KR100663968B1 - 길이 측정 센서 및 이를 이용한 길이 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 길이 측정 센서 및 이를 이용한 길이 측정 장치에 관한 것으로, 측정 대상의 길이 변화에 따라 광섬유 브래그 격자가 휘어져 빛의 파장을 변화시키는 길이 변화 감지 센서를 구비하고, 이를 이용하여 길이 또는 길이 변화를 측정함으로써, 측정 부위와 전기적으로 직접적인 접촉 없이도 측정이 가능하고, 전자기장의 간섭에 대한 영향을 받지 않으면서 고감도 및 폭넓은 주파수 특성을 가질 수 있다.
광브래그격자, 길이, 광섬유

Description

길이 측정 센서 및 이를 이용한 길이 측정 장치{Sensor for measuring length and apparatus using the same}
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 길이 측정 센서를 나타내는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 길이 측정 센서의 정면도 및 배면도이다.
도 3a 및 도 3b는 수직 스틱의 이동에 따라 탄성판이 휘어지는 상태를 나타낸 길이 측정 센서의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 길이측정 센서를 나타내는 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 탄성판이 휘어짐에 따라 광브래그격자가 새겨진 광섬유가 변형되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 길이 측정 장치를 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
1 : 프레임 2 : 길이변환 전달박스
3 : 가이드 홈 4 : 볼 베어링
5 : 수직 스틱 6 : 개구부
8 : 슬라이더 9 : 고리
10 : 탄성판 11 : 가요성빔
12 : 광섬유 13 : 가이드레일
14 : 로더 15 : 광브래그격자
20 : 광대역 파장 발생기 25 : 전류발생기
30 : 길이 측정 센서 35 : 광 서큘레이터
40 : 격자판 45 : 변위 인식기
50 : 온도제어기 60 : 변위 표시기
본 발명은 길이 측정 센서 및 이를 이용한 길이 측정 장치에 관한 것으로 특히, 광섬유 브래그 격자를 이용한 길이 측정 센서 및 이를 이용한 길이 측정 장치에 관한 것이다.
광섬유 센서는 전자기 간섭에 영향을 받지 않고 감도가 높으며, 소형, 경량이므로 보통의 센서가 사용될 수 없는 위험한 장소나 고감도를 요하는 특수목적에 효과적으로 사용될 수 있다. 이러한 광섬유 센서는 광섬유를 통과하는 빛의 진폭, 위상, 혹은 편광등을 이용하여 측정하고자 하는 물리량의 변화 즉, 전자기장의 세 기, 회전율, 온도, 압력, 수위, 음향, 가스농도 등을 측정할 수 있으므로 이에 대한 기초 및 응용 연구가 1970년대 후반부터 이루어져 왔다. 그러나 고전적인 광섬유 센서의 문제는 대체적으로 신호대 잡음 지수가 낮으며, 특정 지점을 측정하기 위해서는 광섬유를 절단하여 코팅한다든지 기타 특수 처리된 광섬유 센서를 사용해야 하는 문제가 있었다.
이에 반하여, 광섬유 격자는 광섬유 측면에 조사하여 광섬유의 특정 부위에 원하는 파장에 대해서 반사 특성을 보이는 브래그 격자를 새길 수 있음을 보인 이후 광섬유 센서의 연구가 괄목할만한 발전을 이루었다. 보고된 바에 의하면 광섬유의 강도를 저하 시키지 않고 1% 스트레인(strain)에 의해 12 영역에 걸친 브래그(Bragg) 파장의 가변이 이루어질 수 있으며, 압축력에 의해 약 32 의 파장 가변이 이루어졌으며, 또한 100℃ 정도의 주위 온도 변화로 1.1 nm의 파장 가변이 이루어졌다. 예를 들면 약 0.01 브래그 파장을 정확히 이동시키기 위해서는 스트레인과 온도의 분해능은 각각 대략 8스트레인, 0.9℃이며, 다른 실험 장치를 통해 더 큰 분해능은 갖도록 하여 더 작은 브래그 파장의 이동을 측정할 수 있다. 이러한 파장의 이동은 다른 광섬유 격자 소자와 광섬유 파브리 페로 공진기 같은 형태의 광학 필터 또는 비대칭 마하-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계로 관찰할 수 있었고, 또한 간단한 장치로 온도 변화에 무관한 스트레인 측정 창치를 구성할 수도 있다.
