KR100223151B1 - 광섬유를 이용한 압력센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 및 기체의 압력을 측정하는 압력센서에 관한 것으로서, 기준 신호용 광섬유와 압력측정용 광섬유를 구비하여 유체 및 기체의 압력에 의해 두 광섬유 사이에 존재하는 광신호의 위상차로 압력을 측정함으로써, 외부 자기장 및 전기장 등의 환경에 대한 영향을 전혀 받지 않으며 높은 정밀도로 보다 광범위의 압력을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 압력이 국부적으로 심하게 변동하는 경우에도 저오학한 측정이 가능하므로 정밀 측정을 필요로 하는 경우나 나쁜 환경에서도 산업체의 유체 및 기체에 대한 정확한 압력을 측정할 수 있는 장점이 있는 광섬유를 이용한 압력센서이다.

Description

광섬유를 이용한 압력센서
본 발명이 압력센서에 관한 것으로서, 특히 광섬유를 이용하여 기체 및 유체의 압력측정에 대한 정밀도를 향상시킨 광섬유를 이용한 압력센서에 관한 것이다.
일반적으로 압력은 유체량, 즉 프로세스량에 속하며, 온도측정 다음으로 많이 측정되는 계측대상이다.
이와 같은 압력을 측정하는 센서로는 종래부터 여러 가지가 개발되어 있으며, 검출방식에 따라 분류하면 기계식, 전기식 및 반도체식으로 분류할 수 있다. 기계식의 경우는 프루돈관이나 벨로즈, 탄성진동형등이 있고, 개방된 고정단으로 측정압력이 도입되면, 다른 밀폐된 관이 이동하게 되어 이동량으로 압력을 검출하는 것이며, 전기적 압력센서의 대다수는 기계적 변위를 정전용량의 변화나 압전효과 혹은 압저항효과 등을 이용해 전기신호로 변화하는 것으로 기본적으로는 기계식과 동일하다. 또한 전자현상을 검출원리로 하는 반도체식 압력센서의 경우는 압저항효과 혹은 PN전압 특성의 변화를 이용한다.
상기한 여러종류의 종래 압력센서들은 매우 정밀한 압력측정이 어렵고, 이를 보완하기 위해 압력에 대한 민감도를 증진시킬 경우 압력측정범위가 매우 협소하게되어 광범위의 압력을 계측하고자 할 경우 감도가 좋지 않게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 압력센서등이 갖는 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 광섬유를 감지부로하여 압력측정에 대한 정밀도를 향상시킨 광섬유를 이용한 압력센서를 제공함에 그 목적이 있다.
제 1도는 본 발명의 광섬유를 이용한 압력센서의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 측정압력의 전달통로 2 : 결합부
3 : 금속지지부 4 : 실린더형 탄성체
5 : 기준신호용 광섬유 6 : 압력측정용 광섬유
7 : 광섬유 보호층 8 : 광분리기
9 : 광원 10 : 광결합기
11 : 광검출기 12 : 렌즈
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 광섬유를 이용한 압력센서는, 외부 측정압력의 전달통로(1)와 내부 결합부(2)를 갖춘 금속지지부(3)의 내부 결합부(2)에 실린더형 탄성체(4)를 부착하고, 이 탄성체(4) 내부에 기준신호를 얻기 위한 코일 형태의 기준신호용 광섬유(5)를 삽입하며, 탄성체(4) 외부표면에 압력측정용 광섬유(6)를 코일형태로 감고, 이 압력측정용 광섬유(6)를 보호하기 위해 압력측정용 광섬유(6) 위에 광섬유 보호층(7)을 입히고, 상기 기준신호용 광섬유(5)와 압력측정용 광섬유(6)를 금속지지부(3) 외부로 인출하여 광분리기(8)를 통해 광원(9)와 연결함과 더불어 광결합기(10)를 통해 광검출기(11)에 연결하여서 구성됨을 특징으로 한다.
미설명부호 12는 렌즈를 나타낸다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 광섬유를 이용한 압력센서를 보다 상세하게 설명한다.
제 1도는 본 발명 광섬유를 이용한 압력센서의 단면도로서, 먼저 금속지지부(3)는 외부측정압력의 전달통로(1)인 밑면의 구멍과, 외부케이스, 그리고 압력감지부를 결합시키는 내부 결합부(2) 및 내부 빈 공간으로 형성되어 있고, 압력감지부는 살린더형 탄성체(4), 기준신호용 광섬유(5) 및 압력측정용 광섬유(6), 그리고 광섬유 보호층(7)인 광섬유 보호부로 구성된다.
