KR19980082465A - Fiber Bragg Grating Sensor and its Temperature / Strain Measurement Method - Google Patents
Fiber Bragg Grating Sensor and its Temperature / Strain Measurement Method Download PDFInfo
- Publication number
- KR19980082465A KR19980082465A KR1019970017393A KR19970017393A KR19980082465A KR 19980082465 A KR19980082465 A KR 19980082465A KR 1019970017393 A KR1019970017393 A KR 1019970017393A KR 19970017393 A KR19970017393 A KR 19970017393A KR 19980082465 A KR19980082465 A KR 19980082465A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical fiber
- strain
- temperature
- wavelength
- change
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
본 발명은 광섬유 격자 센서와 그의 온도/스트레인 측정 방법에 관한 것으로 특히, 두 광섬유 격자로부터의 반사 파장을 검출함에 의해 두 반사 파장의 피크치의 차이로 스트레인을 측정하고 두 반사 파장의 이동량으로 온도를 측정하도록 창안한 것이다. 이러한 본 발명은 동일한 광섬유 모재에서 제작된 외경이 같거나 다른 두 광섬유에 반사 파장이 같거나 다른 두 광섬유 격자를 제작하여 이를 용융 접착하고 광섬유 격자쌍의 브래그(Bragg) 공명파장을 일치시켰을 때에도 일치된 브래그 공명 파장의 반사율의 변화로부터 스트레인을 측정하고 공명 파장의 이동량으로부터 온도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a fiber grating sensor and its temperature / strain measuring method. In particular, by detecting a reflection wavelength from two optical fiber gratings, strain is measured by a difference of peak values of two reflection wavelengths, . The present invention relates to a method of fabricating two optical fiber gratings having the same or different reflection wavelengths on two optical fibers having the same outer diameter or different outer diameters manufactured by the same optical fiber preform, melt bonding them, and matching the Bragg resonance wavelengths of the optical fiber grating pairs. Strain can be measured from the change of the reflectance of the Bragg resonance wavelength and the temperature can be measured from the amount of movement of the resonance wavelength.
Description
본 발명은 광섬유 격자 센서에 관한 것으로 특히, 광섬유 격자쌍을 이용하여 온도 또는 스트레인을 측정하는 광섬유 격자 센서와 그의 온도/스트레인 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber grating sensor, and more particularly, to an optical fiber grating sensor for measuring temperature or strain using a pair of optical fiber gratings and a method for measuring temperature / strain thereof.
일반적으로 광섬유 격자 센서는 온도의 변화 또는 스트레인의 크기가 변화하는 경우 광섬유 격자로부터 반사되는 광신호의 파장이 변화한다.Generally, the wavelength of the optical signal reflected from the optical fiber grating changes when the temperature changes or the size of the strain changes.
따라서, 특정 물리량을 측정하기 위한 장치에 광섬유 격자 센서를 적용한 경우 광섬유 격자에서 반사되는 빛의 파장 변화를 측정하여 그 파장의 변화량으로부터 어떤 크기의 외부 물리량이 가해졌는지를 측정할 수 있다.Therefore, when the optical fiber grating sensor is applied to a device for measuring a specific physical quantity, it is possible to measure a change in wavelength of light reflected from the optical fiber grating and measure a magnitude of an external physical quantity from a change in the wavelength.
그러나, 종래의 광섬유 격자 센서를 적용한 측정 장치는 온도 및 스트레인의 두 가지 물리량이 동시에 가해지는 경우 광섬유 격자 센서가 두 물리량에 대해 동시에 반응함으로 반사 파장의 변화량만을 측정하여서는 온도 및 스트레인이 얼마만큼씩 변화되었는지를 알 수 없는 문제점이 있다.However, when a conventional optical fiber grating sensor is applied to two physical quantities of temperature and strain, the optical fiber grating sensor reacts to two physical quantities at the same time, so that only the variation of the reflected wavelength is measured, There is a problem that can not be known.
이를 해결하기 위하여 서로 다른 온도 및 스트레인 민감성을 갖는 2개의 광섬유 격자를 접속한 센서를 이용하는 방법이 제시되었다.To solve this problem, a method using a sensor connected with two fiber gratings having different temperature and strain sensitivities has been proposed.