광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating)는 광섬유 코어의 굴절율을 주기적으로 변조하여 광섬유 길이 방향에 따라 굴절율의 주기적인 변화를 주어 특정 파장의 빛을 반사시키는 소자이다. 광섬유 브래그 격자는 광섬유 코어에 존재하는 광섬 유 소자이므로 부피가 작고 연결성이 좋으며 삽입 손실(insertion loss) 이 작고 파장 선택도(wavelength selectivity)가 높고 편광 (polarization)에 덜 민감한 장점을 가지고 있다. 광섬유 브래그 격자는 현재 광통신과 센서 시스템에서 매우 중요한 역할을 하는 기술의 근간으로 자리 잡고 있으며 현재 많은 기업, 대학, 연구소에서 활발히 연구가 진행되고 있고 상업적으로 판매가 되고 있다.
이렇듯, 광섬유 브래그 격자를 이용한 광섬유 센서는 전자기 간섭에 영향을 받지 않고 감도가 높으며, 소형, 경량이므로 보통의 센서가 사용될 수 없는 위험한 장소나 고감도를 요하는 특수목적에 효과적으로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 광섬유 브래그 격자를 이용한 센서는 그 측정 범위가 10-9m 범위의 미세 변위 범위까지 측정이 가능하다는 장점이 있다.
이에 대하여, 본 발명의 길이 측정 센서 및 이를 이용한 길이 측정 장치는 측정 대상의 길이 변화에 따라 광섬유 브래그 격자가 휘어져 빛의 파장을 변화시키는 길이 변화 감지 센서를 구비하고, 이를 이용하여 길이 또는 길이 변화를 측정함으로써, 측정 부위와 전기적으로 직접적인 접촉 없이도 측정이 가능하고, 전자기장의 간섭에 대한 영향을 받지 않으면서 고감도 및 폭넓은 주파수 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 길이 측정 센서는 장방형의 개구부가 상부면에 구비된 프레임과, 광섬유 브래그 격자를 포함하는 광섬유와, 개구부를 교차하여 프레임에 수직으로 고정되고, 광섬유의 광섬유 브래그 격자 부분이 일면에 고정되는 탄성부재와, 측정 대상의 길이 변화에 따른 외력을 전달하는 로더, 및 프레임 내부에 수납되고 개구부를 통해 탄성부재에 고정되는 수직 스틱을 구비하는 전달박스로서, 로더에 의해 일방향으로 이동함에 따라 수직 스틱이 개구부 내에서 이동하여 탄성부재를 휘게 하는 길이변화 전달박스를 포함하며, 길이 변화에 따라 광섬유 브래그 격자가 휘어지면서 제1 파장의 입력 광을 변화시켜 제2 파장의 출력 광으로 출력한다.
상기에서, 길이 측정 센서는 개구부를 사이에 두고 프레임의 상부면에 길이변환 전달박스의 운동방향으로 설치된 제1 및 제2 가이드레일과, 제1 및 제2 가이드레일에 각각 부착되어 제1 및 제2 가이드레일 상에서 직선운동하는 제1 및 제2 슬라이더, 및 탄성부재의 양단부를 제1 및 제2 슬라이더에 각각 고정시키기 위한 제1 및 제2 고리를 더 구비한다.
탄성부재는 개구부를 교차하여 프레임에 수직으로 고정되는 탄성판, 및 광섬유의 광섬유 브래그 격자 부분을 탄성판의 일면에 고정시키는 가요성빔으로 이루어진다.
