KR102493100B1 - 광섬유격자 기반 지진감지장치 - Google Patents

광섬유격자 기반 지진감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유격자 기반 지진감지장치에 관한 것으로서, 함체에 고정단이 접속되어 함체의 중앙을 향하는 방향으로 연장된 유동단을 갖는 캔틸레버와, 캔틸레버의 유동단에 접속된 질량체와, 질량체의 상면과 하면에서 각각 수직상으로 연장되어 함체의 천정 및 바닥에 각각 접속된 제1 및 제2스프링을 갖는 요동감지체와, 광을 출사하는 광원과, 캔틸레버의 고정단으로부터 유동단을 향하는 연장방향을 따라 고정단으로부터 제1이격거리에 지지되게 설치된 제1광섬유 격자와, 캔틸레버의 고정단으로부터 유동단을 향하는 연장방향을 따라 상기 고정단으로부터 제1이격거리보다 더 먼 제2이격거리에 지지되게 설치된 제2광섬유 격자와, 광원에서 출사된 광을 상기 제1 및 제2광섬유 격자에 전송하고, 제1 및 제2광섬유 격자에서 각각 역으로 반사된 광을 수신하는 광중계부와, 제1 및 제2광섬유격자로부터 역으로 반사되어 광중계부에 수신된 신호로부터 요동감지체에 인가된 진도를 측정하는 측정유니트를 구비한다.

Description

광섬유격자 기반 지진감지장치{Apparatus for seismic vibration detection using fiber Bragg grating}
본 발명은 광섬유격자 기반 지진감지장치에 관한 것으로서, 상세하게는 지진 측정 정밀도를 향상시킬 수 있도록 된 광섬유격자 기반 지진감지장치에 관한 것이다.
일반적으로 지진계라고 통칭하는 지진감지장치는 진자 운동을 기반으로 지진의 세기를 기록하기 위한 기계로 지진을 감지하는 센서부와 측정값을 기록하는 기록계로 구성되어 있다.
현재까지 개발된 지진감지장치의 경우, 진자 또는 진자의 운동 축에 자석과 코일을 설치하여 진자의 움직임에 의해 발생되는 유도기전력을 측정하여 진동의 세기를 측정하는 방식을 이용한다.
이러한 지진감지 장치는 국내 공개특허 제10-2020-0060627호 등 다양하게 개시되어 있다.
그런데, 종래의 전기식 지진 계측 기술은 기계적 또는 전기적 잡음이 많은 환경이나 고온, 고압의 열악한 환경에서 계측값의 정확도를 보장할 수 없고, 대부분의 센서는 계측 장소와 멀리 떨어져 있기 때문에 전원 공급과 데이터 통신을 위한 전력선 및 신호 증폭기 설치가 추가로 필요하다는 한계점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 광섬유격자를 이용하여 장거리 원격 측정을 지원하면서도 전기적 노이즈에 영향을 받지 않는 광섬유격자 기반 지진감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유격자 기반 지진감지장치는 내부에 수용공간을 갖는 함체와, 상기 함체의 일단 바닥으로부터 수직상으로 상방으로 이격되는 위치에 고정단이 접속되어 상기 함체의 중앙을 향하는 방향으로 연장된 유동단을 갖되 인가되는 외력에 의해 휨을 허용하는 캔틸레버와, 상기 캔틸레버의 유동단에 접속된 질량체와, 상기 질량체의 상하 요동을 가이드하며 복원 위치로 복원을 유도하도록 상기 질량체의 상면과 하면에서 각각 수직상으로 연장되어 상기 함체의 천정 및 바닥에 각각 접속된 제1 및 제2스프링을 갖는 요동감지체와; 광을 출사하는 광원과; 상기 캔틸레버의 고정단으로부터 유동단을 향하는 연장방향을 따라 상기 고정단으로부터 제1이격거리에 지지되게 설치된 제1광섬유 격자와; 상기 캔틸레버의 고정단으로부터 유동단을 향하는 연장방향을 따라 상기 고정단으로부터 상기 