업용 내시경은 고성능 카메라와 LED 조명을 탑재하여 보다 선명한 영상을 제공할 수 있습니다.

산업용 내시경의 사용 용도

자동차, 항공기, 발전소, 가스 및 수도 인프라 등의 산업 분야에서 널리 활용되고 있습니다.

1. 자동차, 항공기, 철도, 선박 분야

엔진, 유압부품, 분사노즐, 터빈 등의 내부 검사

2. 전력 분야

원자력, 화력발전소 응축기, 배관, 터빈 등의 유지보수 점검

3. 토목-건축 분야

교량 유지보수, 철골 진단, 바닥 및 천장 하부 등 관찰

4. 인프라 분야

수도, 가스 설비 배관의 녹, 부식, 막힘 등 점검

산업용 내시경의 원리

내시경은 조명기구, 카메라 및 영상처리 기능의 3점 구성입니다. 내시경의 끝에는 거울과 광학 렌즈가 배치되어 있으며, 이를 통해 이미지가 카메라로 전송됩니다. 빛을 전송하기 위해 단단한 튜브 또는 유연한 외피로 보호된 광섬유를 사용합니다.

내시경은 내부 부품 및 구조물의 상태를 평가하기 위해 비파괴 검사에 사용되며, 검사 중에 실시간으로 이미지를 표시할 수 있습니다.

작동 난이도가 매우 높기 때문에 전문적으로 훈련된 기술자가 조작해야 합니다.

산업용 내시경의 종류

산업용 내시경은 본체와 프로브로 구성되며, 모니터가 있는 것, PC와 연결되는 것, 접안렌즈를 들여다보는 것 등이 있습니다.

산업용 내시경에는 비디오스코프, 파이버스코프, 경성경 등의 종류가 있습니다.

1. 비디오스코프

프로브 끝에 소형 전용 카메라가 장착되어 있어 실시간으로 전용 디스플레이나 스마트폰 등으로 영상을 볼 수 있는 것이 특징입니다. 동시에 정지화면을 촬영할 수 있고, 대상물의 길이를 측정할 수 있는 제품도 있습니다.

또한, 방수 성능이 있을 뿐만 아니라 수중 기기나 배관 등의 내부를 살펴볼 수도 있습니다.

2. 파이버스코프

주로 비파괴 검사 및 수리에 사용됩니다. 수천에서 수만 개씩 묶은 유연성 있는 프로브를 사용하는 것이 특징입니다.

한 가닥 한 가닥의 유리섬유가 빛을 모아 반대편 접안렌즈로 상을 얻을 수 있습니다. 유리섬유 한 개 한 개가 카메라 역할을 하기 때문에, 얻어지는 이미지에는 유리섬유 벌집 구조의 그림자가 비춰집니다.

3. 경성경

대물렌즈로 얻은 이미지를 릴레이 렌즈로 전송합니다. 릴레이 렌즈의 프로브 부분은 금속 튜브이기 때문에 구부릴 수 없습니다. 구조가 간단하고 조작 방법도 간단한 것이 특징입니다.

경성경은 광원, 광섬유, 렌즈, 그리고 카메라로 구성되어 있으며, 수술이나 치료, 병변 부위 관찰 등 의료 분야에서 사용됩니다.

산업용 내시경의 특징

1. 다양한 기능

산업용 내시경에는 여러 가지 편리한 기능이 탑재되어 있습니다. 일부는 모니터 상에서 줌이 가능하거나 카메라 케이블 끝에 온도 센서와 알람 기능이 탑재된 제품도 있습니다.

그 외에도 핸즈프리 마이크를 통해 음성 및 동영상 저장이 가능하고, 초 고휘도 백색 LED가 탑재되어 피사체의 밝기를 임의로 설정할 수 있으며, LED를 이용한 플래시 기능을 갖춘 제품도 있어 용도에 맞게 기능을 선택할 수 있는 편리한 기기입니다.

또한, 많은 제품들이 PC나 TV 모니터로 데이터 출력이 가능해 여러 명이 함께 영상을 공유할 수 있습니다.

2. 높은 내열성

산업용 내시경은 배관 내부나 기계 내부 등의 관찰에 적합한 내열성을 갖춘 제품도 있습니다. 예를 들어, 자동차 엔진 오일의 온도는 때때로 100℃를 크게 초과할 수 있으며, 200℃까지 내열성을 가진 내시경을 사용하는 것이 바람직합니다.

액면계란?

액면계는 용기나 탱크 내부의 액면 높이를 측정하는 기기입니다.

경우에 따라서는 분말의 잔량을 측정할 수도 있습니다. 레벨계라고 부르기도 합니다.

측정 대상이나 사용 조건 등에 따라 플로트식, 튜브식, 초음파식 등 다양한 측정 방식이 개발되어 있습니다. 액면계는 정확도와 신뢰성이 중요합니다.

잘못된 수위 측정은 생산 공정에 영향을 미치기 때문에 정기적으로 수위계를 유지 관리하고 교정해야 합니다. 적절한 관리를 통해 장기간에 걸쳐 정확한 수위 측정을 할 수 있습니다.

액면계 사용 용도

액면계는 다양한 업종과 용도에 사용됩니다.

1. 석유 산업

석유 산업에서는 연료의 재고 관리와 배송 스케줄을 결정하기 위해 액면계를 사용합니다. 연료 누출을 감지하는 센서로도 활용됩니다.

2. 식품 산업

식품 산업에서는 우유, 치즈 등의 제조 과정에서 액면계가 사용됩니다. 제품의 품질 관리 및 용기 만수량 판단 등에 활용되어 생산 라인 전체의 효율성 향상에 기여합니다.

3. 화학 산업

액면계를 통해 액체 화학물질 용기의 액면을 측정할 수 있습니다. 공정 제어 및 품질 관리에 활용됩니다.

액면계의 원리

액면계는 부력, 압력, 전기적 위상차 등을 활용하여 액면을 측정합니다. 이러한 원리를 조합하거나 응용하여 더욱 정밀한 액면계가 개발되고 있습니다.

1. 부력식

부력식은 액체에 떠 있는 부체를 이용하여 액면을 측정합니다.

2. 위상차식

위상차식은 고주파 전기 신호를 액체에 보내 액면과 기체의 경계면에서 반사된 신호의 위상차를 측정하여 액면을 측정합니다.

3. 압력식

압력식은 액체의 무게에 의해 발생하는 압력을 측정하여 수위를 측정합니다.

액면계의 종류

액면계는 측정 방법의 차이에 따라 다양한 종류가 존재합니다. 아래는 액면계의 종류에 대한 예시입니다.

1. 플로트식 액면계

플로트라는 부유물로 수위를 측정하는 액면계입니다. 자석 등을 내장한 플로트가 액면을 떠서 신호를 출력합니다. 측정 원리는 수세식 화장실 등에 사용되는 볼탭과 유사하며, 제어에 사용할 수 있도록 전기 접점 출력을 갖는 경우가 많습니다.

플로트식 액면계는 크게 권선식과 비권선식으로 나뉩니다. 권선식에는 스프링 밸런스식, 카운터웨이트식, 비권선식에는 암 플로트식, 볼 플로트식 등이 있습니다.

