KR100307639B1 - Current / temperature measurement optical sensor using multi-wavelength light source and its method - Google Patents

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이종훈
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Abstract

본 발명은 온도에 영향을 받지 않고 자기장(또는 전류)을 측정할 수 있을 뿐 아니라 동시에 온도도 함께 측정이 가능한 광센서 및 전류 및 온도 측정방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에서는 패러데이 소자의 Verdet 상수가 온도에 따라 변할 뿐 아니라 광의 파장에 대해서도 변한다는 점을 활용하여 별도의 온도 센서를 부착하지 않고도 온도의 영향을 배제한 정확한 자기장(또는 전류)의 측정이 가능하도록 하였고, 동시에 온도도 측정할 수 있도록 한 것으로, 적어도 2개 이상의 파장을 가지는 다파장 광원과; 선편광된 다파장 광이 자신의 내부를 통과하도록 하는 패러데이 소자와; 상기 패러데이 소자를 통과한 광의 선편광 회전각을 각 파장별로 검출하는 수단과; 상기 파장별 회전각들의 상호관계로부터 상기 패러데이 소자에 인가되는 자기장의 크기 및 온도를 검출하는 신호처리수단으로 구성함으로써, 온도에 의한 영향을 받지 않고 감지할 수 있고, 전기적 절연 비용이 줄어들며, 주변의 전자기장에 의한 잡음이나 써지에 강하여 신뢰성이 높은 과전류 보호계전기 및 미터링 시스템을 구현하는데 용이한 것이다.The present invention is intended to provide an optical sensor and a current and temperature measuring method capable of simultaneously measuring a magnetic field (or current) without being affected by temperature and simultaneously measuring temperature. In the present invention, by utilizing the fact that the Verdet constant of the Faraday device changes not only with temperature but also with respect to the wavelength of light, it is possible to measure an accurate magnetic field (or current) excluding the influence of temperature without attaching a separate temperature sensor A multi-wavelength light source having at least two wavelengths, the temperature of which can be measured at the same time; A Faraday element for allowing linearly polarized multi-wavelength light to pass through the inside thereof; Means for detecting a linear polarization rotation angle of light passing through the Faraday element for each wavelength; And the signal processing means for detecting the magnitude and the temperature of the magnetic field applied to the Faraday element from the correlation of the rotation angles according to the wavelengths, it is possible to detect without being influenced by the temperature, reduce the electrical insulation cost, It is easy to implement a reliable overcurrent protection relay and metering system that is resistant to electromagnetic noise or surge.

Description

다 파장 광원을 이용한 전류/온도 측정 광 센서 및 그 방법Current / temperature measurement optical sensor using multi-wavelength light source and its method

본 발명은, 페러데이(Faraday) 소자의 여러 파장의 광을 통과시켜 나온 광의 선편광의 회전각을 분석하고 이들의 상호관계를 해석함으로써 온도 변화와 관계없이 정확한 자기장(또는 전류에 의해서도 자기장이 발생하므로 같은 의미로 전류)의 크기 뿐 아니라 온도도 함께 측정이 가능한 다 파장 광원을 이용한 전류/온도 측정광 센세 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention analyzes an angle of rotation of linearly polarized light of light passing through light of various wavelengths of a Faraday element and analyzes the mutual relationship therebetween to obtain an accurate magnetic field regardless of a temperature change The present invention relates to a current / temperature measuring optical sensor using a multi-wavelength light source capable of measuring temperature as well as a magnitude of current.

전력선에는 미터링 또는 보호 계전을 위한 많은 부분에 전류 측정장치가 사용되고 있다. 이제까지 주로 사용되어 오고 있는 철심ㆍ권선형 전류 변성장치는 대전류가 흐르는 1차측 도체에 코일을 감아 자기장유도 형태로 전류를 감지하고, 2차측에서는 일정 비율로 축소된 전류를 사용하여 과 전류 보호 계전기 코일을 직접 여자시키거나 전압으로 바꾸어 정지형 또는 디지틸형 신호처리에 사용되고 있다. 2차측 전류는 대개 5A가 되도록 하여 사용하지만 전력계통에 단락이나 지락고장이 발생하면 전류 크기는 수배로부터 수십 배까지 증가하게 된다. 이때 기존 방식의 전류 변성기는 시간이 지남에 따른 열화 등이 발생하므로 성능이 저하되어 각종 전기고장의 원인이 된다. 또한 자기포화 및 고조파 등에 의한 파형 왜곡과 써지나 잡음 등 전기적 장치가 갖는 구조적 문제점을 가지고 있다. 더욱이 송배전 전압이 초초고압화 되어감에 따라 계측하기 위한 절연 설비가 강화되어야 하는데, 이를 위한 절연 장치의 규모가 커지고 있고, 절연을 하기 위한 비용도 증가되고 있으며, 취급도 어려운 실정이다.Current meters are used in many parts of the power line for metering or protection relays. The iron-core-wire-type current transformer, which has been mainly used so far, detects a current in the form of magnetic field induction by winding a coil on a primary conductor through which a large current flows. On the secondary side, Are directly excited or converted to voltage and used in stationary or digital signal processing. The secondary side current is usually set to 5A, but if a short circuit or a ground fault occurs in the power system, the current size increases from several times to several tens times. At this time, the conventional current transformer deteriorates over time, so that the performance deteriorates and causes various electric failures. In addition, it has structural problems of electrical devices such as waveform distortion due to magnetic saturation and harmonics, and surge and noise. Further, the insulation equipment for measuring the transmission and distribution voltage as the voltage of the transmission and distribution becomes super-high pressure needs to be strengthened. For this purpose, the size of the insulation device is increased, the cost for insulation is increased, and it is difficult to handle.

이러한 문제점들을 해결할 수 있는 패러데이 효과를 이용한 광 센서가 개발되어 자기장 및 전류 측정이 요구되는 광범위한 분야에서의 활용이 기대되고 있다.특히, 광섬유를 이용하여 광을 센서까지 보내고 받을 수 있기 때문에 기존에 구리선을 이용하여 센서 신호를 전송할 때 생기는 잡음이 획기적으로 줄어드는 것과 전류의 측정 범위(dynamic range)가 넓은 것은 이 센서가 가지는 여러 장점들 중에도 전력회사의 관점에서는 상당한 매력을 가지고 있다.In particular, optical fibers can be used to send and receive light to and from a sensor, and thus, it is possible to use a copper wire And the dynamic range of the current is wide. Among the advantages of the sensor, it is attractive from the point of view of the electric power company.

그러나, 온도의 변화에 따라 패러데이 소자의 Verdet 상수 및 길이가 변함으로 인하여 측정값에 오차가 발생하기 때문에 실제 적용에는 신뢰도 측면에서 어려움을 가지고 있는 상황이다.However, since the Verdet constant and the length of the Faraday device are changed according to the change of the temperature, an error occurs in the measured value, so that the practical application has a difficulty in terms of reliability.

종래에 제시되었던 온도와 자기장(또는 전류)을 측정할 수 있는 패러데이 소자를 사용한 광 센서 기술로는 다음과 같은 것들이 있다.The optical sensor technology using the Faraday device capable of measuring the temperature and the magnetic field (or current) conventionally proposed is as follows.

