KR100575244B1 - 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기 - Google Patents

광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기에 관한 것으로, 종래 광 변류기에서 광센서와 온도 센서를 하나의 시스템으로 구성할 때 측정 신뢰도가 저하될 수 있고 광 변류기가 GIS 등의 전력기기에 이용될 경우 온도 센서의 부착이 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 온도변화 측정용 광대역 광신호, 전류 측정용 협대역 광신호를 발생시켜 렌즈로 집광시켜 출력하는 발광부와;
상기 발광부로부터의 소정파장의 광신호를 반사하여 온도변화 측정용 광신호로서 제공하는 동시에 상기 소정파장의 광신호를 제외한 상기 발광부로부터의 광신호를 전류측정 대상의 전류에 상응한 자계변화에 따라 편광면을 회전시켜 제공하는 센서 광학부와, 여기서 센서 광학부는 센싱 광섬유를 구비하고, 이 센싱 광섬유는 상기 소정파장의 광신호를 반사하고 그외 파장의 광신호는 투과시키는 다수의 광섬유 격자를 구비하고;
상기 센서 광학부로부터의 상기 온도변화 측정용 광신호를 처리하여 얻는 온도변화값을, 상기 편광면을 회전시킨 광 신호를 처리하여 얻는 전류 크기값에 보상하여, 측정대상의 전류값을 제공하는 신호 처리부로 구성되어 광섬유를 이용한 광 변류기의 특성을 유지하면서 온도 변화에 따른 전류 값 측정의 오류를 줄여 보다 안정적이고 높은 신뢰도를 갖는 전류 값을 출력하고, 별도의 온도 센서를 설치하지 않아도 되므로 전력기기에 광 변류기를 간단히 설치하는 효과가 있다.

Description

광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기{TEMPERATURE COMPENSATING OPTICAL CURRENT TRANSFORMER USING FIBER BRAGG GRATING}
도 1은 종래 광섬유를 이용한 광 변류기의 외형을 보인 예시도.
도 2는 종래 광섬유를 이용한 광 변류기의 구성을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기의 구성을 보인 예시도.
도 4는 도 3의 광섬유 격자 이미지를 보인 예시도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
19 : 발광부 20 : 센서 광학부
27 : 온도 측정부 28 : 전류 측정부
본 발명은 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기에 관한 것으로, 특히 광섬유 격자를 사용하여 주변의 온도 변화를 보상하여 광센서의 신뢰성을 높일 수 있게 한 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기에 관한 것이다.
전력계통에서의 전압 상승에 따라 전압 측정 정밀도에 대한 요구가 증가되고 있으며 고전압, 대전류 측정기기에 대한 관심도 함께 고조되고 있다. 종래 계기용 변압기(Potential Transformer: PT)와 변류기(Current Transformer: CT)는 철심과 권선을 이용하여 전력기기의 고전압, 대전류를 측정하고 있지만 그 크기가 대형이고 노이즈에 의한 간섭에 취약하여 측정 신뢰도에 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 광을 이용한 고전압, 대전류 측정이 주목받고 있다. 광 변류기는 센서를 절연물로 구성하고, 전력기기와 비접촉하여 고전압, 대전류를 측정하고, 그 크기가 소형이므로 설치가 간단하고, 주변 전자장에 의한 영향을 배제하고, 2차측으로 1차측의 고전위가 출력되지 않으므로 측정 신뢰도를 향상시키고, 직류에서 수 ㎓의 고주파수에 이르는 광범위한 주파수 영역에서도 측정이 가능하다는 장점이 있다.
광섬유를 이용한 광 변류기는 광섬유의 길이에 따라 측정값의 정밀도를 높일 수 있고, 커넥터를 이용한 연결부위가 적으므로 측정 신뢰도가 높다. 그러나 광섬유를 이용한 광 변류기는 온도 변화에 민감하여 설치 환경에 영향을 많이 받게 되므로 전류 측정 장치와 함께 별도의 온도 센서를 설치해야 한다.
