KR101297286B1 - 광학섬유를 이용한 온도측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학섬유를 이용하여 피측정물의 온도 변화를 감시할 수 있는 온도측정장치에 관한 것으로, 다수의 주파수 범위를 갖는 광대역의 광을 출사하는 광원; 피측정물에 설치되어 상기 광원으로부터의 광을 제공받는 광섬유라인; 상기 광섬유라인에 형성되어 상기 광원으로부터 입사된 광으로부터 특정 파장의 광을 반사시키되, 상기 피측정물의 온도에 따라 다른 파장의 광을 반사하는 적어도 하나의 감지광학격자센서; 및, 상기 감지광학격자센서로부터 반사된 광의 파장을 분석하여 상기 광학소자가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 감시하는 온도감시부를 포함함을 특징으로 한다.

Description

광학섬유를 이용한 온도측정장치{DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE USING OPTICAL FIBER}

본 발명은 온도측정장치에 관한 것으로, 특히 광학섬유를 이용하여 피측정물의 온도 변화를 감시할 수 있는 온도측정장치에 대한 것이다.

최근 전기에너지의 대량소비에 따른 전력설비용량의 증가로 인해 설비운용의 안정성과 효율성을 확보하는 것은 환경친화적 전력설비를 구축하기위해 매우 중요한 과제로 인식되었다. 또한 최근 사회적 인식이 높아지고 있는 기간설비의 안전성 확보 및 이상시 조기경보시스템을 위한 새로운 방식의 연구개발이 시급한 실정이다.

특히 전력설비(변압기, 전동기, 전력케이블 등)은 여러 가지 원인에 의해 열화되지만 그 원인과 상관없이 대부분의 경우 최종적인 사고의 단계에서는 비정상적인 온도상승 또는 화재와 같은 열적 현상으로 표출된다. 따라서 이러한 전력설비의 열적 변화를 상시 감시하고 화재를 조기에 경보하는 시스템의 연구는 일차적으로 전력설비 안전사고를 예방하고, 사고발생시 피해확산을 최소화할 수 있는 중요한 과제이다.

따라서 전력설비의 안전진단 신뢰도를 향상시키기 위해서는 설비의 열적 변화에 대한 정확한 감시, 검출이 선행되어야 한다. 특히 대용량 전력설비의 사용이 증가하고 있는 실정을 감안한다면 이 신뢰성 높은 안전진단기술 및 조기경보시스템의 개발이 매우 시급하다고 할 수 있다.

본 발명은 이러한 필요성을 바탕으로 전력설비 진단분야에 광학섬유 및 광학격자센서 기술을 접목하여 기존의 감시 및 경보시스템이 가진 단점(1점식, 대형장치, 큰 측정오차, 긴 검출시간 등)을 보완하고 소형경량화된 전력설비 감시진단기술을 개발함으로써 진단신뢰성 향상과 측정의 편리성을 제고함은 물론 관련 설비안전 진단기술의 고부가가치화를 위한 핵심기술을 제공할 수 있는 온도측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학섬유를 이용한 온도측정장치는, 다수의 주파수 범위를 갖는 광대역의 광을 출사하는 광원; 피측정물에 설치되어 상기 광원으로부터의 광을 제공받는 광섬유라인; 상기 광섬유라인에 형성되어 상기 광원으로부터 입사된 광으로부터 특정 파장의 광을 반사시키되, 상기 피측정물의 온도에 따라 다른 파장의 광을 반사하는 적어도 하나의 감지광학격자센서; 및, 상기 감지광학격자센서로부터 반사된 광의 파장을 분석하여 상기 광학소자가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 감시하는 온도감시부를 포함함을 특징으로 한다.

상기 광원으로부터의 광을 상기 광섬유라인으로 전달함과 아울러, 상기 감지광학격자센서로부터의 반사된 광을 상기 온도감시부로 전달하는 커플러를 더 포함함을 특징으로 한다.

상기 커플러는 상기 감지광학격자센서로부터 제공된 반사광의 광량을 1/2로 줄여 상기 온도감시부로 전달함을 특징으로 한다.

상기 온도감시부는, 상기 커플러로부터 공급된 광의 파장을 검출하는 파장가변필터; 상기 파장가변필터로부터의 광을 전기신호로 변환하는 수광부; 및, 상기 수광부로부터의 전기신호를 분석하여 상기 감지광학격자센서가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 및 온도 변화를 산출하는 신호처리부를 포함함을 특징으로 한다.

상기 신호처리부는 상기 전기신호를 디지털신호 형태로 변환하고, 이 디지털신호형태의 전기신호의 피크의 위치를 판단하여 상기 감지광학격자센서가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 산출함을 특징으로 한다.

상기 신호처리부는 가우시안 라인 피팅(Gaussian line-fitting) 알고리즘 및 이진검색 알고리즘들 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 전기신호의 피크를 보정함을 특징으로 한다.

상기 수광부로부터의 전기신호의 주파수를 필터링하여 상기 신호처리부로 공급하는 저역통과필터를 더 포함함을 특징으로 한다.

상기 파장가변필터는 일정 주기의 램프(ramp)신호를 이용하여 상기 커플러로부터 공급된 반사광을 스캐닝함으로써 이 반사광의 파장을 검출하는 Fabry-Perot 필터인 것을 특징으로 한다.

상기 램프신호를 상기 파장가변필터로 제공함과 아울러, 이 램프신호의 출력 타이밍에 동기된 타이밍펄스를 상기 신호처리부로 공급하는 램프신호생성부를 더 포함함을 특징으로 한다.

상기 커플러와 상기 감지광학격자센서 사이에 위치하도록 상기 광섬유라인에 형성되는 제 1 및 제 2 기준광학격자센서들을 더 포함하며; 상기 적어도 하나의 감지광학격자센서, 상기 제 1 기준광학격자센서 및 상기 제 2 기준광학격자센서는 동일한 온도 조건에서 서로 다른 파장의 광을 반사하도록 그들 각각의 반사 파장값이 다르게 설정되며; 상기 제 1 및 제 2 기준광학격자센서들 각각은 외부의 온도에 영향을 받지 않도록 차폐수단에 의해 차폐되어 있으며; 그리고, 상기 적어도 하나의 감지광학격자센서, 제 1 기준광학격자센서 및 제 2 기준광학격자센서들 중 상기 제 1 기준광학격자센서가 가장 낮은 반사 파장값을 가지고, 제 2 기준광학격자센서가 가장 높은 반사 파장값을 가짐을 특징으로 한다.

