KR101459266B1 - 발전기 고정자 진동을 측정하는 광학 센서 모듈 및 이를 이용한 진동 센서 장치 - Google Patents

발전기 고정자 진동을 측정하는 광학 센서 모듈 및 이를 이용한 진동 센서 장치 Download PDF

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김수기
박옥상
정석윤
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한국남부발전 주식회사
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    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
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Abstract

발전기 고정자의 진동을 측정하는 광학 센서 모듈을 개시한다. 광학 센서 모듈은 발전기 고정자에 결합된 수납용기; 수납용기 외부에 배치되어 제1 광을 생성하는 광원; 수납용기 내부에 배치되고, 입사광을 반사하는 반사렌즈; 광원에 의해 생성된 제1 광을 반사렌즈 방향으로 가이드하는 제1 광섬유; 반사렌즈에 의해 반사된 제1 광의 적어도 일부를 수납용기 외부로 가이드하는 제2 광섬유; 제2 광섬유에 의해 가이드된 제1 광의 광량에 대응하는 전압신호를 생성하는 광검출 소자; 및 제1 단부 및 제3 단부에 결합된 질량체를 포함하고, 발전기 고정자의 진동에 따른 전압신호를 출력할 수 있다.

Description

발전기 고정자 진동을 측정하는 광학 센서 모듈 및 이를 이용한 진동 센서 장치{OPTICAL SENSOR MODULE MEASURING GENERATOR STATOR VIBRATION AND VIBRATION SENSOR APPRATUS USING THEREOF}
본 발명은 발전기 고정자 진동을 측정하는 광학 센서 모듈 및 이를 이용한 진동 센서 장치에 관한 것으로, 발전기 고정자의 진동 정도를 측정하는데 사용할 수 있다.
발전소에서 사용되는 발전기는 터빈에서 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 핵심 설비이다. 발전기 고정자의 권선에서 발생하는 전류의 흐름으로 인한 열을 냉각시키기 위해 일반적으로 냉각수를 이용하여 고정자를 냉각시키는 방식이 사용된다. 그런데 발전기의 진동에 의해 발전기 고정자가 진동하는 경우, 고정자 권선 및 냉각수 펌프의 손상으로 인해 냉각수가 누수되어 누수로 인한 발전기의 절연 손상이 자주 발생하는 문제가 있다. 따라서 발전기에 사용되는 냉각수의 누수를 방지하기 위해, 발전기의 진동을 측정해야 하는 기구가 필요하다.
종래에는 이러한 발전기의 진동을 측정하기 위해, 압전형 진동센서, 동전형 진동센서 및 관성형 관성센서 등이 사용되고 있었다.
압전형 진동센서는 압전소자에 진동에 따라 변하는 힘이 가해졌을 때, 압전소자가 변형하게 되는데 이러한 변형량에 따른 전하밀도를 검출하여 가속도를 검출하여 진동을 측정하는 방식을 사용하는 진동센서이다.
동전형 진동센서는 도체가 진동에 따라 자계 속에서 이동하게 되는데, 이동 속도에 비례하여 기전력이 발생하게 되고, 상기 기전력을 검출하여 가속도를 검출하여 진동을 측정하는 방식을 사용하는 진동센서이다.
관성형 진동센서는 정지계를 기준으로 진동에 따라 움직이는 물체의 관성력을 통해 전류가 변하고, 이를 이용하여 가속도를 검출하여 진동을 측정하는 진동 센서이다.
상기에 기재된 기존의 진동 센서들은 진동을 감지하기 위해 진동센서 자체가 전압 또는 전류의 변화를 검출하였다. 그런데 발전기는 고압 기기로서 내부에 강한 자기장이 형성되게 되는데, 자기장의 영향으로 진동센서에서 유도전류 및 유도전압이 발생하게 된다. 이러한 유도전류 및 유도전압이 상기 진동센서가 검출하는 전압 또는 전류의 변화에 영향을 주게되어, 진동을 측정하는데 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.
