KR20090025098A - 광섬유 격자 온도 센서의 프로브 - Google Patents

광섬유 격자 온도 센서의 프로브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 격자 온도 센서의 프로브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유 격자 온도 센서의 프로브의 케이스를 세라믹 재질로 형성함으로써 온도 전달 특성을 향상시키고 광섬유 및 케이스의 인장과 열팽창에 따른 보상을 최소화거나 할 필요가 없는 광섬유 격자 온도 센서의 프로브에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광섬유 격자 온도 센서의 프로브는, 격자가 형성된 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단이 맞닿게 정열된 상태에서 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단을 둘러싸는 케이스를 포함하여 구성된 광섬유 격자 온도 센서의 프로브에 있어서, 상기 케이스는 세라믹 재질이고, 상기 케이스의 양측 입구 각각에는 제1광섬유와 제2광섬유의 코어를 둘러싸는 재킷이 삽입되어 수용되는 재킷 삽입부가 각각 형성되고, 그 재킷 삽입부 사이에는 상기 재킷 삽입부로부터 이어져 일측에는 상기 제1광섬유의 코어 말단이 삽입되고 타측에는 상기 제2광섬유의 코어 말단이 삽입되는 코어 삽입부가 형성되며, 상기 코어 삽입부의 일측에 제1광섬유 코어의 말단이 삽입되고 상기 케이스의 일측에 위치된 재킷 삽입부에는 제1광섬유의 재킷이 삽입된 상태에서 상기 케이스의 일측에 위치된 재킷 삽입부의 입구를 일주하여 상기 케이스와 상기 제1광섬유의 재킷이 본딩되며, 상기 코어 삽입부의 타측에 제2광섬유 코어의 말단이 상기 제1광섬유의 코어 말단에 맞닿게 삽입되고 상기 케이스의 타측에 위치된 재킷 삽입부에는 제2광섬유의 재킷이 삽입된 상태에서 상기 케이스의 타측에 위치된 재킷 삽입부의 입구를 일주하여 상 기 케이스와 상기 제2광섬유의 재킷이 본딩된 것을 특징으로 한다.
광섬유, FBG, 센서

Description

광섬유 격자 온도 센서의 프로브{PROBE FOR FIBER BRAGG GRATING TEMPERATURE SEONSOR}
본 발명은 광섬유 격자 온도 센서의 프로브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유 격자 온도 센서의 프로브의 케이스를 세라믹 재질로 형성함으로써 온도 전달 특성을 향상시키고 광섬유 및 케이스의 인장과 열팽창에 따른 보상을 최소화거나 할 필요가 없는 광섬유 격자 온도 센서의 프로브에 관한 것이다.
일반적으로 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating)는 광섬유 코어(core)에 축방향으로 주기적인 굴절률 변화를 유도한 것이다. 이 광섬유 격자는 브래그 조건을 만족하는 브래그 파장(Bragg wavelength) 중심으로 좁은 선폭(통상 0.1∼1nm)의 빛만 반사하게 되고 나머지 파장의 빛은 통과시키는 특성을 가진다. 이 브래그 파장은 광섬유 브래그 격자의 온도가 변화하거나 응력(stress)이 인가되면 그에 따라 변화하게 된다. 따라서 이 성질을 이용해서 온도, 변형률(strain), 압력 등을 측정하는 많은 광섬유 격자 센서들이 개발되어 왔다.
도 1은 일반적인 광섬유 온도 센서의 구성을 도시한 도면이다. 도면을 참조하면 광섬유 격자 온도 센서는 온도 측정 대상이 되는 환경에 노출된 프로브(1)(2) 를 포함하여 구성된다. 프로브(1)(2)로부터 인출된 광섬유(F,F')는 커플러(C)에 의해 광원(P)과 광분석기(S)로 연결된 2개의 광섬유와 연결된다. 도 1에서 프로브 1은 광섬유의 중간, 제1광섬유(F)와 제2광섬유(F')의 사이에 설치된 것이다.
