KR20050070920A - Optical fiber pressure sensing system using optical fiber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에 관한 것으로서, 전자기적인 간섭이 없는 광섬유 압력센서를 적용한 압력센싱 시스템을 구현하여 기존의 압력센서로 이루어진 시스템의 장점과 더불어, 전자기적 간섭이 감소하며, 부식과 고온에 강한 효과가 있는 한편, 자동차의 하중 모니터링이 가능함은 물론, 현가장치의 보정장치로 이용할 수 있는 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber, and implements a pressure sensing system using an optical fiber pressure sensor without electromagnetic interference, in addition to the advantages of the system consisting of a pressure sensor, electromagnetic interference is reduced, corrosion The present invention relates to an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber that can be used as a compensation device of a suspension device as well as load monitoring of a vehicle while having a strong effect on overheating.
Description
본 발명은 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기적인 간섭이 없는 광섬유 압력센서를 적용한 압력센싱 시스템을 구현하여 기존의 압력센서로 이루어진 시스템의 장점과 더불어, 전자기적 간섭이 감소하며, 부식과 고온에 강한 효과가 있는 한편, 자동차의 하중 모니터링이 가능함은 물론, 현가장치의 보정장치로 이용할 수 있는 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber, and more particularly, to implement a pressure sensing system using an optical fiber pressure sensor without electromagnetic interference, in addition to the advantages of the system consisting of a pressure sensor, electromagnetic interference is The present invention relates to an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber that can reduce, have a strong effect on corrosion and high temperature, and can monitor a load of a vehicle, and can be used as a compensation device of a suspension device.
일반적으로, 압력은 유체량, 즉 프로세스량에 속하며, 온도측정 다음으로 많이 측정되는 계측대상이다.In general, pressure belongs to the fluid amount, i.e., the process amount, and is the object to be measured after temperature measurement.
이와 같은 압력을 측정하는 압력센서는 프로세서 또는 시스템에서 압력을 측정하는 소자로서, 공업계측, 자동제어, 의료, 자동차 엔진제어, 환경제어, 전기용품 등 그 용도가 다양하고 가장 폭 넓게 사용되고 있는 센서 중의 하나이다.The pressure sensor for measuring pressure is a device for measuring pressure in a processor or a system, and among the sensors that are widely used and widely used in industrial measurement, automatic control, medical care, automotive engine control, environmental control, electrical appliances, etc. One.
이와 같은 압력을 측정하는 센서로는 종래부터 여러 가지 센서가 개발되어 왔으며, 검출방식에 따라 기계식, 전기식, 반도체식으로 분류할 수 있다.As a sensor for measuring such a pressure, various sensors have been developed in the past, and may be classified into a mechanical, electrical, and semiconductor type according to a detection method.
상기 기계식의 경우는 프루돈관이나 벨로즈, 탄성진동형 등이 있고, 개방된 고정단으로 측정압력이 도입되면, 다른 밀폐된 관이 이동하게 되어 이동량으로 압력을 검출하는 것이며, 전기적 압력센서는 기계적 변위를 정전용량의 변화나 압전효과 혹은 압저항효과 등을 이용하여 전기신호로 변환하는 것으로서, 기본적으로는 기계식과 동일하다.In the case of the mechanical type, there is a prundon tube, a bellows, an elastic vibration type, and when a measurement pressure is introduced into an open fixed end, another closed tube is moved to detect the pressure by the movement amount, and the electrical pressure sensor is a mechanical displacement. Is converted into an electric signal using a change in capacitance, a piezoelectric effect or a piezoresistive effect, and is basically the same as a mechanical type.
또한, 전자현상을 검출원리로 하는 반도체식 압력센서의 경우, 압저항효과 혹은 PN전압 특성의 변화를 이용한다.In addition, in the case of a semiconductor pressure sensor whose detection principle is an electron phenomenon, a change in piezoresistive effect or PN voltage characteristic is used.
