KR101454871B1 - 분포형 수분 침투 감지를 위한 온도센서용 광케이블 - Google Patents

분포형 수분 침투 감지를 위한 온도센서용 광케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 센서용 광 케이블에 관한 것이다. 그러한 온도 센서용 광케이블은 광 케이블(10)과; 광 케이블(10)을 감싸는 내측튜브(20)와; 내측튜브(20)의 외주면에 배치되어 수분과 반응하여 열을 발생시키는 발열층(30)과; 그리고 발열층(30)의 외부를 감싸는 외측 튜브(40)를 포함한다.

Description

분포형 수분 침투 감지를 위한 온도센서용 광케이블{OPTICAL TEMPERATURE SENSOR CABLE FOR DISTRIBUTED WATER DETECTION}
본 발명은 온도센서용 광케이블에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 케이블의 전 구간 표면에 발열층을 형성함으로써 수분 침투시 발열반응을 유도하고, 이 반응에 의하여 발생 된 열을 감지함으로써 수분의 침투 여부 및 위치를 신속하게 파악할 수 있는 온도 센서용 광케이블에 관한 것이다.
통상적으로, 광 케이블은 광 신호를 전송할 수 있도록 코어의 외주면에 클래드를 형성한 구조로 되어있고, 빠른 신호전달과 길이 대비 노이즈의 감소 및 안정성 때문에 통신 분야뿐만 아니라 광을 이용한 각종 기기에 널리 이용되고 있다.
그리고, 빛이 광 케이블에 입사될 때 산란된 빛의 변화에 기초하여 광 케이블의 길이방향에 따른 온도분포가 측정되는 온도센서용 광케이블이 공지되어있다. 이러한 광 케이블은 온도측정대상의 표면 또는 내부공간에 광 케이블을 위치시킴으로써 온도측정대상의 온도 분포가 측정될 수 있다.
이러한 온도센서용 광케이블은 장거리에 걸쳐 온도를 측정할 수 있고, 전자장의 세기가 강한 환경에서도 넓은 범위의 온도를 측정할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 광 케이블을 이용하여 온도를 측정하기 위해서는 온도측정 대상의 길이 또는 면적에 걸쳐 온도 센서용 광케이블을 설치하여야 한다.
그런데, 종래에는 온도센서용 광케이블로서 일반적으로 통신용으로 제조된 광케이블이 사용되었는데, 통신용 광 케이블은 외부환경으로부터 광 케이블을 보호하기 위해서 광 케이블의 반경방향으로 절연물질이 다수 배치되어 있고, 외부 수분침투 감지를 위한 구조 및 구성 물질을 고려하지 않았기 때문에 외부 감지 대상물의 수분침투 변화를 효과적으로 감지하기 어렵다.
또한, 광 접속함 등에서 국부적으로 수분침투를 감지할 수 있는 센서의 예가 해외에 공개특허로 개시되어 있지만, 이는 광 케이블 전 구간에 걸친 수분침투를 감지하는 것이 아니고,정해진 장소만의 수분침투를 감지할 수 있다.
실용신안등록출원 제20-2009-5393호(명칭: 열도전성 수지를 외피로 사용한 광섬유 분포온도 측정용 센서용 광케이블)
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광 케이블의 전 구간 표면에 발열층을 형성함으로써 수분 침투시 발열반응에 의하여 발생된 열을 감지함으로써 수분의 침투 여부 및 위치를 신속하게 파악할 수 있는 온도 센서용 광케이블을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 광 케이블(10)과;
광 케이블(10)을 감싸는 내측튜브(20)와;
내측튜브(20)의 외주면에 배치되어 수분과 반응하여 열을 발생시키는 발열층(30)과; 그리고
발열층(30)의 외부를 감싸는 외측 튜브(40)를 포함하는 온도 센서용 광 케이블(10)을 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서용 광케이블은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 광 케이블의 표면에 발열층을 배치함으로써 수분이 침투하는 경우 발열반응에 의하여 다량의 열이 발생되고, 이 열이 광 케이블에 전달됨으로써 광 신호를 산란시켜서 수분의 침투 여부 및 위치를 신속하게 파악할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 발열층을 케이블의 표면에 코팅 혹은 도포하여 일체로 배치함으로써 수분 침투시 발생되는 열이 직접 케이블에 전달되어 수분의 침투여부를 신속하게 파악할 수 있다.
셋째, 수분침투 구간의 조치 완료 후,그 구간 만을 수분침투 감지용 온도센서 케이블로 재 포설하여 사용할 수 있으므로 다시 전 구간 케이블의 수분침투를 감지할 수 있다.
넷째, 홍수 등 자연재해에 의한 침수 또는 선박 등의 침수의 위치 및 진행 정도를 원격에서 감지하고 사전 조치를 통한 대형 재난을 사전에 방지할 수는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서용 광 케이블의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 온도 센서용 광케이블의 다른 실시예로서 중간튜브가 추가로 배치된 것을 보여주는 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 온도센서용 광케이블을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서용 광케이블(1)은 광 케이블(Optical cable;10)과; 광 케이블(10)을 감싸는 내측튜브(Inner tube;20)와: 내측튜브(20)의 외주면에 배치되어 수분과 반응하여 열을 발생시키는 발열층(30)과; 발열층(30)의 외부를 감싸는 외측 튜브(Outer tube;40)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 온도 센서용 광케이블(1)에 있어서, 광 케이블(10)은 통상적인 구조의 광 케이블을 의미한다. 즉, 전기 신호를 광선 신호로 바꾸어 유리섬유를 통하여 전달하는 케이블로서, 심(Core), 클래드(Clad), 재킷(Jacket)의 구조를 갖는다.
그리고, 이 광 케이블(10)은 다양한 용도로 사용되며, 본 발명에서는 일 예로서 수분 침투시 온도의 변화를 감지하기 위한 용도로 사용된다. 이러한 광 케이블(10)은 1가닥 혹은 복수의 가닥으로 배치될 수 있으며, 본 실시예에서는 1가닥의 광케이블(10)에 의하여 설명한다.
상기 내측튜브(20)는 내부에 중공(h)이 형성됨으로써 그 내부에 배치된 광케이블(10)을 외부의 장애물 혹은 간섭 등으로부터 보호하게 된다.