본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 두 광섬유 격자로부터의 반사 파장을 검출함에 의해 두 반사 파장의 피크치의 차이로 스트레인을 측정하고 두 반사 파장의 이동량으로 온도를 측정하도록 창안한 광섬유 격자 센서와 그의 온도/스트레인 측정 방법을 제공함에 목적이 있다.The present invention relates to an optical fiber grating sensor which is designed to measure a strain by a difference of a peak value of two reflection wavelengths by detecting a reflection wavelength from two optical fiber gratings and measure the temperature by a movement amount of two reflection wavelengths, And a temperature / strain measurement method.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 격자 센서의 구성도.1 is a configuration diagram of an optical fiber grating sensor according to the present invention;
도 2는 도 1에서 외경비에 따른 스트레인(비례계수)의 변화를 보인 파형도.FIG. 2 is a waveform diagram showing a change in strain (proportional coefficient) according to the external ratio in FIG.
도 3은 도 1에서 스트레인에 따른 브래그 파장의 차이를 보인 파형도.FIG. 3 is a waveform diagram showing a difference in Bragg wavelength according to strain in FIG.
도 4는 도 1에서 온도 변화에 따른 브래그 파장의 변화를 보인 파형도.FIG. 4 is a waveform chart showing a change in Bragg wavelength according to a temperature change in FIG. 1; FIG.
도 5는 도 1에서 스트레인에 대한 반응을 측정한 파형도.FIG. 5 is a waveform chart of the response to strain in FIG. 1; FIG.
도 6은 도 1에서 온도에 대한 반응을 측정한 파형도.FIG. 6 is a waveform diagram of the response to temperature in FIG. 1; FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *Description of the Related Art [0002]
201,202 : 광섬유 210,220 : 광섬유 격자201,202: Optical fiber 210,220: Fiber grating
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 동일한 광섬유 모재에서 제작된 외경이 같거나 다른 두 광섬유에 반사 파장이 같거나 다른 2개 이상의 복수개의 광섬유 격자를 제작하여 이를 용융 접착하고 그 반사 파장을 검출함에 의해 외부 온도 변화에 무관한 스트레인(strain), 온도, 압력 등의 물리량을 측정하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention proposes a method of fabricating two or more optical fiber gratings having the same or different reflection wavelengths on two optical fibers having the same or different outer diameters manufactured by the same optical fiber preform, melt- Temperature, and pressure, which are independent of changes in the external temperature.
또한, 본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 광섬유 격자쌍의 브래그(Bragg) 공명파장을 일치시켰을 때에도 그 일치된 브래그 공명 파장의 반사율의 변화로부터 스트레인을 측정하고 그 공명 파장의 이동량으로부터 온도를 측정하는 것으로, 온도 및 스트레인을 가하지 않은 상태에서 광섬유 격자쌍으로부터의 공명 파장의 스펙트럼을 추출하는 단계와, 임의의 온도 및 스트레인을 가한 상태에서 광섬유 격자쌍으로부터의 공명 파장의 스펙트럼을 추출하는 단계와, 상기에서 분리된 두 피크 파장의 차이를 측정하여 스트레인의 변화 크기를 측정하는 단계와, 상기에서 임의의 파장의 이동량을 측정하여 온도 변화를 측정하는 단계를 수행함을 특징으로 한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention also provides a method of measuring a strain from a change in reflectance of a Bragg resonance wavelength of a Bragg resonance wavelength of a pair of optical fiber gratings, Extracting a spectrum of resonance wavelengths from a pair of optical fiber gratings without applying temperature and strain, extracting a spectrum of resonance wavelengths from a pair of optical fiber gratings at a certain temperature and strain, Measuring the magnitude of the strain change by measuring the difference between the two peak wavelengths separated in the above step, and measuring the temperature change by measuring the movement amount of the arbitrary wavelength.
이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명에서 제안하는 광섬유 격자 센서는 동일한 광섬유 모재에서 제작된 외경이 같거나 다른 두 광섬유에 반사 파장이 같거나 다른 두 광섬유 격자를 제작하여 이를 용융 접착함에 의해 외부 온도 변화에 무관한 스트레인(strain), 온도, 압력 등의 물리량을 측정하는 것이다.The optical fiber lattice sensor proposed in the present invention can fabricate two optical fiber gratings having the same or different reflection wavelengths on two optical fibers having the same outer diameter or different optical fiber preforms manufactured by the same optical fiber preform and melt- , Temperature, pressure, and the like.
이러한 광섬유 격자 센서는 온도 변화에 대해서는 두 광섬유 격자의 반사파장 간격이 동일한 간격을 유지하면서 장파장 대역으로 이동하고 스트레인(strain)의 변화에 대해서는 두 광섬유 격자의 반사파장 간격이 변화하게 된다.In this fiber grating sensor, the reflected wavelength intervals of the two fiber gratings move to the long wavelength band while maintaining the same interval of the two fiber gratings, and the reflected wavelength intervals of the two fiber gratings change with respect to the strain.