상기와 같은 광섬유 격자 센서는 그 프로브의 크기가 작아서 측정 대상물의 표면에 부착하기가 용이하고, 복합재료 구조물 등에 삽입하는 것이 가능하다. 또한, 내구성과 내부식성이 우수하며, 전자기파의 영향을 받지 않는다.
그런데, 인장과 열팽창에 매우 민감한 특성을 갖기 때문에 광섬유 격자 센서의 프로브는 인장과 열팽창에 의한 영향을 보상하여야 한다.
통상 광섬유 격자 센서의 프로브는 격자가 형성된 광섬유의 코어를 온도 전달 특성이 우수한 납재질의 케이스로 패키징한 구조를 갖는다.
그러나, 납재질의 케이스로 패키징된 종래의 광섬유 격자 센서의 프로브는 케이스의 두께가 두꺼워 온도 변화 측정에 지연이 발생되는 단점을 갖는다.
또한, 납재질의 케이스로 패키징된 기존의 광섬유 격자 온도 센서의 프로브는 광섬유 코어를 납재질의 케이스에 고정시켜 패키징하는 과정에서 발생된 케이스의 인장에 따른 영향을 받을 수 있을 뿐만 아니라 케이스와 광섬유 코어의 열팽창율의 차이로 열팽창에 따른 영향을 받는다.
따라서, 종래의 광섬유 격자 온도 센서의 경우 케이스와 광섬유 코어의 인장율 및 열팽창율의 차이에 따른 보상을 해주어야 하며 그 보상값이 매우 커지는 단점을 갖는다.
또한, 납재질의 케이스로 패키징된 기존의 광섬유 격자 온도 센서의 프로브 는 고온에서 케이스가 녹는 문제점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은, 광섬유 격자 온도 센서의 프로브의 케이스를 세라믹 재질로 형성하여 온도 전달 특성을 향상시키고 광섬유와 케이스의 인장과 열팽창에 따른 보상을 최소화할 수 있고, 광섬유를 용이하게 고정시킬 수 있는 세라믹 재질의 케이스의 구조를 갖는 광섬유 격자 온도 센서의 프로브를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유 격자 온도 센서의 프로브는,격자가 형성된 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단이 맞닿게 정열된 상태에서 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단을 둘러싸는 케이스를 포함하여 구성된 광섬유 격자 온도 센서의 프로브에 있어서, 상기 케이스는 세라믹 재질이고, 상기 케이스의 양측 입구 각각에는 제1광섬유와 제2광섬유의 코어를 둘러싸는 재킷이 삽입되어 수용되는 재킷 삽입부가 각각 형성되고, 그 재킷 삽입부 사이에는 상기 재킷 삽입부로부터 이어져 일측에는 상기 제1광섬유의 코어 말단이 삽입되고 타측에는 상기 제2광섬유의 코어 말단이 삽입되는 코어 삽입부가 형성되며, 상기 코어 삽입부의 일측에 제1광섬유 코어의 말단이 삽입되고 상기 케이스의 일측에 위치된 재킷 삽입부에는 제1광섬유의 재킷이 삽입된 상태에서 상기 케이스의 일측에 위치된 재킷 삽입부의 입구를 일주하여 상기 케이스와 상기 제1광섬유의 재킷이 본딩되며, 상기 코어 삽입부의 타측에 제2광섬유 코어의 말단이 상 기 제1광섬유의 코어 말단에 맞닿게 삽입되고 상기 케이스의 타측에 위치된 재킷 삽입부에는 제2광섬유의 재킷이 삽입된 상태에서 상기 케이스의 타측에 위치된 재킷 삽입부의 입구를 일주하여 상기 케이스와 상기 제2광섬유의 재킷이 본딩된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유 격자 온도 센서의 프로브는, 상기 케이스에는 상기 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단이 서로 맞닿는 위치에서 외면과 상기 코어 삽입부를 관통하는 투시창이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유 격자 온도 센서의 프로브는, 상기 케이스의 내부에서 서로 맞닿는 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단 각각은 코어의 중심선에 수직인 수직단면에 대하여 8°의 각도로 연마되어 서로 맞닿는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 광섬유 격자 온도 센서의 프로브는 케이스를 세라믹 재질로 형성하여 온도 전달 특성을 향상시키고 광섬유와 케이스의 인장과 열팽창에 따른 보상을 최소화할 수 있고, 세라믹 재질의 케이스의 구조가 광섬유를 용이하게 고정시킬 수 있는 장점을 갖는다.
