KR101970623B1 - 광센서를 이용한 유사휘발유 감지장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광센서를 이용한 유사휘발유 감지장치 및 방법에 관한 것으로 유사휘발유 감지를 위한 제1파장 대역을 가지는 제1광원; 상기 감지장치의 상태에 따른 손실 보정을 위한 제2파장 대역을 가지는 제2광원; 상기 제1광원과 제2광원을 결합시키는 WDM커플러; 상기 WDM커플러의 일단에 연결되고, 상기 광센서로 입력되는 입력광섬유; 상기 광센서는 제2파장대역을 가지는 제2광원을 반사시키고, 제1파장 대역을 가지는 제1광원은 통과시키는 필터부 및 유사휘발유를 센싱하는 센싱광섬유를 포함하고; 상기 필터부에 의해서 반사된 제2광원의 세기를 측정하여, 센싱광섬유를 통과한 제1광원의 세기를 보정하여, 유사휘발유 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

광센서를 이용한 유사휘발유 감지장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SENSING SIMILAR GASOLINE USING OPTICAL SENSOR}

본 발명은 유사휘발유 감지할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 광센서를 이용하여, 안전하고 정확하게 센싱할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

유류세는 기름 종류에 부과하는 세금으로서, 석유와 천연가스 등의 자원 대부분을 수입에 의존하는 우리나라에서는 세수의 확대와 소비억제 등의 다양한 목적으로 유류세를 부여하고 있는데 자동차에 많이 사용되는 휘발유에 대해서는 약 58%에 이르는 막대한 유류세가 부과되고 있다.

이러한 유류세의 부담은 상대적으로 세금이 적게 부과되는 솔벤트와 톨루엔 그리고 메탄올을 혼합 제조하여 판매하는 경우가 발생하고 있다.

'유사휘발유'란 산업자원부의 석유사업법에 의한 것으로 석유사업법은 "조연제나 첨가제, 기타 명목 여하를 불문하고 자동차용 연료로 사용될 수 있는 것은 유사 휘발유제품으로 본다"고 규정하고 있다.

또한 2004년 3월 개정된 석유사업법 6조에서는 "석유제품이나 석유화학제품에 탄소와 수소를 함유한 물질을 혼합한 것" 등으로 유사휘발유의 정의를 세부적으로 규정하고 있다.

이러한 유사휘발유의 경우 휘발유의 특성에 최대한 접근할 수 있는 방법도 있으나 불법으로 제조판매하는 대부분의 사람들은 그조차도 비용의 상승을 가져오게되며 또 불법제조에 의하여 정확하게 혼합할 수 있는 여건이 안되어 휘발유와는 그 특성이 달라 대부분의 유사휘발유는 정상연소가 되지 않아 출력을 저하시키고 엔진의 비정상적 마모를 불러오며, 완전연소가 어려워 발암성 물질인 벤조파일렌을 대기중으로 배출, 환경문제에도 치명적인 악영향을 끼친다.

