KR0161789B1

KR0161789B1 - 광 변조형 센서 및 이를 이용한 공정 계기화 장치

Info

Publication number: KR0161789B1
Application number: KR1019950057914A
Authority: KR
Inventors: 마사아끼 요다; 타쓰유끼 마에까와; 시게루 쓰쓰끼; 노부아끼 오오노
Original assignee: 사또 후미오; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1999-03-30
Also published as: JP3577349B2; FR2728678A1; FR2728678B1; JPH08184787A; US5698847A; KR960024300A

Abstract

광 변조형 센서는 광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며 상기 편광자로부터의 직선 편광이 도입되는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator); 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer); 및 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비하고 있다.

상기한 구조의 센서를 사용하는 공정 계기화 장치는 광원으로부터의 광을 광 변조형 센서로 전달하는 광섬유; 동작상 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 압전 발진기의 발진 주파수로 세기 변조된(intensity modulated) 투과광(transmitted light)을 전기 신호를 변환하는 압전 변환기; 및 압전 변환기로부터의 출력 신호의 주파수에 근거하여 공정량(process quantity)을 획득하는 신호 처리 장치를 더 구비하고 있다.

Description

광 변조형 센서 및 이를 이용한 공정 계기화 장치

제1도는 본 발명의 광 변조형 센서의 실시예 1을 도시한 블럭선도.

제2도는 실시예 1의 광 변조형 센서로의 입사광의 시간에 따른 세기 변화를 도시한 도면.

제3도는 광 변조형 센서로부터의 출력광의 시간에 따른 세기 변화를 도시한 도면.

제4도는 본 발명의 광 변조형 센서의 실시예 2를 도시한 블럭선도.

제5도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 1을 도시한 블럭선도.

제6도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 2를 도시한 블럭선도.

제7도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 3을 도시한 블럭선도.

제8도는 제7도의 공정 계기화 장치의 구조를 도시한 블럭선도.

제9도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 4를 도시한 블럭선도.

제10도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 5를 도시한 블럭선도.

제11도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 6를 도시한 블럭선도.

제12도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 7를 도시한 블럭선도.

제13도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 8를 도시한 블럭선도.

제14도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 실시예 9를 도시한 블럭선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광 변조형 센서 2 : 압전 발진기

4 : 발진 회로 5, 22, 33 : 광섬유

6 : 입력 집광 렌즈 7 : 편광자

8 : 1/4 파장판 9 : 검광자

10 : 출력 집광 렌즈 11 : 하프 미러

20, 23 : 발광 다이오드 21, 34 : 티형 결합기

24 : 광전 변환기 25 : 전류-주파수 변환기

26, 31 : 센서 27, 32 : 신호 처리 장치

35 : 컴퓨터 네트워크 36 : 프로세스 컴퓨터

37 : 데이타 표시 장치 38 : 스타 결합기

39, 40 : 광원 41 : 광전 변환 회로

42 : 주파수 분리 회로 43 : 변환 보정 계수 테이블

44 : 데이타 변환 회로 45 : 출력 인터페이스 회로

본 발명은 제조 플랜트 및/또는 전력 플랜트 등의 플랜트에서 온도 및/또는 압력을 측정하기 위한 공정 계기화(process instrumentation)에서 사용하기 위한 광 변조형 센서에 관한 것이며, 또한 이러한 센서를 사용하는 공정 계기화 장치(process instrumentation appatatus)에 관한 것이다.

열전쌍 및 압전 소자 등의 센서는 일반적으로 제조 플랜트 또는 전력 플랜트 등의 플랜트에서 온도, 압력 등을 측정하기 위한 공정 계기화를 위해 사용된다. 이러한 센서들은 대부분 표준화되어 있어 4 내지 20mA 범위에 있는 전류를 출력하며, 각각의 출력은 전기 케이블을 거쳐 센서별로 그에 대응하는 신호 처리 장치로 전도된다.

센서 출력은 센서별로 신호 처리 장치에 주어지기 때문에, 센서가 많을수록 사용하는 케이블의 수도 많아지게 된다. 따라서, 케이블의 운전 및 유지 보수가 어렵게 되고, 신호 전달 케이블에 대한 노이즈의 영향도 점점 문제로 되고 있다.

광섬유는 신호 전달에 있어서 고속 데이타 율 및 우수한 노이즈 면역성을 제공하며, 플랜트에서 정보 전달 매체로서 광섬유를 사용하기 시작하고 있다.

본 발명의 주된 목적은 종래 기술에서 봉착하게 되는 결점 또는 단점들을 제거하고, 광섬유 수단을 사용하는 다중 전송 시스템에 적합한 광 변조형 센서 및 이 광 변조형 센서를 구비하여 접속 케이블의 수를 줄이고 노이즈 면역 성능을 개선할 수 있는 공정 계기화 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적 및 다른 목적은 본 발명의 한 특징에 따르면, 광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer); 발진 회로를 가지고 있으며 편광자로부터의 직선 편광이 도입되는 투과성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator); 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer); 및 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 광 변조형 센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.

광 변조형 센서는 또한 평광자와 검광자 사이에 배치된 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 압전 발진기를 더 구비할 수도 있으며, 편광자와 압전 발진기 사이에 배치되어 편광자로부터의 직선 편광을 원 편광시키는(circularly polarizing) 파장판(wavelength plate)도 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer); 발진 회로를 가지고 있으며 한쪽에는 투과 표면을 가지고 다른쪽에는 반사 표면을 갖는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator); 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer); 및 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 광 변조형 센서가 제공된다.

이 광 변조형 센서는 또한 압전 발진기의 광 입력측에 배치되고 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 투광성 압전 발진기를 더 구비할 수도 있으며, 편광자와 압전 발진기 사이에 배치되어 편광자로부터의 직선 편광을 원 편광시키는 파장판을 구비할 수도 있다.

광원은 편광면을 보유하는 편광면 보유 화이버(polarization plane retaining fiber)를 통해 압전 발진기로 직선 편광된 레이저 광을 방출하는 레이저 광원이다.

본 발명에 따르면, 상기 정의한 구조의 광 변조형 센서; 광원으로부터의 광을 광 변조형 센서로 전달하는 광섬유; 동작상 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 압전 발진기의 발진 주파수로 세기 변조된(intensity modulated) 투과광(transmitted light)을 전기 신호를 변환하는 압전 변환기; 및 압전 변환기로부터의 출력 신호의 주파수에 근거하여 공정량(process quanitity)을 획득하는 신호 처리 장치를 구비한 공정 계기화 장치가 제공된다.

이 공정 계기화 장치는 또한 광섬유에 제공된 복수의 티형 결합기(tee coupler)를 더 구비할 수 있으며, 복수의 광 변조형 센서는 서로 평행하게 배치되어 있고 동작상 티형 결합기에 접속되어 광 변조형 센서로부터의 출력이 중첩하도록 되어 있다. 서로 다늘 발진 주파수를 갖는 복수의 광 변조형 센서는 직렬로 접속되어 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 정의된 구조의 광 변조형 센서; 광원으로부터의 광을 광 변조형 센서로 전달하는 광섬유; 동작상 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 투과광 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기(photoelectric converter); 및 동작상 광전 변환기에 접속되어 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 변환기로부터의 전기 신호의 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 공정 계기화 장치가 제공된다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 각각이 상기 정의한 구조를 갖는 복수의 광 변조형 센서; 각각의 센서로부터의 출력 광 신호를 다중화하여 전달하는 광섬유; 동작상 광섬유를 통해 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 투과광 신호를 서로 다른 주파수를 갖는 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 동작상 광전 변환기에 접속되어 주파수의 차이에 따라 공정량을 분리하는 주파수 분리 회로(frequency separation circuit); 및 동작상 광전 변환기에 접속되어 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 공정 계기화 장치가 제공된다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 광을 방출하는 광원; 광원에 접속된 광-피드 광섬유(light-feed optical fiber); 상기 정의된 구조의 광 변조형 센서; 광 변조형 센서로부터의 광신호를 전달하는 광-수신 광섬유(light-receive optical fiber); 동작상 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 광-수신 광섬유를 통해 투과광 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 및 동작상 광전 변환기에 접속되어 광전 변화기로부터 출력된 전기 신호를 변환기로부터의 전기 신호의 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 공정 계기화 장치가 제공된다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 광을 방출하는 광원; 광원에 접속된 광-피드 광섬유(light-feed optical fiber); 각각이 상기 정의된 구조를 갖는 복수의 광 변조형 센서; 각각의 센서로부터의 출력 광신호를 다중화하여 전달하는 광-수신 광섬유(light-receive optical fiber); 동작상 광-수신 광섬유를 통해 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 투과광 신호를 서로 다른 주파수를 갖는 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 동작상 광전 변환기에 접속되어 주파수의 차이에 따라 공정량을 분리하는 주파수 분리 회로; 및 동작상 광전 변환기에 접속되어 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 공정 계기화 장치가 제공된다.

