KR20010064787A - 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률측정방법 - Google Patents

광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률측정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20010064787A
KR20010064787A KR1019990059077A KR19990059077A KR20010064787A KR 20010064787 A KR20010064787 A KR 20010064787A KR 1019990059077 A KR1019990059077 A KR 1019990059077A KR 19990059077 A KR19990059077 A KR 19990059077A KR 20010064787 A KR20010064787 A KR 20010064787A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
strain
sensor
interference
signal
Prior art date
Application number
KR1019990059077A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100324118B1 (ko
Inventor
권일범
김치엽
김민수
이왕주
Original Assignee
정명세
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 정명세, 한국표준과학연구원 filed Critical 정명세
Priority to KR1019990059077A priority Critical patent/KR100324118B1/ko
Publication of KR20010064787A publication Critical patent/KR20010064787A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100324118B1 publication Critical patent/KR100324118B1/ko

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/161Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률 측정방법에 관한 것으로, 특히 톱니파 형태로 주파수가 변조된 빛을 출력하는 레이저기 (10)와; 상기 레이저기(10)로 부터 입사된 빛을 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유 (34)로 분기하는 2x2 광섬유 연계기(32)와; 상기 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유 (34)의 단부에 형성되며 입사된 빛을 반사시키는 거울코팅된 반사면(33a,34a)과; 상기 반사면(33a,34a)에 의해 되돌아 나오는 빛을 검출하는 광검출기(20)를 구비하되; 상기 감지 광섬유(33)의 길이가 변형되면 그 변형의 크기와 방향에 따라 일정한 시간동안 출력되는 광신호의 파형갯수가 가변되는 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서의 출력신호를 일정한 시간동안 주기적으로 취득하고 대역 통과기로 여과한 후, 구형파로 변환하여 계수하면 별도의 장치를 부가하지 않고서도 외부 물리량의 변화량과 증감을 손쉽게 파악할 수 있다.

Description

광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률 측정방법 {optical frequency modulated fiber optic interferometric sensor and the strain measurement methods}
본 발명은 광섬유를 이용한 간섭형 센서에 관한 것으로, 특히 변형률, 압력 등의 다양한 물리량의 측정이 가능하여 구조물의 안전성 측정에 사용되는 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서와 이를 이용한 변형률 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광섬유를 이용한 센서는 그 크기가 작아서 측정 대상물의 표면에 부착하거나 구조물의 내부에 매설하기 용이하며, 또한 광섬유의 재질이 유리임에 따라 내부식성이 우수하고 전자기파의 영향을 받지 않는다. 특히, 광섬유 간섭형 센서는 민감도와 분해능이 우수하여 산업용 기계 구조물과 교량, 빌딩 등과 같은 건설 구조물에 대한 손상이나 노후화에 따른 피로손상을 감지하는 센서로 사용이 유망시되고 있다.
상기와 같은 광섬유 센서로는 간섭형, 파장형 및 광강도형 센서 등이 있는데, 간섭형 센서는 파장형 센서에 비해 간단하고 저렴하게 시스템을 구현할 수 있으며, 또한 광강도형 센서에 비해 민감도가 우수하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 간섭형 센서에는 마크-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계, 마이켈슨(Michelson) 간섭계, 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계 등을 이용한 광섬유 센서가 있다.
패브리-페로 간섭계 센서는 가까운 간섭거리(coherence length) 내에서 간섭이 일어나도록 제작됨에 따라 광특성의 변조가 불가능하지만, 마크-젠더 간섭계나 마이켈슨 간섭계를 이용한 광섬유 센서는 2개의 광섬유, 즉 기준 광섬유와 감지 광섬유를 사용하기 때문에 광간섭이 발생되는 구간의 광섬유를 변형하거나 길이차를 두면 광특성의 변조가 가능하다.