상기 종래의 압력센서들은 전자기적 간섭에 영향을 받으며, 매우 정밀한 압력 측정이 어렵고, 정밀한 압력 측정을 하기 위하여 압력에 민감도를 증진시킬 경우, 압력 측정범위가 매우 협소하게 되어 광범위의 압력을 계측하고자 할 경우에 감도가 좋지 않게 되는 문제점이 있다.The conventional pressure sensors are affected by electromagnetic interference, it is difficult to measure very precise pressure, and when the sensitivity to pressure is increased to make accurate pressure measurement, the pressure measuring range becomes very narrow, and thus, a wide range of pressure is to be measured. In this case, there is a problem that the sensitivity is not good.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 전자기적인 간섭이 없는 광섬유 압력센서를 적용한 압력센싱 시스템을 구현하여 기존의 압력센서로 이루어진 시스템의 장점과 더불어, 전자기적 간섭이 감소하며, 부식과 고온에 강한 효과가 있는 한편, 자동차의 하중 모니터링이 가능함은 물론, 현가장치의 보정장치로 이용할 수 있는 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, by implementing a pressure sensing system applying the optical fiber pressure sensor without electromagnetic interference, and the electromagnetic interference is reduced, with the advantages of the system consisting of the existing pressure sensor. In addition, there is a strong effect on corrosion and high temperature, the load monitoring of the vehicle, as well as to provide an optical fiber pressure sensing system using the optical fiber that can be used as a correction device of the suspension.
이를 실현하기 위하여, 본 발명의 바람직한 구현예는 상기 광섬유격자(1)에 입사빔을 제공하며, 광대역 광원 또는 협대역 광원으로 구성되는 광원장치(10)와; 상기 광섬유격자(1)에 의한 반사 또는 투과빔의 스펙트럼의 형태나 중심 파장간의 거리 또는 특정 파장에서의 빔의 세기를 감지하며, 광원의 종류에 따라 광 스펙트럼 분석장치 또는 광세기 측정장치로 구성되는 수신장치(20)와; 커플러 및 서큘레이터 등을 사용하여 구성되며, 전체적 시스템의 구성에 따라 생략 가능한 광결합장치(30)와; 광섬유(5)의 광섬유격자(1)의 스펙트럼 형태나 중심 파장들 간의 간격 또는 특정 파장에서의 빛의 세기의 변화를 감지하는 광섬유 압력센서(40)를 포함하여 이루어지되, In order to realize this, a preferred embodiment of the present invention provides a light source device 10 which provides an incident beam to the optical fiber grid 1 and is composed of a broadband light source or a narrow band light source; It detects the shape of the spectrum of the reflection or transmission beam by the optical fiber grating 1 or the distance between the center wavelength or the intensity of the beam at a specific wavelength, and comprises an optical spectrum analyzer or an optical intensity measuring device according to the type of light source A receiving device 20; An optical coupling device 30 configured using a coupler, a circulator, and the like, which can be omitted depending on the configuration of the overall system; It comprises an optical fiber pressure sensor 40 for detecting a change in the intensity of light at a specific wavelength or the interval between the spectral form or the center wavelength of the optical fiber grid 1 of the optical fiber 5,
상기 광섬유 압력센서(40)는 현가장치(100) 상에 장착될 수 있도록 형성된 판형상의 현가지지부(50)와;The optical fiber pressure sensor 40 has a plate-shaped suspension support portion 50 formed to be mounted on the suspension device 100;
외부의 압력이나 힘을 분산 또는 감소시켜 광섬유(5)의 손상을 줄이거나 가해진 압력을 비례적으로 작은 압력으로 변환시키는 상판(61a)과 하판(61b)으로 이루어진 압력 완충부(61) 및 압력을 감지하는 센싱부(65)로 이루어진 광섬유 압력센서부(60)와; Pressure buffer 61 and pressure buffer consisting of an upper plate 61a and a lower plate 61b to reduce or damage the optical fiber 5 by dispersing or reducing external pressure or force, and to convert the applied pressure into a small pressure proportionally. An optical fiber pressure sensor unit 60 including a sensing unit 65 for sensing;
상기 광섬유 압력센서부(60)를 지지하고, 그 저부에 설치된 액츄에이터(71)를 충격으로부터 보호할 수 있도록 형성된 챔버형상의 광섬유 압력센서 지지부(70)로 구성된 것을 특징으로 한다. The optical fiber pressure sensor unit 60 is supported, and an actuator 71 installed at the bottom thereof is characterized by consisting of a chamber-shaped optical fiber pressure sensor support unit 70 formed to protect from an impact.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
본 발명은 종래의 압력센서와 대비하여 정밀한 압력 측정이 가능하고, 전자기적인 간섭이 없는 광섬유 압력센서(40)를 적용한 시스템을 구현하며, 그 구현예로 자동차의 하중 모니터링을 할 수 있으며, 현가장치(100)의 보정장치에 이용할 수 있는 발명인 것이다.The present invention implements a system in which a precise pressure measurement is possible as compared with a conventional pressure sensor, and a system using the optical fiber pressure sensor 40 without electromagnetic interference, and the load monitoring of the vehicle as an embodiment thereof, the suspension device It is an invention which can be used for the correction device of (100).