상기 광원은 상기 제 1 기준광학격자센서의 반사 파장값과 제 2 기준광학격자센서의 반사 파장값간의 차와 같거나 큰 파장범위를 포함하는 대역폭을 갖는 광원인 것을 특징으로 한다.

상기 파장가변필터는 상기 제 1 기준광학격자센서의 반사 파장값과 제 2 기준광학격자센서의 반사 파장값간의 차와 같거나 큰 파장범위를 스캔할 수 있도록 설정된 것을 특징으로 한다.

상기 신호처리부는 상기 제 1 기준광학격자센서에 의해 발생된 제 1 기준 전기신호, 제 2 기준광학격자센서에 의해 발생된 제 2 기준 전기신호 및 감지광학격자센서에 의해 발생된 전기신호를 각각 디지털신호 형태로 변환하고, 이 디지털신호형태의 제 1 기준 전기신호, 제 2 기준 전기신호 및 전기신호의 피크를 서로 비교하고, 이 비교 결과에 따라 광학격자센서가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 산출함을 특징으로 한다.

상기 신호처리부는 가우시안 라인 피팅(Gaussian line-fitting) 알고리즘 및 이진검색 알고리즘들을 이용하여 상기 전기신호의 피크를 보정함을 특징으로 한다.

상기 적어도 하나의 감지광학격자센서들은 다수의 감지광학격자센서들을 포함하며; 각 감지광학격자센서들 각각의 반사 파장값은 상기 제 1 기준광학격자센서의 반사 파장값과 제 2 기준광학격자센서의 반사 파장값의 사이 값을 가지며; 그리고, 상기 각 감지광학격자센서의 반사 파장값이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 및 제 2 기준광학격자센서에 더 가깝게 위치한 감지광학격자센서일수록 더 작은 값의 반사 파장값을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 및 제 2 기준광학격자센서를 포함한 각 감지광학격자센서의 반사 파장값이 온도 변화에 의해 변화하더라도 서로 인접한 감지광학격자센서의 중심 파장이 서로 중첩되지 않도록 각 감지광학격자센서, 제 1 기준광학격자센서 및 제 2 기준광학격자센서의 반사 파장값의 값이 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 광섬유라인은 상기 커플러가 접속되는 광입사면과 이 광입사면의 반대편 끝단에 위치한 종단면을 포함하며; 상기 광섬유라인의 코어와 동일한 굴절율을 갖는 인덱스 매칭 젤(index matching gel)이 상기 광섬유라인의 종단면에 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광학섬유를 이용한 온도측정장치에는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에서의 Fabry-Perot 필터를 이용한 복조시스템은 의 광신호를 파장축에서 시간축 차원으로 변환하여 측정하게 함으로써,

첫째, 광학격자센서들의 공간적인 위치에 영향을 받지 않으며,

둘째, 다수의 광학격자센서들로부터 측정 결과를 단시간에 효과적으로 검출할 수 있으며,

셋째, 0.1 ^oC 내외의 온도분해능을 달성할 수 있을 만큼 높은 정밀도를 달성할 수 있으며,

넷째, 많은 수의 광학격자센서들을 동시에 복조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학섬유를 이용한 온도측정장치를 나타낸 도면
도 2는 도 1에서의 감지광학격자센서에 가해진 온도 변화에 따른 반사광의 중심 파장 변화를 설명하기 위한 도면
도 3은 Fabry-Perot 필터의 투과 특성을 나타낸 도면
도 4는 Fabry-Perot 필터의 압전소자에 인가되는 램프신호의 파형을 나타낸 도면
도 5는 수광부로부터의 출력 파형을 나타낸 도면
도 6은 12개의 광학격자센서들에 대한 특성을 나타낸 표
도 7은 광원의 제원을 나타낸 표
도 8은 Fabry-Perot 필터의 제원을 나타낸 표
도 9는 Fabry-Perot 필터의 동작 특성을 나타낸 도면
도 10은 Fabry-Perot 필터를 이용하여 12개의 광학격자센서들로부터의 반사광 신호를 복조하는 동작을 설명하기 위한 도면
도 11은 기준값 이상을 갖는 수광부의 출력을 나타낸 도면
도 12는 가우시안 함수 그래프를 나타낸 도면
도 13은 기준값 이상의 수광부(212)의 출력과 피팅 결과를 나타낸 도면
도 14는 c값에 따른 피팅 결과와 mse 분포곡선을 나타낸 도면
도 15는 최소 mse를 찾기 위해 사용한 이전검색 과정을 나타낸 도면
도 16은 본 발명의 감지광학격자센서들이 피측정물에 설치된 상태를 나타낸 도면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학섬유를 이용한 온도측정장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학섬유를 이용한 온도측정장치를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에서의 감지광학격자센서에 가해진 온도 변화에 따른 반사광의 중심 파장 변화를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 온도측정장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(101), 광섬유라인(600), 커플러(102), 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 다수의 감지광학격자센서(SG)들을 포함한다.

광섬유라인(600)의 양측 끝단들 중 일측 끝단은 커플러(102)에 접속된다. 이 광섬유라인(600)의 일측 끝단은 상기 커플러(102)를 통해 광원(101)으로부터의 광이 최초로 도달하는 입사면이다. 한편, 이 광섬유라인(600)의 타측 끝단, 즉 종단면에는 이 광섬유라인(600)의 코어와 동일한 굴절류을 갖는 인덱스 매칭 젤(300)(index matching gel)이 발라져 있는데, 이 인덱스 매칭 젤(300)은 이 종단면에 도달한 광이 입사면 방향으로 반사되는 것을 방지한다.

