KR19980073059A - 간섭식 광섬유센서를 이용한 구조물의 변형률 측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 간섭식 광섬유센서를 이용한 구조물의 변형량의 측정방법 및 시스템에서 간섭측정기의 신호출력을 디지탈식으로 처리함으로써 저렴하고 간단한 방법으로 측정오차를 극소화하여 정확한 측정결과를 얻을 수 있게 하기 위해, 상기 간섭식 광섬유센서의 출력신호에서 불가피하게 혼입된 환경감응적 불순인자를 제거하기 위한 여과수단과, 상기 여과수단에 의해 여과된 출력신호의 정상점 또는 계곡점을 검출함으로써 정현파의 개수를 계수하기 위하여 상기 간섭식 광섬유센서로부터의 출력신호를 여과하고 정현파의 개수를 계수하기 위한 정현파계수수단을 포함하거나, 또는, 상기 간섭식 광섬유센서의 출력신호에 불가피하게 혼입된 환경감응적 불순인자로 인한 출력신호의 맥동 및 표류의 정도를 감안하여 적정한 파고상에 기준선을 설정하는 기준파고설정수단과, 상기 간섭식 광섬유센서로부터의 출력신호가 상기 기준파고상의 기준선과 교차하는지의 여부를 판별하는 교차판별수단을 포함하는 변형량측정시스템을 제공하며, 상기 변형량측정시스템은 간섭식 광섬유센서에서 출력된 출력신호가 기준선과 교차할 때에 그 바로 전의 정현파의 반주기의 최대값 또는 최소값을 기준으로 기준선의 파고를 재설정하는 기준파고재설정수단을 부가적으로 포함할 수도 있다.

Description

간섭식 광섬유센서를 이용한 구조물의 변형률 측정방법 및 장치

이 발명은 간섭식 광섬유센서(fiber-optic interferometric sensors), 즉, 간섭측정기(interferometers)를 이용한 변형량을 측정하는 방법 및 시스템에 관한 것이며, 특히, 온도나 진동 또는 압력 등과 같은 외부요인에 의한 측정치의 오차를 제거하고 정확한 측정치를 얻는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

간섭측정기는, 예를 들어, 마흐-젠더식 간섭측정기(Mach-Zehnder type interferometer)나 마이켈슨식 간섭측정기(Michelson type interferometer) 또는 패브리-페롯식 간섭측정기(Fabry-Perot type interferometer) 등과 같이 여러 종류가 있다.

마흐-젠더식 간섭측정기(10)에서는 도1에 보이듯이 광빔이 분할되어 감지레그(14 : sensing leg)와 기준레그(13 : reference leg)로 이루어진 두 개의 광로들을 따라 전송된다. 감지레그(14)는 측정될 환경인자들과 상호작용하고 기준레그(13)는 환경인자로부터 격리된 채로 유지된다. 그리고나서, 두 개의 광빔들은 감지레그(14)에 유도된 위상변화에 따라 간섭 하도록 재조합된다.

예를 들어, 감지레그(14)를 이루는 광섬유가 구조물에 부착되어 그러한 구조물의 변형에 따라 광섬유가 연신되게 하면, 광로의 길이변화는 기준레그(13)와 감지레그(14)를 지나는 광빔들의 상대적인 위상에 변화를 일으킬 것이다. 그러한 상대위상변화는 두개의 광빔들의 재조합시의 간섭으로 인해 출력강도를 변화시킬 것이다. 연신양에 따라 어떤 경우에는 두 개의 광빔들이 보강적으로 간섭하여 최대 출력강도를 발생시킨다. 어떤 경우에는 두 개의 광빔들이 상쇄적으로 간섭하여 최소출력강도를 발생시킨다. 그럼으로써, 출력강도는 감지레그(14)의 길이가 변함에 따라 최대치와 최소치의 사이에서 주기적으로 변화한다. 그러므로, 변형과 출력강도의 사이에는 사인파형의 관계를 갖는다.