이러한 특징에 있어서, 광 변조형 센서는 광-피드 광섬유 및 상기 광-수신 광섬유를 통해 서로 병렬로 접속되어 있거나, 또는 광 변조형 센서는 광 도파관 결합기(optical waveguide coupler)가 제공되어 있는 광-피드 광섬유를 통해 그의 양단에서 서로 병렬로 배치되어 있다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 외부 광원; 광원으로부터의 광을 전달하는 광섬유; 각각이 광섬유를 통해 광이 입력된 다음에 공정량에 따라 자연 범위(natural range)로 세기 변조되고 광신호가 센서로부터 반사되어 발생되는 복수의 반사 광 변조형 센서(reflection-optical-modulation-type sensor); 동작상 반사 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 투과광 신호를 서로 다른 주파수를 갖는 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 및 광섬유에 제공되어 반사 광 변조형 센서로부터의 광신호를 분리시켜 이들을 광전 변환기로 안내하도록 되어 있는 광 분기 회로(optical branching circuit)를 구비한 공정 계기화 장치가 제공된다.

이 특징에 있어서, 반사 광 변조형 센서는 광 도파관 결합기가 제공된 광섬유를 통해 그의 양단에서 서로 병렬로 배치되어 있다.

공정량은 데이타 변환 회로에 접속된 출력 회로를 통해 전송될 수도 있다.

상기 구조의 광 변조형 센서에 따르면, 광원으로부터의 광은 입력 집광 렌즈를 통해 평행광으로 변화되고 편광자에 의해 직선 편광된다. 전압이 공급되면, 압전 발진기는 발진하여 출력광으로서 응력(strain) 및 전계(electric field)로 인한 타원 편광(elliptically polarized light)을 발생한다. 검광자는 타원 편광을 직선 편광으로 픽업(pick up)하여 압전 발진기의 발진 주파수에 응답하여 광세기 변조를 행한다. 광은 압전 발진기로 들어가기 이전에 파장판에 의해 원 편광될 수도 있다.

서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 압전 발진기는 편광자(또는 파장판)와 검광자 사이에 배치되어 있다. 이와같이, 온도 및 압력 등의 서로 다른 공정량이 동시에 측정된다.

발진 회로를 갖는 투광성 압전 발진기는 그 한쪽에 투과 표면을 가지고 다른쪽에는 반사 표면을 가진다. 이와같이, 입사광은 투과 표면을 통해 들어가 다른쪽에 있는 반사 표면에 반사되어 투과 표면을 통해 밖으로 나오게 된다. 그 결과, 광은 단순히 통과할 때보다도 2배의 거리를 압전 발진기를 통해 진행하게 된다. 이와같이, 광은 두번 세기 변조되고, 신호 처리시에 주파수 성분의 측정이 더 쉬워진다.

서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 투광성 압전 발진기는 압전 발진기의 광 입력측에 배치되어 있다. 이같은 배치의 결과 복수의 공정량을 측정할 수 있는 복합 센서(composite sensor)가 된다.

광 변조형 센서에 있어서, 광원은 직선 편광된 레이저 광을 방출하는 레이저 광원이며, 편광면을 보유하는 편광면 보유 화이버는 레이저광을 압전 발진기로 전달한다. 이같은 배치에서, 다른 경우에는 편광자에 의해 주어지는 직선 편광이 직접 레이저 광원으로부터 안내되기 때문에 편광자가 필요없게 된다.

상기 구조의 공정 계기화 장치에 따르면, 광원으로부터의 광은 광섬유로부터 상기 구조의 광 변조형 센서로 전달된다. 압전 변환기는 센서의 압전 발진기의 발진 주파수로 세기 변조된 투과광을 전기 신호로 변환하고, 신호 처릴 장치는 광전 변환기로부터의 출력 신호의 주파수에 근거하여 온도 또는 압력 등의 공정량을 획득하게 된다. 각각이 센서와 센서별로 해당 신호 처리 장치 사이에 있는 케이블의 수가 감소되고 노이즈 면역성이 개선된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 공정 계기화 장치는 광섬유를 분리시키는 티형 결합기 및 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 광 변조형 센서를 구비할 수도 있다. 센서는 병렬로 접속되어 있으며, 복수의 광 변조형 센서로부터의 출력은 중첩하게 된다. 이와같이, 다중 주파수, 다중 포인트 측정 시스템(multi-frequency, multi-point measurement system)을 실현할 수 있다.

공정 계기화 장치는 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 광 변조형 센서를 구비하고 있으며, 이들 센서는 직렬로 배치되어 있다. 이같은 배치에 있어서는, 티형 결합기가 필요없게 되어 광섬유의 길이를 단축시킬 수 있다.

상기 다른 구조의 공정 계기화 장치에 따르면, 이하의 기능 및 효과가 제공된다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 센서는 공정량을 자연 범위를 갖는 주파수 신호로 변환한 다음에 이를 광신호로서 출력하는 역할을 하며, 광신호는 광섬유를 통해 광전 변환 회로로 전달되어 전기 신호로 변환된다. 데이타 변환 회로에서는, 전기 신호를 변환 정정 데이타에 응답하여 처리하여 전기 신호의 주파수로부터 공정량을 환산함으로써 공정량을 얻게 된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 센서가 배치되어 있으며, 이들 센서로부터의 광신호는 다중화되어 광섬유를 통해 광전 변환 회로로 전달된다. 광전 변환 회로로부터의 다중화된 전기 신호는 주파수의 차이에 따라 주파수 분리 회로에 의해 분리된다. 이와같이 얻은 전기 신호는 그 다음에 상기한 바와 같이 처리됨으로써 공정량을 얻게 된다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 외부 광원으로부터의 광은 광-피드 광섬유를 통해 센서로 전달되고, 센서에서 이 광은 공정량에 따라 세기 변조된 다음에 광-수신 광섬유를 통해 광전 변환 회로로 전달된다. 이와같이 얻은 전기 신호는 그 다음에 상기한 방식으로 처리되어 공정량을 얻게 된다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 복수의 센서가 배치되어 있고, 이들 센서로부터의 광신호는 다중화되어 광-수신 광섬유를 통해 광전 변환 회로로 전달된다. 광전 변환 회로로부터의 다중화된 전기 신호는 주파수의 차이에 따라 주파수 분리 회로에 의해 분리된다. 이와같이 분리된 전기 신호는 변환 정정 데이타에 응답하여 데이타 변환 회로에서 처리되어 공정량을 얻게 된다.

상기한 특징에 있어서, 복수의 센서는 광-피드 및 광-수신 광섬유로부터 분기되는 방식으로 서로 병렬로 배치될 수도 있다.

이 배치에서, 센서들은 광-피드 및 광-수신 광섬유에 제공된 광 도파관 결합기를 통해 그 양단에 서로 병렬로 배치되어 있다. 이와같은 배치는 센서의 중앙 집중 배치(centralized arrangement)에 적합하다.

반사 광 변조형 센서의 배치에 있어서, 외부 광원으로부터의 광은 광섬유를 통하여 센서로 입력되고 공정량에 따라 세기 변조된다. 이같이 변조된 광신호는 센서에서 반사되어 또다시 광섬유를 통하여 전달된다. 이 반사광은 광 분기 회로를 통해 광원으로 되돌아가지 않고 광전 변환 회로로 안내된다. 그 후에, 이같이 얻은 전기 신호는 상기한 방식으로 처리되어 공정량을 얻게 된다. 이같은 배치에 따르면, 광 피드 및 광 수신에 단지 하나의 광섬유만이 필요하게 되어 유익하다.

반사형 센서는 광 도파관 결합기를 통해 광섬유에 접속되고, 각 센서로부터의 신호는 광 도파관 결합기를 통해 데이타 변환 회로로 전달된다.

센서에 의해 검출된 공정량은 데이타 변환 회로에 접속된 출력 회로를 통해 출력된다.

본 발명의 다른 성질 및 특성은 첨부한 도면을 참조하여 기술한 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 된다.

