KR101620921B1 - Fluid Level Meter using Optical Fiber Cluster - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 센서헤드를 구성하는 2개의 광섬유 끝단 사이의 거리가 서로 다른 복수의 광섬유형 결합기의 집합체를 유체 내에 잠기게 한 후 동적 응답 범위의 절반 정도의 신호 감쇠를 보이는 광섬유 결합기를 검출하여 유체의 레벨을 측정할 수 있도록 한 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터에 관한 것이다.
The present invention relates to a fluid level meter using an optical fiber cluster, and more particularly, to a fluid level meter using an optical fiber cluster, in which a plurality of optical fiber type couplers having different distances between two optical fiber ends constituting a sensor head are immersed in a fluid, To a fluid level meter using an optical fiber cluster capable of detecting the level of fluid by detecting an optical fiber coupler exhibiting signal attenuation of about half of the range.
현재 선박 또는 해양 플랜트의 탱크 내의 유체 레벨은 측심관(sounding pipe)을 설치한 후 줄자나 봉을 집어넣어 레벨을 체크하고 있다.The level of the fluid in the tank of the present ship or offshore plant is checked by inserting a tape measure or rod after installing a sounding pipe.
선박 또는 해양 플랜트의 흘수 또는 트림(trim: 선박이 외부의 힘을 받아 이루는 이물과 고물의 흘수 차)도 소형선을 이용하여 육안으로 파악하고 있으며, 정밀한 측정을 위해서는 선박 또는 해양 플랜트에 접근하여 수동 게이지를 이용하여 계측하고 있다.The draft or trim of a ship or an offshore plant is also grasped visually by means of a small ship. For precise measurement, a ship or an offshore plant is approached and a manual gauge As shown in FIG.
종래의 유체의 레벨을 측정하는 장치에는 초음파 수위계, 압력 수위계, 정전용량 센서를 이용한 것 등이 있으나, 초음파 수위계나 압력 수위계는 유체가 탱크 내에 있지 않은 경우에는 설치 불가능하고, 정전용량 센서를 이용한 것은 응답속도가 느리고 무게가 무거우며 고가인 단점이 있었는바, 전기적인 안정성과 소자의 신뢰성이 보장되는 광섬유를 이용한 방식에 대한 연구가 이루어지고 있다.There are ultrasonic level gauges, pressure gauges, and capacitance gauges that measure the level of conventional fluids. However, ultrasonic gauges and pressure gauges can not be installed when the fluid is not in the tank. There is a disadvantage in that the response speed is slow, the weight is heavy, and the cost is high. Therefore, researches on a method using an optical fiber that ensures the electrical stability and the reliability of the device are being conducted.
광섬유를 이용하여 유체의 레벨을 측정하는 기술의 일 예로서, 하기의 특허문헌 1에서는 '수위 및 누수 측정용 광섬유 센서'가 제안된 바 있고, 하기의 특허문헌 2에서는 '광섬유를 이용한 비만관 수위 측정 장치'가 제안된 바 있다.
As an example of a technique for measuring the level of a fluid using an optical fiber, a 'fiber optic sensor for water level and leakage measurement' has been proposed in
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광섬유 클러스터를 이용하여 선박 또는 해양 플랜트의 흘수 또는 트림과 탱크 내의 유체의 레벨 등을 자동으로 계측할 수 있게 하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of automatically measuring a draft or a trim of a ship or an offshore plant and a level of a fluid in a tank by using an optical fiber cluster.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터로서, 각각의 일측에 입력단 광섬유와 출력단 광섬유가 구비되고 타측에 센서헤드를 구성하는 두 개의 광섬유 끝단이 구비되는 복수의 광섬유형 결합기; 상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 입력단 광섬유에 빛을 입사시키는 발광부; 상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 출력단 광섬유의 광전력을 측정하는 광 파워미터;를 포함하며, 상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 상기 센서헤드의 상기 두 개의 광섬유 끝단 중의 하위의 광섬유 끝단 S1은 동일한 높이로 설치되고, 상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 상기 센서헤드의 상기 두 개의 광섬유 끝단 중의 상위의 광섬유 끝단 S2는 서로 다른 높이로 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fluid level meter using an optical fiber cluster, the fluid level meter including a plurality of optical fibers each having an input end optical fiber and an output end optical fiber on one side and two optical fiber ends constituting a sensor head on the other side Fiber optic coupler; A light emitting unit for injecting light into an input optical fiber of each of the plurality of optical fiber type couplers; And an optical power meter for measuring optical power of an output end optical fiber of each of the plurality of optical fiber type couplers, wherein a lower optical fiber end S1 of the two optical fiber ends of the sensor head of each of the plurality of optical fiber type couplers has the same height And the upper optical fiber ends S2 of the two optical fiber ends of the sensor head of each of the plurality of optical fiber type couplers are installed at different heights.