또한, 상기 진동센서들은 신호를 출력하는 케이블로 전선을 사용하기 때문에, 상기 전선을 통해 검출되는 전압 또는 전류 역시 상기 자기장의 영향을 받아 진동을 측정하는데 오차를 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 발전기 고정자의 진동을 오차 없이 정확하게 측정함으로서, 발전기 진동에 따른 냉각수 누수의 문제를 방지하고 나아가 발전기의 손상을 방지하는 광학 센서 모듈 및 발전기 고정자 진동 센서 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 광학 센서 모듈은 수납용기, 광원, 반사렌즈, 제1 광섬유, 제2 광섬유, 광검출 소자 및 질량체를 포함할 수 있다. 상기 수납용기는 상기 발전기 고정자에 결합될 수 있다. 상기 광원은 상기 수납용기 외부에 배치되어 제1 광을 생성할 수 있다. 상기 반사렌즈는 상기 수납용기 내부에 배치되어 상기 수납용기에 결합될 수 있고, 입사광(제1 광)을 기설정된 방향으로 반사할 수 있다. 상기 제1 광섬유는 상기 수납용기 내부에 배치된 제1 단부 및 상기 수납용기 외부에서 상기 광원에 인접하게 배치된 제2 단부를 구비하고, 상기 제1 광을 상기 광원으로부터 수신받아 상기 반사렌즈 방향으로 가이드할 수 있다. 상기 제2 광섬유는 상기 수납용기 내부에 배치된 제3 단부 및 상기 수납용기 외부에 배치된 제4 단부를 구비하고, 상기 반사렌즈에 의해 반사된 제1 광의 적어도 일부가 입사되며, 입사된 제1 광을 상기 수납용기 외부로 가이드할 수 있다. 상기 광검출 소자는 상기 제2 광섬유의 상기 제4 단부에 인접하게 배치되어 상기 제2 광섬유로부터 가이드된 상기 제1 광을 수신받아 상기 제1 광의 광량에 대응하는 전압신호를 생성할 수 있다. 상기 질량체는 상기 수납공간 내부에 배치되고, 상기 제1 단부 및 상기 제3 단부에 결합될 수 있다.
하나의 실시예로 상기 광원은 LED광을 생성하는 LED 광원일 수 있다.
하나의 실시예로 상기 광학 센서 모듈은 광섬유보호부를 더 포함할 수 있다. 상기 광섬유케이블부는 상기 광원 및 상기 광검출 소자와 상기 질량체 사이에 배치될 수 있고, 내부에 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유를 수용할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 수납용기 및 상기 광섬유보호부는 내부의 상기 반사렌즈, 상기 질량체, 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유가 자기장의 영향을 받지 않는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 발전기 고정자의 진동을 측정하는 진동센서 장치는 제1 광학 센서 모듈; 외부 신호 변환기 및 제2 광학 센서 모듈을 포함할 수 있다.
상기 제1 광학 센서 모듈은 상기 발전기 고정자에 결합된 제1 수납용기, 상기 제1 수납용기 외부에 배치되어 제1 광을 생성하는 제1 광원, 상기 제1 수납용기 내부에 배치되고, 상기 제1 수납용기에 결합되며, 입사광을 기설정된 방향으로 반사하는 제1 반사렌즈, 상기 제1 수납용기 내부에 배치된 제1 단부 및 상기 제1 수납용기 외부에서 상기 제1 광원에 인접하게 배치된 제2 단부를 구비하고, 상기 제1 광을 상기 제1 광원으로부터 상기 제1 반사렌즈 방향으로 가이드하는 제1 광섬유, 상기 제1 수납용기 내부에 배치된 제3 단부 및 상기 제1 수납용기 외부에 배치된 제4 단부를 구비하고, 상기 제1 반사렌즈에 의해 반사된 제1 광의 적어도 일부가 입사되고, 입사된 제1 광을 상기 제1 수납용기 외부로 가이드하는 제2 광섬유, 상기 제2 광섬유의 상기 제4 단부에 인접하게 배치되고, 상기 제2 광섬유에 의해 가이드된 상기 제1 광의 광량에 대응하는 제1 전압신호를 생성하는 제1 광검출 소자 및 상기 제1 단부 및 상기 제3 단부에 결합된 제1 질량체를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로, 본 발명의 제2 광학 센서 모듈은 상기 발전기 고정자에 결합된 제2 수납용기, 상기 제2 수납용기 외부에 배치되어 제2 광을 생성하는 제2 광원, 상기 제2 수납용기 내부에 배치되고, 상기 제2 수납용기에 결합되며, 입사광을 기설정된 방향으로 반사하는 제2 반사렌즈, 상기 제2 수납용기 내부에 배치된 제5 단부 및 상기 제2 수납용기 외부에서 상기 제2 광원에 인접하게 배치된 제6 단부를 구비하고, 상기 제2 광을 상기 