KR101016578B1 - 광섬유 센서를 이용한 수압계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 수압계 방식과는 다른 원리를 적용하여 지중 또는 지하를 포함한 그 어떤 곳이든 장기간 수압계를 매설하더라도 안정적이며 정밀하게 수압을 측정할 수 있도록 하는 수압계에 관한 것으로서, 다이어프램(diaphram) 및 광섬유 센서가 구비되는 적어도 하나 이상의 센서부; 및 상기 센서부로부터 전달된 빛의 파장변화를 검출하여 압력을 계측하는 제어부와 표시부를 포함하여 장기간동안 정확하게 수압을 측정할 수 있으며, 특히 광섬유 센서 자체는 유리섬유이므로 화학성과 안정성이 우수하며, 장기간동안 물에 잠겨있어도 부식이 되지 않아 센서의 망실에 의한 교체 비용과 유지보수 비용을 절감할 수 있어 유지 관리 계측에 유리하다.
Figure R1020080055043
광섬유 센서, 광섬유 격자 센서, 수압, 수압계, 다이어프램, 유지 관리 계측, 토목ㆍ건축 구조물, 실시간 모니터링, 온도보상용 광섬유 센서

Description

광섬유 센서를 이용한 수압계{Water pressure sensor using an optical fiber sensor}
본 발명은 광섬유 센서를 이용한 수압계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부환경에 영향을 받지 않고 장기간동안 정밀하게 수압을 측정할 수 있도록 하는 광섬유 센서를 이용한 수압계에 관한 것이다.
토목ㆍ건축 구조물 공사를 하는데 있어, 수압계는 개착 및 굴착을 위한 배수현황, 굴착이나 성토시 안전율 결정을 위한 수압, 또는 댐이나 인공호수 및 제방의 지하수 흐름 및 누수의 실시간 모니터링 등에 사용된다.
이러한 수압계는 그 원리에 따라 공압식, 유압식 그리고 진동현식 등으로 구분될 수 있다.
이중 진동현식 수압계는 필터와 다이어프램, 진동현, 전자기 코일 등으로 구성되어 수압을 진동 신호로 변환시킨다. 즉, 주변 지반의 수압이 다이어프램에 작용하면 압력의 변화에 따라 다이어프램이 변형되며, 이에 따라 진동현의 인장력이 달라진다. 인장력이 달라지면 고유 진동수도 달라지므로 전자기 코일로 진동현을 진동시킬 때 발생하는 교류전압의 진동수를 판독하여 수압으로 환산하여 측정하게 된다.
그러나, 상술한 바와 같은 진동현식 수압계는 초기 측정값이 불안정한 영점 편차(zero drift)가 생기거나 압력 증감에 따른 히스테리시스(hysteresis) 현상이 심한 문제가 있으며 충격에 의해 진동현이 쉽게 손상되는 문제점이 있다.
특히, 진동현식 수압계의 경우 수압을 감지하는 센서부인 진동현 자체가 금속 재질로 이루어져 있으므로 공기 중의 수분과 반응하여 부식될 수 있으며 이에 따라 장기간 계측시 정확한 측정값을 얻기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 기존의 수압계 방식과는 다른 원리를 적용하여 지중 또는 지하에 장기간 수압계를 매설하더라도 안정적이며 정밀하게 수압을 측정할 수 있도록 하는 수압계를 제안한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계는 수압을 감지하는 센서부; 상기 센서부로부터 전달된 빛의 파장변화를 검출하여 압력을 계측하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 계측된 수압 데이터를 수신하여 출력하는 표시부를 포함하며, 상기 센서부는 하우징; 상기 하우징 내에 외측은 외부와 연통되며, 내측은 방수˙방청이 가능하도록 장착되는 다이어프램; 및 상기 다이어프램에 인가된 압력이 상기 수압측정용 광섬유로 전달되도록, 일단이 상기 다이어프램의 내측에 고정 가능하도록 장착되며, 타단이 상기 하우징 내부에 고정 가능하도록 장착되어 인장 상태를 유지하는 수압측정용 광섬유 격자센서를 포함하여 장기간동안 정확하게 수압을 측정할 수 있으며, 특히 광섬유 센서 자체는 유리섬유이므로 화학성과 안정성이 우수하며, 장기간동안 물에 잠겨있어도 부식이 되지 않아 센서의 망실에 의한 교체 비용과 유지보수 비용을 절감할 수 있어 유지관리 계측에 유리하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계의 전체적인 구성이 도시된 구성도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계는 도 1에 도시된 바와 같이 광원(10), 센서부(20), 광검출부(30) 및 측정데이터를 표시하는 제어부(40), 표시부(50)를 포함한다.