제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 다수의 감지광학격자센서(SG)들은 FBG(Fiber Bragg Grating)으로서, 이들 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 다수의 감지광학격자센서들은 광섬유라인(600)에 형성된다. 구체적으로, 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 다수의 감지광학격자센서(SG)들은 이 광섬유라인(600)의 코어에 자외선 레이저를 조사하여 이 코어에 영구적인 굴절률 변화를 새겨 넣음으로써 형성된다.

앞으로 사용되는 ‘광학격자센서’라는 용어는 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 감지광학격자센서(SG)를 통칭하는 것임을 밝힌다.

광섬유라인(600)에 공급된 광이 해당 부위의 광학격자센서에 도달하면, 이 광학격자센서는 특정 파장의 광을 반사하고, 이 특정 파장의 광을 제외한 나머지 광은 그대로 투과시킨다. 이때, 이 광학격자센서는 외부의 온도에 따라 다른 파장의 광을 반사시킨다. 다시 말하여, 이 광학격자센서의 중심 파장은 외부 온도에 따라 변화한다. 일반적으로, 온도가 올라갈수록 이 광학격자센서의 중심 파장이 높아지고, 온도가 낮아질수록 이 광학격자센서의 중심 파장이 낮아진다. 따라서 피측정물의 특정 부위에 위치한 감지광학격자센서로부터 반사된 광의 파장 변화를 측정함으로 이 특정 부위에서의 온도 변화를 알 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 감지광학격자센서에 가해진 온도가 증가할수록 반사광의 중심 파장이 증가함을 알 수 있다. 이 도 2에서 X축은 파장을 의미하며, Y축은 대역폭을 의미한다.

이러한 광학격자센서는 상술된 바와 같이 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)와 감지광학격자센서(SG)들로 구분되는 바, 피측정물의 다수의 특정 부위들에 설치되어 이 부위들의 실제적인 온도 변화를 감지하는 것은 감지광학격자센서(SG)들의 역할이다. 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)는 파장가변필터의 특성에 따른 오차를 최소화하기 위해 부가적으로 설치된 것이다. 즉, 파장가변필터(211)의 투과파장은 주변의 온도변화에 따라 불규칙하게 변화하기 때문에, 본 발명에서는 온도에 둔감한 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG2)로부터의 반사광의 피크위치를 기준으로 감지광학격자센서들로부터의 반사광의 파장을 계산한다. 2개의 기준광학격자센서들을 사용한 것은 혹시 있을 수 있는 파장가변필터(211)의 비선형적 동작에 의한 오차를 최소화하기 위한 것이다.

본원발명은 이 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG2)를 사용하지 않은 예 및 사용하는 예를 모두 포함한다.

이 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG2)들 각각은 외부의 온도 변화와 무관하게 일정한 파장의 광을 반사시켜야 하는 바, 이를 위해 이 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG2)들은 외부의 온도에 영향을 받지 않도록 차폐수단(111)에 의해 차폐되어 있다. 예를 들어, 이 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)들을 온도보상 패키징을 이용하여 패키징함으로써 이 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)들이 외부의 온도에 영향을 받지 않게 할 수 있다. 이러한 온도보상 패키징에 의해 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)들은 -20℃~80℃의 범위에서 1pm/ 이하의 매우 낮은 온도 민감도를 갖도록 구성될 수 있다.

감지광학격자센서(SG)들, 상기 제 1 기준광학격자센서(RG1) 및 상기 제 2 기준광학격자센서(RG2)는 동일한 온도 조건하에서 서로 다른 파장의 광을 반사하도록 그들 각각의 반사 파장값이 다르게 설정된다. 예를 들어, 감지광학격자센서(SG), 제 1 기준광학격자센서(RG1) 및 제 2 기준광학격자센서(RG2)들 중 상기 제 1 기준광학격자센서(RG1)가 가장 낮은 반사 파장값을 가지고, 제 2 기준광학격자센서(RG2)가 가장 높은 반사 파장값을 가진다. 그리고, 감지광학격자센서(SG)들 각각의 반사 파장값은 제 1 기준광학격자센서(RG1)의 반사 파장값과 제 2 기준광학격자센서(RG2)의 반사 파장값의 사이 값을 갖는다. 이때, 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)에 더 가깝게 위치한 감지광학격자센서(SG)일수록 더 낮은 값의 반사 파장값을 갖는다. 반대로, 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)에 더 가깝게 위치한 감지광학격자센서(SG)일수록 더 높은 값의 반사 파장값을 가질 수 도 있다.

특히, 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)를 포함한 각 감지광학격자센서(SG)의 반사 파장값이 온도 변화에 의해 변화하더라도 서로 인접한 감지광학격자센서(SG)의 중심 파장이 서로 중첩되지 않도록 각 감지광학격자센서(SG), 제 1 기준광학격자센서(RG1) 및 제 2 기준광학격자센서(RG2)의 반사 파장값의 값이 설정되어야 한다. 이 값은 측정하고자 하는 피측정물의 온도변화 범위, 기준 온도에서의 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 감지광학격자센서(SG)들의 반사 파장값에 따라 설정된다. 예를 들어, 측정하고자 하는 피측정물의 온도변화가 200℃일 경우, 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 감지광학격자센서(SG)들에서의 각 인접한 센서들간의 반사 파장값은 2nm이상의 여유를 갖도록 한다.

이와 같이 서로 인접한 광학격자센서들간의 반사 파장값이 2nm이상 차이가 나도록 하여 각 광학격자센서로부터 반사된 광의 파장이 서로 중첩되는 것을 방지함으로써, 다수의 감지광학격자센서(SG)들을 사용할 경우 각 감지광학격자센서(SG)로부터 반사된 광이 어느 감지광학격자센서(SG)로부터 제공된 반사광인지를 정확히 알 수 있다.

광원(101)은 다수의 주파수 범위를 갖는 광대역의 광원(101)으로서, 이 광원(101)은 상기 제 1 기준광학격자센서(RG1)의 반사 파장값과 제 2 기준광학격자센서(RG2)의 반사 파장값간의 차와 같거나 또는 큰 파장범위를 포함하는 대역폭을 갖는다. 이러한 광원(101)은 예를 들어 SLD(superluminescent diode)가 사용될 수 있다.