2. 튜브식 액면계

액면 높이와 연동되는 튜브를 용기 외부에 장착하여 액면을 측정하는 액면계입니다. 튜브를 유리로 만들면 외부에서 육안으로 수위를 확인할 수 있습니다. 탱크나 용기를 설계할 때 액면계 설치를 고려해야 합니다.

보일러나 수조의 수위 측정용 등 다양한 용도로 사용되는 액면계입니다.

3. 초음파식 액면계

액면을 향해 초음파를 발신하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 액면을 측정하는 방식입니다. 액면계와 측정 대상 액체가 접촉하지 않고 측정할 수 있다는 점과 설치가 용이하다는 점이 특징입니다.

초음파식에서는 신호를 액위로 변환해야 하기 때문에 연산용 제어기판 등이 함께 제공되는 경우가 일반적입니다. 연속 측정이 가능하며, 아날로그 출력 신호가 있는 경우가 많습니다.

4. 차압식 액면계

측정 대상 탱크 등의 바닥과 상면의 압력차를 측정하여 액면으로 변환하는 액면계입니다. 액체 밀도를 알고 있는 것이 사용 조건이며, 탱크 바닥 등에 측정용 호출구가 필요하기 때문에 쉽게 후부착할 수 없습니다.

그러나 밀폐된 탱크에도 사용할 수 있기 때문에 보일러 등의 압력 탱크에 널리 사용됩니다.

5. 정전식 액면계

탱크 내에 전극을 삽입하여 전극의 정전 용량 변화를 감지하여 액위로 변환합니다. 고온, 고압 등 열악한 환경에서도 사용할 수 있는 것이 특징입니다.

액면계 선택 방법

액체의 종류와 성질에 맞는 액면계를 선택하는 것이 중요합니다. 액체가 부식성이 있거나 고온, 고압인 경우에는 내구성이 높고 정밀도가 높은 압력식 액면계가 적합합니다. 반면 액체가 휘발성일 경우 부력식 액면계나 위상차식 액면계가 적합합니다.

측정 정확도도 중요한 요소 중 하나입니다. 측정 대상 액체의 성질, 온도 등에 따라 필요한 측정 정확도가 달라집니다. 액면계를 선택할 때 적절한 측정 정밀도를 선택하는 것이 중요합니다.

설치 장소에 따라서도 액면계의 종류를 선택해야 합니다. 좁은 공간에 설치하는 경우 소형 액면계가 적합합니다. 또한 탱크의 복잡한 모양에 맞는 특수한 모양의 액면계도 있습니다.

또한, 액면계의 기능적 측면도 고려해야 합니다. 원격 조작 및 데이터 기록 기능이 있는 액면계를 선택하면 효율적인 조작 및 모니터링이 가능합니다.

포토 트랜지스터란?

포토트랜지스터는 빛을 감지하기 위한 반도체 소자입니다.

포토다이오드와 트랜지스터가 결합된 구조로 되어 있습니다. 또한, 패키지에 따라 다양한 형태의 제품이 있기 때문에 용도에 따라 적절한 선택이 필요합니다.

포토트랜지스터의 사용 용도

그림 1. 포토 트랜지스터의 사용 용도

포토트랜지스터는 수광 센서로 광범위하게 사용되고 있습니다. 특히 800nm 부근에 감도 피크가 있기 때문에 적외선의 수광을 목적으로 사용하는 것이 일반적입니다.

구체적인 포토 트랜지스터의 용도 예로는 ‘빛의 강도 측정’, ‘적외선 리모컨의 수신부’, ‘광전 센서 수신부’, ‘광통신’ 등을 들 수 있습니다. 특히 TV나 에어컨 리모컨 등에서 적외선 LED와 함께 사용되는 경우가 많습니다.

광통신 용도로는 인터넷 사업자가 제공하는 기가인터넷 광통신 서비스가 있습니다. 이 통신의 수광부에는 통신에 최적화된 고속 광트랜지스터가 사용됩니다.

또한, 포토트랜지스터는 자동문의 센서로 사용되기도 합니다. 또한, 빛을 감지하여 전류를 발생시키기 때문에 빛으로 구동하는 스위치로 사용되는 등 사용 용도가 매우 다양합니다.

포토트랜지스터의 구조

그림 2. 포토 트랜지스터의 구조

포토트랜지스터는 NPN 구조를 가진 반도체 소자입니다. 이 NPN 구조로 인해 포토트랜지스터는 포토다이오드에 비해 출력 신호를 크게 얻을 수 있다는 특징이 있습니다. (그림 2 왼쪽 그림 참조)

포토트랜지스터의 NPN 구조는 포토다이오드의 출력을 트랜지스터로 증폭합니다. 반도체의 에너지 갭에 해당하는 빛이 입사하면 원자가대 전자가 전도대로 여기됩니다.

이로 인해 N층으로의 이동이 일어나고, 홀은 P층으로 이동합니다. 이 N층에서 P층으로의 이동으로 접합부에서 순방향 바이어스가 발생하여 전류가 흐르는 구조입니다. (그림 2 오른쪽 그림 참조)

포토트랜지스터에 이용되는 트랜지스터는 베이스 전극이 없는 것이 특징입니다. 하지만 수광에 의해 발생하는 광전류가 베이스 전류가 되고, 이 베이스 전류를 컬렉터에서 증폭합니다.

포토 트랜지스터의 특징

베이스 전류의 증폭은 다른 트랜지스터와 마찬가지로 hFE(트랜지스터의 증폭율)배입니다. 그러나 포토트랜지스터의 특성으로 비슷한 hFE배라도 상대적으로 큰 hFE를 가진 것이 사용되는 경향이 있습니다.

이렇게 하면 미세한 포토다이오드 부분의 신호를 큰 컬렉터 전류로 뽑아낼 수 있지만, 컬렉터-베이스 접합부에서는 항상 전류가 누설되고, 이 누설 전류도 증폭된다는 점에 유의해야 합니다.

즉, 포토트랜지스터는 완전히 어두운 환경에서도 미약한 전류가 흐르고 있는 상태입니다. 이렇게 어두운 환경에서도 흐르고 있는 미약한 전류를 암전류라고 합니다. 광트랜지스터에서 발생하는 암전류는 광센서로서 내부 노이즈가 됩니다. 하지만 이 내부 노이즈를 억제하는 것은 가능합니다.

암전류는 온도가 높으면 증가하고, 반대로 온도가 낮으면 감소하는 특성이 있습니다. 따라서 이 특성을 이용하여 소자를 냉각시킴으로써 내부 노이즈를 억제할 수 있습니다.

포토트랜지스터의 기타 정보

1. 포토다이오드와 트랜지스터

그림 3. 포토다이오드와 트랜지스터

포토다이오드는 그림 3의 왼쪽 그림과 같이 빛이 닿으면 빛의 세기에 따라 IV 특성이 아래쪽으로 이동합니다(파란색 선이 녹색 선으로 바뀝니다). 이 IV 특성 변화가 빛의 강도를 측정하는 기준이 됩니다. 그러나 그 출력 전류는 uA 단위이기 때문에 그대로 출력하면 후단의 회로가 복잡해진다.

