KR20070060574A - Optical fiber acceleration sensor - Google Patents

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KR20070060574A
KR20070060574A KR1020050120274A KR20050120274A KR20070060574A KR 20070060574 A KR20070060574 A KR 20070060574A KR 1020050120274 A KR1020050120274 A KR 1020050120274A KR 20050120274 A KR20050120274 A KR 20050120274A KR 20070060574 A KR20070060574 A KR 20070060574A
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방형준
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Abstract

An optical fiber acceleration sensor is provided to produce slim sensor packaging capable of increasing the characteristic of the optical fiber sensor, by attaching the sensor to a structure in parallel to a longitudinal direction of an optical fiber. An optical fiber acceleration sensor(100) is composed of a first optical fiber(10) having a predetermined diameter, wherein the section of one end of the first optical fiber has a concavely processed reflective surface(11); a second optical fiber(21) of the predetermined length having a reference cut surface(22) positioned oppositely to the reflective surface of the first optical fiber while maintaining a predetermined gap from the reflective surface, and a diameter relatively smaller than a diameter of the first optical fiber; a third optical fiber(20) having the same diameter as the first optical fiber, wherein the center of the second optical fiber matches to the center of the third optical fiber at one end in a vertical direction; a fixing member(30) having the same inner diameter as a diameter of the first optical fiber and matching the center lines of the second and third optical fibers on an extension line of the center line of the first optical fiber; and a housing(40) protecting the fixing member and the first, second, and third optical fibers from impact.

Description

광섬유 가속도 센서 {OPTICAL FIBER ACCELERATION SENSOR}Fiber Optic Acceleration Sensors {OPTICAL FIBER ACCELERATION SENSOR}

도 1은 종래의 전기식 가속도 센서의 모식도1 is a schematic diagram of a conventional electric acceleration sensor

도 2는 종래의 전기식 가속도 센서의 문제점을 살펴보기 위한 신호 파형 예시도Figure 2 is an exemplary signal waveform for examining the problem of the conventional electric acceleration sensor

도 3은 종래의 광섬유 가속도 센서의 원리를 설명하기 위한 예시도Figure 3 is an exemplary view for explaining the principle of a conventional optical fiber acceleration sensor

도 4는 종래의 광섬유 가속도 센서의 문제점을 살펴보기 위한 예시도Figure 4 is an exemplary view for examining the problem of the conventional optical fiber acceleration sensor

도 5는 본 발명에 따른 광섬유 가속도 센서의 구성 예시도5 is an exemplary configuration diagram of an optical fiber acceleration sensor according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 광섬유 가속도 센서의 적용효과를 설명하기 위한 예시도6 is an exemplary view for explaining the application effect of the optical fiber acceleration sensor according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 광섬유 가속도 센서를 이용한 적용 시스템의 구성 예시도7 is an exemplary configuration diagram of an application system using an optical fiber acceleration sensor according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 >     <Explanation of Signs of Major Parts of Drawings>

11 : 반사면 10, 20, 21 : 광섬유 22 : 기준면11: reflection surface 10, 20, 21: optical fiber 22: reference surface

30 : 모세관 40 : 하우징30 capillary 40 housing

본 발명은 광섬유 가속도 센서에 관한 것으로서, 상세하게는 센서장착면에 수직으로 발생하는 가속도를 측정할 수 있도록 하기위해 기존센서에서 x축 방향으로만 진동하던 기준면을 yz 평면에서 진동이 가능하도록 한 외팔보 형상이 되도록 변경한 것이다.The present invention relates to an optical fiber acceleration sensor, and in particular, a cantilever that allows vibration in the yz plane of a reference plane that vibrates only in the x-axis direction in the existing sensor in order to measure acceleration generated perpendicular to the sensor mounting surface. The shape is changed to be.

일반적으로, 자동차 에어백 전개의 기준신호로 사용되는 센서는 압전소자를 사용한 가속도 센서나 스프링 스위치방식의 센서로써 첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 질량(m)과 댐핑상수(C), 스프링상수(k)를 갖는 형태로 모델링 되며, 이러한 기존의 에어백 전개에 사용된 전기센서는 구조는 단순하지만 차량 충돌시 마찰에 의한 정전기 등에 의해 영향을 받기 쉬우므로 전기 노이즈에 취약한 구조를 갖고 있다.In general, a sensor used as a reference signal for vehicle airbag deployment is an acceleration sensor using a piezoelectric element or a sensor of a spring switch, as shown in FIG. 1 attached to the mass (m), damping constant (C), and spring constant. It is modeled in the form of (k), and the electric sensor used in the existing airbag deployment has a structure that is simple but vulnerable to electric noise because it is easily affected by static electricity due to friction in a vehicle crash.

