KR101097396B1 - 광변류기 및 이의 신호처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광변류기 및 이의 신호처리방법에 관한 것으로, 광섬유 전송선로 상에 전송되는 광 신호에 임의의 위상지연을 발생시켜 전류의 검출감도를 향상시킬 수 있는 광변류기 및 이의 신호처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광변류기는 패러데이 로테이터(Faraday rotator)와 편광유지섬유(Polarization maintaining fiber) 등을 이용하여 광섬유 선로에서 전송되는 광 신호에 임의의 위상지연을 발생시킴으로써 검출감도가 양호한 지점으로 동작점을 이동시켜 신호검출감도를 향상시키고, 또한 광 자이로스코프 기술을 이용하는 기존의 광변류기에 비하여 센서광학부와 신호처리부 측면에서 구성이 보다 간단하여 경제적인 구성이 가능한 장점이 있다.
광섬유, 광변류기, 패러데이 로테이터, 편광유지섬유, 위상지연, 동작점, 간섭현상

Description

광변류기 및 이의 신호처리방법{Optical current transformer and signal processing method thereof}
본 발명은 광변류기 및 이의 신호처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정대상의 전류 검출감도를 증대하기 위하여 광 신호의 동작점을 수동형 방식으로 이동시키는 광변류기및 이의 신호처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기절연변전소(AIS)뿐만 아니라 가스절연변전소(GIS)에는 전류의 크기를 감지하기 위하여 필요한 곳곳에 전류센서가 설치되고, 이러한 전류센서로는 대부분 철심형 변류기(core type current transformer)가 사용되고 있다.
그러나, 철심형 변류기의 경우 전기적 절연을 위한 외부 구조의 부피가 매우 크고, 측정의 정확도 및 철심의 자속포화로 인한 전류의 측정에 어려움이 있다.
또한, 전력 품질을 평가하는데 있어서 주파수 응답특성으로 인하여 측정 결과의 신뢰성이 낮은 단점을 지니고 있어 큰 오차를 발생시킬 수 있는 문제점도 있다.
이에 따라 최근에는 광 소자들을 이용한 광변류기가 이러한 철심형 변류기의 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 관심의 대상이 되고 있다.
일반적으로 광섬유를 이용한 전류측정방식으로 사용되는 기존의 광변류기(optical current transformer, OCT)는 전류검출감도의 향상을 위한 동작점 설정 방식으로 자이로스코프에서 사용되는 복굴절 변조기(birefrigence modulator)와 같은 능동형 방식을 주로 사용하고 있다.
그러나, 능동형 방식에 의해 동작점을 설정하게 되는 기존의 광변류기는 변조 주파수와 광섬유 선로 길이의 상관성으로 인하여 신호전송에 필요한 선로길이보다 훨씬 긴 광섬유가 요구되고, 신호처리부에도 락인(lock-in) 증폭기와 같은 복잡한 구성이 요구되는 단점이 있다.
그리고, 광섬유는 선형복굴절 특성을 가지므로 설치형태와 외부조건에 따라 광신호의 전송특성이 임의로 변화되기 때문에 입력광과 출력광이 동일한 선로로 전송되도록 하여 상호 보상되는 전송특성을 이용하여 신호를 검출하고 있다.
그러나, 동일한 전송선로에서 광 신호는 입력광과 출력광의 전송축(혹은 전송방향)이 서로 엇갈리면서 서로 보상되어 각 전송축에서 출력되는 광 신호는 위상지연이 발생되지 않으며, 이러한 널 패스 디퍼런스(null path difference)의 경우 측정대상 전류에 의해 발생되는 아주 작은 위상지연 크기는 신호 간의 간섭현상에 의해 신호검출감도가 매우 낮은 상태로 되기 때문에 광 신호의 측정이 용이하지 않은 문제가 있다.