포토트랜지스터는 포토다이오드와 트랜지스터를 조합하여 포토다이오드에서 수광할 때 발생하는 광전류를 트랜지스터의 직류 전류 증폭률 hFE의 2배로 증폭할 수 있습니다. 따라서 포토트랜지스터가 포토다이오드보다 감도가 좋고, 포토트랜지스터의 출력 전류는 mA 단위가 되기 때문에 후단 회로의 단순화를 실현할 수 있습니다. (그림 3 오른쪽 그림 참조)

포토트랜지스터의 감도는 포토다이오드의 수백 배에 달하며, 더 높은 감도가 필요한 경우 달링턴 접속된 포토트랜지스터를 사용하면 수백 배 x 수백 배의 감도를 얻을 수 있습니다. 이를 통해 수 Lux의 밝기를 감지할 수 있습니다.

2. CDS와 포토 트랜지스터의 차이점

CDS는 CDS 셀 또는 광전도 셀이라고도 하며, CDS는 받는 조도에 반비례하여 저항값이 감소합니다. 즉, 조도가 어두울 때는 저항값이 높아지고, 조도가 밝을 때는 저항값이 낮아지는 특성입니다.

일반적인 CDS의 경우 조도가 어두울 때는 약 1MΩ, 밝을 때는 약 10kΩ으로 저항값이 변화하는데, CDS의 장점은 ‘분호감도 특성이 인간의 시각에 가깝다’, ‘구조가 간단하다’, ‘감도가 높다’, ‘가격이 저렴하다’는 점으로 CDS는 다양한 기기의 검출기로 사용되고 있습니다.

예를 들어, ‘조도계’, ‘카메라 노출계’, ‘자동점멸용 밝기 감지용’ 등이 있습니다. 하지만 CDS의 소자로 사용되는 주요 소재인 황화카드뮴은 환경에 악영향을 미치는 물질입니다. 이 때문에 CDS는 최근 들어 사용 빈도가 줄어들고 있습니다.

반면 광트랜지스터는 조도에 비례하는 출력 전류를 얻을 수 있습니다. 포토다이오드와 트랜지스터가 결합된 구조이기 때문에 감도가 높다는 것도 장점 중 하나입니다.

엑스레이 검사 장비란?

엑스레이 검사 장비는 대상물에 X선을 조사하고 투과된 X선을 측정, 분석하여 대상물을 파괴하지 않고 내부의 이물질이나 파손을 검출할 수 있는 장비입니다.

원소의 식별이나 유해물질의 함유량을 정확하게 측정할 수도 있습니다.

엑스레이 검사장비의 사용 용도

엑스레이 검사 장비는 의료 분야, 식품 및 전자부품 제조 가공뿐만 아니라 건설 산업, 항공 산업 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 다음과 같은 사용 용도가 대표적입니다.

• 의료 분야 : 엑스레이 촬영, CT 스캔 등
• 제조업 : 이물질 검출, 제품 검품 등
• 건설업 : 콘크리트 등의 비파괴 검사
• 항공업 : 공항에서의 수하물 검사 등

그림 1. 엑스레이 촬영의 조영 이미지

의료분야의 X선 검사장비에 의한 조영은 투과 X선의 강도가 큰 부분일수록 하얗게 나타나고, 반대로 조사된 X선이 감쇠된 부분은 검은색으로 나타납니다. 투과 X선의 강도는 대상 물질의 원자번호와 밀도, 두께 등의 요소에 의해 결정됩니다. 원자번호가 클수록, 밀도가 클수록, 두께가 두꺼울수록 조사된 X선이 차폐되어 투과 X선의 강도가 작아집니다.

예를 들어, 인체를 대상으로 한 엑스레이 촬영의 경우 아래와 같이 조영됩니다.

• 투과도가 높음 (검은색) : 공기(폐, 소화관 가스) 및 지방
• 투과도가 중간 정도 (회색) : 물 (흉수, 복수, 소변), 연부조직 (뇌, 복부 장기, 근육 등)
• 투과도가 낮은 (흰색) : 뼈, 석회화(담석, 신장결석 등), 금속(인공관절 등)

이를 이용하여 CT 촬영한 영상을 3차원 컬러 영상으로 만드는 기술도 개발되고 있습니다.

투과형 엑스레이 검사장치의 원리

그림 2. X선의 투과성

X선은 파장이 10-3 nm – 10 nm 정도의 전자기파이며, 방사선의 일종입니다. 방사선에는 α선, β선, γ선, X선, 중성자선 등의 종류가 있는데, X선은 α선 등의 입자선과 달리 파장이 짧은 전자기파이기 때문에 물질의 투과성이 높아 대부분의 물질을 투과할 수 있습니다.

X선을 물질에 조사하면 X선의 일부가 물질의 전자와 충돌하고 상호작용하여 흡수 및 산란 현상이 일어납니다. 조사된 X선 중 이런 현상이 일어나지 않은 X선이 물질을 투과한 투과 X선이 투과 X선입니다.

엑스레이 검사장치의 구조

그림 3. X선 검사장치의 구조

엑스레이 검사 장비는 엑스레이 조사 장치와 X선 감광부로 구성되어 있으며, 조사 대상을 사이에 두고 투과된 X선의 강도 분포를 필름으로 조영합니다. 기존의 X선 감광부는 감광 필름을 형광 증감지로 감광 필름을 끼워 카세트라고 불리는 케이스에 넣어 사용합니다. 현재는 대부분의 엑스레이 검사 장비가 디지털화되어 감광 필름 대신 이미징 플레이트(IP)나 평판 디텍터(FPD)가 사용되고 있습니다.

엑스레이 검사 장비의 종류

엑스레이검사 장비는 크게 다음과 같은 종류로 나뉘며 발전해 왔습니다.

1. 엑스레이 TV 장치

실시간으로 신체 내부의 상황을 동영상으로 촬영하여 TV 영상으로 관찰할 수 있는 장비입니다. 조영제를 장기나 혈관 내에 주입하여 조영되는 모습을 확인하면서 촬영할 수 있습니다. 또한, X-ray TV 장치로 투시 관찰을 하면서 내시경 등을 이용하여 관찰, 치료할 수 있습니다.

2. CT형 수하물 검사

공항에서의 수하물 검사는 상하 방향으로 X선을 조사하여 내부를 관찰하는 방식이 일반적이지만, 의료분야에서 활용되는 CT의 원리를 이용하여 수하물의 3차원 영상을 조영할 수 있는 장비가 개발되고 있습니다. 이를 통해 수하물을 열지 않고도 검사할 수 있어 공항의 수하물 검사장 혼잡을 완화할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 국내외 일부 공항에 도입되고 있습니다.

