KR102288155B1 - 온도 센서 및 그를 포함하는 온도 센싱 시스템 - Google Patents

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Abstract

온도 센서 및 그를 포함하는 온도 센싱 시스템을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센싱 시스템에 있어서, 광섬유와 상기 광섬유 전체를 고정한 채, 상기 검사 대상의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되는 복수의 패드 및 상기 광섬유로 레이저를 조사하며, 상기 광섬유로부터 되돌아오는 후방 산란광을 측정하여 상기 검사 대상의 온도변화를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템을 제공한다.

Description

온도 센서 및 그를 포함하는 온도 센싱 시스템{Temperature Sensor and Temperature Sensing System Including the Same}
본 실시예는 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센서 및 그를 포함하는 온도 센싱 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
배터리 셀, 에너지 저장장치, 발전기, 발열장치와 같이 에너지를 저장하거나 에너지를 발생하는 기기 또는 지하에 매립되거나 공중에 설치되어 관리자의 감시가 원활치 못한 기기들에는 화재의 위험성이 늘 도사리고 있어, 이러한 기기들의 온도 변화는 실시간 또는 주기적으로 감시되어야 한다.
이러한 기기들의 온도 변화 감지를 위해 종래에는 적용되지 않았거나, 기기의 국소적 부분에 온도 센서가 부착되었으며, 온도 센서가 센싱하는 센싱값을 유·무선으로 수신하여 온도변화를 감지하여 왔다. 그러나 온도 센서가 전파가 잘 잡히지 않는 지하, 공중 또는 전파 차단 소재를 갖는 기기들에 부착될 경우, 온도 센서의 센싱값을 원활히 수신할 수 없는 문제가 발생하여 온도 변화의 감지가 곤란한 문제가 존재하였다. 또한, 넓은 범위를 센싱하기 위해 케이블 가닥수가 많아져 부피가 커지고 이로 인해 가격이 높아지는 문제가 있고, 좁은 범위를 센싱하는 온도 센서를 부착할 경우, 기기 내 모든 범위에서 온도 변화를 감지하기 곤란하여 센싱의 신뢰도를 떨어뜨릴 수 있는 문제가 존재한다.
이러한 종래의 문제를 해소하고자 기기 내 광섬유를 배설하여 광섬유의 산란광을 감지함으로써, 기기 내 각 부위의 온도 변화를 감지하는 방식이 등장하였다. 이러한 방식은 연속적으로 배설되는 광섬유를 이용하기 때문에, 기기의 전 범위에서 두루두루 온도 변화를 감지할 수 있는 장점이 있으며, 광섬유를 이용하기 때문에 기기의 소재에 영향을 받지 않고 온도를 센싱할 수 있는 장점을 갖는다. 그러나 광섬유가 기기 내 각 부분에 직접 배설되어야 하기 때문에, 기기를 분해하여 기기 내에 직접 광섬유를 일일이 배설해야 하는 불편이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 패드를 이용하여 온도 변화 감지를 위한 광섬유의 배설을 용이하게 함과 동시에 온도 변화 감지의 정확성을 향상시킨 온도 센서 및 온도 센싱 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센싱 시스템에 있어서, 광섬유와 상기 광섬유 전체를 고정한 채, 상기 검사 대상의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되는 복수의 패드 및 상기 광섬유로 레이저를 조사하며, 상기 광섬유로부터 되돌아오는 후방 산란광을 측정하여 상기 검사 대상의 온도변화를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 패드 각각에는 기 설정된 길이만큼의 광섬유가 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 감지부는 상기 광섬유가 배치된 구간에서 상기 검사대상의 온도가 상승하는 경우에 발생하는 상기 후방 산란광의 성질 변화를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 후방 산란광의 성질 변화는 상기 후방 산란광의 파장 변화, 상기 후방 산란광의 조도 변화 및 상기 후방 산란광의 주파수 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 감지부는 레이저의 주파수를 가변하여 상기 광섬유로 조사하며, 상기 광섬유로부터 되돌아오는 후방 산란광의 간섭신호를 광 주파수영역에서 측정함으로써, 상기 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센싱 시스템에 있어서, 광섬유와 기 설정된 길이의 광섬유 각각을 분리하여 고정한 채, 상기 검사 대상의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되는 복수의 패드와 각 패드에 고정된 각 광섬유들을 연결시키는 연결부 및 상기 광섬유로 레이저를 조사하며, 상기 광섬유로부터 되돌아오는 후방 산란광을 측정하여 상기 검사 대상의 온도변화를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 연결부는 스플라이싱 포인트(Splicing Piolnt)로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 연결부는 커플러로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 감지부는 상기 광섬유가 배치된 구간에서 상기 검사대상의 온도가 상승하는 경우에 발생하는 상기 후방 산란광의 성질 변화를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 후방 산란광의 성질 변화는 상기 후방 산란광의 파장 변화, 상기 후방 산란광의 조도 변화 및 상기 후방 산란광의 주파수 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센서에 있어서, 외부로부터 레이저를 수신하며, 산란광을 외부로 발생시키는 광섬유 및 상기 광섬유 전체를 고정한 채, 상기 검사 대상의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되는 복수의 패드를 포함한느 것을 특징으로 하는 온도 센서를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 복수의 패드 각각에는 기 설정된 길이만큼의 광섬유가 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 검사 대상은 에너지 저장소자인 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센서에 있어서, 외부로부터 레이저를 수신하며, 산란광을 외부로 발생시키는 광섬유와 기 설정된 길이의 광섬유 각각을 분리하여 고정한 채, 상기 검사 대상의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되는 복수의 패드 및 각 패드에 고정된 각 광섬유들을 연결시키는 스플라이싱 포인트(Splicing Piolnt)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센서에 있어서, 외부로부터 레이저를 수신하며, 산란광을 외부로 발생시키는 광섬유와 기 설정된 길이의 광섬유 각각을 분리하여 고정한 채, 상기 검사 대상의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되는 복수의 패드 및 각 패드에 고정된 각 광섬유들을 연결시키는 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 일 측면에 따르면, 검사 대상에 광섬유가 고정된 패드를 이용하여 광섬유를 배설함으로써, 온도 변화 감지를 위한 광섬유의 배설을 용이하게 함과 동시에 온도 변화 및 온도 변화 위치 감지의 정확성을 향상시킨 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센싱 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지장치의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 온도 센서를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 온도 센서를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센싱 시스템이 검사 대상의 온도변화가 없을 때 감지하는 센싱값에 대한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 온도 센싱 시스템 내 온도 센서가 검사 대상의 온도변화를 감지하였을 때의 센싱값에 대한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 온도 센싱 시스템 내 온도 센서가 검사 대상의 온도변화를 감지하였을 때의 센싱값에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지 장치에서 센싱값을 분석한 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서가 배치된 검사대상의 일 예를 도시한 도면이다.
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.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센싱 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센싱 시스템(100)은 감지 장치(110) 및 온도 센서(120)를 포함한다.
온도 센싱 시스템(100)은 광섬유의 한쪽 끝에서 특정 파장의 레이저를 주사하고, 산란되어 되돌아오는 미약한 광신호를 감지하여 분석했을 때, 각 산란 지점의 온도, 변위 또는 진동 등을 감지할 수 있다는 원리를 이용한다. 이때, 브릴루앙(Brillouinor), 라만(Raman), 레일리(Rayleigh) 산란이라고 알려진 각각 다른 파장의 산란광을 분석하면 광케이블 각 구간의 온도, 진동 또는 변위 등을 알 수 있다. 브릴루앙이나 라만 산란을 분석하면 온도를 알 수 있으며, 긴 파이프나 전력선의 온도를 감시하는 목적으로 많이 사용되고 있다. 레일리나 브릴루앙 산란을 분석하면 변형이나 진동을 알 수 있으며, 유정 내의 유체 흐름을 분석하거나 토목 구조물의 변형을 계측하고, 송유관의 도굴을 감시하는 등의 용도에 사용되고 있다. 이러한 특징에 따라, 광섬유를 포함하는 온도 센서(120)는 검사 대상(130)에 배설되어 온도 변화를 감지한다. 여기서, 검사 대상(130)은 에너지 저장장치, 발전기, 발열장치와 같이 에너지를 저장하거나 에너지를 발생시킴에 따라 많은 열이 발생하는 기기 또는 지하에 매립되거나 공중에 설치되어 관리자의 감시가 원활치 못한 기기 등 온도 변화를 감지하고자 하는 기기는 모두 포함되는 개념이다.
감지 장치(110)는 온도 센서(120)로 레이저를 인가하고, 온도 센서(120)로부터 출력되는 후방 산란광을 측정하여 검사 대상(130)의 온도 변화를 감지한다. 온도 센서(120)로 레이저가 인가되면, 대부분의 레이저는 직진하되, 극히 일부분의 레이저는 산란되어 후방으로 출력된다. 감지 장치(110)는 후방으로 출력되는 산란광을 측정하여, 검사 대상(130)의 온도 변화가 발생하였는지를 감지한다. 산란광은 온도 센서(120)에서 연속적으로 또는 구간마다 일정하거나 일정치 않게 발생한다. 감지 장치(110)는 연속적 또는 다양한 구간에서 출력되는 산란광들을 측정한다. 주로, 온도 센서(120)가 배치된 구간 중 특정 구간의 온도가 변할 경우, 산란광의 조도가 달라지며, 해당 구간에서의 산란광은 주파수와 파장은 인접한 구간의 그것과도 달리지게 된다. 이에 따라, 감지 장치(110)는 특정 구간에서 출력된 산란광의 조도가 인접한 다른 구간에서의 그것과, 또는 온도가 일정하게 유지되고 있는 기준 구간의 그것과 달라졌는지를 판단함으로써, 검사 대상의 특정 구간에서 온도 변화가 발생하였는지를 판단한다. 감지 장치(110)는 조도의 변화를 감지한 후, 산란광의 주파수와 파장의 변화를 감지함으로써 보다 정확하게 특정 구간에서의 온도 변화를 감지할 수 있다.
또는, 감지 장치(110)는 온도 센서(120)의 특정 구간 이후의 산란광의 세기가 모두 감소하거나 증가였는지를 판단하여, 검사 대상(130)의 특정 구간에서 온도 변화가 발생하였음을 감지할 수 있다. 검사 대상(130)의 특정 구간에 부착된 온도 센서(120)는 검사 대상(130)의 온도 변화에 의해 온도 센서(120)의 형상이 변화할 수 있다. 온도 센서(120)의 형상이 변화할 경우, 광섬유의 특성에 악영향을 미치도록 외력을 가하게 되어 해당 구간을 거치는 레이저와 산란광의 조도는 모두 달라진다. 이에 따라, 특정 구간에 부착된 온도 센서(120)의 형상이 변화하여 광전송 손실이 발생하는 경우, 해당 구간 이후에서 출력되는 산란광은 해당 구간을 거치며 모두 조도가 줄어들게 된다. 감지 장치(110)는 이와 같은 상황을 감지함으로써, 검사 대상(130)의 특정 구간에서 온도가 변화하였음을 신속하게 감지할 수 있다.
온도 센서(120)는 검사 대상(130)의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되어, 감지 장치(110)가 각 구간의 온도 변화를 감지할 수 있도록 한다. 온도 센서(120)의 상세한 구성은 도 4 및 5에 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 온도 센서를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 온도 센서(120)는 광섬유(410)와 패드(420)를 포함한다.
광섬유(410)는 감지 장치(110)로부터 레이저를 인가받으며, 연속적으로 또는 구간마다 일정하거나 일정치 않게 산란광을 후방(감지 장치가 배치된 방향)으로 출력한다. 광섬유(410)는 패드(420)에 고정된 구간에서 또는 해당 구간 이외의 구간에서도 연속적으로 산란광을 출력하거나, 해당 구간에서 일정하거나 일정치 않게 산란광을 출력할 수 있다.
광섬유(410)는 분리되지 않은 채, 광섬유 전체가 패드(420)에 고정된다. 광섬유(410)가 패드(420)에 고정됨에 있어서는, 어떠한 형상으로 고정되어도 무방하나, 패드(420) 내에 광섬유가 배치되는 길이(면적)를 증가시키기 위해 도 4에 도시된 것과 같이, 광섬유(410)에 물리적인 악영향이 미치지 않는 선에서 복수 회 휘어 배치시킬 수 있다.
패드(420)는 광섬유(410)를 고정시키며, 검사 대상(130)의 온도를 감지하고자 하는 구간마다 부착된다. 패드(420)의 일면은 광섬유(410)를 고정시키기 위한 고정수단(미도시)을 구비하며, 다른 일 면은 검사 대상(130)에 부착될 수 있도록 부착수단(미도시)을 구비한다. 패드(420)는 고정수단(미도시)을 이용하여 광섬유(410)가 패드에서 이탈하지 않도록 고정시키며, 부착수단(미도시)을 이용하여 광섬유(410)가 고정된 패드(420)가 각각 검사 대상(130)의 적절한 위치에 부착될 수 있도록 한다. 온도 센서(120)는 패드(420)를 포함함으로써, 광섬유가 고정된 패드가 검사 대상에 부착되기만 하더라도 온도의 센싱이 가능해지는 효과를 갖는다. 이에, 종래에 광섬유가 직접 검사 대상에 배설되어야 하는 불편을 최소화할 수 있다.
또한, 패드(420)는 열에 의해 변형이 발생하는 소재로 구현될 수 있다. 이에, 패드(420)는 패드(420)가 부착된 검사대상의 특정 위치에서 온도가 증가하는 경우, 패드의 형상에 변형이 발생하게 된다. 패드(420)에는 광섬유(410)가 고정되어 있기 때문에, 패드(420)의 형상에 변형이 발생할 경우, 패드(420)에 고정된 광섬유(410)에 물리적인 악영향이 미치게 된다. 이러한 물리적인 악영향은 광섬유(410)를 통과하는 레이저나 산란광의 조도를 떨어뜨리게 된다. 온도 센서(120)는 의도적으로 열에 변형이 발생하는 패드(420)를 포함함으로써, 보다 용이하게 검사 대상(130)의 온도 변화를 감지할 수 있다. 종래에는 산란광을 센싱하여 센싱된 산란광의 성질을 분석함으로써, 검사 대상의 온도변화를 감지하곤 했다. 그러나 워낙 산란광의 조도가 작기 때문에, 특정 구간에서 발생한 산란광이 노이즈인지 아닌지를 명확히 판단하기 위해서는 일정 시간동안 지속적으로 산란광이 유입되는지를 감지하여야만 했다. 그러나 일정 시간동안 지속적으로 감지해야만 했기 때문에, 종래의 온도 센서는 실시간으로 온도 변화를 감지하기는 곤란하였다. 그러나 패드(420)를 포함하는 온도 센서(120)는 패드(420)의 변형에 의해 온도가 변화한 구간 이후(감지 장치와 멀어지는 방향)에서 출력되는 산란광은 모두 균일하게 조도가 작아지게 된다. 이러한 특징에 따라, 감지장치(110)는 복수의 구간에서 유입되는 산란광의 조도가 모두 작아졌는지를 판단함으로써, 일정 시간동안 누적하여 산란광의 조도를 감지할 필요없이 즉각적으로 검사 대상(130)의 특정 구간에 온도 변화가 발생하였는지를 감지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 온도 센서를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 온도 센서(120)는 광섬유(510a, 510b, 510c), 패드(420) 및 연결부(미도시)를 포함한다.
제1 실시예에 따른 온도 센서(120)와 달리, 제2 실시예에 따른 온도 센서(120)는 기 설정된 길이만큼 분리된 광섬유(510a, 510b, 510c)가 각각의 패드(420)에 고정된다. 여기서, 기 설정된 길이는 각 광섬유(510a, 510b, 510c)마다 모두 동일할 수도 있고, 각각 상이할 수도 있다.
이처럼, 각 패드(420)에 고정된 각 광섬유(510a, 510b, 510c)는 감지장치(110)로부터 인가되는 레이저나 특정 광섬유에서 출력된 반사광을 다른 광섬유로 전달하여야 하기 때문에, 상호간에 연결되어야 한다. 이에 따라, 온도 센서(120)는 각 광섬유(510a, 510b, 510c)를 연결하는 연결부(미도시)를 포함한다. 연결부(미도시)는 스플라이싱 포인트(Splicing Point)로 구현될 수도 있고, 커넥터로 구현될 수도 있다. 스플라이싱 포인 트에 의해 각 광섬유들은 상호간에 직접 연결되어, 감지장치(110)로부터 인가되는 레이저나 특정 광섬유에서 출력된 반사광을 어느 하나에서 다른 하나의 광섬유로 전달한다. 또는, 커넥터에 의해 각 광섬유들이 연결될 수 있으며, 감지장치(110)로부터 인가되는 레이저나 특정 광섬유에서 출력된 반사광을 어느 하나에서 다른 하나의 광섬유로 전달한다.
다시 도 1을 참조하면, 온도 센서(120)는 전술한 것과 같이 구현되고 검사 대상(130) 내 각 부분에 배치되어, 각 부분의 온도 변화를 감지한다. 온도 센서(120)가 배치된 검사 대상(130)의 일 예는 도 10에 도시되어 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서가 배치된 검사대상의 일 예를 도시한 도면이다.
도 10에는 검사대상(130)이 다양한 구성 중 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)로 구현된 일 예를 도시하고 있다. 검사대상(130)은 랙(Rack)에 각각의 에너지 저장소자를 배치하여, 각 구간마다 일정 개수의 에너지 저장소자가 구분되어 배치되도록 한다. 이때, 온도 센서(미도시)는 랙 내 각 구간을 구분하는 구성(예를 들어, 철판 등)에 패드를 이용하여 부착되는 형태로 간편하게 배치되어, 각 구간의 온도를 센싱할 수도 있고, 각 구간을 구분하는 구성에 직접 배치되어 각 구간의 온도를 센싱할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지장치의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감지장치(110)는 광원(210), 서큘레이터(220), 수광부(230) 및 분석부(240)를 포함한다.
광원(210)은 감지장치(110)에 연결된 온도 센서(120) 내 광섬유(410, 510)로 레이저를 인가한다. 광원(210)은 레이저를 발생시키며, 발생시킨 레이저를 감지장치(110)에 연결된 온도 센서(120) 내 광섬유(410, 510)로 인가한다. 여기서, 광원(210)이 발생시키는 레이저는 연속파 레이저(Continuous Wave Laser) 또는 펄스 레이저(Pulse Laser) 등 다양한 형태의 레이저일 수 있다.
또한, 광원(210)은 보다 원활한 분석을 위해, 레이저의 주파수를 가변하며 광섬유(410, 510)로 인가할 수 있다.
서큘레이터(220)는 광원(210)에서 인가되는 레이저는 광섬유(410, 510)로, 광섬유(410, 510)로부터 출력되는 산란광은 수광부(230)로 전달한다.
수광부(230)는 광섬유(410, 510)로부터 출력되는 산란광을 수신하여 산란광의 성질을 측정한다. 수광부(230)는 광섬유(410, 510)로부터 출력되어 서큘레이터(220)를 거쳐 전달되는 산란광을 수신하여, 산란광의 조도를 측정한다. 수광부(230)는 광원(210)이 레이저를 인가한 시점부터 언제 산란광이 수신되었는지를 파악함으로써, 얼마만큼 떨어진 위치(구간)에서 발생한 산란광인지 파악할 수 있다. 나아가, 수광부(230)는 광 주파수 영역에서 산란광의 성질을 측정할 수 있다.
분석부(240)는 수광부(230)가 측정한 산란광의 조도를 토대로, 검사 대상(130)의 특정 구간에서의 온도 변화를 분석한다. 분석부(240)는 수광부(230)가 측정한 검사 대상(130)의 각 구간에서의 산란광의 조도를 분석하여 검사대상의 구간별 온도 변화를 분석한다. 수광부(230)가 수광하는 조도의 유형은 도 6 내지 8에 도시되어 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센싱 시스템이 검사 대상의 온도변화가 없을 때 감지하는 센싱값에 대한 그래프이다.
검사 대상(130)의 각 구간에 온도 변화가 없을 때는, 검사 대상(130)의 각 구간에서 출력되는 산란광의 조도가 일정하거나, 조도의 차이가 기 설정된 기준치 이하만큼 발생한다. 검사 대상(130)의 각 구간에서 출력되는 산란광의 조도가 일정하거나, 조도의 차이가 기 설정된 기준치 이하만큼 발생한 경우, 분석부(240)는 검사 대상(130)의 각 구간에서 온도변화가 발생하지 않은 것으로 분석한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 온도 센싱 시스템 내 온도 센서가 검사 대상의 온도변화를 감지하였을 때의 센싱값에 대한 그래프이다.
도 7에 도시된 일 예에서는, 검사 대상(130)의 특정구간에서의 산란광의 조도만 기 설정된 기준치 이상 작아진 것을 볼 수 있다. 이러한 차이를 감지하기 위해서는 수광부(230)는 기 설정된 시간 동안 누적하여 산란광의 조도를 수광하여 측정할 수 있다. 분석부(240)는 수광부(230)가 측정한 결과를 토대로, 특정 구간에서의 산란광의 조도가 기 설정된 기준치 이상 작아진 경우, 해당 구간에서 온도 변화가 발생한 것으로 추정할 수 있다. 다만, 분석부(240)는 해당 구간에서 실질적으로 온도변화가 발생하였는지, 수신한 산란광의 성질을 분석한다. 온도 변화가 실제 발생한 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 산란광의 성질에 변화가 발생한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지 장치에서 센싱값을 분석한 결과를 도시한 그래프이다.
도 9에 도시된 그래프를 살펴보면, 실제 온도 변화가 발생한 구간에서는 산란광의 조도가 낮아진 것 뿐만 아니라, 산란광의 주파수 또는 파장까지 변화가 발생한 것을 확인할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 이러한 특정을 이용하여, 분석부(240)는 특정 구간에서만 산란광의 조도가 기 설정된 기준치 이상 작아진 경우, 산란광의 성질 변화가 존재하였는지를 추가적으로 분석하여 실제 해당 구간에서 온도 변화가 발생하였는지를 분석한다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 온도 센싱 시스템 내 온도 센서가 검사 대상의 온도변화를 감지하였을 때의 센싱값에 대한 그래프이다.
도 7에 도시된 일 예에서는, 검사 대상(130)의 특정구간으로부터 해당 구간 이후(감지장치로부터 멀어지는 방향)의 구간 모두의 산란광의 조도가 기 설정된 기준치 이상 작아진 것을 볼 수 있다. 이는 온도 센서(120) 내 패드(420)가 온도 변화로 인해 형태가 변하며, 광섬유(410, 510)의 특성에 악영향을 미치도록 외력을 가하게 된다. 이에 따라, 해당 구간 이후의 구간에서 출력되는 모든 산란광의 조도가 기 설정된 기준치 이상 작아지게 된다. 이러한 특징을 이용하여, 복수의 구간에서 산란광의 조도 감소가 발생한 경우, 분석부(240)는 산란광의 조도 감소가 발생하기 시작한 구간에서 검사 대상(130)의 온도 변화가 발생한 것임을 실시간으로 분석할 수 있다. 전술한 경우라면, 수광부(230)는 기 설정된 시간 동안 누적하여 산란광의 조도를 수광을 기다릴 필요도 없이, 분석부(240)는 실시간으로 바로 검사 대상(130)의 온도 변화를 감지할 수 있는 장점을 갖는다.
전술한 내용을 참조할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센싱 시스템(100)은 센싱을 위한 온도 센서(120)가 검사 대상(130)에 부착되어 사용될 수 있어, 배설에 용이한 장점을 갖는다. 또한, 온도 센서(120)가 온도 변화에 민감하게 형상이 변하는 패드(420)를 포함함에 따라, 실시간으로 정확하게 검사 대상의 특정 구간에서의 온도 변화를 감지할 수 있는 장점도 함께 갖는다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 온도 센싱 시스템
110: 감지장치
120: 온도 센서
130: 검사 대상
210: 광원
220: 서큘레이터
230: 수광부
240: 분석부
410, 510: 광섬유
420: 패드

Claims (15)

  1. 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센싱 시스템에 있어서,
    광섬유;
    상기 광섬유 전체를 고정한 채, 상기 검사 대상의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되는 복수의 패드; 및
    상기 광섬유로 레이저를 조사하며, 상기 광섬유로부터 되돌아오는 후방 산란광을 측정하여 상기 검사 대상의 온도변화를 감지하는 감지부를 포함하며,
    상기 패드는 열에 의해 변형이 발생하는 소재로 구현되어, 상기 패드가 부착된 검사대상의 임의의 위치에서 온도가 증가하는 경우, 패드의 형상에 변형이 발생하며,
    상기 패드의 형상에 변형이 발생하는 경우, 상기 패드에 고정된 광섬유를 통과하는 레이저나 산란광의 조도를 떨어뜨리며, 온도가 변화한 구간 이후에서 출력되는 산란광은 모두 균일하게 조도가 작아지며,
    상기 감지부는 복수의 구간에서 유입되는 산란광의 조도가 모두 작아졌는지를 판단하여 검사대상의 기 설정된 구간에 온도 변화가 발생하였는지 감지하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 패드 각각에는,
    기 설정된 길이만큼의 광섬유가 고정되는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 광섬유가 배치된 구간에서 상기 검사대상의 온도가 상승하는 경우에 발생하는 후방 산란광의 성질 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 후방 산란광의 성질 변화는,
    후방 산란광의 파장 변화, 후방 산란광의 조도 변화 및 후방 산란광의 주파수 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는,
    레이저의 주파수를 가변하여 상기 광섬유로 조사하며, 상기 광섬유로부터 되돌아오는 후방 산란광의 간섭신호를 광 주파수영역에서 측정함으로써, 상기 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  6. 검사 대상에 배치되어 검사 대상의 온도 변화를 감지하는 온도 센싱 시스템에 있어서,
    광섬유;
    기 설정된 길이의 광섬유 각각을 분리하여 고정한 채, 상기 검사 대상의 온도를 감지하기 위한 구간마다 부착되는 복수의 패드;
    각 패드에 고정된 각 광섬유들을 연결시키는 연결부; 및
    상기 광섬유로 레이저를 조사하며, 상기 광섬유로부터 되돌아오는 후방 산란광을 측정하여 상기 검사 대상의 온도변화를 감지하는 감지부를 포함하며,
    상기 패드는 열에 의해 변형이 발생하는 소재로 구현되어, 상기 패드가 부착된 검사대상의 임의의 위치에서 온도가 증가하는 경우, 패드의 형상에 변형이 발생하며,
    상기 패드의 형상에 변형이 발생하는 경우, 상기 패드에 고정된 광섬유를 통과하는 레이저나 산란광의 조도를 떨어뜨리며, 온도가 변화한 구간 이후에서 출력되는 산란광은 모두 균일하게 조도가 작아지며,
    상기 감지부는 복수의 구간에서 유입되는 산란광의 조도가 모두 작아졌는지를 판단하여 검사대상의 기 설정된 구간에 온도 변화가 발생하였는지 감지하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결부는,
    스플라이싱 포인트(Splicing Piolnt)로 구현되는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연결부는,
    커플러로 구현되는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 광섬유가 배치된 구간에서 상기 검사대상의 온도가 상승하는 경우에 발생하는 후방 산란광의 성질 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 후방 산란광의 성질 변화는,
    후방 산란광의 파장 변화, 후방 산란광의 조도 변화 및 후방 산란광의 주파수 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센싱 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002071323A (ja) * 2000-08-29 2002-03-08 Mitsubishi Cable Ind Ltd 面状センサ
KR101462445B1 (ko) * 2013-06-12 2014-11-21 오해원 광 온도센서 측정 시스템 및 그 방법
JP6694503B2 (ja) 2016-04-19 2020-05-13 東京エレクトロン株式会社 温度測定用基板及び温度測定システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002071323A (ja) * 2000-08-29 2002-03-08 Mitsubishi Cable Ind Ltd 面状センサ
KR101462445B1 (ko) * 2013-06-12 2014-11-21 오해원 광 온도센서 측정 시스템 및 그 방법
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