여기서, 상기 복수의 광섬유형 결합기의 출력단 광섬유의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시되는 표시부;를 더 포함하고, 상기 표시부에는 상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 상위 광섬유 끝단 S2와 하위 광섬유 끝단 S1 사이의 높이 차이의 순서대로 각각의 출력단 광섬유의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The display unit may further include a display unit for displaying a signal corresponding to an optical power decay rate of an output end optical fiber of the plurality of optical fiber type couplers, wherein the display unit includes a plurality of optical fiber type couplers And a signal corresponding to the optical power decay rate of each output-stage optical fiber is displayed in the order of height difference.
여기서, 상기 복수의 광섬유형 결합기 각각은, 상기 센서헤드의 하위의 광섬유 끝단 S1에 70%의 광전력이 전달되고, 상기 센서헤드의 상위의 광섬유 끝단 S2에 30%의 광전력이 전달되도록 입사광을 분배하는 것을 특징으로 할 수 있다.Each of the plurality of optical fiber type couplers transmits 70% of the optical power to the optical fiber end S1 of the sensor head and transmits the optical power of 30% to the optical fiber end S2 of the sensor head, And the like.
여기서, 상기 발광부는 GaAs 적외선 발광 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the light emitting unit may include a GaAs infrared light emitting diode.
여기서, 상기 광 파워미터는, 광전변환소자, 신호인식보드 및 신호처리기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the optical power meter may include a photoelectric conversion element, a signal recognition board, and a signal processor.
여기서, 상기 광전변환소자는 Ge 포토 다이오드 또는 Si 포토 다이오드인 것을 특징으로 할 수 있다.
Here, the photoelectric conversion element may be a Ge photodiode or an Si photodiode.
본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터에 의하면, 광섬유 클러스터를 이용하여 선박 또는 해양 플랜트의 흘수 또는 트림과 탱크 내의 유체의 레벨 등을 자동으로 계측할 수 있어, 전기적인 안정성과 소자의 신뢰성이 보장되며 부피가 작고 내식성이 우수한 유체 레벨미터를 제공할 수 있는 효과가 얻어진다.
According to the fluid level meter using the optical fiber cluster according to the present invention, it is possible to automatically measure the draft or the trim of the ship or the offshore plant and the level of the fluid in the tank by using the optical fiber cluster, It is possible to provide a fluid level meter having a small volume and excellent corrosion resistance.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터의 표시부를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터에 사용된 광섬유형 결합기를 도시한 개략도,
도 4는 하나의 광섬유형 결합기의 출력단의 광전력을 측정하기 위한 구성을 도시한 개략도,
도 5는 하나의 광섬유형 결합기의 출력단의 전기적인 신호 응답 특성을 도시한 그래프.1 is a schematic view of a fluid level meter using an optical fiber cluster according to the present invention,
2 is a schematic view showing a display unit of a fluid level meter using an optical fiber cluster according to the present invention,
3 is a schematic view showing a fiber optic coupler used in a fluid level meter using an optical fiber cluster according to the present invention,
4 is a schematic view showing a configuration for measuring optical power at the output end of one optical fiber type coupler,
5 is a graph showing an electrical signal response characteristic of an output terminal of one optical fiber type coupler.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the present invention is not limited to the embodiments.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터에 사용된 광섬유형 결합기(1)의 구성을 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of a fiber
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터에 사용된 광섬유형 결합기를 도시한 개략도이다.