따라서, 두 개의 광 신호에 적절한 크기의 위상지연이 발생하도록 하여 신호 검출감도가 양호한 지점으로 동작점을 이동시킬 수 있는 광변류기가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 광섬유의 수평방향 및 수직방향의 전송축으로 각각 전송되는 광 신호 간에 임의의 위상지연을 발생시켜 측정대상의 전류 검출감도를 향상시킬 수 있는 광변류기 및 이의 신호처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 광분리기의 출력측 전송선로에 연결되는 스플라이스가 구성되는 광변류기에 있어서,
상기 스플라이스(splice)의 출력측 전송선로에 패러데이 로테이터가 연결 구성되고, 상기 패러데이 로테이터와 스플라이스 사이에 광섬유 전송선로는 순방향과 역방향 신호 전송시 동일한 전송축이 사용되도록 구성되어, 광섬유 전송선로 상에서 전송되는 광 신호에 발생된 위상지연이 보상되지 않도록 된 것을 특징으로 하는 광변류기를 제공한다.
또한, 본 발명은 스플라이스와 광분리기 그리고 편광분리기의 입력측과 광분리기 사이에 연결되는 광섬유 전송선로가 물리적으로 분리 구성되어, 상기 광분리기가 광 신호를 역방향으로 전송할 시, 상기 광섬유 전송선로에 의한 위상지연이 전송되는 광 신호에 발생되도록 된 것을 특징으로 하는 광변류기도 제공한다.
본 발명에 따른 광변류기는 패러데이 로테이터(Faraday rotator)와 편광유지섬유(Polarization maintaining fiber) 등을 이용하여 광섬유 선로에서 두 전송축으로 전송되는 광 신호 간에 임의의 위상지연을 발생시킴으로써 간섭효과로 인한 전류의 검출감도가 양호한 지점으로 동작점을 이동시켜 신호검출감도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또는, 본 발명은 순방향과 역방향 전송의 광섬유 전송선로를 물리적으로 분리되게 구성하여, 이 전송선로의 특성에 의해 광 신호에 위상지연이 발생하도록 함으로써 측정대상의 전류 검출감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 광 자이로스코프 기술을 이용하는 기존의 광변류기에 비하여 본 발명에 따른 광변류기는 센서광학부와 신호처리부 측면에서 구성이 보다 간단하여 경제적인 구성이 가능한 장점이 있다.
그리고, 광섬유 선로에서 발생하는 위상지연 값을 검출할 수 있는 신호처리부를 통해 외부 환경변화에 의한 동작점의 변화 혹은 광섬유의 선형복굴절의 영향을 제거할 수 있다.
또한, 전류센서부와 신호처리부 간에 연결을 위한 피딩용 광섬유의 길이에 제약이 없기 때문에 임의의 길이로 구성할 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것 으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.
통상 광변류기(optical current transformer, OCT)의 선로에서 간섭을 발생시키는 두 개의 광 신호는 두 신호 간의 위상지연이 측정하고자 하는 전류(즉, 측정대상의 전류)에 의한 자장의 세기에 의해서만 발생되어야 하고, 신호검출감도를 높이기 위하여 일정한 위상지연 값을 가져야 한다.