도2에 도시된 마이켈슨식 간섭측정기(20)는 위 마흐-젠더식 간섭측정기(10)와 동일하지만, 광빔들이 감지레그(24)와 기준레그(23)의 각각의 단부로부터 반사되어 광빔이 분기되는 구역과 동일한 구역, 즉, 광원에 가까운 쪽의 레그들의 단부에서 재조합된다는 것만 다르다.

도3에 도시된 패브리-페롯식 간섭측정기(30)에서는 감지레그와 기준레그가 공통선(38)상에 있으며, 그러한 선내에 설치된 반사경의 역할을 하는 섬유단부(35, 36)들에 의해 2회 이상의 반사가 이루어진다. 광원에 가까운 쪽의 섬유단부(35)에서 제1반사가 일어나고 광원에서 먼 쪽의 섬유단부(36)에서 제2반사가 일어난다. 섬유단부(35, 36)들은 광로에서의 간격, 즉, 공동에 의한 계면들에 의해 형성될 수 있으며, 그러한 경우에, 상기 간섭측정기(30)는 외부 패브리 페롯식 간섭측정기라고 칭해진다. 여기에서, 제1반사는 기준빔으로서 작용하고 제2반사는 감지빔으로서 작용한다. 그러므로, 기준빔과 감지빔이 이동하는 거리는 상기 공동(37)의 간격의 왕복거리만큼 차이를 갖는다. 그러므로, 그러한 간격이 변화하면, 출력이 주기적으로 변화한다.

위와 같은 간섭측정기들은 변형 뿐만 아니라 온도나 압력 또는 변위에도 강력하게 감응한다. 또한, 일반적으로, 변형을 측정하려는 구조물들은 변형될 뿐만아니라, 열적으로 안정적이지 못하거나 크고 작은 진동을 하고 있다. 그러므로, 구조물의 변형량의 실제치와 측정치의 사이에는 상당한 오차가 존재하게 된다.

위와 같은 간섭식 광섬유센서들을 이용하여 구조물의 변형량을 측정하기 위해서는 그러한 간섭식 광섬유센서로부터 출력되는 정현파의 개수를 정확히 계수해야 하며, 그렇게 계수된 정현파의 개수를이라 한다면, 구조물의 변형률은 다음의 수학식 1에 의해 구해진다.

[수학식 1]

ε = Cm/L

여기에서, ε은 구조물의 변형률(즉, 광섬유의 변형률)이고, L은 광섬유의 게이지길이이며, C는 게이지상수이다.

우선, 마이켈슨식 간섭측정기(20)에서는 도2와 같이 헬륨-네온 광원(도시안됨)으로부터 빛이 광섬유(optical fiber)안으로 입사되어 광섬유연계기(29)를 지난 후에 감지레그(24)와 기준레그(23)를 지나게 된다. 그 후, 구조물의 내부에 삽입하거나 또는 외부에 부착한 광섬유단부의 거울도금된 부분에 빛이 도달하면, 그러한 빛이 되돌아나와서 광섬유연계기(29)를 지나면서 구조물의 변형에 따른 광섬유의 변형에 의하여 광섬유를 따라 전파되는 신호에 상쇄간섭이나 보강간섭을 유발하고, 그럼으로써, 도4a 및 도4b와 같이 구조물의 변형률의 증가에 따라 정현파 형태의 신호가 출력된다.

그런데, 구조물에 부착되거나 삽입되어 있는 마이켈슨식 간섭측정기(20)의 출력신호에서는 온도나 압력의 변화 또는 진동 등과 같은 환경인자에 감응한 불순인자의 혼입으로 인해 도5에 보인 바와 같이 신호진폭이 증감하는 맥동(beating)현상이 발생하거나, 또는, 도6에 보이듯이, 광섬유의 감지레그(24)와 기준레그(23)이 겪는 외란요인에 의하여 최대진폭 및 최소진폭의 기준선이 떠 다니는 신호표류(drifting)현상이 나타난다. 이러한 맥동현상 및 표류현상은 마이켈슨식 간섭 측정기(20)의 출력신호로부터 구조물의 변형량을 측정하기 위하여 정현파의 개수를 계수할 때에 오차요인으로 작용하며, 그럼으로써, 측정치에 대한 신뢰도를 떨어트린다.