따라서, 광섬유 격자쌍의 반사파장의 간격을 측정하여 온도에 무관한 스트레인(strain)을 측정할 수 있고 이 측정치를 수식에 대입하여 스트레인에 무관한 온도 값을 환산해낼 수 있다.Therefore, it is possible to measure the temperature-independent strain by measuring the interval of the reflection wavelength of the optical fiber grating pair, and the measured value can be substituted into the equation to convert the strain-independent temperature value.
즉, 일반적인 광섬유 격자 센서는 도1 의 구조도에 도시된 바와 같이, 반사파장이 '' 인 광섬유 격자(210)를 구비한 외경(D1)인 광섬유(201)와 반사파장이 '' 인 광섬유 격자(220)를 구비한 외경(D2)인 광섬유(202)를 용융접착하여 제작하게 된다.That is, as shown in the structural diagram of FIG. 1, a general optical fiber grating sensor has a reflection wavelength of ' The optical fiber 201 having the outer diameter D 1 having the optical fiber grating 210 of ' The optical fiber 202 having the outer diameter D 2 having the optical fiber grating 220 is melted and bonded.
상기 광섬유(201)(202)는 동일한 모재로 제작한다.The optical fibers 201 and 202 are made of the same base material.
이와같은 본 발명에 따른 광섬유 격자 센서의 온도와 스트레인(strain)에 대한 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.The measurement principle of temperature and strain of the optical fiber lattice sensor according to the present invention will be described as follows.
두 광섬유 격자(210)(220)가 형성되어있는 두 광섬유(201)(202)의 재질이 동일하여 온도변화에 대해서는 두 광섬유(201)(202)가 동일한 반응(열 팽창)을 보이므로 이에 따르는 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장의 변화량(파장이동량)도 동일한 크기를 보인다.Since the two optical fibers 201 and 202 in which the two optical fiber gratings 210 and 220 are formed are made of the same material and the two optical fibers 201 and 202 exhibit the same reaction (thermal expansion) The amount of change (wavelength shift) of the reflected wavelength of the two optical fiber gratings 210 and 220 also shows the same magnitude.
따라서, 온도 변화에 대해서는 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장 '와 '의 차이는 변화가 없으므로 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장의 변화량을 측정하여 온도 변화를 알 수 있다.Accordingly, with respect to the temperature change, the reflection wavelength of the two optical fiber gratings 210 and 220, Wow Since the difference between the wavelengths of the two optical fiber gratings 210 and 220 does not change, the change in the reflected wavelength of the two optical fiber gratings 210 and 220 can be measured to know the temperature change.
그리고, 광섬유 격자 센서의 양 끝단에 가해진 스트레인(strain)에 대해서는 두 광섬유(201)(202)의 외경이 다르므로 외경(D1)이 작은 광섬유(201)가 외경(D2)이 큰 광섬유(202)보다 더 많이 팽창할 것이다.Since the outer diameters of the two optical fibers 201 and 202 are different with respect to strain applied to both ends of the optical fiber grating sensor, the optical fiber 201 having a small outer diameter D 1 is an optical fiber having an outer diameter D 2 202). ≪ / RTI >
이때, 광섬유(201)(202)에 제작된 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장(,)은 그 광섬유 격자(210)(220)의 간격에 의하여 결정되므로 광섬유(201) (202)의 팽창에 의하여 상기 광섬유 격자(210)(220)의 간격이 변하게 된다.At this time, the reflection wavelength of the optical fiber grating 210 (220) fabricated in the optical fibers 201 and 202 , Is determined by the interval between the optical fiber gratings 210 and 220 so that the gap between the optical fiber gratings 210 and 220 is changed by the expansion of the optical fibers 201 and 202.
따라서, 외경이 작은 광섬유(201)에 제작된 광섬유 격자(210)의 반사파장(λ1)의 변화량이 외경이 큰 광섬유(202)에 제작된 광섬유 격자(220)의 반사파장(λ2)의 변화량보다 크므로 가해진 스트레인(strain)에 대해서는 두 반사파장의 차이(λ1-λ2)가 변하게 된다.Thus, the outer diameter of the optical fiber grating (210) reflection wavelength (λ 1) reflected wavelength (λ 2) of the optical fiber grating 220 is produced in the optical fiber 202, a large outer diameter of the amount of change in the production in a small optical fiber 201 The difference between the two reflection wavelengths (? 1 -? 2 ) is changed for the applied strain.
이에 따라, 두 반사파장의 차이(λ1-λ2)의 변화를 측정하면 가해진 스트레인(strain)의 양을 알아낼 수 있다.Thus, by measuring the change in the difference (? 1 -? 2 ) between the two reflected wavelengths, the amount of applied strain can be determined.