즉, 에어백 전개용 가속도 센서는 차량에 가해지는 충격량을 전기신호로 환산하여 ACU로 전달하며 ACU에서는 위 충격량이 일정한 수준의 트리거 레벨(trigger level)을 초과했을 때 에어백이 전개되도록 인플레이터(inflater)를 점화시키도록 동작하는데, 전기센서의 하나인 압전형 가속도계는 차량 충돌시 센서의 peak값에 전자기에 의한 노이즈가 포함될 경우 첨부한 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 적정시점에 에어백이 전개되지 않고 ΔT 만큼 전개시점이 앞당겨져 전개시점의 오류현상이 발생할 수 있다.In other words, the acceleration sensor for deploying the airbag converts the amount of impact applied to the vehicle into an ACU and transmits the inflater to deploy the airbag when the amount of impact exceeds a certain level of trigger level. The piezoelectric accelerometer, which is one of the electric sensors, includes an electromagnetic noise in the peak value of the sensor during a vehicle collision. As shown in FIG. 2, the airbag is not deployed at an appropriate time. Deployment time can be advanced and error of deployment time can occur.

또한 충돌에 의한 실제 충격량이 트리거 레벨(Trigger level)이하인 경우에도 노이즈 성분이 유입된 센서출력신호는 에어백의 오작동을 야기시킬 수 있다.In addition, even when the actual impact amount due to the collision is less than the trigger level (Trigger level), the sensor output signal inflowing noise components may cause the airbag malfunction.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위해 근래 제안되어진 기술이 첨부한 도 3 에 도시되어 있는 바와 같은 정전기 노이즈를 비롯한 전자기 노이즈의 영향을 받지 않는 광섬유 가속도센서이다.Therefore, in order to solve this problem, a recently proposed technique is an optical fiber acceleration sensor which is not affected by electromagnetic noise, including electrostatic noise, as shown in FIG.

상술한 광섬유 가속도센서는 화살표 방향으로 입사하는 단파장 레이저 광원이 반사면과 기준면에서 만나 보강 및 상쇄 간섭함으로써 충격에 의한 가속도 값을 빛의 출력 진폭으로 변환하는 원리를 이용한다.The above-described optical fiber acceleration sensor uses the principle of converting the acceleration value due to the impact into the output amplitude of light by the short wavelength laser light incident in the direction of the arrow, which meets at the reflection plane and the reference plane and constructs and cancels the interference.

보강간섭 및 상쇄간섭에 의한 가속도계 출력신호의 정규화된 신호진폭은 아래의 수학식 1에 나타나 있는 바와 같이 정현파의 형태로 나타나며, 가속도의 값은 빛의 파장 및 레이저의 이동경로에 영향을 주는 센서간극(s)의 함수로써 표현되는 신호의 위상값(수학식 2)을 이용하여 환산이 가능하다.The normalized signal amplitude of the accelerometer output signal due to constructive and destructive interference is shown in the form of sine wave as shown in Equation 1 below, and the acceleration value is the sensor gap that affects the wavelength of light and the path of laser movement. Conversion is possible using the phase value (Equation 2) of the signal expressed as a function of (s).

Figure 112005071915451-PAT00001
Figure 112005071915451-PAT00001

Figure 112005071915451-PAT00002
Figure 112005071915451-PAT00002

이때, 레이저의 파장이 변하지 않는다고 가정하는 경우 수학식 3에 나타나 있는 바와 같은 위상값의 미세증분은 레이저의 이동경로의 증분에만 영향을 받는다.At this time, when it is assumed that the wavelength of the laser does not change, the fine increment of the phase value as shown in Equation 3 is only affected by the increment of the laser path.

따라서 가속도 변화에 의해 센서의 간극 s가 변화하는 경우 상술한 수학식 3에 의해 센서출력 신호의 위상값이 변화하게 되고 최종적으로 수학식 1에 따른 출 력신호의 신호진폭이 변화하게 되므로 가속도 신호의 센싱이 가능하다.Therefore, when the gap s of the sensor changes due to the acceleration change, the phase value of the sensor output signal is changed by Equation 3, and the signal amplitude of the output signal according to Equation 1 is changed. Sensing is possible.