여기서, 상기 광섬유격자(1)는 UV레이저빔을 광감도가 있는 광도파로에 일정시간동안 선택적으로 노출시켜서 주로 제작하게 되는 바, 위상마스크나 간섭계를 이용하여 제작하거나, 또는 진폭마스크를 이용하여 제작하게 된다.Here, the optical fiber grating 1 is mainly produced by selectively exposing the UV laser beam to the optical waveguide with optical sensitivity for a predetermined time, and is manufactured by using a phase mask or an interferometer, or by using an amplitude mask. do.
도 1은 광섬유격자를 이용하여 광섬유 압력센서를 구현하는데 있어서, 상기 광섬유격자(1)가 형성된 광섬유(5)에 압력이나 힘을 가하여 상기 광섬유격자(1) 내에 복굴절을 발생시키는 원리를 나타내는 도면으로서, 상기 광섬유격자(1)에 가해지는 외부 압력이나 힘은 광섬유(5) 단면축의 양방향 또는 한방향으로 가해질 수 있으며, 발생되는 복굴절의 크기는 광섬유(5)에 가해지는 압력이나 힘 그리고 그 압력이나 힘의 가압길이(l)에 의해 가변되는 바, 가해지는 압력이나 힘의 크기에 비례하여 증가하며, 가해진 길이에는 반비례한다. 1 is a view showing a principle of generating a birefringence in the optical fiber grating 1 by applying pressure or a force to the optical fiber 5 in which the optical fiber grating 1 is formed in implementing the optical fiber pressure sensor using the optical fiber grating. In addition, the external pressure or force applied to the optical fiber grid 1 may be applied in both directions or one direction of the optical fiber 5 section axis, and the magnitude of the birefringence generated may be the pressure or force applied to the optical fiber 5 and the pressure or force thereof. It is variable by the pressing length (l) of the bar, increases in proportion to the amount of pressure or force applied, inversely proportional to the applied length.
이때, 상기 압력이나 힘이 가해지는 가압길이(l)는 광섬유격자(1)의 길이(L)와 동일하거나, 더 긴 것이 바람직하다. At this time, the pressure length (1) to which the pressure or force is applied is preferably equal to or longer than the length (L) of the optical fiber grid (1).
여기서, 상기 광섬유격자(1)에 압력이 가해질 경우, 복굴절에 의해 발생된 광섬유격자(1) 내의 복굴절 축(y축,-x축)에 따라 각각 다른 굴절률의 변화가 야기되고, 이로 인하여 광섬유격자(1)의 입력빔에 대한 반사빔과 투과빔이 변하기 때문에 상기와 같은 현상을 이용하여 광섬유 압력센서(40)를 개발한 것이다.In this case, when pressure is applied to the optical fiber grid 1, a change in refractive index is caused depending on the birefringence axis (y-axis, -x axis) in the optical fiber grid 1 generated by birefringence, thereby causing the optical fiber grid Since the reflected beam and the transmitted beam with respect to the input beam of (1) are changed, the optical fiber pressure sensor 40 is developed using the above phenomenon.
도 2a는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템을 구현하는데 있어서, 외부의 압력이나 힘이 가해지는 광섬유격자(1)가 반사형격자(short period grating)인 경우를 개략적으로 나타낸 것으로서, 반사형격자의 경우, 입력빔이 상기 격자에 의해 위상정합 조건( ; :유효굴절률, :격자주기)을 만족하는 특정파장 대역의 빔만이 반사되고, 나머지 파장들은 그대로 출력된다.2a schematically illustrates a case in which an optical fiber grating 1 to which external pressure or force is applied is a short period grating in implementing an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber according to the present invention. In the case of a lattice, the input beam is subjected to phase matching ; Effective refractive index, Only beams of a specific wavelength band satisfying the (lattice period) are reflected, and the remaining wavelengths are output as they are.
따라서, 상기의 경우는 반사빔과 투과빔이 모두 모니터링이 가능하며, 또한 상기 광섬유격자(1)의 길이(L)가 길어질수록 상기 반사빔의 스펙트럼의 폭은 좁아지게 되고, 반사형 광섬유격자(1)의 주기()는 대략적으로 수백 nm를 갖는다.Therefore, in the above case, both the reflection beam and the transmission beam can be monitored, and as the length L of the optical fiber grid 1 becomes longer, the width of the spectrum of the reflection beam becomes narrower. Cycle of 1) ) Has approximately several hundred nm.