광원(10)으로는 발광 다이오드(LED 또는 SLD)가 사용될 수 있으며, 발광 다이오드로 전력이 공급되면 일정한 파장 분포를 갖는 광을 발생하고, 발생한 광은 커플러(coupler)를 통해 센서부로 진행한다.
본 발명에서 고안된 센서부(20)는 광섬유 격자(FBG; Fiber Bragg Grating) 센서를 포함하는데, 광섬유 격자 센서는 브래그(Bragg) 조건을 만족하는 일정 폭을 갖는 파장만을 반사하고 그 외 파장은 그대로 투과시키는 특성을 갖는다.
광검출부(30)는 포토다이오드(PD; Photo Diode)를 구비하여 센서부(20)의 광섬유 격자 센서에서 반사된 특정 파장의 반사광을 투과하고 포토다이오드로 전달한다. 포토다이오드는 입사된 반사광의 광량을 측정하여 출력하는데, 미분기 및 비교기가 함께 구비되면 반사광의 피크(peak)지점과 이 지점에서의 광량이 산출되어 제어부(40)와 표시부(50)로 입력된다.
제어부(40)와 표시부(50)는 광검출부(30)로부터 전달된 반사광의 피크지점 및 광량데이터로부터 반사광의 파장을 산출할 수 있으며, 산출된 파장 값으로부터 광섬유 격자 센서에 발생한 스트레인(strain) 변화량을 산출하고 이를 통해 센서부(20)에 가해진 물의 압력을 산출할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서, 상기 센서부(20)의 구성에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서, 센서부의 구성이 도시된 구성도이다.
본 발명에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서, 센서부는 도 2에 도시된 바와 같이 수압측정용 광섬유 격자 센서(100) 및 다이어프램(diaphram, 80)을 포함한다. 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)는 일정 크기의 인장력이 미리 가해진 상태로 다이어프램(80)과 연결되어, 다이어프램(80)에 가해지는 수압이 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)로 전달되면서 압력측정용 광섬유 격자 센서(100)의 격자 간 간격이 달라지고 이에 따라 반사광의 파장이 변화하면 변화 정도를 산출하여 수압을 계측하게 된다.
이는 상술한 바와 같이 특정 파장의 빛을 반사시키는 광섬유 격자 센서의 특성을 이용한 것으로, 광섬유 격자 센서는 광섬유 코어에 주기적으로 굴절률 변화를 주어 특정 파장의 빛을 반사시키는데, 파장 선택도가 높은 특성을 보인다.
즉, 광섬유 코어 부분이 자외선 영역의 빛에 노출되면 노출된 부분의 굴절률이 어느 정도 증가하는 현상이 일어나는데, 예를 들어 게르마늄이 첨가된 광섬유 코어 부분에 자외선 영역의 빛을 노출시키면 굴절률이 10-5 정도 증가하며 일정 간격으로 이러한 굴절률 변화를 갖도록 광섬유의 일부 영역에 격자를 새긴다.
이러한 광섬유 격자 센서는 측정된 변형율 정보가 파장(wavelength)의 변화로 나타나며, 가해진 물리량에 대한 브래그(Bragg) 파장의 변화율이 선형적으로 나타나므로 파장의 변화량을 정밀하게 측정하면 가해진 물리량에 대한 정보를 역으로 산출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 센서부(20)는 다이어프램(80)의 일면으로 수압 등의 압력이 인가되면 다이어프램(80)에 연결된 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)에 가해진 인장력이 변화하여 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)의 각 격자 간 간격이 달라지고 이에 따라 반사광의 파장이 달라진다. 또한 달라진 파장을 검출 및 산출하고 그로부터 역산함으로써 다이어프램(80)에 가해진 압력을 정량적으로 환산할 수 있다.
또한, 상기 센서부(20)는 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)의 온도 변화에 의한 센서 측정 오차를 줄이기 위한 온도보상용 광섬유 격자 센서(150)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 온도보상용 광섬유 격자 센서(150)는 정확한 온도보상을 위해 수압계 내부에 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)와 동일한 조건으로 일렬로 배치되는 것이 바람직하다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서 센서부의 각 구성이 도시된 분해 단면도로서, 도 2 에 도시된 센서부를 구성요소별로 분해한 도이다.
