적외선 센서 활용 - jeog-oeseon senseo hwal-yong

적외선 감지 기술, 응용 분야

■ 적외선 감지기
모든 물체는 절대온도(섭씨온돈 +273.15) 0도 이상에서
복사에너지를 방출한다.
이때 물체의 온도에 따라 복사에너지의 방출량이 차이가 난다.
적외선 감지기는
외부로부터 빛의 공급이 없이도 표적 자체가 발하는
복사에너지를 집합시켜 전기적 신호를 발생시키는 장치이다.

■ 적외선 감지기의 원리
○ 열형 감지 소자
- 감지 소자에 흡수된 적외선 에너지에 의해
온도의 상승과 함께 변화되는
물리적 성질(전기 전도도, 열팽창 등)의 변화를 측정
- 상온에서 동작이 가능(비냉각형)
- 응답감도가 낮고, 응답속도가 느림

○ 광자형 감지 소자
- 반도체 재료에 입사된 적외선이 재료 내부에 있는
전자를 높은 에너지 준위로 여가시킴으로서
얻어지는 전기적 신호를 감지
- 빠른 응답 속도와 높은 감지 능력
- 감도의 파장 의존성이 있으며
- 저온 동작을 시켜야 함(냉각형)에 따라 고가의 냉각장치 필요

■ 응용 분야

○ 감시 Security
- 침입감시, 건물감시, 화재감시, 선박 야간충돌방지, 환경감시 등

"교통안전 가족행복"

보행자/차량감지
스마트 횡단보도
보행신호 음성안내 보조 장치
횡단보도 안전보행시스템
보행자 안전대기장치
보행자 작동신호기
교통 신호 감응

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[주]세이프업
T: 02-851-0327

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 <궁금한 S> 시간입니다.

일상생활에서 느꼈던 과학의 궁금증과 호기심을 과학 유튜버가 쉽게 설명해주는데요.

눈에는 보이지 않는 빛이지만 우리는 적외선을 다양하게 활용하는데요.

적외선이란 무엇이고, 어떻게 유용하게 쓰이는지 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 궁금한 S의 이효종입니다. 궁금한 S와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.

요즘 일교차가 큰 날씨 때문에 감기 걸리신 분들 많으시죠? 저도 얼마 전에 감기에 심하게 걸려 병원에 다녀왔는데요.

특히 목감기가 심해서 의사 선생님께 "목이 부은 것 같아요. 목이 아파요."라고 말씀드렸더니 '이 치료’를 하라고 하더라고요.

감기에 걸려서 이비인후과를 방문해보신 분들이 있으셨다면, 한 번쯤은 보셨을 거예요. 바로 '적외선 치료기’죠.

적외선 치료기를 목에 대고 5분 정도 가만히 있으면 되는 간단한 치료입니다.

그런데 여러분, 궁금한 게 있어요. 대체 우리 몸에서 적외선이 어떤 일을 하길래, 적외선으로 아픈 부위를 쬐고 있는 것이 치료에 도움을 줄 수 있는 걸까요?

그래서 오늘은 적외선이 우리 몸에서 어떤 일을 하는지와 어떻게 활용되는지에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

그럼 일단 적외선에 대해서 먼저 알아봐야겠죠?

적외선은 이 세상에 존재하는 다양한 종류의 전자기파 중 가시광선보다는 파장이 길고, 마이크로웨이브보다는 파장이 짧은 영역의 전자기파입니다.

여기서 잠시, 적외선을 품고 있는 스펙트럼, 전자기파 스펙트럼에 대해 간단히 들여다보도록 하겠습니다.

전자기파 스펙트럼은 말 그대로, 전자기파를 펼쳐놓았다는 의미가 있어요.

전자기파는 파동이기 때문에 1초에 몇 번 진동하는지에 관한 값, 진동수를 가지게 되는데요.

같은 1초 동안 많이 진동하면 진동할수록, 에너지가 높은 전자기파고요.

적게 진동하면 진동할수록 에너지가 낮은 전자기파입니다.

그림을 통해 에너지가 낮은 전자기파부터 높은 전자기파 순으로 스펙트럼을 나열해보면 가장 에너지가 작은, 다시 말해 진동수가 가장 낮은 전자기파부터 장파, AM~FM 라디오파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, 엑스선, 감마선 순으로 나열됩니다.

여기서 중간 영역의 무지개처럼 표시되어있는 부분의 전자기파 영역을, 우리는 가시광선이라고 부릅니다.

단어 그대로 보이는 영역의 스펙트럼이라는 뜻이에요. 우리가 흔히 알고 있는 빛입니다.

가시광선에서 가장 에너지가 작은 지점은 700nm 근방의 붉은색 빛 영역이에요.

