KR0183281B1 - 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치 - Google Patents

새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치 Download PDF

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Abstract

[청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]
새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치
[발명이 해결하려고 하는 기술적 과제]
단일모드 광섬유를 일정한 비틀림율로 비틀림하여 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절의 영향을 제거하여 안정화된 광섬유 전류센서를 구성하여 교류전류를 측정할 수 있는 교류전류 측정장치를 제공하고자 함.
[발명의 해결방법의 요지]
편광성이 있는 광신호를 발생하는 광신호 발생 수단; 일정한 비틀림율로 비틀림된 광섬유 코일로 구성되어 전류에 의해 야기되는 패러데이 효과에 따라 편광면이 변화하는 회전각(θ)을 감지하는 전류 감지 수단; 광신호를 시계방향과 반시계방향으로 분배한 후에 상기 전류 감지 수단을 통하여 되돌아오는 광신호를 결합/분배하여 출력하는 광신호 분배/결합 수단; 결합/분배된 광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 광/전 변환 수단; 및 전기신호를 입력받아 패러데이 효과에 의하여 회전된 회전각을 이용하여 교류전류를 구하는 신호 처리 수단을 포함한다.
[발명의 중요한 용도]
고전압의 교류전류를 측정하는 교류전류 측정장치에 이용됨.

Description

새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치
본 발명은 단일모드 광섬유를 일정한 비틀림율로 비틀림하여 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절의 영향을 제거하여 안정화된 광섬유 전류센서를 구성하여 교류전류를 측정할 수 있는 교류전류 측정장치에 관한 것이다.
종래의 전자식 전류센서의 단점을 보완할 수 있는 광전류센서는 경량, 소형화, 및 전자파의 간섭이 없고 계측이 신속 정확하며, 특히 고전압선의 전류측정시 절연 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 이러한 장점으로 인하여 전류를 측정할 수 있는 전류센서로 편광자와 자기광학 결정을 이용하여 전류센서 시스템을 구성하는 벌크형태와 광섬유를 이용하여 전류센서 시스템을 구성하는 방법 등이 다양하게 개발되었다.
종래의 벌크형태의 전류센서는 편광자와 비스무스 이온이 첨가된 희토류 금속(BIG)과 같은 자기광학 결정을 사용하므로 가격이 고가일 뿐만아니라 광시스템과 연결할 때 신호의 손실이 크다는 단점이 있다.
한편, 광섬유를 이용하여 전류를 측정할 수 있는 방법은 다양하다. 이러한 광섬유 전류센서의 가장 중요한 요인중의 하나는 안정성이다. 그러나, 광섬유 전류센서는 광섬유를 이용하므로 광섬유의 구부림이나 비틀림에 의한 복굴절, 외부 온도 변화와 진동 등과 같은 외부 환경 변화에 의한 복굴절로 인하여 센서 시스템 출력의 불안정성이 초래되는 문제점이 있었다.