FIG. 1 is a schematic view of a fluid level meter using an optical fiber cluster according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic view showing a fiber optic type coupler used in a fluid level meter using an optical fiber cluster according to the present invention.
본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터(1)는 복수의 광섬유형 결합기(10), 복수의 광섬유형 결합기(10) 각각의 입력단 광섬유(11)에 빛을 입사시키는 발광부(20), 복수의 광섬유형 결합기(10) 각각의 출력단 광섬유(12)의 광전력을 측정하는 광 파워미터(30)를 포함한다.
A
광섬유(Optical Fiber)란, 빛의 굴절률이 내부는 높고 외부는 낮게 구성되어 섬유 내부에서 전반사 광학 현상이 일어나도록 형성된 직경 0.1㎜ 정도의 가는 섬유를 말한다.An optical fiber is a fine fiber having a diameter of about 0.1 mm formed so that the refractive index of light is high inside and the outside is made low so that total optical phenomenon occurs inside the fiber.
위 현상을 이용하여 빛을 전송할 때 광손실을 줄이기 위하여 투명도가 고도로 높은 재료가 필요하며, 고순도의 석영이나 광학적 성질이 우수한 고분자재료를 사용한다.In order to reduce light loss when transmitting light using the above phenomenon, highly transparent material is required, and high-purity quartz or a polymer material having excellent optical properties is used.
구조는 보통 중앙의 코어(core)라고 하는 부분을 주변에서 클래딩(cladding)이라고 하는 부분이 감싸고 있는 이중원기둥 모양을 하고 있다. 그 외부에는 충격으로부터 보호하기 위해 합성수지 피복을 1∼2차례 입힌다.The structure usually has a double cylindrical shape in which a portion called a core is surrounded by a portion called a cladding. In order to protect the outside from impact, the synthetic resin coating is applied once or twice.
보호 피복을 제외한 전체 크기는 지름 백∼수백μm(1μm은 1/1000mm)로 되고, 코어 부분의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 높게 되어 있어서, 빛이 코어 부분에 집속되어 잘 빠져나가지 않고 진행할 수 있게 되어 있다.
The total size except for the protective coating is in the range of 100 to 100 μm (1 μm is 1/1000 mm), and the refractive index of the core portion is higher than the refractive index of the cladding so that light can be focused on the core portion have.
방향성 결합기는 두 개의 인접한 광 도파로로 구성되며 두 도파로의 소산장의 중첩에 의하여 광 결합이 일어나는 것으로서, 광섬유형 결합기(10)는 이러한 방향성 결합기의 일종이다(도 3 참조).The directional coupler is composed of two adjacent optical waveguides, and optical coupling is caused by superposition of dissipative fields of two waveguides. The
광섬유형 결합기(10)의 일측에는 입력단 광섬유(11)와 출력단 광섬유(12)가 구비되고, 타측에는 센서헤드를 구성하는 두 개의 광섬유 끝단이 구비되며, 중앙부에는 광 결합이 일어나는 광 결합영역(13)이 구비된다.