그러나 상술한 바와 같은 광가속도계에 대한 종래의 기술은 첨부한 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 아래 그림과 같이 화살표 방향으로 표시된 센서의 길이방향의 간극길이를 변화시키는 가속도 성분에만 반응한다.However, the conventional technology for the optical accelerometer as described above responds only to the acceleration component that changes the gap length in the longitudinal direction of the sensor indicated in the arrow direction as shown in the following figure.

즉, 경우 A로 표시되는 경우에 한하여 센서로서의 기능을 갖게 되는데, 자동차 에어백 전개를 위한 감지 센서로 사용하고자 하는 경우에는 충돌시 차체구조와 같이 구조물이 센서부착면과 수직으로 진동하기 때문에 경우 B와 같이 센서를 구조의 면에 부착하여서는 센서로서의 기능을 수행하지 못한다는 것이다.That is, in case of displaying as A, it has a function as a sensor. In case of using it as a sensing sensor for deploying a car airbag, when the collision occurs, the structure vibrates perpendicularly to the mounting surface of the sensor, such as the body structure. Likewise, attaching the sensor to the surface of the structure does not perform the function as a sensor.

따라서 경우 A로 표시되는 바와 같이 충돌에 의한 구조물의 진동방향과 일치하도록 구조물과 수직으로 형성하여야 함에 따라 센서의 고정을 위한 큰 부피의 패키징을 해주어야 하는데, 이는 극소형 센서로서의 광섬유 센서의 장점을 침해하는 요인이다.Therefore, as indicated by the case A must be formed perpendicular to the structure to coincide with the vibration direction of the structure due to the collision, it must be packaged in a large volume for fixing the sensor, which violates the advantages of the optical fiber sensor as a very small sensor It is a factor.

또한, 종래기술의 두 번째 단점은 2차반사면이 평면으로 가공되어있어 기준면으로 재 진입되어 간섭된 출력신호를 만드는 빛의 세기에 손실이 많아 출력신호의 신호 대 노이즈 비율(SN ratio)이 낮다는 문제점이 있다.In addition, the second disadvantage of the prior art is that the secondary reflecting surface is processed into a plane, so that the loss of light intensity, which reenters the reference plane and creates an interfering output signal, results in a low signal-to-noise ratio (SN ratio) of the output signal. There is a problem.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 센서장착면에 수직으로 발생하는 가속도를 측정할 수 있도록 하기위해 기존센서에서 x축 방향으로만 진동하던 기준면을 yz 평면에서 진동이 가능하도록 한 외팔보 형상이 되도록 변경하는 광섬유 가속도 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to correct the above problems, in order to be able to measure the acceleration generated perpendicular to the mounting surface of the sensor to be a cantilever shape so that the reference surface that was vibrating only in the x-axis direction in the existing sensor to enable vibration in the yz plane It is an object to provide an optical fiber acceleration sensor to be changed.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일단의 단면이 오목한 타입으로 가공된 반사면을 갖는 일정 직경의 제 1광섬유와; 상기 제 1광섬유의 반사면에 대향되게 일정 이격거리를 유지한 상태로 기준 절단면이 위치하며 상기 제 1광섬유의 직경에 비해 상대적으로 작은 직경을 갖는 일정 길이의 제 2광섬유와; 상기 제 1광섬유와 동일한 직경을 가지며 일단에 상기 제 2광섬유가 종방향으로 중심 매칭되어 있는 제 3광섬유와; 내경이 상기 제 1광섬유의 직경과 동일하며 상기 제 1광섬유의 중심선의 연장선상에 상기 제 2, 제 3광섬유의 중심선을 매칭시키기 위한 고정부재; 및 상기 고정부재를 포함한 제 1광섬유와 제 3광섬유를 충격으로 보호하기 위한 하우징을 포함하는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention includes a first optical fiber having a predetermined diameter having a reflective surface processed in a concave type of one end; A second optical fiber having a predetermined length having a reference cut surface positioned at a predetermined distance from the reflective surface of the first optical fiber and having a diameter relatively smaller than that of the first optical fiber; A third optical fiber having the same diameter as the first optical fiber and having the second optical fiber centrally matched in a longitudinal direction at one end thereof; An inner diameter equal to the diameter of the first optical fiber and a fixing member for matching the center lines of the second and third optical fibers with an extension line of the center line of the first optical fiber; And a housing for protecting the first optical fiber and the third optical fiber including the fixing member from impact.

