KR20110040380A - Probe using bragg grating and fabry perot interferometer, fiber sensor system and sensing method thereof - Google Patents

Probe using bragg grating and fabry perot interferometer, fiber sensor system and sensing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20110040380A
KR20110040380A KR1020090097618A KR20090097618A KR20110040380A KR 20110040380 A KR20110040380 A KR 20110040380A KR 1020090097618 A KR1020090097618 A KR 1020090097618A KR 20090097618 A KR20090097618 A KR 20090097618A KR 20110040380 A KR20110040380 A KR 20110040380A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
light
bragg grating
bragg
interference
Prior art date
Application number
KR1020090097618A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101113778B1 (en
Inventor
권일범
서대철
윤동진
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020090097618A priority Critical patent/KR101113778B1/en
Publication of KR20110040380A publication Critical patent/KR20110040380A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101113778B1 publication Critical patent/KR101113778B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
    • G01B9/02048—Rough and fine measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • G02B6/29358—Multiple beam interferometer external to a light guide, e.g. Fabry-Pérot, etalon, VIPA plate, OTDL plate, continuous interferometer, parallel plate resonator
    • G02B6/29359—Cavity formed by light guide ends, e.g. fibre Fabry Pérot [FFP]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE: An optical-fiber sensor probe and system using bragg grating and fabry-perot interferometer, and a sensing method of the system are provided to enable single optical fiber to be used as a sensor for measuring a temperature and a fabry-perot interferometer sensor for measuring deformation. CONSTITUTION: An optical-fiber sensor probe using bragg grating and fabry-perot interferometer comprise single optical fiber(300), a mirror(314), and a bonding unit. Bragg grating(312) is inscribed on a given part of the single optical fiber, and thus the optical fiber reflects a light of a bragg wavelength band of total reflective lights. The wavelength band of the light of a bragg wavelength band reversibly changes based on thermal energy. The mirror is installed on the optical fiber at a given interval in one direction of the bragg grating. The mirror reflects bragg-grating transparent light to introduce the interference of the light of bragg wavelength band which has been reflected from the bragg grating, with the bragg-grating transparent light.

Description

브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자, 광섬유 센서 시스템 및 그 시스템의 센싱방법{PROBE USING BRAGG GRATING AND FABRY PEROT INTERFEROMETER, FIBER SENSOR SYSTEM AND SENSING METHOD THEREOF}Fiber sensor probe using fiber Bragg grating and Fabry Faro interference, fiber sensor system and sensing method of the system {PROBE USING BRAGG GRATING AND FABRY PEROT INTERFEROMETER, FIBER SENSOR SYSTEM AND SENSING METHOD THEREOF}

본발명은 광섬유 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating) 센서와 패브리 패로 간섭계(FPI, Fiber optic Fabry Perot Interferometer) 센서에 의한 피측정물의 변형률을 측정하기 위한 것이다. 보다 상세하게는 단일의 광섬유에 브래그 격자와 간섭을 위한 미러를 일체화하여 온도 및 하중에 의한 구조물의 변형률을 보다 정확하게 측정하기 위한 광섬유 센서 탐촉자, 광섬유 센서 시스템 및 그 시스템의 센싱방법에 관한 것이다.The present invention is for measuring the strain of an object by an optical fiber Bragg grating (FBG) sensor and a fiber optic Fabry Perot Interferometer (FPI) sensor. More particularly, the present invention relates to an optical fiber sensor probe, an optical fiber sensor system, and a sensing method of the system for more accurately measuring strain of a structure due to temperature and load by integrating a Bragg grating and a mirror for interference in a single optical fiber.

교량이나 건물 등과 같은 대형 구조물의 경우 시간이 지나게 되면서 노후가 일어나게 되므로 구조물의 감시와 보수점검이 필수적이다. 현재 건축물이 받는 하중이나 변형정도를 측정하는데 전자식 변형률 게이지(예: 스트레인 게이지)를 많이 사용하고 있다. 전자식 변형률 게이지의 경우는 감도가 매우 뛰어나고 오랜 기간 사용이 되어왔기 때문에 신뢰도 또한 높다. 하지만 이 센서는 전자파에 매우 취약하다는 단점이 있다. 한 예로 한강대교에 설치된 전자식 변형률 게이지가 낙뢰에 의해 전부 장애가 발생한 것은 이러한 단점을 극명하게 보여주는 것이라 할 수 있다.In the case of large structures such as bridges and buildings, aging occurs as time passes, so it is essential to monitor and repair the structure. Electronic strain gauges (such as strain gauges) are often used to measure loads and strain levels in buildings. Electronic strain gauges are also very sensitive and reliable for many years. However, this sensor has the disadvantage of being very vulnerable to electromagnetic waves. For example, the fact that the electronic strain gauge installed in the Han River Bridge is completely disturbed by lightning strikes clearly shows this disadvantage.

