KR101068463B1 - Optical fiber sensor using reflective grated panel - Google Patents

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Abstract

이 발명의 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서는, 케이스와; 반사물질로 구성된 반사면과, 반사면보다 상대적으로 낮은 반사율을 갖는 비 반사물질로 구성된 비 반사면이 주기적으로 배열된 격자 형태로 구성되어, 케이스 내에 설치되는 1개의 반사 격자판과; 반사 격자판의 표면과 수직한 방향으로 그 단부가 위치하도록 케이스에 지지되며, 반사 격자판에 광을 조사하는 발광부와 반사 격자판에서 반사되는 반사광을 수신하는 수광부의 역할을 각각 하는 한 가닥의 광섬유로 구성된다. 이 발명은 반사면과 비 반사면이 주기적으로 형성된 반사 격자판에 전자기파 간섭을 받지 않는 광섬유를 통해 광을 조사한 후 반사되는 광량을 수신하여 이를 이용하므로, 외력에 의해 가해진 변위, 압력, 진동 또는 가속도 등 다양한 측정이 가능한 센서 제작이 가능하다. 또한, 이 발명은 전자기파 간섭을 받지 않는 한 가닥의 광섬유와 1개의 반사 격자판을 이용함에 따라, 저렴한 비용으로 토목 구조물이나 건축 구조물, 전자기적 환경이 열악한 발전소나 철도 선로 등의 광범위한 분야에서 적용할 수 있는 센서 제작이 가능하다.The optical fiber sensor using the reflective grating board of this invention is a case; A reflective grating plate formed in a case in which a reflective surface made of a reflective material and a non-reflective surface made of a non-reflective material having a relatively lower reflectance than the reflective surface are arranged in a periodic arrangement and installed in a case; It is supported by the case so that its end is positioned in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating, and consists of a single optical fiber serving as a light emitting part for irradiating light to the reflective grating and a light receiving part for receiving the reflected light reflected from the reflective grating. do. The present invention receives the amount of reflected light after irradiating light through an optical fiber that is not subjected to electromagnetic interference to the reflective grating formed periodically with a reflective surface and a non-reflective surface, and thus uses the amount of reflected light, such as displacement, pressure, vibration, or acceleration applied by an external force. It is possible to manufacture sensors that can measure a variety of things. In addition, the present invention can be applied to a wide range of fields, such as civil engineering structures, building structures, power plants or railway lines with poor electromagnetic environment at low cost by using stranded optical fiber and one reflective grating as long as it is not subjected to electromagnetic interference. It is possible to manufacture a sensor.

광섬유, 격자판, 격자, 반사, 가속도, 변위계, 압력계, 센서 Optical fiber, grating, grating, reflection, acceleration, displacement meter, manometer, sensor

Description

반사 격자판을 이용한 광섬유 센서{Optical fiber sensor using reflective grated panel}Optical fiber sensor using reflective grated panel

이 발명은 광섬유 센서에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 반사면과 비 반사면이 주기적으로 형성된 반사 격자판에 전자기파 간섭을 받지 않는 광섬유를 통해 광을 조사한 후 반사되는 광량을 수신하여 이를 이용함으로써, 외력에 의해 가해진 변위, 압력, 진동 또는 가속도 등 다양한 측정이 가능한 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서에 관한 것이다. The present invention relates to an optical fiber sensor, and more particularly, by irradiating light through an optical fiber that is not subjected to electromagnetic interference to a reflective grating on which a reflective surface and a non-reflective surface are periodically formed, and receiving and using the amount of light reflected therefrom, The present invention relates to an optical fiber sensor using a reflective grating that can measure various displacements, pressures, vibrations, or accelerations.

교량, 대형 건축물 또는 발전설비와 같은 대형 구조물은, 매우 복잡한 만큼 다양한 원인에 의해 사고가 발생할 수 있다. 이러한 사고는 막대한 인명과 재산상의 손실을 발생시키고, 산업현장과 일상생활에 큰 불편을 초래할 수 있다. 따라서, 이러한 대형 구조물의 안전유지를 위해서는 재난이 발생하기 전에 정기적으로 점검하여 상황에 맞게 수리 또는 보수를 해야 한다. Large structures, such as bridges, large buildings, or power generation facilities, are so complex that accidents can occur for a variety of reasons. Such accidents can cause enormous loss of life and property, and can cause great inconvenience to industrial sites and daily life. Therefore, in order to maintain the safety of such a large structure, it is necessary to check regularly before a disaster occurs and repair or repair it accordingly.

그러나, 전자기적 환경이 열악한 발전소와 철도 선로의 경우에는, 설치되는 센서의 수가 많고 센서를 연결하는 전선의 길이도 상당히 길어 전자파를 차단하지 못할 경우 신호 잡음 문제가 심각하다. 따라서, 기존의 전자기반 센서를 사용하는 데 문제가 있다.However, in the case of power plants and railway tracks in which the electromagnetic environment is poor, the signal noise problem is serious when the number of sensors installed and the length of the wire connecting the sensors are too long to block the electromagnetic waves. Therefore, there is a problem in using the existing electronic-based sensor.

광섬유 센서는 지능형 구조물(smart structure)의 감지계이기도 하다. 이러한 광섬유 센서는 빛을 이용하여 측정하기 때문에 전자기파의 간섭을 받지 않는다. 따라서, 전자기파 환경이나 구조물의 운용 중에도 사용이 가능하다. 또한, 감도가 매우 뛰어나고, 결함의 실시간 측정이 가능하다. 또한, 크기가 작고 가벼워서 구조물에 적용할 경우 무게 집중 효과가 적으며, 직경이 매우 작고 유연하여 사용자가 원하는 크기로 제작할 수 있다. 이밖에도 센서 수명과 직결되는 부식과 같은 환경적 영향에 강하고, 온도특성이 우수하여 넓은 운용온도 범위에서 사용이 가능하며, 원거리에서도 정보를 취득할 수 있어 위험한 환경에서도 실험장비나 인명 손실의 걱정 없이 모니터링(monitoring)이 가능한 장점 등이 있다. The optical fiber sensor is also a sensor of smart structure. These optical fiber sensors do not interfere with electromagnetic waves because they are measured using light. Therefore, it can be used even during the operation of the electromagnetic environment or the structure. In addition, the sensitivity is very excellent and real-time measurement of defects is possible. In addition, it is small in size and light in weight, so when applied to the structure, less weight concentration effect, the diameter is very small and flexible, so that the user can produce the desired size. In addition, it is resistant to environmental influences such as corrosion, which is directly related to sensor life, and has excellent temperature characteristics, so it can be used in a wide range of operating temperatures. There are advantages such as monitoring.

이러한 장점들로 인해 지금까지 광섬유 센서를 이용하여 물리량을 측정하는 다양한 연구가 진행되어 왔다. 또한, 구조물의 건전성을 모니터링하기 위한 감지센서로서 광섬유 센서에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 그러나, EFPI(extrinsic fabry-perot interferometric) 센서의 경우에는 간섭신호를 이용하므로 현미경을 이용하여 미소한 간극을 만들어 주어야 하고, 간섭신호가 정현파로 나오지 않기 때문에 신호처리가 복잡하다. 그리고, FBG(fiber Bragg grating) 센서의 경우에는 시스템을 구성하는 데 많은 비용이 소요되기 때문에 비경제적이다.Due to these advantages, various studies have been conducted to measure physical quantities using optical fiber sensors. In addition, various studies have been conducted on the optical fiber sensor as a sensor for monitoring the health of the structure. However, in the case of an extrinsic fabry-perot interferometric (EFPI) sensor, an interference signal is used, so a microscopic gap must be made using a microscope, and signal processing is complicated because the interference signal does not come out as a sine wave. In addition, the fiber Bragg grating (FBG) sensor is uneconomical because the system is expensive to construct.