또한, 도 4 는 도 3 에 따른 센서부가 실제 구현된 외관이 도시된 도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서부(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 물에 포함된 불순물 등을 걸러내어 순수한 물만을 통과시키는 필터, 상기 필터를 고정하는 필터 고정부(60), 필터의 일측에 구비되어 상기 필터를 통과한 물의 압력이 인가되는 다이어프램(80), 상기 다이어프램(80)을 고정시키는 제 1 다이어프램 고정 부(70) 및 제 2 다이어프램 고정부(110)를 포함한다.
또한, 상기 다이어프램(80)과 연결되는 수압측정용 광섬유 격자 센서(100) 및 상기 수압측정용 광섬유 격자센서(100)를 고정하는 제 1 및 제 2 광섬유 격자센서 고정자(90, 140)를 포함한다. 상기 필터 고정부(60)는 다이어프램(80) 전단에 배치되어 순수한 물만이 상기 다이어프램(80)으로 전달되도록 하고 이에 따라 보다 정확하게 물의 압력을 계측할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서부(20)는 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)와 연결되어 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)에 미리 일정 크기의 인장력을 가할 수 있도록 하는 스트레인 조절부(130), 및 스트레인 조절 기구(160)를 포함한다.
상기 다이어프램(80)은 인가된 수압을 전달하는 수단으로 특수 스테인레스 스틸을 재질로 하는 경우 방수, 방청뿐만 아니라 수압계의 부식도 방지할 수 있다.
또한, 상기 다이어프램(80)은 둘레가 제 1 및 제 2 다이어프램 고정부(70, 110)에 형성된 홈에 알맞게 이루어져 상기 제 1 및 제 2 다이어프램 고정부(70, 110)에 고정된다. 수압측정용 광섬유 격자센서(100)는 제 1 및 제 2 광섬유 격자 센서 고정자(90, 140)에 고정된다.
제 1 광섬유 격자 센서 고정자(90)는 다이어프램(80)의 일면과 맞닿아 있으므로 다이어프램(80)으로 수압이 인가되면 중앙부를 중심으로 다이어프램(80)이 미세하게 늘어나게 된다. 이에 따라 고정된 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)가 수압의 인가방향으로 이동하면서 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)의 인장력을 약화 시키고, 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)의 각 격자 간 거리가 줄어들게 된다. 격자 간 거리가 줄어듦에 따라 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)로부터 반사되는 빛의 파장이 달라지며 이를 통해 다이어프램(80)에 전달되는 수압을 역으로 환산할 수 있게 된다.
제 2 다이어프램 고정부(110) 및 제 2 광섬유 격자 센서 고정자(140)는 사이에 배치된 중간 연결부(120)와 결합된다. 상기 중간 연결부(120)는 내부에 위치하는 수압측정용 광섬유 격자센서(100)가 수압이 작용하는 축의 직각방향으로 움직이는 것을 방지하여 수압이 작용하는 방향으로만 움직일 수 있도록 한다. 또한, 중간 연결부(120)의 홈에는 제 2 광섬유 격자 센서 고정자의 일부가 맞물려 체결되어 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)가 인가되는 수압에 의해 비틀리거나 회전하는 현상을 방지할 수 있다.
상기 중간 연결부(120)는 스트레인 조절 수단과 결합된다. 스트레인 조절 수단은 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)에 일정 크기의 인장력(strain)을 가하기 위해 구비되는 수단으로, 물리력에 대해 선형적으로 변화하는 광섬유 격자 센서의 특성을 이용하여 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)에 미리 일정 크기의 인장력을 가한 후 다이어프램(80)에 인가된 수압에 의해 격자 간 간격이 변화하고 그에 따라 반사광의 파장이 변화함으로써 보다 정밀하게 수압을 측정할 수 있다.
스트레인 조절 수단은 스트레인 조절부(130) 및 스트레인 조절 기구(160)를 포함하며, 스트레인 조절부(130)는 제 2 광섬유 격자 센서 고정자(140)와 연결되어 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)가 고정된다. 또한, 스트레인 조절부(130)의 일 정부분에는 나사산이 형성되어 스트레인 조절 기구(160)를 통해 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)의 인장력이 조절될 수 있다.