도 2b는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템을 구현하는데 있어서, 외부의 압력이나 힘이 가해지는 광섬유격자(1)가 투과형격자(long period grating)인 경우를 개략적으로 나타낸 것으로서, 상기 투과형격자는 입력빔에 대하여 반사빔이 존재하지 않기 때문에 출력빔을 모니터링 하는 것이 바람직하다.2b schematically illustrates a case in which an optical fiber grid 1 to which external pressure or force is applied is a long period grating in implementing an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber according to the present invention. The grating preferably monitors the output beam since there is no reflected beam relative to the input beam.
또한, 상기 광섬유격자(1)의 길이(L)가 길어질수록 출력단에서의 스펙트럼 폭은 좁아지게 되며, 투과형격자의 주기()는 대략적으로 수백nm를 갖는다.In addition, the longer the length L of the optical fiber grating 1 becomes, the narrower the spectral width at the output end, and the period of the transmission grating ( ) Has approximately several hundred nm.
본 발명에 따른 광섬유 압력센서(40)의 구현은 편의상 반사형격자를 가정하여 설명하지만 실제 응용에서는 반사형 또는 투과형격자가 모두 사용될 수 있음이 자명하다.Although the implementation of the optical fiber pressure sensor 40 according to the present invention will be described assuming a reflective grating for convenience, it is obvious that both a reflective or a transmissive grating may be used in practical applications.
도 3a는 본 발명에 따른 광섬유격자를 이용하여 광섬유 압력센서를 구현하는데 있어서, 도 1의 y축에 대한 광섬유 절단면의 굴절률 타원체를 나타낸 도면으로서, (a)는 광섬유격자(1)에 외부의 압력이나 힘이 가해지지 않을 경우의 수직 형성된 두 편광축의 굴절률()을 나타내는 바, 광섬유격자(1) 단면축의 x방향의 굴절률 와, y방향의 굴절률 는 동일한 값을 갖는다.3A is a view showing an index ellipsoid of an optical fiber cutting plane with respect to the y-axis of FIG. 1 in implementing an optical fiber pressure sensor using the optical fiber grating according to the present invention. Refractive index of two vertically polarized axes when no ), The refractive index in the x direction of the cross-sectional axis of the optical fiber grid (1) And the refractive index in the y direction Has the same value.
한편, (b)는 광섬유격자(1)에 압력이나 힘이 가해질 경우, 두 편광축에 대한 굴절률()을 나타내는 바, x방향의 굴절률과, y방향의 굴절률은 광탄성(photoelastic)효과에 의해 굴절률이 증감하는 현상이 발생되고, 두 편광축의 굴절률은 에서 로, 에서 로 변하게 되어, 두 편광축의 굴절률 와 는 서로 상이한 값을 갖게 된다.On the other hand, (b) is the refractive index for the two polarization axes when the pressure or force is applied to the optical fiber grid (1) ), The refractive index in the x direction and the refractive index in the y direction is increased or decreased due to the photoelastic effect, and the refractive indices of the two polarization axes in in, in The refractive index of the two polarization axes Wow Have different values.
이때, 복굴절의 크기는 흔히 굴절률차()를 의미하며 압력이 증가할수록 복굴절의 크기는 증가하게 된다.At this time, the size of the birefringence is often the refractive index difference ( As the pressure increases, the size of the birefringence increases.
도 3b는 본 발명에 따른 광섬유격자를 이용하여 광섬유 압력센서를 구현하는데 있어서, 광섬유격자(1)에 압력이나 힘이 가해질 경우, 도 1의 z축을 따라 광섬유격자(1)의 길이(L)에 대해 편광축에 따른 굴절률 분포의 변화를 보이는 도면으로서, 아래의 수식으로부터 도면을 설명할 수 있다.FIG. 3B illustrates an optical fiber pressure sensor using the optical fiber grating according to the present invention, when pressure or force is applied to the optical fiber grating 1, the length L of the optical fiber grating 1 along the z-axis of FIG. 1. It is a figure which shows the change of the refractive index distribution according to a polarization axis with respect to, and can be demonstrated from the following formula | equation.
x-편광축 ...............(1)x-polarization axis ...............(One)
y-편광축 ..............(2)y-polarization axis ..............(2)
여기서, , , 이다.here, , , to be.
E는 영의 계수(Young's modulus)이며, v는 포아송 비(Poisson ratio), 과 는 광탄성 계수(photoelastic coefficient), 는 코어의 유효 굴절률의 값이다.E is the Young's modulus, v is the Poisson ratio, and Is the photoelastic coefficient, Is the value of the effective refractive index of the core.