3. 엑스레이 검사 장비의 소형화

휴대용 X선 소스의 개발과 감광부의 디지털화로 인해 현대에는 다양한 휴대형 엑스레이 검사 장비가 개발되어 판매되고 있습니다. 주로 공장이나 건설 현장 등에서 비파괴 검사 장비로 활용되고 있습니다. 검사 대상을 파괴하지 않고 내부의 균열, 균열, 부식 등의 이상 유무를 확인할 수 있습니다. 공장이나 건설 현장의 준공 및 정기 검사에 많이 사용되며, 수중 검사, 자율주행 로봇에 장착하는 등 소형화로 X-Ray 검사기의 용도가 확대되고 있습니다.

엑스레이 검사기 기타 정보

엑스레이 검사 장비의 자격

엑스레이 검사장비를 사용하려면 ‘X선작업주임면허’ 취득자를 책임자로 선임하는 것이 필수입니다. 이 자격 소지자는 X선 관련 보전업무의 책임자로서 업무에 종사할 수 있으며, 방사선 장애 방지를 위한 출입금지구역 확인 및 장비 검사, X선 조사 조정 및 관리 등을 직무로 합니다.

자격취득을 위해서는 다음과 같은 과목의 시험을 치르고 총 60% (각 과목 40%) 이상의 점수로 합격해야 합니다.

1. 엑스레이 관리 지식
2. X선의 측정 지식
3. X선이 인체에 미치는 영향
4. 관련 법령

이 면허는 갱신 등은 없으며, 한번 합격하면 영구적으로 보유할 수 있는 자격입니다.

X선 분석기란?

X선 분석기는 대상물에 X선을 조사했을 때 나타나는 형광 X선 스펙트럼을 통해 원소 함량을 분석하는 장치를 말합니다.

X선 분석기는 물질의 정성분석과 정량분석에 이용되고 있으며, 시료를 파괴하지 않고 단시간에 조사할 수 있어 물질의 조성 분석 방법으로 활용되고 있습니다.

X선 분석기는 고체, 액체에서도 측정이 가능하며, 정성분석의 방법으로 비교적 고감도이기 때문에 신뢰성이 높은 검사 장비입니다.

X선 분석기의 사용 용도

X선 분석기는 고체, 액체를 막론하고 시료의 정성분석, 정량분석을 비파괴로 할 수 있습니다. 특히 합금 재료나 토양에 함유된 유해 금속의 유무와 그 함량을 조사하는 데 활용되고 있습니다.

예를 들어, 암석, 운석 등 성분을 알 수 없는 물질의 성분을 조사할 때 X선 분석이 효과적입니다. 최근에는 환경 및 안전 보전 차원에서 인쇄배선의 무할로겐화가 진행되고 있으며, 이를 보증하기 위해 X선 분석기로 분석이 이루어지고 있습니다. 그 외에도 유해화학물질의 정성 및 정량 분석에 이용되며, RoHS 지침에서 규정하는 물질의 검사에 활용됩니다. 또한, 쉽게 휴대할 수 있는 휴대용 장치도 판매되고 있어 그 용도가 확대되고 있습니다.

X선 분석기의 원리

그림 1. X선 분석기의 구조

그림 1. (a) 형광 X선 발생 (b) X선 분석기 구조

X선 분석기에서는 대상에 X선을 조사하여 방출되는 형광 X선의 파장(또는 에너지)과 강도를 측정합니다.

물질에 X선을 조사하면 그 원자는 에너지를 흡수하여 여기되어 형광 X선을 방출합니다. 형광 X선의 파장(또는 에너지)은 원소마다 고유하기 때문에 검출된 형광 X선 스펙트럼의 파장으로 물질의 종류를 파악하고, 그 강도로 정량화할 수 있습니다.

X선 분석기는 X선을 발생시키는 X선원, 시료를 보관하는 시료실, 발생된 형광 X선을 분광 및 검출하는 검출부로 구성되어 있습니다.

X선원에서는 고전압을 가하여 발생시킨 전자선을 텅스텐 등의 타겟에 조사하여 X선을 발생시킵니다. 생성된 X선을 시료의 상면 또는 하면에 조사합니다. 이때 시료실 내부는 대기, 질소, 진공 등 분위기를 선택할 수 있습니다.

또한 시료 관찰 모드가 부착된 X선 분석기에서는 시료를 관찰하면서 조사 위치를 선택할 수 있는 경우도 있습니다. 시료에서 방출되는 원소 유래의 형광 X선을 검출기로 검출하여 정성분석을 실시합니다. 정량 분석에서는 형광 X선의 강도를 측정하여 검량선이나 기본 파라미터법(FP법)을 이용하여 함량을 구합니다.

X선 분석장치의 분광-검출 방법에는 파장 분산형과 에너지 분산형이 있습니다.

1. 에너지 분산형 형광 X-선 분석기

그림 2. 에너지 분산형 X선 분석기 측정 이미지

그림 2. 에너지 분산형 X선 분석기 측정 이미지

에너지 분산형 형광 X선 분석기(약칭: ED-XRF 또는 EDX, EDS)는 형광 X선의 에너지에 대해 그 강도를 측정하는 방법입니다.

구체적으로는 검출기에 입사된 형광 X선을 검출기 내 반도체에서 펄스 전류로 변환하여 증폭한 후, 하나의 펄스 전류 값에서 파고를 측정합니다. 전류값에서 입사된 X선의 에너지는 전류값에 비례하기 때문에 형광 X선의 에너지에 대한 강도 그래프를 얻을 수 있습니다.

2. 파장분산형 형광 X선 분석기

그림 3. 파장분산형 X선 분석기 측정 이미지

그림 3. 파장분산형 X선 분석기 측정 이미지

파장 분산형 형광 X선 분석기(약칭: WD-XRF 또는 WDX, WDS)는 형광 X선의 파장에 대해 그 강도를 측정하는 방법입니다.

파장 분산형에서는 시료에서 발생한 형광 X선을 분광 결정으로 분광하여 검출기로 측정합니다. 분광 결정에 입사된 형광 X선은 Bragg의 회절 조건에 따라 특정 방향으로 강하게 산란됩니다.

브래그의 회절 조건이란 파장 λ의 빛이 격자면 간격 d의 물질에 입사했을 때, 2dsinθ=nλ (θ: 브래그각 n: 정수)를 만족하는 회절각 2θ의 방향으로 강하게 산란된다는 법칙입니다. 즉, 분광 결정의 면간격 d는 고정되어 있기 때문에 다양한 파장의 X선이 입사하더라도 회절각 2θ 방향에 검출기가 있을 때는 한 가지 파장의 X선만 검출됩니다. 검출부를 회전시켜 넓은 각도로 형광 X선을 측정하면 형광 X선의 파장에 대한 그 강도의 그래프를 얻을 수 있습니다.

X선 분석기의 기타 정보

에너지 분산형과 파장 분산형의 특징
에너지 분산형과 파장 분산형 검출 방법은 각각 특징이 있으므로 용도에 따라 적절히 선택해야 합니다.

1. 에너지 분산형

에너지 분산형은 분광이 필요 없이 반도체 검출기가 직접 형광 X선의 파장을 분석할 수 있기 때문에 소형화가 가능합니다. 또한, 분광이 필요 없이 한 번에 여러 종류의 원소 분석을 할 수 있어 단시간에 측정이 가능합니다. 시료의 형상이나 요철에 관계없이 측정할 수 있기 때문에 전자현미경 등과 함께 사용되기도 합니다.