도 6은 일반적인 마이켈슨 간섭형 센서를 도시한 것으로, 광섬유로 입사된 일정한 파장을 갖는 빛은 2x2 광섬유 연계기(130)를 통과한 후, 1:1의 비율로 분할되어 기준 광섬유(141)와 감지 광섬유(142)로 각각 전파된다. 이와같이 전파된 빛은 측정대상인 구조물(150)에 부착된 기준 광섬유(141)와 감지 광섬유(142)의 단부, 즉 거울코팅된 반사면(141a,142a)에 의해 각각 반사되어 2x2 광섬유 연계기 (130)로 되돌아 나와 광검출기(120)에 의해 검출된다.
이때, 감지 광섬유(142)의 외부에서 변형이 가해지지 않으면 일정한 광강도를 갖는 신호가 광검출기(120)에 의해 검출되고, 구조물(150)에 변형이 가해져 감지 광섬유(142)의 길이가 변하면 길이의 변화량(ΔL)에 비례하는 정현파 신호가 광검출기(120)에 의해 검출된다.
즉, 구조물(150)에 변형이 가해지면 구조물(150)에 부착된 감지 광섬유(142)의 길이가 변하게 되는데, 기준 광섬유(141)의 빛과 만나서 간섭을 일으키는 감지 광섬유(142)의 반사광은 편광의 영향을 무시하는 경우에 [수학식 1]과 같은 정현파 형태로 입력된다. 미설명된 도면부호 120은 광원을 나타낸 것이다.
[수학식 1]
도 7은 일반적인 마이켈슨 간섭형 센서와 변형률 게이지의 출력신호를 비교하여 나타낸 것으로, 변형률이 증가 또는 감소함에 따라 위상이 선형으로 증가하거나 감소하는 [수학식 1]과 같은 정현파 신호가 광검출기(120)에서 출력됨을 확인할 수 있다.
간섭계 센서에서 생기는 위상차(ΔΦ)는 일반적으로 [수학식 2]와 같이 외부물리량(ΔL)과 비례하므로, 각 간섭계 센서의 고유 위상차(ΔΦ)와 외부물리량 (ΔL)과의 비례상수를 알고 간섭계 센서의 출력세기(I)로 부터 위상차(ΔΦ)를 구하면 외부 물리량(ΔL)의 크기를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
그러나, 간섭계 센서의 출력세기(I)와 위상차(ΔΦ)가 비례하지 않고 증감 방향 또한 일치하지 않으므로 간섭계 센서의 출력으로 부터 직접 위상차(ΔΦ)를 구할 수는 없다. 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 간섭계 센서에 일정한 위상변조를 행하는 방법이 널리 사용되고 있다.
그중 한 가지의 방법은 레이저 다이오드를 입력광원으로 사용하는 경우에 구동전류를 주기적으로 변조시키는 방법이다. 즉, 변조주파수(fm)에 맞추어 레이저 다이오드의 구동전류를 문턱전류 이상에서 톱니파 형태로 변조시키면 출력 광주파수 역시 근사적으로 톱니파 형태로 변하는데, 이것을 수식으로 나타내면 [수학식 3]과 같다.
[수학식 3]
여기서 ν0는 전류변조가 시작되는 시점의 광주파수이고, α는 사용되는 레이저 다이오드의 고유상수로서 레이저의 특성과 구동전류의 변화율에 관련된 양이며, t0는 전류변조가 시작되는 시점이다.
이와같이 주파수 변조된 빛을 간섭계 센서에 입사시켜 길이차(ΔL)를 갖는 두 광경로를 지나게 한 후, 간섭을 시키면 간섭하는 두 광은 Δt만큼 서로 다른 시간에 광원에서 나온 빛이므로 주파수차가 생기는데, Δt는 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
여기서, n은 광섬유의 유효 굴절률이고, c는 진공에서의 빛의 속도이다.