도 1은 종래 광섬유를 이용한 광 변류기의 외형을 보인 예시도이다.
광 변류기(1a)는 광섬유를 이용하여 전류를 측정하고, 광원으로 LD(Laser Diode), SLD(Superluminescent Diode)를 사용하고, 별도의 온도 센서(1b)를 설치하여 온도 변화를 보상하여 측정 신뢰도를 높인다.
도 2는 종래 광섬유를 이용한 광 변류기의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 두 센서 광을 검출하여 연산 처리하고 처리 결과를 출력하는 신호 처리부(3)와; 광원 광, 센서 광을 전송하는 전송용 섬유부(4)와; 광원 광을 평행광으로 변환하여 센싱 섬유부(17)에 의해 센싱된 광을 검광하여 편광 성분을 검출하는 센서 광학부(2)로 구성된다.
신호 처리부(3)는 측정광을 출력하는 광원(5)과; 센서 광학부(2)의 센서 광을 검출하여 강도에 따른 전기 신호로 변환하는 검출기(6a, 6b)와; 검출기(6a, 6b)에 의해 얻어진 전기 신호를 연산 처리하는 신호처리 회로(7)와; 처리 결과를 출력하는 출력 단자(8)로 구성된다. 여기서, 광원은 LD(Laser Diode), SLD(Super Luminescent Diode)에 의해 구성된다.
전송용 섬유부(4)는 신호 처리부 내의 광원(5)에서 센서 광학부(2)로 광원 광을 전송하는 송광용 광섬유(9)와; 센서 광학부(2)에서 신호처리부의 두 검출기(6a, 6b)로 센서 광을 전송하는 두 개의 수광용 광섬유(10a, 10b)로 구성된다.
센서 광학부(2)는 광원 광을 평행광으로 변환하여 센싱 섬유부(17)로 전달하고, 센싱 섬유(16)에 의해 반사된 센싱 광에서 편광 성분을 검출하여 신호 처리부(3)로 전달하는 결합 광학계(11)와; 광학 광이 자계의 영향을 받아 편광면이 회전한 센싱 광을 출력하는 센싱 섬유부(17)로 구성된다.
결합 광학계(11)는 송광용 광섬유의 광원 광을 평행광으로 변환하는 제1렌즈(12a)와; 평행광을 45도 방향의 직선 편광으로 변환하여 출력하는 편광자(13)와; 편광자(13)를 통과한 편광을 투과하고 센싱 섬유부(17)의 출력 광을 반사하는 제1분광기(14a)와; 투과광을 집광하여 센싱 섬유부(17)로 출력하고 센싱 섬유부(17)의 출력 광을 집광하여 제1분광기(14a)로 출력하는 제2렌즈(12b)와; 제1분광기(14a)의 반사광을 투과광, 반사광으로 분할하는 제2분광기(14b)와; 제2분광기(14b)의 반사광을 수평, 수직방향으로 투과시켜 직교 편광 성분을 검출하는 제1검광자(15a)와; 제1검광자(15a)에 의해 검출된 센싱 광을 집광하여 신호처리부(3)로 전송하는 제3렌즈(12c)와; 제2분광기(14b)의 투과광을 수평, 수직방향으로 투과시켜 직교 편광 성분을 검출하는 제2검광자(15b)와; 제2검광자(15b)에 의해 검출된 센싱 광을 집광하여 신호처리부(3)로 전송하는 제4렌즈(12d)로 구성된다. 여기서, 검광자는 수평 방향, 수직 방향의 직선 편광의 광을 투과시켜 직교하는 X, Y 방향의 각 편광 성분을 검출한다.
자기광학 효과는 광학 소자에 자계를 인가한 상태에서 직선 편광된 광을 입사시키면 광의 편광 상태가 변하는 현상이다. 자기광학 효과 중에서도 선형 편광된 광이 인가된 자계와 동일한 방향으로 광학 소자에 입사되면 편광면이 회전하는 것을 패러데이 효과라 하고, 이러한 특성을 가지고 있는 셀을 패러데이 셀이라고 한다. 광섬유는 패러데이 효과를 나타내는 광학 소자의 일종이다.