이제, 도면을 참조하면서 본 발명의 양호한 실시예에 대해 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 광 변조형 센서의 실시예 1을 도시한 블럭선도이다. 제1도에 도시된 바와 같이, 광 변조형 센서(1)는 일반적으로 수정 또는 리튬 리오베이트(lithium niobate)(LiNbO3)로 이루어진 압전 발진기(2)를 구비하고 있다. 그의 자연 발진 주파수는 온도 및 압력에 따라 변하며, 이와같이 온도 또는 압력은 그의 자연 발진 주파수를 측정함으로써 측정된다. 압전 발진기(2)는 또한 정확성(accuracy)이 높고 반복성(repeatability)이 우수하다. 수정은 광탄성 소자(photo-elastic element)로서, 그를 통한 투과광을 결정의 굴절율(refractive index)이 압력하에서 일어나는 응력 변형(stress-strain)에 따라 변하는 광탄성 효과에 근거하여 위상 변조 또는 세기 변조를 할 수 있다. 리튬-니오베이트는 광탄성 효과 이외에도, 굴절율이 인가된 전계에 따라 변하는 포켈스 효과(Pockels effect)를 나타내며, 그들 통한 투과광의 위상 변조 또는 세기 변조를 할 수 있다.

압전 발진기(2)의 표면은 광학적으로 연마된 다음에 투명 전극을 압전 발진기(2)의 연마된 표면에 배치하여 그들 통해 광이 통과하게 된다. 배터리(3)으로 구동되는 발진 회로(4)는 압전 발진기(2)에 장착되어 있다.

압전 발진기(2)의 광 입력측에는, 광을 모아서 이를 평행광으로 변화시키는 입력 집광 렌즈(6), 렌즈(6)으로부터의 평행광을 직선 편광시키는 편광자(7), 및 편광자(7)로부터의 직선 편광을 원 편광시키는 1/4 파장판(8)이 압전 발진기(2)로부터 상기 순서로 배치되어 있다. 압전 발진기(2)의 광 출력측에는, 압전 발진기(2)로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(9) 및 검광자(9)로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(10)이 압전 발진기(2)로 부터 상기 순서로 배치되어 있다. 렌즈(10)에 의해 집속된 광은 광섬유(5b)를 거쳐 신호 처리 장치(도시안됨)로 안내된다.

본 실시예의 동작은 이하와 같다.

광섬유(5a)를 통해 투과광은 렌즈(6)에 의해 평행광으로 변하게 되고, 편광자(7)에 의해 직선 편광되며, 압전 발진기(2)에 들어가기 이전에 1/4 파장판(8)에 의해 원 편광된다. 압전 발진기(2)는 전압이 공급되면 발진을 하여 응력 및 전계로 인한 타원 편광을 출력한다. 검광자(9)는 타원 편광을 직선 편광으로 픽업하고, 이와같이 압전 발진기(2)의 발진 주파수에 따른 광 세기 변조가 행해진다. 그 결과, 광은 렌즈(10)에 의해 접속된 다음에 광섬유(5b)를 거쳐 신호 처리 장치로 전달된다.

제2도는 광 변조형 센서(1)로의 입사광의 시간에 따른 세기 변화를 도시하고 있다. 제3도는 광 변조형 센서(1)로부터의 출력광의 시간에 따른 세기 변화를 도시하고 있다. 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이, 압전 발진기(2)는 일정 세기의 입력광이 공급되면 발진 주파수 f로 세기 변조된 출력광을 내게 된다. 측정할 양의 변화, 즉 온도 또는 압력의 변화는 그에 따라 발진 주파수 f를 변하게 한다. 신호 처리 장치는 출력광으로부터 발진 주파수 f를 감지하여 이를 온도 또는 압력값으로 변환한다. 광 변조형 센서(1)는 온도 또는 압력 등의 측정할 양의 변화를 측정할 양에 적합한 효과적인 방식으로 압전 발진기(2)로 전달하는 메카니즘을 구비하고 있다.

본 실시예에서, 광 변조형 센서(1)는 광섬유를 통해 투과광을 직접 세기 변조할 수 있다.

상기 실시예에서, 전체 동작 범위를 포함하는 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 압전 발진기(2)가 1/4 파장판(8)과 검광자(9) 사이에 장착되어 있는 경우, 온도 및 압력 등의 서로 다른 공정량을 동시에 측정하게 된다. 게다가, 이 배치에서는, 복수의 압전 발진기(2) 사이의 주파수 차이를 선형성의 정정 수단(correction means in linearity)으로 사용할 수도 있다. 이 경우에, 서로 다른 발진 주파수를 갖는 압전 발진기(2)에 의해 광을 변조하는 경우, 복수의 주파수 성분을 중첩시켜 전달하게 된다. 이들 주파수 성분을 신호 처리 장치에서 분리될 수도 있으며 따라서 다중 주파수 복합 센서를 실현할 수 있다.

제4도는 본 발명의 광 변조형 센서의 실시예 2를 도시한 블럭선도이다. 제4도에서, 제1도의 실시예 1과 관련하여 기술된 것과 동등한 구성 요소는 동일한 참조번호로 표시되어 있다. 제4도에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서의 광 변조형 센서(1a)내의 압전 발진기(2)는 광학적으로 연마되어 있다. 투명 전극이 압전 발진기(2)의 한쪽 표면에 배치되어 투광성 표면을 형성하고 있고, 은(silver)은 압전 발진기(2)의 다른쪽 표면에 배치되어 반사 표면을 형성하고 있다. 하프 미러(11)는 압전 발진기(2)와 1/4 파장판(8) 사이에 배치되어 있다.

상기 배열에서, 렌즈(6), 편광자(7), 1/4 파장판(8), 및 하프 미러(11)을 통과한 광은 압전 발진기(2)에 의해 반사된다. 이 반사광은 하프 미러(11)에 의해 입사광에 대해 직각으로 반사된 다음 검광자(9)로 향하게 된다.

본 실시예에 따르면, 투명 전극은 압전 발진기(2)의 한쪽 표면에 배치되어 투과 표면을 형성하며, 압전 발진기(2)의 다른쪽 표면에는 은이 배치되어 있다. 입사광은 투과 표면을 통해 들어가 반대쪽의 반사 표면으로부터 반사된다. 이와같이, 광은 압전 발진기(2)에서 한번 왕복 진행(travel back and forth)한 후에 출력된다. 그 결과, 광은 단순히 통과하는 것보다 2배의 거리를 압전 발진기(2)를 통해 진행하기 되며, 따라서, 세기 변조 효과가 배가된다. 이와같은 배열로 인해 신호 처리에 있어서 주파수 성분의 검출이 용이하게 된다.

본 실시예에 있어서, 반사각은 입사각을 반사 표면에 비스듬하게 함으로써 입사각과 다르게 설정할 수도 있다. 게다가, 본 실시예에서는, 서로 다른 발진 주파수를 가지며 각 발진기의 양 표면이 투명한 복수의 압전 발진기가 압전 발진기(2)와 하프 미러(11) 사이에, 즉 압전 발진기(2)의 광 입력측에 배치되어 있다. 이와같이 배치함으로써 복수의 공정량을 검출할 수 있는 복합 센서가 제공된다. 모든 투과광은 압전 발진기(2)를 한번 왕복 진행(travel back and forth)할 수 있도록 되어 있어 세기 변조의 효과가 배가된다.

게다가, 하프 미러(11)을 사용하지 않고 광 피드 수단으로서 광을 피드하는데 사용하는 광섬유(5a)에 반사광을 다시 투사하는 것이 가능하다.

실시예 1 및 2에서, 직선 편광된 레이저 광을 직접 방출하는 레이저 광원을 광원으로서 사용할 수도 있으며, 편광면을 보유하는 편광면 보유 화이버를 사용하여 레이저 광을 직접 압전 발진기(2)로 안내할 수도 있다. 이와같이, 편광자(7)이 필요없게 될 수도 있다.

게다가, 실시예 1 및 2에서, 광섬유(5a)로부터의 입력광의 일부가 태양 전지 등의 광전 변환 소자로 향할 수도 있으며, 광전 변환 소자는 전력을 발진 회로(4)에 피드할 수도 있다. 이와같이 배터리(3)이 없어도 된다. CMOS(상보형 금속 산화물 반도체) 디바이스의 발진 회로(4)를 구성함으로써 전력 소모를 줄이게 된다.

상기한 바와 같이, 실시예 1의 광 변조형 센서는 광원으로부터의 광을 모으기 위한 입력 집광 렌즈, 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키기 위한 편광자, 편광자로부터의 직선 편광을 원 편광시키기 위한 파장판, 발진 회로를 가지고 있으며 파장판으로부터 원 편광을 도입받는 투광성 압전 발진기, 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자, 및 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키기 위한 출력 집광 렌즈를 구비하고 있다. 이와같이 광섬유를 통하여 투과광은 직접적으로 세기 변조되어 있다.

제2실시예의 광 변조형 센서에 따르면, 발진 회로를 갖는 복수의 압전 발진기를 구비하고 있다. 이와같이, 온도 및 압력 등의 공정량을 동시에 측정하게 된다.