[수학식 4]를 [수학식 3]에 대입하면 간섭하는 두 광의 주파수차(Δν)는 다음의 [수학식 5]와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 5]
상기와 같이 주파수차를 갖는 두 빛을 간섭시키면 간섭계 센서의 출력(I)은 레이저 다이오드의 구동전류를 변조하기 위한 주기(T=1/fm)의 시작과 끝 부분을 제외한 대부분의 시간동안 [수학식 6]과 같은 형태를 갖는다.
[수학식 6]
즉, 주기(T)의 처음과 끝 부분에서만 급격한 위상변화와 세기변화가 발생하게 된다. 따라서, 주어진 길이차(ΔL)에 대하여 전류 변화율을 적절히 조절하여 [수학식 7]과 같은 관계가 성립되면 도 4a에 도시된 것처럼 주기(T)의 처음과 끝 부분에서만 급격한 변화가 생기고 처음과 끝 부분에서 조금 떨어진 곳에서는 서로 연속되는 듯한 형태의 출력을 얻을 수 있다.
[수학식 7]
중심 주파수가 fm인 대역 통과기에 상기와 같은 간섭계 센서의 출력을 통과시키면 도 4b에 도시된 것처럼 [수학식 8]로 표시되는 외부 물리량에 의해 위상이 변조되고 레이저 구동 주파수와 같은 주파수(fm)을 갖는 완전한 반송파 형태의 출력을 얻을 수 있다는 사실은 이미 공지되어 있으며, 또한 [수학식 6]을 엄격히 만족하지 않더라도 이러한 관계가 성립한다는 것은 이미 알려져 있다.
[수학식 8]
일반적인 FM 복조기술을 이용하여 [수학식 8]로 표시되는 간섭계 센서의 출력신호의를 구한 후, 적분하면 외부 물리량에 의해 발생되는 위상차(ΔΦ)를 정확히 구할 수 있으나, 이를 위해서는 별도의 전자회로를 추가하여야 한다는 불편함이 있다.
또한, 간섭계 센서내에 위상 변조기를 설치하고 적절하게 위상변조를 가하여 [수학식 8]과 같은 형태의 신호를 얻기도 하는데, 이러한 방법도 광섬유 회로에 부가적인 장치를 설치해야 함에따라 변조를 위한 충분한 길이의 광섬유가 존재하는 경우에만 가능하다는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 광원의 위상을 주기적으로 변조하여 측정대상인 물리량에 의해 생긴 간섭계 센서의 위상차가 2π 라디안 이상이고 최대 허용 오차 범위가 2π 라디안인 경우에 일정한 시간동안 간섭계 센서에서 출력되는 간섭무늬의 갯수를 계수하면 별도의 장치를 부가하지 않고서도 물리량의 크기를 손쉽게 파악할 수 있는 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서와 이를 이용한 변형률 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서는, 톱니파 형태로 주파수가 변조된 빛을 출력하는 레이저기와; 상기 레이저기로 부터 입사된 빛을 감지 광섬유와 기준 광섬유로 분기하는 2x2 광섬유 연계기와; 상기 감지 광섬유와 기준 광섬유의 단부에 형성되며 입사된 빛을 반사시키는 거울코팅된 반사면과; 상기 반사면에 의해 되돌아 나오는 빛을 검출하는 광검출기를 구비하되; 상기 감지 광섬유의 길이가 변형되면 그 변형의 크기와 방향에 따라 일정한 시간동안 출력되는 광신호의 파형갯수가 가변되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서를 이용한 변형률 측정 방법은, 간섭형 센서의 탐촉자를 측정 대상물에 부착하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 측정 대상물에 부착된 간섭형 센서의 출력신호를 일정한 시간동안 주기적으로 취득하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 취득된 데이터를 대역 통과기로 여과하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 여과된 신호의 크기가 0보다 크면 1로 하고, 0보다 작으면 -1로 하여 신호파형을 구형파로 변환하는 제 4 단계; 상기 제 4 단계에서 변환된 구형파의 갯수(N)를 일정한 시간동안 계수하고 이를 변형률이 없는 경우의 기준갯수 (N0)와 비교하여 차(ΔN)를 구하는 제 5 단계; 상기 제 5 단게에서 구해진 구형파의 갯수(N)와 기준갯수(N0)의 차(ΔN)를 계속하여 누적하고 이를에 대입하여 변형률을 구하는 제 6 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서의 구조도,