상기 값들을 수식 1과 2에 대입하여 계산해 보면 광섬유격자(1)에 y축으로 압력이나 힘이 가해질 경우, 복굴절에 의하여 x-편광축의 굴절률은 증가하게 되고, y-편광축의 굴절률은 감소하게 됨을 확인할 수 있다.When the values are substituted into Equations 1 and 2, the refractive index of the x-polarization axis increases due to birefringence and the refractive index of the y-polarization axis decreases due to birefringence. You can check it.
즉, 압력에 따른 복굴절에 의해서 두 편광축의 굴절률 와 가 상이한 값을 가짐을 확인할 수 있다.That is, the refractive index of the two polarization axes due to the birefringence according to the pressure Wow It can be seen that has different values.
도 4a는 도 1의 광섬유격자에 압력이나 힘이 가해지지 않을 경우, 상기 광섬유격자(1)의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면으로서, 상기 위상정합 조건을 만족하는 특정한 파장대()만이 반사되는 특성을 볼 수 있다.FIG. 4A is a diagram illustrating a reflection spectrum of the optical fiber grating 1 when no pressure or force is applied to the optical fiber grating of FIG. 1, and the specific wavelength band satisfying the phase matching condition ( Only) can see the reflected property.
도 4b는 도 1의 광섬유격자에 y축방향으로 압력이나 힘을 가했을 경우, 입력빔의 편광상태에 따른 광섬유격자의 반사 스펙트럼을 나타내는 도면이다.4B is a diagram illustrating a reflection spectrum of an optical fiber grating according to a polarization state of an input beam when pressure or force is applied to the optical fiber grating of FIG. 1 in the y-axis direction.
여기서, 상기 광섬유격자(1)에 압력이나 힘이 가해질 경우, 서로 수직한 편광축(y축, x축)에 대하여 서로 다른 굴절률 변화가 야기되고, 이로 인해 광섬유격자(1)에 입사된 입사빔은 입력 편광 상태에 따라 각각 다른 위상정합 조건을 만족하는 파장대에서 반사가 일어나게 된다.Here, when pressure or force is applied to the optical fiber grid 1, different refractive index changes are caused with respect to the polarization axes (y-axis, x-axis) perpendicular to each other, and thus the incident beam incident on the optical fiber grid 1 is Depending on the input polarization state, reflection occurs in a wavelength band satisfying different phase matching conditions.
상기 입력 편광(x,y편광)상태에 따른 광섬유격자(1)의 반사 파장들 간의 차이를 라 정의하며, 이 는 압력에 따른 복굴절 양이 증가할수록 서로 비례하여 증가하게 된다.The difference between the reflected wavelengths of the optical fiber grid 1 according to the input polarization (x, y polarization) state Is defined as As the amount of birefringence increases with pressure, they increase in proportion to each other.
이때, 상기 입력빔의 편광상태가 무편광일 경우는 두개의 피크(peak)가 분리되어 반사되는 것을 확인할 수 있으며, 두 피크의 차이도 로 정의하게 된다.In this case, when the polarization state of the input beam is unpolarized, it can be seen that two peaks are separated and reflected. It is defined as.
가해진 압력이나 힘에 따른 광섬유격자(1)의 스펙트럼 상에서의 의 변화 또는 특정 파장에서의 빛의 세기 변화를 감지하여 광섬유 압력센서(40)로 이용 가능하다.On the spectrum of the optical fiber grating 1 according to the applied pressure or force It can be used as the optical fiber pressure sensor 40 by detecting a change in the intensity of the light at a specific wavelength or a change of.
도 5는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자(1)에 가해지는 압력이나 힘에 따라 (입력편광상태에 따른 격자의 반사파장들 간의 차이)의 크기가 선형적으로 증가하는 것을 나타내는 도면이다.5 is an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber according to the present invention, according to the pressure or force applied to the optical fiber grid (1) It is a diagram showing that the magnitude of the difference between the reflected wavelengths of the gratings according to the input polarization state increases linearly.
상술한 바와 같이, 광섬유 압력센싱 시스템에 적용되는 광섬유 압력센서(40)는 도 6a와 도 6b에 도시되어 있으며, 이는 광섬유(5)에 압력이나 힘을 가하기 위하여 필요한 기계적 구성을 포함하는 구현예로써, 그 측면도와 정면도를 각각 나타낸다.As described above, the optical fiber pressure sensor 40 applied to the optical fiber pressure sensing system is shown in FIGS. 6A and 6B, which is an embodiment including a mechanical configuration necessary to apply pressure or force to the optical fiber 5. , The side view and the front view are respectively shown.