제1이격거리보다 더 먼 제2이격거리에 지지되게 설치된 제2광섬유 격자와; 상기 광원에서 출사된 광을 상기 제1 및 제2광섬유 격자에 전송하고, 상기 제1 및 제2광섬유 격자에서 각각 역으로 반사된 광을 수신하는 광중계부와; 상기 제1 및 제2광섬유격자로부터 역으로 반사되어 상기 광중계부에 수신된 신호로부터 상기 요동감지체에 인가된 진도를 측정하는 측정유니트;를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 광중계부는 상기 제1광섬유격자와 상기 제2광섬유격자가 상호 직렬상으로 접속된 센싱광섬유와; 상기 광원에서 출사되어 입력단을 통해 입력된 광을 상기 센싱광섬유가 접속된 검출단을 통해 출력하고, 상기 센싱광섬유에서 반사되어 역으로 진행되는 광을 출력단으로 출력하는 광써큘레이터와; 상기 광써큘레이터의 출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 광검출기;를 구비하고, 상기 광원은 파장을 가변시켜 출력하는 것이 적용되고, 상기 측정유니트는 상기 광검출기에서 수신된 광에 대한 상기 제1광섬유격자에 대한 제1피크 파장정보로부터 설정된 파인 감도 범위에 대한 세부진도를 산출하고, 상기 제2광섬유격자에 대한 제2피크 파장정보로부터 상기 파인감도범위보다 세기 측정값이 더 크게 설정된 러프 감도 범위에 대한 러프 진도를 산출하고, 산출된 러프진도에 세부진도를 합산하여 최종 진도로 산출하도록 구축된다,
또한, 상기 제1광섬유격자의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장과 상기 제2광섬유격자의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장은 상호 다르도록 상기 제1광섬유격자의 피치간격과 상기 제2광섬유격자의 피치간격은 상호 다르게 적용된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 광중계부는 상기 제1광섬유격자가 형성되어 상기 캔틸레버의 일측면에 결합된 제1센싱광섬유와; 상기 제1센싱광섬유와 독립되게 상기 제2광섬유격자가 형성되어 상기 캔틸레버의 타측면에 결합된 제2센싱광섬유와; 상기 광원에서 출사된 광을 제1분배채널과 제2분배채널로 분배하여 출력하는 광커플러와; 상기 광원에서 출사되어 상기 제1분배채널을 거쳐 제1입력단을 통해 입력된 광을 상기 제1센싱광섬유가 접속된 제1검출단을 통해 출력하고, 상기 제1센싱광섬유에서 반사되어 역으로 진행되는 광을 제1출력단으로 출력하는 제1광써큘레이터와; 상기 광원에서 출사되어 상기 제2분배채널을 거쳐 제2입력단을 통해 입력된 입력된 광을 상기 제2센싱광섬유가 접속된 제2검출단을 통해 출력하고, 상기 제2센싱광섬유에서 반사되어 역으로 진행되는 광을 제2출력단으로 출력하는 제2광써큘레이터와; 상기 제1광써큘레이터의 제1출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 제1광검출기와; 상기 제2광써큘레이터의 제2출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 제2광검출기;를 구비하고, 상기 측정유니트는 상기 광원에서 출사되어 상기 제1광검출기에서 수신된 광에 대한 퓨리에 변환정보로부터 설정된 파인 감도 범위에 대한 세부진도를 산출하고, 상기 제2광검출기에서 수신된 광에 대한 퓨리에 변환 정보로부터 상기 파인감도범위보다 세기 측정값이 더 크게 설정된 러프 감도 범위에 대한 러프 진도를 산출하고, 산출된 러프진도에 세부진도를 합산하여 최종 진도로 산출하도록 구축된다.