상기에서 두 광섬유(201)(202)의 외경(D1/D2) 비에 따른 스트레인(strain)에 따른 파장 가변성을 도2 의 파형도에서 설명하면 다음과 같다.The wavelength variation according to the strain according to the outer diameter (D 1 / D 2 ) ratio of the two optical fibers 201 and 202 will be described in the waveform diagram of FIG. 2 as follows.
두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장(λ1,λ2)의 차이(Δλ=λ1-λ2)는 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.The difference (Δλ = λ 1 -λ 2) of the two optical fiber grating (210) reflection wavelength (λ 1, λ 2) of 220 can be expressed by the expression below.
여기서, G는 가해진 스트레인(strain ; ε)의 비례 계수이다.Here, G is the proportional coefficient of strain (?) Applied.
따라서, 스트레인의 비례 계수(G)값에 따라 센서의 스트레인(strain)에 대한 민감도가 다르게 되는데, 외경의 비(D1/D2)를 증가시키면 비례 계수(G)를 크게 할 수 있다.Therefore, the sensitivity to the strain of the sensor becomes different depending on the value of the proportional coefficient G of the strain. If the ratio of the outer diameter D 1 / D 2 is increased, the proportional coefficient G can be increased.
만일, 스트레인(strain)이 가해진 경우 광섬유 격자(210)(220)로부터의 반사 파장(λ1,λ2)의 반응으로부터 스트레인을 측정하는 원리를 도3 의 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The principle of measuring the strain from the reaction of the reflected wavelengths (λ 1 , λ 2 ) from the optical fiber gratings 210 and 220 when a strain is applied will be described with reference to the waveform diagram of FIG. 3 as follows .
도3 의 파형도에 표시된 점들은 광섬유 격자 센서에 스트레인(strain)이 가해졌을 때 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장의 차이(λ1-λ2)의 변화를 나타낸다.The points shown in the waveform diagram of FIG. 3 represent changes in the difference (? 1 -? 2 ) of the reflected wavelengths of the two optical fiber gratings 210 and 220 when a strain is applied to the optical fiber grating sensor.
이때, 가해진 스트레인(strain)과 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장의 차이(λ1-λ2) 사이에 선형적인 비례관계가 있음을 알 수 있다.At this time, it can be seen that there is a linear proportional relationship between the applied strain and the difference (λ 1 -λ 2 ) between the reflected wavelengths of the two optical fiber gratings 210 and 220.
따라서, 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장의 차이(λ1-λ2)를 측정하면 그에 해당하는 가해진 스트레인(strain) 값만을 알 수 있다.Therefore, when the difference (? 1 -? 2 ) between the reflected wavelengths of the two optical fiber gratings 210 and 220 is measured, only the applied strain value can be known.
그리고, 온도 변화가 발생한 경우 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장의 변화로부터 온도를 측정하는 원리를 도4 의 파형도에서 설명하면 다음과 같다.The principle of measuring the temperature from the change of the reflection wavelength of the two optical fiber gratings 210 and 220 when a temperature change occurs will be described in the waveform diagram of FIG. 4 as follows.
도4 를 살펴보면 온도변화에 대하여 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장의 차이(λ1-λ2)에는 변화가 없고 단지 온도변화에 선형적으로 비례하여 반사파장이 동일한 변화를 보이고 있다.Referring to FIG. 4, there is no change in the difference (λ 1 -λ 2 ) between the reflected wavelengths of the two optical fiber gratings 210 and 220 with respect to the temperature change, but the reflected wavelengths are linearly proportional to the temperature change .
따라서, 광섬유 격자(210)(220)의 반사파장(λ1,λ2)의 변화량을 측정하여 그 측정된 변화량에서 스트레인(strain)에 의한 변화량을 제거해주면 온도변화에 의한 변화량(파장 이동량)을 알 수 있고 이를 아래의 식과 같이 연산하여 온도를 측정할 수 있다.Therefore, if the amount of change due to the strain is removed from the measured change amount by measuring the change amount of the reflected wavelengths (λ 1 , λ 2 ) of the optical fiber gratings 210 and 220, the amount of change (wavelength shift amount) The temperature can be measured by calculating the following equation.