또한, 패브리-패롯식 간섭측정기(30)는 도3과 같이 광섬유의 내부에 입사된 빛이 광간섭을 일으키는 탐촉자(probe)부분의 공간간극에서 변형을 받으면 광경로 차변화가 발생함으로써 되돌아 나오는 빛이 도7과 같이 정현파형태의 신호로 출력된다. 정현파의 개수을 계수하기 위하여 도4와 같이 정상점과 계곡점을 검출하거나 기준선을 설정한 후에, 광섬유신호가 기준선을 교차하는 것을 검출해야 한다. 또한, 광섬유 외부 패브리-패로 센서의 신호는 도7에 보이듯이 신호맥동현상 및 표류현상은 존재하지 않지만, 신호의 정상점과 계곡점에 신호잡음이 존재한다.

발명의 명칭이 파이버 옵틱 스트레인 센서 앤드 리드아웃 시스템(Fiber optic strain sensor and read-out system)이고 마틴 마리타 코퍼레이션(Martin Marietta Corporation)에게 허여된 1995년 12월 19일자 미국특허 제 5,477,323호에서는 간섭측정기의 위와 같은 문제를 해결하기 위한 수단을 제공한다.

위 미국특허 제 5,477,323호에서는 제1단일모드식 광섬유를 포함하고, 상기 제1단일모드식 광섬유의 한 쪽의 단부에 일정한 길이의 제1다중모드식 광섬유의 한 쪽의 단부가 부착되어 있으며, 상기 제1다중모드식 광섬유의 제1자유단부로부터 일정한 간격만큼 이격되어 있는 제1반사부재를 포함하고, 상기 제1반사부재는 상기 제2다중모드식 광섬유의 제2자유단부를 포함하며, 상기 제2다중모드식 광섬유의 자유단부는 제1단일모드식 광섬유의 한 쪽의 단부에 부착되어 있고, 상기 제1 및 제2의 다중모드식 광섬유의 길이는 상기 제1및 제2의 단일모드식 광섬유에 각각 융합되어 있는 것을 특징으로 하는 간섭식 광섬유센서, 즉, 간섭측정기를 제안한다.

또한, 거기에서는 일정한 길이만큼 길이차이가 있는 제1및 제2의 광로(first and second optical paths)를 포함하는 광섬유센서에 의해 감지된 환경감응식 제1파장으로 출력되는 광신호를 직선화하는 방법에 있어서, 상기 광섬유센서로부터 상기 제1파장으로 출력된 상기 광신호출력 및 상기 제1파장과 상이한 제2파장의 광원으로부터 출력된 광원출력을 제3 및 제4의 광로에 연계시켜 상기 광신호출력의 제1부분과 상기 광원출력의 제1부분이 상기 제3광로를 지나는 제1광빔을 포함하고 상기 광신호출력의 제2부분과 상기 광원출력의 제2부분이 상기 제4광로를 지나는 제2광빔을 포함하며 상기 제3 및 제4의 광로는 상기 제1 및 제2의 길이차이만큼 길이차이를 갖게 하는 연계단계와, 상기 제1파장의 상기 제1 및 제2의 광빔들간의 위상관계의 제1변화와 상기 제2파장의 상기 제1 및 제2의 광빔들간의 위상관계의 제2변화를 감지하는 감지단계 및, 위상관계의 상기 제1 및 제2의 변화들간의 차이에 의해 상기 제1 및 제2의 광빔들 중의 적어도 하나 이상의 위상을 변조함으로써 상기 제1 및 제2의 광빔들간의 상기 위상관계를 상기 판독시스템의 온도효과 및 진동효과에 무관한 일정한 위상관계로 복귀시키는 변조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호출력의 직선화방법을 제안한다.