이러한 전자파의 단점을 극복하기 위해서 전자파의 영향을 받지 않는 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서를 이용하려는 움직임이 많다. 하지만 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서는 온도의 영향을 많이 받는다는 단점이 있다. 항상 외부의 온도와 기후에 노출되어 있는 건축물에 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서를 설치하기 위해선 온도에 따른 신호의 변화를 보정해줄 필요가 있다.In order to overcome the shortcomings of electromagnetic waves, there are many movements to use an optical fiber Bragg grating (FBG) sensor which is not affected by electromagnetic waves. However, the fiber Bragg grating (FBG) sensor has a drawback that the temperature is much affected. In order to install an optical fiber Bragg grating (FBG) sensor in a building that is always exposed to the outside temperature and climate, it is necessary to compensate for the change in signal with temperature.

도 1은 종래의 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서의 구성 및 탐촉자의 격자 부분을 간략하게 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서는 광원(130), 센서 탐촉자(110), 교차연결수단(120) 및 광스펙트럼 분석기(140)로 구성되며, 이들은 단일의 광섬유(100)로 연결되어 있다. 여기서 센서 탐촉자(110)의 브래그 격자(112) 부분은 부분 확대된 도면에서 알 수 있듯이, 소정 길이(d)만큼 브래그 격자가 새겨져 있으며 광원에서 단일의 광섬유(100)를 통해 브래그 격자(112)에 조사되고 반사되는 반사빛의 브래그 파장을 측정하여 그 브래그 파장의 변화에 기한 피측정물(예: 교량이나 건물 등과 같은 대형 구조물)의 변형정도를 알 수 있다.FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a conventional optical fiber Bragg grating (FBG) sensor and the grating portion of the transducer. As shown in FIG. 1, a conventional fiber Bragg grating (FBG) sensor is composed of a light source 130, a sensor transducer 110, a cross connection means 120, and a light spectrum analyzer 140, which are single optical fibers ( 100). Here, the Bragg grating 112 portion of the sensor transducer 110 is engraved Bragg grating by a predetermined length (d), as can be seen in the enlarged view, Bragg grating 112 through a single optical fiber 100 in the light source By measuring the Bragg wavelength of the reflected light irradiated and reflected on it, the degree of deformation of the measured object (eg, a large structure such as a bridge or a building) due to the change in the Bragg wavelength can be determined.

광섬유 브래그 격자(112), 즉 FBG를 사용하여 변형률 또는 온도를 측정하기 위한 브래그 조건에 대한 식을 쓰면 다음과 같다. Using the optical fiber Bragg grating 112, ie, FBG, the equation for Bragg conditions for measuring strain or temperature is as follows.

Figure 112009062896116-PAT00001
Figure 112009062896116-PAT00001

여기서

Figure 112009062896116-PAT00002
는 브래그 파장,
Figure 112009062896116-PAT00003
는 유효 굴절률,
Figure 112009062896116-PAT00004
는 격자 간격이다.here
Figure 112009062896116-PAT00002
Bragg wavelength,
Figure 112009062896116-PAT00003
Is the effective refractive index,
Figure 112009062896116-PAT00004
Is the grid spacing.

[수학식 1]에서 볼 수 있듯이 격자에서 반사되는 빛의 브래그 파장(

Figure 112009062896116-PAT00005
)은 유효 굴절률(
Figure 112009062896116-PAT00006
)과 격자 간격(
Figure 112009062896116-PAT00007
)의 함수이다. 따라서 광섬유 격자에 온도나 변형률 등의 외부 물리량을 가할 경우 이들 값이 변하여 브래그 파장은 달라진다. 브래그 파장(
Figure 112009062896116-PAT00008
)의 변화를 정밀하게 측정한다면 광섬유 격자(112)에 가해진 미지의 물리량(온도, 변형률)을 [수학식 2]를 통하여 역으로 계산할 수 있으며, 이것이 광섬유 격자가 센서로 사용될 수 있는 기본 원리이다.As shown in Equation 1, the Bragg wavelength of light reflected from the lattice (
Figure 112009062896116-PAT00005
) Is the effective refractive index (
Figure 112009062896116-PAT00006
) And grid spacing (
Figure 112009062896116-PAT00007
) Function. Therefore, when an external physical quantity such as temperature or strain is applied to the optical fiber grating, these values change and the Bragg wavelength changes. Bragg Wavelength (
Figure 112009062896116-PAT00008
In order to accurately measure the change of), the unknown physical quantity (temperature, strain) applied to the optical fiber grating 112 can be calculated inversely through [Equation 2], which is the basic principle that the optical fiber grating can be used as a sensor.

