KR0171312B1 - 광서큘레이터를 이용한 분포형 광온도센서의 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분포형 광온도센서에 관한 것으로서 광학부의 구성방법에 관한 것이다.

본 발명은, 레이저 다이오드, 옵티컬 필터, 센서 파이버 빛 디렉터로 구성된 분포형 광온도 계측기에 있어서, 레이저 다이오드에서 수광한 펄스의 광을 일정하고 균일하게 발광하여 측정거리를 확장하기 위한 광서클레이터를 이용한 분포형 광온도센서의 광학계이다.

이상에서와 같은 본 발명의 효과를 살펴보면 다음과 같다.

종래의 분포형 광온도계 광학계의 측정거리의 손실이 적게 발생되므로 측정가능 거리가 길어지는 효과가 있다.

Description

광서큘레이터를 이용한 분포형 광온도센서의 광학계

제1도는 종래의 분포형 광온도센서의 광학계 구성도를 나타내는 도면.

제2도는 본 발명의 분포형 광온도센서의 광학계 구성도를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 레이저 다이오드 12 : 광섬유 커플러

14 : 센서 파이버 16 : 옵티컬 필터

18 : 디텍터 20 : 시그널 에버러저

22 : 컴퓨터 24 : 광서큘레이터

본 발명은 분포형 광온도센서에 관한 것으로서 광학부의 구성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 광학현상을 이용한 온도계측방법에는 빛의 형광을 이용하는 방법, 간섭계의 위상차를 이용하는 방법, 빛의 파장변화를 이용하는 방법 및 빛의 산란현상을 이용하는 방법 등이 있으나, 분포형 온도 계측에는 주로 산란을 이용하는 방법을 가지고 온도계측을 한다.

전술한 바와 같이 빛의 산란을 이용한 광온도 계측은 광전송로를 직접 센서부로 사용할 수 있고, 광섬유 길이에 따라 상기 길이별로 주변의 온도를 계측할 수 있는데 이것은 광섬유에서 생기는 라만산란현상을 이용하여 온도를 계측하게 된다.

상기 라만산란현상은 단색광을 물질에 비쳐 산란시킬 때 산란광속에서 입사광과는 다른 파장의 빛이 섞여 나오는 현상으로서, 상기 라만산란현상을 이용하여 온도를 계측하는 종래의 광학계의 구성은 제1도에서 알 수 있다.

제1도는 종래의 분포형 광온도센서의 광학계 구성을 나타내는 도면으로, 빛의 경로를 설명하면 레이져 다이오드(10)에서 빛을 조사하고, 상기 레이져 다이오드(10)에서 조사된 빛은 파이버 커플러(12)에 입력되며 파이버 커플러(12)를 통해 센서 파이버(14)로 전달된다.

상기 전달된 빛은 광섬유 주변의 온도 변화에 따라 라만산란 현상에 의해 스토크스(stokes)광과 안티 스토크스(anti-stokes)광이 생기며, 이 광들은 빛이 입사되었던 방향으로 되돌아가 상기 파이버 커플러(12)를 통해 옵티컬 필터(16)로 진행된다.

이 때 파이버 커플러(12)에서는 센서 광섬유로 빛이 진행시 1/2의 빛이 없어지고, 되돌아 온 빛도 다시 1/2이 없어진다.

따라서 옵티컬 필터(16)에 입력되는 빛의 세기는 기본적으로 손실이 없다고 하여도 처음 빛세기의 1/4이 된다.

전술한 옵티컬 필터(16)에서는 스토크스, 안티 스토크스 광을 분리하고 각각의 세기를 제1, 제2디텍터(18,18')로 검출하여 이들의 비율을 구해 실제적인 온도를 계산한다.

상기 전술한 스토크스광과 안티 스토크스광의 세기는 온도변화에 따라 변한다. 상기의 센서 시스템의 다이나믹 레인지가 10db일 때 광섬유의 손실이 0.5db/km라고 하면, 종래의 분포형 광온도계 광학계의 커플러에서 일반적으로 1번 통과시 삽입 손실이 약4db이므로, 2번 통과시 8db 손실이 발생하여 측정 거리는 약 2km(왕복거리 4 km)가 된다.

그러나 본 발명의 광서큘레이터(24)의 1번 통과시 약 1.5db이고, 2번 통과시 3db이므로 측정 가능거리는 약 7km가 된다.

본 발명은 광서큘레이터를 사용하여 파이버 커플러에서 손실로 작용하는 빛의 감소량을 줄여 측정거리를 길게 하기 위한 광서큘레이터를 이용한 분포형 광온도센서의 광학계를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레이저 다이오드, 옵티컬 필터, 센서 파이버 및 디텍터로 구성된 분포형 광온도 계측기에 있어서, 레이저 다이오드에서 수광한 펄스의 광을 일정하고 균일하게 발광하여 측정거리를 확장하기 위한 광서큘레이터로 구성함을 특징으로 하는 광서큘레이터를 이용한 분포형 광온도 센서의 광학계를 제공하여 준다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 일실시예를 설명하기로 한다.

제2도는 본 발명의 분포형 광온도센서의 광학계 구성을 도시하는 도면이다.

먼저, 광서큘레이터(24)를 초고압케이블의 표면에 감아 놓는다. 이 때, 초고압 케이블의 열이 광서큘레이터(24)에 전달되고, 상기 광서큘레이터(24)에 전달된 열은 센서 파이버(14)로 진행하는 빛을 빛의 파장과 광섬유 매질에 따라 스토크스광과 안티 스토크스광으로 생성시킨다.

상기 생성된 스토크스광과 안티 스토크스광은 광서큘레이터(24)를 통해 옵티컬 필터(16)를 통해 제1, 제2디텍터(18,18')로 전달되고, 상기 제1, 제2디텍터(18,18')로 각각 전달된 스토크스광과 안티 스토크스광은 전기신호로 변환된다.

이 때, 상기 전기 신호의 크기는 미약하게 전달되므로 시그널 에버러저(20)를 통하여 증폭시킴과 동시에 잡음을 줄인 후 컴퓨터에 입력한다.

또한, 스토크스광과 안티 스토크스광의 크기는 온도에 따라 달라지므로 이 값을 계산하여 실제 초고압케이블 표면의 온도를 계측한다.

실제적으로 초고압 케이블을 사용하면 전력을 사용할 때 초고압 케이블에 흐르는 전류의 흐름에 따라 초고압 케이블에 열이 발생하게 되는데 이 열을 감지하는데 적용이 가능하다.

상기와 같은 본 발명은 종래의 분포형 광온도계 광학계의 측정 거리의 손실이 적게 발생되므로 측정 가능 거리가 길어지는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 레이저 다이오드, 옵티컬 필터, 센서 파이버 및 디텍터로 구성된 분포형 광온도센서의 광학계에 있어서, 레이저 다이오드에서 수광한 펄스의 광을 일정하고 균일하게 발광하여 측정 거리를 확장하기 위한 광서큘레이터로 구성함을 특징으로 하는 광서큘레이터를 이용한 분포형 광온도 센서의 광학계.