즉, 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)는 상술한 바와 같이 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)를 중심으로 일측이 다이어프램(80) 및 제 1 광섬유 격자 센서 고정자(90)에 고정되고, 타측은 스트레인 조절부(130)와 제 2 광섬유 격자 센서 고정자(140)에 고정된다. 이때 스트레인 조절 기구(160)를 나사산이 형성된 위치에 끼우고 시계방향 또는 시계반대방향으로 회전시키면 나사산과 맞물리면서 스트레인 조절부(130)가 중간 연결부(120)의 내ㆍ외측으로 병진운동을 하게 된다.
결과적으로 스트레인 조절 기구(160)를 나사산을 따라 돌리면 스트레인 조절부(130)가 다이어프램(80)과 가까워지거나 멀어지게 되므로 그 정도에 따라 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)에 인가되는 인장력이 달라지게 된다.
한편, 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)는 물리력뿐만 아니라 온도변화에 의해서도 반사파장이 변화하게 한다. 따라서, 온도에 의한 영향을 배제하기 위한 기준 센서로서 온도보상용 광섬유 격자 센서(150)를 구비하여 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)의 온도변화에 따른 온도보상을 해줌으로서 보다 더 정밀하게 수압을 계측할 수 있다.
도 2 및 도 3 을 함께 참조하면, 온도가 상승 또는 하강하는 경우에는 온도보상용 광섬유 격자 센서(150) 및 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)가 동일한 변형률을 나타내게 된다. 그러나, 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)의 경우 일측이 다이어프램(80)과 제 1 광섬유 격자 센서 고정자(90)에 고정되고, 타측은 스트레인 조절부(130)와 제 2 광섬유 격자 센서 고정자(140)에 고정되는 반면에, 온도보상용 광섬유 격자 센서(150)는 양측이 모두 제 2 광섬유 격자 센서 고정자(140)에만 연결 및 고정되므로 다이어프램(80)에 수압이 인가되면 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)에만 영향을 미치게 된다.
이때 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)와 온도보상용 광섬유 격자 센서(150)는 광섬유 격자 센서 보호부(170)에 의해 보호되며, 광섬유 격자 센서 보호부(170)의 일측은 광케이블(200)과 결합한다.
따라서 광케이블(200)로부터 인출되며 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)와 온도보상용 광섬유 격자 센서(150)가 형성된 광섬유는 광섬유 격자센서 보호부(170), 중간 연결부(120), 제 2 광섬유 격자 센서 고정자(140), 스트레인 조절부(130), 제 1 광섬유 격자 센서 고정자(90), 및 제 2 다이어프램 고정부(110), 제 1 다이어프램 고정부(70), 다이어프램(80) 등의 구성요소를 차례로 관통하여 연결됨으로써 하나의 광섬유 센서를 이용한 수압계를 형성할 수 있다.
상기 광섬유 센서를 이용한 수압계는, 도 4에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하는 각 구성요소가 모두 방수ㆍ방청이 가능한 스테인레스 스틸 재질로 이루어져 장기간 물과 접촉하더라도 정확하게 계측동작을 수행할 수 있으며 이러한 장점은 스테인레스 스틸 재질로 이루어지는 것에 한정되는 것이 아니라, 생산자에 따라 방수ㆍ방청이 가능한 다른 재질로 이루어진 경우에도 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구비되는 각 구성요소는 도 3에 도시된 바와 같은 배치 순서에 따라 차례로 결합될 수 있으며, 상기 광섬유 격자 센서 보호부(170)와 광케이블(200)이 연결되는 지점에는 광케이블 고정부(250)가 구비되는데, 이는 방수캡으로 보호되어 있어 물이 광섬유 센서를 이용한 수압계 내로 스며드는 것을 방지할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서, 센서부의 일부 구성이 확대 도시된 도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서부에 있어서, 스트레인 조절 수단은 스트레인 조절 나사의 회전에 따라 스트레인 조절부가 병진운동을 하는데, 스트레인 조절부가 스트레인 조절 기구의 움직임에 따라 함께 회전하는 경우가 발생할 수 있다. 이에 스트레인 조절부와 제 2 광섬유 격자 센서 고정자가 함께 회전되면서 고정된 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)와 온도보상용 광섬유 격자 센서(150)가 함께 회전하여 꼬이는 현상이 발생할 수 있는데 이에 따라 수압측정용 광섬유 격자 센서(100)와 온도보상용 광섬유 격자 센서(150)를 이루는 광섬유가 끊어질 수 있다.