Figure 112009062896116-PAT00009
Figure 112009062896116-PAT00010
Figure 112009062896116-PAT00009
Figure 112009062896116-PAT00010

여기서

Figure 112009062896116-PAT00011
는 브래그 파장의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00012
는 온도변화량,
Figure 112009062896116-PAT00013
는 변형률의 변화값,
Figure 112009062896116-PAT00014
및
Figure 112009062896116-PAT00015
는 상수이다.here
Figure 112009062896116-PAT00011
Is the amount of change in Bragg wavelength,
Figure 112009062896116-PAT00012
Is the change in temperature,
Figure 112009062896116-PAT00013
Is the change in strain,
Figure 112009062896116-PAT00014
And
Figure 112009062896116-PAT00015
Is a constant.

[수학식 2]에서 알 수 있듯이 브래그 격자 센서는 온도와 변형률의 영향을 모두 받는다. 따라서 온도의 변화가 있는 환경에서 하나의 브래그 격자 센서만으로는 정확한 변형률 값을 얻기 어렵다. 따라서 순수한 변형률 변화량만을 얻기 위해서는 온도의 변화에 따른 브래그 파장의 변화를 보정해줄 수 있는 또 하나의 정보 가 필요한 것이다.As can be seen from Equation 2, the Bragg grating sensor is affected by both temperature and strain. Therefore, it is difficult to obtain accurate strain values with only one Bragg grating sensor in an environment where temperature changes. Therefore, in order to obtain only the pure strain change amount, another information that can correct the change of Bragg wavelength according to the change of temperature is needed.

따라서 온도 변화가 있는 상황에서도 FBG 센서를 유용하게 활용하여 오히려 변형률 측정의 정확성을 높이는 새로운 변형률 감지 센서 연구의 필요성이 대두된다.Therefore, there is a need for the study of a new strain sensing sensor that utilizes the FBG sensor even in the presence of temperature change, thereby increasing the accuracy of the strain measurement.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요에 의하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 광섬유 센서로 피측정물의 온도 및 하중을 모두 고려한 변형률을 도출하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자, 광섬유 센서 시스템 및 그 시스템의 센싱방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made in accordance with the above needs, an object of the present invention is an optical fiber sensor transducer using a Bragg grating and Fabry Faro interference to derive a strain considering both the temperature and load of the object to be measured with one optical fiber sensor, An optical sensor system and a sensing method of the system are provided.

또한 본 발명의 다른 목적은 단일의 광섬유에 브래그 격자를 새겨 온도 측정을 위한 센서로 사용함과 동시에 가간섭의 일정 거리를 두고 미러를 설치하여 변형률을 측정하는 패브리 패로 간섭 센서로 사용할 수 있도록 하는 일체형 센서를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to use a Bragg grating on a single optical fiber as a sensor for measuring the temperature, and at the same time to install a mirror at a certain distance of interference, it is an integrated sensor that can be used as a Fabry Faro interference sensor to measure the strain To provide.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 소정 부위에 브래그 격자(312)가 새겨져 내부에서 전반사로 진행하는 빛 중 브래그 파장대 빛을 반사시키며, 출입하는 열에너지에 기초하여 브래그 파장대 빛의 파장대역이 가역적으로 변하는 단일의 광섬유(300); 및 브래그 격자(312)의 일 방향으로 일정 거리 이격되어 광섬유(300)에 설치되고, 브래그 격자(312)에서 반사되는 브래그 파장대 빛과 브래그 격자(312)를 통과한 투과 빛의 간섭을 유도하기 위해 투과 빛을 반사시키는 미러(314);를 포함하고, 이격된 일정 거리만큼의 광섬유 부분을 피측정물(350)의 변형률 측정을 위한 광섬유 본딩부로 갖는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자를 제공함으로써 달성될 수 있다.The object of the present invention as described above, the Bragg grating 312 is engraved in a predetermined portion reflects the Bragg wavelength band of the light proceeding to total internal reflection inside, and the wavelength band of the Bragg wavelength band light is reversibly based on the heat energy entering and exiting A single optical fiber 300 to change; And a distance from one direction of the Bragg grating 312 is installed in the optical fiber 300, to induce interference of Bragg wavelength band light reflected from the Bragg grating 312 and the transmitted light passing through the Bragg grating 312. A mirror 314 reflecting the transmitted light; and using a Bragg grating and Fabry Faro interference, the optical fiber bonding portion for measuring the strain of the measurement object 350 includes a portion of the optical fiber separated by a predetermined distance. By providing a fiber optic sensor transducer.

또한 이격된 일정 거리(d)는, 피측정물의 변형률의 정확도 조절을 위해 가변 가능한 것이 바람직하다.In addition, the predetermined distance d is preferably variable to adjust the accuracy of the strain of the object under test.

또한 단일의 광섬유(300)의 일부 및 미러(314)를 내부에 가두고 피측정물(350)의 표면에 접착 가능한 패키징(315)을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include a packaging 315, which is capable of confining a portion of the single optical fiber 300 and the mirror 314 therein and adhering to the surface of the object to be measured 350.