제2 광원으로부터 상기 제2 반사렌즈 방향으로 가이드하는 제3 광섬유, 상기 제2 수납용기 내부에 배치된 제7 단부 및 상기 제2 수납용기 외부에 배치된 제8 단부를 구비하고, 상기 제2 반사렌즈에 의해 반사된 제2 광의 적어도 일부가 입사되고, 입사된 제2 광을 상기 제2 수납용기 외부로 가이드하는 제4 광섬유, 상기 제4 광섬유의 상기 제8 단부에 인접하게 배치되고, 상기 제4 광섬유에 의해 가이드된 상기 제2 광의 광량에 대응하는 제2 전압신호를 생성하는 제2 광검출 소자 및 상기 제5 단부 및 상기 제7 단부에 결합된 제2 질량체를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 외부 신호 변환기는 상기 제1 광학 센서 모듈 및 상기 제2 광학 센서 모듈로부터 생성되는 전압신호를 전류신호로 변환하여 상기 진동센서 장치의 외부로 전송할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 발전기 고정자의 진동 정도를 측정할 수 있고, 특히 진동을 측정하기 위해 빛을 이용한 광센서를 사용함으로서 발전기에서 발생되는 자기장에 의한 유도전류 및 유도전압의 영향을 받지 않고도 상기 발전자 고정자의 진동을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광학 센서 모듈의 구성이 렌즈, 질량체, 광원 및 광섬유로 이루어져 소형이면서도 경량화되는 효과가 있다.
또한, 광학 센서 모듈의 구성이 간단하여 설치가 간편하고, 광학 센서 모듈의 제조 가격이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 광학센서 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 발전기 고정자가 진동할 경우 본 발명의 광학센서 모듈에 의한 빛의 경로를 예시로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 진동 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 진동 센서 장치에서 제1 광학 센서 장치 및 제2 광학 센서 장치의 배치를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포ㅌ함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 광학센서 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 발전기 고정자가 진동할 경우 본 발명의 광학센서 모듈에 의한 빛의 경로를 예시로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서 모듈은 수납용기(101), 광원(102), 반사렌즈(103), 제1 광섬유(104), 제2 광섬유(105), 광섬유보호부(106), 광검출 소자(107) 및 질량체(108)를 포함할 수 있다.
상기 수납용기(101)는 상기 발전기 고정자에 결합될 수 있다. 상기 수납용기(101)가 상기 발전자 고정자에 결합되어 고정됨으로서, 발전기 고정자가 진동하면 상기 진동에 대응하는 변위로 상기 수납용기(101)도 진동한다. 상기 수납용기(101)는 자기장의 영향을 받지 않고, 부식에 강한 비금속 물질로 형성될 수 있다.
상기 광원(102)은 발전자 고정자의 진동을 측정하기 위해 필요한 제1 광(111)을 생성할 수 있다. 일 실시예로, 상기 광원(102)은 특정 파장을 갖는 광을 생성하는 LED 광원일 수 있다.
상기 반사렌즈(103)는 상기 수납용기(101) 내부에 배치되어 상기 수납용기(101)와 결합될 수 있고, 상기 수납용기(101)가 진동하는 경우, 상기 수납용기(101)와 함께 진동할 수 있다. 상기 반사렌즈(103)는 입사광(예를 들어, 상기 제1 광(111))의 일부를 기설정된 방향으로 반사할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사렌즈는 입사된 제1 광의 일부를 제2 광섬유의 단부 방향으로 반사할 수 있다.
상기 제1 광섬유(104)는 상기 수납용기(101) 내부에 배치된 제1 단부 및 상기 수납용기 외부에서 상기 광원에서 인접하게 배치된 제2 단부를 구비할 수 있다. 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 제1 광섬유(104)의 양 단을 의미한다. 또한, 상기 제1 광섬유(104)는 상기 광원이 생성한 제1 광(111)을 수신하여 상기 반사렌즈(103) 방향으로 가이드 할 수 있다.