도 2는 도 1에 도시된 탐촉자의 측면도,
도 3은 도 1에 도시된 광섬유 센서의 출력신호와 변형률의 관계를
나타낸 도면,
도 4는 도 1에 도시된 광섬유 센서의 출력신호의 처리과정을 나타낸
도면으로,
도 4a는 광섬유 센서의 출력신호를 나타낸 도면,
도 4b는 도 4a에 도시된 출력신호를 대역통과시킨 여과신호를
나타낸 도면,
도 4c는 도 4b에 도시된 여과신호를 변환한 구형파 변환신호를
나타낸 도면,
도 5는 도 1에 도시된 광섬유 센서에 의해 측정된 변형률을 나타낸 도면,
도 6은 일반적인 마이켈슨 간섭형 센서의 개념도,
도 7은 일반적인 마이켈슨 간섭형 센서와 변형률 게이지의 출력신호를
비교하여 나타낸 도면,
도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명
10 : 레이저기 20 : 광검출기
30 : 탐촉자 31 : 베이스판
32 : 광섬유 연계기 33 : 감지 광섬유
33a,34a : 반사면 34 : 기준 광섬유
35 : 모세 유리관 36 : 에폭시 수지
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 간섭형 센서의 구조를 살펴보기에 앞서, [수학식 8]을 보면 코사인항의 전체 위상이 2π 라디안 변할때 마다 간섭계 센서의 출력은 0점을 두번 지나게 된다. 만약, 시간 t-τ에서 t 동안 간섭계 센서에서 출력되는 교류 출력 성분(Iac)과 0점이 교차(zero crossing)하는 갯수(N)를 계수하면 외부 물리량에 의한 영향이 없는 경우에는로 일정하고, 외부 물리량에 의한 영향이 있는 경우에는가 된다. 여기서 [ x ]는 x보다 작은 최대 정수이다.
를 구하면 시간 t-τ에서 t 동안 외부 물리량에 의해 생긴 위상변화가 2π 라디안의 몇 배로 발생하였는지 파악할 수 있다. 따라서 τ시간동안의 측정오차는 2π 라디안이 되고, 외부 물리량에 의한 구조물의 변형률은 [수학식 9]를 통해 측정할 수 있다. 즉, ΔN을 τ 시간간격으로 구한 다음 누적하여 게이지 상수(G)를 곱하면 변형률을 구할 수 있다.
[수학식 9]
본 발명은 외부 물리량의 변화에 따라 가변되는 간섭신호의 파형갯수를 이용하여 변형률을 측정하는 것으로, 도 1은 이와같은 방식으로 구조물의 변형률을 측정하는 본 발명에 따른 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 탐촉자의 측면도이다.
도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 간섭계 센서는 레이저기인 광원(10)과 광검출기(20) 및 탐촉자(30)로 구성되어 있는데, 상기 탐촉자(30)는 광원(10)으로 부터 광섬유로 입사된 톱니파의 빛을 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유(34)로 분기하는 2x2 광섬유 연계기(32)와, 상기 기준 광섬유(34)에 가해지는 외부 물리량을 차단시키는 모세 유리관(35)을 구비한다. 아울러, 상기 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유 (34)는 베이스판(base plate)(31)에 에폭시 수지(36)로 고정되어 있으며, 단부에는 거울코팅된 반사면(33a,34a)이 각각 형성되어 있다.
상기 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유(34)의 단부에 형성된 반사면(31a,34a)은 수직으로 절단된 광섬유의 단부에 금이나 은 또는 알루미늄을 진공증착의 방식으로 코팅하여 형성한다.