여기서 패키징(315)은, 브래그 격자(312)가 새겨진 부위가 피측정물(350) 표면에 접하도록 피측정물(350) 표면을 향해 개방되고, 피측정물(350)과의 접착면 측의 내면에 광섬유 본딩부가 고정되도록 고정수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, the packaging 315 is open toward the surface of the object to be measured 350 so that the portion where the Bragg grating 312 is engraved is in contact with the surface of the object to be measured 350. It is preferable to further include a fixing means for fixing the optical fiber bonding portion on the inner surface.

한편 본 발명의 목적은, 광대역 파장대의 빛을 조사하는 광원(330); 소정 부위에 브래그 격자(312)가 새겨져 내부에서 전반사로 진행하는 조사 빛 중 브래그 파장대 빛을 반사시키며, 출입하는 열에너지에 기초하여 브래그 파장대 빛의 파장대역이 가역적으로 변하는 단일의 광섬유(300); 및 브래그 격자의 일 방향으로 일정 거리(d) 이격되어 광섬유(300)에 설치되고, 브래그 격자(312)에서 반사되는 브래그 파장대 빛과 브래그 격자(312)를 통과한 투과 빛의 간섭을 유도하기 위해 투과 빛을 반사시키는 미러(314);로 구성되는 광섬유 센서 탐촉자(310); 브래그 격자(312)로부터 반사된 제 1반사빛 및 미러(314)로부터 반사된 제 2반사빛의 상호 간섭으로 생성되는 혼합 빛과 광원(330)에서 조사되는 조사 빛을 결합하고 혼합 빛과 조사 빛에 대응하는 각각의 전기신호를 출력하는 교차연결수단(320); 및 혼합 빛에 대응하는 전기신호를 수신하여 혼합 빛을 분석하고 피측정물(350)의 온도 및 하중에 기초한 변형률을 산출하는 광스펙트럼 분석기(340);를 포함하고, 광섬유 센서 탐촉자(310)는 이격된 일정 거리(d)만큼의 광섬유 부분을 피측정물(350)의 하중 에 기초한 변형률 측정을 위한 광섬유 본딩부로 갖는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템을 제공함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, an object of the present invention, the light source 330 for irradiating light in the broadband wavelength band; A single optical fiber 300 having a Bragg grating 312 inscribed in a predetermined portion to reflect the Bragg wavelength band of the irradiated light proceeding in total reflection from the inside, and reversibly changing the wavelength band of the Bragg wavelength band based on the incoming heat energy; And a distance (d) spaced in one direction of the Bragg grating is installed in the optical fiber 300 to induce interference of the Bragg wavelength band reflected by the Bragg grating 312 and the transmitted light passing through the Bragg grating 312. A mirror 314 reflecting the transmitted light; an optical fiber sensor probe 310 configured as; The mixed light generated by the mutual interference of the first reflection light reflected from the Bragg grating 312 and the second reflection light reflected from the mirror 314 and the irradiation light irradiated from the light source 330 are combined, and the mixed light and the irradiation light Cross connection means for outputting each electrical signal corresponding to the 320; And an optical spectrum analyzer 340 which receives the electrical signal corresponding to the mixed light and analyzes the mixed light and calculates a strain based on the temperature and the load of the object to be measured 350, wherein the optical fiber sensor probe 310 includes: It can be achieved by providing an optical fiber sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference, characterized by having a portion of the optical fiber separated by a predetermined distance d as an optical fiber bonding portion for measuring strain based on the load of the object 350. Can be.

그리고 광원(330)은 발광다이오드 또는 비동기 자발 발광원(Asyncronous Spontaneous Emission Source)인 것이 바람직하다.In addition, the light source 330 may be a light emitting diode or an asyncronous spontaneous emission source.

또한 광섬유 센서 탐촉자(310)는, 단일의 광섬유(300) 및 미러(314)를 내부에 가두고 피측정물의 표면에 접착 가능한 패키징(315)을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the optical fiber sensor transducer 310 may further include a packaging 315 that traps the single optical fiber 300 and the mirror 314 therein and is able to adhere to the surface of the object to be measured.

그리고 교차연결수단(320)은 옵티컬 커플러인 것이 바람직하다.The cross connection means 320 is preferably an optical coupler.

또한 이격된 일정 거리(d)는 가간섭 길이 이하로서, 다음의 수학식In addition, the predetermined distance (d) is equal to or less than the interference length, the following equation

Figure 112009062896116-PAT00016
Figure 112009062896116-PAT00016

(

Figure 112009062896116-PAT00017
Figure 112009062896116-PAT00018
는 광원의 조사 빛의 스펙트럼 선폭이고,
Figure 112009062896116-PAT00019
0는 광원의 기본 파장이며 n은 광섬유 코어의 유효 굴절률이며, d는 브래그 격자와 미러가 이격된 일정 거리)(
Figure 112009062896116-PAT00017
Figure 112009062896116-PAT00018
Is the spectral linewidth of the irradiation light of the light source,
Figure 112009062896116-PAT00019
0 is the fundamental wavelength of the light source, n is the effective refractive index of the fiber core, and d is the distance the Bragg grating is from the mirror.