상기 제2 광섬유(105)는 상기 수납용기(101) 내부에 배치된 제3 단부 및 상기 수납용기(101) 외부에서 상기 광검출 소자(107)에 인접하게 배치된 제4 단부를 구비할 수 있다. 또한, 상기 제2 광섬유의 제3 단부로는 상기 반사렌즈(103)에 의해 반사된 상기 제1 광의 일부가 입사될 수 있다. 반사렌즈에 의해 반사된 상기 제1 광 중 일부는 상기 제3 단부를 통하여 상기 제2 광섬유(105) 내부로 입사되며, 상기 제2 광섬유(105)는 입사된 상기 제1 광(112)을 상기 수납용기(105) 외부로 가이드할 수 있다.
상기 광섬유보호부(106)는 상기 제1 광섬유(104) 및 상기 제2 광섬유(105)를 둘러쌀 수 있다. 광섬유는 일반적으로 유리 섬유이므로, 파손되거나 손상되기 쉽다. 상기 광섬유보호부(106)는 외부 충격으로부터 상기 제1 및 제2 광섬유를 보호할 수 있다. 일 실시예로, 상기 광섬유보호부는 상기 제1 및 제2 광섬유를 피복하고, 자기장에 영향을 받지 않는 비금속으로 이루어진 보호 튜브를 포함할 수 있다.
상기 광검출 소자(107)는 상기 제2 광섬유(105)의 상기 제4 단부에 인접하게 배치되어 상기 제2 광섬유(105)로부터 가이드된 상기 제2 광(112)을 수신받고, 상기 수신받은 제2 광(112)의 광량에 대응하는 전압신호를 생성할 수 있다.
상기 질량체(108)는 상기 수납용기(101)의 내부에 배치되고, 상기 제1 단부 및 상기 제3 단부에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반사렌즈는 상기 수납용기 중 제1 측벽의 내부면에 결합될 수 있고, 상기 제1 및 제2 광섬유의 단부들은 상기 제1 측벽과 마주보는 상기 수납용기의 제2 측벽에 형성된 개구를 통하여 상기 수납용기 내부에 배치될 수 있다. 상기 제2 측벽에 형성된 개구들의 직경은 상기 제1 및 제2 광섬유를 둘러싸는 상기 광섬유보호부(106)의 직경과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 발전기 고정자가 진동하는 경우, 이에 결합된 상기 수납용기 및 상기 수납용기에 결합된 반사렌즈가 상기 발전기 고정자와 함께 진동하게 된다. 한편, 상기 수납용기가 진동하는 경우, 상기 수납용기의 제2 측벽 개구부에 고정된 상기 제1 및 제2 광섬유 부분도 진동하게 된다. 하지만, 상기 질량체가 결합된 상기 제1 광섬유의 제1 단부 및 상기 제2 광섬유의 제3 단부는 질량체의 관성에 의해 상기 제2 측벽 개구부에 고정된 부분보다 작은 변위로 진동하게 되고, 그 결과 발전기 고정자의 진동에 따라 상기 제1 광섬유에 의해 가이드되는 제1 광의 진행 방향이 변경된다. 그리고 상기 제1 광섬유에 의해 가이드되는 제1 광의 진행 방향이 변경되는 경우, 상기 반사렌즈에 의해 반사된 제1 광의 진행 방향 역시 변경되고 되고, 그에 따라 상기 제2 광섬유에 입사되는 광의 광량 역시 변하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 광학 센서 모듈은 상기와 같이 제2 광섬유에 입사되는 광량의 차이를 이용하여 상기 상기 발전기 고정자의 진동 정도를 측정할 수 있다. 즉, 상기 광검출 소자(107)는 상기 제2 광섬유에 의해 가이드되는 광량에 따른 전압을 생성하므로, 상기 광검출 소자에 의해 출력되는 전압 세기에 의해 상기 발전기 고정자의 진동 정도를 확인할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수납용기(101) 및 상기 광섬유보호부(106)는 자기장의 영향을 받지 않는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 자기장의 영향을 받지 않는 물질은 비금속일 수 있다. 상기 수납용(101)기 및 상기 광섬유보호부(106)가 자기장의 영향을 받지 않음으로서 자기장에 의한 유도전류 및 유도전압이 흐르지 않게 되고 상기 발전기 고정자의 진동 정도 측정시 상기 유도전류 및 유도전압에 의한 영향을 받지 않아 정확한 발전기 고정자의 진동 변화에 따른 광량의 변화 측정이 가능하다.