반면, 스펙트럼의 피크가 겹치는 경우가 있어 분해능이 낮은 경향이 있고, 측정 대상에 미량만 포함된 원소의 검출이 어렵다는 단점이 있습니다.

2. 파장 분산형

파장 분산형에서는 형광 X선을 분광결정으로 분광하여 검출기로 측정합니다. 파장으로 분광하기 때문에 인접한 피크의 분리가 용이하고 민감도와 분해능이 높은 편입니다.

반면, 복잡한 분광계를 가지고 있기 때문에 장치 자체가 크고 고가라는 단점이 있습니다. 또한 회절각을 변화시키면서 측정하기 때문에 에너지 분산형에 비해 측정 시간이 오래 걸리며, 시료 표면이 매끄러워야 합니다.

OCR이란?

OCR은 광학 문자 인식(Optical Character Recognition / Reader)의 약자로, 카메라나 스캐너로 촬영한 이미지의 문자 부분을 인식하여 컴퓨터가 인식할 수 있는 텍스트 데이터로 변환하는 기술입니다.

손글씨도 OCR을 통해 텍스트 데이터로 변환되기 때문에, 한번 입력하면 나중에 검색을 통해 원하는 문서에 바로 접근할 수 있습니다. 제품으로는 물리적인 OCR 스캐너나 자체적으로 준비한 이미지에 대해 클라우드 상에서 OCR을 수행하는 서비스가 판매되고 있습니다.

OCR의 사용 용도

OCR은 특히 수기 문서의 전자화를 위해 사용되는 경우가 많으며, 페이퍼리스화 및 문서 접근성 향상을 목적으로 도입되고 있습니다. 현재 다양한 절차가 온라인으로 이루어지고 있지만, 여전히 수기로 작성하는 서류가 주류인 경우도 있습니다.

예를 들어, 학교의 입학원서, 행사나 길거리에서 진행되는 설문 조사 등이 있습니다. 종이 문서는 부피가 클 뿐만 아니라 원하는 문서를 찾는 데 시간이 오래 걸립니다. 지금까지는 손으로 쓴 글자를 사람의 손으로 다시 데이터화하는 작업을 해왔습니다.

하지만 OCR 도입으로 스캔만 하면 검색 및 편집이 가능한 데이터로 변환할 수 있기 때문에 전표나 영수증 등을 전자화함으로써 업무 효율화에 크게 기여할 수 있습니다.

OCR의 원리

OCR은 이미지를 가져온 후 문자 인식을 위해 크게 세 가지 과정을 거칩니다.

1. 문자가 쓰여진 부분을 추출하기 위해 레이아웃 분석이라는 처리로 문자 부분과 그렇지 않은 부분을 크게 나눕니다.
2. 레이아웃 분석으로 추출한 문자열 덩어리에서 열과 행을 결정합니다.
3. 열과 행을 한 글자 한 글자씩 잘라내어 문자 인식을 수행합니다.

이렇게 추출된 문자를 식별하기 위해 세 가지 처리를 더 진행합니다.

1. 문자 크기 정규화를 수행하여 균일한 크기의 문자로 취급합니다.
2. 하나의 문자를 선분의 집합으로 간주하고, 각각을 방향 성분으로 분해하여 문자의 특징을 수치화합니다.
3. 미리 등록된 템플릿과 비교하여 패턴 매칭을 통해 문자를 식별합니다.

3의 과정에서 판단하는 지표는 유클리드 거리 계산을 통해 산출합니다. 유클리드 거리란 사람이 자로 잴 수 있는 두 점 사이의 거리를 말하며, 피타고라스의 공식(삼각형의 정리)으로 구할 수 있는 거리입니다.

최근에는 마지막 매칭에 머신러닝을 도입해 문맹률을 높이기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있습니다.

OCR 소프트웨어의 종류

최근에는 기존의 OCR 외에도 다양한 형태로 OCR이 제공되고 있습니다. 예를 들어, 클라우드 서비스로 제공되는 OCR은 별도의 소프트웨어 설치가 필요 없이 이미지 파일을 클라우드 서비스 측에 전송하여 텍스트 데이터를 얻을 수 있게 되었습니다.

또한 스마트폰 앱으로 제공되는 OCR은 스마트폰 카메라로 촬영한 이미지를 실시간으로 텍스트화할 수 있습니다. 또한 번역 소프트웨어나 가계부 소프트웨어 등에 OCR이 내장되어 있는 경우도 많아 OCR로 텍스트를 읽은 후 번역을 하거나, 영수증을 읽고 자동으로 가계부를 작성하는 서비스도 등장했습니다.

이러한 OCR 소프트웨어는 일정 규모 이하의 이용이라면 무료로 이용할 수 있는 경우도 많아 OCR을 시범적으로 도입해 볼 수도 있습니다.

OCR에 대한 기타 정보

AI를 이용한 OCR

최근에는 AI를 이용한 OCR이 보급되고 있는데, AI를 이용한 OCR은 AI-OCR이라고 불리며, 늘어나는 서류의 디지털화 등을 목적으로 기업에서 도입하는 사례가 늘고 있습니다.

기존 OCR에 비해 머신러닝 기법을 활용해 보다 높은 정확도로 문자를 인식할 수 있는 것이 특징입니다. 인쇄된 문자처럼 판독이 용이한 경우라면 거의 100%에 가까운 정확도로 판독이 가능합니다.

또한, 기존 OCR은 판독 전에 판독 위치나 항목을 정의해야 하는 번거로움이 있었습니다. 하지만 AI-OCR은 판독 위치와 판독 항목을 AI가 자동으로 판단하기 때문에 사전 설계 작업이 필요 없습니다. 이를 통해 다양한 종류의 서류를 간편하게 판독할 수 있게 되었습니다.

최근에는 RPA라는 업무 자동화 도구가 보급되고 있는데, RPA는 로보틱 프로세스 자동화(Robotic Process AUtomation)의 약자로, AI-OCR로 문서를 자동 판독한 후 RPA를 활용해 처리를 자동화하는 사용하는 방법이 주목받고 있습니다. 이를 통해 단순 업무의 자동화를 실현할 수 있습니다.

ID 카드 프린터란?

ID 카드 프린터(영어: ID-card printer)는 사원증, 신분증 등을 인쇄하는 장치입니다.

ID 카드 프린터를 도입하면 외부에 위탁하지 않기 때문에 직원들의 개인정보 유출 위험과 외주 비용을 절감할 수 있습니다.

IC 칩이나 마그네틱 스트라이프가 내장된 플라스틱 카드에 잉크를 열로 기화시켜 전사하는 방식이기 때문에 소량으로도 발급이 가능합니다. 인쇄 방식에는 직접 인쇄 방식과 재전사 인쇄 방식으로 구분할 수 있습니다.

ID카드 프린터의 사용 용도

ID 카드 프린터는 회사나 시설 내에서 사용하는 사원증이나 신분증 인쇄에 사용됩니다. 회사 보안 강화를 위한 출입증이나 근태 관리, 복사기나 컴퓨터 등 전자기기 인증을 위해 유용하게 사용됩니다.