하나는, 패러데이 소자 옆에 열전쌍 금속 코일을 사용하여 온도를 감지하고, 이 감지된 온도에 따라 선편광 회전부를 적절한 각도로 회전시키는 것이다. 온도에 따라서 Verdet 상수나 패러데이 소자의 길이가 변화함으로 인해 편광의 회전각이 변하는 것을 선편광 회전부의 회전으로 하여 보상함으로써 온도가 보상된 자기장(또는 전류)의 측정이 가능하게 된다.One is to use a thermocouple metal coil next to the Faraday element to sense the temperature and rotate the linearly polarized rotating part at an appropriate angle according to the sensed temperature. The temperature compensated magnetic field (or current) can be measured by compensating the variation of the rotation angle of the polarization due to the change of the Verdet constant or the Faraday element length depending on the temperature by the rotation of the linearly polarized light rotating part.

다른 기술로는 패러데이 소자 바로 옆에 온도 센서를 두고 패러데이 소자를 통과하는 광과는 다른 광으로 이 온도 센서를 지나가게 하는 것이다. 이 온도 센서는 온도에 따라서 광의 투과도가 변하므로 검출기에서 이를 감지하여 온도를 알아내고, 패러데이 소자로부터 나오는 광 신호의 해석을 이 온도를 감안하여 실시함으로써 정확한 자기장(또는 전류)을 측정하는 것이다.Another technique is to have a temperature sensor next to the Faraday device and pass the temperature sensor through a different light than the light passing through the Faraday device. In this temperature sensor, the light transmittance changes according to the temperature. Therefore, the detector senses the temperature to determine the temperature, and the optical signal emitted from the Faraday element is analyzed in consideration of the temperature to measure the correct magnetic field (or current).

기존에 제시된 기술의 문제점은 우선 별도의 온도 센서를 필요로 한다는 점이다. 이렇게 되면 시스템의 구성이 복잡해져 제작상의 어려움이 발생한다. 특히, 열전쌍 금속코일을 사용하는 경우에는 선편광 회전부의 회전을 유발하게 되므로 센서에 움직임이 발생하게 되어 신뢰도가 떨어지고 회전을 위한 전원의 공급이 필요하게 된다.The problem of the existing technology is that a separate temperature sensor is needed first. This leads to a complicated configuration of the system, which causes difficulties in manufacturing. Particularly, when a thermocouple metallic coil is used, rotation of the linearly polarized light rotation part is caused, so that movement is generated in the sensor, so reliability is lowered and power supply for rotation is required.

다음의 문제점은 온도 센서가 패러데이 소자와 가깝게 있다고는 하지만 별도로 설치되어 있는 상태이므로 실제 패러데이 소자의 온도와 온도 센서에서 감지되는 온도를 다를 수 있다는 점이다. 이 경우에는 온도에 대한 자기장(또는 전류)의 보정이 부정확해지므로 자기장(또는 전류)을 계측할 때 오차가 발생하게 된다. 또한, 시스템의 핵심 부위인 선편광 회전부에 별도의 온도 센서가 부착됨으로 인해 구성이 복잡해지고 부피가 커짐으로 인해 현장 설치에서의 어려움과 신뢰도의 저하가 우려된다.The next problem is that although the temperature sensor is close to the Faraday element, it is installed separately, so that the actual Faraday element temperature may be different from the temperature sensed by the temperature sensor. In this case, the correction of the magnetic field (or current) with respect to temperature becomes inaccurate, and an error occurs when measuring the magnetic field (or current). In addition, a separate temperature sensor is attached to the linearly polarized light rotation part, which is a core part of the system, so that the configuration becomes complicated and the volume becomes large.

따라서, 본 발명의 상기와 같은 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 우하여 안출한 것으로 본 발명의 목적은, 패러데이 소자의 Verdet 상수가 광의 파장과 온도에 모두 의존하는 성질을 이용하여, 복수 파장의 광을 패러데이 소자에 통과시키고 각 파장별 선편광 회전각을 측정하고 이를 신호처리를 통해 해석함으로써 온도 변화의 영향을 받지 않고 정확한 자기장(또는 전류) 및 온도를 동시 측정할 수 있도록 한 다음 파장 광원을 이용한 전류/온도 측정 광 센서 및 그 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems of the prior art and to provide a Faraday device having a Verdet constant that depends on the wavelength and temperature of light, By passing the light through the Faraday device and measuring the angle of linear polarization for each wavelength and analyzing it through signal processing, it is possible to measure the exact magnetic field (or current) and temperature simultaneously without being influenced by the temperature change. A current / temperature measuring optical sensor and a method thereof.

이에 따라 본 발명은, 별도의 온도 센서를 사용하지 않고 패러데이 소자 자체의 물리적인 성질을 이용함으로써 앞서의 기술들이 가지고 있던 단점들을 근본적으로 제거할 수 있는 것이다. 이것의 기본적인 계측원리에 대해서는 실시예를 통해 자세히 알아보기로 한다.Accordingly, the present invention can fundamentally eliminate the disadvantages of the prior art technologies by using the physical properties of the Faraday element itself without using a separate temperature sensor. The fundamental measurement principle of this will be described in detail through examples.

본 발명은 기존의 패러데이 센서가 가지는 온도에 대한 의존성을 제거하기 위하여 두 개 이상의 파장을 가지는 광원을 사용하여 각 파장의 광에 대하여 편광의 회전각을 측정하도록 고안함으로써, 온도에 따라 자기장(또는 전류)의 측정값이 오차가 생기는 것을 방지할 수 있게 된다.In order to eliminate the dependency of the existing Faraday sensor on the temperature, the present invention uses a light source having two or more wavelengths to measure the rotation angle of polarization with respect to light of each wavelength, It is possible to prevent an error in the measured value of the measurement value.

뿐만 아니라, 자기장이 있는 곳이면 어디서나 온도의 측정도 가능해 짐에 따라 온도 센서로도 동시에 활용이 가능하게 된다. 특히, 본 발명에서는 기존에 제시된 온도 보상형 패러데이 자기장(또는 전류) 센서와는 달리, 별도의 온도 센서가 없어 선편광 회전부의 구성이 간단하고 온도 센서부와 패러데이 소자 사이의 온도차이로 인한 오차가 발생할 가능성도 제거한다.In addition, since the temperature can be measured anywhere in a magnetic field, it can be used as a temperature sensor at the same time. Particularly, unlike the conventional temperature compensated Faraday's magnetic field (or current) sensor, the present invention does not have a separate temperature sensor, so that the configuration of the linearly polarized light rotating part is simple and an error due to the temperature difference between the temperature sensor part and the Faraday element Eliminate the possibility.