또한, 거기에서는 광섬유센서에 의해 감지된 환경에 따른 제1파장의 광신호출력을 제공하기 위해 정해진 길이만큼의 길이차이를 갖는 제1 및 제2의 광로들을 포함하는 광섬유센서와 함께 이용하기 위한 광섬유센서판독시스템에 있어서, 상기 제1파장과 상이한 제2파장의 광원출력을 발생시키는 광원과, 상기 제1 및 제2의 광로들의 길이차이와 동등한 길이만큼의 길이차이를 갖는 제3 및 제4의 광로들과, 상기 제1 및 제2의 광빔들 중의 적어도 하나 이상의 위상을 변조하는 변조기 및, 상기 제1파장의 상기 제1 및 제2의 광빔들간의 위상관계의 제1변화를 감지하고 상기 제2파장의 상기 제1 및 제2의광빔들간의 위상관계의 제2변화를 감지하며 위상관계의 상기 제1 및 제2의 변화들간의 차이에 따라 상기 변조기에 대해 신호를 제공하는 제어기를 포함하며, 상기 광신호출력의 제1부분과 상기 광원출력의 제1부분이 상기 제3광로를 지나는 제1광빔을 포함하고 상기 광신호출력의 제2부분과 상기 광원출력의 제2부분이 상기 제4광로를 지나는 제2광빔을 포함하도록 상기 제3 및 제4의 광로에 대해 상기 광신호출력과 상기 광원출력이 연계되어 있고, 상기 제어기는 상기 제1 및 제2의 광빔들간의 상기 위상관계를 상기 판독시스템의 온도효과 및 진동효과에 따른 일정한 위상관계로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 광섬유센서판독시스템을 제안한다.

그러나, 위와 같은 수단들에 의해서도 측정하고자 하는 구조물이나 간섭측정기 자체에 가해지는 열이나 압력 또는 진동 등에 의한 간섭측정기의 신호출력의 맥동현상이나 표류현상으로 인한 측정오차를 완벽하게 제거하지는 못했을 뿐만 아니라, 측정을 위해 제1광원 이외에 제2광원과 변조기 및 제어기 등을 필요로 하는 등과 같이 여러 가지의 부가적인 구성요소들을 요구하게 되며, 따라서, 측정비용이 매우 많이 소요되고 측정시스템이 복잡해졌다.

이 발명은 위와 같은 종래의 간섭측정기를 이용한 구조물의 변형량의 측정방법 및 시스템에서의 문제를 극복하고 간섭측정기의 신호출력을 디지탈식으로 처리함으로써 저렴하고 간단한 방법으로 측정오차를 극소화하여 정확한 측정결과를 얻을 수 있게 하려는 것이다.