제품에 따라 IC 칩에 정보를 입력하는 IC 인코더와 마그네틱 스트라이프 카드에 정보를 입력하는 마그네틱 인코더가 탑재되어 있습니다. 선택 시에는 인쇄 방식과 인쇄에 대응하는 카드의 종류, 인쇄 속도, 인쇄 품질 등을 고려해야 합니다.

ID 카드 프린터의 원리

ID 카드 프린터가 플라스틱 카드에 인쇄하는 방식에는 직접 인쇄 방식과 재전사 인쇄 방식이 있습니다.

1. 직접 인쇄 방식

직접 인쇄식은 열에 의해 기화된 잉크를 인쇄 대상인 플라스틱 카드에 직접 전사하는 인쇄 방식입니다. 인쇄에 필요한 공정이 적기 때문에 저렴한 장비가 많고, 운영비도 적게 듭니다.

하지만 IC 칩에는 인쇄할 수 없고, 먼지나 피지 등의 영향을 많이 받는다. 또한, 인쇄 대상 카드에 따라서는 인쇄가 불가능할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

카드의 가장자리 부분에는 인쇄할 수 없습니다. 단, PVC PVC 소재의 카드에는 대응하고 있습니다.

2. 재전사 인쇄식

재전사 인쇄식은 한 번 인쇄할 이미지를 재전사 필름에 인쇄하고, 그 필름을 인쇄 대상 카드에 대고 열을 가해 필름에서 카드로 이미지를 전사하는 방식입니다.

선명한 인쇄가 가능하며, 인쇄 대상 카드의 표면에 요철이 있는 경우나 IC 카드 위에서도 인쇄할 수 있습니다. 또한, 재전사식은 카드의 가장자리 부분까지 전면 인쇄가 가능합니다. 반면, 필름 등을 사용하기 때문에 운영비용이 비싸다는 단점이 있습니다.

직접 인쇄하지 않는 방식이기 때문에 PVC PVC 소재의 카드뿐만 아니라 다른 소재의 카드에도 인쇄할 수 있습니다. 구체적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 PET/PET-G/폴리카보네이트 PC 등이 있습니다.

ID 카드 프린터의 특징

1. 고품질

재전사 기술에 의한 테두리 없는 전면 인쇄로 디자인성이 높은 컬러 이미지를 인쇄할 수 있습니다.

2. 고해상도

해상도가 600~1,200dpi 사양의 경우, 극소문자까지 선명하게 표시할 수 있습니다. 작은 QR 코드도 디자인성을 유지하면서 레이아웃이 가능합니다.

3. 고기능 프린터

인코더를 사용하여 비접촉식 IC카드에 인코딩하면서 카드에 인쇄할 수 있습니다. 또한, 잉크젯 방식의 프린터로 50매/m 이상의 고속 인쇄가 가능합니다.

4. 기존 시스템과의 연계

기존 자사 시스템, 회원관리, 학교 관리 시스템 등과 연동이 가능합니다.

ID 카드 프린터의 기타 정보

1. ID 카드 프린터의 장점

사원증, 신분증, 학생증, 회원증, 진료권 등을 자체 제작하면 여러 가지 장점이 있습니다. 첫째, 직원, 학생, 회원, 환자 등의 소중한 개인정보가 외부로 유출되지 않는다는 점입니다.

둘째, 납기에 구애받지 않고 한 장의 카드로도 즉시 인쇄가 가능합니다. 인사 이동 등에 대응할 수 있다. 진료권은 진료 중에도 발급할 수 있고, 퇴원할 때 바로 건네줄 수 있습니다.

비용적인 측면에서도 유리하다. 카드를 외주 제작하면 1장당 수백 엔이 들지만, 자체 제작으로 인쇄하면 100엔 이하로 줄일 수 있습니다. 또한 대량 발행이 가능하다는 장점도 있다. 얼굴 사진이 들어간 카드를 1분에 50장 이상 고속으로 인쇄할 수 있습니다.

잉크젯 방식의 프린터라면 잉크 리본의 데이터가 없기 때문에 개인정보 유출의 위험이 더욱 적습니다. 고해상도 컬러 인쇄가 가능하여 얼굴 사진, 문자, 디자인 문양 등을 선명하고 아름답게 인쇄할 수 있습니다.

2. 뒷면 접착식 카드 방식

뒷면 접착식 카드는 IC 카드를 반복적으로 사용할 수 있는 ID 카드입니다. 개인정보 등을 인쇄한 후 이형지를 떼어내어 IC 카드에 붙이면 카드가 완성됩니다. 뒷면 접착카드를 떼어내면 고가의 IC 카드를 재사용할 수 있습니다.

전파 암실이란?

전파 암실은 전파 무반향실이라고도 하며, 외부로 전자파가 새어나가지 않고 내부에서도 전자파가 반사되지 않는 실험실이나 연구시설을 말합니다.

차폐실 실내에 전파 흡수체를 설치하여 전자파의 반사를 억제합니다. 외부로 누출되지 않을 뿐만 아니라 외부의 전자파 영향을 받지 않는 것이 특징입니다. 실드룸의 경우 내부 공간에서의 전자파 난반사를 막을 수 없다는 단점이 있지만, 전파 암실이라면 전자파의 난반사를 막아 자유공간(오픈 사이트)에 가까운 환경을 만들 수 있습니다.

최근 우리 주변에는 전기-전자기기, 무선기기, 정보시스템 등 많은 전자파 발생원이 넘쳐나고 있으며, 이로 인해 발생하는 전자파로 인한 주변기기에 대한 악영향이 우려되고 있습니다. 주변의 영향을 차단한 전파 암실은 스마트폰, 무선랜 등 무선기기 및 전자기기의 제품 성능 확인과 노이즈 테스트에 사용되어 큰 역할을 담당하고 있습니다.

전파 암실의 사용 용도

전파 암실의 사용 용도는 스마트폰, 무선랜 등 고주파 통신용 전자기기의 전기적 특성 시험, 차량용 부품의 노이즈 시험, 안테나 자체의 방사 특성 시험 등입니다.

일반적으로 전기-전자기기가 외부의 전자파에 어떤 영향을 받는지 알기 위해 사용됩니다. 또한, 외부에 어떻게 영향을 미치는지 측정하는 목적으로도 활용되고 있습니다.

전파 암실의 원리

전파 암실은 외부와 내부 각각의 전자파를 차단하기 위해 전파 암실 외부에는 시험 중 오작동 방지를 위해 외부의 전파가 들어오지 않도록 차폐하고, 전파 암실 내부에는 벽면 안쪽에 전파 흡수체를 설치하여 실내에서 전파가 반사되는 것을 방지합니다.

검사 장비가 실내에서 반사된 전파를 잡지 못하도록 벽면의 전파 흡수체가 내부에서 발생한 전파를 흡수하고 있습니다. 이 전파 암실의 기반이 되는 것은 차폐실입니다. 재료 내에서의 흡수뿐만 아니라 그 표면에서의 반사를 이용하는 차폐 재료를 사용하여 전파를 완전히 반사시킴으로써 큰 차폐 효과를 얻을 수 있습니다.