여기서, ΔT는 온도변화, α는 광섬유의 선형 팽창계수, ξ는 광섬유의 열 광학 계수, λ10는 외경이 작은 광섬유(201)에 제작된 광섬유 격자(220)의 변화되지않은상태의 반사파장, Δλ1는 상기 광섬유 격자(210)의 반사파장의 변화량, l2는 외경이 큰 광섬유(202)에서 스트레인(strain)이 가해진 위치로부터 외경이 작은 광섬유(201)와의 용융 접착된 위치까지의 거리, l1은 외경이 작은 광섬유(201)에서 스트레인(strain)이 가해진 위치로부터 외경이 큰 광섬유(202)와 용융 접착된 위치까지의 거리, k는 '1'에서 광탄성 상수를 빼준 양, ε는 가해진 스트레인(strain), D1은 광섬유(201)의 외경, D2는 광섬유(202)의 외경을 나타낸다.Where? T is the temperature variation,? Is the linear expansion coefficient of the optical fiber,? Is the thermo-optic coefficient of the optical fiber,? 10 is the reflected wavelength of the unchanged state of the optical fiber grating 220 fabricated in the optical fiber 201 having a small outer diameter, Δλ 1 is the amount of change in reflection wavelength of said fiber grating (210), l 2 is a distance to the outer diameter of the large optical fiber 202 strain (strain) the outer diameter is melted with a small optical fiber 201 adhered from the applied position in the location, l 1 is the distance from the position where the strain is applied to the optical fiber 201 having a small outer diameter to the position where the outer diameter of the optical fiber 202 is larger than that of the outer diameter of the optical fiber 202, k is an amount obtained by subtracting the photoelastic constant from 1, D 1 denotes the outer diameter of the optical fiber 201, and D 2 denotes the outer diameter of the optical fiber 202.
본 발명의 일실시예로서 도1 과 같은 광섬유 격자 센서에서 광섬유 격자(210)(220)의 반사 파장을 하나의 파장으로 일치시켰을 경우 스트레인에 대한 반응을 도5 의 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.As an embodiment of the present invention, when the reflection wavelength of the optical fiber gratings 210 and 220 is matched to one wavelength in the optical fiber grating sensor of FIG. 1, the response to the strain will be described with reference to the waveform diagram of FIG. Respectively.
도5 (a)는 광섬유 격자 센서에 스트레인(strain)이 가해지지않은 상태의 스펙트럼으로 두 개의 반사 피크(peak) 파형이 하나로 겹쳐져 있음을 보여 준다.FIG. 5 (a) shows a spectrum in which no strain is applied to the optical fiber lattice sensor, and shows that two reflection peak waveforms are overlapped one by one.
도5 (b)는 광섬유 격자 센서에 스트레인(strain)이 가해져 하나로 겹쳐져 있던 피크(peak) 파형이 두 개로 분리됨을 보여 준다.5 (b) shows that a strain is applied to the optical fiber lattice sensor and the peak waveforms which are overlapped in one are separated into two.
도5 (c)는 도5 (b)에서의 스트레인(strain) 양보다 더 큰 스트레인(strain)이 가해진 상태의 브래그(Bragg) 공명파장의 스펙트럼을 보인 것으로 피크 파형의 분리된 정도가 커졌다.Fig. 5 (c) shows the spectrum of the Bragg resonance wavelength with a strain larger than the strain amount in Fig. 5 (b), and the separated degree of the peak waveform became larger.
즉, 스트레인(Strain)이 가해진 상태에서 광섬유 격자(210)(220)쌍의 스펙트럼을 관찰하면 스트레인(strain)이 가해지지 않은 상태에서의 하나의 반사 피크(peak) 파형이 원래의 두 개의 피크 파형으로 분리되고 반사율도 각각의 광섬유 격자의 반사율로 되돌아가 스트레인(strain)이 가해지지 않은 상태보다 감소한다.That is, when a spectrum of a pair of the optical fiber gratings 210 and 220 is observed in a state where a strain is applied, one reflection peak waveform in a state in which strain is not applied is divided into two original peak waveforms And the reflectance also returns to the reflectance of each of the optical fiber gratings, which is lower than in a state where no strain is applied.
따라서, 분리된 두 반사 피크 파장의 차이는 가해진 스트레인(strain)에 비례하므로 두 반사 피크 파장의 차이를 측정하면 가해진 스트레인의 크기를 알 수 있다.Therefore, since the difference between the two reflected peak wavelengths is proportional to the applied strain, the difference in the two reflected peak wavelengths can be measured to determine the magnitude of the applied strain.
이를 다시 설명하면 다음과 같다.This will be described as follows.