따라서, 종래에는 광섬유를 이용하여 광섬유 전류센서를 구성할 때, 출력을 안정화시키기 위하여 편광유지 광섬유와 같은 특수 광섬유를 사용하였다. 그러나, 이러한 방법은 특수 광섬유를 사용하므로 제작이 복잡하고 가격이 매우 고가이므로 실용화하는데 많은 어려움이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 단일모드 광섬유를 일정한 비틀림율로 비틀림하여 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절의 영향을 제거함으로써, 제작이 용이할 뿐만아니라 가격면에서도 훨씬 저렴해서 실용화가 용이하고 출력이 안정화된 광섬유 전류센서를 구성하여 교류전류를 측정할 수 있는 교류전류 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명에서는 일정한 비틀림율로 비틀림시켜 도체에 부착하여 교류전류를 감지하는 광섬유 코일로 가격이 싸고 제작이 비교적 쉬운 단일모드 광섬유를 이용하였다. 이러한 비틀림에 의해서 유도된 원형복굴절은 전류 감지부에 부착하는 단일모드 광섬유 코일의 비틀림율에 따라 조절할 수 있다. 따라서, 단일모드 광섬유를 일정한 비틀림율로 비틀림함으로써 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절의 영향을 완전히 제거하여 출력이 여러 가지의 환경 요인에 대해서도 항상 안정될 수 있도록 하였다. 이러한 새낵형 광섬유 전류센서는 단일모드 광섬유만을 이용하여 안정화하였으므로 제작이 용이할 뿐만아니라 가격면에서도 훨씬 저렴하여 실용화가 용이하다는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치의 구성도,
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치의 구성도,
도3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치의 구성도,
도4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치의 구성도,
도5는 본 발명에 따른 광섬유 코일을 부착한 전류 감지부의 구조도,
도6은 본 발명의 제1 및 제3 실시예에 따른 신호 처리부의 상세 구성도,
도7은 본 발명의 제2 및 제4 실시예에 따른 신호 처리부의 상세 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 광신호 발생부 11 : 광신호 분배기
12 : 광신호 분배/결합기 14 : 전류 감지부
18 : 수광소자 20,21 : 신호 처리부
22 : 광도파로 23 : 전기신호 전송로
25 : 패러데이 회전자
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 편광성이 있는 광신호를 발생하여 출력하는 광신호 발생 수단; 일정한 비틀림율로 비틀림된 광섬유 코일로 구성되어, 피대상물에 흐르는 전류에 의해 야기되는 패러데이 효과에 따라 입력 광신호의 편광면이 변화하는 회전각(θ)을 감지하는 전류 감지 수단; 상기 광신호 발생 수단으로부터 입력되는 광신호를 시계방향과 반시계방향으로 분배한 후에 상기 전류 감지 수단을 통하여 되돌아오는 광신호를 결합한 다음에 분배하여 출력하는 광신호 분배/결합 수단; 상기 광신호 분배/결합 수단으로부터 결합/분배된 광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 광/전 변환 수단; 및 상기 광/전 변환 수단으로부터 전기신호를 입력받아 패러데이 효과에 의하여 회전된 회전각을 이용하여 교류전류를 구하는 신호 처리 수단을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 교류전류를 측정하기 위해서 단일모드 광섬유, 광신호 발생부, 방향성 결합기, 전류 감지부 등의 광부품을 이용하여 구성한 새낵형 광섬유 전류센서, 광신호를 전기신호로 변환시켜 주는 수광소자, 및 수광소자에서 발생한 전기신호를 처리하는 신호처리부로 구성된다.
그런데, 새낵형 광섬유 전류센서는 전류가 흐르는 도체 주위에 버데상수 값이 V'인 광섬유를 N번 감았을 경우에 비가역적 패러데이 효과에 의해서 광도파로(광섬유)내를 진행하는 빔(광신호)의 편광면이 θ=V'NI만큼 회전하게 된다. 따라서, 새낵형 간섭계를 이용한 광섬유 전류센서는 광섬유내에 서로 반대 방향으로 진행하는 광신호에 대하여 패러데이 효과에 의한 패러데이 회전각을 측정함으로써 전류를 측정할 수 있다.
그러나, 새낵형 광섬유 전류센서의 광섬유 루프내에는 선형복굴절(BL)과 원형복굴절(BC)이 존재한다. 이 복굴절들은 광섬유 전류센서의 제작 과정에서 광섬유의 구부림이나 비틀림으로 생길 수 있으며, 온도 변화에 민감하게 변화는 특성을 갖고 있다. 따라서, 이러한 선형 및 원형복굴절로 인해서 광섬유 전류센서의 출력단의 빔의 세기 I는 패러데이 회전자를 구비하지 않은 경우(후술되는 도1 및 도3)에 수학식 1과 같다.
I = P0[1+Vcos(2θ)]
여기서, P0는 비례상수이며, θ는 패러데이 회전각이다. 비저빌리티(visibility) V는 선형복굴절에 의한 위상지연 δ(=BLk0l)와 원형복굴절에 의한 회전각 α(=BCkOl)에 대한 함수로 구성되며, 그 함수를 구체적으로 살펴보면 방향성 결합기가 2개인 경우(후술되는 도1 및 도2)에 아래의 수학식 2와 같다.