따라서, 톱니파 형태로 주파수 변조된 레이저 광원(10)의 빛이 광섬유에 입사되면 2x2 광섬유 연계기(32)를 지나면서 입사광은 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유(34)로 1:1의 비율로 분기된다. 상기 감지 광섬유(33)는 외부 물리량에 따라 길이의 변화를 겪게되고 그로인해 감지 광섬유(33)의 내부를 통과하는 빛의 광경로가 변하게 된다.
반면, 기준 광섬유(34)는 외부 물리량에 의한 길이변화가 없으므로 기준 광섬유(34)의 내부를 통과하는 빛의 광경로에는 변화가 없다. 이와같이, 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유(34)를 통과한 빛이 반사면(33a,34a)에 의해 반사된 후, 2x2 광섬유 연계기(32)에서 다시 합성되면 보강 또는 상쇄간섭이 발생하게 되어 광출력은 [수학식 8]과 같은 정현파의 형태를 갖는다.
이러한 현상은 Jackson D. A.가 1985년 Journal of Physics, E: Instrument Science and Technology의 제18권에 발표한 논문인 "Mono-mode optical fiber interferometers for precision measurements"에 상세하게 기술되어 있다.
도 3은 변형률의 변화에 따라 본 발명의 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서에서 일정한 시간동안 출력되는 신호를 파형의 갯수로 개념적으로 나타낸 것이다.
변형률이 가해지지 않은 구간(41)에서의 ΔN은 0이고, 변형률이 증가하는 구간(42)에서는 ΔN이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 변형률에 변화가 없는 정점(43)에서는 파형의 갯수가 다시 변형률이 가해지지 않는 구간(41)과 같아지고, 변형률이 감소하는 구간(44)에서는 ΔN이 오히려 감소하는 것을 볼 수 있다. 따라서 ΔN은 외부물리량, 즉 변형률의 변화률과 비례하며, [수학식 9]를 통해 외부 물리량, 다시말해 변형률의 산출이 가능함을 알 수 있다.
본 발명에 따른 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서를 보에 부착하고, 만능시험기로 하중을 증가시키거나 감소시키면서 변형률을 측정하여 도 4a와 같은 결과를 얻었다. 도 4a는 레이저 광원(10)의 구동전류를 400Hz의 톱니파로 변조한 경우에 광섬유 센서에서 출력되는 신호를 0.125초 동안 취득한 파형의 1/2인 0.625초 동안 취득한 광섬유 센서의 출력신호의 파형이다.
상기와 같은 광섬유 센서의 출력신호를 중심주파수가 100Hz인 대역 통과기로여과하면 도 4b와 같은 신호를 얻을 수 있으며, 이 신호의 크기가 0보다 크면 1로 하고, 작으면 -1로 하여 구형파로 변환하면 도 4c와 같은 구형파를 얻을 수 있는데, 이 구형파의 갯수를 계수하면 변형률을 산출할 수 있다.
즉, 변형률이 가해지지 않는 동안에는 광주파수 변조 주파수와 동일한 갯수의 구형파가 존재함에 따라 기준갯수는 광주파수 변조 주파수의 역수로 일정하지만, 변형률이 가해진 경우에는 파형의 갯수가 가변된다. 따라서, 변형률이 가해진 경우에 구해진 구형파의 갯수와 기준갯수의 차이를 구하여 [수학식 9]에 적용하면 변형률을 구할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 광섬유 센서와 일반적인 변형률 게이지에 의해 측정된 변형률을 비교하여 나타낸 것으로, 만능시험기를 사용하여 하중을 증가시키거나 감소시키며 측정한 결과이다. 도면에 도시된 것처럼, 광섬유 센서를 통해 얻은 변형률이 변형률 게이지를 통해 얻은 변형률과 거의 일치하고 있음을 볼 수 있다.