도1은 마흐-젠더식 간섭측정기를 도시한 개요도이고,

도2는 마이켈슨식 간섭측정기를 도시한 개요도이며,

도3은 패브리-페롯식 간섭측정기를 도시한 개요도이고,

도4a는 구조물의 변형률의 증가를 도시한 그래프이며,

도4b는 도4a에 도시된 구조물의 변형율의 증가에 따라 단위시간 당 정현파의 개수가 증가하는 것을 도시한 그래프이고,

도5는 마이켈슨식 간섭측정기의 출력신호의 맥동현상 및 그에 따른 변형파의 검출결과를 도시한 그래프이며,

도6은 마이켈슨식 간섭측정기의 출력신호의 기준선의 표류현상 및 그에 따른 변형파의 검출결과를 도시한 그래프이고,

도7은 패브리-패롯식 간섭측정기의 정현파형태의 출력신호를 도시한 그래프이며,

도8은 이 발명의 제1실시예에 따른 구조물의 변형량측정방법을 설명하기 위해 제1실시예에 따른 변형량측정시스템을 개략적으로 도시한 블록선도이고,

도9는 이 발명의 제2실시예에 따른 구조물의 변형량측정방법을 설명하기 위해 제2실시예에 따른 변형량측정시스템을 개략적으로 도시한 블록선도이며,

도10은 이 발명의 제3실시예에 따른 구조물의 변형량측정방법을 설명하기 위해 제3실시예에 따른 변형량측정시스템을 개략적으로 도시한 블록선도이고,

도11은 마이켈슨식 간섭측정기로부터의 출력신호를 제2실시예에 따른 변형량측정시스템 및 방법에 의하여 처리한 결과를 도시한 그래프이며,

도12는 패브리-패롯식 간섭측정기(30)로부터의 출력신호를 제2실시예에 따른 변형량측정시스템 및 방법에 의하여 처리한 결과를 도시한 그래프이고,

도13은 마이켈슨식 간섭측정기(20)로부터의 출력신호를 제3실시예에 따른 변형량측정시스템 및 방법에 의하여 처리한 결과를 도시한 그래프이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

41, 51 : 간섭식 광섬유센서 42 : 저주파여과기

43 : 정현파계수수단 52 : 기준파고설정수단

53 : 교차판별수단 54 : 기준파고재설정수단

위와 같은 과제를 해결하기 위한 이 방법에 따르면, 간섭식 광섬유센서를 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 시스템에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서의 출력신호에서 불가피하게 혼입된 환경감응적 불순인자를 제거하기 위한 여과수단과, 상기 여과수단에 의해 여과된 출력신호의 정상점 또는 계곡점을 검출함으로써 정현파의 개수를 계수(counting)하기 위하여 상기 간섭식 광섬유센서로부터의 출력신호를 여과하고 정현파의 개수를 계수하기 위한 정현파계수수단을 포함하는 변형량측정시스템 및 이를 이용한 변형량측정방법이 제공된다.

또한, 이 발명에 따르면, 간섭식 광섬유센서를 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 시스템에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서의 출력신호에 불가피하게 혼입된 환경감응적 불순인자로 인한 출력신호의 맥동 및 표류의 정도를 감안하여 적정한 파고상에 기준선을 설정하는 기준파고설정수단과, 상기 간섭식 광섬유센서로부터의 출력신호가 상기 기준파고상의 기준선과 교차하는지의 여부를 판별하는 교차판별수단을 포함하는 변형량측정시스템 및 이를 이용한 변형량측정방법을 제공한다.

또한, 이 발명에 따르면, 간섭식 광섬유센서에서 출력된 출력신호가 기준선과 교차할 때에 그 바로 전의 정현파의 반주기의 최대값 또는 최소값을 기준으로 기준선의 파고를 재설정하는 기준파고재설정수단을 부가적으로 포함할 수도 있다.

실시예

이제, 첨부된 도면을 보면서 이 발명에 따른 구조물변형량측정시스템 및 방법의 양호한 실시예들에 대해 상세히 설명하겠다.

제 1 실시예

이 발명의 제1실시예에 따른 구조물의 변형량측정시스템은 도8에 보이듯이 구조물의 변형량에 비례하는 개수의 정현파를 갖는 광신호를 출력하는 간섭식 광섬유센서(41)와, 상기 간섭식 광섬유센서(41)의 출력신호에 혼입된 환경감응적 불순인자를 제거하는 저주파여과기(42)와, 상기 저주파여과기(42)를 통과하여 여과된 출력신호에서 정상점 또는 계곡점을 검출함으로써 정현파의 개수를 계수하는 정현파계수수단(43)을 포함한다.

이제, 제1실시예에 따른 변형량측정시스템을 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 방법을 설명하겠다.