우선 기준신호용 광섬유(5)를 코일 형태로 하여 실린더형 탄성체(4) 내부에 삽입하고, 압력측정용 광섬유(6)를 이 실린더형 탄성체(4)의 외부표면에 코일형태로 감은 다음 이 압력측정용 광섬유(6) 위에 광섬유 보호층(7)을 형성하여 압력감지부를 형성한다.
이렇게 형성된 압력감지부를 금속지지부(3)의 내부 결합부(2)에 체결하여 압력센서를 구성하고, 광신호가 외부의 광분리기(8)와 광검출기(11)에 전달되도록 기준신호용 광섬유(5)와 압력측정용 광섬유(6)를 외부로 인출하여 각각 렌즈(12) 등을 통하여 연결한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명 압력센서의 경우, 금속지지부(3) 밑면의 외부 측정압력의 전달통로(1)를 통하여 내부로 전달되는 외부 압력에 의해 실린더형 탄성체(4)가 변형되게 되고, 그에 따라 실린더형 탄성체(4)의 표면에 부착된 코일형 압력측정용 광섬유(6)도 변형되어 길이가 변하게 된다. 이때 외부의 광원(9)으로부터 기준신호용 광섬유(5)와 압력측정용 광섬유(6)에 광신호를 보내게 되면, 두 개의 광섬유를 통해 전달되어 오는 신호 사이에 위상차가 존재하게 되고, 이 위상차를 감지하여 압력을 측정하게 된다. 두 개의 광섬유 사이에 존재하는 광신호의 위상차는 광섬유의 길이변화, 광섬유 코어의 굴절율 변화 및 광섬유 코어의 직경변화에 의해 발생하게 되므로 외부 인가압력에 의해 발생한 위상차는 다음식과 같이 나타낼 수 있다.
여기서 ψ는 광파의 위상, n은 광섬유의 굴절율, ι과 D는 각각 광섬유의 길이 및 직경을 나타낸다.
본 발명에서는 감지부에 있는 탄성체(4)의 재질로서 상대적으로 단단한 풀리머인 테프론 혹은 나일론을 사용하고, 단일 모드인 SiO2광섬유를 기준신호용 및 압력측정용 광섬유(5)(6)로 하며, 폴리우레탄 혹은 고무로 광섬유 보호층(7)을 형성하여 기체 및 유체의 압력센서를 형성하였다.
이렇게 형성한 본 발명 압력센서의 경우 1Pa(N/m2)의 외부압력에 대해 1×10-2의 위상차를 보였고, 0Hz에서 3000Hz까지 매우 균일한 감도를 가지고 있었다. 또한 인가되는 외부압력이 14,000N/m2증가할 때 까지 광섬유 압력센서의 위상차가 선형적인 증가를 보여주었다.
상기한 바와 같이 작용하는 본 발명 광섬유를 이용한 압력센서는 외부 자기장 및 전기장 등의 환경에 대한 영향을 전혀 받지 않으며 높은 정밀도로 보다 광범위의 압력을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 압력이 국부적으로 심하게 변동하는 경우에도 정확한 측정이 가능하므로 정밀 측정을 필요로 하는 경우나 나쁜 환경에서도 산업체의 유체 및 기체에 대한 정확한 압력을 측정할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

  1. 외부 측정압력의 전달통로(1)와 내부 결합부(2)를 갖춘 금속지지부(3)의 내부 결합부(2)에 실린더형 탄성체(4)를 부착하고, 이 탄성체(4)내부에 기준신호를 얻기 위한 코일형태의 기준신호용 광섬유(5)를 삽입하며, 탄성체(4) 외부표면에 압력측정용 광섬유(6)를 코일형태로 감고, 이 압력측정용 광섬유(6)를 보호하기 위해 압력측정용 광섬유(6) 위에 광섬유 보호층(7)을 입히고, 상기 기준신호용 광섬유(5)와 압력측정용 광섬유(6)를 금속지지부(3) 외부로 인출하여 광분리기(8)를 통해 광원(9)와 연결함과 더불어 광결합기(10)를 통해 광검출기(11)에 연결하여서 구성됨을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 압력센서.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101514017B1 (ko) * 2013-11-15 2015-04-21 주식회사 골드텔 광섬유를 이용한 압력센서 및 이를 갖춘 압력감지장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07294360A (ja) * 1994-04-19 1995-11-10 Gec Alsthom T & D Sa 一体化された圧力検出器を備える電気機器

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