The
발광부(20)는 광섬유형 결합기(10)의 입력단 광섬유(11)에 빛을 입사시키는 기능을 하는 부분으로서, 본 실시예에서는 발광 다이오드를 이용하여 빛을 입사시키며, GaAs 적외선 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
The
입력단 광섬유(11)로 입사된 입사광은 광 결합영역(13)에서 결합비에 의해 m:n으로 나뉘어져 센서헤드를 구성하는 두 개의 광섬유 끝단인 S1과 S2로 진행한다.The incident light incident on the input end
센서헤드의 끝단 면은 광섬유 코어(n1)와 n2 굴절률을 가지는 외부 물질의 경계면이 된다. 굴절률이 다른 두 매질의 경계면에서는 스넬의 법칙에 따른 입사파, 반사파, 투과파가 생긴다. 경계면에서의 반사도는 입사각 θi와 굴절률 n2의 함수로 표현되며, 입사각이 일정할 경우 외부물질의 굴절률에 전적으로 의존한다. 공기에 비하여 액체의 굴절률이 상대적으로 크므로 제안된 센서는 수위를 측정하는 소자로 충분히 활용할 수 있음을 알 수 있다.The end face of the sensor head is an interface between the optical fiber core (n 1 ) and an external material having a refractive index n 2 . At the interface between the two media with different refractive indices, incident waves, reflected waves, and transmitted waves are generated according to Snell's law. The reflection at the interface is expressed as a function of the incident angle θ i and the refractive index n 2 , and depends entirely on the refractive index of the external material when the incident angle is constant. Since the refractive index of the liquid is relatively larger than that of air, the proposed sensor can be used as a device for measuring the water level.
반사파의 광 전력(Pr)은 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.The optical power P r of the reflected wave can be expressed by the following equation (1).
Pr = 10 log R [dB] (수학식 1)P r = 10 log R [dB] (Equation 1)
여기서 R은 경계면에서의 반사도를 의미한다. 센서헤드의 끝단이 굴절률이 다른 물질에 접촉된다면 반사광전력의 변화가 생기며 이를 아래의 수학식 2의 소멸비(Er)로 나타내어 센서의 민감도를 비교할 수 있다.Where R is the reflectivity at the interface. When the end of the sensor head is contacted with a material having a different refractive index, a change in the reflected light power occurs, and the sensitivity can be compared with the extinction ratio (E r ) of
여기서 Pr1과 Pr2는 각각 서로 다른 굴절률을 가진 n2에 광섬유 센서 헤드가 접촉되었을 때의 반사광 전력을 나타낸다. 광 결합기의 광 분배비가 달라지면 각각의 센서헤드가 가지는 광 전력이 달라지므로 센서의 민감도를 조절하는 파라미터로 활용할 수 있다.
Where P r1 and P r2 represent the reflected light power when the optical fiber sensor head is in contact with n 2 having different refractive indexes. If the optical splitting ratio of the optical coupler is different, the optical power of each sensor head is changed, so that it can be used as a parameter for controlling the sensitivity of the sensor.
도 4는 하나의 광섬유형 결합기의 출력단의 광전력을 측정하기 위한 구성을 도시한 개략도이고, 도 5는 하나의 광섬유형 결합기의 출력단의 전기적인 신호 응답 특성을 도시한 그래프이다.
FIG. 4 is a schematic view showing a configuration for measuring the optical power of the output terminal of one optical fiber type coupler, and FIG. 5 is a graph showing electrical signal response characteristics of the output terminal of one optical fiber type coupler.
광섬유형 결합기(10)의 센서헤드가 유체 내에 잠길때 S1이 먼저 잠기도록, 센서헤드를 구성하는 두 개의 광섬유 끝단인 S1과 S2 중에서 S1이 S2보다 하부에 설치된다.S1 is installed below S2 when the sensor head of the optical
광 파워미터(30)는 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)의 광전력을 측정하는 기능을 하는 것으로서, 센서헤드의 하위 광섬유 끝단 S1과 상위 광섬유 끝단 S2가 유체에 잠긴 상태에 따른 광손실을 측정하게 되며, 도 4에 도시된 바와 같이, 광전변환소자(31), 신호인식보드(32) 및 신호처리기(33)를 포함한다.The
광전변환소자(31)는 광전효과를 이용하여 빛신호를 전기신호로 바꾸는 소자로서, 본 실시예에서는 Ge 포토 다이오드가 사용되나, Si 포토 다이오드가 사용될 수도 있다.The
이하, 본 실시예에서는 유체로서 물을 사용하는 경우를 가정하여 설명하도록 한다.
Hereinafter, the present embodiment will be described on the assumption that water is used as the fluid.
