KR20030073632A - 괌섬유를 이용한 진동 측정 센서 및 이를 이용한 진동측정 장치 - Google Patents

괌섬유를 이용한 진동 측정 센서 및 이를 이용한 진동측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유를 이용하여 진동을 측정할 수 있도록 한 진동 측정 센서에 관한 것이다.
본 발명의 광섬유를 이용한 진동 측정 센서는 광을 공급하는 광원과, 광을 수광하여 아날로그 신호로 변환하기 위한 수광부와, 광원과 수광부의 사이에 설치되어 물체의 진동에 대응하여 수광부로 공급되는 광량을 조절하기 위한 측정부와, 광원으로부터 측정부로 광이 이동되는 경로를 제공하는 제 1광섬유와, 측정부로부터 수광부로 상기 광이 이동되는 경로를 제공하는 제 2광섬유를 구비한다.

Description

괌섬유를 이용한 진동 측정 센서 및 이를 이용한 진동 측정 장치{VIBRATION MEASURING SENSOR USING THE OPTICAL FIBER AND APPRATUS USING THE SAME}
본 발명은 괌섬유를 이용한 진동 측정 센서 및 이를 이용한 진동 측정 장치에 관한 것으로 특히, 광섬유를 이용하여 진동을 측정할 수 있도록 한 괌섬유를 이용한 진동 측정 센서 및 이를 이용한 진동 측정 장치에 관한 것이다.
특정 물체의 진동을 측정하기 위한 진동 측정 센서는 다양한 부분에서 이용되고 있다. 일례로, 진동 측정 센서는 교량등에 장착되어 차량의 이동에 의한 교량의 진동(즉, 흔들림)을 측정하게 된다. 이때, 측정된 교량의 진동량은 교량의 안전도 평가에 중요한 척도로 사용된다.
한편, 이와 같은 진동 측정 센서는 건물, 교량 및 지진의 강도측정 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 이와 같은 진동 측정 센서로서로 종래에는 전기를 이용한 진동 측정 센서가 이용되고 있다.
하지만, 전기를 이용한 진동 측정 센서는 외부요건에 따라서 측정량이 상이해지는 문제점이 있다. 다시 말하여, 전자파가 많은 곳에 진동 측정 센서가 설치될 경우 전자파의 간섭에 의하여 정확한 진동량이 측정될 수 없다. 또한, 비 또는 눈이 올때 외부에 설치되어 있는 진동 측정 센서에서 누전이 발생되어 정확한 진동량의 측정이 곤란하다.
따라서, 본 발명의 목적은 괌섬유를 이용하여 진동을 측정할 수 있도록 한 괌섬유를 이용한 진동 측정 센서 및 이를 이용한 진동 측정 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 진동 측정 센서를 나타내는 도면.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 진동 측정 센서의 동작과정을 나타내는 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2실시예에 의한 진동 측정 센서를 나타내는 도면.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 제 2광섬유에 추가 설치된 것을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 진동 측정 센서를 이용한 진동 측정 장치를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2 : 광원4 : 수광부
6,7,8,10,32,38,54 : 광섬유12,36 : 몸체
14,16 : 홀18 : 고정부
20 : 스프링22,34 : 지지부
24,25 : 돌출부28 : 삽입공간
30 : 측정부40 : 추
42,43 : 단턱부44,45 : 스위치부
46 : 스위치48 : A/D 컨버터
50 : 계산부52 : 교량
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광섬유를 이용한 진동 측정 센서는 광을 공급하는 광원과, 광을 수광하여 아날로그 신호로 변환하기 위한 수광부와, 광원과 수광부의 사이에 설치되어 물체의 진동에 대응하여 수광부로 공급되는 광량을 조절하기 위한 측정부와, 광원으로부터 측정부로 광이 이동되는 경로를 제공하는 제 1광섬유와, 측정부로부터 수광부로 상기 광이 이동되는 경로를 제공하는 제 2광섬유를 구비한다.
상기 제 1 광섬유 및 상기 제 2광섬유는 측정부와 접속된 부분의 지름이 광원 및 수광부에 접속된 부분의 지름보다 크게 설정된다.
