KR20100133689A - 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 상이한 중심파장을 가진 스트레인 센서와 이 스트레인 센서의 중심파장의 이동의 크기로 차량의 충격 부위와 충격 세기를 탐지하는 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템은 저가의 광대역 광원과, 상기 광원에서 발생된 광을 광섬유격자를 다수로 연결하여, 광을 분배 결합시키는 광결합기 및, 상기 광결합기에 연결된 광검출기로 구성되는 사고 감지 광학부와; 상기 사고 감지 광학부의 광결합기에 연결되고 차량의 부위별로 부착된 다수의 스트레인 센서와; 상기 사고 감지 광학부의 광검출기에 연결된 동작 트리거 발생기 및; 상기 동작 트리거 발생기에 연결된 안전 응용 장치를 포함하며; 차량 충돌과 같은 차량 충격 발생시, 그 충격으로 인해 상기 광섬유격자를 통해 흐르는 광이 변형되고, 그 변형률을 해당 스트레인 센서가 감지하여, 이를 상기 광검출기에 전달함으로써, 상기 동작 트리거 발생기에 의해 트리거 신호가 발생되며, 이 트리거 신호에 의개 상기 안전 응용장치가 작동되어, 차량 점유자를 보호하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템은 차량 충돌과 같은 차량 외부에 가해진 힘에 의한 충격에 대해 충격 부위별로 상이한 ID를 부여함으로써 다중 충돌시에도 시간대 별로 충격 상황을 정확하게 판별할 수 있다.

차량 충돌, 광섬유격자, 스트레인센서, 광원, 중심파장

Description

광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법{VEHICLE IMPACT DECTION BASED ON FIBER GRATING SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유 격자 센서의 다중점 센서특성을 이용하여, 광섬유격자와 중심파장이 상이한 스트레인 센서를 차량에 장착함으로써, 차량 충돌 시 상기 스트레인 센서와 이 스트레인 센서의 중심파장의 이동의 크기로 차량의 충격 부위와 충격 세기를 탐지하는 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광통신용 및 센서용으로 널리 이용되고 있는 광섬유격자는 광섬유에 길이 방향을 따라 상호 이격되게 다수의 격자를 새긴 것으로서, 주변온도나 인장정도에 따라 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성이 있다.

이러한 광섬유격자는 주변온도나 인장강도에 따라 브래그 조건을 만족하는 파장만을 반사하고 그 외의 파장은 그대로 투과시키는 특징을 갖기 때문에 격자의 주변온도가 바뀌거나 격자에 인장이 가해지면 광섬유의 굴절율이나 길이가 변화되고 그에 따라 반사되는 빛의 파장이 변화된다.

이러한 광섬유격자의 특성을 이용한 광섬유격자 센서는 교량, 댐, 건축물 등의 변형을 검출하여 안전상태를 진단하거나, 항공기의 날개 상태 등을 진단하는 용도로 다양하게 응용되고 있다.

종래의 광섬유 격자를 이용한 구조물 변형측정장치는 광섬유격자로부터 반사된 광의 파장변화를 분석할 수 있는 광스펙트럼 분석기를 이용하였다. 그런데 광스펙트럼 분석기는 규모가 크고 가격이 비싼 단점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위해서 광섬유격자의 파장변화를 마하젠더 간섭계와 같은 광간섭계를 이용하여 파장변화 신호를 광의 세기변화 신호로 변환하는 기술이 시도되고 있으나, 간섭을 이용하기 때문에 주변환경 변화에 민감하여 센서의 신뢰도를 확보하기 어려운 문제점이 있다. 그밖에도 파브리-페롯 필터(Fabry-Perot Filter), 음향광 필터(Acostic-OPtic Filter) 등과 같은 변조기를 사용하여 광의 파장 변화 신호를 전기적 세기 신호로 변환하여 측정하는 방법이 있다. 그러나 이 방법도 변조기가 추가됨으로써 시스템이 복잡해지고, 신호 변환과정에서 정보의 손실이 발생할 수 있는 단점이 있다.