커플러(102)는 광원(101)과 기준광학격자센서들(RG1, RG2) 사이에 위치하여, 광원(101)으로부터의 광을 상기 광섬유라인(600)의 입사면으로 전달함과 아울러, 상기 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 감지광학격자센서(SG)들로부터 반사된 광을 상기 온도감시부(103)로 전달한다. 이 커플러(102)는 50:50의 분리비를 갖는 커플러(102)로서, 이 커플러(102)는 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 감지광학격자센서(SG)들로부터 제공된 반사광의 광량을 1/2로 줄여 상기 온도감시부(103)로 전달한다. 본 발명에서는 50:50의 분리비를 갖는 커플러(102)외에도 다른 분리비를 갖는 어떠한 커플러(102)라도 사용 가능한 바, 이 50:50의 분리비를 갖는 커플러(102)는 다른 분리비의 커플러(102)에 비하여 상대적으로 값이 저렴하며 또한 구하기 쉽다.

온도감시부(103)는 제 1 기준광학격자센서(RG1), 제 2 기준광학격자센서(RG2) 및 감지광학격자센서(SG)들로부터 반사된 광의 파장을 분석하여 상기 감지광학격자센서(SG)가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 감시, 즉 모니터링한다.

한편, 상술된 바와 같이, 제 1 기준광학격자센서(RG1) 및 제 2 기준광학격자센서(RG2)를 사용하지 않을 경우에는 커플러(102)는 감지광학격자센서(SG)들로부터의 반사광을 제공받아 온도감시부(103)로 제공하며, 이때 온도감시부(103)는 감지광학격자센서(SG)들로부터 반사된 광의 파장을 분석하여 상기 감지광학격자센서(SG)가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 감시하게 된다.

이러한 온도감시부(103)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 파장가변필터(211), 램프신호생성부(213), 수광부(212), 저역통과필터(214) 및 신호처리부(215) 포함한다.

파장가변필터(211)는 커플러(102)로부터 공급된 광의 파장을 검출하는 역할을 한다. 즉, 감지광학격자센서(SG)들에 의해 반사된 광의 중심 주파수는 이들 감지광학격자센서(SG)들이 위치한 피측정물 부위의 온도 변화에 따라 변화하게 되는데, 이 반사광의 변화된 중심 주파수를 알기 위해서는 이를 검출하기 위한 수단이 필요한 바, 본 발명에서는 파장가변필터(211) 중 하나인 Fabry-Perot 필터를 이용하여 이 반사광의 변화된 주파수를 검출한다.

이 Fabry-Perot 필터의 동작을 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 Fabry-Perot 필터의 투과 특성을 나타낸 도면이고, 도 4는 Fabry-Perot 필터의 압전소자에 인가되는 램프신호의 파형을 나타낸 도면이며, 그리고 도 5는 수광부(212)로부터의 출력 파형을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, Fabry-Perot 필터는 일정한 파장만을 통과시키는 밴드패스(bandpass) 필터의 역할을 하는 바, 이와 같은 Fabry-Perot 필터에 도 4와 같은 주기적인 램프파형(톱니파형)을 가하면 이 Fabry-Perot 필터의 투과 파장값을 선형적으로 변화시키는 것이 가능하다. 즉, 이 Fabry-Perot 필터에 가해지는 램프신호의 전압에 따라 이 Fabry-Perot 필터의 패스밴드의 파장이 선형적으로 변화한다. 따라서 광학격자센서로부터 반사되어 Fabry-Perot 필터를 통과하는 반사광은, 도 5에 도시된 바와 같이, 그 파장에 따라 수광부(212)에서 피크를 발생시키는 시간이 달라지는 바, 이 출력의 피크 위치변화로부터 파장의 변화를 읽어낼 수 있다. 즉, 이 피크 위치의 변화는 주파수의 변화를 의미한다.

도시되지 않았지만, 이러한 특성을 갖는 Fabry-Perot 필터는 서로 마주보는 두 개의 반 투명 거울들과 이 반 투명 거울들간의 거리를 조절하는 압전소자를 포함하고 있다. 이 압전소자는 도 4에 도시된 바와 같은 램프신호를 공급받아 거울들간의 거리를 조절한다. 이 도 4에서의 X축은 시간을 나타내며, Y축은 램프신호의 전압값을 나타낸다. 전압이 선형적으로 증가함에 따라 이를 공급받는 압전소자는 이 반 투명 거울들간의 거리를 서서히 좁히게 되고, 특정 거리에서 이 반 투명 거울들에 공급된 반사광이 이 반 투명 거울 통과하게 된다. 이 반사광이 이 반 투명 거울들을 통과하여 출력되는 때의 시간 및 전압에 근거하여 이 반사광의 주파수를 산출할 수 있다.

예를 들어, 어느 하나의 감지광학격자센서(SG)가 30℃의 기준 온도에서의 반사 파장값이 1000nm이고, 이 기준 온도로부터 10℃씩 증가할때마다 이 반사 파장값이 10nm씩 증가한다고 가정하자. 그리고, 램프신호의 파형이 10초동안 0[V]에서 10[V]까지 선형적으로 증가하는 형태의 삼각파를 주기적으로 나타낸다고 가정하자. 그리고, 이 램프신호가 최소전압, 즉 0[V]일때 이 Fabry-Perot 필터가 800nm의 주파수를 갖는 광을 통과시키고, 이 램프신호가 최대전압, 즉 10[V]일때 이 Fabry-Perot 필터가 1000nm의 주파수를 갖는 광을 통과시키는 주파수 범위를 갖는다고 가정하자. 여기서, 앞서 언급된 바와 같이 투과 파장값을 선형적으로 변화시키는 Fabry-Perot 필터는 이 필터의 특성상 램프신호의 전압이 선형적으로 증가함에 따라 그 통과 주파수도 선형적으로 증가한다. 그러면, 이와 같은 가정하에서, 상기와 같은 특성의 감지광학격자센서(SG)로부터 제공된 반사광이 Fabry-Perot 필터를 통과할 때의 램프신호의 전압이 6[V]라고 가정하면, Fabry-Perot 필터의 특성에 근거하여 이 감지광학격자센서(SG)로부터 제공된 반사광의 주파수가 1050nm임을 알 수 있다. 이 주파수가 검출된 반사광은 수광부(212)로 공급되어 전기신호로 변환되는 바, 이때 반사광의 주파수가 1000nm에서 1050nm로 변환되었기 때문에 이 수광부(212)로부터 출력되는 전기신호의 피크 발생 시간이 변환된다. 상기 감지광학격자센서(SG)로부터의 반사광의 주파수가 1000nm에서 1050nm로 50nm증가하였으므로, 이로부터 이 감지광학격자센서(SG)에 가해진 온도가 기준 온도 30℃에서 50℃더 증가하였음을 알 수 있다. 즉, 6[V]의 전압이 가해진 시각에 이 감지광학격자센서(SG)가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도가 30℃에서 80℃로 상승하였음을 알 수 있다. 온도감시부(103)는 이 감지광학격자센서(SG)의 이러한 온도 변화를 수광부(212)로부터 발생된 전기신호의 피크 발생 시간으로부터 산출할 수 있다.