광 변조형 센서는 파장판과 검광자 사이에 배치된 서로 다른 주파수를 갖는 투광성 압전 발진기는 그 한쪽에 투과 표면을 가지고 다른쪽에는 반사 표면을 갖는다. 이와같이, 입사광은 투과 표면을 통해 들어가서 다른쪽의 반사 표면에서 반사되어 투과 표면을 통해 밖으로 나간다. 그 결과, 광은 광이 단지 통과하는 것보다 2배의 거리를 압전 발진기를 통해 진행하게 된다. 이와같이, 광은 두번 세기 변조되며, 신호처리에서 주파수의 측정이 더 용이하게 된다. 본 실시예의 광 변조형 센서에 따르면, 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 투광성 압전 발진기를 압전 발진기의 광 입력측에 배치되어 있다. 이와같이 배치되어 있기 때문에, 복수의 공정량을 측정할 수 있는 복합 센서가 만들어진다.

상기한 특성을 갖는 광 변조형 센서에 따르면, 광원은 직선 편광된 레이저 광을 방출하는 레이저 광원이며, 편광면을 보유하는 편광면 보유 화이버는 레이저 광을 압전 발진기로 전달한다. 이와같은 배열에서, 다른 경우에 편광자에 의해 주어지는 직선 편광이 레이저 광원으로부터 직접 안내되기 때문에 편광자가 필요없게 된다.

제5도는 본 발명의 다른 특징에 따른 공정 계기화 장치의 실시예 1을 나타내는 블럭선도이다. 광 변조형 센서(1)는 제1도에 도시된 바와 같이 설계되어 있으며, 온도 또는 압력 측정을 위해 수정 발진기를 사용하고 있다. 발광 다이오드(20)은 일정 세기의 광을 제공하는 광원으로 사용된다. 발광 다이오드(20)은 광섬유 결합기 등의 직렬로 접속된 복수의 티형 결합기(21)에 접속되어 있다. 복수의 광 변조형 센서(1)는 각각의 센서(1)의 한쪽 단부가 다중 모드 광섬유(multi-mode optical fiber)(22)를 통해 대응하는 티형 결합기(21)에 접속되는 방식으로 병렬 접속(사다리형 네트워크(ladder network))으로 접속되어 있다.

복수의 센서(1)의 각각의 다른쪽 단부는 다중 모드 광섬유(22)를 통해 그의 각각의 광섬유 결합기(21)에 접속되어 있다. 이와같이, 복수의 센서(1)로부터의 광은 각각의 티형 결합기(21)에서 중첩된다. 다중 모드 광섬유(22)는 발광 다이오드(23)으로부터의 광섬유와 광전 변환기로서의 광전 변환 소자(24)로부터의 다른 광섬유가 만나는 다른 결합기(21)에서 결합되어 있다. 광전 변환 소자(24)는 센서(1)의 압전 발진기의 발진 주파수로 세기 변조된 투과광을 전기 신호로 변환한다. 발광 다이오드(23)은 전류-주파수 변환기(25) 및 종래 기술의 프로세서 센서(26)에 접속되어 있다. 광전 변환 소자(24)는 신호 처리 장치(27)에 접속되어 있다.

본 실시예의 동작은 이하에 기술하기로 한다.

발광 다이오드(20)에 의해 주어진 광은 티형 결합기(21)로 분기하여 그들 각각의 다중 모드 광섬유(22)를 통해 센서(1)에 도달한다. 센서는 주파수 범위가 서로 중첩하지 않는 서로 다른 발진 주파수를 갖는 각각의 수정을 사용한다. 각 센서(1)은 온도 및 압력 등의 각 공정량 또는 변수에 적합한 주파수 범위내에서 세기 변조를 행한다. 일정 세기의 입사광은 수정의 발진 주파수에 응답하여 펄스 전류(pulsating current)로 변환된다.

복수의 센서(1)로부터의 출력광은 티형 결합기(21)를 통해 중첩된 다음에, 다중 모드 광섬유(22)를 거쳐 광전 변환 소자(24)로 안내된다. 이 출력광 전달 다중 모드 광섬유(22)는 또한 프로세스 센서(26)의 전류 출력을 주파수 신호로 변환하는 전류-주파수 변환기(25)의 출력 주파수 신호에 의해 구동되는 발광 다이오드(23)의 출력을 수신한다.

광전 변환 소자(24)의 출력 신호는 분리되어 신호 처리 장치(27)에 의해 주파수별로 복조된다. 주파수와 공정량 사이의 소정의 관계식을 참조하여, 온도 또는 압력을 산출하게 된다. 센서(1)의 발진 회로(4)는 배터리(3)에 의해 동작되기 때문에, 전력 케이블이 필요없으며 센서는 다른 외부 시스템과 전기적으로 완전히 격리되어 있다.

본 실시예에 따르면, 센서와 종래 기술의 신호 처리 장치 사이에 있는 케이블은 2개의 광섬유, 하나의 입력 수단 및 다른 출력 수단으로 대체되며, 따라서 케이블의 수가 감소되고 노이즈 면역성도 향상된다. 복수의 광 변조형 센서(1)의 출력이 중첩되기 때문에, 다중 주파수, 다중 포인트 측정 시스템을 실현할 수 있게 된다.

제6도는 본 발명에 따른 공정 계기화 장치의 실시예 2를 나타내는 블럭선도이다. 제6도에서, 공정 계기화 장치의 실시예 1을 참조하여 기술된 것과 동등한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 표시되어 있다. 본 실시예의 공정 계기화 장치는 제6도에 도시된 바와 같이 티형 결합기를 사용하지 않고 센서들 사이의 입출력 다중 모드 섬유를 거쳐 직렬 접속으로 접속된 서로 다른 발진 주파수를 갖는 4개의 광 변조형 센서(1)로 구성되어 있다. 광전 변환기로서의 광전 변환 소자(24)는 다중 모드 광섬유(22)를 통해 마지막 단의 센서(1)에 접속되어 있다. 신호 처리 장치(27)은 광전 변환 소자(24)에 접속되어 있다.

센서(1)로부터의 출력광은 직선 편광되어 있지만, 그 편광면은 다중 모드 광섬유(22)를 통한 전달 중에 랜덤하게 되고(randomized), 그 다음에 후속단의 센서(1)로 도입된다. 본 실시예에서는 복수의 센서(1)이 다중 모드 광섬유(22)를 통해 직렬로 접속되어 있기 때문에, 티형 결합기가 필요없게 된다. 공정 계기화 장치의 실시예 1과 비교하여, 다중 모드 광섬유(22)의 전체 길이를 더 단축시킬 수 있게 된다. 본 실시예의 나머지 구성 및 그 잇점들은 실시예 1과 다르지 않으며 그 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 센서(1)은 직선 편광 레이저를 방출하는 레이저 광원을 포함할 수도 있으며, 편광면을 보유하는 편광면 보유 화이버를 사용할 수도 있다. 이와같은 배열에서, 편광면 보유 화이버는 이미 직선 편광된 광을 입력광으로서 후속단의 센서(1)에 전달하며, 따라서 모든 검광자가 모든 센서(1)로부터 제거될 수도 있다.

공정 계기화 장치의 실시예 1 및 2에 따르면, 4 내지 20mA 범위의 기존의 프로세스 센서로부터의 출력된 전류가 발광 다이오드를 구동하는데 사용되는 주파수 신호로 변환될 수도 있다. 발광 다이오드의 출력광은 전달 광섬유에서 중첩될 수도 있다. 그 대신에, 포켈스 소자 등의 광 변조 소자를 사용하여 광섬유를 통해 투과광을 세기 변조할 수도 있다. 이와같이, 본 발명은 압전 발진기를 사용하는 센서에 한정되지 않는다. 본 발명은 기존의 프로세스 센서와 조합하여 다른 목적을 위한 다양한 센서를 포함하는 공정 계기화 시스템을 구성할 수도 있다.

본 발명의 한 특징의 공정 계기화 장치에 따르면, 광원으로부터의 광은 광섬유를 통해 상기한 구조의 광 변조형 센서로 전달된다. 광전 변환기는 센서의 압전 발진기의 발진 주파수로 세기 변조된 투과광을 전기 신호로 변환하며, 신호 처리 장치는 광전 변환기로부터의 출력 신호의 주파수에 근거하여 온도 또는 압력 등의 공정량을 획득한다. 각각이 센서와 센서별로 그 각각의 신호 처리 장치 사이에 있는 케이블의 수는 감소되고 노이즈 면역성이 향상된다. 이와같이 높은 신뢰성을 달성할 수 있게 된다.

공정 계기화 장치는 광섬유를 분기시키는 광섬유 결합기, 및 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 광 변조형 센서를 구비하고 있다. 센서들은 병렬로 접속되어 있으며, 복수의 광 변조형 센서로부터의 출력은 중첩된다. 이와같이, 다중 주파수, 다중 포인트 측정 시스템을 실현할 수 있다.