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 광섬유 격자 온도 센서의 프로브를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실예에 따른 광섬유 격자 센서의 프로브의 케이스를 도 시한 절개사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실예에 따른 광섬유 격자 센서의 프로브의 광섬유를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실예에 따른 광섬유 격자 센서의 프로브의 구조를 도시한 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 격자 센서의 프로브는 격자(B)가 형성된 제1광섬유(F)와 그 제1광섬유(F1)와 연결된 제2광섬유(F')의 연결지점을 케이스(10)로 둘러싸 구성된 것으로, 도면을 참조하면, 격자(B)가 형성된 제1광섬유(F)와 그 제1광섬유(F1)와 격자가 없는 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')이 맞닿게 정열된 상태에서 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)과 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')을 둘러싸는 케이스(10)를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(10)는 열전달 특성이 우수하고 광섬유 코어와 인장 및 열팽창 특성이 동일 또는 비슷한 세라믹 재질로 원기둥 형상으로 형성된다.
상기 케이스(10)의 내부에는 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2) 및 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')이 삽입되기 위한 코어 삽입부(11)가 형성되고, 양측 입구 각각에는 코어 삽입부(11)에 각각의 코어 말단(F2,F2')이 삽입된 제1 및 제2광섬유(F,F')를 케이스(10)에 고정시킬 수 있도록 제1 및 제2광섬유(F,F') 각각의 재킷(F1,F1')이 삽입되어 고정되기 위한 재킷 삽입부(12a,12b)가 형성된다. 즉, 상기 케이스(10)의 양측 입구 각각에는 제1광섬유(F)와 제2광섬유(F') 각각의 코어를 둘러싸는 재킷(F1,F1')이 각각 삽입되어 수용되는 재킷 삽입부(12a,12b)가 각각 형성되고, 그 재킷 삽입부(12a,12b) 사이에는 상기 재킷 삽입부(12a,12b)로부터 이어져 일측에는 상기 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)이 삽입되고 타측에는 상기 제2광 섬유(F')의 코어 말단(F2')이 삽입되는 코어 삽입부(11)가 형성된다.
또한, 상기 케이스(10)에는 상기 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)의 접합면(F3)과 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')의 접합면(F3')이 서로 정확하게 맞닿아 정열되는지를 확인할 수 있는 투시창(13)이 형성된다. 즉, 상기 케이스(10)에는 상기 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)과 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')이 서로 맞닿는 위치에서 외면과 상기 코어 삽입부(11)를 관통하는 투시창(13)이 형성된다.
상기와 같이 형성된 케이스(10)에는 격자(B)가 형성된 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)이 일측에서 삽입되어 고정되고, 격자가 형성되지 않은 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')이 타측에서 삽입되어 고정된다. 즉, 상기 코어 삽입부(11)의 일측에 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)이 삽입되고 상기 케이스(10)의 일측에 위치된 재킷 삽입부(12a)에는 제1광섬유(F)의 재킷(F1)이 삽입된 상태에서 상기 케이스(10)의 일측에 위치된 재킷 삽입부(12a)의 입구를 일주하여 상기 케이스(10)와 상기 제1광섬유(F)의 재킷(F1)이 금이나 주석과 같은 본딩재(B)로 본딩된다. 그리고, 상기 케이스(10)의 코어 삽입부(11)의 타측에 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')이 상기 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)에 맞닿게 삽입되고 상기 케이스(10)의 타측에 위치된 재킷 삽입부(12b)에는 제2광섬유(F')의 재킷(F1')이 삽입된 상태에서 상기 케이스(10)의 타측에 위치된 재킷 삽입부(12b)의 입구를 일주하여 상기 케이스(10)와 상기 제2광섬유(F')의 재킷(F1')이 금이나 주석과 같은 본딩재(B)로 본딩된다.