먼저, 광섬유 격자(210)(220)쌍의 용융접합점으로부터 50cm 되는 광섬유의 부분을 미세 평행이동장치 위에 고정하여 스트레인(Strain)을 가한 경우 도5 (a)(b) 의 파형에서와 같이 스트레인(strain)이 가해지자 마자 반사율이 7.6 dB 에서 5 dB 으로 감소되어 반사 피크(peak)의 모양이 크게 변하였으며 또한, 하나의 반사 피크가 두 개로 분리되었다.First, when a portion of the optical fiber 50 cm from the fusion bonding point of the pair of optical fiber gratings 210 and 220 is fixed on the micro-parallel moving device and strain is applied, as shown in the waveforms of FIGS. 5A and 5B, As soon as the strain was applied, the reflectivity decreased from 7.6 dB to 5 dB, and the shape of the reflection peak changed greatly. Also, one reflection peak was separated into two.
그리고, 스트레인(strain)을 더 가하자 도5 (c)의 파형에서와 같이 두 반사 피크(peak)은 장파장쪽으로 이동하였는데, 외경이 작은 광섬유(201)에 형성된 광섬유 격자(210)의 반사파장()이 외경이 큰 광섬유(202)에 형성된 광섬유 격자(220)의 반사파장()보다 더 많이 이동하여 두 개로 분리된 반사 피크의 차이가 더욱 커졌고 그 차이는 가해진 스트레인에 비례함을 알 수 있다.5 (c), the two reflection peaks shifted toward the longer wavelength. The reflection wavelength of the optical fiber grating 210 formed on the optical fiber 201 having a small outer diameter ) Of the optical fiber grating 220 formed on the optical fiber 202 having a large outer diameter ), The difference between the two separated reflection peaks becomes larger, and the difference is found to be proportional to the applied strain.
즉, 1000이 가해졌을 경우 광섬유(202)의 브래그(Bragg) 격자(220)의 반사파장()은 스트레인이 가해지지 않았을 때의 위치'1549.02nm'에서 '1549.74nm'의 위치로 '720pm' 이동하였고 광섬유(201)의 브래그 격자(210)의 반사파장()은 '1549.02nm'에서 '1550.12nm'로 '1100pm' 이동하여 두 브래그 격자(210)(220)의 반사파장의 차이(λ1-λ2)는 380pm 였다.That is, 1000 The reflected wavelength of the Bragg grating 220 of the optical fiber 202 ) Shifted to the position of '1549.74 nm' from the position '1549.02 nm' when the strain was not applied and the reflection wavelength of the Bragg grating 210 of the optical fiber 201 ) Shifted from '1549.02 nm' to '1550.12 nm' to '1100 pm', and the difference (λ 1 -λ 2 ) between the reflected wavelengths of the two Bragg gratings 210 and 220 was 380 pm.
이때, 가해진 스트레인에 대한 두 브래그 격자(210)(220)의 반사파장의 차이(λ1-λ2)는 0.38pm/였다.At this time, the difference (? 1 -? 2 ) between the reflected wavelengths of the two Bragg gratings 210 and 220 with respect to the applied strain is 0.38 pm / Respectively.
따라서, 두 광섬유 격자(210)(220)의 공명파장의 차이(λ1-λ2)가 가해진 스트레인에 대해 선형적인 반응을 보임으로 이 광섬유 격자(210)(220)쌍의 구조가 스트레인에 대해 센서로서의 좋은 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.Thus, the difference in the resonance wavelengths (? 1 -? 2 ) of the two optical fiber gratings 210 and 220 exhibits a linear response to the applied strain so that the structure of the pair of optical fiber gratings 210 and 220 And it has good characteristics as a sensor.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서 도1 과 같은 두 광섬유 격자(210)(220)의 반사 파장(λ1,λ2)을 하나의 파장으로 일치시켰을 경우 온도에 대한 반응을 도6 의 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.In another embodiment of the present invention, when the reflection wavelengths (λ 1 and λ 2 ) of the two optical fiber gratings 210 and 220 as shown in FIG. 1 are matched to one wavelength, The following will be described.
광섬유 센서는 온도에대한 두 격자(210)(220)의 반응이 같으므로 온도의 변화가 있어도 일치된 하나의 반사파장은 유지되면서 온도변화량에 따라 이동함을 도6 (b)(c)에서 알 수 있다.Since the response of the two gratings 210 and 220 to the temperature of the optical fiber sensor is the same, it can be seen from FIG. 6 (b) (c) that one coherent reflected wave field is maintained while the temperature changes, have.
만일, 온도 변화와 스트레인이 동시에 가해진 경우 먼저 두 반사 피크 파장의 차이(λ1-λ2)로부터 가해진 스트레인을 알아내고 다음으로 온도 변화를 측정하기위해 두 개의 반사 피크 파장중에서 어느 하나의 반사 피크 파장의 이동량을 측정하여 스트레인에의한 파장의 이동량을 빼주면 남는 파장 이동량은 온도만에 의한 변화량이므로 이로부터 온도 변화를 계산해낼수 있다.If the temperature change and the strain are simultaneously applied, the strain applied from the difference (? 1 -? 2 ) between the two reflection peak wavelengths is first obtained, and then, at any one of the two reflection peak wavelengths And the amount of movement of the wavelength is subtracted from the strain, the remaining wavelength shift is the amount of change only by temperature, so that the temperature change can be calculated from this.