그리고, 종래에는 격자무늬 패턴을 이용하여 변위, 스트레인 또는 가속도 등을 측정하는 기술들이 있다. 이 기술은 2개의 격자무늬 패턴(Grating Pattern)이 서로 겹쳐져 있을 때 발생하는 무아레 프린지 현상을 이용한다. 따라서, 이 기술은 2개의 격자판이 필요하다. 또한, 이 기술은 투과신호를 이용해 변위, 스트레인 또는 가속도 등을 측정하기 때문에, 발광부와 수광부의 역할을 각각 수행하는 2개의 광섬유를 한 쌍으로 구성해야 한다. 그로 인해, 센서로 제작할 경우에는 양쪽으로 광섬유 라인이 뻗어 있게 되므로 그 구조가 복잡해지는 단점이 있다.In the related art, there are techniques for measuring displacement, strain or acceleration using a grid pattern. This technique uses the moire fringe phenomenon that occurs when two grating patterns overlap each other. Thus, this technique requires two gratings. In addition, since this technique measures the displacement, strain, or acceleration using the transmitted signal, it is necessary to configure a pair of two optical fibers, each of which serves as a light emitting unit and a light receiving unit. Therefore, when fabricating a sensor, since the optical fiber lines extend to both sides, the structure is complicated.

따라서, 토목 구조물이나 건축 구조물, 전자기적 환경이 열악한 발전소나 철도 선로 등의 광범위한 분야에서 적용할 수 있는 단순하고 경제적이면서 효율적인 센서에 대한 연구개발이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for research and development of simple, economical and efficient sensors that can be applied in a wide range of fields such as civil engineering structures, building structures, power plants or railway tracks with poor electromagnetic environment.

따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반사면과 비 반사면이 주기적으로 형성된 반사 격자판에 전자기파 간섭을 받지 않는 광섬유를 통해 광을 조사한 후 반사되는 광량을 수신하여 이를 이용함으로써, 외력에 의해 가해진 변위, 압력, 진동 또는 가속도 등 다양한 측정이 가능한 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the amount of light that is reflected after irradiating light through the optical fiber that does not receive electromagnetic interference to the reflective grating formed periodically with a reflective surface and a non-reflective surface By receiving and using the same, an object of the present invention is to provide an optical fiber sensor using a reflective grating plate capable of various measurements such as displacement, pressure, vibration or acceleration applied by an external force.

또한, 이 발명은 전자기파 간섭을 받지 않는 한 가닥의 광섬유와 1개의 반사 격자판을 이용함에 따라, 토목 구조물이나 건축 구조물, 전자기적 환경이 열악한 발전소나 철도 선로 등의 광범위한 분야에서 적용할 수 있는 저렴한 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서를 제공하는 데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention uses a strand of optical fiber and one reflective grating as long as it is not subjected to electromagnetic interference, so that it can be applied to a wide range of fields such as civil engineering structures, building structures, power plants or railway tracks with poor electromagnetic environment. Another object is to provide an optical fiber sensor using a grid.

이 발명의 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서는, 케이스와; 반사물질로 구성되어 반사영역을 형성하는 반사면과, 반사면보다 상대적으로 낮은 반사율을 갖는 비 반사물질로 구성되어 비 반사영역을 형성하는 비 반사면이 주기적으로 배열된 격자 형태로 구성되어, 케이스 내에 설치되는 1개의 반사 격자판과; 반사 격자판의 표면과 수직한 방향으로 그 단부가 위치하도록 케이스에 지지되며, 반사 격자판에 광을 조사하는 발광부와 반사 격자판에서 반사되는 반사광을 수신하는 수광부의 역할을 각각 하는 한 가닥의 광섬유를 포함하며, 반사면의 폭과 비 반사면의 폭이 광섬유에서 조사되는 광빔의 직경과 동일하거나 작은 것을 특징으로 한다. The optical fiber sensor using the reflective grating board of this invention is a case; A reflective surface composed of a reflective material to form a reflective area, and a non-reflective surface composed of a non-reflective material having a relatively lower reflectance than the reflective surface to form a non-reflective area are formed in a lattice form periodically arranged in the case. One reflective grating installed; It is supported by the case so that its end is located in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating, and includes a strand of optical fiber, each of which serves as a light emitting portion for irradiating light to the reflective grating and a light receiving portion for receiving the reflected light reflected from the reflective grating The width of the reflective surface and the width of the non-reflective surface are the same or smaller than the diameter of the light beam irradiated from the optical fiber.

이 발명의 반사 격자판은 반사면과 비 반사면이 직사각형 형태로 각각 형성될 수 있다. The reflective grating of the present invention may have a reflective surface and a non-reflective surface each formed in a rectangular shape.

이 발명의 광섬유의 단부는 수직 절단면 형태를 갖는 것이 바람직하고, 광섬유의 수직 절단면의 단부에는 광섬유로 반사되는 반사광의 광량을 증가시키기 위해 평행광을 만들어주는 시광기(collimator)를 장착하는 것이 더 바람직하다.It is preferable that the end of the optical fiber of the present invention has a vertical cut surface shape, and at the end of the vertical cut surface of the optical fiber, it is more preferable to mount a collimator for producing parallel light to increase the amount of reflected light reflected by the optical fiber. Do.

이 발명의 변위 측정용 광섬유 센서는, 상기와 같이 구성된 광섬유 센서를 이용하되, 반사 격자판의 일측을 측정 대상물의 일측에 고정하되, 측정 대상물의 이동방향 쪽으로 반사 격자판의 반사면과 비 반사면이 주기적으로 배열되도록 고정해, 측정 대상물의 변위를 측정하는 것을 특징으로 한다. In the optical fiber sensor for displacement measurement of the present invention, the optical fiber sensor configured as described above is used, but one side of the reflective grating is fixed to one side of the measurement target, and the reflective and non-reflective surfaces of the reflective grating are periodically oriented toward the moving direction of the measurement target. It is fixed so as to be arranged as, characterized in that for measuring the displacement of the measurement object.

이 발명의 진동 및 가속도 측정용 광섬유 센서는, 상기와 같이 구성된 광섬유 센서를 이용하되, 케이스의 하부 내측면에 고정되는 단일 감쇠자와, 단일 감쇠자의 상부에 설치되는 단일 탄성자와, 단일 탄성자의 상부에 설치되는 단일 질량체를 더 포함하며, 케이스를 측정 대상물에 고정하고, 측정 대상물의 진동 및 가속도방향 쪽으로 반사 격자판의 반사면과 비 반사면이 주기적으로 배열되도록 반사 격자판의 일측을 단일 질량체의 일측에 결합해, 측정 대상물의 진동 및 가속도를 측정하는 것을 특징으로 한다. The optical fiber sensor for vibration and acceleration measurement of the present invention, using the optical fiber sensor configured as described above, a single attenuator fixed to the lower inner side of the case, a single elastic member provided on the upper side of the single attenuator, It further includes a single mass body installed on the upper side, and the case is fixed to the measurement object, one side of the single-side mass of one side of the reflective grating so that the reflective surface and the non-reflective surface of the reflective grating periodically arranged in the direction of vibration and acceleration of the measurement object. It is characterized in that for measuring the vibration and acceleration of the measurement object.