한편, 변형률 측정시 온도변화에 의해 발생되는 열팽창의 보상은 [수학식 10]을 이용하면 된다. 즉, 측정 대상물의 표면에 부착된 본 발명에 따른 광섬유 센서의 변형률과 온도에 대한 위상변화는 아래의 [수학식 10]과 같다.
[수학식 10]
이때, 광섬유 굴절률의 온도 및 응력에 대한 변화율을 기준량으로 하면 일정한 시간동안에 발생되는 파형갯수의 변화량(ΔN)을 [수학식 9]와 같이 표현할 수있다. 또한, 온도변화와 외부 하중에 의한 변형률은 [수학식 11]과 같이 정리할 수 있다.
[수학식 11]
여기서, α는 측정 대상물의 열팽창 계수이며, 본 발명의 광섬유 센서에서 사용되는 모세 유리관(35)과 광섬유(33,34)의 열팽창 계수 보다 크다. Δεstress는 외부 하중에 의한 변형률이고, 온도변화를 별도로 측정할 수 있거나 온도는 변하지만 외부 하중이 가해지지 않는 측정 대상물에 동일한 조건으로 적용한 광섬유 센서의 출력신호를 이용하면 그 값을 얻어, 온도보상을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광섬유 센서는 변형률의 측정과 같이 게이지의 길이변화를 이용한 물리량의 측정 이외에 상기된 온도 보상 방법을 이용하여 외부 하중과 열응력이 적용되지 않는 측정 구조물의 온도변화에 따른 열팽창을 감지하여 구조물의 온도도 측정할 수 있다.
이상에서 본 발명은 게이지의 길이변화를 이용하여 구조물의 변형률을 측정하는 방법만을 실시예로 기술하였으나, 그 외의 여러가지 방법을 이용하여 다양한 물리량을 측정할 수도 있다.
상기된 것처럼 본 발명은, 주파수가 변조된 광이 입사되는 간섭계 센서의 출력을 일정한 시간동안 계수하면 별도의 장치를 부가하지 않고서도 외부 물리량의변화량과 증감을 손쉽게 파악할 수 있다.
또한, 측정 대상물의 변형률의 증감 방향을 구별할 수 있으므로, 교량이나 대형건물, 발전설비 등의 상시적인 건전성 감시를 보다 효과적으로 수행할 수 있으며, 특히 장기간 사용에 따른 피로손상을 예측하는데 효율적이다.

Claims (3)

  1. 톱니파 형태로 주파수가 변조된 빛을 출력하는 레이저기(10)와; 상기 레이저기(10)로 부터 입사된 빛을 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유(34)로 분기하는 2x2 광섬유 연계기(32)와; 상기 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유(34)의 단부에 형성되며 입사된 빛을 반사시키는 거울코팅된 반사면(33a,34a)과; 상기 반사면(33a,34a)에 의해 되돌아 나오는 빛을 검출하는 광검출기(20)를 구비하되; 상기 감지 광섬유 (33)의 길이가 변형되면 그 변형의 크기와 방향에 따라 일정한 시간동안 출력되는 광신호의 파형갯수가 가변되는 것을 특징으로 하는 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 광섬유(34)에 가해지는 외부 물리량을 차단시키는 모세 유리관(35)을 더 포함하며, 상기 감지 광섬유(33)와 기준 광섬유(34)는 베이스판(base plate)(31)에 에폭시 수지(36)로 고정되는 것을 특징으로 하는 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서.