하지만, 유사휘발유를 실시간으로 판별이 어렵고, 또한, 휘발유 근처에 전기가 흐르면, 폭발을 할 수 있기 때문에 전기적인 검침이 어려운 단점이 있다. 이를 극복하기 위해서 광을 이용하는 방법이 제시되었지만, 광은 설치 단계에서 설치자의 특성에 따라서 다양한 오차정보를 유발하기 때문에 실험실 단계에서는 적용이 가능하지만, 실제 필드에서는 적용이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명에서 해결하고자하는 과제는 유사휘발유를 실시간으로 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이고, 나아가 원격으로 감시도 가능한 구조, 설치환경에 의한 오차를 줄이는 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제를 해결하는 수단으로 광센서를 이용한 유사휘발유 감지장치의 일실시예는 유사휘발유 감지를 위한 제1파장 대역을 가지는 제1광원; 상기 감지장치의 상태에 따른 손실 보정을 위한 제2파장 대역을 가지는 제2광원; 상기 제1광원과 제2광원을 결합시키는 WDM커플러; 상기 WDM커플러의 일단에 연결되고, 상기 광센서로 입력되는 입력광섬유; 상기 광센서는 제2파장대역을 가지는 제2광원을 반사시키고, 제1파장 대역을 가지는 제1광원은 통과시키는 필터부 및 유사휘발유를 센싱하는 센싱광섬유를 포함하고; 상기 필터부에 의해서 반사된 제2광원의 세기를 측정하여, 센싱광섬유를 통과한 제1광원의 세기를 보정하여, 유사휘발유 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 광센서의 종단에 미러를 포함하여, 별도의 출력광섬유 없이, 상기 센싱광섬유를 통과한 제1광원을 수신하여 그 세기를 측정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 센싱광섬유는 소정의 부분이 노출되어 있어서, 노출된 부분에 접촉하는 유사휘발유에 의해서 굴절률이 변경되어서, 상기 센싱광섬유를 통과한 제1광원의 세기가 변경되는 것을 감지하여 유사휘발유 여부를 판단하는 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 효과는 광센서를 이용하여 정밀하게 유사휘발유를 판별할 수 있고, 별도의 전원을 공급을 하지 않기 때문에, 사고의 위험이 없으며, 설치과정중에 생기는 오차 또한 보정을 할 수 있기 때문에 정밀한 측정이 가능하다는 장점이 있다.

도 1 본 발명의 유사휘발유 감지를 위한 광센서 제1실시예 단면도.
도 2 본 발명의 유사휘발유 감지를 위한 광센서 제1실시예 상면도.
도 3 본 발명의 유사위발유 감지를 위한 광센서 제2실시예 단면도.
도 4 본 발명의 제1실시예의 광센서를 이용한 유사휘발유 실시간 감시장치 블럭도.
도 5 본 발명의 제2실시예의 광센서를 이용한 유사휘발유 실시간 감시장치 블럭도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 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.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광센서를 이용한 유사휘발유 감지장치 및 방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 유사휘발유 감지를 위한 광센서 제1실시예 단면도이다.

광센서는 제1페룰부(110), 제2페룰부(120), 제3페룰부(130), 필터부(140), 고정부(150)를 포함한다.

일반적인 광섬유는 직경이 수백마이크로미터로 얇고 다루기 힘들기 때문에, 종단은 페룰을 이용해서 고정을 시키고 손쉽게 연결을 하는데 사용을 한다.

광센서는 입력광이 들어오는 인입 광섬유(112)와 상기 인입 광섬유(112)를 포함하는 제1페룰(111)를 포함한다. 제1페룰(111) 내부에는 상기 인입 광섬유(112)를 위치하며, 제1페룰(111)의 종단에는 제1파장대역을 가지는 광을 반사시키고, 그외 파장대역의 광은 통과시키는 필터부(140)의 일면과 결합되어 있다.

상기 필터부(140)는 박막형 필터일 수도 있고, 광섬유 격자를 포함하는 필터일 수 있다.

상기 필터부(140)의 타면에는 제3페룰부(130)의 일면이 결합되어 질 수 있다. 제3페룰부(130)는 제3페룰(131)과 코어부(133)를 포함하는 센싱광섬유(132)를 포함한다.

제3페룰부(130)의 길이방향으로 일부는 연마되어 노출되어 있는 구조를 가지게 된다. 상기 일부는 도1의 아래부분에 개시된 단면도처럼 코어부(133)가 노출되어 있는 모양으로 연마를 하는 것이 바람직하지만, 센싱광섬유(132)의 클래드까지만 연마해도 괜찮다.

또한, 센싱광섬유(132)의 연마된 반대 부분에는 연마로 인한 편광현상을 최소화하기 위해서 판다형 편광유지광섬유에서 사용되는 것과 같이 스트레스 물질을 포함할 수 있다. (미도시)

통상 광섬유의 연마는 광섬유를 지그에 설치하고, 연마패드로 광섬유를 연마한다. 이렇게 광섬유 자체로만 연마를 하면, 연마시간은 단축이 되지만, 양산을 위한 재현성이 떨어지는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 경우에는 연마를 하기 위해서 페룰에 광섬유를 먼저 설치하고, 페룰의 일부를 연마하는 방식을 사용한다. 이렇게 하면, 페룰의 일정부분까지 연마를 하기 때문에, 재현성이 높은 장점이 있다. 또한, 연마후 패키징이 용이한 장점이 있다. (패키징은 후술할 고정부(150)에 의해서 이루어진다.)