일 실시예에 있어서, 상기 광학 센서 모듈의 구성요소들 중 상기 수납용기(101), 상기 반사렌즈(103) 및 상기 질량체(108)는 발전기 내부에 배치되고, 상기 광원 및 상기 광검출 소자(107)는 발전기 외부에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 광학 센서 모듈은 상기 발전기의 외측벽에 결합되고, 상기 제1 및 제2 광섬유를 상기 발전기 외부로 인출하는 개구가 형성되며, 자기장을 차단하는 자기장차단부(109)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 자기장차단부(109)는 플랜지를 포함할 수 있다. 상기 플랜지는 상기 발전기 고정자 부분에서 발생된 자기장으로부터 상기 광검출 소자(107)를 보호할 수 있다. 따라서, 상기 광검출 소자(107)를 통해 생성되는 전압신호는 상기 자기장의 영향을 받지 않아 상기 발전기 고정자의 진동 변화에 따른 광량의 변화를 오차없이 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 진동 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 진동 센서 장치에서 제1 광학 센서 장치 및 제2 광학 센서 장치의 배치를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서 장치(1000)는 제1 광학 센서 모듈(200); 제2 광학 센서 모듈(300); 및 외부 신호 변환기(400)를 포함할 수 있다.
상기 제1 광학 센서 모듈(200)은 제1 수납용기(201), 제1 광원(202), 제1 반사렌즈(203), 제1 광섬유(204), 제2 광섬유(205), 제1 광섬유보호부(206), 제1 광검출 소자(207) 및 제1 질량체(208)를 포함할 수 있다. 상기 제1 광섬유(204)는 상기 제1 수납용기(201) 내부에 배치된 제1 단부 및 상기 제1 수납용기(201) 외부에서 상기 제1 광원(202)에서 인접하게 배치된 제2 단부를 구비할 수 있다. 상기 제2 광섬유(205)는 상기 제1 수납용기(201) 내부에 배치된 제3 단부 및 상기 제1 수납용기(201) 외부에서 상기 제1 광검출 소자(207)에 인접하게 배치된 제4 단부를 구비할 수 있다.
상기 제1 광학 센서 모듈(200)의 구성은 상기 발전기 고정자의 수평진동을 측정할 수 있도록 설계될 수 있다. 상기 수평진동은 상기 발전기 고정자가 수평 방향으로 진동하는 것을 의미한다. 상기 발전기 고정자의 수평진동을 측정하기 위하여, 상기 제1 광학 센서 모듈(200)에 있어서, 상기 제1 광섬유(204)의 제1 단부 및 상기 제2 광섬유(205)의 제3 단부는 상기 제1 수납용기(201) 내부에서 상기 수평 방향으로 인접하게 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학 센서 모듈(200)의 상기 제1 광섬유(204)와 제2 광섬유(205)가 수평진동 방향으로 인접하게 배치된 것을 제외한 나머지 구성요소는 도 1에 도시된 광학 센서 모듈(100)의 각 구성요소와 동일하게 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 센서 모듈(200)은 제1 수납용기(201), 제1 광원(202), 제1 반사렌즈(203), 제1 광섬유(204), 제2 광섬유(205), 제1 광섬유보호부(206), 제1 광검출 소자(207) 및 제1 질량체(208)의 구성 및 동작은 상기 광학 센서 모듈(100)의 수납용기(101), 광원(102), 반사렌즈(103), 제1 광섬유(104), 제2 광섬유(105), 광섬유보호부(106), 광검출 소자(107) 및 질량체(108)의 구성 및 동작과 각각 동일할 수 있다. 각 구성 및 동작에 대한 설명의 중복 기재는 생략한다.
상기 제2 광학 센서 모듈(300)은 제2 수납용기(301), 제2 광원(302), 제2 반사렌즈(303), 제3 광섬유(304), 제4 광섬유(305), 제2 광섬유보호부(306), 제2 광검출 소자(307) 및 제2 질량체(308)를 포함할 수 있다. 상기 제3 광섬유(304)는 상기 제2 수납용기(301) 내부에 배치된 제5 단부 및 상기 제2 수납용기(301) 외부에서 상기 제2 광원(302)에서 인접하게 배치된 제6 단부를 구비할 수 있다. 상기 제4 광섬유(305)는 상기 제2 수납용기(301) 내부에 배치된 제7 단부 및 상기 제2 수납용기(301) 외부에서 상기 제2 광검출 소자(307)에 인접하게 배치된 제8 단부를 구비할 수 있다.