이 발명의 압력 측정용 광섬유 센서는, 상기와 같이 구성된 광섬유 센서를 이용하되, 케이스의 하부 내측면에 고정되어 수직방향으로 세워져 설치되는 가이드바와, 케이스의 하부 내측면에 고정되어 수직방향으로 세워져 설치되되 가이드바의 일측에 설치되는 탄성자를 더 포함하며, 반사 격자판이 가이드바를 따라 슬라이드 이동 가능하도록 반사 격자판을 가이드바에 결합하고, 반사 격자판에 가해지는 압력방향 쪽으로 반사 격자판의 반사면과 비 반사면이 주기적으로 배열되도록 반사 격자판의 일측을 탄성자의 상부에 고정해, 압력을 측정하는 것을 특징으로 한다.The optical fiber sensor for pressure measurement of the present invention uses a fiber sensor configured as described above, but is fixed to the lower inner surface of the case and installed in a vertical direction, and a guide bar fixed to the lower inner surface of the case and installed in a vertical direction. It further comprises an elastomer installed on one side of the guide bar, the reflective grating is coupled to the guide bar so that the reflective grating slides along the guide bar, the reflective surface and the non-reflective surface of the reflective grating in the pressure direction applied to the reflective grating One side of the reflective grating plate is fixed to the upper part of the elastic member so as to be periodically arranged, and the pressure is measured.

이 발명은 반사면과 비 반사면이 주기적으로 형성된 반사 격자판에 전자기파 간섭을 받지 않는 광섬유를 통해 광을 조사한 후 반사되는 광량을 수신하여 이를 이용하므로, 외력에 의해 가해진 변위, 압력, 진동 또는 가속도 등 다양한 측정이 가능한 센서 제작이 가능하다. The present invention receives the amount of reflected light after irradiating light through an optical fiber that is not subjected to electromagnetic interference to the reflective grating formed periodically with a reflective surface and a non-reflective surface, and thus uses the amount of reflected light, such as displacement, pressure, vibration, or acceleration applied by an external force. It is possible to manufacture sensors that can measure a variety of things.

또한, 이 발명은 전자기파 간섭을 받지 않는 한 가닥의 광섬유와 1개의 반사 격자판을 이용함에 따라, 저렴한 비용으로 토목 구조물이나 건축 구조물, 전자기적 환경이 열악한 발전소나 철도 선로 등의 광범위한 분야에서 적용할 수 있는 센서 제작이 가능하다.In addition, the present invention can be applied to a wide range of fields, such as civil engineering structures, building structures, power plants or railway lines with poor electromagnetic environment at low cost by using stranded optical fiber and one reflective grating as long as it is not subjected to electromagnetic interference. It is possible to manufacture a sensor.

또한, 이 발명은 반사 격자판을 MEMS 공정으로부터 대량생산이 가능하고, 광원(laser source)과 광검출기(photodetector)로 광학시스템을 구성할 수 있으므로, 비용절감 효과를 기대할 수 있어 실 구조물의 적용 활용도를 높일 수 있다.In addition, the present invention can mass-produce the reflective gratings from the MEMS process, and the optical system can be composed of a laser source and a photodetector, so that a cost-saving effect can be expected. It can increase.

또한, 이 발명은 반사 격자판을 측정 대상물에 편리하게 결합하거나 고정할 수 있으므로, 측정 대상물의 수평방향 및/또는 수직방향에 대한 자유로운 측정이 가능하다. In addition, the present invention can conveniently couple or fix the reflective grating to the measurement object, so that free measurement in the horizontal and / or vertical direction of the measurement object is possible.

먼저, 이 발명에 따른 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서의 기본 원리에 대해 설명한다.First, the basic principle of the optical fiber sensor using the reflective grating board according to the present invention will be described.

도 1은 이 발명에 사용되는 반사 격자판의 구성도이고, 도 2는 이 발명에 따른 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서의 기본 원리를 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 광섬유 센서의 구성관계를 좀 더 구체적으로 나타낸 구성도이며, 도 4는 도 3에 도시된 광섬유 센서를 통해 취득한 신호형태를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram of a reflective grating used in the present invention, Figure 2 is a block diagram showing the basic principle of the optical fiber sensor using a reflective grating according to the present invention, Figure 3 is a configuration relationship of the optical fiber sensor shown in FIG. 4 is a configuration diagram illustrating the signal form obtained through the optical fiber sensor shown in FIG. 3.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이 발명의 반사 격자판(100)은 반사물질로 구성되어 반사영역을 형성하는 반사면(110)과, 비 반사물질로 구성되어 비 반사영역을 형성하는 비 반사면(120)이 주기적으로 배열되어 격자 형태로 구성되어 있다. 여기서, 반사면(110)은 완전반사를 포함하되 완전반사가 아니더라도 비 반사면(120) 보다 반사율이 높은 것을 의미하고, 비 반사면(120)은 완전 무반사를 포함하되 완전 무반사가 아니더라도 반사면(110) 보다 반사율이 낮은 것을 의미하는 것으로, 넓은 의미로 각각 해석되어야 할 것이다.As shown in Figures 1 to 4, the reflective grating plate 100 of the present invention is a reflection surface 110 made of a reflective material to form a reflection area, and a non-reflective material consisting of a non-reflective area to form The reflective surfaces 120 are arranged periodically to form a grid. Here, the reflecting surface 110 means that the reflectance is higher than the non-reflective surface 120, including the complete reflection, but not complete reflection, the non-reflective surface 120 includes the complete reflection, even if not completely reflective 110) it means that the reflectance is lower than, it should be interpreted in a broad sense respectively.