본 발명은 공급되는(혹은 측정하고자 하는) 전류 신호에 의해 발생되는 광 신호에 위상지연을 주어 측정하고자 하는 전류의 검출감도를 높일 수 있는 동작점으로 신호를 이동시키고, 이를 위하여 광섬유(optical fiber) 전송선로에서 광 신호의 순방향과 역방향 전송시 전송특성이 상쇄되지 않는 광변류기를 구성한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 광변류기에 포함되는 센서광학부의 일구성을 보여주는 개략도로서, 광 신호를 발생하는 발광부(Light Source)(10)와, 발광부(10)에서 나와 입력된 광 신호를 선형편광시키는 편광기(Polarizer)(20)와, 입력되는 광 신호를 순방향과 역방향 전송의 광 신호로 분리해주는 광분리기(Beam Splitter)(30)와, 이 광분리기(30)에서 출력된 순방향 전송의 광 신호를 광섬유의 x축 성분 및 y축 성분(혹은 수평 성분 및 수직 성분)으로 양분하는 45°스플라이 스(splice)(이하 스플라이스라고 함)(40)와, 이 스플라이스(40)에서 출력된 광섬유의 x축 신호(이하 x축 신호라고 함) 와 광섬유의 y축 신호(이하 y축 신호라고 함)가 입력되는 패러데이 로테이터(Faraday rotator)(50)와, 입력된 x축 신호와 y축 신호의 전송축을 서로 교환하여 반사시키는 패러데이 미러(Faraday mirror)(70) 및 이 패러데이 로테이터(50)에서 출력된 선형편광 신호를 원형편광 신호로 변환시켜 패러데이 미러(70)로 전달하게 하며 상기 패러데이 미러(70)에서 반사된 원형편광 신호를 선형편광 신호로 다시 변환시켜 패러데이 로테이터(50)로 돌아가게 하는 쿼터 파장판(quarter wave plate, QWP)(60) 등이 동일한 광섬유 선로 상에 구성된다.
상기 광분리기(30)와 쿼터 파장판(60) 사이에 광섬유 전송선로는 편광유지섬유(Polarization maintaining fiber)(90)로 구성된다.
그리고, 상기 광분리기(30)에는 패러데이 미러(70)에 의해 반사되어 되돌아나오는 출력광(혹은 역방향 전송의 광 신호)을 포토다이오드로 진행되게 하는 편광분리기(Polarization Beam Splitter, PBS)(120)가 역방향 전송을 위한 광섬유 전송선로(광분리기(30)의 역방향 전송의 광 신호가 전송되는 선로) 상에 구성된다.
상기 포토다이오드는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 편광분리기(120)에서 출력된 광 신호를 수평성분(DS1)과 수직성분(DS2)으로 분리하여 검출하는 편광검출기(Polarization Detector)(80)에 구성된다.
상기 편광분리기(120)는 패러데이 미러(70)에서 반사된 신호가 쿼터 파장판(60)에 의해 전송되면 이 신호를 편광검출기(80)로 진행되게 한다.
도 2는 본 발명에 따른 센서광학부에 구성되는 패러데이 로테이터(50)의 광 신호 전송형태를 보여주는 개념도이다.
본 발명에서 패러데이 로테이터(50)는 순방향의 경우는 입력 및 출력 광섬유의 전송축이 동일하게 즉, x축과 y축의 변경없이 전송되지만, 역방향의 경우 입력측과 출력측의 전송축이 서로 엇갈려 전송되게 된다.
다시 말하면, 패러데이 로테이터(50)에서 역방향으로 전송되는 광 신호에서 광섬유의 x축으로 입력된 신호는 y축으로 출력되고, y축으로 입력된 신호는 x축으로 출력된다.
한편, 스플라이스(40)를 기준으로 광섬유의 각 전송축을 따라 전송되는 광 신호는 패러데이 미러(70)에서 반사되어 되돌아오는 전송조건이, 반사되는 시점에서 각각의 전송축이 서로 엇갈리기 때문에 광섬유에서 전송되면서 발생된 위상지연이 서로 상쇄됨으로 인하여 각 전송축에서 출력되는 광 신호는 결과적으로 위상지연이 거의 발생하지 않게 된다.
이러한 경우 센서광학부에서 검출된 자장의 세기에 따른 광 신호의 위상지연의 값은 신호검출감도가 매우 낮은 상태가 되어 신호 측정이 용이하지 않게 된다.
따라서 본 발명은 두 신호(스플라이스(40)에 의해 양분된 x축 및 y축 광 신호) 간에 간섭현상으로 인한 신호검출감도가 아주 양호한 지점으로 동작점을 이동시키기 위하여, 순방향과 역방향 전송시에 위상지연 전송특성이 서로 상쇄되지 않도록 두 신호에 임의의 위상지연을 발생시켜 준다.