우선, 상기 간섭식 광섬유센서(41)를 변형량을 측정해야 할 구조물의 내부에 삽입해두거나 표면에 단단히 부착해 둔다. 그렇게 구조물에 고정된 간섭식 광섬유센서(41)의 입력단자에 헬륨-네온광원으로부터의 광빔을 입사시키면서 출력신호를 취득한다. 취득된 출력신호를 상기 저주파여과기(42)를 통과시킴으로써 그러한 취득신호속에 혼입된 환경감응적 불순인자들을 제거한다. 그렇게 여과된 출력신호의 파형의 최대값이나 최소값을 판별하여 정상점 또는 계곡점을 검출함으로써 출력신호의 정현파의 개수를 계수한다. 계수된 정현파의 개수 m을 이용하여 수학식 1에 의해 변형량을 계산한다.

[수학식 1]

ε = Cm/L

여기에서, ε은 구조물의 변형률(즉, 광섬유의 변형률)이고, L은 광섬유의 게이지길이이며, C는 게이지상수이다.

상기 간섭식 광섬유센서(41)로부터 출력되는 출력신호의 데이터가 계속 이어지면, 위의 과정을 반복하여 변형량의 계산을 계속한다.

실시예 2

이 발명의 제2실시예에 따른 구조물의 변형량측정시스템은 도9에 보이듯이 구조물의 변형량에 비례하는 개수의 정현파를 갖는 광신호를 출력하는 간섭식 광섬유센서(51)와, 환경감응적 불순인자가 혼입됨으로써 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터의 출력신호가 맥동하거나 표류하는 정도에 따라 적절한 파고에 기준선을 설정하는 기준파고설정수단(52)과, 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터의 출력신호가 상기 기준파고상의 기준선과 교차하는지의 여부를 판별하는 교차판별수단(53)을 포함한다.

이제, 제2실시예에 따른 변형량측정시스템을 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 방법을 설명하겠다.

우선, 상기 간섭식 광섬유센서(51)를 변형량을 측정해야 할 구조물의 내부에 삽입해두거나 표면에 단단히 부착해 둔다. 그렇게 구조물에 고정된 간섭식 광섬유센서(51)의 입력단자에 헬륨-네온광원으로부터의 광빔을 입사시키면서 출력신호를 취득한다. 취득된 출력신호를 일정시간 동안 검색하여 혼입된 환경감응적 불순인자로 인해 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터의 출력신호가 맥동하거나 표류하는 정도를 파악한 후에 그러한 정도에 따라 적절한 파고상에 기준선을 설정한다. 그리고나서, 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터의 출력신호가 상기 기준파고상의 기준선과 교차하는지의 여부를 판별하고, 그러한 교차횟수를 계수하여 정현파의 개수를 계수한다. 그렇게 계수된 정현파의 개수 m을 이용하여 제1실시예에서와 마찬가지로 수학식 1에 의해 변형량을 계산하고, 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터 출력되는 출력신호의 데이터가 계속 이어지면, 위의 과정을 반복하여 변형량의 계산을 계속한다.

실시예 3

이 발명의 제3실시예에 따른 구조물의 변형량측정시스템은 도에 보이듯이 간섭식 광섬유센서(51)에서 출력된 출력신호가 기준선과 교차할 때에 그 바로 전의 정현파의 반주기의 최대값 또는 최소값을 기준으로 기준선의 파고를 재설정하는 기준파고재설정수단(54)을 부가적으로 포함하는 것을 제외하고는 앞서 설명한 제2실시예와 동일하다.

제3실시예에 따른 변형량측정시스템을 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 방법에서도, 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터의 출력신호가 상기 기준파고상의 기준선과 교차하는지의 여부를 판별하고나서, 교차했을 때에는 그 바로전의 정현파의 반주기의 최대값 또는 최소값을 기준으로 기준선의 파고를 재설정하는 기준파고재설정단계를 부가적으로 포함하는 것을 제외하고는 앞서 설명한 제2실시예와 동일하다.