따라서, 새낵형 광섬유 전류센서의 출력이 V에 따라 변화하고 또한 V는 복굴절에 의존함으로써 출력의 불안정성을 초래하기 때문에, 본 발명에서는 새낵형 광섬유 전류센서를 안정화시키기 위하여 전류감지부에 부착하는 광섬유 코일을 일정한 비트림율로 비틀림시킴으로써 원형복굴절을 야기시켜 회전각 α를 (2n-1)π/2로 하여 선형복굴절의 영향을 제거시켜 V를 항상 최대로 유지하고자 한다.
도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치의 구성도로서, 도면에서 10은 광신호 발생부, 11은 광신호 분배기, 12는 광신호 분배/결합기, 14는 전류 감지부, 18은 수광소자, 20은 신호 처리부, 22는 광도파로, 23은 전기신호 전송로를 각각 나타낸다.
교류전류 측정장치는, 편광성이 있는 광신호(82)를 발생하여 출력하는 광신호 발생부(10), 상기 광신호 발생부(10)로부터 입력되는 광신호(82)를 분배하여 하나의 광신호(82)를 광신호 분배/결합기(12)로 출력하고, 상기 광신호 분배/결합기(12)로부터 결합된 피드백 광신호(83,84)를 입력받아 분배하여 수광소자(18)로 출력하는 광신호 분배기(11), 상기 광신호 분배기(11)로부터 입력되는 광신호(82)를 시계방향(83)과 반시계방향(84)으로 분배한 후에 전류 감지부(14)를 통하여 되돌아오는 피드백 광신호(83,84)를 결합한 다음에 분배하여 하나의 결합된 피드백 광신호(83,84)를 상기 광신호 분배기(11)로 출력하는 광신호 분배/결합기(12), 일정한 비틀림율로 비틀림된 단일모드 광섬유 코일로 구성되어, 상기 광신호 분배/결합기(12)로부터 광신호(83,84)를 입력받아 피대상물에 흐르는 전류에 의해 야기되는 패러데이 효과에 따라 광신호(83,84)의 편광면이 변화하는 회전각(θ)을 감지하는 전류 감지부(14), 상기 광신호 분배기(11)로부터 입력되는 광신호(83,84)를 전기신호로 변화하는 수광소자(18), 수광소자(18)에서 발생한 전기신호를 입력받아 패러데이 효과에 의하여 변화된 회전각을 이용하여 교류전류로 변환하는 신호 처리부(20)를 구비한다.
이때, 광신호 분배기(11)에서 분배되어 광신호 발생부(10)측으로 출력되는 광신호는 입력 광신호에 비하여 미약하기 때문에 무시하여도 된다. 그러나, 이 분배 광신호가 입력 광신호에 대하여 미약하지 않을 때는 광신호 발생부(10)와 광신호 분배기(11) 사이에 아이솔레이터를 더 구비하여 광신호 분배기(11)에서 광신호 발생부(10)로 분배되는 광신호를 차단한다.
그리고, 광신호 전송로에는 광섬유 또는 평면 광도파로(22)를 사용하고, 수광소자(18)로는 포토다이오드를 사용한다. 한편, 신호 처리부(20)에서 구해지는 교류전류의 주파수는 측정하고자 하는 주파수의 2배가 된다.
상기 광신호 분배/결합기를 통해서 나온 빔이 시계방향(83)과 반시계방향(84)으로 진행할 때, 도체에 감겨있는 광섬유 코일에는 인가 교류 전류에 의해 패러데이 효과가 야기된다. 따라서, 광섬유 전류센서는 이러한 패러데이 효과를 이용하여 교류 전류를 측정한다.