도6 의 파형도는 도2 와 같은 광섬유 격자(210)(220)쌍의 외부 환경에 온도 변화를 상온(22.8℃)에서부터 100℃까지 변화시키면서 '22.8℃, 42℃, 58℃, 76℃, 88℃, 100℃'에서 파장 이동량을 측정한 경우 '58℃ 와 100℃'에서의 광섬유 격자(210)(220)쌍에 의한 반사 파장을 보여준다.The waveform diagram of FIG. 6 shows the change of temperature in the external environment of the pair of optical fiber gratings 210 and 220 as shown in FIG. 2 from 22.8 ° C. to 42 ° C., 58 ° C., 76 ° C., The wavelengths of reflected light by the pair of optical fiber gratings 210 and 220 at '58 ° C and 100 ° C' when the wavelength shift is measured at 88 ° C and 100 ° C ', respectively.
예를 들어, 22.8℃의 상온에서 58℃로 35.2℃를 상승시켰을 경우 두 광섬유 격자(210)(220)의 브래그 반사파장은 똑같이 340pm를 이동하였다.For example, when the temperature of the optical fiber grating 210 (220) was raised to 35.2 占 폚 at 58 占 폚 at a room temperature of 22.8 占 폚, the Bragg reflection wave length moved equally at 340 pm.
즉, 브래그 반사 파장의 모양은 변함없이 하나의 피크 파장만이 나타나며 반사율도 7.6 dB으로 변하지 않았다.That is, the shape of the Bragg reflection wavelength remains unchanged at only one peak wavelength, and the reflectance did not change to 7.6 dB.
이 경우 온도 1℃ 변화에 대해 브래그 반사 파장의 변화는 10 pm 이다.In this case, the change in the Bragg reflection wavelength with respect to the temperature change of 1 ° C is 10 pm.
따라서, 온도변화에 대하여 선형적인 반응을 보임으로써 센서로서 좋은 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the sensor has good characteristics by showing a linear response to the temperature change.
상기에서 두 광섬유 격자(210)(220)가 동일한 반사파장을 가지기 때문에 온도 변화만 있고 가해진 스트레인이 없는 경우 하나의 반사 피크 파장을 형성하지만 스트레인이 가해지면 파장 이동량의 차이로 인하여 반사 피크 파장이 두 개로 분리되면서 동시에 반사율은 40%이상 낮아진다.Since the two optical fiber gratings 210 and 220 have the same reflection wavelength, they form one reflection peak wavelength only when the temperature is changed and there is no applied strain. However, when the strain is applied, the reflection peak wavelength becomes While the reflectance is lowered by 40% or more.
따라서, 본 발명은 스트레인이 가해진 경우 반사 피크 파장의 분리와 반사율의 감소를 통하여 매우 민감하게 알 수 있으므로 온도변화에 관계없이 스트레인의 존재를 진단하려는 경우에 특히 적합하다.Therefore, the present invention is particularly suitable for diagnosing the presence of a strain irrespective of a temperature change, because it is very sensitive to the separation of the reflection peak wavelength and the decrease of the reflectance when the strain is applied.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 광섬유 격자 센서로부터의 반사 파장을 검출하여 두 파장의 차이로부터 스트레인을 측정하고 또한, 임의의 한 파장의 이동량으로부터 온도를 측정함으로써 온도 또는 스트레인에 관계없이 하나의 물리량을 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention detects a reflected wavelength from an optical fiber grating sensor, measures a strain from a difference between two wavelengths, and measures a temperature from a movement amount of any one wavelength, Can be accurately measured.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970017393A KR100277548B1 (en) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | Sensor using fiber bragg grating and temperature/strain measuring method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970017393A KR100277548B1 (en) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | Sensor using fiber bragg grating and temperature/strain measuring method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19980082465A true KR19980082465A (en) | 1998-12-05 |
| KR100277548B1 KR100277548B1 (en) | 2001-01-15 |
Family
ID=65990273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970017393A KR100277548B1 (en) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | Sensor using fiber bragg grating and temperature/strain measuring method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100277548B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100332833B1 (en) * | 1999-04-23 | 2002-04-17 | 윤덕용 | Transmission-type extrinsic Fabry-Perot interferometric optical fiber sensor |
| KR100398047B1 (en) * | 2001-10-30 | 2003-09-19 | 한국전자통신연구원 | Cavity resonator for optical fiber lasers |
| WO2024092952A1 (en) * | 2022-11-04 | 2024-05-10 | 深圳先进技术研究院 | Force sensing method, photosensitive force sensor and force sensing system |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101031253B1 (en) | 2008-11-25 | 2011-04-29 | 삼성중공업 주식회사 | Pressure measuring device using fiber bragg grating sensor |
| KR101374913B1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-03-17 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Method for determining temperature using fiber bragg grating sensor |