에 의해 결정되는 것이 바람직하다.It is preferable to determine by.

그리고 광스펙트럼 분석기(340)는, 다음의 수학식And the optical spectrum analyzer 340, the following equation

Figure 112009062896116-PAT00020
Figure 112009062896116-PAT00020

(

Figure 112009062896116-PAT00021
는 광섬유 본딩부의 길이 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00022
는 온도에 따른 브래그 파장의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00023
는 피측정물의 온도의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00024
는 피측정물의 변형률이며,
Figure 112009062896116-PAT00025
은 변형률-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00026
는 변형률-브래그 파장 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00027
은 온도-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00028
는 온도-브래그파장 변환 계수)(
Figure 112009062896116-PAT00021
Is the change in length of the optical fiber bonding portion,
Figure 112009062896116-PAT00022
Is the amount of change in Bragg wavelength with temperature,
Figure 112009062896116-PAT00023
Is the change in temperature of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00024
Is the strain of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00025
Is the strain-displacement coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00026
Is the strain-bragg wavelength conversion factor,
Figure 112009062896116-PAT00027
Is the temperature-displacement conversion coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00028
Is the temperature-bragg wavelength conversion factor)

에 의해 온도 및 변형률을 동시에 구하는 것이 바람직하다.It is preferable to simultaneously determine the temperature and strain.

한편 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서, 광원(330)으로부터 광대역 파장대의 빛이, 단일의 광섬유(300)에 새겨지고 그 새겨진 부위가 피측정물(350)에 접한 브래그 격자(312)에 조사되는 단계(S100); 조사된 빛 중 브래그 파장대 빛이 브래그 격자(312)로부터 반사되는 제 1반사단계(S110); 조사된 빛 중 브래그 격자(312)를 통과한 투과 빛이, 브래그 격자(312)로부터 일정 거리 이격되어 위치하며 피측정물(350)에 고정되는 광섬유 본딩부의 연장선에 설치된 미러(314)로부터 반사되는 제 2 반사단계(S120); 반사된 브래그 파장대 빛과 반사된 투과 빛이 상호 간섭으로 혼합 빛을 생성하는 단계(S130); 혼합 빛이 교차연결수단(320)을 통해 전기신호를 출력하는 단계(S140); 및 광스펙트럼 분석기(340)가 전기신호를 분석하여 피측정물(350)의 온도 및 하중에 기초한 변형률을 산출하는 단계(S150);를 포함하 는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템의 센싱방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, an object of the present invention is another category, the light of the broadband wavelength band from the light source 330, is carved into a single optical fiber 300 and the engraved portion is irradiated to the Bragg grating 312 in contact with the object to be measured 350 Step S100; A first reflection step S110 in which the Bragg wavelength band light of the irradiated light is reflected from the Bragg grating 312; The transmitted light passing through the Bragg grating 312 of the irradiated light is reflected from the mirror 314 provided on an extension line of the optical fiber bonding part which is located at a predetermined distance from the Bragg grating 312 and is fixed to the measurement object 350. Second reflection step (S120); Generating reflected light by the reflected Bragg wavelength band light and the reflected transmitted light by mutual interference (S130); Mixed light outputs an electrical signal through the cross connection means 320 (S140); And analyzing, by the optical spectrum analyzer 340, the electrical signal to calculate a strain based on the temperature and the load of the object 350 (S150). It can be achieved by providing a method of sensing an optical fiber sensor system.

그리고 이격된 일정 거리(d)는 가간섭 길이 이하로서, 다음의 수학식The spaced distance d is equal to or less than the interference length, and the following equation

Figure 112009062896116-PAT00029
Figure 112009062896116-PAT00029

(

Figure 112009062896116-PAT00030
Figure 112009062896116-PAT00031
는 광원의 조사 빛의 스펙트럼 선폭이고,
Figure 112009062896116-PAT00032
0는 광원의 기본 파장이며 n은 광섬유 코어의 유효 굴절률이며, d는 브래그 격자와 미러가 이격된 일정 거리)(
Figure 112009062896116-PAT00030
Figure 112009062896116-PAT00031
Is the spectral linewidth of the irradiation light of the light source,
Figure 112009062896116-PAT00032
0 is the fundamental wavelength of the light source, n is the effective refractive index of the fiber core, and d is the distance the Bragg grating is from the mirror.

에 의해 결정되는 것이 바람직하다.It is preferable to determine by.