반사 격자판(100)은 반사면(110)과 비 반사면(120)이 직사각형 형태로 각각 형성된다. 즉, 반사 격자판(100)은 반사면(110)과 비 반사면(120)이 일정 주기(d)(pitch)를 갖고 반복적으로 배열되는 구조를 갖는다. 여기서, 일정 주기(d)라 함은 반사면(110)의 폭(d1)과 비 반사면(120)의 폭(d2)에 대한 합을 의미한다. 그리고, 반사면(110)과 비 반사면(120)은 광의 입사영역이 달라짐에 따라 반사되는 광량이 정현파적인 형태로 달라질 수 있다면 반사면(110)과 비 반사면(120) 간의 경계라인이 직선 형태가 아닌 곡선 형태로 구성하여도 무방하다.In the reflective grating plate 100, the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 are each formed in a rectangular shape. That is, the reflective grating plate 100 has a structure in which the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 are repeatedly arranged with a predetermined period d (pitch). Here, the constant period d means the sum of the width d1 of the reflective surface 110 and the width d2 of the non-reflective surface 120. In addition, the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 have a straight line between the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 if the amount of reflected light varies according to the incident region of the light. It may be configured in a curved form, not in a form.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이 발명의 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서는 광섬유(200)가 고정된 상태에서 직선운동을 하는 반사 격자판(100)에 광을 조사하고, 그 후 반사 격자판(100)에서 반사되는 반사광의 광량을 수신하여 이용하도록 구성된다. 이때, 반사 격자판(100)은 그 직선운동방향 쪽으로 반사면(110)과 비 반사면(120)이 주기적으로 배열되도록 배치된다. 그리고, 광섬유(200)는 반사 격자판(100)의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치된다. 따라서, 반사 격자판(100)은 광섬유(200) 끝단의 수직 절단면(210)과 수직한 방향으로 움직이고, 광섬유(200)의 수직 절단면(210)을 통해 조사되는 광은 반사 격자판(100)에서 반사되는 광량의 합으로 변조되어 일정 주기(d)마다 출력광으로 출력된다. 이때, 광섬 유(200)의 수직 절단면(210)의 단부에는 광섬유로 반사되는 반사광의 광량을 증가시키기 위해 평행광을 만들어주는 시광기(collimator)를 더 장착하는 것이 바람직하다. As shown in Figures 2 and 3, the optical fiber sensor using the reflective grating of the present invention irradiates light to the reflective grating 100 in a linear motion in a state where the optical fiber 200 is fixed, and then the reflective grating ( 100 is configured to receive and use the amount of light reflected by the reflected light. In this case, the reflective grating plate 100 is arranged such that the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 are periodically arranged in the linear movement direction thereof. The optical fiber 200 is disposed in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating 100. Therefore, the reflective grating 100 moves in a direction perpendicular to the vertical cutting plane 210 of the end of the optical fiber 200, and the light irradiated through the vertical cutting plane 210 of the optical fiber 200 is reflected by the reflective grating 100. The light is modulated by the sum of the amounts of light and output as output light every predetermined period (d). At this time, the end of the vertical cutting surface 210 of the optical fiber 200 is preferably equipped with a collimator (collimator) for producing parallel light to increase the amount of reflected light reflected by the optical fiber.

여기서, 반사면(110)과 비 반사면(120) 간의 반사율의 차이가 클수록 간섭신호는 줄어들고 출력신호는 더 큰 진폭을 갖게 되어 해상도가 좋아진다. 이때, 반사면(110)의 폭(d1)과 비 반사면(120)의 폭(d2)이 광섬유(200)에서 조사되는 광빔의 직경과 동일하거나 작아야 주기적인 신호를 취득하여 신호처리가 가능하다. 다시 말해, 광빔의 직경과 같은 크기의 반사면(110)의 폭(d1)과 비 반사면(120)의 폭(d2)을 갖는 반사 격자판(100)을 사용할 때, 반사된 신호의 진폭이 가장 크다. 그리고, 반사면(110)의 폭(d1)과 비 반사면(120)의 폭(d2) 간에 일정 비율을 갖거나 이들 폭(d1, d2)이 광빔의 직경보다 작아도 정현파의 신호가 나타나지만, 가우시안 분포를 갖는 광빔의 경우에는 광빔 직경의 40% 이상의 폭(d1, d2)을 갖는 반사면(110)과 비 반사면(120)을 구비한 반사 격자판(100)을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 반사면(110)의 폭(d1)과 비 반사면(120)의 폭(d2) 간에 비율을 0.8~1.2로 구성하여도 정현파 신호를 얻을 수 있다.Here, as the difference in reflectance between the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 increases, the interference signal decreases and the output signal has a larger amplitude, thereby improving resolution. At this time, the width d1 of the reflective surface 110 and the width d2 of the non-reflective surface 120 are the same as or smaller than the diameter of the light beam irradiated from the optical fiber 200 to obtain a periodic signal and to process the signal. . In other words, when using the reflecting grating 100 having the width d1 of the reflecting surface 110 and the width d2 of the non-reflecting surface 120 having the same size as the diameter of the light beam, the amplitude of the reflected signal is the most. Big. In addition, even though there is a ratio between the width d1 of the reflective surface 110 and the width d2 of the non-reflective surface 120 or the widths d1 and d2 are smaller than the diameter of the light beam, the sine wave signal appears, In the case of a light beam having a distribution, it is preferable to use a reflecting grating plate 100 having a reflecting surface 110 and a non-reflecting surface 120 having widths d1 and d2 of 40% or more of the light beam diameter. In this case, even if the ratio between the width d1 of the reflective surface 110 and the width d2 of the non-reflective surface 120 is 0.8 to 1.2, a sine wave signal can be obtained.

이 발명은 광섬유(200)를 통해 전송되는 광원(220)으로 LD(laser diode) 또는 LED(light emitting diode) 등을 사용하여 광섬유(200) 끝단의 수직 절단면(210)을 통해 반사 격자판(100)에 광을 조사한다. 이때, 반사 격자판(100)의 반사영역인 반사면(110)에서 입사한 광은 반사되어 다시 광섬유(200)의 수직 절단면(210)을 통해 광섬유(200)로 전달된다. 그러면, 반사된 광은 셔큘레이터(230 ; circulator) 또는 커플러(coupler)에 의해 입사할 때와 그 경로를 달리하여 광검출기(240 ; photo detector)로 입력된다. 그로 인해, 출력광을 검출할 수 있게 된다. The present invention is a light source 220 transmitted through the optical fiber 200 using a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED), etc., the reflective grating 100 through the vertical cutting surface 210 of the end of the optical fiber 200. Irradiate light. In this case, the light incident on the reflective surface 110, which is the reflective region of the reflective grating plate 100, is reflected and then transmitted to the optical fiber 200 through the vertical cutting surface 210 of the optical fiber 200. Then, the reflected light is input to the photo detector 240 in a path different from that when it is incident by the circulator 230 or coupler. Therefore, the output light can be detected.

이때, 동일한 변위 변화에 대해서도, 반사면(110)의 폭(d1), 반사면(110)의 폭(d1)과 비 반사면(120)의 폭(d2) 간의 비율에 따라 도 4와 같이 서로 다른 민감도를 갖는 출력파형이 출력된다. 다시 말해, 도 4의 (b)와 같이 어느 구간에서나 해상도(resolution)가 일정한 삼각파가 만들어지기도 하고, 도 4의 (a)와 같이 정현파가 만들어지기도 하며, 비 선형적인 함수가 만들어지기도 한다. 이때, 비 선형적인 함수가 얻어지게 되면 수신한 신호로부터 변위의 예측이 어렵게 된다. At this time, even for the same displacement change, the width d1 of the reflective surface 110, the width d1 of the reflective surface 110, and the width d2 of the non-reflective surface 120 are each other as shown in FIG. 4. Output waveforms with different sensitivity are output. In other words, a triangular wave with a constant resolution may be generated in any section as shown in (b) of FIG. 4, a sine wave may be created as shown in (a) of FIG. 4, or a nonlinear function may be created. At this time, if a nonlinear function is obtained, it becomes difficult to predict the displacement from the received signal.