  3. 감지 광섬유의 길이변화에 따라 파형의 갯수가 가변된 간섭신호를 출력하는 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서를 이용한 변형률 측정방법에 있어서, 상기 간섭형 센서의 탐촉자를 측정 대상물에 부착하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 측정 대상물에 부착된 간섭형 센서의 출력신호를 일정한 시간동안 주기적으로 취득하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 취득된 데이터를 대역 통과기로 여과하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 여과된 신호의 크기가 0보다 크면 1로 하고, 0보다 작으면 -1로 하여 신호파형을 구형파로 변환하는 제 4 단계; 상기 제 4 단계에서 변환된 구형파의 갯수(N)를 일정한 시간동안 계수하고 이를 변형률이 없는 경우의 기준갯수 (N0)와 비교하여 차(ΔN)를 구하는 제 5 단계; 상기 제 5 단게에서 구해진 구형파의 갯수(N)와 기준갯수(N0)의 차(ΔN)를 계속하여 누적하고 이를에 대입하여 변형률을 구하는 제 6 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서를 이용한 변형률 측정 방법.
KR1019990059077A 1999-12-18 1999-12-18 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률측정방법 KR100324118B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990059077A KR100324118B1 (ko) 1999-12-18 1999-12-18 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률측정방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990059077A KR100324118B1 (ko) 1999-12-18 1999-12-18 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률측정방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010064787A true KR20010064787A (ko) 2001-07-11
KR100324118B1 KR100324118B1 (ko) 2002-02-20

Family

ID=19627030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990059077A KR100324118B1 (ko) 1999-12-18 1999-12-18 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률측정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100324118B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101866691B1 (ko) * 2017-04-20 2018-06-12 한국과학기술원 펄스 레이저의 광 펄스열에 대한 비행시간 검출을 이용하는 변형률 센싱 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101866691B1 (ko) * 2017-04-20 2018-06-12 한국과학기술원 펄스 레이저의 광 펄스열에 대한 비행시간 검출을 이용하는 변형률 센싱 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR100324118B1 (ko) 2002-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10545035B2 (en) Optical sensor with one or more sensing interference elements
Chen et al. Review of fiber Bragg grating sensor technology
Davis et al. Shape and vibration mode sensing using a fiber optic Bragg grating array
US6687011B1 (en) Transmission-type extrinsic fabry-perot interferometric optical fiber sensor
CN106680535B (zh) 基于光纤布喇格光栅反射谱特性实现激光拍频的差动型光学加速度计
Zeng et al. A 3-component fiber-optic accelerometer for well logging
US20150308911A1 (en) Mechanical resonator sensor
Harmer Principles of optical fibre sensors and instrumentation
Huang et al. Ultra-high-resolution phase demodulation based miniature fiber-optic accelerometer at low and medium frequencies
Baptista et al. Mach-Zehnder and Michelson topologies for self-referencing fibre optic intensity sensors
Liehr et al. A novel quasi-distributed fibre optic displacement sensor for dynamic measurement
Suleiman et al. Interrogation of fiber Bragg grating dynamic strain sensors by self-mixing interferometry
CN1304900C (zh) 一种光纤光栅波长解调方法
KR100324118B1 (ko) 광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서 및 이를 이용한 변형률측정방법
KR20010055697A (ko) 전반사형 외부 패브리-페로 광섬유 센서와 이를 이용한변형률 측정방법
CN111537010A (zh) 基于otdr的f-p干涉型传感头多点测量方法及装置
Kim et al. Phase-shifted transmission/reflection-type hybrid extrinsic Fabry-Perot interferometric optical fiber sensors
Ohn et al. Tunable laser demodulation of various fiber Bragg grating sensing modalities
KR20080099668A (ko) 하이브리드 간섭계를 이용한 광섬유 센서 시스템
Kim et al. Signal processing algorithm for transmission-type Fabry-Perot interferometric optical fiber sensor
Pomarico et al. Optical fiber strain gauge based on speckle correlation
RU2811364C1 (ru) Способ измерения гидростатического давления и волоконно-оптический датчик гидростатического давления
Suleiman et al. FBG-based dynamic strain sensors demodulated by self-mixing interferometry: Improving strain measurement resolution
KR0173492B1 (ko) 간섭형 광섬유 센서의 신호 처리방법 및 회로
Vallet et al. A low-frequency optical accelerometer

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090102

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee