KR20090009068A - 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법 및 센서케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파단 되기 쉬운 광섬유격자(FBG;Fiber Bragg Grating)센서의 내구성 증대 및 감도 감쇄에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계측을 하기 위한 한 가닥의 광섬유격자센서 외에 광섬유를 한 개 이상 추가로 구성한다. 추가로 구성된 광섬유를 광섬유격자센서와 일체거동하게 하여 광섬유격자센서에 전달되는 응력을 광섬유에 분산 작용하게 하여 광섬유격자센서에 걸리는 응력을 감쇄시켜, 내구성을 증대시키는 방법과 튜브에 센서를 여유롭게 삽입하여 외부 인장력이 센서에 전달되지 않도록 하는 광섬유격자센서 케이블을 제공한다.

광섬유격자센서, FBG, 광섬유격자센서 케이블

Description

광섬유격자센서 감도 감쇄 방법 및 센서케이블{Method of diminution FBG sensitivity and sensor cable}

본 발명은 광섬유격자센서의 내구성 증대를 위한 감도 감쇄 방법 및 외부인장력이 센서에 감쇄 전달되도록 하는 센서 케이블에 관한 발명이다.

광섬유 내에서 빛의 전파 원리는 굴절율이 높은 물질에서 낮은 물질로 빛이 진행될 때, 그 경계면에서 일정한 각도 내의 빛이 모두 반사되는 전반사의 원리에 있으며, 광섬유 코어로 입사된 빛은 굴절율이 높은 코어층과 굴절율이 낮은 클래딩층의 경계면에서 반사되어 광섬유 코어부분을 따라 전파되게 된다. 이러한 광섬유의 주성분은 실리카 유리로 이루어져 있으며, 그 구조는 굴절율이 약간 높도록 게르마늄을 첨가한 광섬유 중심인 코어 부분과 중심을 보호하는 덧겹층인 클래딩 부분으로 구성되어 있다.

광섬유격자(FBG;Fiber Bragg Grating)센서는, 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 일정한 길이에 따라 새긴 후, 온도나 인장 등의 외부의 조건변화에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서이다. 일반적으로 광섬유 코어에는 클래딩 보다 굴절률을 높이기 위하여 보통 저마늄(Ge) 등의 물질이 첨가되는데, 이 물질이 실리카 유리에 안착하는 과정에서 구조 결함(defect)이 생길 수 있다. 이 경우 광섬유 코어에 강한 자외선을 조사하면, 게르마늄의 결합구조가 변형되면서 광섬유의 굴절률이 변화된다. 광섬유 격자는 이러한 현상을 이용하여 광섬유 코어의 굴절률을 주기적으로 변화시킨 것을 말한다. 이 격자는 브래그 조건을 만족하는 파장만을 반사하고, 그 외의 파장은 그대로 투과시키는 특징을 갖는다. 격자의 주변 온도가 바뀌거나 격자에 인장이 가해지면, 광섬유의 굴절률이나 길이가 변화되므로 반사되는 빛의 파장이 변화된다. 따라서 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장을 측정함으로써 온도나 인장, 또는 압력, 구부림 등을 감지할 수 있다.

일반적으로 광섬유격자가 만들어지는 광섬유는 그 지름이 125um로 1550nm 대의 반사파장을 갖는 광섬유격자센서의 경우 100g의 인장력에 약 1.3nm의 파장 변화위를 일으킨다. 광섬유격자 변형률센서, 광섬유격자 각도센서, 광섬유격 가속도센서 등 광섬유격자를 이용한 센서의 대부분은 1.3nm의 파장변위를 위해선 광섬유격 자센서에 100g 정도의 장력을 인가해야한다.

상기에서 언급한 바와 같이 125um의 지름을 갖는 한 가닥의 광섬유는 100g의 장력 작용에 1.3nm 정도의 파장 변위가 발생한다. 보통 상용화되고 있는 광섬유격자센서의 사용 한계 변위는 6~10nm이다. 이는 광섬유에 460 ~ 760g의 인장력이 작용하면 센서가 파단 된다는 것을 의미한다. 따라서 광섬유의 파단 범위를 초과하는 인장력 발생환경에서는 사용할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 좀더 넓은 범위의 장력에서도 광섬유격자센서가 사용될 수 있도록 하는 방법과 외부 인장력이 센서에 감쇄되어 전달 되도록 하는 방법 및 센서케이블을 제공코자 한다.

내구성 증대를 위한 첫 번째 방법으로는, 광섬유격자센서를 구비한 한 가닥의 광섬유(2)와 이의 동일 축 상에 하나 이상의 광섬유를 추가로 구비하여 광섬유격자센서를 구비한 광섬유에 일체로 고정되도록 접착한다. 이때 외부의 응력이 작용하면 광섬유격자센서와 이와 동일 축 상에 구비된 하나 이상의 광섬유에 장력이 균등하게 분산되도록 하여 내구성을 증대시키는 방법이다.

두 번째 방법으로는 광섬유격자센서 케이블에 있어서, 광섬유격자센서를 구비한 광섬유를 중심에 두고 그 주위에 하나 이상의 광섬유를 추가로 구비하여 대칭으로 배치하고, 외부에 자켓팅을 하여 중심에 위치한 광섬유를 제외한 외곽의 광섬유는 서로 일체 거동하게 하여 내구성을 증대 시킬 수 있다.

외부 응력이 광섬유에 감쇄 전달되게 하기 위한 방법으로 튜브 내부의 공간에 광섬유격자센서를 직선이 아닌 지그재그(∼)의 형태로 삽입하여 외부응력에 의해 튜브에 인장이 가해져도, 광섬유격자센서에는 그 인장력이 작용하지 않도록 하는 방법이다.

한 가닥으로 이루어져 외부의 응력에 파단 되기 쉬웠던 광섬유격자센서에 동일한 재질의 광섬유를 하나 이상 설치하여 외부 응력을 분산 내구성을 증대시고, 사용성을 증대시키며 계측하고자 하는 사용환경에 맞게 광섬유를 추가하여 감도를 일정하게 조정할 수 있다.

도 1에 의한 본 발명의 일실시 예는 광섬유격자센서(1)를 구비한 광섬유(2)를 감도 감쇄용 광섬유(3)와 일직선상에 배치 고정체(4)에 접착제 등으로 고정한다. 이때 감도 감쇄용 광섬유는 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)를 중심으로 대칭이 되도록 설치하는 것이 바람직하며 광섬유격자센서 보호를 위해 설치환경에 맞는 보호 커버를 설치하는 것이 바람직하다.

도 3에 의한 본 발명의 다른 실시 예는 광섬유격자센서(1)를 구비한 광섬유(2)를 중앙에 놓고 그 주위에 감도 감쇄용 광섬유(3)를 배치하여 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)와 감도 감쇄용 광섬유(3)가 일체 거동하도록 일정간격마다 접 착제를 사용 고정하여 광섬유격자센서 케이블을 구성하여 외부의 응력이 분산작용하도록 하거나, 또는 중앙의 광섬유격자센서를 구비한 광섬유와 그 주위를 둘러싼 외부의 응력 감쇄용 광섬유가 서로 구속력이 없도록 하여 외부의 응력이 중앙의 광섬유에는 영향이 적게 미치도록 한다. 이때 중앙의 광섬유에 젤리나 오일 등을 도포하여 손쉽게 미끄러짐이 발생할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 4에 의한 본 발명의 다른 실시 예는 광섬유격자센서(1)를 구비한 광섬유(2)를 튜브(7)의 내부 공간에 지그재그(∼)의 형태로 내삽하고, 튜브내의 여유공간에 젤리나 실리콘오일 등의 윤활제(8)를 주입하여 외부의 응력에 의한 튜브의 변형이 광섬유격자센서에 인장력으로 작용하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 광섬유격자센서 케이블은 외부에 탄성 합성수지 등으로 피복(6)을 하여 내구성을 증대시키는 것이 바람직하며, 또한 피복의 내부 또는 외부에 철선이나 캐블라 섬유 등을 추가하여 내구성을 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니다.