상기 제2 광학 센서 모듈(300)의 구성은 상기 발전기 고정자의 수직진동을 측정할 수 있도록 설계될 수 있다. 상기 수직진동은 상기 발전기 고정자의 수평 방향에 수직하는 수직방향으로의 진동을 의미한다. 상기 발전기 고정자의 수직진동을 측정하기 위하여, 상기 제2 광학 센서 모듈(300)에 있어서, 상기 제3 광섬유(304)의 제5 단부 및 상기 제4 광섬유(305)의 제7 단부가 상기 제2 수납용기(301) 내부에서 수직 방향으로 서로 인접하게 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 광학 센서 모듈(300)의 상기 제3 광섬유(304)와 제4 광섬유(305)가 수직 방향으로 인접하게 배치된 것을 제외한 나머지 구성요소는 도 1에 도시된 상기 광학 센서 모듈(100)의 각 구성요소와 동일하게 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 센서 모듈(300)은 제2 수납용기(301), 제2 광원(302), 제2 반사렌즈(303), 제3 광섬유(304), 제4 광섬유(305), 제2 광섬유보호부(306), 제2 광검출 소자(307) 및 제2 질량체(308)의 구성 및 동작은 상기 광학 센서 모듈의 수납용기(101), 광원(102), 반사렌즈(103), 제1 광섬유(104), 제2 광섬유(105), 광섬유보호부(106), 광검출 소자(107) 및 질량체(108)의 구성 및 동작과 각각 동일할 수 있다. 각 구성 및 동작에 대한 설명의 중복 기재는 생략한다.
상기 외부 신호 변환기(400)는 상기 제1 광학 센서 모듈(200)에 의해 발생한 제1 전압신호 및 상기 제2 광학 센서 모듈(300)에 의해 발생한 제2 전압신호를 수신하고, 이에 각각 대응하는 제1 전류신호 및 제2 전류신호로 생성할 수 있다. 일 실시예로, 상기 변환된 전류신호는 약 4 내지 20 mA의 크기를 가질 수 있다. 상기 외부 신호 변환기(400)를 통해 변환된 상기 전류신호는 원거리 전송에 유리하다는 효과가 있다.
본 발명의 진동센서 장치(1000)의 동작에 대해 설명한다. 상기 제1 광학 센서 모듈(200)에 의해 상기 발전기 고정자가 수평 방향으로 진동하는 정도가 측정되어 제1 전압신호로 출력될 수 있다. 또한, 상기 제2 광학 센서 모듈(300)에 의해 상기 발전기 고정자가 수직 방향으로 진동하는 정도가 측정되어 제2 전압신호로 출력될 수 있다. 상기 외부 신호 변환기(400)는 상기 제1 및 제2 전압신호를 수신할 수 있고, 수신한 상기 제1 및 제2 전압신호에 대응하는 4 내지 20mA 크기의 제1 전류신호 및 제2 전류신호를 발생시켜 이를 외부 시스템으로 전송할 수 있다. 상기 외부 시스템은 전송받은 전류신호를 종합하고 비교하여 상기 발전기 고정자의 진동을 측정할 수 있는 시스템이다.

Claims (8)

  1. 발전기 고정자의 진동을 측정하는 광학 센서 모듈에 있어서,
    상기 발전기 고정자에 결합된 수납용기;
    상기 수납용기 외부에 배치되어 제1 광을 생성하는 광원;
    상기 수납용기 내부에 배치되고, 상기 수납용기에 결합되며, 입사광의 일부를 기설정된 방향으로 반사하는 반사렌즈;
    상기 수납용기 내부에 배치된 제1 단부 및 상기 수납용기 외부에서 상기 광원에 인접하게 배치된 제2 단부를 구비하고, 상기 제1 광을 상기 광원으로부터 상기 반사렌즈 방향으로 가이드하는 제1 광섬유;
    상기 수납용기 내부에 배치된 제3 단부 및 상기 수납용기 외부에 배치된 제4 단부를 구비하고, 상기 반사렌즈에 의해 반사된 제1 광의 적어도 일부가 입사되고, 입사된 제1 광을 상기 수납용기 외부로 가이드하는 제2 광섬유;
    상기 제2 광섬유의 상기 제4 단부에 인접하게 배치되고, 상기 제2 광섬유에 의해 가이드된 상기 제1 광의 광량에 대응하는 전압신호를 생성하는 광검출 소자; 및
    상기 제1 단부 및 상기 제3 단부에 결합된 질량체를 포함하고,
    발전기 고정자의 진동을 측정하는 광학 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 LED 광원인,
    광학 센서 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원 및 광검출 소자와 상기 질량체 사이에 배치되고, 내부에 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유를 수용하는 광섬유보호부를 더 포함하는,
    광학 센서 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수납용기 및 상기 광섬유보호부는 자기장의 영향을 받지 않는 물질로 이루어진,
    광학 센서 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수납용기, 상기 반사렌즈 및 상기 질량체는 발전기 내부에 배치되고, 상기 광원 및 상기 광검출 소자는 발전기 외부에 배치되는,
    광학 센서 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발전기의 외측벽에 결합되고, 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유를 상기 발전기 외부로 인출하는 개구가 형성되며, 상기 발전기 내부의 자기장을 차단하는 자기장차단부를 더 포함하는,
    광학 센서 모듈.