그러나, 새낵형 광섬유 전류센서는 광섬유의 구부림이나 비틀림, 온도 변화, 진동 등의 외부 환경변화로 인하여 출력의 불안정성을 야기시키는 복굴절의 변화가 생긴다. 따라서, 새낵형 광섬유 전류센서내에 선형복굴절과 원형복굴절이 존재할 때, 광섬유 전류센서의 출력단의 빔의 세기는 상기 수학식 1과 같고, 센서의 출력은 크게 불안정하게 될 수 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 광섬유 전류센서의 안정화를 위해서 전류 감지부(14)에 부착하는 단일모드 광섬유 코일을 일정한 비틀림율로 비틀림(twist)함으로써 원형복굴절을 야기시켰다. 이러한 비틀림에 의해서 유도된 원형복굴절은 순수한 탄성광학효과(elasto-optic effect)에 의한 것으로 비틀림율(twist rate)에 비례한다. 따라서, 원형복굴절은 도체 주위에 감겨있는 광섬유의 비틀림율에 따라 조절할 수 있다.
길이 ℓ인 단일모드 광섬유를 비틀림율 ξ로 비틀림시켰을 때 원형복굴절 α는 수학식 3과 같다.
α=g'ξℓ
여기서, g'는 비례상수이다.
따라서, 일정한 비틀림율로 비틀림하여 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절에 의한 영향력을 제거하여 광섬유 전류센서를 항상 안정화시킬 수 있다.
도 2 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치의 구성도로서, 도면에서 25는 패러데이 회전자를 나타낸다.
도 2 의 구성은 도 1 의 구성에 있어서, 환형으로 연결된 상기 광신호 분배/결합기(12)와 전류 감지부(14) 사이의 어느 한쪽에 패러데이 회전자(25)를 더 구비한다.
도 2 의 동작을 살펴보면, 광 신호를 발생하는 광신호 발생부(10)에서 광신호를 발생시키고, 광신호 분배기(11)와 광신호 분배/결합기(12)를 통해서 나온 빔이 시계방향(83)과 반시계방향(84)으로 진행할 때 부착된 패러데이 회전자(25)에 의해서 각각 45도씩 편광면이 회전하게 되고, 전류 감지부(14)에 부착된 광섬유 코일에는 측정하고자 하는 교류 전류에 의해 패러데이 효과가 야기된다. 따라서, 도 1 의 경우와 마찬가지로 패러데이 효과에 의한 회전각을 측정함으로써 전류를 측정할 수 있다.
도 2 에서도 도 1 과 마찬가지로 광섬유 전류센서는 외부 환경변화로 인하여 출력의 불안정성을 야기시키는 복굴절의 변화가 생긴다. 따라서, 새낵형 광섬유 전류센서는 선형복굴절과 원형복굴절이 존재할 때, 전류센서의 출력단의 빔의 세기는 바이어스 역할인 패러데이 회전자(25)(도2 및 도4)에 의해서 수학식 4와 같이 표시된다.
I = P0[1-Vsin(2θ)]
여기서, P0는 비례상수이며, θ는 패러데이 회전각이다. 비저빌리티(visibility) V는 선형복굴절에 의한 위상지연 δ(=BLk0l)와 원형복굴절에 의한 회전각 α(=BCkOl)에 대한 함수이다.
따라서, 피대상물에 흐르는 전류에 의하여 패러데이 효과가 야기되어 광신호의 편광면이 회전하게 되고, 또한 패러데이 회전자(25)를 부착함으로써 편광면의 회전각이 45。씩 회전하기 때문에 신호 처리부(21)에서는 이 두가지의 패러데이 효과를 고려하여 교류전류를 구한다.
한편, 도 1 과 같이 시스템의 안정화를 위해서 전류감지부에 부착하는 단일모드 광섬유 코일을 일정한 비틀림율로 비틀림시켜 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절에 의한 영향력을 제거하여 광섬유 전류센서를 항상 안정화시킬 수 있다.
그러나, 도 1 의 경우와는 달리 패러데이 회전자(25)를 부착함으로써 광섬유 전류센서를 선형 영역에서 동작할 수 있도록 하여 측정하고자 하는 교류전류와 같은 주파수 성분을 검출할 수 있도록 하였다.
도 3 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치의 구성도이다.