길이변화 전달박스는 상부면에 대각선 방향으로 형성되는 가이드 홈, 및 수직 스틱과 연결되며 수직 스틱을 가이드 홈 상에서 이동시키기 위한 볼 베어링을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 길이 측정 장치는 전류발생기와, 전류발생기로부터 출력되는 전류에 의해 제1 파장의 광을 광도파로로 발생시키는 광대역 파장 발생기와, 광섬유에 설치된 광섬유 브래그 격자를 구비하고 측정 대상의 길이 변화에 따라 광섬유 브래그 격자가 휘어지면서 제1 파장의 입력 광을 변화시켜 제2 파장의 출력광으로 출력하는 길이 측정 센서와, 출력광의 반사파를 출력하는 격자판과, 격자판으로부터 입사되는 출력광의 반사파와 기준 파장 광을 비교하여 길이 변화를 측정하는 길이변화 인식기, 및 길이변화 인식기의 측정 결과값을 표시해주는 길이변화 표시기를 포함한다.
상기에서, 길이 측정 장치는 광대역 파장 발생기의 제1 파장의 입력광은 길이 측정 센서로 입사시키고, 길이 측정 센서의 제2 파장의 출력광은 격자판으로 입력시키는 광 서큘레이터를 더 구비할 수 있다.
또한, 길이 측정 센서의 주위온도를 제어하여 제2 파장의 광을 조정하기 위한 온도제어기를 더 구비할 수도 있다.
뿐만 아니라, 상기의 길이 측정 장치는 광섬유 브래그 격자의 기준 간격이 다른 길이 측정 센서를 더 구비하면 다양한 범위에서 길이의 변화를 측정할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하며, 중복되는 요소에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
(실시예1)
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예1에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 길이 측정 센서를 나타내는 사시도이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 길이 측정 센서의 정면도 및 배면도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 길이 측정 센서는 상부면에 장방형의 개구부(6)가 형성된 프레임(1)과, 그 프레임(1) 내부에 수납된 길이변환 전달박스(2)와, 측정 길이에 따라 외력을 가하여 길이변환 전달박스(2)를 전후로 직선 이동시키기 위한 로더(14)와, 개구부(6)를 교차하여 프레임(1)에 수직으로 고정되는 탄성부재(10 및 11)를 구비한다. 프레임(1)은 고정대(100)와 나사 등의 연결자(20)를 통해서 고정된다.
로더(14)는 프레임(1)을 관통하여 프레임(1) 내부의 길이변환 전달박스(2)와 직접 연결된다. 또한, 로더(14)는 변위를 측정하고자 하는 대상물(미도시)과 연결된다. 연결을 위한 방식은 특별히 한정되지 않은 다양한 방식으로 가능하지만, 도 1에는 로더(14)의 끝단에 나사형상(19;숫나사 형상)이 새겨져 있다. 변위 측정대상물(미도시)에는 암나사 형상이 새겨진 경우, 로더(14)의 나사형상(19)과 집적연결가능하게 된다.
길이변환 전달박스(2)에는 대각선 방향으로 가이드 홈(3)이 형성되며, 가이드 홈(3) 상에서 이동하는 볼 베어링(도 5에서 도시됨; 4)과, 볼 베어링에 고정되어 가이드 홈(3)을 따라 이동하는 수직 스틱(5)을 구비한다. 길이변환 전달박스(2)가 직선 이동하면 수직 스틱(5)은 가이드 홈(3) 상에서 이동한다.
여기서, 길이변환 전달박스(2)가 로더(14)에 의해 밀려서 이동(이하, '전진 이동'이라 함)하거나 당겨져서 이동(이하, '후진 이동'이라 함)함에 따라, 프레임(1)을 관통하는 수직 스틱(5)은 가이드 홈(3) 상에서 개구부(6)를 따라 이동한다. 수직 스틱(5)은 개구부(6)와 가이드 홈(3)이 중첩되는 곳에 위치하게 되며, 길이변환 전달박스(2)가 전진 이동하거나 후진 이동하면 개구부(6)와 가이드 홈(3)이 중첩되는 곳이 변하기 때문에, 수직 스틱(5)은 개구부(6)를 따라 이동하게 된다.