바람직하게는 상기 제1광섬유격자의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장과 상기 제2광섬유격자의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장은 상호 동일하도록 상기 제1광섬유격자의 피치간격과 상기 제2광섬유격자의 피치간격은 동일하게 적용된다.
본 발명에 따른 광섬유격자 기반 지진감지장치에 의하면, 원격측정을 지원하면서 전기적 노이즈에 의한 신호왜곡을 방지할 수 있어 측정 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광섬유격자 기반 지진감지장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 광섬유격자 기반 지진감지장치를 나타내 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유격자 기반 지진감지장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광섬유격자 기반 지진감지장치를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지진감지장치(100)는 요동감지체(110), 광원(120), 제1광섬유 격자(141), 제2광섬유격자(142), 광중계부(150), 측정유니트(170)를 구비한다.
요동감지체(110)는 지진에 의한 진동을 기계적으로 생성하여 감지할 수 있도록 구축되어 있다.
요동감지체(110)는 함체(112), 캔틸레버(114)와, 질량체(M)(116), 제1 및 제2스프링(117)(118)을 구비한다.
함체(112)는 질량체(116)의 유동을 일정범위로 허용할 수 있게 내부에 수용공간(112a)을 갖는 형태로 형성 되어 있고, 일측에는 후술되는 센싱광섬유(140)가 관통상태로 유입될 수 있는 개구가 형성되어 있다. 센싱광섬유(140)의 함체(112) 내부로의 유입을 위한 개구 위치는 도시된 예와 다르게 적용될 수 있음은 물론이다.
캔틸레버(114)는 함체(112)의 센싱광섬유(140)가 유입되는 개구가 형성된 일단의 바닥으로부터 수직상으로 상방으로 이격되는 위치에 고정단(114a)이 접속되어 함체(112)의 내부공간(112a)의 중앙을 향하는 방향으로 수평상으로 연장된 유동단(114b)을 갖되 인가되는 외력에 의해 휨을 허용하는 금속소재로 판형형태로 형성되어 있다.
질량체(M)(116)는 캔틸레버(114)의 유동단(114b)에 접속되어 있다.
제1 및 제2스프링(117)(118)은 질량체(116)의 상하 요동을 가이드하며 복원 위치로 복원을 유도하도록 질량체(116)의 상면과 하면에서 각각 수직상으로 연장되어 함체(112)의 천정 및 바닥에 각각 접속되어 있다.
이러한 요동감지체(110)는 외부로부터 함체(112)를 통해 지진이 인가되면 질량체(116)가 인가된 지진에 대응되게 진동한다.
광원(120)은 광을 출사한다. 광원(120)은 광의 파장을 가변시켜 출력하는 파장가변 광원이 적용된다. 광원(120)은 측정유니트(170)의 제어되도록 구축될 수 있다.
제1광섬유격자(FBG1)(141)는 센싱광섬유(140)의 함체(112) 내로 연장된 부분 중 캔틸레버(114)의 고정단(114a)으로부터 유동단(114b)을 향하는 연장방향을 따라 고정단(114a)으로부터 제1이격거리(a)에 해당하는 제1위치(x1)에 지지되게 설치되어 있다.
제2광섬유 격자(FBG2)(142)는 센싱광섬유(140)의 함체(112) 내로 연장된 부분 중 캔틸레버(114)의 고정단(114a)으로부터 유동단(114b)을 향하는 연장방향을 따라 고정단(114a)으로부터 제1이격거리(a)보다 더 먼 제2이격거리(L-a)에 해당하는 제2위치(x2)에 지지되게 설치되어 있다.
도시된 예에서 제2광섬유 격자(FBG2)(142)의 설치 위치(x2)는 유동단(114b)으로부터 고정단(114a)을 향하는 방향으로의 길이(a)가 제1이격거리(a)와 동일한 길이를 갖는 위치에 설치되어 있다.
여기서, 제1광섬유격자(141)의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장과 제2광섬유격자(142)의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장은 상호 다르도록 제1광섬유격자(141)를 구성하는 격자간 피치간격과 제2광섬유격자(142)를 구성하는 격자간 피치간격은 상호 다르게 형성된 것을 적용한다.