이를 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 센서광학부에서 스플라이스(40)의 출력측 전송선로에 패러데이 로테이터(50)를 연결 구성하여, 패러데이 미 러(70)에 의해 반사되어 되돌아나오는 출력광(역방향 전송 광신호)의 전송축을 교환시켜, 순방향과 역방향에서 동일한 전송축(x축, y축)을 사용하는 전송선로 영역을 만들어주어 임의의 위상지연을 발생시킬 수 있도록 한다.
즉, 상기 패러데이 로테이터(50)가 패러데이 미러(70)에서 반사되며 전송축이 바뀐 광 신호를 다시 한번 서로 교환시킴으로써, 결과적으로 광 신호의 전송축이 서로 바뀌지 않고 동일하게 되돌아나와 위상지연이 발생된 상태로 편광검출기(80)에 수신가능하게 된다.
그리고, 패러데이 로테이터(50)의 출력측에 연결되어 있는 편광유지섬유(90)는 통상 일정거리를 가지고 설치되는 센싱파이버(sensing fiber)(100)를 패러데이 로테이터(50)의 출력측에 연결되게 하는 역할을 하게 되고, 도 1에서 스플라이스(40)와 패러데이 로테이터(50) 사이의 편광유지섬유(90)는 수평 성분의 전송축과 수직 성분의 전송축이 순방향과 역방향 전송시 동일신호를 전송시킬 수 있게 구성됨으로써 신호 간의 보상이 없는 논 리시프로컬 패스(Non-reciprocal path)가 된다.
도 1에 도시된 광변류기는 동일 광섬유를 사용하되 전송축에 따른 위상지연이 두 신호 간에 서로 보상되지 않도록 구현한 것으로, 입력광이 순방향으로 전송된 선로를 따라 출력광(패러데이 미러(70)에 반사되어 되돌아나오는 광 신호) 역시 동일하게 즉, 전송축이 서로 엇갈려 변경되지 않고 입력광과 동일한 전송축에서 역방향으로 출력되어 전송된다.
따라서, 출력광의 신호 전송축이 서로 바뀌지 않고 입력광의 순방향 전송시 와 동일한 전송축으로 출력되어 스플라이스(40)의 출력측과 패러데이 로테이터(50)의 입력측 사이에 전송선로에서 발생된 위상지연의 크기로 편광분리기(120)에서 간섭현상을 일으키게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 광변류기에 포함되는 센서광학부의 다른 구성예를 보여주는 개략도로서, 광 신호가 전송되는 순방향 및 역방향 선로의 일부분이 물리적으로 분리되어 구성된다.
도 3의 센서광학부를 설명하는데 있어서 도 1의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.
본 발명에 따른 센서광학부의 다른 실시예로서, 광 신호가 전송되는 광섬유 전송선로 상에, 광 신호를 발생하는 발광부(11)와, 발광부(11)에서 출력된 광 신호를 선형편광시키는 편광기(21)와, 이 편광기(21)에 의해 출력된 광 신호를 광섬유의 x축 및 y축(혹은 수평 및 수직) 성분으로 양분하는 45°스플라이스(이하 스플라이스라고 함)(41)와, 이 스플라이스(41)에서 출력된 x축 신호와 y축 신호가 입력되는 광분리기(31)와, 광분리기(31)에서 출력된 순방향 신호를 원형편광으로 바꿔서 패러데이 미러(71)로 전달하게 하는 쿼터 파장판(61)과, 광 신호의 전류측정을 위한 센싱파이버(101) 및 입력된 x축 신호와 y축 신호의 전송축을 서로 바꾸며 반사시키는 패러데이 미러(71) 등이 구성된다.