이 실내에 전자파 흡수체가 부착되어 있는 것이 전파 암실입니다. 흡수체의 재료는 자성, 유전성, 저항성의 세 가지 특성이 중요합니다. 실현하고자 하는 흡수대역 등의 조건과 비교하여 이러한 특성을 적절히 판단해야 합니다.

이를 충족하는 재료로 페라이트가 주류가 되고 있습니다. 페라이트는 고주파의 교류 자기장에 대해 자연 공명이나 자기벽 공명 등의 자기 손실을 일으키는 성질을 이용한 것으로, 흡수한 전파 에너지를 흡수체 내부에서 열에너지로 변환하여 전파의 반사를 억제하는 특징이 있습니다.

전파 암실의 기타 정보

1. 전파 암실의 면수

전파 암실은 구성면 구조상 크게 두 가지로 분류할 수 있는데, 하나는 상하, 전후좌우, 좌우 6면 모두에 흡수체를 설치한 6면 전파 암실입니다.

또 하나는 바닥을 제외한 총 5면에 흡수체를 설치한 5면 전파 암실이며, 5면 전파 암실은 대지(땅)에서의 전파 반사를 고려하여 바닥에 흡수체를 부착하지 않은 것이 특징입니다.

2. 전파 암실의 성능 지표

전파 암실의 성능 지표를 좌우하는 암실의 크기는 다양한 요소에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 전파를 측정하고자 하는 대상물의 크기, 전파를 차폐하고자 하는 주파수 대역, 시험의 규격(10m법인지 3m법인지 등)입니다. 이러한 요소에 따라 기존 건물에 넣을 것인지, 새로 건물을 지을 것인지가 결정됩니다. 비용이 만만치 않기 때문에 충분한 검토가 필요합니다.

전파 암실의 성능 지표에서 중요한 항목은 NSA(Normalized Site Attenuation)라는 특성입니다. ‘CISPR16-1-4’에 규정되어 있는데, 송신 안테나와 수신 안테나를 대향으로 배치하고, 수신 안테나의 높이를 1m에서 4m 사이로 움직이면서 송신 안테나도 규정된 범위 내에서 움직였을 때의 최대 전파 손실을 구하고, 그 값이 이론치(오픈 사이트에서의 값)와 비교하여 +/- 4dB 이내여야 합니다. 4dB 이내여야 합니다.

또한 SVSWR(Site Voltage Standing Wave Ratio)이라는 시험도 있는데, 6면 모두 전파 흡수체가 있는 전파 암실에서 송신 안테나의 위치를 규정된 범위에서 변화시켰을 때 수신 레벨 변화의 변화폭의 최대값이 6dB 미만이어야 합니다.

전자현미경이란?

전자현미경은 전자선을 조사하여 시료를 관찰하는 현미경입니다. 전자선의 파장이 매우 짧기 때문에 광학 현미경으로 관찰할 수 없는 초미세 구조를 가시화할 수 있습니다. 전자선의 투과율을 영상으로 출력하는 것과 전자선과 시료의 상호작용에 의해 발생하는 신호를 영상화하는 것으로 크게 두 가지로 나뉩니다.

제품으로 판매되는 전자현미경의 대부분은 산업 재료에 최적화된 것과 생물 시료의 관찰에 최적화된 것이 각각 판매되고 있습니다. 또한 전자현미경은 흔히 줄여서 전현(電顕) 또는 영어 머리글자를 따서 EM 등으로 불리기도 합니다.

전자현미경의 사용 용도

산업 분야에서는 파손된 금속 부품의 파면 분석을 통해 원인을 규명하거나 가공 표면을 관찰하여 품질 검사 등을 위해 사용됩니다. 또한 고분자 고분자의 네트워크를 관찰하여 기계적 특성을 조사하거나 불순물 혼입을 평가하기도 합니다. 생명과학 분야에서는 세포 내 소기관의 미세구조를 시각화하거나 복잡하게 얽혀있는 신경세포를 관찰하여 신경세포 간의 연결고리를 매핑하는 데 활용됩니다. 또한, 시료에 간단한 전처리를 통해 단백질의 구조 분석에 응용할 수 있다는 사실이 밝혀져 2017년 노벨 화학상을 수상하기도 했습니다.

전자현미경의 원리

전자현미경을 구성하는 요소는 광원, 렌즈, 검출기이며, 말만 놓고 보면 광학현미경과 매우 유사한 구성을 가지고 있습니다. 하지만 그 하나하나가 광학 현미경의 그것과는 원리가 크게 다릅니다

우선, 전자선은 공기 중의 분자 등과 충돌하여 빠르게 감쇠, 소멸됩니다. 따라서 전자선의 발생과 조사는 진공 상태에서 이루어져야 합니다.

다음으로 일반적인 광학계에서 사용되는 유리 렌즈는 투과하기 때문에 전자선을 굴절시키기 위해서는 자기장을 가해 수렴시키는 자기 렌즈를 사용해야 합니다.

이러한 렌즈의 특성으로 광학적인 수차가 크고, 이를 개선하기 위해 개구수가 작게 설계되어 있습니다. 이를 통해 전자현미경은 초점 심도가 깊고 깊이 있는 입체적인 관찰을 할 수 있습니다.

표준 전자 현미경은 다음 두 가지로 나뉩니다.

1. 투과형 전자현미경(Transmission Electron Microscopy: TEM)

전자선을 시료에 투과시켜 그 감쇠를 바탕으로 대비를 얻는 방법입니다. 전자선을 투과시키기 위해 시료의 두께를 매우 얇게 조절해야 합니다. 전자를 쏘아내는 강도를 가속전압이라고 하는데, 300kV의 가속전압에서 파장은 0.00197nm로 매우 짧고, 분해능도 0.1nm로 원자 크기 정도임을 알 수 있습니다. 이를 최고 배율로 환산하면 80만 배로 광학현미경의 800배에 달해 높은 해상도를 알 수 있습니다. 투과전자현미경은 시료 내부를 투과한 전자를 관찰하기 때문에 극미세 영역의 시료 내 결정구조 등 내부 구조를 보는데 탁월합니다.

2. 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscopy: SEM)

진공 상태에서 물질에 전자선을 조사하면 2차 전자, 반사 전자, 특성 X선 등이 방출됩니다. 주사형 전자현미경 상은 공간적으로 수렴된 전자선을 주사하여 2차 전자나 반사된 전자 신호로 상이 형성됩니다. 2차 전자는 시료 표면 근처에서 발생하는 전자이기 때문에 2차 전자 이미지는 시료의 미세한 요철을 보는 데 적합합니다. 반사전자는 시료를 구성하는 원자에 충돌하여 튕겨져 나온 전자이며, 반사전자의 수는 시료의 조성(원자번호, 결정방위 등)에 따라 달라집니다. 따라서 반사전자상은 시료 표면의 조성 분포를 평가하는 데 적합합니다.