상기 광섬유 압력센서(40)는 현가장치(100) 상에 장착될 수 있도록 형성된 판형상의 현가지지부(50)와, 광섬유 압력센서부(60)를 지지하는 광섬유 압력센서 지지부(70)와, 광섬유 압력센서부(60)로 이루어져 있다.The optical fiber pressure sensor 40 is a plate-shaped suspension support 50 formed to be mounted on the suspension device 100, the optical fiber pressure sensor support unit 70 for supporting the optical fiber pressure sensor unit 60, and the optical fiber It consists of a pressure sensor (60).
먼저, 상기 현가지지부(50)는 광섬유 압력센서부(60)의 상단과 하단에 각각 위치하고 있는데, 그 하단은 쇽업소버와 연결되며, 상단은 고정볼트(80)에 의해 자동차의 차체와 연결되어 있다.First, the suspension support 50 is located at the top and bottom of the optical fiber pressure sensor unit 60, respectively, the bottom is connected to the shock absorber, the top is connected to the vehicle body of the vehicle by a fixing bolt (80) have.
다음으로, 상기 광섬유 압력센서 지지부(70)는 광섬유 압력센서부(60)와 현가지지부(50) 사이에서 액츄에이터(71)를 충격으로부터 보호하는 기능과, 현가지지부(50) 상에서 광섬유 압력센서부(60)를 지지하는 기능을 하게 된다.Next, the optical fiber pressure sensor support unit 70 has a function of protecting the actuator 71 from impact between the optical fiber pressure sensor unit 60 and the suspension support unit 50, and the optical fiber pressure sensor on the suspension support unit 50. The function of supporting the unit 60 will be.
상기 광섬유 압력센서부(60)는 외부의 압력이나 힘을 분산 또는 감소시켜 광섬유(5)의 손상을 줄이거나 가해진 압력을 작은 압력으로 비례적으로 변환시키는 상판(61a)과 하판(61b)으로 이루어진 압력 완충부(61)와, 압력을 감지하는 센싱부(65)로 이루어져 있다. The optical fiber pressure sensor unit 60 is composed of an upper plate 61a and a lower plate 61b for distributing or reducing external pressure or force to reduce damage to the optical fiber 5 or to convert the applied pressure proportionally to a small pressure. It consists of a pressure buffer 61 and a sensing unit 65 for sensing the pressure.
상기 압력 완충부(61)는 상기 센싱부(65)를 지지하는 상판(61a)과 하판(61b) 사이의 양쪽 측면에 절첩 가능한 x자형 지지링크(62)가 힌지 결합되어 있는 바, 상기 상판(61a)과 하판(61b)의 양단 즉, 상기 x자형 지지링크(62)의 양단이 설치되는 부위에 압축스프링(63)이 설치되어 상기 상판(61a)이 수직방향으로 상하 운동하여 충격을 흡수할 수 있도록 되어 있으며, 압력이 해제되는 경우 다시 원상태로 복원 가능하도록 되어 있다.The pressure buffer portion 61 is a bar x-shaped support link 62 is foldable on both sides between the upper plate (61a) and the lower plate (61b) for supporting the sensing unit 65, the upper plate ( A compression spring 63 is installed at both ends of the 61a) and the lower plate 61b, that is, at both ends of the x-shaped support link 62, so that the upper plate 61a moves up and down in the vertical direction to absorb shocks. It is designed to be restored to its original state when the pressure is released.
한편, 상기 센싱부(65)는 도 7a와 도 7b에 도시된 바와 같이, 임의의 굴절률을 갖는 광섬유격자(1)가 형성된 광섬유(5)와, 상기 광섬유(5)와의 균형을 맞추면서 가해지는 압력과 힘을 분산시킬 수 있도록 광섬유(5)의 동일선상 위치에 형성된 부가 광섬유(7)로 이루어져 있다.Meanwhile, as illustrated in FIGS. 7A and 7B, the sensing unit 65 is a pressure applied while balancing the optical fiber 5 having the optical fiber grid 1 having an arbitrary refractive index with the optical fiber 5. It consists of an additional optical fiber 7 formed at the same line position of the optical fiber 5 so as to distribute the force.
이때, 상기 부가 광섬유(7) 뿐만 아니라, 임의 물체를 완충부재로 하여 구성할 수 있다.At this time, not only the additional optical fiber 7 but also an arbitrary object can be configured as a buffer member.