그리고, 상기 패러데이 미러(71)에 의해 반사되어 되돌아나오는 출력광이 광분리기를 통과하며 전송되게 되는 역방향 전송선로 상에는, 패러데이 미러(71)에서 반사된 신호가 쿼터 파장판(61)에 의해 전송되면 이 신호를 편광검출기(81)로 진행 되게 하는 편광분리기(121)와, 이 편광분리기(121)에서 출력된 신호를 수평 성분과 수직 성분의 축성분 신호에 대한 전기적 신호로 검출하는 편광검출기(81) 등이 구성된다.
이러한 센서광학부의 순방향 및 역방향 전송선로로서, 광분리기(31)에서 패러데이 미러(71)까지의 전송선로는 공통으로 사용되고, 상기 광분리기(31)에 연결되어 편광 분리기(121) 및 편광검출기(81) 등이 구성되는 전송선로는 역방향 전송선로로만 이용되며, 발광부(11)에서 광분리기(31) 사이에 전송선로는 순방향 전송선로로만 이용된다.
그리고, 상기 광분리기(31)와 쿼터 파장판(61) 사이에 전송선로는 신호전송시 편광유지를 위하여 편광유지섬유(91)로 구성되고, 광분리기(31)와 스플라이스(41) 사이 및 편광 분리기(121) 사이에 전송선로는 전송축이 물리적으로 분리되어 신호 간의 보상이 없는 논 리시프로컬 패스가 된다.
또한, 본 발명에 따른 센서광학부에서 센싱파이버(101)는 측정대상(110,111)인 도체에 전류가 흐름에 따라 형성되는 자장의 세기에 의한 위상지연을 출력광에 발생하게 한다.
이러한 광변류기는 전술한 바와 같이, 출력광의 전송선로가 물리적으로 분리되어 수평성분의 전송축과 수직성분의 전송축이 다르게 구성된 논 리시프로컬 패스로 형성함으로써, 공통으로 사용되지 않는 역방향 전송선로 부분의 광섬유 전송특성에 의해 위상지연이 발생되어 광 신호의 동작점을 이동시킬 수 있게 된다.
이러한 동작점은 수평성분의 전송축을 거쳐 페러데이 미러에서 수직성분의 전송축으로 되돌아오는 광 신호와, 수직성분의 전송축으로 들어가 수평성분의 전송축으로 되돌아나오는 광 신호 간의 위상차이로 정해지게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 광변류기에 포함되는 신호처리부(signal processing unit)의 구성을 보여주는 도면으로서, 본 발명은 센서광학부에서 검출되는 각 신호에 포함된 직류성분의 상관관계로부터 동작점 위상 지연각(δ)과 측정대상에 흐르는 전류에 의한 위상지연 값(θ)을 구하여, 출력광 신호로부터 측정대상의 전류신호를 검출할 수 있는 신호처리부가 구성된다.
본 발명에서 신호처리부는 센서광학부에서 편광분리기(120,121)와 편광검출기(80,81)를 통해 광 신호의 수평성분(DS1)과 수직성분(DS2)으로 분리되어 출력된 신호를, 각 증폭률이 Gdc1과 Gdc2인 저주파 필터(LPF)(141,142)와 각 증폭률이 Gac1과 Gac2인 고주파 필터(HPF)(143,144)를 이용하여 신호의 직류성분과 교류성분을 분리하는 AC/DC분리기(140)와, 두 신호의 직류성분 간의 상관관계로부터 연산을 수행하는 연산부(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연산부(150)는 AC/DC분리기(140)에서 분리된 신호의 직류성분과 교류성분을 통해 아래 수학식 1 ~ 수학식 6의 연산을 수행하여 측정대상(110,111)의 전류에 의해 발생되는 두 신호의 직류성분 간의 상관성에 의한 동작점 위상 지연각(δ)과 전류에 의한 위상지연 값(θ)을 구하게 된다.
diff=dc1-dc2
Σ=dc1+dc2
Sdc=diff/Σ
Sac=ac1/Σ
δ=cos-1Sdc
θ=δ-cos-1(2Sac + Sdc)
상기 수학식에서 dc1은 센서광학부에서 검출되는 광 신호의 수평성분(DS1)의 직류성분이고, dc2는 수직성분(DS2)의 직류성분이며, ac1은 수평성분(DS1)의 교류성분이다. 그리고, θ는 측정대상의 전류에 의한 광 신호의 위상지연 값이며, δ는 광섬유 전송선로의 특성으로 인하여 주어지는 위상지연에 의한 동작점을 나타낸다.