본 발명의 또 다른 활용으로는 자기장(또는 전류)이 있는 곳에서는 어디든지 온도를 측정할 수 있다는 점이다. 만일 온도의 측정이 필요한 곳이라면 그곳에 영구자석이나 전류의 공급을 통해 자기장을 만들어 줌으로써 온도를 측정할 수 있다. 본 발명의 선편광 회전부는 매우 소형으로 제작이 가능하기 때문에 온도 측정이 필요한 곳이면 어디든지 쉽게 설치가 가능하다. 예를 들면, 전력선의 접합 부분과 같이 많은 열이 발생할 가능성이 있는 부분에는 본 발명의 시스템을 설치하여 전류와 온도를 동시에 측정할 수 있다.Another advantage of the present invention is that temperature can be measured wherever a magnetic field (or current) is present. If the temperature needs to be measured, the temperature can be measured by creating a magnetic field through the supply of permanent magnet or current. Since the linearly polarized light rotating part of the present invention can be manufactured in a very small size, it can be installed easily wherever temperature measurement is required. For example, the system of the present invention can be installed at a portion where a lot of heat is likely to occur, such as a junction portion of a power line, and current and temperature can be simultaneously measured.

이러한 새로운 아이디어로 기존 광 자기장(또는 전류) 센서의 근본적인 문제점들을 해결하고, 발명의 구성처럼 다파장 광원, 선편광 회전부, 신호 처리부 등으로 구현함으로써 온도의 영향이 제거된 전류의 측정 및 온도의 동시 측정이라는 효과를 얻을 수 있게 된다.This new idea solves the fundamental problems of existing optical magnetic field (or current) sensors and realizes the measurement of the current without temperature influence and the simultaneous measurement of temperature by implementing the multi-wavelength light source, the linearly polarized light rotating part, The effect can be obtained.

도 1은 본 발명의 다 파장 광원으로 구성된 전류 및 온도 광 센서의 블록도.1 is a block diagram of a current and temperature optical sensor constructed from a multi-wavelength light source of the present invention.

도 2는 본 발명의 다 파장을 이용한 전류 및 온도 측정 광 센서의 실시 예를 보인 도면.2 is a view showing an embodiment of a current and temperature measuring optical sensor using multi-wavelengths according to the present invention.

도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 다 파장 광원의 구성 예를 보인 도면.3 (a) to 3 (c) are diagrams showing a configuration example of a multi-wavelength light source according to the present invention.

도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 편광기로부터 나오는 선편광의 세기를 일정하게 하기 위한 수단의 예시도.4 (a) and 4 (b) illustrate examples of means for keeping the intensity of linearly polarized light coming from the polarizer of the present invention constant.

도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 파장별 선 편광 회전각을 검출하기 위한 파장 분리 수단의 예시도.5 (a) to 5 (c) illustrate examples of wavelength separating means for detecting a linear polarization rotation angle according to wavelengths of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art

100 : 다 파장 광원 110 : 파장이 1인 FP-LD100: Multi-wavelength light source 110: 1 FP-LD

120 : 파장이 2인 FP-LD 130 : 광섬유 광 결합기120: Wavelength 2 FP-LD 130: Fiber optic optical coupler

200: 선 편광 회전부 210 : 광 접속자200: linear polarization rotation unit 210: optical splitter

220 : selfoc 렌즈 230 : PBS 편광기220: selfoc lens 230: PBS polarizer

240 : 패러데이 소자 300 : 선편광 회전각 검출부240: Faraday element 300: linear polarization rotation angle detector

310 : PBS 검광기 320 : selfoc 렌즈310: PBS analyzer 320: selfoc lens

330 : 광 접속자 340 : 광섬유 과장 분리기330: optical connector 340: fiber optic splitter

350 : 포토 다이오드( 1) 360 : 포토 다이오드( 2)350: Photodiode ( 1 ) 360: Photodiode ( 2 )

400 : 신호 처리부(SPU) 500 : 광 섬유400: signal processing unit (SPU) 500: optical fiber

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 다 파장 광원으로 구성된 전류 및 온도 광 센서의 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이, 적어도 2개 이상의 파장을 가지는 광 신호를 발생시키는 다파장 광원(multiwavelength light source)(100)과, 그 다파장 광원(100)에서 발생된 광 신호를 광섬유를 통해 입사받아 선편광시키는 편광기, 선편광된 다 파장 광이 감지하고자 하는 대상의 전류 및 온도에 따라 회전각이 달라지도록 하는 패러데이 소자를 포함하는 선편광 회전부(200)와, 상기 패러데이 소자를 통과한 광의 선편광 회전각을 각 파장별로 검출하는 회전각 검출부(300)와, 그 회전각 검출부(300)에서 검출된 상기 파장별 회전각들의 상호관계로부터 상기 패러데이 소자에 인가되는 자기장의 크기 및 온도를 검출하는 신호 처리부(SPU : Signal Proessing Unit)(400)를 포함하여 구성된다.FIG. 1 is a block diagram of a current and temperature optical sensor composed of a multi-wavelength light source according to the present invention. As shown in FIG. 1, a multiwavelength light source 100 A polarizer for receiving the optical signal generated from the multi-wavelength light source 100 through an optical fiber and linearly polarizing the optical signal; a Faraday device for changing the rotation angle according to the current and temperature of the object to be detected by the linearly polarized multi- A rotation angle detector 300 for detecting a linearly polarized light rotation angle of light passing through the Faraday element by each wavelength, and a rotation angle detector 300 for detecting a rotation angle of the wavelength, And a signal processing unit (SPU) 400 for detecting the magnitude and temperature of the magnetic field applied to the Faraday element from the relationship.

상기 광원(100)으로부터 입사되는 광이 선편광 회전부(200)를 통과할 때 광의 진행방향과 나란하게 자기장이 걸려 있으면 선편광된 광의 편광방향이 자기장의 크기 및 온도, 그리고 광의 파장에 따라 다르게 회전하게 된다. 이렇게 다른 선편광 회전각은 각 파장별로 선편광 회전각 검출부(300)에서 검출된다. 신호 처리부(400)에서는 선편광 회전각 검출부(300)에서 검출된 각 파장의 선편광 회전각으로부터 선편광 회전부(200)에 걸린 자기장(또는 전류)의 크기 및 온도에 관한 정보를 추출한다.When the light incident from the light source 100 passes through the linearly polarized light rotating part 200, if the magnetic field is applied parallel to the traveling direction of the light, the polarization direction of the linearly polarized light is rotated differently depending on the magnitude and temperature of the magnetic field and the wavelength of the light . The different linearly polarized light rotation angles are detected by the linear polarization rotation angle detector 300 for each wavelength. The signal processing unit 400 extracts information on the magnitude and temperature of the magnetic field (or current) staked on the linear polarization rotation unit 200 from the linear polarization rotation angles of the respective wavelengths detected by the linear polarization rotation angle detection unit 300.

도 2 본 발명의 일 실시예에 따른 두 파장을 사용한 전류 및 온도 측정 광센서의 구성도이다. 먼저, 다파장 광원(100)으로는 각각 파장 1, 2를 가지는 2개의 레이저 다이오드(FP-LD ; Fabry-Perot Laser Diode)(110), 120)와, 그 레이저 다이오드(110)(120)의 광 신호를 광섬유(500)로 전송하기 위한 광 결합기(130)로 이루어진다.2 is a configuration diagram of a current and temperature measuring optical sensor using two wavelengths according to an embodiment of the present invention. First, as the multi-wavelength light source 100, 1 , An optical coupler for transmitting optical signals; (Fabry-Perot Laser Diode FP-LD) 110, 120) and the laser diodes 110 and 120 to the optical fiber 500 (the two laser diodes having a second 130).