따라서, 반사 격자판(100)을 이용해 센서를 구성함에 있어서, 정현파를 출력할 수 있는 조건을 맞추는 것도 중요하지만, 센서의 민감도를 고려한 반사 격자판(100)의 패턴설계 또한 필요하다. 또한, 반사 격자판(100)을 사용하여 반사되는 광량의 변화를 통해 변위를 측정할 경우에는, 측정 대상의 변위 크기와 속도, 광량 측정 시스템의 응답속도 및 신호처리 속도 등을 고려하되, 다음의 두 가지 요소를 서로 절충해야 한다. 첫째는 반사 격자판(100)의 이동에 따라 나타나는 신호의 응답속도로 얼마나 빠르게 반응할 것인지 이고, 둘째는 반사 격자판(100)의 이동을 얼마나 정밀하게 측정할 수 있는지 이다.Therefore, in constructing the sensor using the reflective grating plate 100, it is important to meet the conditions for outputting the sine wave, but it is also necessary to design the pattern of the reflective grating plate 100 in consideration of the sensitivity of the sensor. In addition, when the displacement is measured by the change in the amount of light reflected using the reflective grating 100, the displacement size and speed of the measurement target, the response speed and the signal processing speed of the light quantity measuring system, etc. are considered. The elements must be traded off. The first is how fast the response of the signal appears according to the movement of the reflective grating 100, and the second is how precisely the movement of the reflective grating 100 can be measured.

반사 격자판(100)의 이동에 따른 반응속도를 높이기 위해서는 반사면(110)의 폭(d1)과 비 반사면(120)의 폭(d2)을 줄여 이동구간 내에 많은 주기가 나타나게 하여, 특별한 신호처리 없이 주기를 보고 판단할 수 있게 하는 것이다. 그러나, 이 방법은 진폭이 줄어들게 되므로 이를 전압의 크기로 변환하여 측정할 때에 측정하는 광 검출기(240)의 사양(해상도)에 제약을 받게 된다. 한편, 느리게 바뀌는 변위를 정밀하게 측정할 경우에는 반사되는 광량의 변화 폭을 가능한 한 크게 해야 하므로 반사면(110)의 폭(d1)과 비 반사면(120)의 폭(d2)을 비교적 크게 설정해야 한다. 따라서, 반사 격자판(100)은 측정 대상의 상기와 같은 두 가지 측면을 모두 고려하여 설계해야 한다. In order to increase the reaction speed according to the movement of the reflective grating 100, the width d1 of the reflective surface 110 and the width d2 of the non-reflective surface 120 are reduced so that many cycles appear in the movement section, thereby providing special signal processing. It is to be able to see and judge the cycle. However, since this method reduces the amplitude, it is limited by the specification (resolution) of the photodetector 240 to measure when converting it to the magnitude of the voltage. On the other hand, when measuring the slowly changing displacement precisely, the width of the reflected light amount should be made as large as possible, so that the width d1 of the reflecting surface 110 and the width d2 of the non-reflecting surface 120 are set relatively large. Should be. Therefore, the reflective grating 100 must be designed in consideration of both of the above aspects of the measurement object.

이 발명은 기존의 무아레 현상을 이용한 광섬유 센서에 비해 반사 격자판(100)을 1개만 사용하고, 광의 투과신호를 이용하지 않고 반사신호만을 이용하기 때문에 발광부와 수광부를 따로 두지 않고 한 가닥의 광섬유(200)에서 발광부와 수광부의 역할을 함께 하도록 구성된다. 따라서, 센서로 제작할 경우 그 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 상기와 같은 기본 원리로 센서 헤드 모듈을 설계할 경우, 모든 전기/전자 장치로 인한 전자기파의 간섭을 배제할 수 있으므로, 이 발명의 광섬유 센서를 원자력, 기타 전력 생산에 필요한 기계설비 또는 건축/토목 구조물에 모두 적용가능하다. 또한, 이런 다양한 분야에 적용할 경우, 광섬유 센서의 특유의 장점으로 인해 환경적 잡음으로 인한 측정 결과의 신뢰성 저하를 최소화할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 기본 원리를 바탕으로 센서 헤드부의 시스템을 측정하고자 하는 변수에 맞게 구성하면 광섬유 센서로의 활용이 가능하다.The present invention uses only one reflective grating plate 100 and uses only a reflection signal instead of a light transmission signal, compared to a conventional optical fiber sensor using a moire phenomenon. At 200, the light emitting unit and the light receiving unit are configured to serve together. Therefore, the structure can be simplified when manufactured with a sensor. In addition, when designing the sensor head module based on the above principle, it is possible to exclude the interference of electromagnetic waves due to all the electrical / electronic devices, so that the optical fiber sensor of the present invention is required for the production of nuclear power, other power equipment or construction / Applicable to all civil structures. In addition, when applied to these various fields, the unique advantages of the optical fiber sensor can minimize the degradation of the reliability of the measurement results due to environmental noise. Therefore, if the system is configured according to the parameters to be measured based on the above-described basic principle, the sensor can be utilized as an optical fiber sensor.

아래에서, 이 발명에 따른 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of an optical fiber sensor using a reflective grating according to the present invention will be described in detail.

<제1 실시예><First Embodiment>

도 5a 및 도 5b는 이 발명의 제1 실시예에 따른 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서를 이용하여 측정 대상물의 1축, 2축 변위 측정 개념을 도시한 개념도이다.5A and 5B are conceptual views illustrating a concept of measuring uniaxial and biaxial displacements of a measurement object using an optical fiber sensor using a reflective grating according to a first embodiment of the present invention.

도 5a에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서는 상기의 기본 원리에서 설명한 바와 같이 광섬유(200)가 고정된 상태에서 직선운동을 하는 반사 격자판(100)에 광을 조사하고, 그 후 반사 격자판(100)에서 반사되는 반사광의 광량을 수신하도록 구성된다. 여기서, 반사 격자판(100)의 일측이 측정 대상물(500)의 일측에 고정된다. 이때, 반사 격자판(100)은 측정 대상물(500)의 직선운동방향 쪽으로 반사면(110)과 비 반사면(120)이 주기적으로 배열되도록 측정 대상물(500)에 고정된다. 또한, 광섬유(200)는 그 단면이 반사 격자판(100)의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치되도록 임의의 고정물에 고정된다.As shown in FIG. 5A, the optical fiber sensor using the reflective grating plate of this embodiment irradiates light to the reflective grating plate 100 having a linear motion in a state where the optical fiber 200 is fixed, as described in the basic principle above. It is then configured to receive the amount of light reflected off the reflective grating plate 100. Here, one side of the reflective grating plate 100 is fixed to one side of the measurement object 500. In this case, the reflective grating plate 100 is fixed to the measurement object 500 such that the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 are periodically arranged in the linear movement direction of the measurement object 500. In addition, the optical fiber 200 is fixed to any fixture such that its cross section is disposed in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating 100.

따라서, 측정 대상물(500)이 움직이면, 반사 격자판(100)이 광섬유(200)의 단면과 수직한 방향으로 움직이고, 광섬유(200)의 끝단을 통해 조사되는 광은 반사 격자판(100)에서 반사되는 광량의 합으로 변조되어 일정 주기(d)마다 출력광으로 출력되므로, 측정 대상물(500)의 1축에 대한 움직임 변위의 감지가 가능하다.Therefore, when the measurement object 500 moves, the reflective grating 100 moves in a direction perpendicular to the cross section of the optical fiber 200, and the light irradiated through the end of the optical fiber 200 is reflected by the reflective grating 100. Since it is modulated by the sum and output as the output light every predetermined period (d), it is possible to detect the movement displacement of one axis of the measurement object 500.

