일본산업뉴스요약

Nihon Dempa, 위성 가스계측 센서 개발
가스발생이 적은 안전한 위성용 재료 선별

전자부품 기업인 Nihon Dempa Kogyo(日本電波工業)는 우주항공연구개발기구(JAXA)와 공동으로, 위성 가스 발생을 고정밀도로 계측할 수 있는 센서를 개발하였다. 한난(寒暖) 차이가 심한 우주환경 하에서는 위성에 사용하는 플라스틱 부재에서 미량의 가스가 발생, 그 가스가 다른 부재에 부착하여 성능에 악영향을 미치는 경우가 있다. 가스 발생이 적은 안전한 재료의 선별에 센서를 사용한다. 반도체 분야 등 일반 산업용으로도 응용할 수 있을 것으로 보고 있다.

Nihon Dempa와 JAXA가 개발한 센서는 수정진동자를 사용하여 가스 발생을 계측하는 것이다. 수정진동자는 전압을 가하면 일정한 진동으로 떨리는 성질이 있다. 가스가 전극에 부착하면서 미량이지만 질량이 변하면 주파수가 변화하는 특성을 이용한다.

진공환경 하에 검사할 재료는 두고, 섭씨 영하 193도에서 영상 125도의 범위에서 온도를 변화시킨다. 센서에는 하나의 수정진동자 위에 2개의 전극을 두고, 한 쪽에 덮개를 씌운다. 검사할 대상에서 기체가 발생하고, 전극에 부착하면 진동파의 주파수가 변화한다. 덮개를 씌워 기체의 부착을 방지한 전극이 있는 부분과의 주파수 차이를 산출함으로써, 가스가 어느 온도에서 얼마 정도 발생하는지 알 수 있다.

지금까지는 하나의 수정진동자 위에 전극을 2개 배치하는 것은 어려웠다. 이 때문에 2개의 센서를 계측용과 기준용으로 나누는 방식이 주류였지만, 수정진동자는 같은 제조 공정에서도 주위의 기압 차이 등에 영향을 받아, 두께나 특성이 미세하게 변한다. 계측 결과가 안정적이지 못하고, 충분히 역할을 담당하지 못하는 면이 있다.

Nihon Dempa는 회로 설계나 전극의 모양을 연구함으로써, 하나의 센서 상에서 계측할 수 있는 기술을 세계에서 처음으로 개발하였다. 액체를 계측하는 센서로 축적한 기술을 응용했다고 한다. 동일한 수정진동자를 사용하기 때문에, 각 부품의 특성 차이가 없고 고정밀도로 측정할 수 있게 되어, 우주공간에서 이용하는 재료의 선정에 활용할 수 있게 되었다.

우주공간에 떠 있는 인공위성은, 태양광이 직접 닿는 부분의 온도는 100도 이상 상승하는 한편, 그늘이 지는 반대측은 영하 200도 근처까지 떨어진다. 진공환경 하에서 고온이 되면 플라스틱 등의 수지 재료나 부재에 사용하는 접착제 등에서「Outgas」라고 불리는 가스가 발생한다. 아웃가스가 저온 부분에 도착하면, 컵의 물이 결로하는 것처럼 인공위성에 부착한다.

부착한 아웃가스는 인공위성의 성능을 저하시키는 요인이 된다. 지구를 비추는 망원경 렌즈 표면에 붙어 해상도를 저하시키거나, 태양광 패널의 발전 효율을 저하시키거나 한다.

근년에는 위성 발사 비용 삭감을 위해 가벼운 플라스틱을 위성재료로 이용하는 움직임이 확산되면서, 아웃가스가 주는 영향이 문제가 되고 있다. 그 때문에 가능한 한 아웃가스를 발생시키지 않는 재료를 발견하는 수단이 필요해졌다.

Nihon Dempa는 JAXA와 개발한 기술을 반도체 제조의 일부 공정이나, 2차 배터리 개발에서 사용하는 센서에도 응용할 수 있을 것으로 본다. 2017년도 안에 일반 산업용 제조도 투입한다는 계획이다.

● 가스계측 센서
수정진동자는 물질에서 나오는 기체 발생을 계측하는 센서로서, 지금까지도 많이 사용되고 있다. 아웃가스의 부착이나 발생을 계측하는 센서의 경우는 미국에서 만든 제품이 주류다. 그러나 2개의 수정진동자를 사용하는 방식이기 때문에, 동일한 종류의 센서를 동일한 환경에서 사용해도 수정의 성질이 다르면 미묘하게 주파수가 바뀌는 경우가 있어 정확한 판단이 어려웠다. 기체뿐 아니라 액체를 대상으로 계측하여, 종류를 특정하는 센서로서도 수정진동자는 사용되고 있다.

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