상기 선편광 회전부(200)는, 상기 광섬유(500)를 통해 다파장 광 신호를 입사받아 렌즈(selfoc lens)(220)를 통해 광 신호를 출력시키는 광 접속자(connector)(210)와, 상기 렌즈(selfoc lens)(220)를 통해 광섬유(500)를 빠져 나온 광 신호를 선편광시키는 PBS 편광기(230)와, 그 PBS 편광기(230)에서 선편광된 광의 진행 방향과 나란한 측정 대상물에 흐르는 자기장의 크기에 비례하여 선편광이 회전되는 패러데이 소자(240)로 구성된다.The linearly polarized light rotation unit 200 includes an optical connector 210 for receiving a multi-wavelength optical signal through the optical fiber 500 and outputting an optical signal through a lens (selfoc lens) 220, a PBS polarizer 230 for linearly polarizing an optical signal that has passed through the optical fiber 500 through a selfoc lens 220 and a polarizer 230 which is proportional to the magnitude of a magnetic field flowing in parallel with the traveling direction of the linearly polarized light in the PBS polarizer 230 And a Faraday element 240 in which linearly polarized light is rotated.

상기 회전각 검출부(300)는, 상기 패러데이 소자(240)로부터 측정 대상물의 자기장의 크기에 비례하여 회전된 다 파장 광의 회전각을 광 량으로 검출하는 PBS검광기(310)와, 그 PBS 검광기(310)에서 광량으로 검출된 광을 렌즈(selfoc lens)(320)를 통해 입사받아 광섬유(500)로 전송하는 광 접속자(330)와, 그 광섬유(500)를 통해 전송된 다파장 광을 파장별로 분리하는 파장분리기(340)와, 그 파장 분리기(340)에서 분리된 광을 각각 파장별로 전기적신호로 변환하는 2개의 포토다이오드(350, 360)로 구성되어 있다.The rotation angle detector 300 includes a PBS detector 310 for detecting the rotation angle of the multi-wavelength light rotated in proportion to the magnitude of the magnetic field of the measurement object from the Faraday element 240, An optical coupler 330 for receiving the light detected by the optical fiber 310 in the optical fiber 310 through a lens (selfoc lens) 320 and transmitting the light to the optical fiber 500, And two photodiodes 350 and 360 for converting the light separated by the wavelength separator 340 into electric signals by wavelengths, respectively.

한편, 별도의 자기장이 형성되어 있지 않은 곳에서도 온도 측정을 하고자 할 때에는 선편광 회전부(200)의 패러데이 소자(240)에 별도의 자기장을 공급하는 수단을 더 구비한다.Meanwhile, when the temperature is measured even in a place where no separate magnetic field is formed, a means for supplying a separate magnetic field to the Faraday element 240 of the linear polarization rotary part 200 is further provided.

이와 같은 두 파장을 사용한 실시 예는, 두개의 레이저(110),(120)에서 각기 다른 파장의 광을 발생하고, 발생된 각기 다른 파장의 광을 광섬유 광 결합기(130)및 광 섬유(500)를 통해 광 접속자(210)로 입력된다. 광 접속자(210)로 입력된 광은 렌즈(220)를 통해서 PBS 편광기(230)에서 선형편광되고, 패러데이 소자(240)의 내부를 통과하게 된다. 이때 패러데이 소자(240)는 측정 대상물에 흐르는 자기장의 크기에 비례하여 통과되는 선형 편광된 광을 회전시킨다. 검광기(310)에서는 선편광의 회전각이 광의 세기로 변환되고, 렌즈(320)와 광 접속자(330)를 통해 광이 광섬유로 들어간다. 관섬유 파장분리기(340)에서는 두 파장의 광을 분리하여 각각 포토다이오드(350),(360)로 보낸다. 포토다이오드(350),(360)는 검출된 광의 세기에 비례하는 전류 또는 전압을 신호 처리부(400)에 전달하고 신호 처리부(400)에서는 두 파장에 대한 선편광 회전각의 관계로부터 선편광 회전부(200)에 걸린 자기장(또는 전류)의 크기 및 온도에 관한 정보를 추출한다.In the embodiment using the two wavelengths, the two lasers 110 and 120 generate light of different wavelengths and transmit the generated light of different wavelengths to the optical fiber optical coupler 130 and the optical fiber 500, To the optical connector 210. [ The light input to the optical coupler 210 is linearly polarized in the PBS polarizer 230 through the lens 220 and passes through the inside of the Faraday element 240. At this time, the Faraday element 240 rotates the linearly polarized light passing through in proportion to the magnitude of the magnetic field flowing in the measurement object. In the analyzer 310, the rotation angle of linearly polarized light is converted into light intensity, and light enters the optical fiber through the lens 320 and the optical connector 330. The tube-wave wavelength separator 340 separates the two wavelengths of light and sends them to the photodiodes 350 and 360, respectively. The photodiodes 350 and 360 transmit a current or a voltage proportional to the intensity of the detected light to the signal processing unit 400 and the signal processing unit 400 receives the linearly polarized light from the linear polarization rotation unit 200, (Or current) and the temperature of the magnetic field (or current).

도 3은 다 파장 광원의 구성 예를 보인 것으로, 다 파장 광원을 구성하는 여러 가지 방법을 제시하였다.FIG. 3 shows a configuration example of a multi-wavelength light source, and various methods of constructing a multi-wavelength light source are presented.

도 3의 (a)는 서로 다른 파장( 1, ... , N)의 광을 발생하는 다수의 광원을 구비하고, 그 다수의 광원의 광을 하나의 광 결합기를 통해 합하여 광섬유로 전송하도록 구성한다. 즉, 파장이 다른 광원으로부터 나오는 광을 광 결합기를 사용하여 합치는 것이다.Fig. 3 (a) 1 , ..., N , and the light of the plurality of light sources is combined through one optical coupler and is transmitted to the optical fiber. That is, light coming from a light source having a different wavelength is combined using an optical coupler.

도 3의 (b)는 광 결합기 대신에 광 스위치를 사용하여 파장이 다른 광을 시간적으로 하나씩 보내주도록 구성된 것을 보여준다.FIG. 3 (b) shows a configuration in which light having different wavelengths is sent one by one using an optical switch instead of the optical coupler.

도 3의 (c)는 스펙트럼의 폭이 매우 넓은 광대역 광원을 구비하고, 그 광대역 광원의 앞에 파장 가변 광학필터(tunable optical filter)를 설치하여 시간에 따라 원하는 파장의 광을 보내 주는 광원의 경우를 보여주고 있다.3C shows a case in which a broadband light source having a very wide spectrum is provided and a tunable optical filter is installed in front of the broadband light source to transmit light of a desired wavelength with time .

이 밖에도 시간적으로 광 파장이 가변되는 파장가변 레이저(tunable laser)를 사용하여 다 파장 광원을 구성할 수 도 있다.In addition, a multi-wavelength light source may be constructed using a tunable laser whose wavelength is varied in time.