도 5는 S1의 광 분배비가 70%인 경우 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)의 광전력을 측정하여 얻은 전기적인 신호 응답 특성이다.5 is an electrical signal response characteristic obtained by measuring the optical power of the output
광섬유형 결합기(10)의 센서헤드를 구성하는 두 개의 광섬유 끝단인 S1과 S2가 모두 공기 중에 노출되었을 때 광 파워미터(30)로 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)의 광전력을 측정하여 얻은 출력전압은 3.3 V 정도이다.When both the ends S1 and S2 of the two optical fibers constituting the sensor head of the
S1만 물에 잠긴 경우, 출력단 광섬유(12)의 광전력을 측정하여 얻은 출력전압은 1.25 V 정도 감소된다.When only S1 is immersed in water, the output voltage obtained by measuring the optical power of the output stage
그리고, S1과 S2가 동시에 물에 잠긴 경우는 출력단 광섬유(12)의 광전력을 측정하여 얻은 출력전압이 1 V 까지 떨어진다.When S1 and S2 are simultaneously immersed in water, the output voltage obtained by measuring the optical power of the output stage
즉, 2.3 V 정도의 동적 응답 범위에서 S1만 물에 잠긴 경우 절반 정도의 신호 감쇠를 보이게 되는바, S1만 물에 잠긴 경우와 S1과 S2가 동시에 물에 잠긴 경우를 쉽게 구별할 수 있는 조건을 갖게 된다.
That is, when only S1 is immersed in the dynamic response range of about 2.3 V, the signal attenuation is about half that of S1, so that S1 can be easily distinguished from the case where S1 is immersed in water and S2 is simultaneously immersed in water .
본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터(1)에서는 복수의 광섬유형 결합기(10)를 결합하여 유체의 레벨을 검출한다.In the fluid level meter (1) using the optical fiber cluster according to the present invention, a plurality of optical fiber type couplers (10) are combined to detect the fluid level.
이러한 광섬유 클러스터는 부피가 작은바 삽입 또는 설치가 용이한 이점이 있다.Such an optical fiber cluster has an advantage that it is easy to insert or install a bulky bar.
복수의 광섬유형 결합기(10)의 광 결합영역(13)은 한 곳에 모여지도록 설치되며, 복수의 광섬유형 결합기(10) 각각의 센서헤드의 하위 광섬유 끝단 S1은 동일한 높이로 설치되고, 상위 광섬유 끝단 S2는 서로 다른 높이로 설치된다.The
이때, 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치는 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터(1)로 측정할 수 있는 최대 깊이의 위치가 되는바, 센서헤드를 구성하는 광섬유는 측정 범위를 고려하여 충분한 길이를 갖도록 구성해야 한다.At this time, the position where the lower optical fiber end S1 is installed is the position of the maximum depth that can be measured by the
그리고, 서로 다른 높이로 설치되는 복수의 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2 중에서 가장 높은 위치에 설치된 것이 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터(1)로 측정할 수 있는 최고 수위의 위치가 되게 된다.The highest position of the upper optical fiber ends S2 of the plurality of optical
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터(1)에 사용된 복수의 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2는 각기 다른 높이로 설치되는데, N 개의 광섬유형 결합기(10)가 사용된 경우, 가장 상부에 설치된 상위 광섬유 끝단 S2의 위치와 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치 사이(이하, H로 표시합니다)를 N 등분한 높이 차이마다 하나씩의 상위 광섬유 끝단 S2이 설치되는 것이 바람직하다.As described above, the upper optical fiber ends S2 of the plurality of optical
즉, 1번 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2은 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치에서 H/N 만큼 높은 위치에 설치되고, 2번 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2는 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치에서 2H/N 만큼 높은 위치에 설치되며, N-1번 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2는 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치에서 (N-1)H/N 만큼 높은 위치에 설치되고, N번 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2는 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치에서 H 만큼 높은 위치에 설치되게 된다.That is, the upper optical fiber end S2 of the first optical
따라서, 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터(1)로 측정할 수 있는 최대 깊이로부터 최고 수위(H) 사이에서 유체의 레벨을 H/N 만큼의 높이 차이마다 검출할 수 있는 조건을 갖게 된다.Therefore, the fluid level can be detected from the maximum depth H to the maximum depth H which can be measured by the
상기에서는 균등한 높이 차이를 갖도록 H를 N 등분한 높이 차이마다 하나씩의 상위 광섬유 끝단 S2이 설치되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 특정 유체 레벨에서의 민감도를 향상시킬 필요가 있는 경우 등에는 그 레벨 부근에 상대적으로 더 많은 상위 광섬유 끝단 S2을 보다 촘촘하게 설치할 수도 있다.