램프신호생성부(213)는 램프신호를 파장가변필터(211)인 Fabry-Perot 필터로 제공함과 아울러, 이 램프신호의 출력 타이밍에 동기된 타이밍펄스를 신호처리부(215)로 공급한다. 이 신호처리부(215)는 광학격자센서의 온도를 측정하는데 이 이 타이밍펄스를 더 이용할 수 있다.

즉, 이 신호처리부(215)는 상기 제 1 기준광학격자센서(RG1)에 의해 발생된 제 1 기준 전기신호, 제 2 기준광학격자센서(RG2)에 의해 발생된 제 2 기준 전기신호 및 감지광학격자센서(SG)들에 의해 발생된 전기신호를 각각 디지털신호 형태로 변환하고, 이 디지털신호형태의 제 1 기준 전기신호, 제 2 기준 전기신호 및 전기신호들의 피크를 서로 비교하고, 이 비교 결과에 따라 감지광학격자센서(SG)가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 산출하는데, 이때 이 신호처리부(215)는 이 타이밍펄스를 더 이용하여 이 특정 부위의 온도 변화를 산출할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(RG1, RG2)들을 포함하지 않을 수도 있는 바, 이와 같은 경우에 신호처리부(215)는 감지광학격자센서(SG)들로부터의 전기신호들만을 이용하거나, 또는 이 외에 타이밍펄스를 더 이용하여 이 피측정물의 특정부위의 온도를 산출할 수 있다.

본 발명에 사용된 광학격자센서(SG)들이 기존의 전기센서에 비해 우수한 점은 분배 센서(distrubuted sensor)의 구성이 가능하다는 점이다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 광섬유라인(600)에 다수의 광학격자센서들을 직렬로 형성한 경우에도, 각 광학격자센서들의 반사 파장값을 다르게 설정함으로써 광학격자센서로들로부터 제공된 반사광들을 서로 겹치지 않고 분리해낼 수 있다. 이와 같이 하나의 광섬유라인(600)을 이용하면서도 다수의 광학격자센서들로부터 제공된 반사광들의 파장을 분리하는 것은 파장분할다중화(wavelength division multiplexing, WDM), 시간분할다중화(time division multiplexing, TDM), 코드분할다중화(code division multiplexing, CDM), 공간분할다중화(spatial division multiplexing, SDM) 등의 기술, 또는 이들을 적절히 이들을 조합함으로써 가능하다.

특히, 본 발명에서는 이러한 다양한 다중화 기술보다 Fabry-Perot 필터를 사용함으로써 이러한 다중화 기술에서 발생되는 문제점을 해결할 수 있다. 예를 들어, 파장분할다중화는 WDM 소자의 특성에 의해서 성능이 크게 제한받으며, 시간분할이나 코드분할 등은 광학격자센서들간의 거리에 의해서 적용성이 제한받게 되는 단점이 있다. 그러나, 본 발명에서의 Fabry-Perot 필터를 이용한 복조시스템은 의 광신호를 파장축에서 시간축 차원으로 변환하여 측정하게 함으로써 기존기술의 단점을 극복하고 다수의 광학격자센서들로부터 측정 결과를 단시간에 효과적으로 검출할 수 있다. 다시 말하여, 이 Fabry-Perot 필터는 이의 파장변조가 수백 Hz 까지 가능하여 빠른 측정이 가능하다. 또한 0.1 ^oC 내외의 온도분해능을 달성할 수 있을 만큼 높은 정밀도를 자랑한다.

한편, 도 3에서의 Free spectral range(FSR)는 패스밴드가 반복되는 주기를 의미하는 것으로, 이 FSR의 크기를 조절함으로써 이 Fabry-Perot 필터가 한번에 처리할 수 있는 반사광들의 수, 결국 한 번에 처리할 수 있는 광학격자센서들의 수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 이 Fabry-Perot 필터의 FSR을 80nm로 설정하고 각 광학격자센서들의 반사 파장의 값을 2nm씩 차이가 나도록 광섬유라인(600)에 설치한다면, 이 Fabry-Perot 필터는 총 40개의 광학격자센서들로부터의 반사광들을 동시에 처리할 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용된 Fabry-Perot 필터는 외부 온도 변화의 영향을 받지 않도록 MEMS(Microelectromechanical System)기술로 제작되었다. 이로 인해 외부 온도가 변화하더라도 이 Fabry-Perot 필터의 밴드패스의 파장은 거의 변화하지 않는다.

수광부(212)는 InGaAs PIN 포토 다이오드(photo diode), 역바이어스 회로 및 비교 증폭기를 포함한다. 이 포토 다이오드로부터의 출력은 비교 증폭기에 의해 증폭되어 출력된다. 이 수광부(212)로부터의 증폭된 출력은 저역통과필터(214)를 거쳐 신호처리부(215)의 데이터 어퀴지션 보드(data aquisition board)로 공급된다. 이 데이터 어퀴지션 보드는 100kS/s의 샘플링 속도를 갖는 16채널 데이터 어퀴지션 보드로서, 이는 수광부(212)로부터의 증폭된 출력을 디지털 신호로 변환한다. 이 변환된 디지털 신호는 이 신호처리부(215)에 구비된 컴퓨터에 의해 읽혀진다. 이 컴퓨터는 이 디지털 신호를 LabVIEW^TM programming으로 신호 처리한다.