도 4는 본 발명의 선편광 회전부의 편광기로부터 나오는 선편광의 세기를 일정하게 하기 위한 방법을 보인 것으로서, 다 파장 광원으로부터 나오는 광이 선편광이 되어있고 이것이 광섬유를 따라 진행하는 경우, 패러데이 소자에 들어가는 선편광된 광의 세기를 일정하게 유지하기 위한 두 가지 방법을 보여준다.FIG. 4 shows a method for making the intensity of linearly polarized light emitted from a polarizer of the linearly polarized light rotating unit of the present invention constant. When light emitted from a multi-wavelength light source is linearly polarized light and travels along the optical fiber, It shows two ways to keep the light intensity constant.

도 4의 (a)는 선편광 회전부와 광원 사이에 Lyot 편광 제거기(depolarizer)와 같은 편광 제거기를 설치하여 선편광 회전부에 입사하기 직전까지 광의 편광도(the degree of polarization)를 없애는 방법을 보인 것으로, 다 파장 광원(100)에서 발생된 편광된 광을 편광 제거기(231)를 통해서 편광이 제거된 광으로 바꾸고, 그 편광이 제거된 광을 편광기(230)에 입사시켜 일정한 세기를 가지는 선형 편광된 광을 얻을 수 있도록 한 것이다.4 (a) shows a method of disposing a depolarizer such as a Lyot depolarizer between the linearly polarized light rotating unit and the light source to remove the degree of polarization of the light up to the moment before entering the linearly polarized light rotating unit The polarized light generated in the wavelength light source 100 is converted into the polarized light by the polarized light eliminator 231 and the linearly polarized light having a constant intensity is input to the polarizer 230 So that it can be obtained.

도 4의 (b)는 다 파장 광원(100)으로부터 발생된 선편광된 광을 편광유지 광섬유(PMF : Polarizaion-Maintaining Fiber)(500a)를 통해 편광상태를 유지시키면서 선편광 회전부의 편광기(230)까지 전달하는 방법을 보인 것이다.4B shows a state in which the linearly polarized light generated from the multi-wavelength light source 100 is transmitted to the polarizer 230 of the linearly polarized light rotating unit while maintaining the polarization state through a polarization maintaining fiber (PMF) I have shown how to do it.

도 5는 파장별 선편광 회전각을 검출하기 위한 파장분리 방법을 보인 것으로, 파장을 분리하기 위한 여러 가지 수단을 보여준다.FIG. 5 shows a wavelength separation method for detecting a linear polarization rotation angle per wavelength, and shows various means for separating wavelengths.

도 5의 (a)는 광 분리기(340)에서 광을 여러 경로로 나누고 각 경로에 특정한 파장만을 통과시킬 수 있는 광학필터를 사용하는 방법을 나타내고, 도 5의 (b)는 PBS 검광기로부터 광섬유를 통해 입사되는 회전각이 가변된 다 파장 광을 파장가변 광학필터를 이용하여 시간적으로 다른 파장을 통과시키는 방법을 보인 것이며, 도 5의 (c)는 그래팅(Grating)이나 AWG(Arrayed Waveguide Grating) 등 큰 색분산 특성을 가지는 색 분산 소자(343)를 이용하여 광을 파장에 따라 공간적으로 분리하는 방법을 보인 것이다.5 (a) shows a method of using an optical filter that divides light into various paths in the optical isolator 340 and allows only specific wavelengths to pass through the respective paths, and FIG. 5 (b) FIG. 5 (c) shows a method of passing multi-wavelength light having a variable rotation angle through a wavelength tunable optical filter through a wavelength tunable optical filter. FIG. 5C shows a method of grating or arrayed waveguide grating ) Is used to spatially separate the light according to the wavelength using the color dispersing element 343 having a large chromatic dispersion characteristic.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described.

도 2에 나타낸 실시예는 다파장 광원(100)으로 파장이 각각 1= 450 nm와 2= 520 nm인 두 개의 FP LD(Fabry-Perot Laser Diode)(110, 120)를 사용하였다. 두 레이저(110, 120)로부터 나온 광은 광섬유(500)로 들어가고 광섬유 광 결합기(130)를 통해 서로 합쳐진 뒤 계속 광섬유를 따라서 진행하여 선편광 회전부(200)로 들어간다. 선편광 회전부(200)에서 각 파장의 광은 PBS(Polarizing Beam Splitter)로 이루어진 편광기(230)를 거치면서 서로 같은 방향의 직선 편광을 가지게 되고, 이 편광의 방향은 패러데이 소자(240)를 광이 지날 때 패러데이 소자(240)에 가해지는 자기장의 크기에 비례하여 회전하게 된다. 이 때, 각 파장마다 Verdet 상수가 다르므로 회전각의 크기도 달라진다.In the embodiment shown in FIG. 2, the multi-wavelength light source 100 has wavelengths of 1 = 450 nm and Two FP LDs (Fabry-Perot Laser Diodes) 110 and 120 with a wavelength of 2 = 520 nm were used. The light emitted from the two lasers 110 and 120 enters the optical fiber 500 and joins together through the optical fiber optical coupler 130 and proceeds along the optical fiber to enter the linear polarization rotator 200. The light of each wavelength in the linearly polarized light rotating unit 200 has linear polarization in the same direction through the polarizer 230 made of PBS (Polarizing Beam Splitter), and the direction of the polarized light propagates through the Faraday element 240 The Faraday element 240 rotates in proportion to the magnitude of the magnetic field applied thereto. At this time, since the Verdet constant differs for each wavelength, the magnitude of the rotation angle also changes.

선편광의 회전각은 PBS로 이루어진 검광기(310)를 거치면서 광의 세기(power)로 변화하게 되고, 광섬유 파장분리기(340)에서 두 파장이 서로 나뉘어서 광 검출기인 포토다이오드(350),(360)에 각각 들어간다.The rotation angle of the linearly polarized light changes with the power of the light passing through the analyzer 310 made of PBS and the two wavelengths are separated from each other by the optical fiber wavelength separator 340 to form photodiodes 350 and 360, Respectively.

광 검출기에서는 광의 세기에 비례하는 전류나 전압이 출력되어 신호 처리부(SPU : Signal Processing Unit)(400)에 입력되고, 신호 처리부(400)에서는 두 파장에 대한 선편광의 회전각에 대한 정보로부터 선편광 회전부에 걸리는 온도와 자기장(또는 전류)의 크기를 추출하게 된다. 이 과정을 좀 더 구체적으로 알아보면 다음과 같다.The photodetector outputs a current or a voltage proportional to the intensity of light and is input to a signal processing unit (SPU) 400. In the signal processing unit 400, from the information about the rotation angle of linearly polarized light with respect to two wavelengths, And the magnitude of the magnetic field (or current). This process is described in more detail as follows.

패러데이 소자(240)를 지나면서 광의 편광이 회전한 각을θ F 라고 하면,θ F 는 아래의 (식 1)과 같이 자기장의 크기 B, 패러데이 소자의 길이 1, Verdet 상수의 곱에 비례한다.Speaking of the Faraday element 240 passes while θ the angle of light polarization is rotated F a, θ F is proportional to the size of B, the length 1, the product of the Verdet constant of the Faraday element of the magnetic field as shown in Equation 1 below.