한편, 상기 광섬유(5)의 상하부에는 상기 광섬유(5) 및 부가 광섬유(7)를 충격으로부터 보호하기 위하여 완충부(66)가 대칭 형성되고, 그 완충부(66)의 상하부에는 충격흡수용 스프링(68a)을 그 사이에 구비한 이중 평판(68)이 상판(61a)과 하판(61b)에 고정되어 있는 평판(67)에 볼트(81)에 의해 대칭적으로 고정되어 있다. On the other hand, the upper and lower portions of the optical fiber 5, the shock absorbing portion 66 is formed symmetrically to protect the optical fiber 5 and the additional optical fiber 7 from impact, and the shock absorbing spring on the upper and lower portions of the buffer 66 The double flat plate 68 provided with a 68a therebetween is symmetrically fixed to the flat plate 67 fixed to the upper plate 61a and the lower plate 61b by the bolt 81.
이때, 상기 완충부(66)는 우레탄, 발포고무, 탄소고무 그리고, 상기 재료들의 합성물질 등과 같이 압력이나 힘을 충분히 완충해줄 수 있는 재료를 이용하는 것이 바람직하다.At this time, the buffer 66 is preferably a material that can sufficiently buffer the pressure or force, such as urethane, foam rubber, carbon rubber, and synthetic materials of the materials.
또한, 상기 평판(67) 사이에도 다수개의 스프링(69)이 장착되어 이중, 삼중으로 충격을 흡수할 수 있도록 되어 있다.In addition, a plurality of springs 69 are mounted between the flat plates 67 to absorb shocks in double and triple.
도 8은 상기와 같은 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템을 구성한 도면으로서, 상기 광섬유 압력센싱 시스템은 크게 광원장치(10), 수신장치(20), 광결합장치(30), 그리고 광섬유 압력센서(40)로 구성된다.8 is a view showing a configuration of the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber as described above, wherein the optical fiber pressure sensing system includes a light source device 10, a receiving device 20, an optical coupling device 30, and an optical fiber pressure sensor 40. It is composed of
상기 광원장치(10)는 광대역 광원 또는 협대역 광원 등으로 구성되며, 상기 수신장치(20)는 광원의 종류에 따라 광 스펙트럼 분석장치 또는 광세기 측정장치 등으로 구성된다.The light source device 10 includes a broadband light source or a narrow band light source, and the like. The receiving device 20 includes a light spectrum analyzer or a light intensity measuring device according to the type of light source.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 의 크기가 변화되는 값으로 압력을 측정하는 것이 바람직한 반면에 협대역 광원을 사용할 경우, 광원의 중심파장을 광세기 측정장치를 이용하여 측정하는 것이 바람직하다.At this time, as shown in Figure 4, While it is preferable to measure the pressure to a value at which the size of the is changed, when using a narrow band light source, it is preferable to measure the center wavelength of the light source using an optical intensity measuring device.
또한, 상기 광결합장치(30)는 커플러 및 서큘레이터 등을 사용하여 구성될 수 있으며, 전체적 시스템의 구성에 따라 생략 가능하다.In addition, the optical coupling device 30 may be configured using a coupler, a circulator, or the like, and may be omitted depending on the configuration of the overall system.
이와 같이 구성된 상기 광섬유 압력센싱 시스템을 도 9에 도시된 바와 같이, 자동차의 현가장치(100)에 적용하여 자동차의 하중 모니터링을 할 수 있음은 물론, 현가장치(100)의 보정장치로 이용 가능하다.As shown in FIG. 9, the optical fiber pressure sensing system configured as described above may be applied to the suspension device 100 of the vehicle to monitor the load of the vehicle and may be used as a correction device of the suspension device 100. .
이는 자동차의 전륜과 후륜의 현가장치(100)에 장착하여 그 정격용량보다 더 많은 무게가 가해지지 않도록 미리 방지하여 안전운전에 도움을 줄 수 있으며, 주행중인 차량이 커브길을 선회할 때, 원심력에 의해 기울어지는 차체쪽의 현가장치(100)를 신장시킴으로써, 차체를 정상적으로 복원시켜 코너링의 안정성을 부가시킬 뿐만 아니라, 승차감을 향상시킬 수 있게 된다.This can be installed in the front and rear wheel suspension of the vehicle 100 to prevent the weight is applied more than the rated capacity in advance to help the safe driving, when the running vehicle turning the curve, centrifugal force By extending the suspension device 100 on the inclined vehicle body, the vehicle body can be normally restored to not only add stability to cornering, but also improve the riding comfort.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에 의하면, 기존의 압력센서로 이루어진 시스템의 장점과 더불어, 전자기적 간섭이 감소하며, 부식과 고온에 강한 효과가 있다.As described above, according to the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention, in addition to the advantages of the system consisting of the existing pressure sensor, electromagnetic interference is reduced, there is a strong effect on corrosion and high temperature.