광 변류기는 도선에 전류가 흐를 때 광섬유를 통과하는 광이 자계의 영향을 받아 편광면이 회전했을 때 편광면의 회전각을 측정하여 그에 비례하는 전류 값을 측정한다. 수학식 1은 편광면의 회전각과 전류의 관계를 설명한다.
Figure 112004057644879-pat00001
여기서,
Figure 112004057644879-pat00002
는 자계의 영향으로 편광면이 회전한 각이고, Vc 는 광섬유의 베 르데(Verdet) 상수, H는 전류로 인하여 발생하는 자계, I는 측정하고자 하는 1차측 전류, n은 광섬유를 감은 횟수이다.
즉, 광섬유로 입사된 광은 광섬유를 감은 회수, 전류 크기, 베르데 상수의 크기에 비례하여 편광된다.
종래 광 변류기에서 광섬유를 이용하여 전류를 측정하는 동작을 설명한다.
신호 처리부(3)의 광원(5)으로부터 발생한 광은 송광용 광섬유(9)를 통하여 센서 광학부(2)의 결합 광학계(11)로 전달된다.
결합 광학계(11)에서 송광용 광섬유(9)로부터의 광은 제1렌즈(12a)에 의해 평행광으로 변환되고, 편광자(13)에 의해 직선 편광으로 변환된 후 제1분광기(14a)를 투과하여 제2렌즈(12b)에 의해 집광되어 센싱 섬유부(17)로 전달된다.
센싱 섬유부(17)에서 결합 광학계(11)로부터 입사한 광은 센서(16) 내를 전파하여 반사단(18)에서 반사된 후 다시 센서(16) 내로 되돌려져 반사 방향으로 전파하여 센서(16)의 출입단에서 출사한다. 이때, 센서 내를 왕복 통과하는 광의 편광면은 도체를 흐르는 전류에 의해 유기되는 자계에 의해 회전한다.
센싱 섬유부(17)의 출사광은 결합 광학계로 입사하여 제2렌즈(12b)에 의해 평행광으로 변환된 후, 제1분광기(14a)에서 반사되고, 제2분광기(14b)에서 두 방향의 광으로 분리된다.
분리된 한쪽의 분할광은 제1검광자(15a)에 의해 X 방향 편광 성분이 압출된 후 제3렌즈(12c), 수광용 섬유(10a)를 통하여 신호처리부(3)의 제1검출기(6a)로 전달된다. 또한, 다른 쪽의 분할광은 제2검광자(15b)에 의해 Y 방향의 편광 성분이 압출된 후, 제4렌즈(12d), 수광용 광섬유(10b)를 통하여 제2검출기(6b)로 전달된다.