상기 측정부는, 제 1광섬유를 고정할 수 있도록 제 1홀이 형성됨과 아울러 제 2광섬유가 삽입될 수 있도록 제 1홀보다 크게 형성되어 있는 제 2홀을 구비한다.
상기 제 2광섬유를 감싸도록 형성되는 지지부와, 지지부가 삽입되는 공간을 마련하기 위하여 몸체의 상/하에서 각각 2개씩 신장되는 돌출부들과, 돌출부들 사이에 돌출부들보다 낮은 높이로 형성되는 고정부와, 고정부와 지지부 사이에 설치되어 소정의 탄성력을 제공하는 스프링을 구비한다.
상기 지지부는 상기 물체가 진동되지 않을 때 제 2광섬유가 제 1광섬유에 반지름만큼 중첩되도록 제 2광섬유를 지지한다.
상기 측정부는, 소정의 공간을 마련하도록 홈이 형성된 몸체를 구비한다.
상기 제 1광섬유는 공간에 일정부분 중첩되도록 몸체의 제 1단턱부에 고정되고, 제 2광섬유는 공간에 제 1광섬유가 중첩된 부분보다 많이 중첩되도록 제 1단턱부에 대향되는 제 2단턱부에 고정되고, 제 2단턱부의 고정되어 상기 제 2광섬유를 상/하에서 지지하는 박막의 지지부를 구비한다.
상기 공간과 중첩된 제 2광섬유에 끝단에는 추가 설치된다.
상기 물체가 진동되지 않을 때 제 2광섬유는 제 1광섬유에 반지름만큼 중첩된다.
본 발명의 진동 측정 센서를 이용한 진동 측정 장치는 진동을 측정하고자 하는 물체에 적어도 하나 이상 설치되어 물체의 진동에 따라서 통과되는 광의 양을 조절하는 측정부와, 측정부에 광을 공급하기 위한 광원과, 측정부로부터 공급되는광을 아날로그 신호로 변환하기 위한 수광부와, 광의 이동경로를 제공하는 광섬유와, 광원과 측정부 사이에 물체에 형성된 측정부의 수에 대응되도록 설치됨과 아울러 측정부들 중 어느 하나에 접속되는 제 1스위치들을 구비하는 제 1스위치부와, 측정부와 수광부의 사이에 물체에 형성된 측정부의 수에 대응되도록 설치됨과 아울러 측정부들 중 어느 하나에 접속되는 제 2스위치들을 구비하는 제 2스위치부와, 수광부에서 공급되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 컨버터와, 디지털 신호를 이용하여 물체의 진동률 계산하기 위한 계산부를 구비한다.
상기 동일한 측정부들과 접속된 제 1 및 제 2스위치들은 동시에 턴-온된다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하 도 1 내지 도 5을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 진동 측정 센서를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 의한 진동 측정 센서는 빛을 공급하기 위한 광원(2)과, 빛을 수광하기 위한 수광부(4)와, 빛의 통로를 제공하는 광섬유(6,7,8,10)와, 물체의 진동을 측정하기 위한 측정부(30)를 구비한다.
광원(2)은 레이저 다이오드 등으로 이용되며, 소정의 빛을 발생하여 제 1광섬유(6,8)로 공급한다. 측정부(30)는 진동하면서 제 1광섬유(6,8)로부터 공급되는 빛의 일부를 제 2광섬유(7,10)로 공급한다. 수광부(4)는 제 2광섬유(7,10)로부터공급되는 빛을 전기량으로 변환한다. 이와 같은 수광부(4)는 빛의 양에 대응하는 전기량을 도시되지 않은 계산부로 공급하고, 계산부는 수광부(4)에서 입력된 전기량을 이용하여 물체의 진동을 측정한다.