상기와 같이 케이스(10)에 삽입되어 서로 맞닿는 상기 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)의 접합면(F3)과 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')의 접합면(F3')은 각각 z 코어의 중심선에 수직인 수직단면에 대하여 8°의 각도로 연마되고, 상기 제1광섬유(F)와 제2광섬유(F')는 그 접합면(F3,F3')가 서로 맞닿게 정열된다. 이에 따라 서로 맞닿은 상기 제1광섬유(F)의 코어 말단(F2)의 접합면(F3)과 제2광섬유(F')의 코어 말단(F2')의 접합면(F3')을 통과하는 빛의 반사에 따른 손실을 최소화할 수 있다.
상기와 같이 형성된 광섬유 격자 온도 센서의 프로브(10)는 수개가 직렬로 연결되어 온도 측정이 필요한 장소에 위치되어 사용된다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 광섬유 격자 온도 센서의 프로브는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 일반적인 광섬유 온도 센서의 구성을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일실예에 따른 광섬유 격자 센서의 프로브의 케이스를 도시한 절개사시도
도 3은 본 발명의 일실예에 따른 광섬유 격자 센서의 프로브의 광섬유를 도시한 사시도
도 4는 본 발명의 일실예에 따른 광섬유 격자 센서의 프로브의 구조를 도시한 단면도
<주요 도면부호에 대한 간단한 설명>
10 프로브 케이스
11 코어 삽입부
12a,12b 재킷 삽입부
B 본딩재
F,F' 제1 및 제2광섬유
F1,F1' 재킷
F2,F2' 코어 말단
B 격자

Claims (3)

  1. 격자가 형성된 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단이 맞닿게 정열된 상태에서 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단을 둘러싸는 케이스를 포함하여 구성된 광섬유 격자 온도 센서의 프로브에 있어서,
    상기 케이스는 세라믹 재질이고,
    상기 케이스의 양측 입구 각각에는 제1광섬유와 제2광섬유의 코어를 둘러싸는 재킷이 삽입되어 수용되는 재킷 삽입부가 각각 형성되고, 그 재킷 삽입부 사이에는 상기 재킷 삽입부로부터 이어져 일측에는 상기 제1광섬유의 코어 말단이 삽입되고 타측에는 상기 제2광섬유의 코어 말단이 삽입되는 코어 삽입부가 형성되며,
    상기 코어 삽입부의 일측에 제1광섬유 코어의 말단이 삽입되고 상기 케이스의 일측에 위치된 재킷 삽입부에는 제1광섬유의 재킷이 삽입된 상태에서 상기 케이스의 일측에 위치된 재킷 삽입부의 입구를 일주하여 상기 케이스와 상기 제1광섬유의 재킷이 본딩되며,
    상기 코어 삽입부의 타측에 제2광섬유 코어의 말단이 상기 제1광섬유의 코어 말단에 맞닿게 삽입되고 상기 케이스의 타측에 위치된 재킷 삽입부에는 제2광섬유의 재킷이 삽입된 상태에서 상기 케이스의 타측에 위치된 재킷 삽입부의 입구를 일주하여 상기 케이스와 상기 제2광섬유의 재킷이 본딩된 것을 특징으로 하는 광섬유 격자 온도 센서의 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스에는 상기 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단이 서로 맞닿는 위치에서 외면과 상기 코어 삽입부를 관통하는 투시창이 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 격자 온도 센서의 프로브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 케이스의 내부에서 서로 맞닿는 제1광섬유의 코어 말단과 제2광섬유의 코어 말단 각각은 코어의 중심선에 수직인 수직단면에 대하여 8°의 각도로 연마되어 서로 맞닿는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자 온도센서의 프로브.
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