한편, 본 발명에서는 저역통과필터(214)를 사용하는 실시예와 사용하지 않는 실시예를 모두 포함한다.

이와 같이 구성된 본원발명의 온도측정장치를 이용하여 피측정물의 온도를 산출하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 12개의 광학격자센서들에 대한 특성을 나타낸 표이다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같은 12개의 광학격자센서들(RG1, RG2, SG1 내지 SG10)이 형성된 광섬유라인(600)을 준비한다. 이 12개의 광학격자센서들(RG1, RG2, SG1 내지 SG10) 중 2개는 패키징 처리된 제 1 및 제 2 기준광학격자센서(R1, RG2)이며, 나머지 10개는 피측정물의 특정 부위들(즉 12개의 부위들)에 설치되어 이 특정 부위들 각각의 온도 변화를 감지하기 위한 다수의 감지광학격자센서들(SG1 내지 SG10)이다. 도 6에 도시된 각 광학격자센서들의 반사 파장값은 동일한 기준 온도에서의 반사 파장값이다.

이이서, 광원(101)을 준비한다. 도 7은 광원(101)의 제원을 나타낸 표로서, 이 광원(101)은 상술된 SLD광원(101)이다. 이 SLD광원(101)의 제원은 도 7에 도시된 바와 같다. 이 SLD광원(101)의 중심파장 및 대역폭은 상술된 12개의 광학격자센서들의 반사 파장값을 모두 커버할 수 있을 만큼 크다.

다음으로, 파장가변필터(211)로서 Fabry-Perot 필터를 준비한다. 도 8은 Fabry-Perot 필터의 제원을 나타낸 표이고, 도 9는 Fabry-Perot 필터의 동작 특성을 나타낸 도면이다.

이 Fabry-Perot 필터는 1500nm의 중심 파장에서 도 8에 도시된 바와 같은 제원을 나타낸다. 도 8의 Tuning Voltage는 FSR의 크기와 일치한다. 즉, 도 9에서 10 [V]의 크기를 갖는 램프신호를 입력할 경우 이 Fabry-Perot 필터가 45nm 영역을 스캔할 수 있다는 의미이다. 본 발명에서는 Fabry-Perot 필터의 스캔 범위를 제한된 sample로 나누어 데이터를 저장하기 때문에 사용된 광학격자센서들의 반사 파장을 모두 커버할 수 있는 최소한의 파장 범위만을 스캔함으로써 정밀도를 높여야 한다. 실험에 사용된 광학격자센서들이 1540.08 ~ 1559.99nm 사이의 파장을 가지므로 20 nm이상 스캔할 수 있는 크기의 램프신호를 Fabry-Perot 필터로 입력하면 된다. 실험에 사용된 Fabry-Perot 필터의 변조신호는 4.5 Vpp의 크기를 갖는 2 Hz 램프신호였고 이때의 스캔범위는 약 25nm였다.

도 10은 Fabry-Perot 필터를 이용하여 12개의 광학격자센서들로부터의 반사광 신호를 복조하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

상술된 바와 같이 반사파장을 복조하기 위해 사용된 파장가변필터(211)인 Fabry-Perot 필터는 이에 인가된 램프신호의 전압의 크기에 따라 특정 파장만을 통과시키는 특징을 갖고 있다. 즉, 인가된 전압이 변하게 되면 Fabry-Perot 필터에 있는 공진기의 폭이 변하게 되어 통과하는 파장이 변하게 되는 것이다. 이 필터의 파장 스캔 범위는 광원(101)과 마찬가지로 실험에 사용된 광학격자센서들의 반사 파장값을 모두 커버할 수 있어야 한다.

도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 광학격자센서들로부터의 반사광 신호가 램프신호에 의해 변조된 파장가변필터(211)에 의해 스캔된다. 이후, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 수광부(212)는 Fabry-Perot 필터로부터의 출력을 전기신호로 변환함으로써 파장축의 신호를 시간축의 신호로 변환한다. 전압이 바뀜에 따라 Fabry-Perot 필터를 통과하는 파장이 이동하게 되고, Fabry-Perot 필터의 통과파장과 광학격자센서의 반사 파장이 일치하는 위치에서 수광부(212)의 출력이 최고값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 즉, 온도변화에 따른 반사 파장의 변화는 수광부(212) 출력의 피크의 변화를 관찰함으로써 확인할 수 있음을 의미한다.

이 수광부(212)로부터의 출력(피크 출력)은 신호처리부(215)에 공급되는 바, 이 신호처리부(215)는 가우시안 라인 피팅(Gaussian line-fitting) 알고리즘 및 이진검색 알고리즘을 이용하여 상기 전기신호의 피크를 보정한 후 검출함으로써 온도 측정의 정밀도를 높인다.

가우시안 라인 피팅 알고리즘은 하나의 광학격자센서에서 반사된 반사광 신호에 따른 수광부(212)로부터의 출력이 가우시안 모양이라 가정하고 가우시안 line-fitting을 수행한 후 피크를 검출하는 방법이다.

이 가우시안 라인 피팅 알고리즘을 이용한 피크 검출 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 11은 기준값 이상을 갖는 수광부(212)의 출력을 나타낸 도면이다.

파장가변필터(211)에 의해 스캔된 신호 중 하나의 FBG에서 반사된 신호만을 가우시안 모양이라고 가정하고 line-fitting을 수행한 후 피크를 검색하는 방법이기 때문에 스캔된 모든 부분에 대하여 피팅 과정을 수행할 수는 없다. 따라서 도 11에 도시된 바와 같이 일정한 기준값 이상을 갖는 데이터 부분만을 가우시안 모양이라고 가정하고 line-fitting을 수행한다.

도 12는 가우시안 함수 그래프를 나타낸 도면으로서, 이 도 12는 수학식 1의 가우시안 함수를 Matlab 프로그램을 이용하여 그린 것이다.