그리고, 도 5b와 같이 측정 대상물(500)의 2축에 대한 움직임 변위를 측정하고자 할 경우에는, 도 5a와 동일한 개념으로 반사 격자판(100a)과 광섬유(200a)를 1개씩 더 설치함으로써, 측정 대상물(500)의 2축에 대한 움직임 변위의 감지가 가능하다. 따라서, 이 실시예는 상기와 같은 개념으로 반사 격자판과 광섬유를 설치함으로써, 측정 대상물의 다축에 대한 움직임 변위의 감지가 가능하다.And, if you want to measure the movement displacement with respect to the two axes of the measurement object 500 as shown in Figure 5b, by installing one more reflecting grating plate 100a and optical fiber 200a in the same concept as in Figure 5a, Detection of movement displacement with respect to two axes of 500 is possible. Therefore, in this embodiment, by installing the reflective grating and the optical fiber in the same concept as above, it is possible to detect the movement displacement with respect to the multi-axis of the measurement object.

<제2 실시예>Second Embodiment

도 6은 이 발명의 제2 실시예에 따른 반사 격자판을 이용한 변위 측정용 광섬유 센서의 구성관계를 도시한 개략도이다.Fig. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the optical fiber sensor for displacement measurement using the reflective grating plate according to the second embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 반사 격자판을 이용한 변위 측정용 광섬유 센서(600)는 원통형 케이스(610)와, 원통형 케이스(610)의 내부에 배치되는 원형 실린더(630)와, 일측이 원형 실린더(630)에 고정되고 타측이 원통형 케이스(610)의 하부를 관통하여 측정 대상물의 일측에 고정되는 연결바(640)와, 원형 실린더(630)의 상단에 고정되는 고정대(650)와, 고정대(650)에 그 일측이 고정되는 상기와 같이 구성되는 반사 격자판(100), 및 원통형 케이스(610)의 일측에서 관통하여 설치되되 반사 격자판(100)의 표면과 수직한 방향으로 그 단면이 설치되는 광섬유(200)로 구성된다. As shown in FIG. 6, the optical fiber sensor 600 for displacement measurement using the reflective grating of this embodiment has a cylindrical case 610, a circular cylinder 630 disposed inside the cylindrical case 610, and one side thereof. A connecting bar 640 fixed to the circular cylinder 630 and the other side penetrating the lower portion of the cylindrical case 610 and fixed to one side of the measurement object, a fixing table 650 fixed to the upper end of the circular cylinder 630; One side of the fixing grid 650 is fixed to the fixing stand 650, and the cylindrical case 610 is installed through one side of the cross-section is installed in a direction perpendicular to the surface of the reflective grid 100 It consists of the optical fiber 200.

여기서, 반사 격자판(100)은 측정 대상물의 직선운동방향 쪽으로 반사면(110)과 비 반사면(120)이 주기적으로 배열되도록 고정대(650)에 고정된다. 또한, 광섬유(200)는 그 단면이 반사 격자판(100)의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치되도록 임의의 고정물에 고정된다. 그리고, 원통형 케이스(610)와 원형 실린더(630)가 접촉하는 부위에는 원형 실린더(630)가 상하로 이동할 때에 발생하는 마찰을 줄이기 위해 마찰계수가 낮은 폴리머 등의 재료로 코팅하는 것이 바람직하다. 그리고, 외력으로 인한 광섬유(200)의 진동이 발생하지 않도록 가능한 광섬유(200)의 길이를 짧게 하고, 광섬유(200)가 관통하는 원통형 케이스(610)의 구멍 둘레에 광섬유(200)를 가이드하는 가이드 부재(660)를 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 가이드 부재(660)는 에폭시 등의 접착제로 원통형 케이스(610)의 구멍 둘레에 고정 된다. Here, the reflective grating plate 100 is fixed to the holder 650 such that the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 are periodically arranged in the linear movement direction of the measurement object. In addition, the optical fiber 200 is fixed to any fixture such that its cross section is disposed in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating 100. The cylindrical case 610 and the circular cylinder 630 may be coated with a material such as a polymer having a low friction coefficient to reduce friction generated when the circular cylinder 630 moves up and down. In addition, a guide for shortening the length of the optical fiber 200 to prevent vibration of the optical fiber 200 due to external force, and guiding the optical fiber 200 around the hole of the cylindrical case 610 through which the optical fiber 200 penetrates. It is preferable to provide the member 660. At this time, the guide member 660 is fixed around the hole of the cylindrical case 610 with an adhesive such as epoxy.

따라서, 측정 대상물이 움직이면, 반사 격자판(100)이 광섬유(200)의 단면과 수직한 방향으로 움직이고, 광섬유(200)의 끝단을 통해 조사되는 광은 반사 격자판(100)에서 반사되는 광량의 합으로 변조되어 일정 주기를 갖는 정현파로 출력되므로, 측정 대상물의 1축에 대한 움직임 변위의 감지가 가능하다.Therefore, when the measurement object is moved, the reflective grating 100 moves in a direction perpendicular to the cross section of the optical fiber 200, and the light irradiated through the end of the optical fiber 200 is the sum of the amount of light reflected by the reflective grating 100. Since it is modulated and output as a sine wave having a certain period, it is possible to detect the movement displacement about one axis of the measurement object.

<제3 실시예>Third Embodiment

도 7은 이 발명의 제3 실시예에 따른 반사 격자판을 이용한 진동 및 가속도 측정용 광섬유 센서의 구성관계를 도시한 개략도이다.7 is a schematic diagram showing the configuration of the optical fiber sensor for vibration and acceleration measurement using a reflective grating plate according to a third embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 반사 격자판을 이용한 변위 측정용 광섬유 센서(700)는 케이스(710)와, 케이스(710)의 하부 내측면에 고정되는 단일 감쇠자(720)와, 단일 감쇠자(720)의 상부에 설치되는 단일 탄성자(730)와, 단일 탄성자(730)의 상부에 설치되는 단일 질량체(740)와, 단일 질량체(740)의 일측에 고정되는 상기와 같이 구성되는 반사 격자판(100), 및 케이스(710)의 일측에서 관통하여 설치되되 반사 격자판(100)의 표면과 수직한 방향으로 그 단면이 설치되는 광섬유(200)로 구성된다. As shown in FIG. 7, the optical fiber sensor 700 for displacement measurement using the reflective grating of this embodiment includes a case 710, a single attenuator 720 fixed to a lower inner surface of the case 710, and a single The single elastic body 730 is installed on the upper portion of the damper 720, the single mass body 740 is installed on the upper portion of the single elastic body 730, and the configuration as described above fixed to one side of the single mass body 740 It consists of a reflective grating plate 100, and the optical fiber 200 which is installed to penetrate through one side of the case 710, the cross section is installed in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating plate 100.