한편, 길이 측정 센서는 프레임(1) 상부면에는 길이변환 전달박스(2)의 이동방향으로 설치된 제1 및 제2 가이드레일(13a 및 13b)을 구비하며, 제1 및 제2 가이드레일(13a 및 13b)에는 제1 및 제2 슬라이더(8a 및 8b)가 각각 설치된다. 제1 및 제2 슬라이더(8a 및 8b)는 제1 및 제2 가이드레일(13a 및 13b) 상에서 직선 이동한다. 그리고, 탄성부재(10 및 11)는 수직으로 세워져 제1 및 제2 고리(9a 및 9b)에 의해 양 단부가 제1 및 제2 슬라이더(8a 및 8b)에 고정된다.
탄성부재(10 및 11)는 탄성판(10)과 가요성빔(11)으로 이루어진다. 탄성판 (10)은 개구부(6)를 교차하여 프레임(1)에 수직으로 고정된다. 가요성빔(11)은 광섬유(12)의 상기 광섬유 브래그 격자(15) 부분을 탄성판(10)의 일면에 고정시킨다. 예컨데, 탄성판(10)의 일면에는 가요성빔(11)이 밀착되고, 탄성판(10)과 밀착되지 않은 가요성빔(11)의 이면에는 광섬유(12)의 광브래그격자(15) 부분이 밀착된다. 여기서, 가요성빔(11)은 외력에 반응하여 변형이 용이한 재료 예컨대 실리콘 재료로 제작된다.
탄성판(10)은 수직 스틱(5)에 고정된다. 예를 들면, 가요성빔(11)이 부착되지 않은 탄성판(10)의 이면에 수직 스틱(5)이 부착되어 탄성판(10)이 수직 스틱(5)에 고정될 수 있다. 이로 인해, 수직 스틱(5)이 이동하면 탄성판(10)이 당겨지거나 밀려지면서 휘어진다. 이때, 탄성판(10)의 양단부에 연결된 제1 및 제2 슬라이더(8a 및 8b)가 제1 및 제2 가이드레일(13a 및 13b) 상에서 이동하면서 탄성판(10)이 휘어지는 것을 돕는다.
또한, 탄성판(10)이 휘어지면서 탄성판(10)의 일측면에 밀착된 가요성빔(11)도 휘어진다. 이로 인해, 가요성빔(11)에 밀착된 광섬유(12)도 휘어지면서 광브래그격자(15)의 간격이 변한다.
도 3a 및 도 3b는 수직 스틱의 이동에 따라 탄성판이 휘어지는 상태를 나타낸 길이 측정 센서의 평면도이다.
도 3a를 참조하면, 로더(14)에 의해 길이변환 전달박스(2)가 전진 이동한다. 길이변환 전달박스(2)가 전진 이동하면 수직 스틱(5)은 가이드 홈(3)을 따라 한쪽 방향으로 이동하게 된다. 한쪽 방향으로 이동하는 수직 스틱(5)에 의해 탄성판(10) 은 수직 스틱(5)의 이동 방향으로 휘어진다. 이때, 탄성판(10)의 양단부에 연결된 제1 및 제2 슬라이더(8a 및 8b)가 제1 및 제2 가이드레일(13a 및 13b) 상에서 이동하면서 탄성판(10)이 휘어지는 것을 돕는다.
이하, 가요성빔(11)이 부착되지 않은 쪽으로 탄성판(10)이 휘어지면 오목하게 휘어지는 것으로 표현하기로 한다. 따라서, 도 3a의 경우는 탄성판(10)이 오목하게 휘어지게 된다.
도 3b를 참조하면, 로더(14)에 의해 길이변환 전달박스(2)가 후진 이동한다. 길이변환 전달박스(2)가 후진 이동하면 수직 스틱(5)은 가이드 홈(3)을 따라 다른쪽 방향으로 이동하게 된다. 다른쪽 방향으로 이동하는 수직 스틱(5)에 의해 탄성판(10)은 수직 스틱(5)의 이동방향으로 휘어진다. 이때, 탄성판(10)의 양단부에 연결된 제1 및 제2 슬라이더(8a 및 8b)가 제1 및 제2 가이드레일(13a 및 13b) 상에서 이동하면서 탄성판(10)이 휘어지는 것을 돕는다.
