KR100461197B1 - 광섬유 변위 측정 센서 및 이를 이용한 변위 측정 장치 - Google Patents

광섬유 변위 측정 센서 및 이를 이용한 변위 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 원은 광을 이용하여 변위를 측정할 수 있도록 한 광섬유 변위 측정 센서에 관한 것이다.
본 발명의 광섬유 변위 측정 센서는 광을 공급하는 광원과; 광을 수광하고, 수광된 광량에 대응하는 아날로그 신호를 생성하는 수광부와; 광원과 수광부의 사이에 설치되어 물체의 이동범위에 대응하여 수광부로 공급되는 광량을 조절하기 위한 측정부와; 광원으로부터 수광부로 광이 이동되는 경로를 제공하는 광섬유를 구비한다.

Description

광섬유 변위 측정 센서 및 이를 이용한 변위 측정 장치{OPTICAL FIBER DISPLACEMENT MEASURING SENSOR AND APPRATUS USING THE SAME}
본 발명은 광섬유 변위 측정 센서 및 이를 이용한 변위 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 광섬유의 광을 이용하여 변위를 측정할 수 있도록 한 광섬유 변위 측정 센서 및 이를 이용한 변위 측정 방법에 관한 것이다.
특정 물체의 이동량을 측정하기 위한 변위 측정 센서는 다양한 분야에서 이용되고 있다. 일례로, 변위 측정 센서는 교량의 균열 및 틈새에 장착되어 일정 시간단위로 균열 및 틈새의 크기 및 이동량을 측정하게 된다. 이때, 측정된 교량의 균열크기 및 틈새의 이동량은 교량의 안전도 평가에 중요한 척도로 사용된다.
도 1은 대한민국 공개특허 2000-009229에 개시된 종래의 변위 측정 센서를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 변위 측정 센서는 위치를 검출하고자 하는 물체(또는 기구)와 연동되어 동작하는 코어(10)와, 상기 코어(10)의 외측에 설치되는 보빈(11)과, 상기 보빈(11)의 상하부에 대응되게 권선된 제 1 및 제 2코일(12,13)을 구비한다.
코어(10)는 이동량을 측정하고자 하는 물체의 변동에 대응하여 변동된다. 코어(10)가 변동되면 코어(10)의 변동에 비례하는 전압이 제 1코일(12) 및 제 2코일(13)에 유도된다. 이후, 도시되지 않은 신호처리부에서 제 1코일(12) 및 제 2코일(13)에 유도된 전압을 검출하여 물체의 이동량을 검출하게 된다.
이와 같은 종래의 변위 측정 센서는 전기적 신호를 이용하여 물체의 이동량을 검출하는 방식이다. 하지만, 이와 같이 전기적 신호를 이용하여 물체의 이동량을 측정하는 방식은 외부요건에 따라서 측정량이 상이해지는 문제점이 있다. 다시 말하여, 전자파가 많은 곳에 변위 측정 센서가 설치될 경우 전자파의 간섭에 의하여 정확한 물체의 이동량이 측정될 수 없다. 또한, 비 또는 눈이 올때 외부에 설치되어 있는 변위 측정 센서에서 누전이 발생되면 정확한 이동량의 측정이 곤란하다.
따라서, 본 발명의 목적은 광을 이용하여 변위를 측정할 수 있도록 한 광섬유 변위 측정 센서 및 이를 이용한 변위 측정 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 변위 측정 센서를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 변위 측정 센서를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 변위 측정 센서를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 변위 측정 장치를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2 : 광원 4 : 수광부
6 : 롤러덮개 8 : 회전축
10 : 코어 11 : 보빈
12,13 : 코일 14 : 지지판
15 : 롤러 16 : 돌출부
17 : 이동봉 18 : 광섬유
20 : 하우징 22 : 스프링
24 : 홀 26 : 슬릿 홀
30 : 측정부 40 : 교량
42,44 : 스위치부 46 : 스위치
48 : A/D 컨버터 50 : 계산부
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광섬유 변위 측정 센서는 광을 공급하는 광원과; 광을 수광하고, 수광된 광량에 대응하는 아날로그 신호를 생성하는 수광부와; 광원과 수광부의 사이에 설치되어 물체의 이동범위에 대응하여 수광부로공급되는 광량을 조절하기 위한 측정부와; 광원으로부터 수광부로 광이 이동되는 경로를 제공하는 광섬유를 구비한다.