위 수학식 1의 a는 가우시안 함수의 크기를 결정하는 상수이고, b는 sampling을 결정하는 상수, c는 중심좌표를 결정하는 상수이다. 도 12의 그래프는 a와 b가 각각 1이고, c가 0인 경우의 가우시안 곡선이다. 도 11의 기준값 이상을 갖는 수광부(212)의 출력부분이 수학식 1의 가우시안 함수에 의해 그려진 곡선과 유사함을 확인할 수 있다. 따라서 신호처리부(215)의 컴퓨터에 입력된 수광부(212)의 출력의 전체 데이터 중 기준값 이상을 갖는 12개의 범위를 새로운 배열로 저장하고, 이 데이터에 대하여 line-fitting 알고리즘을 적용하였다.

도 13은 기준값 이상의 수광부(212)의 출력과 피팅 결과를 나타낸 도면으로서, 하나의 광학격자센서의 반사광 신호에 대한 수광부(212)의 출력에 대하여 가우시안 line-fitting을 취하였을 때 기준값 이상을 갖는 수광부(212)의 출력 데이터(검정)와 최적 피팅된 데이터(빨강)를 표현한 것이다. 이 도 13에서 알 수 있듯이, 수광부(212)의 출력 데이터와 최적피팅된 데이터가 거의 일치함을 확인할 수 있다.

도 14는 c값에 따른 피팅 결과와 mse 분포곡선을 나타낸 도면이다.

실험에 적용한 가우시안 line-fitting 과정은 다음과 같다. 우선 기준값 이상을 갖는 수광부(212)의 데이터가 개라고 할 때, 각각의 개의 데이터에 대하여 새로운 12개의 배열을 생성한다. 저장된 각 배열에 대하여 피팅을 수행하는데, 이때 각 배열에 저장된 데이터에 가우시안 함수의 c값을 변화시키며 피팅을 수행하게 된다. c값이 0일 경우의 피팅 결과는 도 14의 작은 그림 중 첫 번째 그림과 같고, c값이 일 경우의 피팅 결과는 세 번째 그림과 같게 된다. 이와 같이 c값을 0에서 까지 미소단위씩 증가시키며 피팅을 수행하게 되고, 이때의 각 피팅 결과에 대한 평균제곱오차(mean squared error, 이하 mse) 값을 계산하여 저장하게 된다. 저장된 mse 값 중 가장 작은 값을 가질 때의 c값이 최적피팅된 데이터의 피크라 가정하였다. 도 12의 큰 그림이 계산된 mse 값의 분포곡선이고, 가장 작은 값을 갖는 위치에서 그려진 그래프가 최적피팅된 순간의 데이터를 표현한 것이다.

피크 위치를 찾는데 사용된 mse는 아래의 수학식 2에 의해 계산되었다.

위 식에서 n은 배열에 저장된 데이터의 수이고, 는 수광부(212)의 출력 데이터, 는 피팅된 데이터를 의미한다.

그러나 이와 같이 가우시안 함수의 c값을 0부터 까지 미소단위씩 증가시키며 피팅을 수행하고, 각 피팅에 대한 결과로 mse값을 저장하여 그 중 가장 작은 값을 가질 때의 c값을 검색할 경우 굉장히 많은 연산을 필요로 하게 된다. 또한 c값을 증가시키는 미소단위가 작아질수록 컴퓨터가 수행해야 하는 연산의 수는 기하급수적으로 증가하게 되므로 실시간으로 데이터를 입력받고 신호처리 할 경우 일부 데이터를 잃을 수 있다. 따라서 시스템을 실시간으로 동작시키기 위해서는 c값을 증가시키는 미소단위를 일정값 이하로 낮출 수 없고, 이에 의해 구현할 수 있는 정밀도에 한계를 갖게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이진검색 알고리즘을 적용하였다.

도 15는 최소 mse를 찾기 위해 사용한 이전검색 과정을 나타낸 도면이다.

이진검색 알고리즘은 정렬된 데이터 배열에서 원하는 값을 찾을 때 사용하는 알고리즘이다. 도 15의 mse 분포곡선에서 검색해야 하는 데이터가 가장 작은 mse값을 가질 때의 c값 이므로 이진검색 알고리즘을 적용하여 적은 연산으로 원하는 값을 찾을 수 있다.

도 15는 이진검색 알고리즘을 설명하기 위한 그림이고, 이 알고리즘은 다음과 같은 과정을 거친다. mse 분포곡선이 도 15와 같다고 가정할 경우, 가우시안 함수의 c값이 0일 때를 A라 놓고, 일 때를 B, 그리고 A와 B의 중간일 때를 C라고 놓는다. C를 중심으로 미소단위만큼 작은 와 C, 그리고 미소단위만큼 큰 에 대하여 피팅을 수행한 후 세 점에서의 mse값을 비교한다. 세 점에서의 mse값이 같은값을 갖지 않는다는 가정 하에 세 가지 경우가 존재할 수 있다. 첫 번째 경우는 세 점에서의 mse값이 를 만족할 경우이다. 이때 최소 mse는 A와 C 사이에 존재하게 되고, 따라서 기존의 A값은 그대로 유지하고 B값에 C값을 입력한 후 새로 설정된 A와 B의 중심 위치를 C로 설정하게 된다. 두 번째 경우는 세 점에서의 mse값이 의 조건을 만족하는 경우이다. 이때 최소 mse는 C와 B 사이에 존재하게 되고, 따라서 A값에 C값을 입력하게 되고 기존의 B값은 그대로 유지된다. 새로 설정된 A와 B의 중심 위치를 새로운 C값으로 설정한다. 마지막으로 세 개의 mse값이 의 조건을 만족하는 경우이다. 이때의 C값이 바로 찾고자 했던 최소 mse값을 갖는 데이터의 피크 위치이다. 세 번째 경우를 만족할 때까지 이와 같은 연산을 되풀이하게 된다.

이진검색 알고리즘을 적용함으로써 가우시안 함수의 c값을 변화시키며 모든 mse값을 구한 후 최소값을 찾을 경우와 비교하여 피팅 과정에서 필요한 연산의 수를 이하로 줄일 수 있었고, 또한 샘플링에 의한 양자화 오차를 최소화 하는 효과를 얻을 수 있었다.