따라서, 스트레인 조절부(130')의 회전을 방지하기 위한 방법으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 원형의 파이프 형상으로 형성된 스트레인 조절부(130')에 대해 축방향으로 일부에 절단면을 형성할 수 있다. 스트레인 조절부(130')는 중간 연결부(120')와 서로 맞물려서 체결될 수 있는데, 스트레인 조절부(130')의 단면 형상과 동일한 형상이 중간 연결부(120')의 결합면에 형성되고 이에 맞물려 결합되면 움직임이 있거나 회전이 되더라도 중간 연결부(120')의 결합면의 형성된 부분에서 걸려 회전하지 못하게 된다.
이때 스트레인 조절부(130')와 중간 연결부(120')의 결합면에 도 4(b)에 도 시된 바와 같이 적어도 하나 이상의 호와 직선으로 이루어지거나 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 구체적인 형상은 스트레인 조절 기구(160)에 의해 스트레인 조절부(130')가 병진운동을 할 수 있으며 스트레인 조절부(130')는 중간 연결부(120')와 결합되어 고정하는 방법으로 생산자에 의해 다양하게 변용될 수 있다.
도 6 은 도 4에 도시된 바와 같은 광섬유 센서를 이용한 수압계를 실시한 경우, 계측된 수압 그래프이다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계는 다음과 같은 방법으로 수압을 계측할 수 있다.
우선, 필터 고정부가 상방을 향하도록 광섬유 센서를 이용한 수압계를 수직으로 세운다. 필터 고정부에 고정된 필터에 의해 걸러진 순수한 물이 다이어프램에 도달하여 수압을 인가하게 된다. 이때, 광섬유 센서를 이용한 수압계 실험을 위해 수압측정 실험용 파이프를 설치하는데 이 실험용 파이프의 직경을 60mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
광섬유 센서를 이용한 수압계가 수직으로 위치한 상태에서 수압측정용 광섬유 격자 센서에 의한 반사파장을 검출하여 초기 값을 확인하고 다량의 물이 채워진 실험용 파이프 내에 상기 광섬유 센서를 이용한 수압계를 넣는다. 이때 다이어프램을 기준으로 하여 광케이블에 일정 길이 단위로 표식을 해놓고 그 단위에 따라 광섬유 센서를 이용한 수압계를 넣는다. 일반적으로 실험용 파이프의 단면적이 일정할 때에는 높이에 따라 압력이 달라지므로 광섬유 센서를 이용한 수압계가 실험용 파이프 내에서 위치하는 높이에 따라 다이어프램에 인가되는 수압이 달라지게 된 다. 따라서, 실험용 파이프 내에 놓인 위치마다 광섬유 센서를 이용한 수압계의 수압측정용 광섬유 격자 센서에 인가되는 스트레인 값이 달라지며 이를 산출하고 그로부터 수압을 환산하여 해당 수위에서의 수압을 계측할 수 있다.
도 6은 상기와 같은 방식을 통해 상기 광섬유 센서를 이용한 수압계를 실험한 결과의 그래프로서, 수압에 따른 스트레인 값 변화 및 수심에 따른 스트레인 값 변화를 이론상으로 산출하고 실험 결과를 함께 도시하였다.
도 6에 따르면 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에서 측정된 수압은 이론상으로 산출된 스트레인 값에 따른 수압 변화와 거의 동일하게 나타나고 있으며 이로부터 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계가 높은 정확성을 가지고 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서, 센서부는 한 가닥의 광섬유 격자 센서로 물리량을 감지 및 전달할 수 있으므로 서로 다른 반사파장의 빛을 출력하도록 격자가 형성된 센서부를 다수 구비하고 서로 이격된 여러 지점에 각각 배치함으로써 여러 지점에서 동시에 수압을 측정할 수 있도록 한다. 또한, 이를 위해 광대역 광원을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 다수의 센서부를 계측이 필요한 서로 이격된 위치에 각각 배치하는 경우 상기 센서부를 제외한 광원, 커플러, 제어부, 및 표시부 등의 구성요소는 한 곳에 배치될 수 있는데, 광케이블은 포설 길이에 따른 노이즈가 적고, 전기적인 외부 환경에 의한 영향을 받지 않는 특성을 갖는다. 따라서 상기 각 센서부를 광케이블 로 연결하면 손실 또는 간섭없이 여러 곳에 배치된 각 센서부로부터 반사광을 수신할 수 있으며 수신된 반사광을 통해 해당 위치에서의 수압을 정확하게 계측할 수 있으므로 고성능의 다측정 실시간 모니터링 시스템이 구현될 수 있다.