여기서, 반사 격자판(100)은 측정 대상물의 진동 및/또는 가속도 방향으로 반사면(110)과 비 반사면(120)이 주기적으로 배열되도록 단일 질량체(740)에 고정된다. 또한, 광섬유(200)는 그 단면이 반사 격자판(100)의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치되도록 임의의 고정물에 고정된다. 그리고, 광섬유(200)가 관통하는 케이스(710)의 구멍 둘레에 광섬유(200)를 가이드하는 가이드 부재(750)를 설치하 는 것이 바람직하다. 이때, 가이드 부재(750)는 에폭시 등의 접착제로 케이스(710)의 구멍 둘레에 고정된다. Here, the reflective grating 100 is fixed to the single mass 740 such that the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 are periodically arranged in the vibration and / or acceleration direction of the measurement object. In addition, the optical fiber 200 is fixed to any fixture such that its cross section is disposed in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating 100. And, it is preferable to provide a guide member 750 for guiding the optical fiber 200 around the hole of the case 710 through which the optical fiber 200 passes. At this time, the guide member 750 is fixed around the hole of the case 710 with an adhesive such as epoxy.

상기와 같이 구성된 이 실시예의 광섬유 센서(700)를 이용한 측정 대상물의 가속도를 측정함에 있어서는, 반사 격자판(200)에서 반사된 광량의 합으로부터 반사 격자판(200)과 케이스(710) 간의 상대변위를 구하고, 이 상대변위를 이용해 가속도를 측정할 수 있다. 이때, 반사 격자판(200)이 단일 질량체(740)에 결합되어 일체로 작용하므로 진동학적 관점에서 단일 질량체(740)의 상대변위와 외부에서 가해지는 가속도와의 선형관계를 이용해 최종적인 외부 가속도를 측정할 수 있다.In measuring the acceleration of the measurement object using the optical fiber sensor 700 of this embodiment configured as described above, the relative displacement between the reflection grating 200 and the case 710 from the sum of the amount of light reflected by the reflection grating 200 This relative displacement can be used to measure acceleration. In this case, since the reflective grating 200 is coupled to the single mass body 740 and acts integrally, the final external acceleration is measured by using a linear relationship between the relative displacement of the single mass body 740 and the acceleration applied from the outside from the vibration point of view. can do.

<제4 실시예><Fourth Embodiment>

도 8은 이 발명의 제4 실시예에 따른 반사 격자판을 이용한 압력 측정용 광섬유 센서의 구성관계를 도시한 개략도이다.8 is a schematic diagram showing the configuration of the optical fiber sensor for pressure measurement using a reflective grating according to a fourth embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 반사 격자판을 이용한 압력 측정용 광섬유 센서(800)는 케이스(810)와, 케이스(810)의 하부 내측면에 고정되어 수직방향으로 세워져 설치되는 가이드바(820)와, 케이스(810)의 하부 내측면에 고정되어 수직방향으로 세워져 설치되되 가이드바(820)의 일측에 설치되는 탄성자(830)와, 탄성자(830)의 상부에 고정되며 가이드바(820)를 따라 직선운동이 가능한 상기와 같이 구성되는 반사 격자판(100)과, 케이스(810)의 일측에서 관통하여 설치되되 반사 격자판(100)의 표면과 수직한 방향으로 그 단면이 설치되는 광섬유(200), 및 반사 격자판(100)의 상부에 설치되어 외부의 압력이 반사 격자판(100)에 부가되도록 하는 압력 부가판(840)으로 구성된다. As shown in FIG. 8, the optical fiber sensor 800 for pressure measurement using the reflective grating board of this embodiment is fixed to a case 810 and a lower inner side surface of the case 810, and is provided with a guide bar installed vertically. 820 and the case 810 are fixed to the lower inner surface of the case 810 is installed in the vertical direction is installed, the elastic bar 830 is installed on one side of the guide bar 820, the elastic bar 830 is fixed to the top of the guide bar A reflective grating 100 configured as described above capable of linear movement along the 820 and an optical fiber which is installed through one side of the case 810 and whose cross section is installed in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating 100. 200 and a pressure adding plate 840 installed on the reflective grating plate 100 to allow external pressure to be added to the reflective grating plate 100.

여기서, 반사 격자판(100)은 압력이 가해지는 방향으로 반사면(110)과 비 반사면(120)이 주기적으로 배열되도록 탄성자(830)에 고정된다. 또한, 광섬유(200)는 그 단면이 반사 격자판(100)의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치되도록 임의의 고정물에 고정된다. 그리고, 가이드 바(820)에는 홈이 파여 있어 반사 격자판(100)의 일부분이 끼워진 상태에서 슬라이드 이동이 가능하고, 보다 원활한 슬라이드 이동이 가능하도록 홈의 내부에 마찰을 줄이는 볼 베어링이 설치될 수 있다.Here, the reflective grating plate 100 is fixed to the elastic member 830 such that the reflective surface 110 and the non-reflective surface 120 are periodically arranged in a direction in which pressure is applied. In addition, the optical fiber 200 is fixed to any fixture such that its cross section is disposed in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating 100. In addition, the guide bar 820 may be provided with a groove so that the slide movement is possible in a state where a portion of the reflective grating 100 is fitted, and a ball bearing may be installed to reduce the friction inside the groove so that the slide movement may be more smoothly performed. .

그리고, 압력 부가판(840)은 그 둘레가 케이스(810)의 상단에 지지된 상태로 반사 격자판(100)에 연결되는 것으로서, 얇은 판으로 구성된다. 그리고, 광섬유(200)가 관통하는 케이스(810)의 구멍 둘레에 광섬유(200)를 가이드하는 가이드 부재(850)를 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 가이드 부재(850)는 에폭시 등의 접착제로 케이스(810)의 구멍 둘레에 고정된다. In addition, the pressure adding plate 840 is connected to the reflective grating plate 100 with its circumference supported on the upper end of the case 810, and is composed of a thin plate. And, it is preferable to provide a guide member 850 for guiding the optical fiber 200 around the hole of the case 810 through which the optical fiber 200 passes. At this time, the guide member 850 is fixed around the hole of the case 810 with an adhesive such as epoxy.

상기와 같이 구성된 이 실시예의 광섬유 센서(800)를 이용하여 압력을 측정함에 있어서는, 압력이 가해짐에 따라 반사 격자판(100)이 이동하고, 그로 인한 가이드 바(820)의 변위정보를 이용해 압력을 측정할 수 있다.In measuring the pressure using the optical fiber sensor 800 of this embodiment configured as described above, the reflective grating 100 moves as the pressure is applied, and thus the pressure is measured using the displacement information of the guide bar 820. It can be measured.

이상에서 이 발명의 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.The technical details of the optical fiber sensor using the reflective grating plate of the present invention have been described above with the accompanying drawings, but this is only illustrative of the best embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations within the scope of the appended claims without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 이 발명에 사용되는 반사 격자판의 구성도이고, 1 is a block diagram of a reflective grating used in the present invention,

도 2는 이 발명에 따른 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서의 기본 원리를 나타낸 구성도이고, 2 is a block diagram showing the basic principle of the optical fiber sensor using a reflective grating according to the present invention,

도 3은 도 2에 도시된 광섬유 센서의 구성관계를 좀 더 구체적으로 나타낸 구성도이고, 3 is a configuration diagram showing in more detail the configuration of the optical fiber sensor shown in FIG.

도 4는 도 3에 도시된 광섬유 센서를 통해 취득한 신호형태를 나타낸 그래프이고, 4 is a graph showing a signal form acquired through the optical fiber sensor shown in FIG.

