2.3 휴대용 레이저형광검출기 시제품 개발
2.3.3 광학 시스템의 소형화
그림 2.3.12 KIOST로부터 받은 유류 샘플의 형광 스펙트럼 (목포여객선, Attaka crude oil, 여수수협DO)
히는데 중점을 두었다. 이를 위해 여러 종류의 렌즈를 조합하여 테 스트를 실시하여 그림 2.3.13과 같이 소형화하였다. 광학 부품간의 거리가 짧아짐에 따라, 레이저와 렌즈 사이의 거리를 줄이는 것이 가능하여 미러 하나를 제외하고 광학 시스템 구성이 가능하게 되 었다. 이전 시스템에 비해 시스템 구성에 필요한 광학 부품의 수는 줄어들면서, 크기가 작게 되었다. 두 번째 시스템의 275*265 ㎜에 서 190*160 ㎜의 크기로 작아졌다. 이렇게 통과된 레이저의 빔 사 이즈는 10미터 거리에서 측정 시 직경이 약 5 ㎝ 가 되었다.
그림 2.3.13 두 번째 광학 시스템(왼쪽)과 세 번째 광학 시스템(오른쪽)
기존의 광학 시스템은 컴퓨터의 랩뷰어 프로그램에서 신호를 발생시켜서 DAQ(data acquisition)을 통해 상용 레이저 콘트롤러에
전달되는 방식으로 광학 시스템을 작동시켰다. 하지만 부피가 큰 상용 레이저 콘트롤러와 DAQ를 휴대할 수 없다. 컴퓨터의 신호를 받아서 레이저 다이오드가 주기적으로 on/off가 되도록 신호를 발 생시키는 메인보드와 그 신호를 받아서 레이저 다이오드를 제어하 고 동작시키는 LD driver 회로를 개발하여 탑재하였다(그림 2.3.14).
광학 시스템 이외에 연결되는 장비를 제외시키고 광학 시스템 단 독으로 컴퓨터에 연결하여 동작할 수 있었으며, 전체 시스템을 소 형화하였다(그림 2.3.15).
그림 2.3.14 개발된 회로 사진
그림 2.3.15 소형 광학 센서의 제어 시스템 개략도
광학 시스템 자체를 소형화시키기 위하여 각각의 광학부품들을 고정시키기 위한 mount를 새로 설계하고 제작했다(그림 2.3.16). 각 각 mount들의 높이를 낮추고, 부피를 최소한으로 설계 하였다. 시 스템의 무게를 최소한으로 줄이기 위해 mount의 안쪽을 파내어 광 학 부품간의 결합에 이용하였고, 판의 필요 없는 부분을 잘라내어 시스템의 배선에 이용했다.
Mount와 판은 가벼운 알루미늄으로 제작 하였다. 기본 은백색 의 알루미늄 mount를 이용할 시에 광학 시스템 안에서 레이저 빛 이 산란되어 분광기에 들어가면 노이즈로 작용하기 때문에 검은색 의 아노다이징 처리를 하여서 레이저가 산란되는 것을 줄일 수 있 었다(그림 2.3.17).
그림 2.3.16 설계한 mount와 밑판
그림 2.3.17 광학 mount의 아노다이징 전(왼쪽)과 후(오른쪽)
이전 시스템과 마찬가지로 레이저의 출력이 올라갈수록 레이저 다이오드에서 발생하는 열을 식혀주기 위해 냉각팬을 설치하였다.
광학 시스템에 들어가는 개발 회로와 냉각팬은 10,000 mAh의 배터 리를 이용하여 구동하도록 하였다. 최종적인 배치는 그림 2.3.18과 같이 광학 시스템 아래에 분광기와 배터리가 설치되고, 회로는 광 학 시스템의 옆면에 설치된다. 광학 시스템의 아래에 분광기와 배 터리를 배치시켜서 파이버의 간섭을 줄이고, 사용 시에 광학 시스 템이 안정적으로 동작 할 수 있도록 하였다(그림 2.3.19).
광학기구만 들어가 있던 두 번째 광학 시스템의 크기인 280*265*205에서 214*176*190의 크기로 줄어들었고, 외부의 장비
없이 컴퓨터와 2개의 USB연결로 시스템을 가동할 수 있다(그림 2.3.20). 현재 세 번째 광학 시스템은 케이스를 제작 중에 있다.
그림 2.3.18 분광기와 배터리 배치도
그림 2.3.19 세 번째 광학시스템의 설계도(왼쪽) 와 개발된 광학시스템 (오른쪽)
그림 2.3.20 두 번째 광학 시스템(280*265*205)과 세 번째 광학 시스템(214*176*190)의 케이스 시안 이미지