이하, 가요성빔(11)이 부착된 쪽으로 탄성판(10)이 휘어지면 볼록하게 휘어지는 것으로 표현하기로 한다. 따라서, 도 3b의 경우는 탄성판(10)이 볼록하게 휘어지게 된다.
이하, 도 4a 및 4b를 참조하여 길이 측정 센서의 동작에 대하여 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b는 탄성판이 휘어짐에 따라 광브래그격자가 새겨진 광섬유가 변형되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 로더(14)가 외부 측정 길이의 변화에 의해 길이변환 전달 박스(2)에 외력을 인가하여 길이변환 전달박스(2)가 전진 이동하면, 도 3a에서와 같이, 탄성판(10)이 큰 나선 모양으로 오목하게 휘어진다. 이때, 탄성판(10)에 밀착된 가요성빔(11)도 탄성판(10)과 함께 휘어지고, 가요성빔(11)에 밀착된 광섬유(12)도 휘어지면서 광섬유(12) 내에 새겨진 광브래그격자(15)의 간격이 변한다. 즉, 광섬유(12) 내의 광브래그격자(15) 간격은 그 기준 상태보다 좁아지게 되며, 이에 따라 광섬유(12)를 통과하는 광파장은 작아지게 된다. 이로 인해, 제1 파장으로 입력된 광이 더 작은 제2 파장의 광으로 변하여 출력된다.
도 4b를 참조하면, 로더(14)가 외부 측정 길이의 변화에 의해 길이변환 전달박스(2)에 외력을 인가하여 길이변환 전달박스(2)가 후진 이동하면, 도 3b에서와 같이, 탄성판(10)이 큰 나선 모양으로 볼록하게 휘어진다. 이때, 탄성판(10)에 밀착된 가요성빔(11)도 탄성판(10)과 함께 휘어지고, 가요성빔(11)에 밀착된 광섬유(12)도 휘어지면서 광섬유(12) 내에 새겨진 광브래그격자(15)의 간격이 변한다. 즉, 광섬유(12) 내의 광브래그격자(15) 간격은 그 기준 상태보다 넓어지게 되며, 이에 따라 광섬유(12)를 통과하는 광파장은 커지게 된다. 이로 인해, 제1 파장으로 입력된 광이 더 큰 제2 파장의 광으로 변하여 출력된다.
한편, 실시예1의 경우는 광섬유(12) 내의 브래그격자(15)를 통과하는 광 파장의 변화를 이용하는 방식으로 제작되어 있지만, 다른 변형으로는 광섬유(12) 내의 브래그 격자(15)로부터 반사되는 광 파장의 변화를 센싱하는 방식도 가능하다. 이에 대해서 실시예2에서 설명한다.
(실시예2)
도 5는 본 발명의 실시예2에 따른 길이 측정 센서를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 길이 측정 센서는 상부면에 장방형의 개구부(6)가 형성된 프레임(1)과, 그 프레임(1) 내부에 수납된 길이변환 전달박스(2)와, 측정 길이에 따라 외력을 가하여 길이변환 전달박스(2)를 전후로 직선 이동시키기 위한 로더(14)와, 개구부(6)를 교차하여 프레임(1)에 수직으로 고정되는 탄성부재(10 및 11)를 구비한다. 프레임(1)은 고정대(100)와 나사 등의 연결자(20)를 통해서 고정된다.
설명의 편의를 위해, 실시예1과의 차이점을 기준으로 설명하면, 실시예2의 경우는 광섬유(12) 내의 브래그 격자(15)로부터 반사되는 광 파장이 변화를 이용한다. 이 경우, 브래그 격자(15)의 일측은 광섬유(12)와 연결되고, 타측은 예를 들어 반사막(16)이 구비되는 구조를 갖는다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 길이 측정 센서를 이용한 길이 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 길이 측정 장치는 전류발생기(25)와, 전류발생기로(25)부터의 전류에 의해 특정 파장을 발생하는 광대역 파장 발생기(20)와, 광대역 파장 발생기(20)로부터 광이 입사되는 광브래그격자(15)가 형성된 광섬유(12)가 통과하는 길이 측정 센서(30)와 길이 측정 센서(30)로부터의 출력파의 파장에 따른 반사파를 출력하는 격자판(40)을 구비한다.