공정 계기화 장치는 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 광 변조형 센서를 구비하고 있으며, 이들 센서는 직렬로 접속되어 있다. 이같은 배열에서, 티형 결합기는 필요없게 되며 광섬유의 길이가 단축된다.

본 발명의 공정 계기화 장치는 또한 제7도 내지 제14도와 관련하여 이하에 기술되는 이하의 실시예로 더 설명하기로 한다. 또한, 주지할 점은 이하의 실시예에서, 각각이 제1도 내지 제4도의 이전의 실시예들과 실질적으로 동일한 특성을 갖는 광 변조형 센서는 참조 번호 1을 사용하지 않고 그 대신에 참조 번호 31을 붙여 사용하기로 한다.

먼저, 상기한 광 변조형 센서를 사용하는 다른 실시예(3)의 공정 계기화 장치는 제7도 및 제8도를 참조하여 이하에 기술하기로 한다.

본 실시예에서는, 광 변조형 센서(31)는 이전의 실시예의 센서(1)과 실질적으로 동일한 특성을 가지며, 따라서 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제7도 및 제8도를 참조하면, 이전의 실시예의 장치(2)와 유사한 형태의 신호 처리 장치(32)에 포함된 광원(40)으로부터의 광은 광 방향성 결합기 등의 티형 결합기(34) 및 광-피드 광섬유(33a)에 의해 분할되어 이후부터는 간단히 센서(31)이라고 칭하는 광 변조형 센서(31)로 공급된다. 센서(31)은 공정량 또는 변수에 따라 광을 광세기에 있어서 주파수로 변조하고 티형 결합기(34) 및 광-수신 광섬유(33b)를 통해 다중화하는 역할을 하며, 이 광은 그 다음에 동작상 컴퓨터 네트워크를 통하여 프로세스 컴퓨터 또는 계산기(36) 및 데이타 표시 장치(37)에 접속된 신호 처리 장치(32)로 전달된다.

상기한 구조의 공정 계기화 장치에 있어서, 광-피드 광섬유(33a)를 통해 피드된 광은 티형 결합기(34)를 통해 분기되어 모두 같은 광량으로 센서(31)에 각각 피드된다. 이 때문에, 각각의 티형 결합기(34)는 다른 분기 비율(branching ratio)을 갖는다.

각각의 센서(31)은 서로 다른 주파수로 주파수 변환을 미리 행하도록 설정되어 있으며 공정량을 주파수로 변환하는 역할을 한다. 따라서, 혼합된 출력 신호들이 전달되는 경우에도, 이들은 그 후에 주파수의 차이에 따라 전기적으로 분리될 수 있게 된다.

각각의 센서(31)로부터의 광 출력 신호는 티형 결합기(34)에 의해 조합되어 광-수신 광섬유(33b)를 통해 신호 처리 장치(32)로 피드된다. 이와같이, 복수의 센서(31)로부터의 출력 신호는 다중화되어 광섬유(33b)를 통해 신호 처리 장치(32)로 전송되고, 접속 케이블은 이와같이 그 수가 감소됨으로써 노이즈 면역 성능이 향상된다.

제8도는 제7도의 본 실시예에서 사용된 신호 처리 장치(32)의 내부 배열을 도시한 블럭선도이다. 신호 처리 장치(32)로 전달된 광은 광전 변환 회로(41)을 통해 전기 신호로 전기적으로 변환되고, 광전 변환 회로(41)로부터의 출력 신호는 그 다음에 주파수 분리 회로(42)를 통해 각각의 센서(31)로 분리된다. 주파수 분리 회로(42)에 접속된 데이타 변환 회로(44)에서는, 보정 또는 정정을 위한 환산 계수 테이블(43)의 메모리 수단에 미리 저장된 각각의 센서에 대한 데이타를 사용하여 공정량은 이들 주파수에 의해 계산된다.

이와같은 동작시에, 예를 들어 출력값 및 온도 변화의 비선형성의 보정이 행해진다. 신호 처리 장치(32)내의 각각의 센서(31)의 환산 보정 계수를 모두 저장함으로써, 각각의 센서(31)은 보정을 위한 계산을 할 필요가 없으며 또한 이러한 계산을 위한 어떤 전자 회로도 구비할 필요가 없다. 따라서, 센서는 그 구조가 매우 간단해지며 신뢰성이 크게 높아진다.

각각의 계산된 공정량은 출력 인터페이스 회로(45)로의 실제값으로서 컴퓨터 네트워크(35)로 출력된다. 프로세스 컴퓨터(36), 데이타 표시 장치(37) 및 다른 공정 계기화 장치는 동작상 컴퓨터 네트워크(35)에 접속되어 프로세스 컴퓨터(36) 및 데이타 표시 장치(37)이 선택적인 공정 계기화 장치로부터 언제든지 소망의 공정량을 얻을 수 있도록 되어 있다. 각각의 공정 계기화 장치를 네트워크를 통해 접속함으로써 접속 케이블의 수를 감소시킬 수 있고 플랜트에서의 공정 정보를 공동으로 사용할 수 있게 된다.

본 실시예에 따르면, 상기한 바와 같이, 광 변조형 센서를 이용하여 광섬유를 접속함으로써 종래 기술의 구조에 비해 노이즈 면역 성능이 향상되고 케이블의 수가 감소한 공정 계기화 장치를 실현할 수 있다.

게다가, 본 실시예에서는 광 변조형 센서를 센서(31)로서 이용하기 때문에 광원(40)이 신호 처리 장치(32)에 포함될 필요가 있지만, 센서(31) 자신이 광원을 구비하고 있는 경우에는, 이같은 광원(40)이 필요없어도 되고, 따라서 광-피드 광섬유(33a)도 필요없게 된다. 이와같이, 공정량은 더욱 간단한 배열로서 측정될 수 있게 된다.

게다가, 특히 본 발명에 있어서, 각각의 센서(31)이 광-피드 광섬유(33a) 및 광-수신 광섬유(33b)를 통하여 서로 병렬로 배치되어 있지만, 센서(31)은 직렬로 배치될 수도 있다. 신호 센서(31)의 배치도 채용될 수도 있으며, 이같은 경우, 광-피드 광섬유 및 광-수신 광섬유(33a, 33b)는 단일 센서(31)에 접속된다.

또한, 본 실시예에서는, 제8도와 관련하여 상기한 바와 같이, 신호 처리 장치(32)는 광원(40), 광전 변환 회로(41), 주파수 분리 회로(42), 환산 보정 계수 테이블(43), 데이타 변환 회로(44) 및 출력 인터페이스 회로(45)를 구비하고 있다. 이와같은 배열에서, 광원(40)은 신호 처리 장치(32)의 내부 또는 외부에 배치될 수도 있으며, 이 장치(32)의 유지 보수(maintenance) 및 기동성(maneuvability)은 그 장치(32)내의 다른 회로와 일체로 배치함으로써 향상될 수도 있다.

본 발명에 따른 공정 계기화 장치의 다른 실시예는 제9도를 참조하여 이하에서 기술되는데, 유사한 참조 번호가 제7도 및 제8도의 것과 대응하는 소자 또는 회로에 붙여져 있으며 그의 설명은 여기에서는 생략하기로 한다.

제9도는 참조하면, 본 실시예의 공정 계기화 장치는 이전의 실시예에서 언급한 바와같이 온도 및 압력 등의 공정량을 주파수 신호로 변환하고 외부 수단으로부터 공급된 세기 변조된 광을 전달하는 역할을 하는 복수의 광 변조형 센서(31)를 구비하고 있다.

센서(31)은 배치에 있어서 로컬 보드(local board)의 중앙에 집중되어 있으며, 스타 결합기(star coupler)(38)도 동일한 보드에 배치되어 있다. 신호 처리 장치(32)에 포함된 광원(40)으로부터 피드된 광은 분기되어 광-피드 광섬유(33a) 및 스타 결합기(38)을 통해 각각의 센서(31)로 공급된다. 센서(31)은 광을 공정량에 대응하는 주파수로 그 세기 변조하는 역할을 하며, 변조된 광은 스타 결합기(38) 및 광-수신 광섬유(33b)를 통해 다중화된 다음에 신호 처리 장치(32)로 전달된다. 신호 처리 장치(32)는 도시되지는 않았지만 제7도에 도시된 컴퓨터 네트워크를 통해 프로세서 컴퓨터 및 데이타 표시 장치에 접속될 수도 있다.

상기한 구조의 실시예는 다음과 같은 기능을 달성하게 된다.