제3페룰부(130)의 종단은 제2페룰부(120)과 커플링된다. 상기 제2페룰부(120)는 제2페룰(121)과 출력 광섬유(122)를 포함한다. 제2페룰부(120)의 구조는 제1페룰부와 실질적으로 동일한 형상을 갖는다.

제2페룰부(120)은 유사휘발유를 모니터링하기 위해 광의 세기를 측정하는 수신부와 연결되어 진다. (후술)

제1 내지 3페룰부 및 필터부(140)은 고정부(150)에 의해서 고정이 되어진다. 고정부(150)는 페룰을 잡아주는 슬리브로 구성을 할 수 있다. 또한 고정부(150)는 커넥터 형식으로 되어 있을 수 있다.

상기 고정부(150)는 도2에 개시된 것과 같이 통공부(151)를 포함할 수 있고, 통공부(151)를 통해서 측정 대상 휘발유가 들어가게 된다.

인입된 휘발유는 상기 연마된 센싱광섬유(132)에 닿게 되면, 센싱광섬유(132)의 연마된 부분의 굴절률이 변하게 되고, 센싱광섬유(132)를 통과하는 빛은 굴절률 차이로 인해서, 센싱광섬유(132)의 외부로 나가게 되어, 세기가 감소하게 된다. 이처럼 굴절률 차이는 휘발유의 종류에 따라 다르기 때문에, 유사휘발유를 사용하는 경우에는 수신되는 광의 세기가 변하게 되고, 이를 감지하여, 유사휘발유를 판별할 수 있다. 광의 세기를 측정하는 메카니즘은 도 4의 설명에서 자세히 한다.

도 3은 본 발명의 광센서의 제2실시예의 단면도이다. 제1실시예의 경우에는 연마된 센싱광섬유(132)를 광이 한번 지나가고, 지나간 광원은 제2페룰부를 통해서 수신부로 가는 구조를 갖는다. 하지만, 이런 경우에는 입력되는 광섬유와 출력되는 광섬유를 각각 가져야 하는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위해서 제2실시예는 미러(160)를 제2페룰부(120)의 종단에 결합하는 실시예이다.

센싱광섬유(132)를 지나간 광원은 다시 미러(160)에서 반사되어 센싱광섬유(132)를 통해서 다시 제1페룰부(110)로 돌아가는 구조이다. 광의 경우에는 양방향 전송이 되더라도, 서로 간섭을 일으키지 않기 때문에, 입력광과 출력광은 큰 문제가 없다.

이렇게 하면, 미러(160)를 추가해서 비용이 올라가는 단점이 있지만, 출력광섬유가 없고, 또한, 센싱광섬유(132)를 라운드 트립 즉 2회 지나기 때문에, 유사휘발유에 의한 굴절률 변화도 2회 겪기 때문에 더 정확한 센싱을 할 수 있는 장점이 있다.

상기 미러(160)은 제2페룰부의 종단에 결합될 수 있지만, 제3페룰부(130)의 종단에 결합되고, 제2페룰부 없이도 광센서를 구성할 수 있다.

또한, 제3페룰부(130)에 미러(160)를 결합할 수 있지만, 제3페룰부(130)의 종단에 은 또는 금으로 코팅면을 형성하여 별도의 미러(160)없이 광을 반사하도록 구성할 수 있다.

또한, 별도의 통공부(151)없이 제2페룰부 없이, 고정부(150)의 타면이 개방되어 있는 구조로 형성할 수 있다. 이런 경우에는 고정부(150)에 제1, 3페룰이 에폭시와 같은 것을 이용해서 완전히 고정을 할 필요가 있다.

도 4는 실시예 1의 광센서를 이용한 유사휘발유 실시간 감지를 위한 시스템 구성도이다.