측정부(30)는 몸체(12)와, 제 2광섬유(7,10)의 제 2측(10)을 감싸도록 형성된 지지부(22)와, 지지부(22)의 삽입공간(28)을 마련하기 위하여 몸체(12)의 상/하에서 각각 돌출되는 돌출부들(24,25)과, 지지부(22)에 소정의 탄성력을 제공하기 위한 스프링(20)과, 스프링(20)을 고정하기 위하여 돌출부들(24,25) 사이에 설치되는 스프링 고정부(18)를 구비한다.
몸체(12)에는 제 1광섬유(6,8)의 제 2측(8)이 삽입되는 제 1홀(14) 및 제 2광섬유(7,10)의 제 2측(10)이 삽입되는 제 2홀(16)이 형성된다. 이때, 제 1홀(14)은 제 1광섬유(6,8)의 제 2측(8)을 고정하기 위하여 제 1광섬유(6,8)의 제 2측(8)과 동일한 지름 또는 조금 큰 지름을 갖도록 형성된다.
제 2홀(16)은 지지부(22)가 설치될 수 있도록 제 1홀(14)보다 큰 지름을 갖도록 형성된다. 지지부(22)는 제 2광섬유(7,10)의 제 2측(10)을 감싸도록 형성되며 스프링(20)의 탄성력에 의하여 진동하게 된다.
한편, 제 1광섬유(6,8)의 제 2측(8)은 제 1측(6)보다 넓은 지름을 갖도록 형성된다. 따라서, 광원(2)에서 공급된 빛은 제 1광섬유(6,8)의 제 1측(6)을 거쳐 제 2측(8)으로 공급되면서 확산된다.
또한, 제 2광섬유(7,10)의 제 2측(10)은 제 1측(7)보다 넓은 지름을 갖도록 형성된다. 따라서, 제 1광섬유(6,8)의 제 2측(8)으로부터 공급된 빛은 제2광섬유(7,10)의 제 2측(10)을 거쳐 제 1측(7)으로 공급되면서 집광된다. 이때, 제 1 및 제 2광섬유(6,7,8,10)의 제 2측(8,10)은 동일한 지름으로 형성된다. 한편, 측정부(30)가 진동되지 않을 때 제 1광섬유(6,8)의 제 2측(8)은 제 2광섬유(7,10)의 제 2측(10)과 반지름만큼 대면되게 설치된다.
이와 같은 본 발명의 제 1실시예에 의한 진동 측정 센서의 동작과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 측정부(30)는 진동을 측정하고자 하는 물체에 설치된다. 이때, 스프링들(20)에 의하여 고정된 지지부(22)는 물체의 진동에 대응하여 진동하게 된다. 이후, 광원(2)으로부터 빛이 제 1광섬유(6,8)로 공급된다. 제 1광섬유(6,8)로 공급된 빛은 제 2광섬유(7,10)로 공급된다.
한편, 제 2광섬유(7,10)로 공급되는 빛의 양은 지지부(22)의 진동량에 의하여 결정된다. 다시 말하여, 제 2광섬유(7,10)는 지지부(22)의 진동에 의하여 도 2a 및 도 2b와 같이 진동하게 된다. 즉, 제 2광섬유(7,10)에 공급되는 빛의 양은 측정부(30)의 진동량에 의하여 상이해진다. 제 2광섬유(7,10)에 공급된 빛은 수광부(4)로 공급된다. 이후, 수광부(4)에 공급된 빛의 양을 전기적 신호로 변환하여 측정부(30), 즉 물체의 진동범위을 측정하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2실시예에 의한 진동 측정 센서를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제 2실시예에 의한 진동 측정 센서는 소정의 홈이 형성되어 있는 몸체(36)와 몸체(36)의 제 1단턱부(42)에 설치되는 제 1광섬유(32)와, 몸체(36)의 제 2단턱부(43)에 설치되는 제 2광섬유(38)를 구비한다.
제 1광섬유(32)는 광원(2)에 접속되어 광원(2)으로부터 빛을 공급받는다. 제 2광섬유(38)는 수광부(4)에 접속되어 제 1광섬유(32)로부터 공급된 빛을 수광부(4)로 공급한다. 제 1광섬유(32)는 몸체(36)에 형성된 소정공간에 좁은 부분이 중첩되도록 설치되고, 제 2광섬유(38)는 몸체(36)에 형성된 소정공간에 넓은 부분이 중첩되도록 설치된다. 이와 같은, 제 1 및 제 2광섬유(32,38)는 동일한 지름을 갖는다.