각각의 스타 결합기(38)은 하나의 광섬유를 복수의 광섬유로 분기하는 광학 소자이다. 광-피드 광섬유(33a)를 통해 전달된 광은 스타 결합기(38)에 의해 한번에 필요한 수만큼의 광으로 분기된 다음에 각각의 센서(31)로 같은 광량씩 전달된다. 센서(31)이 중앙에 집중되어 있는 구조로 되어 있는 경웅, 광이 스타 결합기(38)에 의해 한번에 분기되는 경우에도, 각각의 센서(31)에 접속하기 위해 광섬유를 길게 할 필요는 없다. 각각의 센서(31)은 공정량을 서로 다른 주파수로 변환하는 역할을 하며, 그로부터의 출력 신호는 스타 결합기(38)을 통해 조합된 다음에 광-수신 광섬유(33b)를 통해 신호 처리 장치(32)로 전달된다.

본 실시예에 따르면, 접속 케이블은 그 수가 감소될 수 있으며 노이즈 면역성능도 향상될 수 있고, 그외에 센서(31)이 배치에 있어서 로컬 보드 등에 중앙에 집중되어 있는 경우에, 센서들이 서로 다른 분기 비율을 갖는 선택적인 광 방향성 결합기를 사용하여 사다리 형상으로 접속되어 있는 경우에 비해서 광을 스타 결합기(38)을 통해 한번에 분기함으로써, 구조는 더욱 간단하게 될 수 있고 제조 단가도 감소될 수 있다.

게다가, 본 실시예의 스타 결합기(38)은 방향성 결합기 및 스타 결합기로 분류될 수도 있는 선택적인 도파관 결합기중 한 종류이다. 방향성 결합기는 광섬유로 전파되는 2개의 방향성 광신호를 분리하여 상하로 취출하고, 2개의 광신호를 조합하여 하나의 광섬유로 전송하거나, 하나의 광섬유로 전파하는 광신호로 분기하는 경우에 사용된다. 반면에, 스타 결합기는 하나의 광신호 에너지를 N-포트로 분기하여 N개의 광신호 에너지를 1/N으로 분기하여 이들을 N-포트로 균일하게 출력하는데 사용된다. 따라서, N=2 형의 방향성 결합기는 스타 결합기와 실질적으로 동일한 기능을 갖는다고 말할 수도 있다.

제10도는 본 발명의 공정 계기화 장치의 또다른 실시예를 도시한 것으로서, 제7도의 이전의 실시예의 것에 대응하는 소자 또는 장치에는 유사한 참조 번호를 붙여 두었으며, 그의 상세한 설명은 여기에서는 생략하기로 한다.

제10도를 참조하면, 본 실시예의 공정 계기화 장치는 온도 및 압력 등의 공정량을 주파수 신호로 변환하여 외부 수단으로부터 공급된 세기 변조된 광을 출력하는 역할을 하는 이전의 실시예에서 언급한 복수의 광 변조형 센서를 구비하고 있다.

신호 처리 장치(32)에 포함된 광원(40)으로부터 피드된 광은 그곳에서 분기되어 광-피드 광섬유(33a) 및 스타 결합기(38)을 통해 각각의 센서(31)에 균일하게 공급된다. 센서(31)은 공정량을 서로 다른 주파수로 변환하여 그로부터 출력된 광신호는 다시 광-수신 광섬유(33b)를 통해 신호 처리 장치(32)로 전달된다. 신호 처리 장치(32)에 있어서, 이들 광 출력 신호는 개별적으로 전기 신호로 변환되고 티형 결합기 또는 스타 결합기를 통해 조합된 다음에 전기 신호로 변환된다.

센서(31)가 플랜트에서 배열상 격리되어 있는 배치에 있어서, 각각의 센서(31)이 사다리 형상으로 접속되어 있거나 또는 스타 결합기를 통해 접속되어 있는 접속 시스템이 채택되어 있는 경우에, 광섬유의 길이가 길어질 수 있으며, 이러한 경우, 본 실시예와 같은 방사상 접속 시스템이 단가 측면에서 볼 때 가장 최적인 시스템이 된다.

본 실시예에 따르면, 접속 케이블의 수를 감소시킬 수 있으며, 노이즈 면역성능도 개선시킬 수 있다.

게다가, 주지할 점은 모든 광섬유를 개별적으로 위치시킬 필요가 없고 몇몇 광섬유는 단가 절감의 측면에서 경우에 따라서는 티형 결합기 또는 스타 결합기를 사용하여 분기 또는 조합될 수도 있다.

본 발명에 따른 공정 계기화 장치의 또다른 실시예는 제11도를 참조하여 이하에 기술하는데, 제7도의 실시예의 것에 대응하는 소자 또는 회로에는 유사한 참조 번호를 붙여 두었으며 그에 대한 설명은 여기에서는 생략하기로 한다.

제11도를 참조하면, 본 실시예의 공정 계기화 장치는 온도 및 압력 등의 공정량을 주파수 신호로 변환하는 역할을 하는 복수의 반사 광 변조형 센서(31)를 구비하고 있으며, 광섬유(33)을 통해 외부 수단으로부터 공급된 광은 주파수 신호에 의해 세기 변조된 다음에 다시 광섬유(33)를 통해 전달된다. 신호 처리 장치(32)에 포함된 광원(40)으로부터 피드된 광은 분기되어 광섬유(33) 및 티형 결합기(34)를 통해 각각의 센서(31)로 공급된다. 센서(31)은 광을 그 세기에 있어서 공정량에 대응하는 주파수로 변조하는 역할을 하며, 변조된 광은 티형 결합기(34) 및 광섬유(33)을 통해 다중화된 다음에 또다시 신호 처리 장치(32)로 전달된다. 신호 처리 장치(32)는 도시되어 있지는 않지만 컴퓨터 네트워크를 통해 프로세스 컴퓨터 및 데이타 표시 장치에 접속되어 있을 수도 있다.

상기한 구조의 실시예는 이하의 기능을 달성한다.

광섬유(33)을 통해 전송된 광은 티형 결합기(34)에 의해 같은 광량씩 각각의 센서(31)로 분기된다. 이 때문에, 서로 다른 분기 비율을 갖는 티형 결합기(34)를 사용하는 것이 요망된다. 각각의 센서(31)은 공정량을 서로 다른 주파수로 변환하는 역할을 하며, 광신호는 각각의 센서(31)로부터 광원으로부터의 광의 방향과 반대의 방향으로 출력된 다음에 티형 결합기(34)에 의해 조합되어 광섬유(33)을 통해 신호 처리 장치(32)로 전송된다. 신호 처리 장치(32)에서는, 광신호는 하프 미러 등의 광 분기 회로(46)으로 분기된 다음 광전 변환 회로(41)로 전송되어 광전 변환을 행하게 된다.

본 실시예에 따르면, 광-피드 및 광-수신을 단일 광섬유에 의해 다중 포인트 접촉점(multi-point contacts)을 통해 수행하는 광 변조형 센서를 이용하기 때문에, 접속 케이블은 제7도 및 제8도의 실시예에 비해 더욱 감소되며, 따라서 더 적은 수의 접속 케이블을 사용하는 개선된 공정 계기화 장치를 실현할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 공정 계기화 장치의 또다른 실시예는 제13도를 참조하여 이하에 기술되는데, 제7도 및 제8도의 실시예의 것에 대응하는 소자 또는 회로에는 유사한 참조 번호를 붙여 두었으며, 그의 상세한 설명은 여기에서는 생략하기로 한다.

제13도를 참조하면, 본 실시예의 공정 계기화 장치는, 광-피드 및 광-수신을 제11도의 이전의 실시예에 대해 언급한 단일 광섬유를 통해 행하고 온도 및 압력 등의 공정량을 주파수 신호로 변환하고 외부 광원으로부터 피드된 광을 이 주파수로 세기 변조한 다음에 출력하는 역할을 하는 복수의 광 변조형 센서(31)를 구비하고 있다.

신호 처리 장치(32)에 포함된 광원(40)으로부터 전송된 광은 분기되어 각각의 광섬유(33)을 통해 플랜트에서 분리 배치된 각각의 센서에 공급된다. 센서(31)은 광을 공정량에 대응하는 주파수로 세기 변조한 다음에 신호 처리 장치(32)로 전달하는 역할을 한다. 신호 처리 장치(32)는 도시되지 않았지만 제7도에 도시된 컴퓨터 네트워크를 통해 프로세스 컴퓨터 및 데이타 표시 장치에 접속될 수도 있다.

상기한 특성의 본 실시예에서는, 신호 처리 장치(32)로부터의 광은 그곳에서 분기된 다음에 광섬유(33)을 통해 같은 광량씩 각각의 센서(31)로 공급된다. 각각의 센서(31)에서는, 공정량이 서로 다른 주파수로 변환되고 센서(31)로부터의 광 신호는 신호 처리 장치(32)로 전달되어, 이곳에서 광신호는 하프 미러 등의 광 분기 회로(46)에 의해 개별적으로 분기되거나 또는 신호들은 티형 결합기 또는 스타 결합기에 의해 한번에 조합된 다음에 하프 미러에 의해 분기됨으로써 광신호를 전기 신호로 변환하게 된다.