또한, 이러한 광성유격자를 이용한 구조물 변형측정장치는 충격 부위와 충격량을 동시에 탐지하기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 이러한 광섬유 격자 센서의 다중점 센서특성을 이용하여, 광섬유격자와 중심파장이 상이한 스트레인 센서를 차량에 장착하여, 파장변화 대신에 광 의 세기를 측정함으로써, 격심한 충격 발생을 신뢰성 있게 예측하여서 차량 점유자의 보호를 위한 안전 구속장치가 가능한 한 조속히 작동할 수 있도록 하는데에 주안점을 두고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 광섬유 격자 센서의 다중점 센서특성을 이용하여, 광섬유격자와 중심파장이 상이한 스트레인 센서를 차량에 장착함으로써, 차량 충돌시 또는 차량 외부에 충격을 받을 시에, 광섬유 격자를 기반으로 차량에 가해지는 물리적 힘에 의한 스트레인 세기에 따라 광섬유 격자의 중심파장이 이동하는 특징을 이용하여 차량의 충격 부위와 충격 세기를 탐지하는 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 본 발명은 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템은 저가의 광대역 광원과, 상기 광원에서 발생된 광을 광섬유격자를 다수로 연결하여, 광을 분배 결합시키는 광결합기 및, 상기 광결합기에 연결된 광검출기로 구성되는 사고 감지 광학부와; 상기 사고 감지 광학부의 광결합기에 연결되고 차량의 부위별로 부착된 다수의 스트레인 센서와; 상기 사고 감지 광학부의 광검출기에 연결된 동작 트리거 발생기 및; 상기 동작 트리거 발생기에 연결된 안전 응용 장치를 포함하며; 차량 충돌과 같은 차량 충격 발생시, 그 충격으로 인해 상기 광섬유격자를 통해 흐르는 광이 변형되고, 그 변형률을 해당 스트레인 센서가 감지하여, 이를 상기 광검출기에 전달함으로써, 상기 동작 트리거 발생기에 의해 트리거 신호가 발생되며, 이 트리거 신호에 의개 상기 안전 응용장치가 작동되어, 차량 점유자를 보호하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 스트레인 센서는 서로 상이한 중심 파장을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변형률이 사전 설정된 트리거 임계치 이상이면, 상기 광 검출기는 동작 트리거 발생기를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 차량의 주요 부위에 스트레인 센서를 장착시키는 단계와; 상기 스트레인 센서의 중심파장에 따라 서로 상이한 ID를 부여하는 단계와; 충격을 받은 부위의 스트레인을 감지하는 단계와; 상기 감지된 스트레인이 임계치를 초과하는 지를 판별하는 단계와; 상기 감지된 스트레인이 임계치를 초과하면, 동작개시 트리거 신호를 발생시키는 단계 및; 상기 발생된 트리거 신호에 의해 안전 응용 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법은 차량 충돌과 같은 차량 외부에 가해진 힘에 의한 충격에 대해 충 격 부위별로 상이한 ID를 부여함으로써 다중 충돌시에도 시간대 별로 충격 상황을 정확하게 판별할 수 있다는 이점이 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 및 그 작동방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.

여기서, 상기 광섬유격자는 UV 레이저빔을 광감도가 있는 광도파로에 일정시간동안 선택적으로 노출시켜서 주로 제작하게 되는 바, 위상마스크나 간섭계를 이용하여 제작하거나, 또는 진폭마스크를 이용하여 제작하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 격자 기반 차량 충격 감지 시스템의 개략적인 블럭도이며, 도 2는 본 발명에 따른 광섬유 격자 기반 차량 충격 감지 시스템의 동작 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유격자 기반 차량 충격 감지 시스템은 사고 감지 광학부(70)와 다수개의 스트레인 센서(60, 61, 62, 63)와 동작 트리거 발생기(40) 그리고 안전 응용 장치(50)로 구성되어 있다.

상기 사고 감지 광학부(70)는 저가형 광대역 광원(10)과; 광섬유격자(1)를 다수로 연결하여, 광을 분배 결합시키는 광결합기(20) 및; 차량 충돌과 같은 충격에 의한 변형률을 검출하는 광검출기(30)로 구성되어 있다.

상기 다수개의 스트레인 센서(60, 61, 62, 63)는 서로 다른 중심파장을 가졌으며, 각각의 차량 부착 부위에 상기 스트레인 센서(60, 61, 62, 63)를 배치함으로써, 차량 충돌과 같은 차량 충격시 차량의 충격 부위를 정확히 탐지할 수 있다. 또한, 각 스트레인 센서(60, 61, 62, 63)의 중심 파장의 이동 크기를 검출함으로써 충격량을 감지할 수 있다.

상기 동작 트리거 발생기(40)는 안전 응용 장치(50)를 동작 개시하는데 필요한 트리거 신호를 발생하는 것으로 광 검출기(30)에 의해 검출된 변형률이 일정한 트리거 임계치 이상인 경우, 트리거 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 차량용 저장 장치인 경우, 트리거 신호는 충격이 50ms이상 지속되고 충격량이 10g이상인 경우 저장 장치를 동작하는 것을 권고하고 있다.

상기 안전 응용 장치(50)는 운전자 또는 탑승자의 안전을 보호하기 위해서 필요한 능동 또는 수동 안전 장치이며, 예를 들면 스마트 에어백, 통합 안전 장치, 스마트 시트벨트 등이 있다.

또한, 이외에도 평상시나 차량 충돌시, 운전상황에 대한 현황을 실시간 저장하기 위한 운전 보조 장치로서 사고 기록 장치 또는 차량용 DVR 등이 있다.

