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YAG:Dy와 YAG:Sm을 이용한 온도 측정

전문가 제언: ○ 일상생활이나 산업 활동에서 주로 사용되는 온도계는 대부분 접촉식 온도계이다. 유리온도계, 열전대 등이 이에 속한다. 한편 공항에서 승객들의 체온을 측정하거나 제철소에서 고온을 재는 데는 비접촉온도계인 적외선(IR)카메라와 광고온계를 이용한다.

○ 비접촉식 온도계는 원격측정이 가능하고 접촉면에서 생길 수 있는 여러 문제가 없으므로 편리한 반면에 측정정확도가 떨어지는 것이 흠이다. 그래서 제철소의 많은 공정에서 온도를 측정할 때 광고온계를 사용하지만 쇳물의 온도를 정확히 알아야하는 공정에서는 일회용 열전대를 직접 넣어 측정한다.

○ 이 논문에서 소개하는 인광온도측정법은 광섬유온도계의 일종이다. YAG(Yttrium Aluminium Garnet)에 희토류원소인 Dy, Sm 등을 첨가한 인광물질(phosphor)을 청색가시광선 다이오드 레이저로 여기시켜 생성되는 냉광(luminescence)스펙트럼을 이용하여 온도를 측정한다. 스펙트럼 중에 온도에 따라 변하는 피크와 일정한 강도를 유지하는 피크의 비를 비교하는 방법으로 응용범위가 넓어 1500K 이상까지도 가능하다. 측정오차는 936K에서 최고 40K 정도로 향상의 여지가 있다.

○ 표준 서모그래피(thermography)에서는 인광물질을 Nd:YAG 레이저로 355㎚나 266㎚에서 여기시키는 방법이 사용된다. 이 논문에서는 405㎚ 다이오드 레이저를 사용하였는데 광원이 비교적 염가이고 안전성 측면에서 유리하다. 여기서 개발된 기술이 다양한 원격온도측정에 응용될 가능성 크다.

○ 인광온도측정법이 자동차 엔진과 같은 내연기관 개발에 집중적으로 이용되고 액체와 기체 내의 온도측정에도 응용되지만 이 분야의 국내 연구는 미미한 수준이라고 판단된다. 반도체 칩 제조공정이나 생명공학은 물론이고 태양전지와 같이 실제온도를 측정하기 어려운 환경에서 장점을 가지므로 특히 공학 분야에서 활발한 기초연구가 수행될 수 있기를 기대한다.

저자: A Hashemi, et al.
자료유형: 니즈학술정보