또한 변형률 산출단계(S150)는, 광스펙트럼 분석기(340)가 다음의 수학식In addition, the strain calculation step (S150), the optical spectrum analyzer 340 is the following equation

Figure 112009062896116-PAT00033
Figure 112009062896116-PAT00033

(

Figure 112009062896116-PAT00034
는 광섬유 본딩부의 길이 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00035
는 온도에 따른 브래그 파장의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00036
는 피측정물의 온도의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00037
는 피측정물의 변형률이며,
Figure 112009062896116-PAT00038
은 변형률-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00039
는 변형률-브래그 파장 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00040
은 온도-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00041
는 온도-브래그파장 변환 계수)(
Figure 112009062896116-PAT00034
Is the change in length of the optical fiber bonding portion,
Figure 112009062896116-PAT00035
Is the amount of change in Bragg wavelength with temperature,
Figure 112009062896116-PAT00036
Is the change in temperature of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00037
Is the strain of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00038
Is the strain-displacement coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00039
Is the strain-bragg wavelength conversion factor,
Figure 112009062896116-PAT00040
Is the temperature-displacement conversion coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00041
Is the temperature-bragg wavelength conversion factor)

에 의해 온도 및 변형률을 동시에 구하는 것이 바람직하다.It is preferable to simultaneously determine the temperature and strain.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 따라서, 하나의 광섬유 센서로 피측정물의 온도 및 하중을 모두 고려한 변형률을 도출함으로써 좀 더 정확한 변형률을 측정할 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention as described above, by deriving the strain considering both the temperature and the load of the object to be measured by one optical fiber sensor, it is possible to measure the more accurate strain.

게다가 광섬유 탐촉자의 길이를 조정함으로써 간섭에 따른 피크의 갯수를 변경시킬 수 있으며, 이에 의해 변형률의 정확도를 가변적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.In addition, by adjusting the length of the optical fiber probe, it is possible to change the number of peaks due to interference, thereby having the effect of variably controlling the accuracy of the strain.

또한, 단일의 광섬유에 브래그 격자가 새겨진 부분을 온도 측정을 위한 센서로 사용함과 동시에 가간섭의 일정 거리를 두고 미러를 설치하여 패브리 패로 간섭 센서로 사용할 수 있으므로 단일의 광섬유에 의한 일체형 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, the Bragg grating on a single optical fiber can be used as a sensor for measuring temperature, and at the same time, a mirror can be installed at a certain distance of interference so that it can be used as a Fabry Faro interference sensor. It can be effective.

<< 실시예Example >>

본 발명은 종래 광섬유 브래그 격자 센서로 피측정물의 온도를 측정함과 동시에 브래그 격자 부분과 미러를 이용하여 변형률을 측정하는 새로운 형태의 패브리 패로 간섭형 센서를 구현한 것이다. 따라서 본 발명의 이해를 돕기 위해 광섬유 패브리 패로 간섭형 센서에 대해 먼저 설명한다.The present invention implements a new type of Fabry Faro interference sensor that measures strain using a Bragg grating portion and a mirror while simultaneously measuring the temperature of a target object using a conventional fiber Bragg grating sensor. Therefore, to facilitate the understanding of the present invention, the optical fiber Fabry Faro interference type sensor will be described first.

<< 패브리Fabry 패로 간섭형 센서> Faro Interferometric Sensors>

도 2는 광섬유 패브리 패로 간섭형(FPI) 센서의 구성 및 탐촉자의 미러 부분 을 간략하게 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광섬유 패브리 패로 간섭형(FPI) 센서는 광원(230), 센서 탐촉자(210), 교차연결수단(220) 및 광스펙트럼 분석기(240)로 구성되며, 이들은 단일의 광섬유(200)로 연결되어 있다. 여기서 센서 탐촉자(210)는 부분 확대된 도면에서 알 수 있듯이, 소정 길이(d)만큼의 미러 간격(d)을 두고 제 1미러(212)와 제 2미러(214)가 설치되어 있다. 이를 통해 광원에서 조사된 빛 중 제 1미러(212)에서 반사되는 빛과 제 2미러(214)에서 반사되는 빛이 간섭을 일으키고 간섭을 통해 미러간격(d)의 변화를 측정할 수 있다. 즉 피측정물의 변형정도를 알 수 있다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical fiber Fabry Faro interference type (FPI) sensor and a mirror part of a probe. As shown in FIG. 2, the optical fiber Fabry Fahro interference (FPI) sensor is composed of a light source 230, a sensor transducer 210, a cross connection means 220, and a light spectrum analyzer 240, which are single optical fibers. Connected to (200). As shown in the enlarged drawing, the sensor probe 210 is provided with a first mirror 212 and a second mirror 214 with a mirror spacing d by a predetermined length d. Through this, the light reflected from the first mirror 212 and the light reflected from the second mirror 214 of the light emitted from the light source cause interference, and the change of the mirror interval d may be measured through the interference. That is, the degree of deformation of the measured object can be known.