한편, 몸체(36)가 진동되지 않을 때 제 2광섬유(38)의 끝단은 제 1광섬유(32)의 끝단과 반지름만큼 중첩된다. 이와 같이, 제 2광섬유(38)의 끝단이 제 1광섬유(32)에 반지름만큼 중첩될 수 있도록 제 2광섬유(38)의 끝단에 도 4와 같이 추(40)가 설치될 수 있다.
한편, 제 2광섬유(38)의 상/하측에는 얇은 박막으로 형성된 지지부들(34)이 형성된다. 이와 같은 지지부들(34)은 제 2광섬유(38)의 유동범위를 결정한다.
이와 같은 본 발명의 제 2실시예에 의한 진동 측정 센서의 동작과정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 몸체(36)는 진동을 측정하고자 하는 물체에 설치된다. 물체가 진동할 때 몸체(36)에 형성된 소정공간에 넓은 부분이 중첩된 제 2광섬유(38)는 물체의 진동에 대응하여 유동하게 된다.
한편, 광원(2)으로부터 공급된 빛은 제 1광섬유(32)를 경유하여 제 2광섬유(38)로 공급된다. 이때, 제 2광섬유(38)로 공급되는 빛의 양은 물체의 진동에 의하여 상이하게 된다. 제 2광섬유(38)에 공급된 빛은 수광부(4)로 공급된다. 이후, 수광부(4)에 공급된 빛의 양을 전기적 신호로 변환하여 물체의 진동범위을 측정하게 된다.
도 5는 본 발명의 제 1 및 제 2실시예에 의한 진동 측정 센서가 교량에 설치되었을 때를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 먼저 본 발명의 제 1 및 제 2실시예에 의한 진동 측정센서의 다수의 측정부(30) 또는 몸체(36)는 교량(52)에 설치된다.
이와 같은 측정부(30) 또는 몸체(36)와 광원(2) 사이에는 제 1스위치부(45)가 추가로 설치된다. 또한, 측정부(30) 또는 몸체(36)와 수광부(4) 사이에는 제 2스위치부(44)가 추가로 설치된다. 제 1 및 제 2스위치부(45,44) 각각은 교량(52)에 설치되어 있는 측정부(30) 또는 몸체(36)의 수에 대응하는 스위치들(46)을 포함한다.
동작과정을 상세히 설명하면, 먼저 광원(2)은 소정의 광을 광섬유(54)로 공급한다. 광섬유(54)로 공급된 광은 제 1스위치부(45)로 공급되고, 제 1스위치부(45)는 스위치들(46)을 순차적으로 턴-온시키면서 스위치들(46)에 연결된 각각의 측정부(30) 또는 몸체(36)에 광을 공급한다.
제 1스위치부(45)로부터 빛을 공급받은 측정부(30) 또는 몸체(36) 각각은 교량의 진동에 대응하는 빛을 제 2스위치부(44)로 공급한다. 제 2스위치부(44)는 스위치들(46)를 순차적으로 턴-온시키면서 측정부(30) 또는 몸체(36)로부터 공급된 빛을 수광부(4)로 공급한다.