이러한 구조에서 외부로부터 인가되는 외력에 대응하여 질량체(116)가 진동할 때 캔틸레버(114)는 고정단(114a)을 기준으로 고정단(114a)으로부터 유동단(114b)을 향해 멀어질 수록 상하 유동폭이 증가하면서 변형되며 이러한 상하방향의 변형량(δ)은 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112020133910744-pat00001
여기서, F는 외력, E는 캔틸레버(114)를 포함한 유효 탄성계수(electric modulus), I는 질량체(116)의 관성모멘트이다.
위 수학식1로부터 캔틸레버(116)에 길이방향을 따라 인가되는 스트레인(ε(x))은 아래의 수학식2로 표현된다.
Figure 112020133910744-pat00002
여기서, L은 캔틸레버(114)의 전체 길이이고, x는 캔틸레버(114)의 고정단(114a)을 O으로하면서 고정단(114a)으로부터 유동단(114b)을 향하는 방향을 따르는 임의의 위치이고, h는 캔틸레버(114)의 두께이다.
위 수학식1로부터 캔틸레버(114)의 고정단(114a)으로부터 유동단(114b)을 향하는 방향으로 멀어질 수록 스트레인이 더 크게 작용함을 알 수 있다.
또한, 수학식2로부터 인가되는 스트레인에 대응한 광섬유 격자의 브래그 파장(λB) 변동(ΔλB)은 아래의 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure 112020133910744-pat00003
여기서, Pe는 광섬유격자의 고유 광탄성계수(elastic optical constant)이다.
따라서, 광섬유 격자의 브래그 파장 변동은 인가된 스트레인과 선형적 관계임을 알 수 있으며 이로부터 질량체(116)의 상하 진동시 제1광섬유격자(141)에 인가되는 스트레인이 제2광섬유격자(142)에 인가되는 스트레인보다 훨씬 크다. 따라서, 제1광섬유격자(141)는 지진에 대해 측정 정밀도가 훨씬 높은 감도 범위 예를 들면 0~0.1G에 해당하는 파인 감도 범위에 대한 세부진도를 측정하는데 이용되고, 제2광섬유격자(142)는 지진에 대해 측정 정밀도가 세부감도 범위보다 더 확장된 범위 예를 들면 0~2G에 해당하는 러프 감도 범위에 대한 러프 진도를 측정하는데 이용된다.
바람직하게는 제1광섬유격자(141)와 제2광섬유격자(142)의 센서 반응도비가 1대 20이 되도록 앞서 설명된 바와 같이 제2광섬유 격자(FBG2)(142)의 설치 위치(x2)는 유동단(114b)으로부터 고정단(114a)을 향하는 방향으로의 길이가 제1이격거리(a)와 동일하게 적용되었을 때 제1광섬유격자(141)의 고정단(114a)으로부터의 이격거리(a)는 캔틸레버(114)의 전체길이(L)에 대한 비(a/L)가 1/21이 되게 적용된다.
광중계부(150)는 광원(120)에서 출사된 광을 센싱 광섬유(140)를 통해 제1 및 제2광섬유 격자(141)(142)에 전송하고, 제1 및 제2광섬유 격자(141)(142)에서 각각 역으로 반사된 광을 수신하도록 구축되어 있다.
광중계부(150)는 센싱광섬유(140), 광써큘레이터(151) 및 광검출기(PD)(160)를 구비한다.
센싱광섬유(140)는 광써큘레이터(151)에 접속되어 함체(112) 내로 연장된 광섬유로서 앞서 설명된 제1광섬유격자(141)와 제2광섬유격자(142)가 상호 직렬상으로 접속되게 형성된 구조로 되어 있다.