도 1 본 발명의 일 실시 예

도 2 기존의 광섬유격자센서

도 3 본 발명의 다른 실시 예

도 4 본 발명의 광섬유격자센서 케이블

<도면의 부호에 대한설명>

1. 광섬유격자센서 2. 광섬유격자센서가 구비된 광섬유

3. 감도 감쇄용 광섬유 4. 고정체

5. 접착제 6. 외부 피복

7. 튜브 8. 윤활제

Claims (11)

1. 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법에 있어서, 광섬유격자센서(1)를 구비한 광섬유(2)를 감도 감쇄용 광섬유(3)와 일직선상에 배치하는 단계; 고정체(4)에 접착제 등으로 고정하는 단계로 이루어진 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법.
2. 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법에 있어서, 광섬유격자센서(1)를 구비한 광섬유(2)를 중앙에 배치하는 단계; 감도 감쇄용 광섬유(3)를 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)의 주위에 배치하는 단계; 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)와 감도 감쇄용 광섬유(3)를 일정한 간격으로 고정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법
3. 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법에 있어서, 광섬유격자센서(1)를 구비한 광섬유(2)를 중앙에 배치하는 단계; 감도 감쇄용 광섬유(3)를 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)의 주위에 배치하는 단계; 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)와 감도 감쇄용 광섬유(3)를 일정한 간격으로 고정하는 단계; 일정한 간격으로 고정된 광섬유의 외부에 피복(6)을 구비하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법
4. 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법에 있어서, 광섬유에 광섬유격자센서(1)를 한 개 이상 구비하는 단계; 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)를 튜브(7)의 내부 공간에 지그재그(∼)의 형태로 내삽하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법.
5. 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법에 있어서, 광섬유에 광섬유격자센서(1)를 한 개 이상 구비하는 단계; 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)를 튜브(7)의 내부 공간에 지그재그(∼)의 형태로 내삽하는 단계; 광섬유(2)가 내삽된 튜브의 내부공간을 윤활제(8)로 채우는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 감도 감쇄 방법.
6. 광섬유격자센서 케이블에 있어서; 광섬유에 광섬유격자센서(1)를 한 개 이상 구비한 광섬유(2)를 튜브(7)의 내부공간에 지그재그(∼)의 형태로 삽입한 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 케이블.
7. 광섬유격자센서 케이블에 있어서; 광섬유에 광섬유격자센서(1)를 한 개 이상 구비한 광섬유(2)를 튜브(7)의 내부공간에 지그재그(∼)의 형태로 삽입하고, 그 내부를 윤활제로 충진 한 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 케이블.
8. 광섬유격자센서 케이블에 있어서; 하나 이상의 광섬유격자센서(1)를 구비한 광섬유(2)를 중앙에 배치하고, 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)와 감도 감쇄용 광섬유(3)를 일정한 간격으로 고정하고, 일정한 간격으로 고정된 광섬유의 외부에 피복(6)을 구비하여 내구성을 증대시키는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 케이블.
9. 제 8항에 있어서, 광섬유격자센서 케이블의 내부 또는 외부에 철선이나, 캐블라섬유 같은 인장력에 강한 보강제를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 케이블.
10. 광섬유격자센서 케이블 있어서; 하나 이상의 광섬유격자센서(1)를 구비한 광섬유(2)를 중앙에 배치하고, 중앙의 광섬유격자센서를 구비한 광섬유(2)와 그 주위를 둘러싼 외부 응력 감쇄용 광섬유(3)가 배치되며, 응력 감쇄용 광섬유의 외부에 피복(6)을 구비하여 내구성을 증대시키는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 케이블.
11. 제 10항에 있어서, 광섬유격자센서 케이블의 내부 또는 외부에 철선이나, 캐블라섬유 같은 인장력에 강한 보강제를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 케이블.

Images