검출기(6a, 6b)로 보내진 광은 검출기(6a, 6b)에 의해 전기 신호로 변환되고, 신호처리 회로(7)로 전달되어 연산 처리된다. 신호처리 회로(7)에서 얻어진 처리 결과는 출력 단자로 출력된다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 일반 광섬유, 저복굴절 광섬유를 이용한 광 변류기는 온도에 매우 민감한 반응을 나타내므로 온도 변화를 측정하는 온도 센서를 구비하여 온도 변화에 따른 전압, 전류 측정 오류를 보상해야 한다. 종래 광 변류기에서 광센서와 온도 센서를 하나의 시스템으로 구성할 때 측정 신뢰도가 저하될 수 있고 광 변류기가 GIS 등의 전력기기에 이용될 경우 온도 센서의 부착이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 광섬유 격자를 사용하여 주변의 온도 변화를 측정하고 온도 변화에 대응하여 베르데 상수를 보상하여 측정 전류 값의 정밀도를 높일 수 있도록 한 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 온도변화 측정용 광대역 광신호, 전류 측정용 협대역 광신호를 발생시켜 렌즈로 집광시켜 출력하는 발광부와;
상기 발광부로부터의 소정파장의 광신호를 반사하여 온도변화 측정용 광신호 로서 제공하는 동시에 상기 소정파장의 광신호를 제외한 상기 발광부로부터의 광신호를 전류측정 대상의 전류에 상응한 자계변화에 따라 편광면을 회전시켜 제공하는 센서 광학부와, 여기서 센서 광학부는 센싱 광섬유를 구비하고, 이 센싱 광섬유는 상기 소정파장의 광신호를 반사하고 그외 파장의 광신호는 투과시키는 다수의 광섬유 격자를 구비하고;
상기 센서 광학부로부터의 상기 온도변화 측정용 광신호를 처리하여 얻는 온도변화값을, 상기 편광면을 회전시킨 광 신호를 처리하여 얻는 전류 크기값에 보상하여, 측정대상의 전류값을 제공하는 신호 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 온도변화 측정용 광대역 광신호, 전류 측정용 협대역 광신호를 발생시켜 렌즈로 집광시켜 출력하는 발광부(19)와; 발광부(19)로부터의 소정파장의 광신호를 반사하여 온도변화 측정용 광신호로서 제공하는 동시에 상기 소정파장의 광신호를 제외한 상기 발광부로부터의 광신호를 전류측정 대상의 전류에 상응한 자계변화에 따라 편광면을 회전시켜 제공하는 센서 광학부(20)와, 여기서 센서 광학부(20)는 센싱 광섬유(26)를 구비하고, 이 센싱 광섬유(26)는 전류측정대상(1)의 주변에 설치되고, 상기 소정파장의 광신호를 반사하고 그외 파장의 광신호는 투과시키는 다수의 광섬유 격자를 구비하고; 센서 광학부(20)로부터의 상기 온도변화 측정용 광신호를 처리하여 얻는 온도변화값을, 상기 편광면을 회전시킨 광 신호를 처리하여 얻는 전류 크기값에 보상하여, 측정대상의 전류값을 제공하는 신호 처리부로 구성된다.
발광부(19)는 광대역의 광을 발생시키는 레이저 다이오드 (Laser Diode,이하LD로 약함)(22a)와; 850㎚ 파장의 협대역 광을 발생시키는 초발광 다이오드(Superluminescent Diode, 이하 SLD로 약함)(22b)와; 상기 광대역 광, 협대역 광을 집광하여 출력하는 제1렌즈(23a)로 구성된다.
센서 광학부(20)는 집광된 광을 단일 방향으로 편광시키는 편광기(24a)와; 편광기(24a)로부터의 편광된 광을 투과시켜 센싱 광섬유(26)로 전달하고, 센싱 광섬유(26)로부터 반사된 소정파장의 상기 광신호를 분리하는 분광기(25a)와; 상기 분광기로부터 분리된 광신호를 상기 신호 처리부로 집광 전달하는 제2렌즈(23b)와; 센싱 광섬유(26)를 투과한 광신호를 신호 처리부(21)로 집광 전달하는 제3렌즈(23c)를 추가적으로 구비한다.
신호 처리부(21)는 온도 변화에 따른 센싱 광섬유(26)로부터의 온도변화 측정용 광신호의 파장 변화를 측정하고 그에 따른 온도 변화값을 산출하는 온도 측정부(27)와; 센싱 광섬유(26)를 투과한 광신호의 편광면 회전각을 측정하고 온도 측정부(27)로부터의 온도 변화값을 고려하여 편광면 회전각에 대응한 전류 값을 측정하는 전류 측정부(28)를 포함한다.
신호 처리부(21)의 온도 측정부(27)는 센싱 광섬유(26)로부터의 온도변화 측 정용 광신호를 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출기(29a)와; 검출기(29a)의 출력을 증폭하는 증폭기(30a)와; 상기 전기 신호를 근거로 주파수를 산출하는 주파수 분석기(31)와; 주파수 분석기(31)의 출력 주파수에 근거하여 파장변화를 산출하는 파장측정기(32)와; 파장 변화에 대응한 온도 변화를 산출하는 온도 출력부(33a)로 구성된다.