광섬유에 입사된 빛이 센서 탐촉자의 제 1미러(212)에서 입사광의 약 30%가 반사되도록 하고 나머지 약 70%는 광섬유를 따라 다른 쪽 끝단의 광섬유 단면(제 2미러, 214)에서 다시 100%가 반사되도록 한다. 이 반사된 두 빛이 입사된 쪽으로 되돌아 나가면서 서로 위상 간섭을 일으키게 되고 두 미러(제 1미러와 제 2미러) 사이의 변형량, 즉 두 광 경로의 변화 발생량만큼 위상차를 발생하도록 하여 정현파의 광 출력 신호가 발생하도록 구성되는 것이다. 도 2에 도시된 이러한 센서 탐촉자는 외부에서 변형이 가해져 두 미러 사이의 간격 길이(d)가 변화하면 광 검출기(Photo Diode)에서 측정되는 광 출력 신호는 입력광이 두 미러 사이의 간격에서 겪게 되는 광 손실 및 간섭에 따른 효과를 갖게 된다. Light incident on the optical fiber causes approximately 30% of the incident light to be reflected in the first mirror 212 of the sensor transducer and the remaining approximately 70% is again 100% in the optical fiber cross section (second mirror, 214) at the other end along the optical fiber. To reflect. As the two reflected lights return to the incident side, they cause phase interference with each other and generate a phase difference by the amount of deformation between the two mirrors (the first mirror and the second mirror), that is, the amount of change in the two optical paths. It is configured to generate a signal. The sensor probe shown in FIG. 2 is externally deformed so that when the distance length d between the two mirrors is changed, the light output signal measured by the photo diode is subjected to the input light at the distance between the two mirrors. It has an effect due to light loss and interference.

도 3은 광섬유 패브리 패로 간섭형(FPI) 센서를 이용하여 센싱한 일예를 나타낸 그래프이다. 도 3의 그래프를 참조하여 패브리 패로 간섭형 센서의 간섭형태를 설명하면, 간섭 신호의 출력 강도는 [수학식 3]과 같이 나타내어지고, 간섭 신 호는 정현파 형태로 나타나며 간섭 신호의 위상(φ)은 [수학식 4]와 같이 미러 간격 길이 d에 대한 함수로 주어진다.3 is a graph illustrating an example of sensing using an optical fiber Fabry Faro interference type (FPI) sensor. Referring to the interference form of the Fabry Faro interference sensor with reference to the graph of Figure 3, the output strength of the interference signal is represented by [Equation 3], the interference signal is shown in the form of a sine wave and the phase (φ) of the interference signal Is given as a function of the mirror interval length d as shown in [Equation 4].

Figure 112009062896116-PAT00042
Figure 112009062896116-PAT00042

여기서, I는 출력광의 세기, I0는 입력광의 세기, φ는 간섭 신호의 위상이다.Where I is the intensity of the output light, I 0 is the intensity of the input light, and φ is the phase of the interference signal.

Figure 112009062896116-PAT00043
Figure 112009062896116-PAT00043

여기서, 간섭 무늬의 위상(φ)은 패브리 패로 센서의 두 미러 사이의 간격 길이(d)에 의해 결정된다. 그러므로 다음의 [수학식 5]와 같이, 간섭 무늬의 최고점 파장들 사이의 간격으로부터 인접피크 간의 길이를 구할 수 있다.Here, the phase phi of the interference fringe is determined by the gap length d between two mirrors of the Fabry Faro sensor. Therefore, as shown in Equation 5 below, the length between adjacent peaks can be obtained from the interval between peak wavelengths of the interference fringe.

Figure 112009062896116-PAT00044
Figure 112009062896116-PAT00044

여기서,

Figure 112009062896116-PAT00045
과
Figure 112009062896116-PAT00046
는 위상 차이를 가지는 두 최고점의 파장이며 m은
Figure 112009062896116-PAT00047
과
Figure 112009062896116-PAT00048
사이에 있는 간섭 무늬 개수에서 1을 뺀 정수이다. 광섬유 패브리 패로 센서에 변형이 가해졌을 때, 변형을 가하기 전 초기의 간격 길이를 d0, 변형이 가해 진 후의 간격 길이를 dn, 그리고 변형 전후의 간격 길이의 변화량을
Figure 112009062896116-PAT00049
라고 하면 광섬유 패브리 패로 센서에 의해서 측정되는 변형률
Figure 112009062896116-PAT00050
는 다음 [수학식 6]에 의해 구해진다.here,
Figure 112009062896116-PAT00045
and
Figure 112009062896116-PAT00046
Is the wavelength of the two highest peaks with phase differences and m is
Figure 112009062896116-PAT00047
and
Figure 112009062896116-PAT00048
The number of interference fringes in between is an integer minus one. When strain is applied to an optical fiber fabric sensor, the initial gap length before the strain is applied, d 0 , the gap length after the strain is applied, and the amount of change in the gap length before and after deformation.
Figure 112009062896116-PAT00049
Strain measured by fiber optic Fabry Faro sensor
Figure 112009062896116-PAT00050
Is obtained by the following [Equation 6].