θ F ( ,T) -V(,T)ㆍl(T)ㆍB(식 1) θ F ( ,T) -V(,T) ㆍl(T) ㆍB(Equation 1)

(식 1)에서 T는 온도를 뜻한다. (식 1)에 나타난 것과 같이 Verdet 상수는 파장과 온도의 함수이고, 패러데이 소자의 길이 1도 온도의 함수이다.(Equation 1), T stands for temperature. As shown in (Equation 1), the Verdet constant is a function of wavelength and temperature, and is a function of Faraday element length 1 degree temperature.

패러데이 소자(240)를 사용하는 자기장 센서에서는 V와 1을 알고 검광기(310)를 거쳐 나온 광의 세기를 측정함으로써θ F 를 알아내어 거꾸로 자기장의 크기 B(또는 같은 의미로 전류의 크기)를 알아낼 수 있다. 만일 온도 T가 변하게 되면 V와 l이 변하게 되므로 일정한 크기의 자기장이 있는 상황에서도θ F 가 변한 것처럼 잘못된 결과가 나타나게 되므로 이것을 보정할 방법이 필요하게 되는 것이다.In the magnetic field sensor using the Faraday element 240, the magnitude of the magnetic field B (or the magnitude of the current in the same sense) is inverted to find θ F by measuring the intensity of the light passing through the analyzer 310 by knowing V and 1 . If the temperature T is changed, V and l are changed. Therefore, even if there is a magnetic field of a certain magnitude, an incorrect result appears as if θ F has changed.

여기서는 두 개의 파장을 사용하므로, 현재 패러데이 소자(240)의 온도가 T일 때 편광이 회전한 각도θ F 는 각각의 파장에 대하여 다음의 (식 2)와 같다.Here, since two wavelengths are used, the angle &amp;thetas; F at which the polarization rotates when the temperature of the current Faraday element 240 is T is expressed by the following equation (2) for each wavelength.

θ F ( 1,T) -V( 1,T)ㆍl(T)ㆍB(식 2-1) θ F ( 1 , T ) - V ( 1 , T ) 占1 ( T ) 占B (Equation 2-1)

θ F ( 2,T) -V( 2,T)ㆍl(T)ㆍB(식 2-2) θ F ( 2 , T ) - V ( 2 , T ) 占1 ( T ) 占B (Equation 2-2)

검광기(310)의 편광 축과 편광기(230)의 편광 축이 서로 γ라는 각을 이루고 있다고 하면, 검광기(31)를 통과한 광의 세기는 각각 cos2[-θ F ( 1,T)], cos2[-θ F ( 2,T)]에 비례하므로 (식 2-1)과 (식 2-2)의θ F ( 1,T)와θ F ( 2,T)는 광 검출기의 전류나 전압을 분석하여 쉽게 알 수 있다.Assuming that the polarization axis of the analyzer 310 and the polarization axis of the polarizer 230 form an angle of γ with respect to each other, the intensity of light passing through the analyzer 31 is cos 2 [ - ? F ( 1 , T )], cos 2 [ - ? F ( 2, T)] in proportion, so equation (2-1) and equation (2-2) in the θ F ( 1 , T ) and ? F ( 2 , T ) can be easily determined by analyzing the current or voltage of the photodetector.

검광기(310)와 광 검출기(350, 360)를 쓰지 않고 광 신호를 파장분리기(340)를 써서 분리한 뒤, 각각을 편광분석기(polarization analyzer)에서 분석하여 직접적으로 선편광의 회전각을 알아낼 수도 있다.The optical signal is separated by using the wavelength separator 340 without using the optical detector 310 and the optical detectors 350 and 360 and then analyzed by a polarization analyzer to directly detect the rotation angle of the linearly polarized light have.

신호 처리부(SPU)(400)에서는 이렇게 검출된θ F ( 1,T),θ F ( 2,T)의 상호 관계로부터 우선 온도를 계산한다. 예를 들어, 아래의 (식 3)과 같이 특성함수 (T)를 정의하면In the signal processing unit (SPU) (400) so the detected θ F ( 1 , T ), &amp;thetas; F ( 2 , T ). For example, as shown in (Equation 3) below, (T)

패러데이 소자의 구성물질로 Tb2Al5O12를 사용한 경우, 표 1과 같은 Verdet 상수 특성을 가지므로 T = 300 K 에서 (T)= 0.0686, T = 77 K 에서 (T) =0.0335의 값을 가지게 된다.When Tb 2 Al 5 O 12 is used as a constituent of the Faraday device, it has the characteristic of Verdet constant as shown in Table 1. Therefore, at T = 300 K (T) = 0.0686, at T = 77 K (T) = 0.0335.

역으로, (T) =0.068 이라면, T = 300 K, (T) =0.0335 라면 T = 77 K 임을 알 수 있다. 이 때, 한 가지 주의할 점은 우리가 실제로 측정하는 것은V( ,T)가 아닌θ F (,T)이므로 자기장이 영(零)이 되는 순간에는 (식 3)과 같은 경우에는 분모가 영(零)이 되므로 이럴 때 (T)를 계산하면 오류가 발생한다는 것이다. 이렇게 온도를 알아내면, 다음으로는 이미 알고 있는V( 1 ,T) (T)또는V( 2 ,T) (T)를 (식 2)에 넣어 자기장의 크기 B를 계산한다. 따라서, 온도의 함수V( 1 ,T) (T)V( 2 ,T) (T)를 알고 있으면, 측정값θ F ( 1,T)와θ F ( 2,T)로부터 온도의 영향을 배제한 정확한 자기장(또는 전류)의 크기와 온도를 알 수 있는 것이다. Conversely, (T) =0.068, T = 300 K, (T) =0.0335, it can be seen that T = 77K. At this point, one thing to note is that what we actually measureV ( , T)Notθ F (,T), The moment the magnetic field becomes zero, the denominator becomes zero in the case of (Equation 3) (T)The error occurs. Once you know this temperature, the next thing you knowV ( One , T) (T)orV ( 2 , T) (T)(2) to calculate the magnitude B of the magnetic field. Therefore,V ( One , T) (T)WowV ( 2 , T) (T)If you know,θ F ( One,T)Wowθ F ( 2,T(Or current) excluding the influence of temperature from the magnetic field (or current).

물론, 여기에는 한 가지 전제 조건이 있다. 특성함수 (T)가 온도 T에 대하여 단순증가 함수(monotonic increasing function), 또는 단순감소 함수(monotonic decreasing function)가 되는 온도 범위에서만 이러한 신호처리가 가능하다는 것이다. 이것이 만족되지 않으면 하나의 (T)값에 대하여 두 개 이상의 온도가 대응될 수 있으므로 온도를 정하기가 어려워진다. 하지만, 특성함수 (T)는 반드시 (식 3)과 같이 정할 필요는 없으므로 주어진V( 1 ,T), V( 2 ,T)의 조건 아래서 되도록 넓은 온도 범위에서 단순증가 또는 단순감소 함수가 되도록 정의할 수 있다고 판단된다. 예를 들어,V( 2 ,T)가 어떤 온도범위에서 양(陽)의 값을 가지는 단순증가 함수의 경우 (T)를 다음의 (식 4)와 같이 정의한다면 전체적으로 그 온도 구간에서 (T)를 단순증가 함수로 만들 수 있다.Of course, there is one prerequisite. Characteristic function (T) is a monotonic increasing function or a monotonic decreasing function with respect to the temperature T, this signal processing is possible only in the temperature range. If this is not satisfied, It is difficult to determine the temperature because two or more temperatures can be matched with respect to the temperature (T) value. However, (T) is not necessarily set as shown in equation (3) given V ( 1 , T), V ( 2 , T) , it can be defined to be a simple increase or a simple decrease function in a wide temperature range. For example, V ( 2 , T) is a simple increase function with a positive value in a certain temperature range (T) is defined as the following equation (4) (T) as a simple increase function.