신호 처리부(21)의 전류 측정부(28)는 센싱 광섬유(26)를 투과한 광신호를 필터링하여 예컨대 850㎚ 파장의 협대역 광을 출력하는 파장 필터(34)와; 상기 협대역 광을 두 방향으로 분리하여 출력하는 분광기(25b)와; 분광기(25b)로부터의 출력광을 수직 진동 방향으로 편광하여 광신호의 수직 진동성분을 출력하는 수직 편광기(24b)와; 분광기(25b)로부터의 출력광을 수평 진동 방향으로 편광하여 광신호의 수평 진동성분을 출력하는 수평 편광기(24c)와; 상기 광신호의 수직 진동성분과, 수평 진동성분을 각각 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출기(29b, 29c)와;
상기 검출기(29b, 29c)로부터의 전기 신호를 근거로 편광면 회전각을 연산하고 연산된 회전각을 근거로 전류 값을 산출하는 연산기(35)와; 전류 값을 출력하는 출력부(33b)로 구성된다.
본 발명에 따른 광 변류기에서 온도를 측정하는 동작을 설명한다.
광섬유 코어(core)에는 클래딩(cladding, 피복)보다 굴절률을 높이기 위해 게르마늄 물질이 첨가되는데 게르마늄 물질이 실리카(silica)재의 코어에 안착하는 과정에서 광섬유 코어에 구조 결함이 생길 수 있다. 이 경우 광섬유 코어에 강한 자외선을 조사하면 게르마늄의 결합 구조가 변형되면서 광섬유의 굴절률이 주기적 으로 변화된다.
광섬유 격자(FBG: Fiber Bragg Grating)는 자외선 조사에 의한 굴절률 변화 현상을 이용하여 실리카재 광섬유 코어내 첨가된 게르마늄의 결합구조를 강한 자외선 조사하여 변화시켜 얻는다. 이와 같이 센싱 광섬유(26)에 있어 도 4에 도시된 바와 같은 다수의 광섬유 격자가 있는 코어부분은 굴절율이 주기적으로 변화하며, 그 부분의 길이는 바람직하기로 약 10 밀리미터 그리고 이 부분에 존재하는 광섬유 격자의 갯수는 1밀리미터당 약 2000개가 된다.
광섬유 격자는 브래그(Bragg)조건을 만족하는 소정파장대의 광만을 반사하고, 그 외 파장대의 광을 그대로 투과시킨다. 반사된 광의 파장은 수학식 2로 표현된다.
Figure 112004057644879-pat00003
여기서,
Figure 112004057644879-pat00004
는 반사되는 광의 중심 파장이고, η는 굴절률이고, Λ는 격자의 간격이다.
즉, 광섬유 격자에 의하여 반사되는 광의 파장은 광섬유 격자 간격과 광섬유 격자부분의 굴절율에 비례한다. 그러나 주변 온도가 변하면 광섬유의 굴절률이나 길이가 변화되므로 반사되는 광의 파장이 변화된다. 수학식 3은 온도 변화에 따른 광섬유 격자에서 반사되는 광의 파장 변화를 표현한다.
Figure 112004057644879-pat00005
여기서,
Figure 112004057644879-pat00006
는 반사되는 광의 중심 파장이고,
Figure 112004057644879-pat00007
는 광섬유의 온도에 따른 팽창 계수이고, z는 온도에 의한 광섬유의 굴절율 변화를 나타내는 열 광학계수이며, ΔT는 온도변화이다.
따라서 광섬유 격자에서 반사되는 광의 파장이 얼마나 변화되었는지를 측정함으로써 광 변류기는 온도 변화를 구할 수 있다.
본 발명에 따른 광 변류기에서 전류를 측정하는 동작을 설명한다.