특히, 광섬유 격자 센서 자체는 유리섬유이므로 화학적인 반응성이 낮아 안정하며, 장기간동안 물에 잠겨있어도 부식이 되지 않아 센서의 손상 또는 손실 등에 의한 교체 비용과 유지보수 비용을 절감할 수 있어 유지관리 계측에 유리하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계를 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며 일정 크기의 인장력을 가한 상태의 광섬유 격자 센서를 사용하여 수압을 정확하게 계측할 수 있도록 하는 본 발명의 기술사상은 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있음은 자명하다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계의 전체적인 구성이 도시된 구성도,
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서, 센서부의 구성이 도시된 구성도,
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서, 센서부의 각 구성이 도시된 분해 단면도,
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계가 실제 구현된 외관도,
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 수압계에 있어서, 센서부의 일부 구성이 확대 도시된 도, 및
도 6 은 도 5에 도시된 광섬유 센서를 이용한 수압계를 실험한 결과, 계측된 수압 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 광원 20: 센서부
30: 광검출부 40: 제어부
50: 표시부 60: 필터 고정부
70: 제 1 다이어프램 고정부 80: 다이어프램
90: 제 1 광섬유 격자 센서 고정자 100: 수압측정용 광섬유 격자 센서
110: 제 2 다이어프램 고정부 120: 중간 연결부
130: 스트레인 조절부 140: 제 2 광섬유 격자 센서 고정자
150: 온도보상용 광섬유 격자 센서 160: 스트레인 조절 기구
170: 광섬유 격자 센서 보호부 200: 광케이블
250: 광케이블 고정부 A : 필터

Claims (10)

  1. 수압을 감지하는 센서부;
    상기 센서부로부터 전달된 빛의 파장변화를 검출하여 압력을 계측하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 계측된 수압 데이터를 수신하여 출력하는 표시부를 포함하며, 상기 센서부는,
    하우징;
    상기 하우징 내에 외측은 외부와 연통되며, 내측은 방수˙방청이 가능하도록 장착되는 다이어프램; 및
    상기 다이어프램에 인가된 압력이 상기 수압측정용 광섬유로 전달되도록, 일단이 상기 다이어프램의 내측에 고정 가능하도록 장착되며, 타단이 상기 하우징 내부에 고정 가능하도록 장착되어 인장 상태를 유지하는 수압측정용 광섬유 격자센서를 포함하고,
    상기 수압 측정용 광섬유 격자센서의 타단에 구비되어 상기 타단을 고정하며, 병진 운동을 통해 상기 수압 측정용 광섬유 격자 센서에 가해지는 인장력을 조절하고, 상기 병진 운동 시 상기 수압 측정용 광섬유 격자 센서의 비틀림을 방지하는 스트레인 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레인 조절부에 체결되며, 회전방향에 따라 상기 스트레인 조절부가 축방향으로 이동하여 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서에 가해지는 인장력이 조절되도록 하는 스트레인 조절 기구를 더 포함하는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레인 조절부는 외주면에 축방향을 따라 일부에 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서가 비틀리는 것을 방지하기 위한 절단면이 형성되는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서와 직렬로 배치되어 온도변화에 의해 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서의 반사광 파장이 변하는 것을 보상하기 위한 온도보상용 광섬유 격자 센서를 포함하는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이어프램의 일면과 접하고 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서의 일단 과 고정되어 상기 다이어프램에 인가된 수압이 상기 수압측정용 광섬유 격자 센서로 전달되도록 하는 다이어프램 고정부를 포함하는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이어프램은 방수ㆍ방청이 가능한 스테인레스 스틸 재질로 이루어지는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이어프램의 상부에 위치하고 물에 함유된 불순물을 걸러내어 순수한 물이 상기 다이어프램에 도달하도록 하는 필터를 포함하는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
  9. 제 1 항에 있어서,
    서로 다른 반사파장을 갖도록 격자가 형성된 다수의 상기 센서부를 포함하며, 상기 센서부는 계측이 필요한 위치에 각각 배치되는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 각 센서부는 광케이블을 통해 상기 제어부와 연결되며,
    상기 각 센서부로부터 출력된 반사광이 상기 광케이블을 통해 원격지에 배치 된 상기 제어부로 최종 전달될 수 있도록 하는 광섬유 센서를 이용한 수압계.
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