도 5는 본 발명에 따른 광섬유 가속도 센서의 구성 예시도로서, 일단의 단면이 오목한 타입으로 가공된 반사면(11)을 갖는 일정 직경의 제 1광섬유(10)와, 상기 제 1광섬유(10)의 반사면에 대향되게 일정 이격거리를 유지한 상태로 기준 절단면(22)이 위치하며 상기 제 1광섬유(10)의 직경에 비해 상대적으로 작은 직경을 갖는 일정 길이의 제 2광섬유(21)와, 상기 제 1광섬유(10)와 동일한 직경을 가지며 일단에 상기 제 2광섬유(21)가 종방향으로 중심 매칭되어 있는 제 3광섬유(20)와, 내경이 상기 제 1광섬유의 직경과 동일하며 상기 제 1광섬유(10)의 중심선의 연장선상에 상기 제 2, 제 3광섬유(20, 21)의 중심선을 매칭시키기 위한 모세관(30) 및 상기 모세관(30)를 포함한 제 1광섬유(10)와 제 3광섬유(20)를 충격으로 보호하기 위한 하우징(40)으로 구성된다.5 is an exemplary configuration diagram of an optical fiber acceleration sensor according to the present invention, in which a first optical fiber 10 having a constant diameter and a first optical fiber 10 having a reflective surface 11 processed into a concave type in one end section, and the first optical fiber 10. The second optical fiber 21 having a predetermined length having a relatively small diameter compared to the diameter of the first optical fiber 10 is positioned with the reference cutting surface 22 is maintained at a predetermined distance to face the reflective surface of the, A third optical fiber 20 having the same diameter as the first optical fiber 10 and having the second optical fiber 21 centrally matched in a longitudinal direction at one end thereof, and an inner diameter equal to the diameter of the first optical fiber; The first optical fiber 10 and the third including the capillary tube 30 and the capillary tube 30 to match the center line of the second and third optical fibers 20 and 21 on the extension line of the center line of the first optical fiber 10. It consists of a housing 40 for protecting the optical fiber 20 with an impact.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 광섬유 가속도 센서의 제조과정을 간략히 살펴보면, 내경 0.25mm의 모세관(Capillary Tube; 30)의 양끝을 수직절단하여 준비한다.Looking briefly at the manufacturing process of the optical fiber acceleration sensor according to the present invention configured as described above, it is prepared by vertically cutting both ends of the capillary tube (Capillary Tube) 30 of the inner diameter of 0.25mm.

직경 0.25mm의 코어(core) 및 클래딩(cladding)을 가진 다중모드 제 1 광섬유케이블(10)를 스킨(skin) 제거 및 수직 절단 후 구형 연삭기를 이용하여 오목거울형태로 반사면(11) 가공한다.After the skin is removed and vertically cut, the multimode first optical fiber cable 10 having a core and a cladding of 0.25 mm in diameter is processed into a concave mirror shape using a spherical grinding machine. .

이때 제 2광섬유와 제 3광섬유는 실제적으로 하나의 광섬유인데, 이를 형성하는 과정은, 직경 0.25mm의 코어(core) 및 클래딩(cladding)을 가진 다중모드 제 3광섬유(20)의 양단을 수직 절단한 후 일측단의 일정 영역을 스트리퍼(Stripper)를 이용하여 최외각의 스킨을 제거하여 0.12mm의 코어, 클래딩 직경을 가진 단일 모드 제 2광섬유(21)를 형성하는 것이다.In this case, the second optical fiber and the third optical fiber are actually one optical fiber. The process of forming the vertical fiber is vertically cut at both ends of the multimode third optical fiber 20 having a core and a cladding of 0.25 mm in diameter. Then, the outermost skin is removed by using a stripper at one end of the strip to form a single mode second optical fiber 21 having a core and a cladding diameter of 0.12 mm.

그에 따라 상기 단일 모드 제 2광섬유(21)의 절단면은 기준면(22)이 된다.Accordingly, the cut plane of the single mode second optical fiber 21 becomes the reference plane 22.