도 3 의 구성은 도 1 의 구성에 있어서, 광신호 발생부(10)에서 발생된 광신호(82)를 광신호 분배기(11)를 사용하지 않고 단지 광신호 분배/결합기(12)만을 이용하여 시계방향(83)과 반시계방향(84)으로 분배하고, 각각 전류 감지부(14)를 거쳐서 시계방향(83)과 반시계방향(84)으로 진행되어온 광신호를 다시 결합/분배하여 수광소자(18)로 보내고, 신호 처리부(20)에서 패러데이 효과를 이용하여 교류전류를 구한다.
이때, 광신호 분배/결합기(12)에서 분배되어 광신호 발생부(10)측으로 출력되는 광신호는 입력 광신호에 비하여 미약하기 때문에 무시하여도 된다. 그러나, 이 분배 광신호가 입력 광신호에 대하여 미약하지 않을 때는 광신호 발생부(10)와 광신호 분배/결합기(12) 사이에 아이솔레이터를 더 구비하여 광신호 분배/분배기(12)에서 광신호 발생부(10)로 분배되는 광신호를 차단한다.
도 3 과 같이 구성되는 교류전류 측정장치에서도 선형 및 원형복굴절에 따라서 출력의 불안정성이 초래된다. 따라서, 시스템의 안정화를 위해서 전류 감지부(14)에 부착하는 단일모드 광섬유 코일을 일정한 비틀림율로 비틀림하여 도 1 및 도 2 와는 다른 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절을 제거하여 광섬유 광전류센서를 항상 안정화시킬 수 있다. 신호 처리부(20)에서의 전류변환방법은 도 1 과 같으므로, 신호 처리부(20)에서 구해지는 교류전류의 주파수는 측정하고자 하는 주파수의 2배가 된다.
도 4 는 본 발명의 제4 실시예에 따른 새낵형 광섬유 전류센서를 이용한 교류전류 측정장치의 구성도이다.
도 4 의 구성은 도 3 의 구성에 있어서, 환형으로 연결된 상기 광신호 분배/결합기(12)와 전류 감지부(14) 사이의 어느 한쪽에 패러데이 회전자(25)를 더 구비한다.
도 4 의 동작을 살펴보면, 광 신호를 발생하는 광신호 발생부(10)에서 광신호를 발생시키고, 광신호 분배/결합기(12)만을 통해서 나온 빔이 시계방향(83)과 반시계방향(84)으로 진행할 때 부착된 패러데이 회전자(25)에 의해서 각각 45도씩 편광면이 회전하게 되고, 전류 감지부(14)에 부착된 광섬유 코일에는 측정하고자 하는 교류 전류에 의해 패러데이 효과가 야기된다. 따라서, 도 2 의 원리에 따라 패러데이 효과에 의한 회전각을 측정함으로써 전류를 측정할 수 있다.
도 4 와 같이 구성되는 교류전류 측정장치에서도 선형 및 원형복굴절에 따라서 출력의 불안정성이 초래된다. 따라서, 시스템의 안정화를 위해서 전류 감지부(14)에 부착하는 단일모드 광섬유 코일을 일정한 비틀림율로 비트림하여 광섬유 전류센서를 항상 안정화시킬 수 있다.
한편, 도 3 의 구성과는 달리 패러데이 회전자(25)를 부착하여 바이어싱함으로써 광섬유 광전류센서를 선형 영역에서 동작할 수 있도록 하여 측정하고자 하는 교류전류와 같은 주파수 성분을 검출할 수 있도록 하였다.
도 5 는 본 발명에 따른 광섬유 코일을 부착한 전류 감지부의 구조도로서, 단일모드 광섬유 코일을 부착한 전류 감지부(14)를 나타낸다.
전류 감지부(14)에 단일모드 광섬유를 일정한 비틀림율로 비틀림하여 부착함으로써, 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절을 제거한다.
도 6 은 본 발명의 제1 및 제3 실시예에 따른 신호 처리부의 상세 구성도로서, 도면에서 31은 증폭기, 32는 필터/증폭기, 33은 직류 검출부, 34는 정합부, 35는 교류전류 계산부를 각각 나타낸다.