상기 측정부는; 롤러와; 롤러의 중심부에서 신장되는 회전축과; 롤러가 삽입되는 공간을 마련함과 아울러 회전축이 유동 가능하게 삽입될 수 있는 슬릿홀이 형성된 롤러덮개와; 회전축을 안내하기 위하여 측정부의 내측에 형성되는 가이드홀과; 롤러덮개로부터 신장되어 이동량을 측정하기 위한 물체에 고정되는 이동봉과; 롤러를 지지하기 위한 지지판과; 롤러, 지지판 및 롤러덮개를 덮음과 아울러 이동봉이 관통되는 홀이 형성되는 하우징과; 하우징으로부터 적어도 하나 이상 돌출되어 지지판의 제 1끝단을 회전가능하게 고정하는 돌출부와; 지지판의 제 2끝단과 하우징의 사이에 설치되는 스프링을 구비한다.
상기 광섬유는 지지판과 하우징의 사이에 반원형태로 배치된다.
본 발명의 광섬유 변위 측정 센서를 이용한 변위 측정 장치는 변위를 측정하고자 하는 물체에 적어도 하나 이상 설치되어 물체의 이동량에 따라서 광섬유에 통과되는 광의 양을 조절하는 측정부와, 측정부에 광을 공급하기 위한 광원과, 측정부로부터 공급되는 광을 아날로그 신호로 변환하기 위한 수광부와, 광의 이동경로를 제공하는 광섬유와, 광원과 측정부 사이의 물체에 배치된 측정부의 수에 대응되도록 설치됨과 아울러 측정부들 중 어느 하나에 접속되는 제 1스위치들을 구비하는 제 1스위치부와, 측정부와 수광부 사이의 물체에 배치된 측정부의 수에 대응되도록 설치됨과 아울러 측정부들 중 어느 하나에 접속되는 제 2스위치들을 구비하는 제 2스위치부와, 수광부에서 공급되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 컨버터와, 디지털 신호를 이용하여 물체의 이동범위를 계산하기 위한 계산부를 구비한다.
상기 동일한 측정부들과 접속된 제 1 및 제 2스위치들은 동시에 턴-온된다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 의한 광섬유 변위 측정 센서를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 의한 광섬유 변위 측정 센서는 빛을 공급하기 위한 광원(2)과, 빛을 수광하기 위한 수광부(4)와, 광원(2)과 수광부(4)의 사이에 설치되어 빛의 이동 통로를 제공하는 광섬유(18)와, 물체의 이동량에 대응하여 변동되는 측정부(30)를 구비한다.
광원(2)은 소정의 빛을 생성하여 광섬유(18)로 공급한다. 이와 같은 광원(2)으로는 레이저 다이오드가 이용된다. 측정부(30)는 물체의 이동량에 대응하여 광섬유(18)에 공급된 빛의 양을 조절한다. 수광부(4)는 광섬유(18)로부터 공급된 빛을 전기량으로 변환하여 도시되지 않은 계산부로 공급하고, 계산부는 수광부(4)에서 입력된 전기량을 이용하여 물체의 이동량을 측정한다.
측정부(30)는 회전가능하게 설치되는 롤러(15)와, 롤러(15)의 중심부에서 신장되는 회전축(8)과, 회전축(8)이 유동가능하게 설치되도록 슬릿홀(26)이 형성된롤러 덮개(6)와, 롤러 덮개(6)가 안착되는 지지판(14)과, 롤러 덮개(6)에서 신장되어 이동량을 측정하고자 하는 물체에 고정되는 이동봉(17)과, 지지판(14) 및 롤러 덮개(6)를 덮도록 설치됨과 아울러 이동봉(17)이 관통하는 홀(24)이 형성된 하우징(20)을 구비한다. 또한, 측정부(30)의 내측에는 롤러(15)의 회전축(8)을 안내할 수 있는 가이드 홀(51)이 설치된다.
