Abstract
In this paper, we propose the development of high-sensitivity low-end radiation measuring sensor module. The proposed measurement sensor module is a scintillator + photomultiplier(SiPM) sensor optimization structure design, amplification and filter and control circuit design for sensor driver, control circuit design including short-distance communication, sensor mechanism design and manufacturing, and GUI development applied to prototypes consists of, etc. The scintillator + photomultiplier(SiPM) sensor optimization structure design is designed by checking the characteristics of the scintillator and the photomultiplier (SiPM) for the sensor structure design. Amplification, filter and control circuit design for sensor driver is designed to process fine scintillation signal generated by radiation with a scintillator using SiPM. Control circuit design including short-distance communication is designed to enable data transmission through MCU design to support short-range wireless communication function and wired communication support. The sensor mechanism design and manufacture is designed so that the glare generated by wrapping a reflective paper (mirroring) on the outside of the plastic scintillator is reflected to increase the efficiency in order to transmit the fine scintillation signal generated from the plastic scintillator to the photomultiplier(SiPM). The GUI development applied to the prototype expresses the date and time at the top according to each screen and allows the measurement unit and time, seconds, alarm level, communication status, battery capacity, etc. to be expressed. In order to evaluate the performance of the proposed system, the results of experiments conducted by an authorized testing institute showed that the radiation dose measurement range was 30 𝜇Sv/h ~ 10 mSv/h, so the results are the same as the highest level among products sold commercially at domestic and foreign. In addition, it was confirmed that the measurement uncertainty of ±7.4% was measured, and normal operation was performed under the international standard ±15%.
본 논문에서는 고감도 보급형 방사선 측정센서 모듈 개발을 제안한다. 제안하는 측정센서 모듈은 섬광체+광증배소자(SiPM) 센서 최적화 구조설계, 센서 드라이버용 증폭과 필터 및 제어회로 설계, 근거리 통신을 포함한 제어회로 설계, 센서 기구설계 및 제작, 시제품에 적용되는 GUI 개발 등으로 구성된다. 섬광체+광증배소자(SiPM) 센서 최적화 구조 설계는 센서 구조 설계를 위한 섬광체와 광증배소자(SiPM)의 특성을 확인하여 설계한다. 센서 드라이버용 증폭과 필터 및 제어회로 설계는 SiPM을 이용하여 섬광체로 방사선에 의해 발생하는 미세 섬광신호를 처리하도록 설계한다. 근거리 통신을 포함한 제어회로 설계는 근거리 무선통신 기능을 지원하기 위한 MCU 설계 및 유선 통신 지원을 통해 데이터 전송이 가능하도록 설계를 수행한다. 센서 기구설계 및 제작은 플라스틱 섬광체에서 발생한 미세 섬광 신호를 광증배소자(SiPM)에 전달하기 위해 플라스틱 섬광체 외부에 반사지(미러링)를 감싸 발생한 섬광이 반사되어 효율을 높이도록 설계한다. 시제품에 적용되는 GUI 개발은 각 화면에 따라 상단에 날짜와 시간을 표현하며, 측정단위 및 시간, 초, 알람 레벨, 통신상태, 배터리 용량 등이 표현되도록 한다. 제안된 시스템의 성능을 평가하기 위하여 공인시험기관에서 실험한 결과는 방사선량 측정 범위가 30𝜇Sv/h ~ 10mSv/h로 측정되어서, 현재 국내외에서 상용으로 판매되는 제품들 중에서 최고수준 범위와 같은 결과가 산출되었다. 또한, ±7.4%의 측정 불확도가 측정되어서 국제 표준인 ±15% 이하에서 정상동작 됨이 확인되었다