In the above description, one upper optical fiber end S2 is provided for each height difference of N divided by H so as to have an equal height difference. However, the present invention is not limited to this, and it is necessary to improve the sensitivity at a certain fluid level The upper optical fiber end S2 can be provided more closely in the vicinity of the level.
본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터(1)는 표시부(40)를 더 포함할 수 있다.The fluid level meter (1) using the optical fiber cluster according to the present invention may further include a display unit (40).
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터의 표시부를 도시한 개략도이다.
2 is a schematic view showing a display unit of a fluid level meter using an optical fiber cluster according to the present invention.
표시부(40)는 복수의 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시되는 부분이다.The
표시부(40)에는 복수의 광섬유형 결합기(10) 각각의 상위 광섬유 끝단 S2와 하위 광섬유 끝단 S1 사이의 높이 차이의 순서대로 각각의 출력단 광섬유(12)의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시된다.In the
도 2에서, 최하부에 위치하는 표시구는 상위 광섬유 끝단 S2가 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치에서 H/N 만큼 높은 위치에 설치되는 1번 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시되고, 최하부에서 두번째에 위치하는 표시구는 상위 광섬유 끝단 S2가 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치에서 2H/N 만큼 높은 위치에 설치되는 2번 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시된다.2, the indicator located at the lowermost part has the optical power of the output
마찬가지로, 최상부에서 두번째에 위치하는 표시구는 상위 광섬유 끝단 S2가 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치에서 (N-1)H/N 만큼 높은 위치에 설치되는 N-1번 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시되고, 최상부에 위치하는 표시구는 상위 광섬유 끝단 S2가 하위 광섬유 끝단 S1이 설치되는 위치에서 H 만큼 높은 위치에 설치되는 N번 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시된다.
Likewise, the indicator located at the second position from the top is the output end of the (N-1) th
각 표시구는 출력단 광섬유(12)의 광전력 감쇠율에 따라 각기 다르게 작동된다.Each indicator is operated differently according to the optical power decay rate of the output stage
예를 들면, S1과 S2가 모두 공기 중에 노출된 상태(출력전압 3.3 V)이면 적색으로 점등되고, S1과 S2가 모두 물에 잠긴 경우(출력전압 1 V)는 청색으로 점등되며, S1만 물에 잠긴 경우(출력전압 2.05 V)는 점등되지 않도록 구성될 수 있다.For example, when both S1 and S2 are exposed to air (output voltage 3.3 V), they are lit in red. When S1 and S2 are both submerged in water (output voltage 1 V) (Output voltage 2.05 V) is not lit.
이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 표시부(40)에는 S1과 S2가 모두 물에 잠긴 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)에 연결된 하측의 표시구만 청색으로 점등되어, 사람이 해양 플랜트의 흘수 또는 트림과 탱크 내의 유체 레벨 등을 직관적으로 인식할 수 있게 된다.