이제, 간섭식 광섬유센서에 의한 구조물의 변형률을 구하기 위한 출력신호의 처리과정을 마이켈슨식 간섭측정기와 패브리-패롯식 간섭측정기로부터의 출력신호에 의하여 검토해 보자. 도11은 마이켈슨식 간섭측정기(20)로부터의 출력신호를 제2실시예에 따른 변형량측정시스템 및 방법에 의하여 처리한 결과를 보이고 있다. 도5에서는 출력신호가 기준선을 교차하였을 때 구형파로 표시하였는데, 신호 맥동현상에 의하여 진폭이 작아지고 신호표류현상에 의하여 신호진폭의 기준선이 이동함에 따라 정현파의 개수를 계수함에 있어서 오차가 발생하고 있음을 알 수 있다. 그러나, 도11에서는 적정한 차단주파수의 저주파여과기(42)를 통과시킨 후에 정상점 및 계곡점을 검출한 결과를 구형파의 형태로 나타내었는데, 오차가 적음을 볼 수 있다. 또한, 제3실시예에 따른 변형량측정시스템 및 방법에 의하여 마이켈슨식 간섭측정기(20)의 출력신호를 처리한 것을 도13에 도시하였는데, 다른 실시예에 따른 경우에서보다 오차가 적음을 볼 수 있다. 그러므로, 마이켈슨식 간섭 측정기(20)의 출력신호의 처리에는 제1실시예나 제3실시예에 따른 변형량측정 시스템 및 방법을 이용하는 것이 적합함을 알 수 있다.

패브리-패롯식 간섭측정기(30)로부터의 출력신호를 제2실시예에 따른 변형량측정시스템 및 방법에 의하여 처리한 결과를 도12에 도시하였는데, 전혀 오차가 없었다. 그러므로, 패브리-패롯식 간섭측정기(30)의 출력신호의 처리에는 제2실시예에 따른 변형량측정시스템 및 방법만으로도 충분함을 알 수 있다.

위에서 설명한 이 발명의 실시예들은 이 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 예를 들어, 위 실시예들에서는 마이켈슨식 간섭측정기와 패브리-패롯식 간섭측정기의 경우에 대해서만 설명하고 있지만, 이 발명은 이에 한정되지 않으며, 유사하게 작동하는 모든 간섭측정기를 이용한 측정에 적용될 것이다.

또한, 여기에서는 간섭측정기를 이용하여 구조물의 변형량을 측정할 것을 의도하는 경우에 대해서만 설명하고 있지만, 이 발명은 이에 한정되지 아니하며, 간섭측정기를 이용하여 측정할 수 있는 모든 환경인자들 중의 어느 하나, 즉, 온도변화나 압력변화 또는 진동의 크기 등을 측정하는 어느 경우에 있어서든지 적용될 수 있을 것이다. 그러한 경우에는 구조물의 변형량이 오히려 오차유발인자로 처리되어 측정치로부터 제거될 것이다.

그러므로, 이 발명은 위에서 설명한 실시예에 한정되지 않음은 물론이고, 이 발명의 정신 및 기술적 사상을 벗어나지 않은 채로 당업자에 의해 이루어질 수 있는 모든 변화예나 변형예 또는 조절예들을 포함할 것이며, 첨부된 특허청구의 범위는 그러한 것들을 모두 포함할 것을 의도한다.