또한, 광대역 파장 발생기(20)로부터의 입사되는 광의 송수신 방향과, 변위측정 센서(30)로부터 입사되는 광의 송수신 방향을 분리하기 위한 광 서큘레이터(35)를 더 구비한다.
광 서큘레이터(40)는 광대역 파장 발생기(20)로부터의 출력광을 길이 측정센서(30)로 입사시키며, 길이 측정 센서(30)로부터의 출력광을 격자판(40)으로 입력시켜 준다.
격자판(40)은 기준이 되는 광(λ1)과 측정 부위의 길이 변위에 따라 출력된 광(λ2) 각각의 파장에 따른 반사파를 변위 인식기(45)에 입사시킴으로써 길이 측정 장치는 변위를 측정하며, 이를 변위 표시기(60)를 통하여 표시한다.
길이 측정 장치는 길이 측정 센서(30)에 온도의 변화에 민감하게 변화되지 않도록 하기 위해 온도제어기(50) 더 구비할 수도 있다.
상기에서 서술한 길이 측정 장치는 수축팽창하는 광브래그격자가 새겨진 광섬유를 이용한 길이 측정 센서를 구비함으로써, 길이 측정 장치가 측정 부위와 전기적으로 직접 접촉할 필요가 없게 된다.
한편, 길이 측정 시 광섬유의 전단강도 이상으로 광섬유의 변형 양이 커지면 광섬유가 단선되거나 손상될 수 있다. 이 때문에 광섬유의 변형 양은 광브래그격자 간격이 기준간격 50nm 사이에서 조정될 수 있는 범위 내에서 제한되어야 한다. 따라서, 길이 측정 센서를 구현하는 경우에 기준간격이 서로 다른 복수의 광섬유들을 마련하고, 각각의 광섬유들을 전술한 실시 예에서 개시된 길이 측정 센서에 1:1로 대응시켜 특정 범위가 서로 다른 다수개의 길이 측정 센서를 구비할 수도 있다.
예들 들면, 하나의 길이 측정 센서의 광섬유는 1500nm 내지 1600nm 사이에서 광파장을 측정하고, 다른 길이 측정 센서의 광섬유는 1700nm 내지 1800nm 사이에서 광파장을 측정하도록 길이 측정 센서의 광섬유를 복수로 구성하여 길이 측정장치를 구현할 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 정하여 져야만 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 길이 측정 장치는 수축팽창하는 광브래그격자가 새겨진 광섬유를 이용한 길이 측정 센서를 구비함으로써 길이 측정 장치가 측정 부위와 전기적으로 직접 접촉할 필요가 없게 된다. 또한, 광섬유를 이용한 길이 측정 장치는 기준간격이 서로 다른 복수의 광섬유들을 마련하여 복수의 변위측정 센서에 1:1로 대응시키거나 혹은 측정 범위가 서로 다른 길이변환 전달박스를 구비하는 길이 측정 센서를 통하여 그 측정 범위가 10-9m 범위의 미세 변위 범위까지 측정할 수 있다.
또한, 광이 전기신호와 달리 전자기장의 간섭에 영향을 받지 않으며 고감도 및 폭넓은 주파수 특성의 장점을 가짐에 따라 광섬유를 이용한 길이 측정 센서는 또한 이와 같은 장점을 가진다.