In this case, as shown in Fig. 2, only the lower display portion connected to the output
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터(1)는 센서헤드의 상위 광섬유 끝단 S2가 하위 광섬유 끝단 S1으로부터 동일한 높이 차이로 설치되는 복수의 광섬유형 결합기(10)를 결합하여 유체의 레벨을 검출할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the
이때, 2번 광섬유형 결합기(10)의 하위 광섬유 끝단 S1은, 하위 광섬유 끝단 S1이 최하부에 설치되는 1번 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2과 같은 높이에 설치되고, 3번 광섬유형 결합기(10)의 하위 광섬유 끝단 S1은 2번 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2과 같은 높이에 설치되며, N번 광섬유형 결합기(10)의 하위 광섬유 끝단 S1은 N-1번 광섬유형 결합기(10)의 상위 광섬유 끝단 S2과 같은 높이에 설치되게 된다.At this time, the lower optical fiber end S1 of the second optical
광섬유 클러스터를 이와 같이 구성하게 되면, 표시부(40)는 다르게 설정될 수 있다.If the optical fiber cluster is configured in this way, the
예를 들면, S1과 S2가 모두 공기 중에 노출된 상태(출력전압 3.3 V)이면 점등되지 않고, S1과 S2가 모두 물에 잠긴 경우(출력전압 1 V)는 청색으로 점등되며, S1만 물에 잠긴 경우(출력전압 2.05 V)는 적색으로 점등되도록 구성될 수 있다.For example, if both S1 and S2 are exposed to air (output voltage 3.3 V), they will not light up. If both S1 and S2 are immersed in water (output voltage 1 V) When it is locked (output voltage 2.05 V), it can be configured to light up in red.
이 경우, 표시부(40)에는 S1과 S2가 모두 물에 잠긴 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)에 연결된 하측의 표시구는 청색으로 점등되고, S1만 물에 잠긴 광섬유형 결합기(10)의 출력단 광섬유(12)에 연결된 하나의 표시구만 적색으로 점등되어, 사람이 해양 플랜트의 흘수 또는 트림과 탱크 내의 유체 레벨 등을 직관적으로 인식할 수 있게 된다.
In this case, the lower display portion connected to the output
본 발명에 따른 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터는, 광섬유 클러스터를 이용하여 선박 또는 해양 플랜트의 흘수 또는 트림과 탱크 내의 유체의 레벨 등을 자동으로 계측할 수 있어, 전기적인 안정성과 소자의 신뢰성이 보장되며 부피가 작고 내식성이 우수한 유체 레벨미터를 제공할 수 있는 이점이 있다.
The fluid level meter using the optical fiber clusters according to the present invention can automatically measure the draft or trim of the ship or offshore plant and the level of the fluid in the tank by using the optical fiber clusters to ensure the electrical stability and the reliability of the device There is an advantage that a fluid level meter having a small volume and excellent corrosion resistance can be provided.
이상 본 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 수정 및 변형 가능한 것은 물론이다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or changes should be construed as being included within the scope of the present invention.
1: 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터
10: 광섬유형 결합기 11: 입력단 광섬유
12: 출력단 광섬유 13: 광 결합영역
20: 발광부
30: 광 파워미터 31: 광전변환소자
32: 신호인식보드 33: 신호처리기
40: 표시부
S1: 하위 광섬유 끝단 S2: 상위 광섬유 끝단1: Fluid level meter with fiber optic clusters
10: optical fiber type coupler 11: input end optical fiber
12: output end optical fiber 13: optical coupling area
20:
30: optical power meter 31: photoelectric conversion element
32: signal recognition board 33: signal processor
40:
S1: Lower optical fiber end S2: Upper optical fiber end
Claims (6)
각각의 일측에 입력단 광섬유와 출력단 광섬유가 구비되고 타측에 센서헤드를 구성하는 두 개의 광섬유 끝단이 구비되는 복수의 광섬유형 결합기;
상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 입력단 광섬유에 빛을 입사시키는 발광부;
상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 출력단 광섬유의 광전력을 측정하는 광 파워미터;를 포함하며,
상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 상기 센서헤드의 상기 두 개의 광섬유 끝단 중의 하위의 광섬유 끝단 S1은 동일한 높이로 설치되고,
상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 상기 센서헤드의 상기 두 개의 광섬유 끝단 중의 상위의 광섬유 끝단 S2는 서로 다른 높이로 설치되며,
상기 복수의 광섬유형 결합기의 출력단 광섬유의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시되는 표시부;를 더 포함하고,
상기 표시부에는 상기 복수의 광섬유형 결합기 각각의 상위 광섬유 끝단 S2와 하위 광섬유 끝단 S1 사이의 높이 차이의 순서대로 각각의 출력단 광섬유의 광전력 감쇠율에 따른 신호가 표시되는 것을 특징으로 하는, 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터.