도 5a 및 도 5b는 이 발명의 제1 실시예에 따른 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서를 이용하여 측정 대상물의 1축, 2축 변위 측정 개념을 도시한 개념도이고, 5A and 5B are conceptual views illustrating a concept of measuring uniaxial and biaxial displacements of a measurement object using an optical fiber sensor using a reflective grating according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 이 발명의 제2 실시예에 따른 반사 격자판을 이용한 변위 측정용 광섬유 센서의 구성관계를 도시한 개략도이고, 6 is a schematic diagram showing the configuration of the optical fiber sensor for displacement measurement using the reflective grating plate according to the second embodiment of the present invention;

도 7은 이 발명의 제3 실시예에 따른 반사 격자판을 이용한 진동 및 가속도 측정용 광섬유 센서의 구성관계를 도시한 개략도이며, 7 is a schematic diagram showing the configuration of the optical fiber sensor for vibration and acceleration measurement using a reflective grating according to a third embodiment of the present invention,

도 8은 이 발명의 제4 실시예에 따른 반사 격자판을 이용한 압력 측정용 광섬유 센서의 구성관계를 도시한 개략도이다.8 is a schematic diagram showing the configuration of the optical fiber sensor for pressure measurement using a reflective grating according to a fourth embodiment of the present invention.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠  ♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠

100 : 반사 격자판 110 : 반사면100: reflective grating 110: reflective surface

120 : 비 반사면 200 : 광섬유120: non-reflective surface 200: optical fiber

210 : 수직 절단면210: vertical cutting plane

Claims (7)

케이스와; A case; 반사물질로 구성되어 반사영역을 형성하는 반사면과, 상기 반사면보다 상대적으로 낮은 반사율을 갖는 비 반사물질로 구성되어 비 반사영역을 형성하는 비 반사면이 주기적으로 배열된 격자 형태로 구성되어, 상기 케이스 내에 설치되는 1개의 반사 격자판과;The reflective surface is composed of a reflective material to form a reflective region, and the non-reflective surface composed of a non-reflective material having a relatively lower reflectance than the reflective surface to form a non-reflective region is configured in the form of a grid arranged periodically, One reflective grating installed in the case; 상기 반사 격자판의 표면과 수직한 방향으로 그 단부가 위치하도록 상기 케이스에 지지되며, 상기 반사 격자판에 광을 조사하는 발광부와 상기 반사 격자판에서 반사되는 반사광을 수신하는 수광부의 역할을 각각 하는 한 가닥의 광섬유를 포함하며, A strand which is supported by the case so that its end is positioned in a direction perpendicular to the surface of the reflective grating, and serves as a light emitting part for irradiating light to the reflective grating and a light receiving part for receiving the reflected light reflected from the reflective grating; Fiber optics, 상기 반사면의 폭과 상기 비 반사면의 폭이 상기 광섬유에서 조사되는 광빔의 직경과 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서.And the width of the reflective surface and the width of the non-reflective surface are the same or smaller than the diameter of the light beam irradiated from the optical fiber. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 반사 격자판은 상기 반사면과 상기 비 반사면이 직사각형 형태로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서.The reflective grating is an optical fiber sensor using a reflective grating, characterized in that each of the reflective surface and the non-reflective surface is formed in a rectangular shape. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 광섬유의 단부는 수직 절단면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서. An end portion of the optical fiber has a vertical cut surface form, the optical fiber sensor using a reflective grating. 청구항 3에 있어서,The method of claim 3, 상기 광섬유의 수직 절단면의 단부에는 상기 광섬유로 반사되는 반사광의 광량을 증가시키기 위해 평행광을 만들어주는 시광기(collimator)가 더 장착되는 것을 특징으로 하는 반사 격자판을 이용한 광섬유 센서. The optical fiber sensor using a reflective grating plate, characterized in that the collimator for producing parallel light to further increase the amount of reflected light reflected by the optical fiber at the end of the vertical cut surface of the optical fiber. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 광섬유 센서를 이용하되,Using the optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 4, 상기 반사 격자판의 일측을 측정 대상물의 일측에 고정하되, 상기 측정 대상물의 이동방향 쪽으로 상기 반사 격자판의 상기 반사면과 상기 비 반사면이 주기적으로 배열되도록 고정해, 상기 측정 대상물의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 반사 격자판을 이용한 변위 측정용 광섬유 센서.One side of the reflective grating is fixed to one side of the measurement object, and the reflective surface and the non-reflective surface of the reflective grating is fixed so as to be periodically arranged in the moving direction of the measurement object, thereby measuring the displacement of the measurement object. Optical fiber sensor for displacement measurement using a reflective grating. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 광섬유 센서를 이용하되,Using the optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 4, 상기 케이스의 하부 내측면에 고정되는 단일 감쇠자와, 상기 단일 감쇠자의 상부에 설치되는 단일 탄성자와, 상기 단일 탄성자의 상부에 설치되는 단일 질량체를 더 포함하며, And a single damper fixed to the lower inner side of the case, a single elastic member installed on the upper side of the single damper, and a single mass body installed on the single elastic side, 상기 케이스를 측정 대상물에 고정하고, 상기 측정 대상물의 진동 및 가속도방향 쪽으로 상기 반사 격자판의 상기 반사면과 상기 비 반사면이 주기적으로 배열되도록 상기 반사 격자판의 일측을 상기 단일 질량체의 일측에 결합해, 상기 측정 대상물의 진동 및 가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 반사 격자판을 이용한 진동 및 가속도 측정용 광섬유 센서.Fixing the case to the measurement object, by coupling one side of the reflective grating to one side of the single mass so that the reflective surface and the non-reflective surface of the reflective grating is periodically arranged in the direction of vibration and acceleration of the measurement object, Vibration and acceleration measurement optical fiber sensor using a reflective grating, characterized in that for measuring the vibration and acceleration of the measurement object. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 광섬유 센서를 이용하되,Using the optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 4, 상기 케이스의 하부 내측면에 고정되어 수직방향으로 세워져 설치되는 가이드바와, 상기 케이스의 하부 내측면에 고정되어 수직방향으로 세워져 설치되되 상기 가이드바의 일측에 설치되는 탄성자를 더 포함하며, The guide bar is fixed to the lower inner surface of the case and installed in a vertical direction, and installed in the vertical direction, the guide bar is fixed to the lower inner surface of the case and installed in a vertical direction further comprises an elastic member installed on one side of the guide bar, 상기 반사 격자판이 상기 가이드바를 따라 슬라이드 이동 가능하도록 상기 반사 격자판을 상기 가이드바에 결합하고, 상기 반사 격자판에 가해지는 압력방향 쪽으로 상기 반사 격자판의 상기 반사면과 상기 비 반사면이 주기적으로 배열되도록 상기 반사 격자판의 일측을 상기 탄성자의 상부에 고정해, 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 반사 격자판을 이용한 압력 측정용 광섬유 센서.The reflective grating is coupled to the guide bar to allow the reflective grating to slide along the guide bar, and the reflection such that the reflective surface and the non-reflective surface of the reflective grating are periodically arranged in a pressure direction applied to the reflective grating. A pressure measuring optical fiber sensor using a reflective grating, characterized in that one side of the grating is fixed to the upper part of the elastic member to measure the pressure.
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