도 16은 본 발명의 감지광학격자센서들이 피측정물에 설치된 상태를 나타낸 도면으로서, 도 16에 도시된 바와 같이 총 10개의 감지광학격자센서들이 하나의 광섬유라인(600)에 직렬로 배열된 상태로 피측정물의 10개의 부위에 설치되어 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

101: 광원 102: 커플러
103: 온도감시부 111: 차폐수단
RG1, RG2: 기준광학격자센서 SG: 감지광학격자센서
211: 파장가변필터 212: 수광부
213: 램프신호생성부 214: 저역통과필터
215: 신호처리부 300: 인덱스 매칭 젤

Claims (18)

1. 다수의 주파수 범위를 갖는 광대역의 광을 출사하는 광원;
   피측정물에 설치되어 상기 광원으로부터의 광을 제공받는 광섬유라인;
   상기 광섬유라인에 형성되어 상기 광원으로부터 입사된 광으로부터 특정 파장의 광을 반사시키되, 상기 피측정물의 온도에 따라 다른 파장의 광을 반사하는 적어도 하나의 감지광학격자센서;
   상기 감지광학격자센서로부터 반사된 광의 파장을 분석하여 상기 감지광학격자센서가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 감시하는 온도감시부;
   상기 광원으로부터의 광을 상기 광섬유라인으로 전달함과 아울러, 상기 감지광학격자센서로부터의 반사된 광의 광량을 1/2로 줄여 상기 온도감시부로 전달하는 커플러;
   상기 커플러와 상기 감지광학격자센서 사이에 위치하도록 상기 광섬유라인에 형성되는 제 1 및 제 2 기준광학격자센서들을 포함하며;
   상기 온도감시부는, 일정 주기의 램프(ramp)신호를 이용하여 상기 커플러로부터 공급된 반사광을 스캐닝함으로써 이 반사광의 파장을 검출하는 Fabry-Perot 필터; 상기 Fabry-Perot 필터로부터의 광을 전기신호로 변환하는 수광부; 상기 수광부로부터의 전기신호를 분석하여 상기 감지광학격자센서가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 및 온도 변화를 산출하는 신호처리부; 상기 수광부로부터의 전기신호의 주파수를 필터링하여 상기 신호처리부로 공급하는 저역통과필터; 및, 상기 램프신호를 상기 Fabry-Perot 필터로 제공함과 아울러, 이 램프신호의 출력 타이밍에 동기된 타이밍펄스를 상기 신호처리부로 공급하는 램프신호생성부를 포함하며;
   상기 적어도 하나의 감지광학격자센서, 상기 제 1 기준광학격자센서 및 상기 제 2 기준광학격자센서는 동일한 온도 조건에서 서로 다른 파장의 광을 반사하도록 그들 각각의 반사 파장값이 다르게 설정되며;
   상기 제 1 및 제 2 기준광학격자센서들 각각은 외부의 온도에 영향을 받지 않도록 차폐수단에 의해 차폐되어 있으며; 그리고,
   상기 적어도 하나의 감지광학격자센서, 제 1 기준광학격자센서 및 제 2 기준광학격자센서들 중 상기 제 1 기준광학격자센서가 가장 낮은 반사 파장값을 가지고, 제 2 기준광학격자센서가 가장 높은 반사 파장값을 가지며;
   상기 광원은 상기 제 1 기준광학격자센서의 반사 파장값과 제 2 기준광학격자센서의 반사 파장값간의 차와 같거나 큰 파장범위를 포함하는 대역폭을 갖는 SLD(superluminescent diode)이며;
   상기 신호처리부는 상기 제 1 기준광학격자센서에 의해 발생된 제 1 기준 전기신호, 제 2 기준광학격자센서에 의해 발생된 제 2 기준 전기신호 및 감지광학격자센서에 의해 발생된 전기신호를 각각 디지털신호 형태로 변환하고, 이 디지털신호형태의 제 1 기준 전기신호, 제 2 기준 전기신호 및 전기신호의 피크를 서로 비교하고, 이 비교 결과에 따라 감지광학격자센서가 위치한 피측정물의 특정 부위의 온도 변화를 산출하며;
   상기 신호처리부는 가우시안 라인 피팅(Gaussian line-fitting) 알고리즘 및 이진검색 알고리즘들 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 전기신호의 피크를 보정하며;
   상기 적어도 하나의 감지광학격자센서들은 제 1 내지 제 10 감지광학격자센서들을 포함하며;
   상기 제 1 기준광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭(FWHM; Full Width at Half Maximum), 반사율 및 온도 민감도가 각각 1540.08[nm], 0.17[nm], 96.54[%] 및 0.74[pm/℃]이며;
   상기 제 2 기준광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭, 반사율 및 온도 민감도가 각각 1559.99[nm], 0.16[nm], 92.70[%] 및 0.63[pm/℃]이며;
   상기 제 1 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1542.09[nm], 0.18[nm] 및 95.75[%]이며;
   상기 제 2 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1543.04[nm], 0.17[nm] 및 95.56[%]이며;
   상기 제 3 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1545.19[nm], 0.17[nm] 및 94.79[%]이며;
   상기 제 4 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1547.21[nm], 0.195[nm] 및 95.97[%]이며;
   상기 제 5 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1549.22[nm], 0.17[nm] 및 90.83[%]이며;
   상기 제 6 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1551.33[nm], 0.18[nm] 및 94.84[%]이며;
   상기 제 7 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1553.09[nm], 0.27[nm] 및 96.09[%]이며;
   상기 제 8 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1554.99[nm], 0.16[nm] 및 93.29[%]이며;
   상기 제 9 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1556.80[nm], 0.15[nm] 및 92.67[%]이며;
   상기 제 10 감지광학격자센서의 반사 파장값, 반치전폭 및 반사율이 각각 1558.96[nm], 0.16[nm] 및 94.11[%]이며;
   상기 광섬유라인은 상기 커플러가 접속되는 광입사면과 이 광입사면의 반대편 끝단에 위치한 종단면을 포함하며;
   상기 광섬유라인의 코어와 동일한 굴절율을 갖는 인덱스 매칭 젤(index matching gel)이 상기 광섬유라인의 종단면에 형성된 것을 특징으로 하는 광학섬유를 이용한 온도측정장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제

Images