센서(31)이 플랜트에서 분리 배치되어 있는 배열에서는, 각각의 센서(31)가 사다리 형상으로 접속되어 있거나 또는 스타 결합기를 통해 접속되어 있는 접속 시스템이 채택된 경우에, 광섬유의 길이가 길어질 경우가 있으며, 이러한 경우 본 실시예와 같은 방사상 접속 시스템이 단가의 측면에서 가장 최적인 시스템이 된다.

본 실시예에 따르면, 플랜트에서 센서(31)이 분리 배치되어 있는 것의 장점 이외에, 광-피드 및 광-수신이 다중 포인트 접촉점을 통하여 단일 광섬유로 행해지는 광 변조형 센서를 사용하기 때문에, 제10도의 실시예에 비해 더욱 적은 수의 접속 케이블을 사용하는 공정 계기화 장치를 실현할 수 있게 된다.

게다가, 주지할 점은 모든 광섬유를 개별적으로 위치시킬 필요가 없으며, 몇몇 광섬유는 전체 단가 절감의 측면에서 필요한 경우 티형 결합기 또는 스타 결합기에 의해 접속하도록 분기 또는 조합될 수도 있다.

본 발명의 공정 계기화 장치의 또다른 실시예는 제14도를 참조하여 이하에서 기술하는데, 제7도 및 제8도의 실시예의 것에 대응하는 소자 또는 회로에는 유사한 참조 번호를 붙여 두었으며, 그의 상세한 설명은 여기에서는 생략하기로 한다.

제14도를 참조하면, 본 실시예의 공정 계기화 장치는 이전의 실시예에서 언급한 바와 같이 온도 및 압력 등의 공정량을 주파수 신호로 변환하여 주파수로 세기 변조된 외부 수단으로부터 공급된 광을 전달하는 역할을 하는 복수의 광 변조형 센서(31)를 구비하고 있다.

제14도의 본 실시예를 참조하면, 광원(39)는 센서(31)의 주변에 배치되어 있으며, 필요한 경우 광원(39)로부터의 광은 분기되어 광-피드 및 광-수신 광섬유(33a)와 티형 결합기(34)를 통해 각각의 센서(31)로 공급된다. 센서(31)은 광을 공정량에 대응하는 주파수로 세기 변조하는 역할을 하며, 변조된 광은 그 다음에 티형 결합기(34) 및 광-수신 광섬유(33b)를 통해 다중화된 다음에 신호 처리 장치(32)로 전송된다. 신호 처리 장치(32)는 도시되어 있지 않지만 제7도에 도시된 컴퓨터 네트워크를 통해 프로세스 컴퓨터 및 데이타 표시 장치와 접속되어 있을 수도 있다.

상기한 특성의 본 실시예에 따르면, 센서(31)의 근처에 배치된 광원(39)로부터의 광은 광-피드 광섬유(33a)를 통해 전송되고, 필요한 경우 티형 결합기(34)를 통해 분기된 다음에 같은 광량씩 각각의 센서(31)로 공급된다. 이 때문에, 서로 다른 분기 비율을 갖는 티형 결합기(34)가 사용된다. 각각의 센서(31)로부터의 광신호는 티형 결합기(34)에 의해 조합되어 광-수신 광섬유(33b)를 통해 신호 처리 장치(32)로 전송된다.

광 변조형 센서를 센서(31)로서 사용하는 경우, d.c. 광이 센서(31)에 공급될 수 있기 때문에, 전원만이 광원(39)에 접속되어 있다. 따라서, 전원이 보장되고 광원(39)가 센서(31) 부근에 배치되어 있는 경우에, 광-피드 광섬유(33a)의 길이는 신호 처리 장치(32)에 접속된 광-피드 광섬유(33a)를 사용하는 경우에 비해 단축될 수 있다.

본 실시예의 배치에 따르면, 광원(39)가 센서(31) 부근에 배치되어 있기 때문에, 제7도 및 제8도의 실시예에 비해 더 적은 수의 접속 케이블을 갖는 공정 계기화 장치를 실현할 수 있게 된다.

상기한 특성의 본 발명에 따른 공정 계기화 장치의 여러가지 실시예에 따르면, 이하의 유익한 효과를 달성할 수 있다.

온도 및 압력 등의 공정량은 자연 범위를 갖는 주파수 신호로 변환되어 광신호로서 센서에 전달되고, 센서에서 측정된 공정량은 환산 보정 데이타를 통해 계산된다. 이와같이, 센서가 이같은 계산을 하지 않기 때문에 센서의 전자 회로 시스템을 간단하게 할 수 있다.

복수의 센서의 배치에 있어서, 주파수 신호는 다중화하여 전송할 수도 있으며, 또한 주파수의 차이에 따라 각각의 센서로부터의 출력 신호들을 분리하기 위하여 전기 신호로 변환된다. 이상에 언급한 잇점 이외에도, 접속 케이블의 수를 더욱 감소시킬 수 있고 노이즈 면역 성능도 향상시킬 수 있다.

각각의 센서가 광-피드 광섬유 및 광-수신 광섬유를 통해 광 도파관 결합기에 의해 접속되어 있는 배치에 있어서, 센서들이 중앙에 집중하여 배치되어 있는 경우에, 광신호는 효과적으로 다중화되어 신호 처리 장치에 접속될 수 있다.

각각의 센서가 광섬유를 통해 접속되어 광-피드 및 광-수신을 행하고, 티형 결합기가 각각의 센서에 접속하기 위한 광섬유를 분기시키도록 배치되어 있는 배치에 있어서, 광출력 신호를 다중화하기 위하여 더 적은 수의 광섬유의 티형 결합기를 이용하여 신호 처리를 수행하고 있다.

각각의 센서가 광섬유를 통해 접속되어 광-피드 및 광-수신을 행하고, 광 도파관 회로가 각각의 센서에 접속하기 위한 광섬유를 분기시키도록 배치되어 있는 배치에 있어서, 광출력 신호를 다중화하기 위하여 더 적은 수의 광섬유와 광 도파관 회로를 이용하여 신호 처리를 수행하고 있다. 이것은 센서를 중앙에 집중하여 배치하는데 효과적으로 적용할 수 있다.

신호 처리 장치는 컴퓨터 네트워크를 통해 호스트 컴퓨터에 접속되어 있거나 데이타 표시 장치에 접속되어 있다. 이러한 배치에 있어서, 복수의 신호 처리 장치는 단일 접속 케이블을 통해 접속될 수 있으며, 따라서 접속 케이블의 수를 감소시킬 수 있고 정보를 공동으로 이용할 수 있게 된다.