기본측정원리는 전류측정대상(1)에 전류가 흐를 때 전류측정대상(1)에 흐르는 전류에 따른 자계의 영향을 받아 편광면이 회전한다. 그러면 광섬유를 통과하는 광의 편광면의 회전각을 측정하여 그에 비례하는 전류 값을 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 광 변류기에서 온도 변화를 측정하고 전류 측정에 대해 온도 보상하는 동작을 설명한다.
발광부(19)의 LD(22a)는 광대역의 광을 발생시키고, SLD(22b)는 850㎚ 파장의 협대역 광을 발생시킨다. 발광부(19)에서 발생된 광대역 광신호, 850㎚ 파장의 협대역 광신호는 제1렌즈(23a)에 의해 중첩되어 편광기(24a)를 통과하면서 단일 방향으로 진동하는 광(광신호)으로 편광된다.
편광된 광은 분광기(25a)를 거쳐 센싱 광섬유(26)로 전달된다. 이때, 분광기(25a)는 프리즘으로 동작하여 편광기(24a)에서 출력된 광을 센싱 광섬유(26)로 입 사하고, 센싱 광섬유(26)의 광섬유 격자에서 반사된 상기 소정파장대의 광신호를 신호 처리부(21)로 입사한다.
센싱 광섬유(26)로 입사된 광은 광섬유 격자에 의해 반사되는 소정파장대의 광신호로서 온도변화에 따라 그 파장이 변화하는 광신호와, 상기 소정파장대 이외의 광신호로서 센싱 광섬유(26)를 투과하여 신호 처리부(21)로 입사하는 광신호로 분리된다. 반사된 광은 광섬유 격자를 제작할 때 설계된 파장보다 온도에 따라
Figure 112004057644879-pat00008
만큼 변화하여 분광기(25a)를 통하여 검출기(29a)로 입사한다.
검출기(29a)는 입사한 광을 전기 신호로 변환하고, 증폭기(30a)는 전기 신호를 증폭하고, 주파수 분석기(31)는 전기 신호의 주파수를 산출하고, 파장 분석기(32)는 산출된 주파수에 따른 파장을 산출한다. 따라서 온도 측정부(27)의 온도 출력부(33a)는 상기 수학식 3에 따라 파장의 변화 정보를 근거하여 온도 변화의 크기를 산출할 수 있게된다.
센싱 광섬유(26)의 루프를 통과한 광은 전류측정대상(1)로부터의 자계에 의해 편광면이 회전한 광이다. 편광기(24a)에 의해 수직으로 진동하는 광은 센싱 광섬유(26)의 루프를 통과하면서 편광면이 비스듬히 기운 성분으로 회전한다. 편광면이 회전된 광은 파장 필터(34)를 통과하면서 예컨대 850㎚ 파장을 가진 협대역 파장성분의 광만 남는다. 필터링된 광은 분광기(25b)를 통과하여 동일 크기를 갖는 그대로 진행하는 광과 반사되는 광(각각의 광은 처음 광의 1/2이 된다.)으로 분리되고 수직 편광기(24b)를 통과하면서 수직 진동성분 광으로 편광되고, 수평 편광기(24c)를 통과하면서 수평 진동성분 광으로 편광된다.
각각 편광된 광은 검출기(29b, 29c)를 통과하여 전기 신호로 변환되고, 증폭기(30b, 30c)에 의해 증폭되고, 연산기(35)에 의해 편광면의 회전각이 측정된다. 수학식 4는 전류 크기와 두 편광된 광의 관계를 표현한다.
Figure 112004057644879-pat00009
여기서, V는 베르데 상수이고, n은 광섬유를 감은 횟수이고, Px는 수평 진동성분 광이고, Py는 수직 진동성분 광이다.