신호 처리부(20)는, 상기 수광소자(18)로부터 입력되는 전기신호를 증폭하여 출력하는 증폭기(31), 상기 증폭기(31)에서 증폭된 전기신호중 측정하고자 하는 교류전류 주파수의 두배인 주파수 성분을 검출하여 증폭하는 필터/증폭기(Lock In Amplifier)(32), 상기 증폭기(31)에서 증폭된 신호중 직류 성분만을 검출하여 출력하는 직류 검출부(33), 상기 필터/증폭기(32)와 직류 검출부(33)의 출력을 교류전류 계산부(35)와 정합시키는 정합부(General Purpose Interface Bus Board)(34), 상기 정합부(34)를 통하여 상기 필터/증폭기(32)와 직류 검출부(33)의 출력을 입력받아 교류전류를 구하는 교류전류 계산부(35)를 구비한다.
원형복굴절이 도 1 에서는 (2n-1)π/2 이고, 도 3 에서는 nπ가 될 경우에 광섬유 전류센서는 항상 안정화되어 출력단의 빔의 세기는 수학식 1과 같다. 또한, 측정하고자 하는 교류전류에 의해서 새낵형 광섬유 전류센서 출력단의 빔의 세기는 수학식 5와 같다.
I = I0[1 + J0(V'NI1) + 2J2(V'NI1)cos(2ωst)]
위의 수학식 5에서 알 수 있듯이 측정하고자 하는 교류전류는 광섬유 전류센서 출력단에서의 신호를 각각 필터/증폭기(32)와 직류 검출부(33)를 통해서 검출함으로써 알 수 있다.
도 7 은 본 발명의 제2 및 제4 실시예에 따른 신호 처리부의 상세 구성도로서, 도면에서 36은 대역통과필터, 40은 A/D 변환기를 각각 나타낸다.
신호 처리부(21)는, 상기 수광소자(18)에서 발생한 전기신호를 증폭하여 출력하는 증폭기(31), 상기 증폭기(31)로부터 전기신호를 입력받아 측정하고자 하는 교류전류와 같은 주파수 성분을 가지는 신호를 대역통과시켜 검출하는 대역통과필터(36), 상기 증폭기(31)에서 증폭된 전기신호중 직류 성분만을 검출하여 출력하는 직류 검출부(33), 상기 대역통과필터(36)에서 출력되는 아날로그신호와 상기 직류 검출부(33)에서 출력되는 아날로그신호를 디지탈로 변환하여 출력하는 A/D변환기(40), 및 상기 A/D 변환기(40)를 통하여 상기 대역통과필터(36)와 직류 검출부(33)의 출력을 입력받아 교류전류를 구하는 교류전류 계산부(35)를 구비한다.
원형복굴절을 적절히 조절하는 경우에 광섬유 전류센서는 항상 안정화되어 출력단의 빔의 세기는 수학식 4와 같다. 또한, 측정하고자 하는 교류전류에 의해서 새낵형 광섬유 전류센서 출력단의 빔의 세기는 수학식 6과 같다.
I = I0[1 + 2J1(V'NI1)cos(ωst) + 2J3(V'NI1)cos(3ωst)]
위의 수학식 6에서 알 수 있듯이 측정하고자 하는 교류전류는 광섬유 전류센서 출력단에서의 광신호를 각각 대역통과필터(36)와 직류 검출부(33)를 통해서 검출함으로써 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
광전류센서는 기존의 전자식 전류센서의 단점을 극복하여 경량화, 소형화할 수 있으며 또한 전자파 간섭이 없고 계측이 신속 정확하며 특히 고전압선의 전류측정시 절연문제를 쉽게 해결할 수 있다는 장점이 있다.