전자선이 시료에 충돌하면 시료 표면을 구성하는 원자가 여기되어 전자를 방출합니다. 이외에도 반사전자, 특성 X선 등이 방출되는데, 이를 2차 전자라고 하며, 방출되는 2차 전자의 강도를 포인트 스캔하여 얻을 수 있습니다.

전자현미경으로만 관찰할 수 있는 것들

전자현미경은 일반 광학현미경에 비해 해상도가 매우 높아서, 예를 들어 세포와 같은 미세한 조직 구조나 금속의 결정체를 원자 크기 단위로 관찰할 수 있습니다.

세포를 예로 들면, 광학 현미경으로는 핵 이외의 세포 내 미세한 구조를 자세히 관찰할 수 없지만, 전자 현미경으로 관찰할 수 있습니다. 이를 통해 세포 내 효소의 작용, 세포 구조의 반응 등 다양한 기능까지 세밀하게 조사할 수 있습니다.

근접 센서란?

근접 센서는 감지 대상물 등이 물리적으로 접촉하지 않고 근접하여 접점을 ON/OFF하는 센서입니다. 근접 센서는 기계식 스위치와 달리 검출 대상물 등과 물리적으로 접촉하여 접점을 ON/OFF하는 타입이 아닌 것이 특징입니다.

또한, 근접 센서의 검출 방식에는 크게 유도 방식, 정전 용량 방식, 자기 방식 등 3가지가 있습니다. 이 감지 방식에 따라 감지 대상물에 접촉하지 않고도 감지할 수 있습니다. 근접센서는 비접촉식 센서이기 때문에 감지 대상물의 손상이나 마모 등을 걱정하지 않고 사용할 수 있습니다.

근접 센서 사용 용도

근접 센서는 다양한 생산현장에서 공작물의 유무, 위치 파악 등을 감지하는 데 활용되고 있습니다. 그 이유는 근접센서가 일반적으로 금속 및 비금속 개체를 감지할 때 비접촉식이고 감지 거리가 비교적 짧다는 특징이 있기 때문입니다.

한편, 정전식 근접센서의 경우, 액체나 분말을 저장하는 탱크의 양이나 스프레이로 분사하는 유체의 양을 감지하는 용도로도 활용되고 있습니다. 정전식 근접 센서는 유도형 근접 센서나 자기형 근접 센서가 주로 감지하는 개체와 달리 금속 및 비금속 외에도 액체나 분말까지 감지할 수 있기 때문입니다.

근접 센서의 종류

근접 센서는 감지 대상물과 비접촉으로 감지하는 센서입니다. 따라서 감지 대상물이 근접 센서에 접근하면 센서의 종류에 따라 다른 감지 방식의 에너지를 방출합니다.

근접 센서는 이때 반사되는 에너지 변화를 전기신호로 변환하여 물체를 감지할 수 있습니다. 따라서 근접 센서는 감지 방식에 따라 크게 세 가지로 나뉩니다.

1. 유도형 근접 센서

유도형 근접 센서에서 물체 감지에 이용하는 것은 자기장과 유도전류입니다. 근접센서 감지부의 감지코일에 고주파 자기장을 발생시킵니다.

이 자기장에 철, 구리, 알루미늄, 황동 등의 금속 검출 대상물이 접근하여 전자기 유도에 의해 발생하는 것이 유도 전류입니다. 그리고 금속 검출 대상물의 저항으로 인해 에너지 손실이 발생합니다. 유도형 근접 센서는 이 전류로 인한 감지 코일의 임피던스 변화를 감지합니다.

2. 자기식 근접 센서

자기식 근접 센서는 자석의 힘을 이용하여 물체를 감지합니다. 자기식 근접 센서의 감지부에 자석과 리드 스위치가 장착되어 있습니다.

자석 또는 강자성체의 감지 대상물이 센서 감지부에 접근하면 자기식 근접 센서의 리드 스위치가 개폐 동작을 함으로써 물체를 감지할 수 있습니다.

3. 정전식 근접 센서

정전 용량형 근접 센서가 물체 감지에 이용하는 것은 정전 용량의 변화입니다. 정전식 근접 센서의 감지부에는 측정 전극이 있습니다.

이 측정 전극에 검출 대상물이 접근하면서 발생하는 것이 전극과 검출 대상물 사이의 정전 용량 변화입니다. 정전용량식 근접센서는 발생된 정전용량의 변화를 감지하여 금속 및 비금속 외에도 액체나 분말까지 감지할 수 있습니다.

근접 센서의 기타 정보

1. 근접 센서의 오작동

근접센서를 사용하다 보면 감지 물체를 제대로 감지하지 못하거나, 감지한 상태에서 다시 돌아오지 않는 등 다양한 오작동이 발생할 수 있습니다. 특히 최근 증가하고 있는 것은 스마트폰에 탑재된 근접 센서의 오작동입니다.

많은 스마트폰에서 전화를 받을 때 본체를 귀에 가까이 가져가면 화면이 꺼지도록 되어 있습니다. 화면이 꺼지는 동작을 가능하게 하는 것이 바로 근접 센서입니다. 근접 센서가 감지 물체 (이 경우 사람의 얼굴이나 귀 등)의 접근을 감지하고 있기 때문입니다. 따라서 만약 근접 센서가 고장나면 얼굴을 가까이 가져가도 화면이 꺼지지 않거나, 통화 중이 아닌데도 화면이 꺼지는 등의 문제가 발생하게 됩니다.

근접 센서가 오작동하는 구체적인 원인은 다음과 같습니다.

• 센서 부위의 먼지나 이물질
• 출력 시 채터링
• 주변 금속의 영향
• 강한 충격
• 배선 오류

근접센서는 센서부의 주변 환경에 영향을 받기 쉬운 것이 특징입니다. 따라서 근접센서의 감지부는 이물질 혼입 등이 없도록 안전하고 깨끗하게 유지해야 합니다. 또한, 채터링 등의 노이즈도 악영향을 미치므로 배선 시에는 철저한 접지 설치 및 절연체를 넣는 등의 대응이 필요합니다.

2. 근접 센서의 감지 거리

근접 센서의 ‘검출 거리’는 소정의 방법 및 조건 하에서 검출 물체를 이동시켰을 때 기준 위치에서 신호 검출까지의 거리를 말합니다. 그 길이는 각 사양에 따라 다르며, 긴 것은 최대 30mm인 것도 있습니다.

하지만 근접 센서를 사용하는 환경이 항상 이상적인 것은 아닌 것이 현실입니다. 예를 들어, 공작기계에 사용되는 근접 센서는 주변 금속이나 절삭유, 절삭유 등의 영향을 받을 수 있습니다. 근접센서 주변의 온도나 전압 등의 영향으로 감지 거리가 짧아질 수도 있습니다.

근접 센서의 주변 환경을 고려하여 안정적으로 사용할 수 있는 거리가 ‘설정 거리’입니다. 설정 거리는 보통 감지 거리의 70~80% 정도라고 합니다. 근접센서 사용을 검토할 때는 물체 감지에 필요한 감지 거리와 설치 장소의 환경을 고려하여 선정해야 합니다.