실시간 감지를 위해서, 모니터링을 위한 제1광원(300), 라인상태 보정을 위한 제2광원(200)을 포함하고, 제1광원(300)과 제2광원(200)은 WDM커플러(400)을 이용하여 결합하게 된다. 제1광원(300)과 제2광원(200)은 서로 다른 대역의 파장이고, 바람직하게는 제1광원(300)은 1550nm 대역, 제2광원(200)은 1300nm 대역으로 할 수 있다. WDM커플러(400)는 두 대역의 광원을 결합해주고, 분리해주는 역할을 한다.

제2광원(200)의 파장대역은 필터부(140)에 의해서 반사되는 파장대역이고, 제1광원(300)의 파장대역은 필터부(140)에 의해서 통과되는 파장대역이다.

제2광원(200)은 파워커플러(500)를 통해서, WDM커플러(400)에 커플링되어진다. 파워커플러(500)는 2:1 비율로 결합하는 3dB 커플러가 될 수 있고, 시스템의 상황에 따라 그 비율을 결정되어 질 수 있다. 파워커플러(500)는 특정 대역의 광의 세기만을 결합 분리해주는 역할을 한다. 파워커플러(500)의 다른 하나의 포트에는 제2수신부(600)가 연결된다.

소정의 파장을 가지는 제2광원(200)이 파워커플러(500)를 통해서, WDM커플러(400)를 지나서, 입력광섬유(20)을 지나서 광센서(100)으로 입력되면, 광센서(100) 내부의 필터부(140)에 의해서 반사되고, 반사된 광원은 입력광섬유(20)을 통해서, 다시 WDM커플러(400)를 지나서, 제2수신부(600)에 입력되어진다.

제2수신부(600)는 반사된 제2광원(200)의 세기를 측정하여, 광센서(100) 전까지의 상태를 확인한다.

제1광원(300)은 WDM커플러(400)를 통해서 입력광섬유(20)을 통해서 광센서(100)으로 입력되어 진다. 광센서(100)은 측정대상 휘발유가 있는 용기 또는 탱크(10)에 담궈져 있다. 광센서(100)로 입력된 제1광원(300)은 광센서(100)를 지나서 출력광섬유(30)을 지나서, 제1수신부(700)으로 입력되어 진다.

광센서(100)는 정상적인 휘발유의 경우에는 제1수신부(700) 수신되는 제1광원(300)의 세기가 X라면, 정상적인 휘발유가 아닌 경우에는 수신되는 제1광원(300)의 세기가 X보다 적거나 클 것이다. 이 때, 세기가 줄어드는 이유가 정상적인 휘발유가 아닌 것에서 기인한 것인지 아니면, 광센서(100)가 설치된 환경에 의한 것인지는 제2광원(200)의 세기를 모니터링하여 알 수 있을 것이다.

즉, 제2광원(200)의 세기를 측정하여 이 값을 기초로 제1광원(300)의 세기를 보정하는 것이다.

제1실시예 광센서(100)를 이용하는 경우에는 출력광섬유(30)에 의한 오차는 제2광원(200)으로 확인을 할 수 없는 문제가 있다.

따라서, 이를 해결하기 위해서 도 5와 같이 시스템을 구성할 수 있을 것이다. 이 같이 구성하게 되면, 제2광원(200)으로 광센서(100)가 설치된 환경을 모두 모니터링 할 수 있는 장점이 있을 것이다.

제1광원과 제2광원을 스위치하여 적용하는 구조도 있다.

제1광원 및 제2광원을 스위치하여 작동시키고, 출력을 광센서부(100)의 입력에 넣고, 출력 또는 반사되어 들어오는 제1광원 및 제2광원을 수신하여 그 세기를 측정할 수 있다. 이 경우 수신기는 복수로 사용할 수 있고, 스위치되는 광원의 타이밍에 따라서 동기화하여 하나의 수신기로 복수의 광원을 측정할 수 있다. 이런 경우에는 WDM커플러가 별도로 필요없고, 파워커플러만 있으면 시스템을 구성할 수 있다.