이후 3축 정밀 이동장치를 이용하여 모세관(30)에 반사면(11)과 기준면(22)을 갖는 광섬유를 서로의 면이 대향되게 삽입한 후 간극(S)을 조정하고, 아크 용해 접합기(Arc fusion splicing)를 이용하여 모세관(30)과 광섬유를 접합하고, 금속하우징(40)내에 센서 헤드를 삽입한 후 패키지처리하게 된다.Then, by inserting the optical fiber having the reflective surface 11 and the reference surface 22 in the capillary tube (30) facing each other facing each other using a three-axis precision moving device, and adjust the gap (S), arc melting adapter (Arc The fusion splicing is used to bond the capillary 30 to the optical fiber, insert the sensor head into the metal housing 40, and package the same.

따라서 참조번호 'L'로 표시되는 길이만큼의 제 2광섬유(21)는 충격이나 기타 외부환경의 변화에 대해 yz평면에서 진동이 가능하도록 한 외팔보 형상이 되어짐에 따라 첨부한 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 두께 2mm이하로 소형인 센서를 제작하여 구조물의 면에 평행하게 센서를 장착해도 충격에 의해 면에 수직으로 발 생한 가속도 신호를 민감하게 취득할 수 있는 센서형태가 가능하게 된다.Accordingly, the second optical fiber 21 having the length indicated by the reference numeral 'L' is shown in FIG. 6 as it becomes a cantilever shape that enables vibration in the yz plane against impact or other changes in the external environment. As described above, even if a small sensor having a thickness of 2 mm or less is manufactured and the sensor is mounted parallel to the surface of the structure, a sensor type capable of sensitively acquiring an acceleration signal generated vertically on the surface by an impact is possible.

이와 같은 광학식 센서를 이용한 적용 시스템을 첨부한 도 7을 참조하여 간략히 살펴보면, 레이저광원(110)은 센서의 민감도가 최대가 되도록 하기위해 기준신호의 위상이 π/4 가 되도록 광원의 파장을 feedback하여 조정한다.Referring briefly to FIG. 7 with an application system using such an optical sensor, the laser light source 110 feeds back the wavelength of the light source such that the phase of the reference signal is π / 4 in order to maximize the sensitivity of the sensor. Adjust

격리기(isolator)(120)는 광학 가속도센서(100)로부터의 신호가 레이저공급원(110)으로 재 유입되는 출력신호의 재 간섭 현상을 방지한다.The isolator 120 prevents re-interference of an output signal from which the signal from the optical acceleration sensor 100 is re-introduced into the laser source 110.

양방향 커플러(130)를 통해 광학 가속도센서(100)로 유입된 초기출력광원은 π/4의 위상을 가진 준정적 신호이다.The initial output light source introduced into the optical acceleration sensor 100 through the bidirectional coupler 130 is a quasi-static signal having a phase of π / 4.

상기 센서(100)에서 충돌신호에 의해 가속도 신호가 진동신호의 형식으로 센서의 기준면(22)이 진동시키게 되면 반사면에서의 광 간섭에 의해서 위상변화를 초래하게 된다.When the reference signal 22 of the sensor vibrates in the form of a vibration signal by the collision signal in the sensor 100, the phase change is caused by light interference on the reflective surface.

진동에 의해 변화된 위상변화 값은 반사면의 반사율 및 간극(S)의 거리에 따라 결정되는 위상신호의 첨예도(finesse)의 영향을 받는 출력광의 진폭변화 I 로 복조화 되게 된다.The phase change value changed by the vibration is demodulated by the amplitude change I of the output light affected by the sharpness of the phase signal determined by the reflectance of the reflecting surface and the distance of the gap S.

출력광의 광 진폭변화 I 를 포함한 광 출력신호는 양방향 커플러(130)의 경로를 따라 광검출기(140)에서 전압출력신호로 변환되어 신호저장장치(DAQ; 150)에 저장된다.The optical output signal including the optical amplitude change I of the output light is converted into a voltage output signal by the photodetector 140 along the path of the bidirectional coupler 130 and stored in the signal storage device DAQ 150.