지지판(14)의 일측 끝단은 하우징(20)으로부터 신장된 돌출부들(16)에 의하여 회전가능하게 고정된다. 지지판(14)의 다른측 끝단과 하우징(20)의 사이에는 소정의 탄성력을 가지는 스프링(22)이 설치된다. 측정부(30)가 동작하지 않을 때 지지판(14)은 스프링(22)의 탄성력에 의하여 평형한 상태를 유지한다.
광섬유(18)는 스프링(22)과 인접됨과 아울러 지지판(14)에 접촉되도록 반원 형태로 배치된다. 이러한, 광섬유(18)는 롤러(15)의 이동, 즉 지지판(14)의 압력에 의하여 반원의 형태가 변하게 됨과 아울러 자신을 통과하는 광의 양을 조절하는 역활을 하게 된다. 회전축(8)은 롤러(15)가 회전할 수 있도록 중심축을 제공한다. 이러한, 회전축(8)은 롤러(15)의 위치에 대응하여 슬릿홀(26) 사이에서 이동된다.
동작과정을 상세히 설명하면, 먼저 이동봉(17)은 이동량을 측정하고자 하는 물체에 고정된다. 예를 들어, 교량의 틈새의 이동량을 측정하고자 할 때 이동봉(17)은 교량의 한쪽 틈새에 고정된다. 이때, 하우징(20)도 교량의 다른쪽 틈새에 고정된다.
이동봉(17)이 이동량을 측정하고자 하는 물체에 고정된 후 광원(2)으로부터 광이 광섬유(18)에 공급된다. 광섬유(18)에 공급된 광은 측정부(30)로 공급된다.측정부(30)는 물체의 이동량에 대응하도록 광의 양을 조절한다. 이와 같이 조절된 광양은 수광부(4)로 공급되어 물체의 이동량이 측정된다.
다시 말하여, 이동봉(17)은 물체의 이동에 대응하여 도 3과 같이 이동하게 된다. 이때, 롤러덮개(6) 및 롤러(15)의 무게에 의하여 지지판(14)을 지지하는 스프링(22)이 수축되고, 이에 따라 광섬유(18)에 소정의 하중이 인가된다.
이와 같이 광섬유(18)에 하중이 인가되면 광섬유(18)의 반원 형태가 작아지고, 이에 따라 광섬유(18)를 통과하는 빛의 양이 조절된다. 한편, 수광부(4)는 자신에게 공급된 빛의 양을 전기적 신호로 변환하고 수학적 계산에 의하여 물체의 이동범위를 측정하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 변위 측정 센서가 교량에 설치되었을 때를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저 본 발명의 실시예에 의한 다수의 측정부(30)가 교량(40)의 틈새에 설치된다.
이때, 측정부(30)와 광원(2) 사이에는 제 1스위치부(42)가 추가로 설치된다. 또한, 측정부(30)와 수광부(4) 사이에는 제 2스위치부(44)가 추가로 설치된다. 제 1 및 제 2스위치부(42, 44) 각각은 교량(40)에 설치되어 있는 측정부(30) 수에 대응하는 스위치들(46)을 포함한다.
동작과정을 상세히 설명하면, 먼저 광원(2)은 소정의 광을 광섬유(18)로 공급한다. 광섬유(18)로 공급된 광은 제 1스위치부(42)로 공급되고, 제 1스위치부(42)는 스위치들(46)을 순차적으로 턴-온시키면서 스위치들(46)에 연결된각각의 측정부(30)에 광을 공급한다.
제 1스위치부(42)로부터 빛을 공급받은 측정부(30) 각각은 교량의 틈새 이동범위에 대응하는 빛을 제 2스위치부(44)로 공급한다. 제 2스위치부(44)는 스위치들(46)를 순차적으로 턴-온시키면서 측정부(30)로부터 공급된 빛을 수광부(4)로 공급한다.
