센서와 탐지기- 연기탐지기, 엑스레이, 의료용영상장치

센서와 탐지기

 

센서와 탐지기

연기탐지기

연기 감지기는 불타는 물체에서 피어오르는 작은 연기 입자를 감지하고 불길이 번지기 전에 경보를 울린다. 연기 감지기에는 두 가지 유형이 있다. 광학식 감지기는 빛이 차단되면 반응하는 광센서와 광원으로 구성된다. 여기에 나타낸 이온화 검출기는 전기적 구조를 가지고 있어 광학 검출기로 검출할 수 없는 작은 입자라도 정확하게 검출할 수 있다. 이온화 연기 검출기에는 탐지실이라고 불리는 공간이 있는데, 그 공간에는 약한 전류가 공기를 통해 흐른다. 연기 입자가 검출 탐지실 내로 유입되면 공기의 전기 저항이 증가하여 이를 통해 흐르는 전류가 더욱 약해진다. 직접 화로는 이를 인식하고 스위치를 켜 경보를 울린다. 방사선원으로부터 나오는 방사선이 탐지실 내의 공기 원자에 양전하와 음전하를 주어 이온화시킨다. 이온이 충전된 전극에 끌리면서 전극과 전극 사이에 전류가 흐르게 된다. 연기 임자로 들어가면 이온을 끌어당겨 전류 흐름을 약화한다. 

 

엑스레이

치과에 가 본 적이 있는 사람이라면 검사를 위해 찍은 엑스레이에 대해 알고 있을 것이다. 눈에 보이지 않는 이 광선들은 치아를 통과해 치아에 물린 치과용 X선 필름의 기저부에 박힌 사진 필름이나 디지털 이미지 센서에 부딪힌다. 필름이나 화면에 표시된 디지털 이미지를 현상하면 내부 상태와 충치 정도를 한눈에 보여주는 사진이 된다. 엑스레이는 또한 다양한 물체의 내부를 보기 위해 사용된다. X선은 광선처럼 전자기파이지만 광선보다 강한 에너지를 갖고 있으며 잇몸의 살 같은 가벼운 원자로 만들어진 물질을 쉽게 통과한다. 대부분의 금속 원자들은 그것보다 더 무거워서, 그들은 그것들을 부르기보다는 X선을 흡수한다. 치아와 뼈는 금속의 일종인 칼슘을 포함하고 있습니다. 그래서, 만약 여러분이 엑스레이 사진을 찍는다면, 여러분은 치아와 치아의 썩은 부분을 분명히 볼 수가 있을 것이다. 

X선관의 양극에서 방출된 전자는 고전압인 음극의 양전하로 끌어당겨져 고속 전자빔이 된다. 전자빔은 양극에 고정된 텅스텐 타깃과 충돌한다. 전자가 텅스텐 표적과 충돌하면 X선이 발생한다. 목표 표면이 기울어져 있기 때문에 X선은 기계의 창 쪽으로 나가게 된다. 창을 통해 X선을 통과시킨 후 통과하지 못한 나머지 X선은 튜브에 코팅된 납에 흡수된다. 타깃의 뜨거운 열은 구리 전극을 통해 이동하며 유리진공관 주변의 오일에 의해 냉각된다. X선의 생성을 삺보면, 고속으로 이동하는 수백만 개의 전자가 텅스텐 표적과 충돌할 때 X선은 강력한 X선 빔을 생성한다. 텅스텐 원자와 충돌하는 전자는 원자의 전자와 원자의 핵과 상호작용한다. 핵과의 상호작용으로 속도가 느려지거나 방향이 바뀌면 전자는 에너지를 잃고 대신 X선을 방출한다. 때때로 전자는 텅스텐 원자의 내부 전자를 날려버리고, 이렇게 되면 외부 전자는 내부로 이동하여 같은 방식으로 X선을 방출한다.

공항 보안 요원들이 승객의 짐을 검사하고 의심스러운 금속 물품을 발견하는 가장 빠른 방법은 엑스레이 스캐너를 사용하는 것이다. 사용되는 센서는 매우 민감하기 때문에 낮은 선량의 X선을 사용하고 있다. 그래서 가방 안에 있을 수 있는 민감한 전자제품을 손상시킬 일은 없다. 짐은 컨베이어 벨트를 타고, 엑스레이 빔은 좌우로 움직이며 짐을 주시한다. 수화물을 통과하는 엑스레이는 벨트 아래 포토다이오드 센서가 있다. 엑스레이가 이 센서에 부딪히면서 컴퓨터가 신호를 처리해 수화물 내부를 검사 화면에 보여준다. 

 

의료용 영상장치

의료용 영상 장치는 의사들이 환자의 신체 내부를 볼 수 있게 해준다. 결함이 있거나 질병이 있는 내장 기관을 촬영하는 의료용 영상장치이다. X선이나 감마선을 이용해 인체를 관통하는 장치도 있는데, 가장 유용한 장치는 핵자기공명(MMR)을 이용한 자기공명영상(MRI) 장치다. MRI 기계에 들어간 뒤 강한 자기장이 환자의 몸 안으로 쏟아진 뒤 전파 펄스에 노출된다. X선이나 감마선과는 달리 인체에 해를 끼치지 않는다. 체내의 원자핵은 자기 신호를 생성하고, 검출기가 그것을 받으면 컴퓨터는 그 신호를 기반으로 이미지를 생성한다. 의료용 영상장치 내부를 들여다보면 환자가 이동식 침대 의자에 올라타 의료용 영상장치 안으로 살며시 들어간다. 장치에 들어가면 둥근 패널로 둘러싸여 있고, 안에 있는 코일은 전파와 MMR 신호의 펄스를 생성한다. 패널 주변에는 고리 모양의 전자석이 있는데, 그중 일부는 액체 헬륨으로 냉각된 초전도 전자석이다. 환자는 총을 쏠 때 아무것도 느끼지 못한다.