위에서 설명한 바와 같은 이 발명에 따른 간섭측정기를 이용한 구조물의 변형량의 측정방법 및 시스템에서는 저렴하고 간단한 방법으로 측정오차를 극소화하여 정확한 측정결과를 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 구조물의 변형량에 비례하는 개수의 정현파를 갖는 광신호를 출력하는 간섭식 광섬유센서(41)를 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 시스템에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서(41)의 출력신호에서 불가피하게 혼입된 환경감응적 불순인자를 제거하기 위한 여과수단(42)과, 상기 여과수단(42)에 의해 여과된 출력신호의 정상점 또는 계곡점을 검출함으로써 정현파의 개수를 계수(counting)하기 위하여 상기 간섭식 광섬유센서(41)로부터의 출력신호를 여과하고 정현파의 개수를 계수하기 위한 정현파계수수단(43)을 포함하는 것을 특징으로 하는 변형량측정시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 여과수단(43)이 저주파여과기인 것을 특징으로 하는 변형량측정시스템.
3. 구조물의 변형량에 비례하는 개수의 정현파를 갖는 광신호를 출력하는 간섭식 광섬유센서(51)를 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 시스템에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서(51)의 출력신호에 불가피하게 혼입된 환경감응적 불순인자로 인한 출력신호의 맥동 및 표류의 정도를 감안하여 적정한 파고상에 기준선을 설정하는 기준파고설정수단(52)과, 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터의 출력신호가 상기 기준파고상의 기준선과 교차하는지의 여부를 판별하는 교차파별수단(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는 변형량측정시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서(51)에서 출력된 출력신호가 상기 기준선과 교차할 때에 그 바로 전의 정현파의 반주기의 최대값 또는 최소값을 기준으로 기준선의 파고를 재설정하는 기준파고재설정수단(54)을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 변형량측정시스템.
5. 구조물의 변형량에 비례하는 개수의 정현파를 갖는 광신호를 출력하는 간섭식 광섬유센서(41)를 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 방법에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서(41)를 변형량을 측정해야 할 구조물의 내부에 삽입해두거나 표면에 단단히 부착하는 센서부착단계와, 상기 간섭식 광섬유세서(41)의 입력단자에 헬륨-네온광원으로부터의 광빔을 입사시키면서 출력신호를 취득하는 신호취득단계와, 취득된 출력신호를 상기 저주파여과기(42)를 통과시킴으로써 그러한 취득신호속에 혼입된 환경감응적 불순인자들을 제거하는 신호여과단계와, 여과된 출력신호의 파형의 최대값이나 최소값을 판별하여 정상점 또는 계곡점을 검출함으로써 출력신호의 정현파의 개수를 계수하는 정현파계수단계 및, 계수된 정현파의 개수 m을 이용하여 아래의 수학식 1에 의해 변형량을 계산하는 변형량계산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형량측정방법.

   [수학식 1]

   ε = Cm/L

   여기에서, ε은 구조물의 변형률(즉, 광섬유의 변형률)이고, L은 광섬유의 게이지길이이며, C는 게이지상수임.
6. 구조물의 변형량에 비례하는 개수의 정현파를 갖는 광신호를 출력하는 간섭식 광섬유센서(51)를 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 방법에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서(51)를 변형량을 측정해야 할 구조물의 내부에 삽입해두거나 표면에 단단히 부착하는 센서부착단계와, 상기 간섭식 광섬유센서(51)의 입력단자에 헬륨-네온광원으로부터의 광빔을 입사시키면서 출력신호를 취득하는 신호취득단계와, 취득된 출력신호를 일정시간 동안 검색하여 혼입된 환경감응적 불순인자로 인해 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터의 출력신호가 맥동하거나 표류하는 정도를 파악한 후에 그러한 정도에 따라 적절한 파고상에 기준선을 설정하는 기준파고설정단계와, 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터의 출력신호가 상기 기준파고상의 기준선과 교차하는지의 여부를 판별하고, 그러한 교차횟수를 계수하여 정현파의 개수를 계수하는 정현파계수단계 및, 계수된 정현파의 개수 m을 이용하여 아래의 수학식 1에 의해 변형량을 계산하는 변형량계산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형량측정방법.

   [수학식 1]

   ε = Cm/L

   여기에서, ε은 구조물의 변형률(즉, 광섬유의 변형률)이고, L은 광섬유의 게이지길이이며, C는 게이지상수임.
7. 제6항에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서(51)에서 출력된 출력신호가 기준선과 교차할 때에 그 바로 전의 정현파의 반주기의 최대값 또는 최소값을 기준으로 기준선의 파고를 재설정하는 기준파고재설정단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 변형량 측정방법.
8. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 간섭식 광섬유센서(51)로부터 출력되는 출력신호의 데이터가 계속 이어지면, 위의 과정을 반복하여 변형량의 계산을 계속하는 것을 특징으로 하는 변형량 측정방법.