이상과 같이 본 발명의 외팔보 형태의 광센서 구조는 센서의 길이방향에 수직한 진동성분에 대해 민감하게 반응할 수 있는 형태를 가짐으로써 광섬유의 길이 방향에 평행하게 센서를 구조에 부착할 수 있어 광섬유 센서의 특징을 살릴 수 있는 슬림한 형태의 센서 페키징 제작이 가능하며, 장착공간 및 부착위치에 대해 높은 여유도를 갖는다.As described above, the cantilever-type optical sensor structure of the present invention has a form capable of reacting sensitively to vibration components perpendicular to the longitudinal direction of the sensor, so that the sensor can be attached to the structure parallel to the longitudinal direction of the optical fiber. It is possible to manufacture a slim sensor packaging that can utilize the characteristics of the sensor, and has a high margin for the mounting space and the mounting position.

Claims (6)

일단의 단면이 오목한 타입으로 가공된 반사면을 갖는 일정 직경의 제 1광섬유와;A first optical fiber having a predetermined diameter having a reflective surface processed in a concave type at one end thereof; 상기 제 1광섬유의 반사면에 대향되게 일정 이격거리를 유지한 상태로 기준 절단면이 위치하며 상기 제 1광섬유의 직경에 비해 상대적으로 작은 직경을 갖는 일정 길이의 제 2광섬유와;A second optical fiber having a predetermined length having a reference cut surface positioned at a predetermined distance from the reflective surface of the first optical fiber and having a diameter relatively smaller than that of the first optical fiber; 상기 제 1광섬유와 동일한 직경을 가지며 일단에 상기 제 2광섬유가 종방향으로 중심 매칭되어 있는 제 3광섬유와;A third optical fiber having the same diameter as the first optical fiber and having the second optical fiber centrally matched in a longitudinal direction at one end thereof; 내경이 상기 제 1광섬유의 직경과 동일하며 상기 제 1광섬유의 중심선의 연장선상에 상기 제 2, 제 3광섬유의 중심선을 매칭시키기 위한 고정부재; 및An inner diameter equal to the diameter of the first optical fiber and a fixing member for matching the center lines of the second and third optical fibers with an extension line of the center line of the first optical fiber; And 상기 고정부재를 포함한 제 1광섬유와 제 3광섬유를 충격으로 보호하기 위한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 가속도 센서.And a housing for protecting the first optical fiber and the third optical fiber including the fixing member from impact. 제 1 항에 있어서, 상기 고정부재는 내경이 0.25mm인 것을 특징으로 하는 광섬유 가속도 센서.The optical fiber acceleration sensor of claim 1, wherein the fixing member has an inner diameter of 0.25 mm. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1광섬유는 직경 0.25mm의 코어 및 클래딩을 가진 다중모드 제 1광섬유를 스킨 제거 및 수직 절단 후 구형 연삭기를 이용하여 오목거울형태로 반사면이 가공되어진 것을 특징으로 하는 광섬유 가속도 센서.The method of claim 1, wherein the first optical fiber is a reflection surface is processed in a concave mirror shape using a spherical grinding machine after skin removal and vertical cutting of the multi-mode first optical fiber having a core and cladding of 0.25mm diameter Fiber optic acceleration sensor. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2광섬유와 제 3광섬유는 일체인 것을 특징으로 하는 광섬유 가속도 센서.The optical fiber acceleration sensor according to claim 1, wherein the second optical fiber and the third optical fiber are integral. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2광섬유는 직경이 0.12mm인 것을 특징으로 하는 광섬유 가속도 센서.The optical fiber acceleration sensor of claim 1, wherein the second optical fiber has a diameter of 0.12 mm. 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2광섬유와 제 3광섬유는 직경 0.25mm의 코어 및 클래딩을 가진 다중모드 제 3광섬유의 양단을 수직 절단한 후 일측단의 일정 영역을 스트리퍼를 이용하여 최외각의 스킨을 제거하여 0.12mm의 코어 클래딩 직경을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 가속도 센서.The optical fiber according to any one of claims 1, 4, and 5, wherein the second optical fiber and the third optical fiber have one side end after vertically cutting both ends of the multimode third optical fiber having a core and a cladding having a diameter of 0.25 mm. The optical fiber acceleration sensor, characterized in that formed to have a core cladding diameter of 0.12mm by removing the outermost skin using a stripper in a predetermined area of the.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192336U1 (en) * 2018-10-04 2019-09-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") ACCELERATING FIBER OPTICAL SENSOR
CN114778890A (en) * 2022-03-30 2022-07-22 北京卫星环境工程研究所 Micro-cantilever optical fiber acceleration sensor mechanism

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192336U1 (en) * 2018-10-04 2019-09-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") ACCELERATING FIBER OPTICAL SENSOR
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