(식 4)에서 a, b, c는 상수로 주어진 온도 범위에서 다음과 같은 조건을 만족하도록 정한다.(4), a, b, and c are determined to satisfy the following conditions in the temperature range given by a constant.

여기서 A, B는 다음과 같이 정의되는 함수이다.Here, A and B are functions defined as follows.

A = ㆍ V( 1 ,T)+V( 2 ,T)(식 5-3) A = ㆍ V ( 1 , T) + V ( 2 , T) (Equation 5-3)

B = b ㆍ V( 1 ,T)+V( 2 ,T)+ c (식 5-4) B = b V ( 1 , T) + V ( 2 , T) + c (Equation 5-4)

또한, 더 많은 N개의 파장을 사용할 경우, 추가적으로 얻어지는 함수들V( 3 ,T), ... ,V( N ,T)도 포함하여 특성함수 (T)를 정의함으로써 원하는 온도범위에서 하나의 (T)값에 하나의 T만이 대응하도록 할 수도 있을 것이다.Further, when using more N wavelengths, the further obtained functions V ( 3 , T) , ..., V ( N , T) . (T) to define one (T) may correspond to one T alone.

만일, 이 센서를 처음 설치하고 일정한 온도를 가지게 하여 SPU에서 그 이후의 온도의 증감을 계속적으로 추적(tracking)하도록 한다면, 특성함수 (T)가 위에서 언급한 조건을 만족하지 않더라도 온도와 자기장(또는 전류)을 정확하게 측정할 수 있다.If this sensor is installed for the first time and has a constant temperature and the SPU keeps track of subsequent increases and decreases in temperature, The temperature and the magnetic field (or current) can be accurately measured even when the temperature T does not satisfy the above-mentioned condition.

지금까지 언급한 센서 시스템은 자기장의 변화가 센서의 반응 시간(responsetime)보다 충분히 느린 경우에는 적용이 가능하다. 센서의 반응 시간은 여러 파장의 광에 대한 선편광 회전각을 측정하는데 걸리는 시간, 신호처리에 걸리는 시간, 광 검출기의 속도, 패러데이 소자의 반응 속도 등에 의해 종합적으로 결정된다. 교류 전류의 경우, 그 주기가 이 광센서 시스템의 반응 속도에 비해 충분히 길다면 위에서 언급한 원리가 그대로 적용되므로 교류 전류 및 온도가 측정 가능하다.The sensor system described above can be applied when the change of the magnetic field is slow enough than the response time of the sensor. The response time of the sensor is comprehensively determined by the time taken to measure the linear polarization rotation angle for light of various wavelengths, the time required for signal processing, the speed of the photodetector, and the reaction speed of the Faraday element. In the case of alternating current, if the period is sufficiently longer than the response speed of this optical sensor system, the above-mentioned principle is applied as it is, so the alternating current and temperature can be measured.

따라서, 본 발명은 온도에 의한 영향을 받지 않고 감지할 수 있기 때문에, 철심ㆍ권선형 전류 변성장치에서 발생하는 포화문제가 해결되고, 광섬유로 신호를 전송하게 되므로 전기적 절연 비용이 줄어들며, 주변의 전자기장에 의한 잡음이나 써지에 강하여 신뢰성이 높은 과전류 보호 계전기 및 미터링 시스템의 구현이 가능한 효과가 있다.Therefore, since the present invention can detect without being influenced by temperature, the problem of saturation occurring in the iron core-wire type current modifying apparatus is solved and the signal is transmitted to the optical fiber, so that the electrical insulation cost is reduced, It is possible to realize an overcurrent protection relay and a metering system which are highly reliable against noise or surge caused by the overcurrent protection relay and the metering system.

또한 광 센서의 동작 범위가 넓어서 기존의 변성기가 사용 현장의 전류용량에 따라 각각의 탭 설정을 해주는 절차가 필요한데 반하여 제어 패널에서 직접 설정하도록 설계할 수 있어 시스템의 유지ㆍ보수 및 운영이 매우 간단해 진다.In addition, since the operation range of the optical sensor is wide, it is necessary to set up the respective tabs according to the current capacity of the existing transformer, while it can be designed to be set directly on the control panel, so that the maintenance and operation of the system is very simple Loses.

Claims (8)