베르데 상수는 온도 변화에 따라 미소한 차이로 변화한다. 따라서, 광 변류기는 수학식 3을 이용하여 온도 변화를 측정하고 온도 변화에 대응하여 베르데 상수를 보정하여 수학식 4를 이용하여 온도 보상된 높은 정밀도의 전류 값을 측정할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 광섬유 격자를 사용하여 주변의 온도 변화를 측정하고 온도 변화에 대응하여 베르데 상수를 보상하여 측정 전류 값의 정밀도를 높임으로써 광섬유를 이용한 광 변류기의 특성을 유지하면서 온도 변화에 따른 전류 값 측정의 오류를 줄여 보다 안정적이고 높은 신뢰도를 갖는 전류 값을 출력하고, 별도의 온도 센서를 설치하지 않아도 되므로 전력기기에 광 변류기를 간단히 설치하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 온도변화 측정용 광대역 광신호, 전류 측정용 협대역 광신호를 발생시켜 렌즈로 집광시켜 출력하는 발광부와;
    상기 발광부로부터의 소정파장의 광신호를 반사하여 온도변화 측정용 광신호로서 제공하는 동시에 상기 소정파장의 광신호를 제외한 상기 발광부로부터의 광신호를 전류측정 대상의 전류에 상응한 자계변화에 따라 편광면을 회전시켜 제공하는 센서 광학부와, 여기서 센서 광학부는 센싱 광섬유를 구비하고, 이 센싱 광섬유는 상기 소정파장의 광신호를 반사하고 그외 파장의 광신호는 투과시키는 다수의 광섬유 격자를 구비하고;
    상기 센서 광학부로부터의 상기 온도변화 측정용 광신호를 처리하여 얻는 온도변화값을, 상기 편광면을 회전시킨 광 신호를 처리하여 얻는 전류 크기값에 보상하여, 측정대상의 전류값을 제공하는 신호 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 광학부는 상기 렌즈로부터의 집광된 광신호를 단일 방향으로 편광시키는 편광기와;
    상기 편광기로부터의 편광된 광을 투과시켜 상기 센싱 광섬유로 전달하고, 상기 센싱 광섬유로부터 반사된 소정파장의 상기 광신호를 분리하는 분광기와;
    상기 분광기로부터 분리된 광신호를 상기 신호 처리부로 집광 전달하는 제2 렌즈와;
    상기 센싱 광섬유를 투과한 광신호를 상기 신호 처리부로 집광 전달하는 제3렌즈를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는 온도 변화에 따른 상기 센싱 광섬유로부터의 온도변화 측정용 광신호의 파장 변화를 측정하고 그에 따른 온도 변화값을 산출하는 온도 측정부와;
    상기 센싱 광섬유를 투과한 광신호의 편광면 회전각을 측정하고 상기 온도 측정부로부터의 온도 변화값을 고려하여 편광면 회전각에 대응한 전류 값을 측정하는 전류 측정부로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 온도 측정부는 상기 센싱 광섬유로부터의 온도변화 측정용 광신호를 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출기와;
    상기 전기 신호를 근거로 주파수를 산출하는 주파수 분석기와;
    상기 주파수 분석기의 출력 주파수에 근거하여 파장변화를 산출하는 파장측정기와;
    파장 변화에 대응한 온도 변화를 산출하는 온도 출력부로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전류 측정부는 센싱 광섬유가 투과하는 광신호를 필터링하여 협대역 광을 출력하는 파장 필터와;
    상기 파장 필터로부터의 협대역 광을 두방향으로 분리하여 제공하는 분광기와;
    상기 분광기로부터의 출력광을 수직 진동 방향으로 편광하여 광신호의 수직 진동성분을 출력하는 수직 편광기와;
    상기 분광기로부터의 출력광을 수평 진동 방향으로 편광하여 광신호의 수평 진동성분을 출력하는 수평 편광기와;
    상기 광신호의 수직 진동성분과, 수평 진동성분을 각각 전기 신호로 변환하여 출력하는 검출기와;
    상기 검출기로부터의 전기 신호를 근거로 편광면 회전각을 연산하고 연산된 회전각을 근거로 전류 값을 산출하는 연산기로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기.
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