다른 한편, 자동차의 하중 모니터링이 가능하며, 현가장치의 보정장치로 이용할 수 있는 장점이 있다. On the other hand, the load monitoring of the vehicle is possible, there is an advantage that can be used as a correction device of the suspension.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자 내에 복굴절이 발생되는 원리를 나타내는 도면,1 is a view showing a principle that birefringence is generated in the optical fiber grid in the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention;
도 2a는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자가 단주기의 반사형 격자인 경우를 나타내는 도면, 2A is a view showing a case in which the optical fiber grating is a short-period reflective grating in the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention;
도 2b는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자가 장주기 의 투과형 격자인 경우를 나타내는 도면,2b is a view showing a case in which the optical fiber grating is a long-permeable transmission grating in the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention;
도 3a는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자에 압력이나 힘이 가해지지 않을 경우(a)와 가해질 경우(b), 광섬유격자 내의 수직된 두 편광축의 굴절률을 나타내는 도면,Figure 3a is a view showing the refractive index of the two vertical polarization axis in the optical fiber lattice in the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention, when no pressure or force is applied to the optical fiber grid (a) and (b),
도 3b는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자에 압력이 가해질 경우, 도 1의 z축을 따라 광섬유격자의 길이에 대하여 편광축에 따른 광섬유격자 내의 굴절률 분포변화를 나타내는 도면,3B is a view illustrating a refractive index distribution change in an optical fiber lattice along a polarization axis with respect to the length of the optical fiber lattice along the z-axis of FIG. 1 when pressure is applied to the optical fiber lattice in the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention;
도 4a는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자에 압력이나 힘이 가해지지 않을 경우, 강섬유격자의 반사스펙트럼을 나타내는 도면,Figure 4a is a view showing the reflection spectrum of the steel fiber lattice when the pressure or force is not applied to the optical fiber grid in the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention,
도 4b는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자에 압력이나 힘이 가해질 경우, 광섬유격자의 반사스펙트럼을 나타내는 도면,Figure 4b is a view showing a reflection spectrum of the optical fiber grating, when pressure or force is applied to the optical fiber grating in the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템에서, 광섬유격자에 가해지는 압력이나 힘에 따라 (입력편광상태에 따른 격자의 반사파장들 간의 차이)의 크기가 선형적으로 증가하는 것을 나타내는 도면,5 is in the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention, according to the pressure or force applied to the optical fiber grid A diagram showing that the magnitude of (the difference between the reflected wavelengths of the gratings according to the input polarization state) increases linearly,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 광섬유 압력센서를 나타내는 측면도 및 정면도,6a and 6b is a side view and a front view showing an optical fiber pressure sensor according to the present invention,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템의 센싱부를 나타내는 측면도 및 정면도,7A and 7B are side and front views illustrating a sensing unit of an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템의 구성을 나타내는 구성도,8 is a configuration diagram showing the configuration of an optical fiber pressure sensing system using an optical fiber according to the present invention;
도 9는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광섬유 압력센싱 시스템을 이용하여 자동차의 현가장치에 적용한 것을 보여주는 도면이다.9 is a view showing the application to the suspension of the vehicle using the optical fiber pressure sensing system using the optical fiber according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 광섬유격자 5 : 광섬유1: optical fiber grating 5: optical fiber
7 : 부가 광섬유 10 : 광원장치7: additional optical fiber 10: light source device
20 : 수신장치 30 : 광결합장치20: receiver 30: optical coupling device
40 : 광섬유 압력센서 50 : 현가지지부40: optical fiber pressure sensor 50: suspension support
60 : 광섬유 압력센서부 61 : 압력 완충부60: optical fiber pressure sensor 61: pressure buffer
61a : 상판 61b : 하판61a: top plate 61b: bottom plate
62 : x자형 지지링크 63 : 압축스프링62: x-shaped support link 63: compression spring
65 : 센싱부 66 : 완충부65: sensing unit 66: buffer unit
67 : 평판 68 : 이중 평판67: Reputation 68: Double Reputation
68a : 충격흡수용 스프링 69 : 스프링68a: shock absorbing spring 69: spring
80 : 고정볼트 81 : 볼트80: fixing bolt 81: bolt
100 : 현가장치100: suspension
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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