적어도 2개 이상의 파장을 가지는 광신호를 발생시키는 다파장 광원과; 그 다파장 광원에서 발생된 광 신호를 광섬유를 통해 입사받아 선편광시키는 편광기, 선편광된 다파장 광이 감지하고자 하는 대상의 전류 및 온도에 따라 회전각이 달라지도록 하는 패러데이 소자를 포함하는 선편광 회전부와; 상기 패러데이 소자를 통과한 광의 선편광 회전각을 검출하여 파장별로 분리시키는 회전각 검출부와; 그 회전각 검출부에서 검출된 상기 파장별 회전각들의 상호 관계로부터 상기 패러데이 소자에 인가되는 자기장의 크기 및 온도를 검출하는 신호 처리부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다 파장 광원을 이용한 전류 및 온도 측정 광센서.A multi-wavelength light source for generating an optical signal having at least two wavelengths; A polarizer that receives the optical signal generated from the multi-wavelength light source through the optical fiber and linearly polarizes the optical signal; a Faraday rotator including a Faraday element that changes the rotation angle according to the current and temperature of the object to be detected by the multi-wavelength light with linear polarization; A rotation angle detector for detecting a linear polarization rotation angle of light passing through the Faraday element and separating the linear polarization rotation angle by wavelength; A signal processor for detecting a magnitude and a temperature of a magnetic field applied to the Faraday element from the correlation of the rotation angles of the respective wavelengths detected by the rotation angle detector; And an optical sensor for measuring current and temperature using the multi-wavelength light source. 제 1 항에 있어서, 상기 패러데이 소자에 입력되는 선편광된 광의 편광상태를 일정하게 하여 그 광 세기를 일정하게 유지할 수 있도록 상기 다 파장 광원과 상기 선편광 회전부 사이에 편광을 제거하기 위한 편광 제거기 또는 편광을 그대로 유지시키기 위한 광 유도용 편광 유지 광 섬유(PMF)중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광원을 이용한 전류 및 온도 측정 광센서.The polarized beam splitter as claimed in claim 1, further comprising a polarizer or polarizer for removing polarized light between the multi-wavelength light source and the linearly polarized light rotating unit so that the polarization state of linearly polarized light input to the Faraday element is kept constant, And a polarization maintaining optical fiber (PMF) for light induction for maintaining the polarization state of the light. 제 1 항에 있어서, 상기 선편광 회전부의 패러데이 소자에 별도의 자기장을 공급하는 자기장 공급부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광원을 이용한 전류 및 온도 측정 광센서.The optical sensor according to claim 1, further comprising a magnetic field supply unit for supplying a separate magnetic field to the Faraday element of the linearly polarized light rotating unit. 패러데이 소자를 이용하여 전류와 온도를 측정하기 위한 방법에 있어서, 적어도 2개 이상의 파장을 가지는 다 파장 광원을 통해 다 파장 광을 발생시켜 동시에 또는 시간적으로 순차를 두고 출력시키는 다파장 광 출력 단계와, 상기 단계에서 출력되는 다파장 광을 입사받아 선편광기를 통해 광세기가 일정하도록 선편광시킨 후 패러데이소자의 내부로 통과시켜 측정하고자 하는 대상물의 자기장 크기에 비례하여 선편광 회전각이 가변된 광을 출력시키는 단계와, 상기 선편광 회전각이 가변된 다파장 광신호의 회전각 가변량을 광 세기로 검출하여 파장별로 분리하는 회전각 검출단계와, 상기 파장별로 분리된 광신호를 전기적신호로 검출하여 파장별 회전각들의 상호 관계에 의해 상기 패러데이 소자에 인가되는 자기장의 크기 및 온도를 검출하는 단계를 포함하여 다 파장 광원을 이용한 전류 및 온도 측정방법.A method for measuring a current and a temperature using a Faraday element, the method comprising: a multi-wavelength light output step of generating multi-wavelength light through a multi-wavelength light source having at least two wavelengths and sequentially outputting the multi- The multi-wavelength light output from the step is linearly polarized through the linear polarizer and then passed through the Faraday element to output a light having a variable linear polarization rotation angle in proportion to the magnitude of the magnetic field of the object to be measured A rotation angle detecting step of detecting a rotation angle variable amount of the multi-wavelength optical signal having the variable linear polarization angle of rotation by the optical intensity and separating the optical signal by the wavelength, detecting the optical signal separated by the wavelength, The Faraday element includes a plurality of Faraday elements for detecting the magnitude and temperature of the magnetic field applied thereto, And the current and temperature measurement method using a light source comprising a. 제 4 항에 있어서, 상기 회전각 검출 단계는, 각 파장의 광이 패러데이 소자를 통과하면서 선편광이 회전한 회전각도θ F ( 1,T),...,θ F ( N,T)를 PBS 검광기를 통하여 각 파장의 광의 세기P( 1,T),...,P( N,T)로 변환하고, (단,θ F 는 광의 편광이 회전한 각, B는 자기장의 크기, L은 패러데이소자의 길이, V는 Verdet 상수, T는 온도, 1... N은 파장을 나타냄) 그 선편광 회전각이 광 세기로 변한 광 신호를 여러 경로로 분리하여 각 경로에서 각각의 파장별로 광 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광원을 이용한 전류 및 온도 측정방법.The method as claimed in claim 4, wherein the rotation angle detection step comprises a step of detecting a rotation angle &amp;thetas; F (&amp;thetas; 1 , T ), ..., &amp;thetas; F ( N , T ) was measured with a PBS analyzer to determine the intensity P ( 1 , T ), ..., P ( N , T ), where θ F is the angle at which the polarization of light is rotated, B is the magnitude of the magnetic field, L is the length of the Faraday element, V is the Verdet constant, T is the temperature, 1 ... And N represents a wavelength). The optical signal is detected by each wavelength in each path by dividing the optical signal whose rotation angle of the linearly polarized light is changed into the light intensity by a plurality of paths, and measuring the current and temperature using the multi-wavelength light source. 제 4 항에 있어서, 상기 자기장의 크기 및 온도를 검출하는 단계는, 파장별 회전각도θ F ( 1,T), ...,θ F ( N,T)로부터 필요한 온도 범위에서 단순증가 또는 단순감소 함수 (T)를 아래의 (식 3)과 같이θ F ( 1,T), ...,θ F ( N,T)를 이용하여 정의하되,The method of claim 4, wherein the step of detecting the size and temperature of the magnetic field, the rotation angle per wavelength θ F ( 1 , T ), ..., &amp;thetas; F ( N , T ) in the required temperature range, (T) is calculated as θ F ( 1 , T ), ..., &amp;thetas; F ( N , T ) 원하는 온도 범위에서 하나의 (T)값에 하나의 T만이 대응하도록 정의하여, 상기 파장별 광의 세기를 검출하여 온도를 구하고, 그 온도값에 의해 하기 (식 1)을 이용하여One of the (T) is defined so as to correspond to only one T, and the intensity of light for each wavelength is detected to obtain a temperature. Based on the detected temperature, θ F (,T) =V( ,T)ㆍ (T)ㆍB(식 1) θ F ( , T ) = V ( , T) ㆍ (T) 占 B (Equation 1) (단,θ F 는 광의 편광이 회전한 각, B는 자기장의 크기, L은 패러데이 소자의 길이, V는 Verdet 상수, T는 온도, λ1... λN은 파장을 나타냄)(Where, θ F are each, B is the magnetic field size, L is the length of the Faraday element, V is the Verdet constant, T is the temperature, λ 1 ... λ N of the light polarization is rotated represents the wavelength) 자기장(또는 전류) B의 크기를 구하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광원을 이용한 전류 및 온도 측정방법.And the magnitude of the magnetic field (or current) B is obtained. 제 4 항에 있어서, 상기 자기장의 크기 및 온도를 검출하는 단계는, 센서를 처음 설치하고 일정한 온도를 가지도록 설정 한 뒤, 그 이후의 온도의 증감을 계속적으로 추적(tracking)하도록 하되, 상기 (T)가 극대값 또는 극소값을 가지는 온도에서 극대값 이나 극소값을 가지지 않는 몇 개의 함수로부터 적절히 정의하여 (T)와 함께 온도를 계속적으로 추적하여, 상기 (T)가 단순증가 또는 단순감소 함수가 아닌 경우에도 온도와 자기장(또는 전류)을 측정할 수 있도록 하는 온도 추적 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광원을 이용한 전류 및 온도 측정방법.The method as claimed in claim 4, wherein the step of detecting the magnitude and temperature of the magnetic field comprises: setting a sensor to be installed for a first time and having a predetermined temperature; (T) have a maximum value or a minimum value, and some functions having no maximum value or minimum value at a temperature having a maximum value or a minimum value As appropriate (T) to continuously track the temperature, Further comprising a temperature tracking step of measuring a temperature and a magnetic field (or current) even when the temperature (T) is not a simple increase or a simple decrease function. 제 6 항에 있어서, 상기 회전각 검출 단계는, 교류 자기장(또는 전류)의 측정할 경우, 광 검출기에서 나오는 신호의 교류성분의 크기를 직류 성분의 크기로 나누어줌으로써 광 전달 경로상의 광손실 요인들의 변화로 인한 잘못된 측정결과를 방지하기 위한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광원을 이용한 전류 및 온도 측정방법.The method according to claim 6, wherein, in the measurement of the alternating magnetic field (or current), the rotation angle detecting step divides the magnitude of the AC component of the signal from the photodetector by the magnitude of the DC component, Further comprising the step of preventing erroneous measurement results due to a change in the current and temperature of the multi-wavelength light source.
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