A fluid level meter for detecting a level of fluid,
A plurality of optical fiber type couplers each having an input end optical fiber and an output end optical fiber on one side and two optical fiber ends constituting a sensor head on the other side;
A light emitting unit for injecting light into an input optical fiber of each of the plurality of optical fiber type couplers;
And an optical power meter for measuring optical power of an output end optical fiber of each of the plurality of optical fiber type couplers,
The lower optical fiber ends S1 of the two optical fiber ends of the sensor head of each of the plurality of optical fiber type couplers are installed at the same height,
The upper optical fiber ends S2 of the two optical fiber ends of the sensor head of each of the plurality of optical fiber type couplers are installed at different heights,
And a display unit for displaying a signal corresponding to an optical power decay rate of an output terminal optical fiber of the plurality of optical fiber type couplers,
Wherein a signal according to the optical power decay rate of each output optical fiber is displayed in the order of height difference between the upper optical fiber end S2 and the lower optical fiber end S1 of each of the plurality of optical fiber type couplers in the display unit Fluid level meter.
상기 복수의 광섬유형 결합기 각각은,
상기 센서헤드의 하위의 광섬유 끝단 S1에 70%의 광전력이 전달되고,
상기 센서헤드의 상위의 광섬유 끝단 S2에 30%의 광전력이 전달되도록 입사광을 분배하는 것을 특징으로 하는, 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of optical fiber type couplers comprises:
70% of the optical power is transmitted to the optical fiber end S1 of the lower part of the sensor head,
And distributes the incident light so that 30% of the optical power is transmitted to the optical fiber end S2 of the upper part of the sensor head.
상기 발광부는 GaAs 적외선 발광 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터.
The method of claim 3,
Wherein the light emitting unit comprises a GaAs infrared light emitting diode.
상기 광 파워미터는, 광전변환소자, 신호인식보드 및 신호처리기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터.
The method of claim 3,
Wherein the optical power meter comprises a photoelectric conversion element, a signal recognition board, and a signal processor.
상기 광전변환소자는 Ge 포토 다이오드 또는 Si 포토 다이오드인 것을 특징으로 하는, 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터.
6. The method of claim 5,
Wherein the photoelectric conversion element is a Ge photodiode or a Si photodiode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140155628A KR101620921B1 (en) | 2014-11-10 | 2014-11-10 | Fluid Level Meter using Optical Fiber Cluster |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020140155628A KR101620921B1 (en) | 2014-11-10 | 2014-11-10 | Fluid Level Meter using Optical Fiber Cluster |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101620921B1 true KR101620921B1 (en) | 2016-05-13 |
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|---|---|---|---|
| KR1020140155628A KR101620921B1 (en) | 2014-11-10 | 2014-11-10 | Fluid Level Meter using Optical Fiber Cluster |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR101620921B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743339C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-02-17 | Александр Владимирович Репин | Method for control of liquid level and type and fiber-optic signal indicator of liquid level and type for implementing this method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000266585A (en) | 1999-03-19 | 2000-09-29 | Tokyo Sanso Chisso Kk | Illuminance type level gage |
| KR101211364B1 (en) | 2010-10-04 | 2012-12-13 | 주식회사 우진 | level meter device with optical fiber |
-
2014
- 2014-11-10 KR KR1020140155628A patent/KR101620921B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2000266585A (en) | 1999-03-19 | 2000-09-29 | Tokyo Sanso Chisso Kk | Illuminance type level gage |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 손경락 외 1인, ‘광섬유형 방향성 결합기의 광 분배비를 이용한 수위 센서 연구’, 한국마린엔지니어링학회지, 제34권, 제6호, 2010.09., pp.846-851.* |
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| RU2743339C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-02-17 | Александр Владимирович Репин | Method for control of liquid level and type and fiber-optic signal indicator of liquid level and type for implementing this method |
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