KR100935529B1 - 항온조를 이용한 선형 광섬유 분포온도측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유에 펄스형 광을 입사하여 생기는 산란광 중에 광섬유 주변 온도에 반응하는 파장신호와 광 펄스 입사 후 되돌아오는 산란광의 시간차를 이용하여 광섬유 주변의 온도를 측정하는 광섬유를 이용한 선형 분포온도 측정 장치에 관한 것으로 측정된 온도의 정확도를 높이기 위하여 광섬유 끝 단에 고안된 항온조를 부착하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 선형 분포온도 측정장치 이다.

광섬유, 선형 분포온도, 라만 산란광, 스토크스광, 안티스토크스광,광분파기, 항온조

Description

항온조를 이용한 선형 광섬유 분포 온도 측정장치 {Linear Fiber optic distributed temperature measurement equipment using thermostat}

도1. 본 발명의 광섬유 선형 분포 온도 측정 장치 구성도

도2. 온도 데이터 교정 순서도

도3. 온도 교정 전,후의 측정 결과 예

도4. 종래의 광섬유 선형 분포 온도 측정 장치 구성도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호설명

도면에서 1은 레이저 펄스 발생회로, 2는 광분파기, 3은 센서용 광섬유, 4는 수광부, 5는 평균화회로, 6은 데이터 처리회로, 7은 참조용 광섬유, 8은 항온조, 21은 광섬유 분포온도 측정 장치,주장치

본 발명은 광섬유를 센서로 이용하여 라만 산란광을 이용한 광섬유 선형 분포 온도측정 장치에 관한 것이다.

라만 산란광을 이용한 광섬유 선형온도 측정장치는 광섬유 한쪽 끝에 파장 λo의 레이저 펄스 광을 입사하면 광섬유 내에서는 λs의 스토크스광과 λas의 안티스토크스광, 2가지 성분의 라만 산란광이 발생된다. 이 두 가지 파장의 진폭 비율이 순수히 온도의 함수이고 광섬유 내에 거리 L인 곳으로부터 되돌아 오는 산란광을 광 펄스를 입력한 끝으로 되돌아오는 시간은 광섬유 내에 빛의 속도를 알고 있어서 산란광이 발생한 위치를 계산함으로써 광섬유가 깔려있는 상태에 광섬유 주변의 온도 분포를 측정하는 장치이다.

스토크스광과 안티스토크스광의 후방 산란광의 측정은 광섬유의 손실 및 파단점 측정에 사용되는 OTDR ( Optical Time Domain Reflectometer) 과 같은 측정방법으로 측정한다. 이러한 라만 산란광을 이용한 광섬유 선형 온도 측정 장치를 이용한 선형 분포 도 측정장치는 전력케이블의 길이방향 온도분포를 측정할 수 있어 송전 용량 제어등에 이용되기도 하고 케이블의 열화등에 의해서 생기는 부분적인 고열 발열 장소를 감지한다. 또한 각종 플랜트의 생산 라인과 설비의 온도 제어, 빌딩과 터널, 공동구 등의 화재 검지용으로 사용되어 화재 발생 위치를 알 수 있다.

종래의 선형 온도 분포 측정 장치는 온도 분포 측정을 한쪽 끝에서만 측정하므로 이론적으로는 센서용 광섬유의 길이 방향에 대한 정확한 온도 측정이 가능하나 실제적으로는 광원으로부터 멀리 떨어져 있는 편단에서 돌아오는 산란 광이 미약하여 끝 부분에 온도 측정오차가 경우에 따라 정방향이나 부방향으로 오차가 생겨 그 오차가 약 ± 2℃이하로 처리하기가 어렵다. 본 발명의 목적은 이러한 종래 기술의 결점을 해결하고 멀리 떨어진 편단부에 온도가 일정한 항온조를 사용함으로써 온도 측정 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있는 라만 산란광을 이용한 광섬유 선형 분포온도 측정 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 광섬유 선형 분포온도 측정 장치는 센서용 펄스 광원을 갖는 라만 산란광을 이용한 광섬유 선형 분포온도 측정의 주장치를 센서용 광섬유에 접속하는 것과 동시에 그 센서용 광섬유의 원방 편단부에 항시 일정한 온도를 유지 할 수 있는 항온조를 설치하여 주장치에서는 자체 측정한 센서용 광섬유의 선형 온도 분포 데이터를 항온조의 일정한 온도 정보에 의하여 교정을 하는 온도 교정 기능을 부가한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 요지는 광섬유의 원방 편단의 온도를 항온조를 이용하여 일정하게 유지하고 유지되는 온도를 주장치에 데이터 처리 회로에 입력하여 측정에 의해 산출된 온도 데이터를 교정함으로써 전체 온도 분포 측정 결과에 대한 정밀도를 높일 수 있다. 또한 온도 분포 측정을 하는 주장치와 원방 편단에 항온조와는 별도의 통신 장치나 기존 주장치를 개조하지 않아도 온도 보정을 할 수 있으므로 경제적으로 구현이 가능하다.