상기와 같은 본 발명은 전류 감지부에 부착하는 광섬유 코일로 단일모드 광섬유를 사용하여 일정한 비틀림율로 비틀림하여 원형복굴절을 야기시켜 선형복굴절의 영향을 완전히 제거함으로써 출력이 여러 가지의 외부 환경 요인에 대해서도 항상 안정될 수 있도록 하였으며, 단일모드 광섬유만을 이용하여 안정화하였으므로 제작이 용이할 뿐만아니라 가격면에서도 훨씬 저렴하여 실용화가 용이하며, 또한 전류센서를 구성하기 위해서 필요한 광부품들과의 호환성이 우수하여 제작이 비교적 쉬운 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 편광성이 있는 광신호를 발생하여 출력하는 광신호 발생 수단; 일정한 비틀림율로 비틀림된 광섬유 코일로 구성되어, 피대상물에 흐르는 전류에 의해 야기되는 패러데이 효과에 따라 입력 광신호의 편광면이 변화하는 회전각(θ)을 감지하는 전류 감지 수단; 상기 광신호 발생 수단으로부터 입력되는 광신호를 시계방향과 반시계방향으로 분배한 후에 상기 전류 감지 수단을 통하여 되돌아오는 광신호를 결합한 다음에 분배하여 출력하는 광신호 분배/결합 수단; 상기 광신호 분배/결합 수단으로부터 결합/분배된 광신호를 입력받아 전기신호로 변환하는 광/전 변환 수단; 및 상기 광/전 변환 수단으로부터 전기신호를 입력받아 패러데이 효과에 의하여 회전된 회전각을 이용하여 교류전류를 구하는 신호 처리 수단을 포함하여 이루어진 교류전류 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광신호 발생 수단과 광신호 분배 수단 사이에 상기 광신호 분배 수단에서 상기 광신호 발생 수단으로 분배되는 광신호를 차단하는 차단 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 차단 수단은, 아이솔레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광신호 발생 수단, 광/전 변환 수단, 및 광신호 분배/결합 수단 사이에 연결되되, 상기 광신호 발생 수단으로부터 입력되는 광신호를 분배하여 하나의 광신호를 상기 광신호 분배/결합 수단으로 출력하고, 상기 광신호 분배/결합 수단으로부터 결합/분배된 하나의 광신호를 입력받아 분배하여 상기 광/전 변환 수단으로 출력하는 광신호 분배 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 광신호 발생 수단과 광신호 분배/결합 수단 사이에 상기 광신호 분배/결합 수단에서 상기 광신호 발생 수단으로 분배되는 광신호를 차단하는 차단 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 차단 수단은, 아이솔레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은, 상기 광/전 변환 수단으로부터 입력되는 전기신호를 증폭하여 출력하는 증폭 수단; 상기 증폭 수단으로부터 출력된 전기신호중 측정하고자 하는 교류전류 주파수의 두배인 주파수 성분을 검출하여 증폭하는 필터링/증폭 수단; 상기 증폭 수단으로부터 출력된 전기신호중 직류 성분을 검출하여 출력하는 직류 검출 수단; 상기 필터링/증폭 수단과 직류 검출 수단의 출력을 입력받아 교류전류를 구하는 교류전류 계산 수단; 및 상기 필터링/증폭 수단과 직류 검출 수단의 출력을 상기 교류전류 계산 수단과 정합시키는 정합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 환형으로 연결된 상기 광신호 분배/결합 수단과 전류 감지 수단 사이의 어느 한쪽에 광신호의 편광면을 소정의 회전각으로 변화시키는 패러데이 회전자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 소정의 회전각은, 실질적으로 45도에 가까운 회전각을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은, 상기 광/전 변환 수단으로부터 전기신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 증폭 수단; 상기 증폭 수단으로부터 전기신호를 입력받아 측정하고자 하는 교류전류와 같은 주파수 성분을 가지는 신호를 대역통과시켜 검출하는 대역통과필터링 수단; 상기 증폭 수단으로부터 전기신호를 입력받아 직류 성분을 검출하여 출력하는 직류 검출 수단; 상기 대역통과필터링 수단으로부터 출력되는 아날로그신호와 상기 직류 검출 수단으로부터 출력되는 아날로그신호를 디지탈로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환 수단; 및 상기 아날로그/디지탈 변환 수단을 통하여 상기 대역통과필터링 수단과 직류 검출 수단의 출력을 입력받아 교류전류를 구하는 교류전류 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전류 감지 수단의 광섬유 코일은, 단일모드 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전류 측정장치.
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