이러한 내측튜브(20)는 다양한 형태의 것이 적용가능하며, 예를 들면 금속 재질의 스파이럴 튜브(Spirial tube)가 적용될 수 있다. 이러한 스파이럴 튜브는 금속 스트립(Strip)이 나선형상으로 연속적으로 감김으로써 스프링과 같은 구조를 갖는다. 따라서, 스파이럴 튜브는 탄성력에 의하여 휨성 및 복원성이 우수하므로 내부에 배치된 광 케이블(10)을 효과적으로 보호할 수 있다.
또한, 광 케이블(10)을 설치할 때, 발생할 수 있는 외부 충격이나 인장에 효과적으로 대응할 수 있으며, 특히 꺽이거나 만곡된 구간 등에서 원활하게 설치될 수 있다.
한편, 발열층(30)은 수분 혹은 기름과 반응할 때 소정의 열을 발생시킴으로써 주위의 온도를 변화시키게 된다.
이러한 발열층(30)은 수산화 나트륨(NaOH;가성소다), 산화칼슘(CaO;생석회) 등의 발열반응 물질로 구성된다. 따라서, 수분 혹은 기름 등의 액체가 외측튜브(40)를 통하여 침투한 후 발열층(30)에 접촉하면 발열반응이 일어나고 이로 인하여 열이 발생하게 된다.
이 과정을 화학식으로 나타내면 다음과 같다. 즉, 가성소다의 경우 물과 반응하면 아래와 같이 다량의 열을 발생시킬 수 있다.
NaOH + H2O -> (Na+) + (OH-) + H2O + Heat. ------- 식1
그리고, 산화칼슘(생석회)의 경우 물과 반응하면 아래와 같이 다량의 열이 발생할 수 있다.
CaO + H2O ->Ca(OH)2 + Heat. ------- 식2
상기한 가성소다 혹은 생석회는 각각 독립적으로 발열층(30)을 형성하거나, 서로 일정 비율로 혼합되어 발열층(30)을 형성할 수 있다.
그리고, 상기한 발열제 이외에도 수분 혹은 기름과 반응하여 열을 발생시킬 수 있는 성분이면 모두 포함가능하다.
이러한 발열층(30)은 광 케이블(10)의 전 구간에 걸쳐서 적층됨으로써 발열반응이 진행되는 지점의 정보가 광 케이블(10)을 통하여 시스템에 전달될 수 있다.
따라서, 중앙 통제소에서는 광 케이블(10)을 통하여 전달되는 데이터를 분석함으로써 누수 혹은 누유가 발생한 지점을 용이하게 파악할 수 있다.
그리고, 발열층(30)이 내측튜브(20)의 외주면에 일체로 적층됨으로써 발열층(30)으로부터 발생된 열은 내측튜브(20)를 통하여 해당 위치의 광케이블(10)로 직접 전달될 수 있다. 따라서, 발열층(30)이 광케이블(10)과 별도로 분리되어 온도를 감지하는 기술에 비교하여 열 감지시간이 빠르고 위치 파악이 정확한 장점이 있다.
또한, 이러한 발열층(30)은 내측튜브(20)의 외주면에 발열물질을 도포하거나 코팅하는 방식으로 배치될 수도 있고, 혹은 발열층(30)을 별도로 원통형상으로 제조한 후 내측튜브(20)의 외측에 삽입하는 방식으로도 가능하다. 이는 광 케이블(10)의 규격 혹은 목적에 따라 적절하게 선택되어질 수 있다.
한편, 외측튜브(40)는 발열층(30)의 외부를 감싸므로써 외관을 형성한다. 이러한 외측튜브(40)는 금속끈 또는 금속 스트립으로 직조된 메쉬구조를 갖는다. 따라서, 외측튜브(40)는 유연성과, 인장력에 대한 높은 저항성을 갖음으로써 내측의 광케이블(10)과, 튜브와, 발열층(30)을 외부 충격이나 간섭으로부터 보호할 수 있다.
그리고, 외측튜브(40)는 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 백금, 텅스텐, 알루미늄합금, 알루미늄, 금, 구리, 은, 니켈, 아연 등의 순수금속 또는 이들을 포함하는 합금 등으로 형성될 수 있다.
이러한 외측튜브(40)는 메쉬구조를 갖음으로 외부의 수분 혹은 기름 등의 액체가 침투할 수 있으며, 침투한 액체는 상기한 발열층(30)과 반응하여 열을 발생시키게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서용 광케이블에 의하여 액체가 침투한 위치를 파악하는 과정을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 온도 센서용 광케이블(10)이 설치된 상태에서, 빗물 혹은 기름 등이 외측튜브(40)에 접촉하게 되면 이 액상성분들이 메쉬구조의 외측튜브(40)에 침투하게 된다.
외측튜브(40)를 침투한 액상성분들은 내측에 배치된 발열층(30)에 접촉하게 되고, 이러한 접촉에 의하여 발열반응이 진행될 수 있다.
즉, 발열층(30)이 가성소다 재질인 경우, 아래의 화학식과 같이 물과 반응함으로써 다량의 열이 발생될 수 있다.
NaOH + H2O -> (Na+) + (OH-) + H2O + Heat.
또한, 발열층(30)이 생석회 재질인 경우, 아래의 화학식과 같이 물과 반응함으로써 다량의 열이 발생될 수 있다.
CaO + H2O ->Ca(OH)2 + Heat. ------- 식2
이와 같이, 발열층(30)에서 발열반응으로 다량의 열이 발생하면, 주위로 열이 전달되어 온도가 상승하게 되고, 이러한 열은 광케이블(10)로 전달된다.
이때, 광 케이블(10)에는 광신호가 전송되고 있는 상태이다. 따라서, 광 케이블(10)에 전달된 열은 광 신호를 가변시키게 되고, 중앙 통제소에서는 이러한 광신호의 변화량을 감지함으로써 수분 혹은 기름의 침투를 확인할 수 있으며, 동시에 그 위치도 파악할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서용 광 케이블(10)은 수분과의 발열반응에 의하여 수분 침투 위치를 용이하게 파악할 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는 발열층(30)의 외부를 외측튜브(40)가 감싸는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 내측튜브(20)와 외측튜브(40)의 사이에 중간튜브(50)를 추가로 배치할 수도 있다.
이때, 중간튜브(50)는 다양한 재질로 형성할 수 있으며, 예를 들면 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 합성수지 소재로 이루어지거나, 알루미늄 박막 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 중간튜브(50)의 외주면에 발열층(30)이 적층됨으로써 중간튜브(50)와 외측튜브(40)의 사이에 발열층(30)이 배치되는 구조를 갖는다.
따라서, 수분 혹은 기름이 외측튜브(40)를 통하여 내측으로 침투하면, 발열층(30)과 반응하여 열이 발생하게 되고, 이 열은 중간튜브(50) 및 내측튜브(20)를 통하여 광 케이블(10)로 전달됨으로써 중앙 통제소에서는 수분이 침투한 위치를 용이하게 확인할 수 있다.
상기한 바와 같은 온도 센서용 광케이블(10)은 실내 환경 뿐만 아니라, 전력선, LNG탱크, 해상풍력발전, 오일 탱크(OilTank), 컨베이어 벨트 등과 같이 가혹한 조건의 환경에 설치되더라도 긴 수명 및 높은 신뢰성을 담보할 수 있다.
10: 광 케이블
20: 내측튜브
30: 발열층
40: 외측튜브
50: 중간튜브