이와 같이 신호처리부는 각 신호의 직류성분의 상관관계로부터 동작점(δ)과 위상지연 값(θ)을 구하고 이로부터 광 신호에 포함된 측정대상(110,111)의 전류신호를 추정하여, 외부환경에 따른 광섬유의 선형복굴절의 영향을 제거한 전류신호를 구할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시된 센서광학부를 포함한 광변류기에서의 광 신호 검출과정을 설명한다.
본 발명은 하기 과정으로 검출된 광 신호로부터 측정하고자 하는 전류신호를 용이하게 획득할 수 있다.
발광부(10)에서 발생되는 입력광은 편광기(20)에서 선형편광되어 광분리기(30)로 입력되고, 이 광분리기(30)에서 출력된 순방향 전송의 광 신호는 스플라이스(40)로 전송된다.
스플라이스(40)에서 x축과 y축 신호로 분리되어 출력된 두 개의 신호는 논 리시프로컬 패스를 통해 동시에 전송되어 패러데이 로테이터(50)에 입력된다.
패러데이 로테이터(50)에 순방향으로 입력되어 출력된 입력광 신호는 쿼터 파장판(60)을 통해 센싱파이버(100)와 패러데이 미러(70)로 전송되고, 이 패러데이 미러(70)에서 반사되며 전송축이 교환되어 패러데이 로테이터(50)로 전송된다.
패러데이 로테이터(50)에 역방향으로 입력되는 출력광 신호(편광검출기(80)에 검출되는 신호)는 전송축이 서로 교환되어, 결과적으로 광 신호의 전송축이 변경되지 않은 상태에서 스플라이스(40)의 출력측 전송선로를 통과하게 되면서 광섬유에 의한 위상지연이 발생하게 되며, 이에 따라 편광검출기(80)에는 광섬유에 의한 위상지연이 발생한 출력광 신호가 검출된다.
다음, 도 3의 센서광학부를 포함한 광변류기에서의 광 신호 검출과정을 설명한다.
발광부(11)에서 발생되는 입력광이 편광기(21)에서 선형편광되어 스플라이스(41)로 입력된다.
스플라이스(41)에서 x축과 y축의 두 신호로 분리된 다음, 광분리기(31)를 통해 순방향 전송의 광 신호가 쿼터 파장판(61)으로 전송되고, 패러데이 미러(71)에서 반사되어 두 신호의 전송축이 교환된다.
전송축이 교환되어 위상지연이 보상된 두 개의 신호는 광분리기(31)에서 역방향의 전송선로로 전송되어 편광검출기(81)에 의해 출력광이 검출된다.
이때, 출력광은 스플라이스(41)와 광분리기(31) 그리고 광분리기(31)와 편광분리기(121) 간에 물리적으로 분리된 전송선로(논 리시프로컬 패스)의 광섬유 전송특성에 의해 발생되는 위상지연의 크기로 동작점이 이동되어 신호검출감도가 높아지게 된다.
이렇게 검출된 출력광 신호로부터 신호처리부에서 산출한 신호의 교류성분과 직류성분의 상관관계를 통해 위상지연으로 발생된 동작점을 추정하여 외부환경에 의한 영향을 제거한 측정대상(110,111)의 전류신호에 의한 광 신호의 위상지연 값(θ)을 구하게 된다.