Claims (8)

  1. 장방형의 개구부가 상부면에 구비된 프레임;
    광섬유 브래그 격자를 포함하는 광섬유;
    상기 개구부를 교차하여 상기 프레임에 수직으로 고정되고, 상기 광섬유의 상기 광섬유 브래그 격자 부분이 일면에 고정되는 탄성부재;
    측정 대상의 길이 변화에 따른 외력을 전달하는 로더; 및
    상기 프레임 내부에 수납되고 상기 개구부를 통해 상기 탄성부재에 고정되는 수직 스틱을 구비하는 전달박스로서, 상기 로더에 의해 일방향으로 이동함에 따라 상기 수직 스틱이 상기 개구부 내에서 이동하여 상기 탄성부재를 휘게 하는 길이변화 전달박스를 포함하며,
    상기 길이 변화에 따라 상기 광섬유 브래그 격자가 휘어지면서 제1 파장의 입력 광을 변화시켜 제2 파장의 출력 광으로 출력하는 길이 측정 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부를 사이에 두고 상기 프레임의 상부면에 상기 길이변환 전달박스의 운동방향으로 설치된 제1 및 제2 가이드레일;
    상기 제1 및 상기 제2 가이드레일에 각각 부착되어 상기 제1 및 상기 제2 가이드레일 상에서 직선운동하는 제1 및 제2 슬라이더; 및
    상기 탄성부재의 양단부를 상기 제1 및 상기 제2 슬라이더에 각각 고정시키기 위한 제1 및 제2 고리를 더 구비하는 길이 측정 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탄성부재가,
    상기 개구부를 교차하여 상기 프레임에 수직으로 고정되는 탄성판; 및
    상기 광섬유의 상기 광섬유 브래그 격자 부분을 상기 탄성판의 일면에 고정시키는 가요성빔으로 이루어진 길이 측정 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 길이변화 전달박스는,
    상부면에 대각선 방향으로 형성되는 가이드 홈; 및
    상기 수직 스틱과 연결되며 상기 수직 스틱을 상기 가이드 홈 상에서 이동시키기 위한 볼 베어링을 포함하는 길이 측정 센서.
  5. 전류발생기;
    상기 전류발생기로부터 출력되는 전류에 의해 제1 파장의 광을 광도파로로 발생시키는 광대역 파장 발생기;
    광섬유에 설치된 광섬유 브래그 격자를 구비하고 측정 대상의 길이 변화에 따라 상기 광섬유 브래그 격자가 휘어지면서 상기 제1 파장의 입력 광을 변화시켜 제2 파장의 출력광으로 출력하는 길이 측정 센서;
    상기 출력광의 반사파를 출력하는 격자판;
    상기 격자판으로부터 입사되는 상기 출력광의 반사파와 기준 파장 광을 비교하여 길이 변화를 측정하는 길이변화 인식기; 및
    상기 길이변화 인식기의 측정 결과값을 표시해주는 길이변화 표시기를 포함하되,
    상기 길이 측정 센서는,
    장방형의 개구부가 상부면에 구비된 프레임; 광섬유 브래그 격자를 포함하는 광섬유; 상기 개구부를 교차하여 상기 프레임에 수직으로 고정되고, 상기 광섬유의 상기 광섬유 브래그 격자 부분이 일면에 고정되는 탄성부재; 측정 대상의 길이 변화에 따른 외력을 전달하는 로더; 및
    상기 프레임 내부에 수납되고 상기 개구부를 통해 상기 탄성부재에 고정되는 수직 스틱을 구비하는 전달박스로서, 상기 로더에 의해 일방향으로 이동함에 따라 상기 수직 스틱이 상기 개구부 내에서 이동하여 상기 탄성부재를 휘게 하는 길이변화 전달박스를 포함하며, 상기 길이 변화에 따라 상기 광섬유 브래그 격자가 휘어지면서 제1 파장의 입력 광을 변화시켜 제2 파장의 출력 광으로 출력하는 것을 특징으로 하는 길이 측정 장치를 이용한 길이 측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광대역 파장 발생기의 상기 제1 파장의 입력광은 상기 길이 측정 센서로 입사시키고, 상기 길이 측정 센서의 상기 제2 파장의 출력광은 격자판으로 입력시키는 광 서큘레이터를 더 구비하는 길이 측정 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 길이 측정 센서의 주위온도를 제어하여 상기 제2 파장의 광을 조정하기 위한 온도제어기를 더 구비하는 길이 측정 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 광섬유 브래그 격자의 기준 간격이 다른 길이 측정 센서를 더 구비하여 다양한 범위에서 길이의 변화를 측정할 수 있는 길이 측정 장치.
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