도면과 실시 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 광섬유 선형 분포온도 측정 장치의 구성도로 분포 온도를 측정하는 주장치 21,센서용 광섬유 3과 이 센서용 광섬유 3 한쪽 편단에 접속된 항온조 7로 구성되어 진다.

주장치21은 센서용 펄스광원 1와 광원과 후방 산란광을 나누고 후방 라만 산란광 중에서 스토크스광 성분과 안티스토크스광 성분을 분리 출력하는 광분파기2와 두 파장의 신호를 수광하는 수광 회로 4, 수광 신호를 평균화 처리하는 평균화 회로 5, 평균화 처리된 데이터를 처리하여 온도를 계산해 내는 데이터 처리회로 6으로 구성된다.

센서용 광섬유 3의 원단에는 참조용 광섬유8이 내장된 항온조7이 설치된다.

주장치21및 구체적인 선형온도분포 측정 및 교정방법은 아래와 같다.

센서용 광섬유3에서 발생한 후방 산란광은 광분파기2를 거쳐서 중심파장 λas과 λs의 두 파장으로 후방 산란광을 분리하여 각각 수광 회로 4를 통해 전기 신호로 변환된다. 수광 회로 4에 의해 전기신호로 바뀌어진 신호는 평균화 회로 5에 의해서 OTDR측정법으로 연산하기 위한 fas(t)와 fs(t)신호로 연산 될 신호를 출력한다. 온도 교정 기능이 부가된 데이터 처리 회로 6은 평균화 회로 5로부터 얻은 함수fas(t) / fs(t)의 연산을 수행하고 양 함수의 비가 순수 온도에 비례한다는 것과 광섬유 내에 거리 L에서 되돌아오는 후방 산란광이 광펄스가 입력된 광섬유 편단으로 되돌아 오는 시간은 광섬유 내에서의 빛의 속도를 Co라면, 펄스 입력 후 2L /Co 의 시간이 걸리는 것을 이용하여 거리에 따른 온도분포를 연산하여 선형으로 포설된 광섬유의 분포 온도를 얻는다. 또한 온도 교정기능이 부가된 온도 분포 데이터 처리회로 6은 평균화 회로 5로부터 얻은 두 후방산란광의 신호를 근거로 연산한 결과를 사전에 설정된 원방 광섬유 편단의 항온조 내부 온도 데이터를 근거로 하여 교정을 한다 (그림2 참조) 이러한 방법에 의하여 센서용 광섬유의 길이방향 온도 측정 결과를 기존 방식과 비교하여 측정 오차를 줄일 수 있다.

본 발명은 원방 편단의 온도를 항온조를 이용하여 일정 온도를 유지하도록 함으로써 별도의 통신선로를 사용하지 않고 또한 주장치인 분포 온도 측정장치의 개조 없이 원방 편단의 온도를 알 수 있어 계산된 분포 온도의 보정을 할 수 있고 이러한 보정을 통하여 온도 측정의 정밀도를 높일 수 있다

Claims (2)

1. 라만 산란광을 이용한 선형 광섬유 분포온도 측정 장치에서 센서용 광섬유3의 원격 편단에 항온조7을 이용하여 원격 편단에 온도를 일정하게 만들어서 기존 광섬유 분포온도 측정 장치의 개조나 별도의 통신 선로 없이 광섬유 원단에 일정 온도 정보를 이용하여 온도 교정을 하는 온도 교정 방법
2. 삭제

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