Claims

광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer); 발진 회로를 가지고 있으며 상기 편광자로부터의 직선 편광이 도입되는 투과성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator); 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer); 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 것을 특징으로 하는 광 변조형 센서(optical-modulation-type sensor).
제1항에 있어서, 상기 편광자와 상기 검광자 사이에 배치된 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 압전 발진기(piezo-oscillator)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광 변조형 센서.
제2항에 있어서, 상기 편광자와 상기 압전 발진기 사이에 배치되어 상기 편광자로부터의 직선 편광을 원 편광시키는(circularly polarizing) 파장판(wavelenth plate)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광 변조형 센서.
제1항에 있어서, 상기 광원은 편광면(polarization plane)을 보유하는 편광면 보유 광섬유를 통해 직선 편광된 레이저 광을 압전 발진기로 방출하는 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 광 변조형 센서.
광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며 그의 한쪽에는 투과 표면(transmissive surface)을 가지고 다른쪽에는 반사 표면(reflective surface)을 갖는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator); 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer); 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 것을 특징으로 하는 광 변조형 센서.
제5항에 있어서, 상기 압전 발진기의 광 입력측에 배치되고 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 투광성 압전 발진기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광 변조형 센서.
제6항에 있어서, 상기 편광자와 상기 압전 발진기 사이에 배치되어 상기 편광자로부터의 직선 편광을 원 편광시키는 파장판을 더 구비한 것을 특징으로 하는 광 변조형 센서.
제4항에 있어서, 상기 광원은 편광면(polarization plane)을 보유하는 편광면 보유 광섬유를 통해 직선 편광된 레이저 광을 압전 발진기로 방출하는 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 광 변조형 센서.
광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며 그의 한쪽에는 투과 표면(transmissive surface)을 가지고 다른쪽에는 반사 표면(reflective surface)을 갖는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer); 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 광 변조형 센서; 상기 광원으로부터의 광을 상기 광 변조형 센서로 전달하는 광섬유; 동작상 상기 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 상기 압전 발진기의 발진 주파수로 세기 변조된(intensity modulated) 투과광(transmitted light)을 전기 신호를 변환하는 압전 변환기(piezoelectric converter); 및 상기 압전 변환기로부터의 출력 신호의 주파수에 근거하여 공정량(process quantity)을 획득하는 신호 처리 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치(process instrumentation apparatus).
제9항에 있어서, 상기 광섬유에 제공된 복수의 티형 결합기(tee coupler)를 더 구비하고 있으며, 복수의 광 변조형 센서는 서로 평행하게 배치되어 있고 동작상 상기 티형 결합기에 접속되어 상기 광 변조형 센서로부터의 출력이 중첩하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
제9항에 있어서, 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 광 변조형 센서는 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며 그의 한쪽에는 투과 표면(transmissive surface)을 가지고 다른쪽에는 반사 표면(reflective surface)을 갖는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer); 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 광 변조형 센서; 상기 광원으로부터의 광을 상기 광 변조형 센서로 전달하는 광섬유; 동작상 상기 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 상기 압전 발진기의 발진 주파수로 세기 변조된 투과광을 전기 신호를 변환하는 광전 변환기(photoelectric converter); 및 상기 압전 변환기로부터의 출력 신호의 주파수에 근거하여 공정량(process quantity)을 획득하는 신호 처리 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
제12항에 있어서, 상기 광섬유에 제공된 복수의 티형 결합기(tee coupler)를 더 구비하고 있으며, 복수의 광 변조형 센서는 서로 평행하게 배치되어 있고 동작상 티형 결합기에 접속되어 광 변조형 센서로부터의 출력이 중첩하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
제12항에 있어서, 서로 다른 발진 주파수를 갖는 복수의 광 변조형 센서를 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며 상기 편광자로부터의 직선 편광이 도입되는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer), 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 광 변조형 센서; 상기 광원으로부터의 광을 상기 광 변조형 센서로 전달하는 광섬유; 동작상 상기 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 투과광 신호를 전기 신호를 변환하는 광전 변환기(photoelectric converter); 및 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 상기 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 상기 변환기로부터의 전기 신호의 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타(conversion amendment data)에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광원으로부터 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며, 그의 한쪽에는 투과 표면(transmissive surface)을 가지고 다른쪽에는 반사 표면(reflective surface)을 갖는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer); 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 광 변조형 센서; 상기 광원으로부터의 광을 상기 광 변조형 센서로 전달하는 광섬유; 동작상 상기 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 투과광 신호를 전기 신호를 변환하는 광전 변환기(photoelectric converter); 및 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 상기 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 상기 변환기로부터의 전기 신호의 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타(conversion amendment data)에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광원으로부터 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며, 상기 편광자로부터의 직선 편광이 도입되는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer), 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 각각이 구비한 복수의 광 변조형 센서; 상기 각각의 센서로부터의 출력 광신호를 다중화하여 전달하는(multiplexing and transmitting)광섬유; 동작상 상기 광섬유를 통해 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 상기 투과광 신호를 서로 다른 주파수를 갖는 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 주파수의 차이에 따라 공정량을 분리하는 주파수 분리 회로(frequency separation circuit); 및 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 상기 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광원으로부터 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens); 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며, 그의 한쪽에는 투과 표면(transmissive surface)을 가지고 다른쪽에는 반사 표면(reflective surface)을 갖는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer), 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 각각이 구비한 복수의 광 변조형 센서; 상기 각각의 센서로부터의 출력 광신호를 다중화하여 전달하는(multiplexing and transmitting)광섬유; 동작상 상기 광섬유를 통해 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 상기 투과광 신호를 서로 다른 주파수를 갖는 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 주파수의 차이에 따라 공정량을 분리하는 주파수 분리 회로(frequency separation circuit); 및 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 상기 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광을 방출하는 광원; 상기 광원에 접속된 광-피드 광섬유(light-feed optical fiber); 상기 광-피드 광섬유를 통해 상기 광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens), 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며, 상기 편광자로부터의 직선 편광이 도입되는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer), 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 광 변조형 센서; 상기 광 변조형 센서로부터의 광신호를 전달하는 광-수신 광섬유(light-receive optical fiber); 동작상 상기 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 상기 광-수신 광섬유를 통해 투과광신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 및 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 상기 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 상기 변환기로부터의 전기 신호의 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광을 방출하는 광원; 상기 광원에 접속된 광-피드 광섬유(light-feed optical fiber); 상기 광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens), 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며, 그의 한쪽에는 투과 표면(transmissive surface)을 가지고 다른쪽에는 반사 표면(reflective surface)을 갖는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer), 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 복수의 광 변조형 센서; 상기 광원으로부터의 광을 상기 광 변조형 센서로부터로 전달하는 광-수신 광섬유(light-receive optical fiber); 동작상 상기 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 상기 광-수신 광섬유를 통해 투과광신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 및 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 상기 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 상기 변환기로부터의 전기 신호의 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광을 방출하는 광원; 상기 광원에 접속된 광-피드 광섬유(light-feed optical fiber); 상기 광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens), 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며, 상기 편광자로부터의 직선 편광이 도입되는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer), 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 구비한 광 변조형 센서; 상기 각각의 센서로부터의 출력 광신호를 다중화하여 전달하는(multiplexing and transmitting)광-수신 광섬유; 동작상 상기 광-수신 광섬유를 통해 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 상기 투과광 신호를 서로 다른 주파수를 갖는 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 주파수의 차이에 따라 공정량을 분리하는 주파수 분리 회로(frequency separation circuit); 및 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 상기 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
제21항에 있어서, 상기 광 변조형 센서는 상기 광-피드 광섬유 및 광-수신 광섬유를 통해 서로 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
제21항에 있어서, 상기 광 변조형 센서는 광 도파관 결합기(optical waveguide coupler)가 제공된 상기 광-피드 광섬유를 통해 그 양단에서 서로 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
광을 방출하는 광원; 상기 광원에 접속된 광-피드 광섬유(light-feed optical fiber); 상기 광원으로부터의 광을 모으는 입력 집광 렌즈(input condenser lens), 상기 입력 집광 렌즈로부터의 광을 직선 편광시키는(linearly polarizing) 편광자(polarizer), 발진 회로를 가지고 있으며, 그의 한쪽에는 투과 표면(transmissive surface)을 가지고 다른쪽에는 반사 표면(reflective surface)을 갖는 투광성 압전 발진기(light-transmissive piezo-oscillator), 상기 압전 발진기로부터의 광을 직선 편광시키는 검광자(analyzer), 및 상기 검광자로부터의 직선 편광을 집속시키는 출력 집광 렌즈(output condenser lens)를 각각이 구비한 광 변조형 센서; 상기 각각의 센서로부터의 출력 광신호를 다중화하여 전달하는(multiplexing and transmitting)광-수신 광섬유; 동작상 상기 광-수신 광섬유를 통해 상기 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 상기 투과광 신호를 서로 다른 주파수를 갖는 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 주파수의 차이에 따라 공정량을 분리하는 주파수 분리 회로(frequency separation circuit); 및 동작상 상기 광전 변환기에 접속되어 상기 광전 변환기로부터 출력된 전기 신호를 주파수로부터 공정량을 환산하기 위하여 환산 보정 데이타에 응답하여 공정량으로 환산하는 데이타 변환 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
제24항에 있어서, 상기 광 변조형 센서는 상기 광-피드 광섬유 및 광-수신 광섬유를 통해 서로 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
제24항에 있어서, 상기 광 변조형 센서는 광 도파관 결합기(optical waveguide coupler)가 제공된 상기 광-피드 광섬유를 통해 그 양단에서 서로 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
외부 광원; 상기 광원으로부터의 광을 전달하는 광섬유를 구비하고; 복수의 반사 광 변조형 센서(reflection-optical-modulation-type sensor)를 구비하되, 그 각각의 센서에서는 광이 광섬유를 통해 입력된 다음에 공정량에 따라 소정의 범위로 세기 변조되고, 광신호가 상기 센서로부터 반사되어 발생되며; 동작상 상기 반사 광 변조형 센서의 출력측에 접속되어 투과광신호를 서로 다른 주파수를 갖는 전기 신호로 변환하는 광전 변환기; 및 상기 광섬유에 제공되어 있으며, 상기 반사 광 변조형 센서로부터의 광신호를 분기시켜 이들 광신호를 상기 광전 변환기로 안내하도록 되어 있는 광 분기 회로(optical branching circuit)를 구비하는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.
제27항에 있어서, 상기 반사 광 변조형 센서는 광 도파관 결합기(optical waveguide coupler)가 제공된 상기 광섬유를 통해 그 양단에서 서로 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공정 계기화 장치.