그런데 이 붉은빛보다도 더 에너지가 작은 이 영역을 '붉은색보다 더 바깥쪽 영역에 있다’고 해서 적외선이라고 부르는 것입니다.

적외선은 진동수가 낮은 만큼 파장이 길고 주로 열을 전달하는 특징을 가지고 있어서 열선이라고도 부릅니다.

이러한 특징 덕분에 적외선을 발생시키는 기계를 이용해 염증 부위에 가져다 놓게 되면 적외선이 피부를 뚫고 들어가 표피 안쪽까지 효과적으로 열을 전달해주게 되어 세포 이완을 통해 혈액순환을 돕게 됩니다.

이는 곧 면역력 향상으로 이어지기 때문에 감기를 치료하는 이비인후과는 물론 관절 염증이나 허리 통증을 완화 시키는 용도로 재활의학과, 통증 의학과에서도 볼 수 있어요.

눈에 보이는 전자기파를 우리 눈으로 볼 수 있다고 하여 가시광선이라고 부르는 것을 알 수 있듯이, 가시광선을 제외한 모든 전자기파는 인간의 눈으로 볼 수 없습니다. 그러한 이유로 적외선도 보이지 않죠.

적외선 치료기에서 보는 붉은 빛은 사실상 적외선이 아니고, 그 언저리에 있는 가시광선이죠. 다시 말해 적외선의 색깔은 볼 수 없습니다.

적외선은 의학 외에도 많은 곳에서 이용되고 있습니다. 빈의 변위법칙에 따르면 생명체가 가지고 있는 온도 부근에서 가장 많이 발생하는 전자기파가 바로 이 적외선인데요.

그러한 이유로 체온을 가지고 있는 동물이라면 체내에서 적외선을 방출한다는 특징을 가지고 있죠.

이렇게 방출된 적외선을 이미지화할 수 있는 적외선 센서를 이용하면 체온을 가지고 있는 생명체의 위치 및 온도의 분포를 시각화할 수 있습니다.

그런데 정말 놀라운 것은, 이러한 센서의 도움 없이도 적외선을 볼 수 있는 동물들이 지구에 존재한다는 것입니다!

대표적으로 방울뱀을 들 수 있습니다.

방울뱀은 적외선을 통해 사냥감을 찾아냅니다.

그러한 이유로 방울뱀 근처에 성냥불을 갖다 대면, 성냥불에서 나오는 적외선을 따라 추격해오는 방울뱀을 볼 수 있습니다.

인간이 감지하는 가시광선의 파장은 400~700nm인데요.

하지만 방울뱀은 그것에 10배에 달하는 넓은 범위의 적외선 파장, 약 5,000nm의 파장 영역까지 감지할 수 있다고 합니다.

방울뱀의 콧구멍 아래에는 수천 개의 열 수용체를 가진 '골레이 세포’라는 조직이 존재하는데요, 방울뱀은 바로 이 '골레이 세포’를 통해 사냥감의 위치를 감지합니다.

방울뱀이 적외선을 흡수하면 골레이 세포가 팽창하면서 전기가 발생 되고, 이 전기를 이용해 0.03초 내 주위에 동물이 있는지 없는지를 파악하는 것이죠.

또한, 적외선은 리모콘 앞에 있는 적외선 LED를 이용해 TV나 에어컨을 켜고 끌 수 있는 근거리 통신에 이용되기도 합니다.'

고속도로를 통과할 때 흔히 볼 수 있는 하이패스의 경우에도 RF 전파와 동시에 적외선을 활용해 정보를 주고받는 것이랍니다.

사실 적외선은 군사 목적으로도 많이 사용되는데요,

어두컴컴한 공간 속에서도 체온에 의해서 사방으로 적외선을 방출시키는 생명체의 특성을 이용해, 적외선 카메라를 이용하면 손쉽게 위치를 감지해낼 수 있습니다. 이는 현대 야간 전투에서 매우 중요한 능력이 될 수 있죠.

또한, 미사일을 유도할 수 있는 트래킹 시스템에도 이 적외선이 유용하게 쓰일 수 있답니다.

생각보다 여러 분야에서 적외선이 쓰이고 있죠? 우리의 눈으로 보이지 않아 쉽게 다가오지 않았던 전자기파, 적외선의 용도에 대해, 궁금한 S와 함께 알아보았습니다.

적외선에 대해 조금은 더 친숙하게 다가갈 수 있었던 유익한 시간이 되셨기를 바라면서, 궁금한 S는 이만 인사드리도록 하겠습니다.

과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 사이언스 투데이 페이스북에 댓글을 남겨주세요.

이상 <궁금한 S>였습니다!