| KR20180113383A (en) | 2017-04-06 | 2018-10-16 | 주식회사 지엔큐 | Center wavelength fitting capable type strain sensor unit using fiber bragg grating |
| KR102059967B1 (en) * | 2018-03-16 | 2019-12-27 | 한국과학기술연구원 | Combined optical resonators for sensing of both temperature and strain |
| KR20200136677A (en) | 2019-05-28 | 2020-12-08 | 조선대학교산학협력단 | Center wavelength fitting capable type sensor using fiber bragg grating |
-
1997
- 1997-05-07 KR KR1019970017393A patent/KR100277548B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100332833B1 (en) * | 1999-04-23 | 2002-04-17 | 윤덕용 | Transmission-type extrinsic Fabry-Perot interferometric optical fiber sensor |
| KR100398047B1 (en) * | 2001-10-30 | 2003-09-19 | 한국전자통신연구원 | Cavity resonator for optical fiber lasers |
| WO2024092952A1 (en) * | 2022-11-04 | 2024-05-10 | 深圳先进技术研究院 | Force sensing method, photosensitive force sensor and force sensing system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100277548B1 (en) | 2001-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5319435A (en) | Method and apparatus for measuring the wavelength of spectrally narrow optical signals | |
| US5869835A (en) | Asymmetric fiber optic grating sensor | |
| Wang et al. | Self-calibrated interferometric-intensity-based optical fiber sensors | |
| US7277605B2 (en) | Silicon fiber optic sensors | |
| US5828059A (en) | Transverse strain measurements using fiber optic grating based sensors | |
| US9995628B1 (en) | Fiber-optic temperature and flow sensor system and methods | |
| US5907403A (en) | Optical dual Fabry-Perot interferometric strain/temperature sensor, and system for separate reading thereof | |
| JP2001500270A (en) | Bourdon tube pressure gauge with integrated optical strain sensor for measuring tension or compression strain | |
| Wang et al. | Temperature self-compensation fiber-optic pressure sensor based on fiber Bragg grating and Fabry–Perot interference multiplexing | |
| Xu et al. | Miniature temperature-insensitive Fabry-Pe/spl acute/rot fiber-optic pressure sensor | |
| KR19980082465A (en) | Fiber Bragg Grating Sensor and its Temperature / Strain Measurement Method | |
| US6833541B2 (en) | Dual-parameter optical waveguide grating sensing device and sensor | |
| US10168188B2 (en) | Silica fiber measurement system comprising a branched optical fiber embedded in a structural element | |
| Liu et al. | Ultrasensitive parallel double-FPIs sensor based on Vernier effect and Type II fiber Bragg grating for simultaneous measurement of high temperature and strain | |
| CN112432724B (en) | Stress sensor based on vernier effect of optical fiber resonant cavity and stress measurement method | |
| CN201034625Y (en) | Multiple parameter optical sensor | |
| CN110031139B (en) | Contact type linear stress sensor and stress detection method thereof | |
| Bhatia et al. | Multiple strain state measurements using conventional and absolute optical fiber-based extrinsic Fabry-Perot interferometric strain sensors | |
| Iodice et al. | Fiber Bragg grating sensors-based system for strain measurements | |
| Willshire et al. | Dynamic strain measurement using an extrinsic Fabry-Perot interferometric sensor and an arrayed waveguide grating device | |
| JP3752442B2 (en) | Silicon crystalline optical waveguide Michelson interferometric temperature sensor on insulating layer | |
| CN2618176Y (en) | High-sensitivity optical fibre bragg raster sensor | |
| RU2082119C1 (en) | Fiber-optical multiplexer which measures temperature | |
| Udd et al. | Low-cost fiber grating sensor demodulator using a temperature-compensated fiber grating spectral filter | |
| CN201476904U (en) | Parallel fiber Bragg grating high-sensitivity temperature sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| AMND | Amendment | ||
| B701 | Decision to grant | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121011 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130930 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140930 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151002 Year of fee payment: 16 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161201 Year of fee payment: 17 |
|
| EXPY | Expiration of term |