이런 경우에는 광원을 구성하는 광원부와 수신부의 구조가 간단해지는 장점이 있다. 다만, 송신과 수신을 동기화해야 하는 단점이 있다.

본 발명의 경우에는 유사휘발유에 대한 실시예를 기초로 설명을 하였지만, 유사휘발유와 균등관계인 유사석유 등 다양한 유류제품에도 본 발명은 적용이 가능할 것이다.

또한, 각각의 실시예는 독립적으로 실시될 수도 있고, 결합하여 실시될 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 저장탱크
20 입력광섬유
30 출력광섬유
100 광센서
110 제1페룰부
111 제1페룰
112 제1광섬유
120 제2페룰부
121 제2페룰
122 제2광섬유
130 제3페룰부
131 제3페룰
132 제3광섬유
133 코어부
140 필터부
150 고정부
151 통공부
200 제2광원
300 제1광원
400 WDM커플러
500 파워커플러
600 제2수신부
700 제1수신부

Claims (3)

1. 유사휘발유 감지장치에 있어서,
   유사휘발유 감지를 위한 제1파장 대역을 가지는 제1광원;
   상기 감지장치의 상태에 따른 손실 보정을 위한 제2파장 대역을 가지는 제2광원;
   상기 제1광원과 제2광원을 결합시키는 WDM커플러;
   상기 WDM커플러의 일단에 연결되고, 광센서로 입력되는 입력광섬유;
   유사휘발유 감지를 위한 광센서;
   상기 제1 광원의 광을 수신하는 제1 수신부; 및
   상기 제2 광원의 광을 수신하는 제2 수신부를 포함하며,
   상기 광센서는 필터부, 제1 페룰부, 제2 페룰부, 제3 페룰부 및 고정부를 포함하며,
   상기 필터부는 제2파장대역을 가지는 제2광원을 반사시키고, 제1파장 대역을 가지는 제1광원은 통과시키고,
   상기 제1 페룰부는 입력광이 들어오는 인입 광섬유와 상기 인입 광섬유를 포함하는 제1 페룰을 포함하고, 상기 제1 페룰 내부에 상기 인입 광섬유가 위치하며, 상기 제1 페룰의 종단은 상기 필터부의 일면과 결합되며,
   상기 제2 페룰부는 상기 필터부를 통과한 광이 들어오는 출력 광섬유와 상기 출력 광섬유를 포함하는 제2 페룰을 포함하고, 상기 제2 페룰 내부에 상기 출력 광섬유가 위치하며,
   상기 제3 페룰부는 상기 필터부의 타면 및 상기 제2 페룰부와 각각 일면씩 결합하며, 제3 페룰, 센싱 광섬유 및 코어부를 포함하고, 길이방향으로 코어부 또는 코어부와 센싱 광섬유가 연마되어 노출되어 있으며,
   상기 고정부는 제1 내지 제3 페룰부 및 필터부를 고정하고, 연마된 센싱 광섬유에 닿아 상기 센싱 광섬유의 연마된 부분의 굴절률이 변화할 수 있도록 측정 대상 휘발유가 인입될 수 있는 통공부를 포함하며,
   상기 제1 수신부는 상기 출력 광섬유를 지난 제1 광원의 광을 수신하며,
   상기 제2 수신부는 상기 필터부에 의해 반사된 제2 광원의 광을 수신하며,
   상기 필터부에 의해서 반사된 제2광원의 세기를 측정하여, 센싱광섬유를 통과한 제1광원의 세기를 보정하여, 유사휘발유 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 유사휘발유 감지장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광센서의 종단에 미러를 포함하여, 별도의 출력광섬유 없이, 상기 센싱광섬유를 통과한 제1광원을 수신하여 그 세기를 측정하는 것을 특징으로 하는 유사휘발유 감지장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 센싱광섬유는 소정의 부분이 노출되어 있어서, 노출된 부분에 접촉하는 유사휘발유에 의해서 굴절률이 변경되어서, 상기 센싱광섬유를 통과한 제1광원의 세기가 변경되는 것을 감지하여 유사휘발유 여부를 판단하는 유사휘발유 감지장치.
   

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