다시 말해, 본 발명은 센서광학부에서 검출되는 출력광 신호로부터 교류성분 과 직류성분을 분리 산출하여 동작점의 정보를 추정하고, 이 동작점을 적용하여 외부환경에 따른 광섬유의 선형복굴절의 영향을 제거한 광 신호를 얻을 수 있으며, 이에 따라 측정하고자 한 측정대상(110,111)의 전류신호를 산출할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 광변류기에 포함되는 센서광학부의 일구성을 보여주는 개략도
도 2는 본 발명에 따른 센서광학부에 구성되는 패러데이 로테이터의 광 신호 전송형태를 보여주는 개념도
도 3은 본 발명에 따른 광변류기에 포함되는 센서광학부의 다른 구성예를 보여주는 개략도
도 4는 본 발명에 따른 광변류기에 포함되는 신호처리부의 구성을 보여주는 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,11 : 발광부
20,21 : 편광기
30,31 : 광분리기
40,41 : 45°스플라이스
50 : 패러데이 로테이터
53 : 편광분리기
60,61 : 쿼터 파장판
70,71 : 패러데이 미러
80,81 : 편광검출기
90,91 : 편광유지섬유
100,101 : 센싱 파이버
110,111 : 측정대상
120,121 : 편광분리기
140 : AC/DC분리기
150 : 연산부

Claims (10)

  1. 동일한 광섬유 선로 상에 구성되는 것으로서,
    광 신호를 발생하는 발광부와, 상기 발광부에서 나와 입력된 광 신호를 선형편광시키는 편광기와, 입력되는 광 신호를 순방향과 역방향 전송의 광 신호로 분리해주는 광분리기와, 상기 광분리기에서 출력된 순방향 전송의 광 신호를 광섬유의 x축 성분 및 y축 성분으로 양분하는 스플라이스와, 상기 스플라이스에서 출력된 x축 신호와 y축 신호가 입력되는 패러데이 로테이터와, 입력된 x축 신호 및 y축 신호의 전송축을 서로 교환하여 반사시키는 패러데이 미러와, 상기 패러데이 로테이터에서 출력된 선형편광 신호를 원형편광 신호로 변환시켜 패러데이 미러로 전달하게 하며 패러데이 미러에서 반사된 원형편광 신호를 선형편광 신호로 다시 변환시켜 패러데이 로테이터로 돌아가게 하는 쿼터 파장판을 포함하며,
    상기 스플라이스의 출력측 전송선로에 패러데이 로테이터가 연결 구성되어, 상기 패러데이 로테이터가 패러데이 미러에 의해 반사되는 출력광의 전송축을 교환시킴으로써, 순방향과 역방향에서 동일한 전송축을 사용하는 전송선로 영역을 만들어 주어 위상지연이 발생될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 광변류기.
  2. 광 신호를 발생시키는 발광부와, 상기 발광부에서 출력된 광 신호를 선형편광시키는 편광기와, 상기 편광기에 의해 출력된 광 신호를 광섬유의 x축 및 y축 성분으로 양분하는 스플라이스와, 상기 스플라이스에서 출력된 x축 및 y축 신호가 입력되는 광분리기와, 상기 광분리기에서 출력된 순방향 신호를 원형편광으로 바꿔서 패러데이 미러로 전달하게 하는 쿼터 파장판과, 광 신호의 전류측정을 위한 센싱 파이버와, 입력된 x축 및 y축 신호의 전송축을 서로 바꾸며 반사시키는 패러데이 미러를 포함하며,
    상기 광분리기와 쿼터 파장판 사이에 전송선로는 신호전송시 편광유지를 위하여 편광유지섬유로 구성되고, 상기 광분리기와 스플라이스 사이 및 편광 분리기 사이에 전송선로는 전송축이 물리적으로 분리되어 신호 간의 보상이 없는 논 리시프로컬 패스가 됨으로써, 공통으로 사용되지 않는 역방향 전송선로 부분의 광섬유 전송특성에 의해 위상지연이 발생되도록 한 것을 특징으로 하는 광변류기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광분리기와 이 광분리기의 출력측에 구성된 쿼터 파장판 사이에 광섬유 전송선로가 임의 길이의 편광유지섬유(Polarization maintaining fiber)로 구성되는 것을 특징으로 하는 광변류기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광분리기에서 역방향으로 전송되어 검출된 두 개의 광 신호(DS1,DS2)가 입력되는 AC/DC분리기와, 이 AC/DC분리기에서 분리되어 출력되는 두 신호의 직류성분과 교류성분을 통해 연산하는 연산부를 포함하는 신호처리부가 구성되는 것을 특징으로 하는 광변류기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연산부는 측정대상의 전류에 의해 발생되는 동작점 위상 지연각(δ)=cos-1Sdc 와 위상지연 값(θ)=δ-cos-1(2Sac + Sdc)를 연산하도록 된 것을 특징으로 하는 광변류기.