Claims (5)

  1. 광 케이블(10)과;
    광 케이블(10)을 감싸는 내측튜브(20)와;
    내측튜브(20)의 외주면에 배치되어 수분과 반응하여 열을 발생시키는 발열층(30)과; 그리고
    발열층(30)의 외부를 감싸는 외측 튜브(40)를 포함하는 온도 센서용 광 케이블(10).
  2. 광 케이블(10)과;
    광 케이블(10)을 감싸는 내측튜브(20)와;
    내측튜브(20)의 외주면에 배치되는 중간튜브(50)와;
    중간튜브(50)의 외주면에 배치되어 수분과 반응하여 열을 발생시키는 발열층(30)과; 그리고
    발열층(30)의 외부를 감싸는 외측 튜브(40)를 포함하는 온도 센서용 광 케이블(10).
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발열층(30)은 액체와 반응하여 열을 발생시키는 발열물질로 형성되며, 발열물질은 가성소다 혹은 산화칼슘인 것을 특징으로 하는 온도 센서용 광 케이블(10).
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발열층(30)은 내측튜브(20)의 외주면에 도포 혹은 코팅방식에 의하여 일체로 배치됨으로써 발열시 열이 직접 내측튜브(20)를 통하여 광 케이블(10)에 전달되는 것을 특징으로 하는 온도 센서용 광 케이블(10).
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 외측튜브(40)는 메쉬구조인 것을 특징으로 하는 온도 센서용 광 케이블(10).

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