수광부(4)는 제 2스위치부(44)로부터 공급된 빛을 아날로그 신호로 변환한다. 수광부(4)는 빛의 양에 대응하는 아날로그 신호를 아날로그/디지털 컨버터(Analog/Digital Converter : 이하 "A/D 컨버터"라 함)(48)로 공급하고, A/D 컨버터(48)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 계산부(즉, 컴퓨터)(50)로 공급한다. 계산부(50)는 A/D 컨버터(48)로부터 입력되는 디지털 신호를 이용하여 교량 틈새의 이동범위를 측정한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 변위 측정 센서 및 이를 이용한 변위 측정 장치에 의하면 광을 이용하여 물체의 이동범위를 측정함으로써 전자파 및 날씨의 영향을 받지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 광섬유 변위 측정 센서 및 이를 이용한 변위 측정 장치에 의하면 정확한 이동범위가 측정될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (5)

  1. 물체의 변위를 측정하는 장치에 있어서;
    광을 공급하는 광원과;
    상기 광을 수광하고, 상기 수광된 광량에 대응하는 아날로그 신호를 생성하는 수광부와;
    상기 광원과 상기 수광부의 사이에 설치되어 상기 물체의 이동범위에 대응하여 상기 수광부로 공급되는 광량을 조절하기 위한 측정부와;
    상기 광원으로부터 상기 수광부로 상기 광이 이동되는 경로를 제공하는 광섬유를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 변위 측정 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는;
    롤러와;
    상기 롤러의 중심부에서 신장되는 회전축과;
    상기 롤러가 삽입되는 공간을 마련함과 아울러 상기 회전축이 유동 가능하게 삽입될 수 있는 슬릿홀이 형성된 롤러덮개와;
    상기 회전축을 안내하기 위하여 상기 측정부의 내측에 형성되는 가이드홀과;
    상기 롤러덮개로부터 신장되어 이동량을 측정하기 위한 물체에 고정되는 이동봉과;
    상기 롤러를 지지하기 위한 지지판과;
    상기 롤러, 지지판 및 롤러덮개를 덮음과 아울러 상기 이동봉이 관통되는 홀이 형성되는 하우징과;
    상기 하우징으로부터 적어도 하나 이상 돌출되어 상기 지지판의 제 1끝단을 회전가능하게 고정하는 돌출부와;
    상기 지지판의 제 2끝단과 상기 하우징의 사이에 설치되는 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 변위 측정 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광섬유는 상기 지지판과 상기 하우징의 사이에 반원형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 변위 측정 센서.
  4. 변위을 측정하고자 하는 물체에 적어도 하나 이상 설치되어 물체의 이동량에 따라서 통과되는 광의 양을 조절하는 측정부와,
    상기 측정부에 상기 광을 공급하기 위한 광원과,
    상기 측정부로부터 공급되는 상기 광을 아날로그 신호로 변환하기 위한 수광부와,
    상기 광의 이동경로를 제공하는 광섬유와,
    상기 광원과 상기 측정부 사이의 상기 물체에 배치된 측정부의 수에 대응되도록 설치됨과 아울러 상기 측정부들 중 어느 하나에 접속되는 제 1스위치들을 구비하는 제 1스위치부와,
    상기 측정부와 상기 수광부의 사이에 상기 물체에 배치된 측정부의 수에 대응되도록 설치됨과 아울러 상기 측정부들 중 어느 하나에 접속되는 제 2스위치들을 구비하는 제 2스위치부와,
    상기 수광부에서 공급되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 컨버터와,
    상기 디지털 신호를 이용하여 상기 물체의 이동범위를 계산하기 위한 계산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 변위 측정 센서를 이용한 변위 측정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 동일한 측정부들과 접속된 상기 제 1 및 제 2스위치들은 동시에 턴-온되는 것을 특징으로 하는 광섬유 변위 측정 센서를 이용한 변위 측정 장치.
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