    Sdc=(dc1-dc2)/(dc1+dc2)
    Sac=ac1/(dc1+dc2)
    ( dc1은 검출되는 광 신호의 수평성분(DS1)의 직류성분, dc2는 광 신호의 수직성분(DS2)의 직류성분, ac1은 광신호의 수평성분(DS1)의 교류성분임 )
  6. 광섬유 전송선로에서 순방향으로 전송된 광 신호가 패러데이 미러에서 되돌아나와 역방향으로 전송되어 수평성분(DS1)과 수직성분(DS2)으로 분리 검출되면, 검출한 광 신호의 수평성분(DS1)과 수직성분(DS2)을 처리하는 광변류기의 신호처리방법에 있어서,
    광섬유 전송선로에서 광 신호의 전송방향에 따라 순방향 신호 전송시에는 동일한 전송축으로 전송하고, 역방향 신호 전송시에는 패러데이 미러에서 되돌아나온 신호의 전송축이 서로 교체되게 전송하여, 광 신호의 수평성분(DS1)과 수직성분(DS2)에서 발생되는 위상지연이 서로 상쇄되지 않게 함으로써 신호의 동작점을 설정하는 것을 특징으로 하는 광변류기의 신호처리방법.
  7. 광섬유 전송선로에서 순방향으로 전송된 광 신호가 패러데이 미러에서 되돌아나와 역방향으로 전송되어 수평성분(DS1)과 수직성분(DS2)으로 분리 검출되면, 검출한 광 신호의 수평성분(DS1)과 수직성분(DS2)을 처리하는 광변류기의 신호처리방법에 있어서,
    물리적으로 서로 다르게 연결된 광섬유 전송선로에 의해 발생되는 위상지연이 역방향으로 전송되는 광 신호에 발생하도록 하여 신호의 동작점을 설정하는 것을 특징으로 하는 광변류기의 신호처리방법.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 분리 검출한 광 신호의 수평성분(DS1)과 수직성분(DS2)을 각각 직류성분과 교류성분으로 분리한 다음, 분리한 직류성분과 교류성분을 통해 동작점 위상 지연각(δ)과 위상지연 값(θ)을 연산하는 것을 특징으로 하는 광변류기의 신호처리방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 동작점 위상 지연각(δ)은 수학식 cos-1Sdc 를 연산하여 검출하는 것을 특징으로 하는 광변류기의 신호처리방법.
    Sdc=(dc1-dc2)/(dc1+dc2)
    ( dc1은 검출되는 광 신호의 수평성분(DS1)의 직류성분, dc2는 광 신호의 수직성분(DS2)의 직류성분임 )
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 위상지연 값(θ)은 수학식 δ-cos-1(2Sac + Sdc)를 연산하여 검출하는 것을 특징으로 하는 광변류기의 신호처리방법.
    Sdc=(dc1-dc2)/(dc1+dc2)
    Sac=ac1/(dc1+dc2)
    ( dc1은 검출되는 광 신호의 수평성분(DS1)의 직류성분, dc2는 광 신호의 수직성분(DS2)의 직류성분, ac1은 광신호의 수평성분(DS1)의 교류성분임 )
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