수광부(4)는 제 2스위치부(44)로부터 공급된 빛을 아날로그 신호로 변환한다. 수광부(4)는 빛의 양에 대응하는 아날로그 신호를 아날로그/디지털 변환기(Analog/Digital Converter : 이하 "A/D 컨버터"라 함)(48)로 공급하고, A/D 컨버터(48)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 계산부(즉, 컴퓨터)(50)로 공급한다. 계산부(50)는 A/D 컨버터(48)로부터 입력되는 디지털 신호를 이용하여 교량의 변형률을 측정한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 진동 측정 센서 및 이를 이용한 진동 측정 장치에 의하면 광섬유를 이용하여 물체의 진동을 측정하므로써 전자파 및 날씨의 영향을 받지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 진동 측정 센서 및 이를 이용한 진동 측정 장치에 의하면 정확한 진동량이 측정될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (10)

  1. 물체의 진동을 측정하는 장치에 있어서,
    광을 공급하는 광원과,
    상기 광을 수광하여 아날로그 신호로 변환하기 위한 수광부와,
    상기 광원과 상기 수광부의 사이에 설치되어 상기 물체의 진동에 대응하여 상기 수광부로 공급되는 광량을 조절하기 위한 측정부와,
    상기 광원으로부터 상기 측정부로 상기 광이 이동되는 경로를 제공하는 제 1광섬유와,
    상기 측정부로부터 상기 수광부로 상기 광이 이동되는 경로를 제공하는 제 2광섬유를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 진동 측정 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 광섬유 및 상기 제 2광섬유는 상기 측정부와 접속된 부분의 지름이 상기 광원 및 수광부에 접속된 부분의 지름보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 진동 측정 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 제 1광섬유를 고정할 수 있도록 제 1홀이 형성됨과 아울러 상기 제 2광섬유가 삽입될 수 있도록 제 1홀보다 크게 형성되어 있는 제 2홀을 구비하는 몸체와,
    상기 제 2광섬유를 감싸도록 형성되는 지지부와,
    상기 지지부가 삽입되는 공간을 마련하기 위하여 상기 몸체의 상/하에서 각각 2개씩 신장되는 돌출부들과,
    상기 돌출부들 사이에 상기 돌출부들보다 낮은 높이로 형성되는 고정부와,
    상기 고정부와 상기 지지부 사이에 설치되어 소정의 탄성력을 제공하는 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 진동 측정 센서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 물체가 진동되지 않을 때 상기 제 2광섬유가 상기 제 1광섬유에 반지름만큼 중첩되도록 상기 제 2광섬유를 지지하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 진동 측정 센서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    소정의 공간을 마련하도록 홈이 형성된 몸체를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 진동 측정 센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1광섬유는 상기 공간에 일정부분 중첩되도록 상기 몸체의 제 1단턱부에 고정되고, 상기 제 2광섬유는 상기 공간에 상기 제 1광섬유가 중첩된 부분보다 많이 중첩되도록 상기 제 1단턱부에 대향되는 제 2단턱부에 고정되고,
    상기 제 2단턱부의 고정되어 상기 제 2광섬유를 상/하에서 지지하는 박막의 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 진동 측정 센서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 공간과 중첩된 상기 제 2광섬유에 끝단에는 추가 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 진동 측정 센서.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 물체가 진동되지 않을 때 상기 제 2광섬유는 상기 제 1광섬유에 반지름만큼 중첩되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 진동 측정 센서.
  9. 진동을 측정하고자 하는 물체에 적어도 하나 이상 설치되어 물체의 진동에 따라서 통과되는 광의 양을 조절하는 측정부와,
    상기 측정부에 상기 광을 공급하기 위한 광원과,
    상기 측정부로부터 공급되는 상기 광을 아날로그 신호로 변환하기 위한 수광부와,
    상기 광의 이동경로를 제공하는 광섬유와,
    상기 광원과 상기 측정부 사이에 상기 물체에 형성된 측정부의 수에 대응되도록 설치됨과 아울러 상기 측정부들 중 어느 하나에 접속되는 제 1스위치들을 구비하는 제 1스위치부와,
    상기 측정부와 상기 수광부의 사이에 상기 물체에 형성된 측정부의 수에 대응되도록 설치됨과 아울러 상기 측정부들 중 어느 하나에 접속되는 제 2스위치들을 구비하는 제 2스위치부와,
    상기 수광부에서 공급되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 컨버터와,
    상기 디지털 신호를 이용하여 상기 물체의 진동률 계산하기 위한 계산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 측정 센서를 이용한 진동 측정 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 동일한 측정부들과 접속된 상기 제 1 및 제 2스위치들은 동시에 턴-온되는 것을 특징으로 하는 진동 측정 센서를 이용한 진동 측정 장치.
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