광써큘레이터(151)는 광원(120)에서 출사되어 입력단(151a)을 통해 입력된 광을 센싱광섬유(140)가 접속된 검출단(151b)을 통해 출력하고, 센싱광섬유(140)에서 반사되어 역으로 진행되는 광을 출력단(151c)으로 출력한다.
광검출기(PD)(160)는 광써큘레이터(151)의 출력단(151c)을 통해 출력되는 광을 검출하여 검출된 광량에 대응되는 전기적 신호를 출력한다.
측정유니트(170)는 제1 및 제2광섬유격자(141)(142)로부터 역으로 반사되어 광중계부(150)의 광검출기(160)에 수신되어 출력된 신호로부터 요동감지체(110)에 인가된 진도를 측정한다.
측정유니트(170)는 광검출기(160)에서 수신된 광에 대한 제1광섬유격자(141)에 대한 제1피크 파장정보로부터 설정된 파인 감도 범위에 대한 세부진도를 산출하고, 제2광섬유격자(142)에 대한 제2피크 파장정보로부터 파인감도범위보다 세기 측정값이 더 크게 설정된 러프 감도 범위에 대한 러프 진도를 산출하고, 산출된 러프진도에 세부진도를 합산하여 최종 진도로 산출하도록 되어 있다.
측정유니트(170)는 아날로그 디지털 변환부(ADC)(171), 피크추출부(172), 파장변환부(173) 및 산출부(174)를 구비한다.
아날로그 디지털 변환부(ADC)(171)는 광검출부(160)에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환한다.
피크추출부(172)는 아날로그 디지털 변환부(ADC)(171)에서 출력되는 신호로부터 제1광섬유격자(141) 및 제2광섬유격자(142) 각각에 대응되는 제1 및 제2피크신호를 검출한다.
파장변환부(173)는 피크추출부(172)로부터 출력되는 제1 및 제2피크신호에 대해 광원(120)에서 출사된 파장에 대응되게 매칭시켜 파장에 대한 반사도값으로 변환하여 제1피크파장정보 및 제2피크파장정보를 출력한다.
산출부(174)는 파장변환부(173)로부터 출력되는 제1광섬유격자(141)에 대한 제1피크 파장정보로부터 설정된 파인 감도 범위에 대한 세부진도를 산출하고, 제2광섬유격자(142)에 대한 제2피크 파장정보로부터 파인감도범위보다 세기 측정값이 더 크게 설정된 러프 감도 범위에 대한 러프 진도를 산출하고, 산출된 러프진도에 세부진도를 합산하여 최종 진도로 산출한다.
여기서, 산출부(174)에는 제1 및 제2 피크파장에 대응한 진도값이 실험에 의해 미리 구해져 기록된 룩업테이블을 이용하여 산출하도록 구축될 수 있다.
한편, 광원(120)에서 출사되는 광의 파장을 가변시키지 않으면서 진도를 측정하는 방식의 예를 도 2를 참조하여 설명한다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 지진감지장치(100)는 요동감지체(110), 광원(120), 제1광섬유 격자(141), 제2광섬유격자(142), 광중계부(250), 측정유니트(270)를 구비한다.
광원(220)은 출사되는 광의 파장을 가변시키지 않고, 가동온시 중심파장이 일정한 광을 출사하는 것이 적용된다.
광중계부(250)는 광커플러(230), 제1센싱광섬유(140a), 제2센싱광섬유(140b), 제1광써큘레이터(151), 제2광써큘레이터(152), 제1광검출기(161), 제2광검출기(162)를 구비한다.
광커플러(230)는 광원(220)에서 출사된 광을 제1분배채널(231)과 제2분배채널(232)로 분배하여 출력한다.
제1센싱광섬유(140a)는 제1광섬유격자(141)가 형성되어 제1광써큘레이터(151)의 검출단(151b)으로부터 함체(112) 내까지 연장되어 캔틸레버(114)의 일측면에 결합되어 있다.
제2센싱광섬유(140b)는 제1센싱광섬유(140a)와 독립되게 제2광섬유격자(142)가 형성되어 제2광써큘레이터(152)의 검출단(152b)으로부터 함체(112) 내까지 연장되어 캔틸레버(114)의 타측면에 결합되어 있다.
여기서, 제1 및 제2센싱광섬유(140a)(140b)는 상호 분리되어 있어 제1광섬유격자(141)의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장과 제2광섬유격자(142)의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장은 상호 동일하도록 제1광섬유격자(141)의 격자간 피치간격과 제2광섬유격자(142)의 격자간 피치간격은 동일하게 적용된 것을 적용한다.
제1광써쿨레이터(151)는 광원(220)에서 출사되어 제1분배채널(231)을 거쳐 제1입력단(151a)을 통해 입력된 광을 제1센싱광섬유(140a)가 접속된 제1검출단(151b)을 통해 출력하고, 제1센싱광섬유(140a)에서 반사되어 역으로 진행되는 광을 제1출력단(151c)으로 출력한다.
제2광써큘레이터(152)는 광원(220)에서 출사되어 제2분배채널(232)을 거쳐 제2입력단(152a)을 통해 입력된 광을 제2센싱광섬유(140b)가 접속된 제2검출단(152b)을 통해 출력하고, 제2센싱광섬유(140b)에서 반사되어 역으로 진행되는 광을 제2출력단(152c)으로 출력한다.
제1광검출기(PD1)(161)는 제1광써큘레이터(151)의 제1출력단(151c)을 통해 출력되는 광을 검출하고, 검출된 광량에 대응되는 전기적신호를 출력한다.
제2광검출기(PD2)(162)는 제2광써큘레이터(152)의 제2출력단(152c)을 통해 출력되는 광을 검출하고, 검출된 광량에 대응되는 전기적신호를 출력한다.
측정유니트(270)는 광원(220)에서 출사되어 제1광검출기(161)에서 수신된 광에 대한 퓨리에 변환정보로부터 설정된 파인 감도 범위에 대한 세부진도를 산출하고, 제2광검출기(162)에서 수신된 광에 대한 퓨리에 변환 정보로부터 파인감도범위보다 세기 측정값이 더 크게 설정된 러프 감도 범위에 대한 러프 진도를 산출하고, 산출된 러프진도에 세부진도를 합산하여 최종 진도로 산출하도록 되어 있다.
측정유니트(270)는 아날로그 디지털 변환부(ADC)(171), 고속 푸리에변환부(272), 피크추출부(273) 및 산출부(274)를 구비한다.
아날로그 디지털 변환부(ADC)(171)는 제1 및 제2광검출부(161)(162)에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환한다.
고속퓨리에 변환부(272)는 아날로그 디지털 변환부(ADC)(171)에서 출력되는 신호를 퓨리에 변환과정을 거쳐 주파수 영역의 신호로 출력한다.
피크추출부(273)는 고속퓨리에 변환부(272)에서 출력되는 신호로부터 제1광섬유격자(141) 및 제2광섬유격자(142) 각각에 대응되는 주파수 영역에서의 제1 및 제2피크신호를 검출한다.
산출부(274)는 피크추출부(273)로부터 출력되는 제1광섬유격자(141)에 대한 제1피크신호의 세기정보로부터 설정된 파인 감도 범위에 대한 세부진도를 산출하고, 제2광섬유격자(142)에 대한 제2피크신호의 세기정보로부터 파인감도범위보다 세기 측정값이 더 크게 설정된 러프 감도 범위에 대한 러프 진도를 산출하고, 산출된 러프진도에 세부진도를 합산하여 최종 진도로 산출한다.
여기서, 산출부(274)에는 주파수 영역에서의 제1 및 제2 피크신호의 세기값에 대응한 진도값이 실험에 의해 미리 구해져 기록된 룩업테이블을 이용하여 산출하도록 구축될 수 있다.