  7. 광량에 따른 전압신호를 생성하는 제1 광학 센서 모듈; 및
    상기 전압신호를 전류신호로 변환하는 외부 신호 변환기를 포함하고,
    상기 제1 광학 센서 모듈은,
    발전기 고정자에 결합된 제1 수납용기;
    상기 제1 수납용기 외부에 배치되어 제1 광을 생성하는 제1 광원;
    상기 제1 수납용기 내부에 배치되고, 상기 제1 수납용기에 결합되며, 입사광의 일부를 기설정된 방향으로 반사하는 제1 반사렌즈;
    상기 제1 수납용기 내부에 배치된 제1 단부 및 상기 제1 수납용기 외부에서 상기 제1 광원에 인접하게 배치된 제2 단부를 구비하고, 상기 제1 광을 상기 제1 광원으로부터 상기 제1 반사렌즈 방향으로 가이드하는 제1 광섬유;
    상기 제1 수납용기 내부에 배치되고 수평방향으로 상기 제1 단부에 인접하게 배치된 제3 단부 및 상기 제1 수납용기 외부에 배치된 제4 단부를 구비하고, 상기 제1 반사렌즈에 의해 반사된 제1 광의 적어도 일부가 입사되고, 입사된 제1 광을 상기 제1 수납용기 외부로 가이드하는 제2 광섬유;
    상기 제2 광섬유의 상기 제4 단부에 인접하게 배치되고, 상기 제2 광섬유에 의해 가이드된 상기 제1 광의 광량에 대응하는 제1 전압신호를 생성하는 제1 광검출 소자; 및
    상기 제1 단부 및 상기 제3 단부에 결합된 제1 질량체를 포함하고,
    발전기 고정자의 진동을 측정하는 진동 센서 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발전기 고정자에 결합된 제2 수납용기;
    상기 제2 수납용기 외부에 배치되어 제2 광을 생성하는 제2 광원;
    상기 제2 수납용기 내부에 배치되고, 상기 제2 수납용기에 결합되며, 입사광의 일부를 기설정된 방향으로 반사하는 제2 반사렌즈;
    상기 제2 수납용기 내부에 배치된 제5 단부 및 상기 제2 수납용기 외부에서 상기 제2 광원에 인접하게 배치된 제6 단부를 구비하고, 상기 제2 광을 상기 제2 광원으로부터 상기 제2 반사렌즈 방향으로 가이드하는 제3 광섬유;
    상기 제2 수납용기 내부에 배치되고 상기 수평방향에 수직하는 수직방향으로 상기 제5 단부에 인접하게 배치된 제7 단부 및 상기 제2 수납용기 외부에 배치된 제8 단부를 구비하고, 상기 제2 반사렌즈에 의해 반사된 제2 광의 적어도 일부가 입사되고, 입사된 제2 광을 상기 제2 수납용기 외부로 가이드하는 제4 광섬유;
    상기 제4 광섬유의 상기 제8 단부에 인접하게 배치되고, 상기 제4 광섬유에 의해 가이드된 상기 제2 광의 광량에 대응하는 제2 전압신호를 생성하는 제2 광검출 소자; 및
    상기 제5 단부 및 상기 제7 단부에 결합된 제2 질량체를 포함하는 제2 광학 센서 모듈을 더 포함하는,
    진동 센서 장치.



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