이러한 구성의 본 발명에 따른 광섬유 격자 기반 차량 충격 감지 시스템의 동작을 도 2를 참조하여 살펴보면, 차량의 주요 부위에 중심파장이 서로 상이한 스트레인 센서를 장착시키는 단계(S90)와, 상기 스트레인 센서의 중심파장에 따라 서로 상이한 ID를 부여하는 단계(S91)와, 충격을 받은 부위의 스트레인을 감지하는 단계(S92)와, 상기 감지된 스트레인이 임계치를 초과하는 지를 판별하는 단계(S93)와, 상기 감지된 스트레인이 임계치를 초과하면, 동작개시 트리거 신호를 발생시키는 단계(S94) 및, 상기 발생된 트리거 신호에 의해 안전 응용 장치를 작동시키는 단계(S95)를 포함한다.

여기서, 광원(10)을 통해 발생된 광은 이 광을 분배 결합시키는 광결합기(20)를 통해 차량의 부위별로 서로 다른 중심 파장을 가지며, 상이한 ID를 부여된 스트레인 센서(60, 61, 62, 63)로 흐른다.

그런데, 차량 충돌과 같은 차량 충격 발생시, 그 충격으로 인해 광섬유를 통해 흐르는 광이 변형되고, 그 변형률을 해당 스트레인 센서가 감지하여, 이를 광검출기(30)에 전달함으로써, 해당 스트레인 센서의 ID와 중심 파장의 이동 크기가 감지된다.

상기 광 검출기(40)는 이렇게 감지된 충격량이 안전 응용 장치(50)의 동작 개시를 위한 트리거 신호를 발생시킬지 아닐지 판단한다. 만약, 감지된 충격량이 사전 설정된 트리거 임계치 이상이라고 판단한 경우, 동작 트리거 발생기(40)에 의해 트리거 신호가 발생되며, 이 트리거 신호에 의해 스마트 에어백 또는 스마트 시트벨트 등과 같은 안전 응용장치(50)가 작동되어 차량 점유자를 보호하며, 운전중 실시간 운전 상황 또는 사고시 발생시 상황을 저장할 수 있는 사고 기록장치 또는 차량용 DVR을 구동시킨다.

본 발명에 따른 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템에 사용된 광섬유격자는 반사형 또는 투과형 격자가 모두 사용될 수 있음은 자명하다.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 격자 기반 차량 충격 감지 시스템의 개략적인 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 광섬유 격자 기반 차량 충격 감지 시스템의 동작 흐름도.

* 도면 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 광원 20: 광결합기

30: 광검출기 40: 동작 트리거 발생기

50: 안전 응용장치 60, 61, 62, 63, 64: 스트레인 센서

70: 사고 감지 광학부

Claims (4)

1. 저가의 광대역 광원과, 상기 광원에서 발생된 광을 광섬유격자를 다수로 연결하여, 광을 분배 결합시키는 광결합기 및, 상기 광결합기에 연결된 광검출기로 구성되는 사고 감지 광학부와;

   상기 사고 감지 광학부의 광결합기에 연결되고 차량의 주요 부위에 부착되며, 중심파장에 따라 상이한 ID가 부여된 다수의 스트레인 센서와;

   상기 사고 감지 광학부의 광검출기에 연결된 동작 트리거 발생기 및;

   상기 동작 트리거 발생기에 연결된 안전 응용 장치를 포함하며;

   차량 충돌과 같은 차량 충격 발생시, 그 충격으로 인해 상기 광섬유격자를 통해 흐르는 광이 변형되고, 그 변형률을 해당 스트레인 센서가 감지하여, 이를 상기 광검출기에 전달함으로써, 상기 동작 트리거 발생기에 의해 트리거 신호가 발생되며, 이 트리거 신호에 의개 상기 안전 응용장치가 작동되어, 차량 점유자를 보호하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광검출기는 충격 발생시 해당 스트레인 센서의 ID와 중심 파장의 이동 크기를 감지하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 변형률이 사전 설정된 트리거 임계치 이상이면, 상기 광 검출기는 동작 트리거 발생기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템.
4. 차량의 주요 부위에 스트레인 센서를 장착시키는 단계와;

   상기 스트레인 센서의 중심파장에 따라 서로 상이한 ID를 부여하는 단계와;

   충격을 받은 부위의 스트레인을 감지하는 단계와;

   상기 감지된 스트레인이 임계치를 초과하는 지를 판별하는 단계와;

   상기 감지된 스트레인이 임계치를 초과하면, 동작개시 트리거 신호를 발생시키는 단계 및;

   상기 발생된 트리거 신호에 의해 안전 응용 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자기반 차량 충격 감지 시스템 작동 방법.

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