이상에서 설명된 광섬유격자 기반 지진감지장치에 의하면, 원격측정을 지원하면서 전기적 노이즈에 의한 신호왜곡을 방지할 수 있어 측정 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
110: 요동감지체 120, 220: 광원
141: 제1광섬유 격자 142: 제2광섬유격자
150, 250: 광중계부 170, 270: 측정유니트

Claims (6)

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  3. 내부에 수용공간을 갖는 함체와, 상기 함체의 일단 바닥으로부터 수직상으로 상방으로 이격되는 위치에 고정단이 접속되어 상기 함체의 중앙을 향하는 방향으로 연장된 유동단을 갖되 인가되는 외력에 의해 휨을 허용하는 캔틸레버와, 상기 캔틸레버의 유동단에 접속된 질량체와, 상기 질량체의 상하 요동을 가이드하며 복원 위치로 복원을 유도하도록 상기 질량체의 상면과 하면에서 각각 수직상으로 연장되어 상기 함체의 천정 및 바닥에 각각 접속된 제1 및 제2스프링을 갖는 요동감지체와;
    광을 출사하는 광원과;
    상기 캔틸레버의 고정단으로부터 유동단을 향하는 연장방향을 따라 상기 고정단으로부터 제1이격거리에 지지되게 설치된 제1광섬유 격자와;
    상기 캔틸레버의 고정단으로부터 유동단을 향하는 연장방향을 따라 상기 고정단으로부터 상기 제1이격거리보다 더 먼 제2이격거리에 지지되게 설치된 제2광섬유 격자와;
    상기 광원에서 출사된 광을 상기 제1 및 제2광섬유 격자에 전송하고, 상기 제1 및 제2광섬유 격자에서 각각 역으로 반사된 광을 수신하는 광중계부와;
    상기 제1 및 제2광섬유격자로부터 역으로 반사되어 상기 광중계부에 수신된 신호로부터 상기 요동감지체에 인가된 진도를 측정하는 측정유니트;를 구비하고,
    상기 광중계부는
    상기 제1광섬유격자와 상기 제2광섬유격자가 상호 직렬상으로 접속된 센싱광섬유와;
    상기 광원에서 출사되어 입력단을 통해 입력된 광을 상기 센싱광섬유가 접속된 검출단을 통해 출력하고, 상기 센싱광섬유에서 반사되어 역으로 진행되는 광을 출력단으로 출력하는 광써큘레이터와;
    상기 광써큘레이터의 출력단을 통해 출력되는 광을 검출하는 광검출기;를 구비하고,
    상기 광원은 파장을 가변시켜 출력하는 것이 적용되고,
    상기 측정유니트는
    상기 광검출기에서 수신된 광에 대한 상기 제1광섬유격자에 대한 제1피크 파장정보로부터 설정된 파인 감도 범위에 대한 세부진도를 산출하고, 상기 제2광섬유격자에 대한 제2피크 파장정보로부터 상기 파인감도범위보다 세기 측정값이 더 크게 설정된 러프 감도 범위에 대한 러프 진도를 산출하고, 산출된 러프진도에 세부진도를 합산하여 최종 진도로 산출하도록 되어 있고,
    상기 제1광섬유격자의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장과 상기 제2광섬유격자의 외력이 인가되지 않았을 때의 반사중심 파장은 상호 다르도록 상기 제1광섬유격자의 피치간격과 상기 제2광섬유격자의 피치간격은 상호 다른 것을 특징으로 하는 광섬유격자 기반 지진감지장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1광섬유격자와 상기 제2광섬유격자의 센서 반응도비가 1대 20이 되도록 상기 제2광섬유 격자의 설치 위치는 상기 유동단으로부터 고정단을 향하는 방향으로의 길이가 상기 제1이격거리와 동일하고, 상기 제1이격거리(a)는 상기 캔틸레버의 전체길이(L)에 대한 비(a/L)가 1/21이 되게 적용된 것을 특징으로 하는 광섬유격자 기반 지진감지장치.






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