Figure 112009062896116-PAT00051
Figure 112009062896116-PAT00051

<< 브래그Bragg 격자 및  Lattice and 패브리Fabry 패로 간섭을 이용한 광섬유  Optical Fiber Using Paro Interference 탐촉자Transducer 및 광섬유 센서 시스템> And fiber optic sensor systems>

도 4는 본 발명의 일실시예로서 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 센서 시스템의 구성과 이에 사용되는 광섬유 센서 탐촉자(310)를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광섬유 센서 탐촉자(310)는 브래그 격자(312)가 새겨진 단일의 광섬유, 일정 거리 이격되어 설치되는 미러(314) 및 브래극 격자(312)와 미러(314) 사이의 본딩부로 구성된다. 그리고, 본 발명인 광섬유 센서 시스템은 광원(330), 광섬유 센서 탐촉자(310), 교차연결수단(320) 및 광스펙트럼 분석기(340)로 구성된다.4 is an enlarged view of a configuration of a sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference and an optical fiber sensor probe 310 used therein as an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the optical fiber sensor probe 310 of the present invention is a single optical fiber engraved with a Bragg grating 312, a mirror 314 and a brapole grating 312 and a mirror 314 installed at a predetermined distance from each other. It is composed of a bonding portion between). In addition, the optical fiber sensor system of the present invention is composed of a light source 330, an optical fiber sensor transducer 310, a cross connection means 320 and an optical spectrum analyzer 340.

단일의 광섬유(300)는 소정 부위에 브래그 격자(312)가 새겨져 내부에서 전반사로 진행하는 빛 중 브래그 파장대 빛을 반사시키며, 출입하는 열에너지에 기초하여 브래그 파장대 빛의 파장대역이 가역적으로 변한다.The single optical fiber 300 is engraved with a Bragg grating 312 in a predetermined portion to reflect the Bragg wavelength band of the light proceeding to total internal reflection inside, and the wavelength band of the Bragg wavelength band light is reversibly changed based on the heat energy entering and exiting.

미러(314)는 브래그 격자(312)의 일 방향으로 일정 거리 이격되어 광섬유(300)에 설치되고, 브래그 격자(312)에서 반사되는 브래그 파장대 빛과 브래그 격자를 통과하여 반사되는 투과 빛의 간섭을 유도한다.The mirror 314 is installed in the optical fiber 300 at a predetermined distance from one direction of the Bragg grating 312 and is installed in the optical fiber 300 to prevent interference between the Bragg wavelength band reflected by the Bragg grating 312 and the transmitted light reflected through the Bragg grating. Induce.

광섬유 본딩부는 단일의 광섬유(300)의 연장선상의 부분으로서 브래그 격자(312)와 미러(314) 사이의 광섬유 부분이다. 광섬유 본딩부는 피측정물의 변형률 측정을 위해 피측정물에 고정 부착된다.The optical fiber bonding portion is an optical fiber portion between the Bragg grating 312 and the mirror 314 as an extension portion of the single optical fiber 300. The optical fiber bonding part is fixedly attached to the object under measurement for measuring the strain of the object under measurement.

광원(330)은 발광다이오드를 사용하며, 이외에도 레이져 다이오드(LD), 유기EL소자, 무기EL소자, 다파장 램프 등과 같은 발광소자가 사용될 수 있다.The light source 330 uses a light emitting diode. In addition, a light emitting device such as a laser diode (LD), an organic EL device, an inorganic EL device, and a multi-wavelength lamp may be used.

교차연결수단(320)은 브래그 격자(312)로부터 반사된 제 1반사빛 및 미러(314)로부터 반사된 제 2반사빛의 상호 간섭으로 생성되는 혼합 빛을 입력받는다. 또한 광원(330)에서 조사되는 조사 빛을 입력받아 센서 입력광인 조사 빛과 센서 출력광인 혼합 빛을 결합하는 수단이 된다. 그리고 혼합 빛과 조사 빛에 대응하는 각각의 전기신호를 광스펙트럼 분석기(340)로 출력한다. 이러한 교차연결수단(320)은 옵티컬 써큘레이터 외에 옵티컬 커플러도 사용될 수 있다.The cross connection means 320 receives the mixed light generated by the mutual interference of the first reflected light reflected from the Bragg grating 312 and the second reflected light reflected from the mirror 314. In addition, it receives the irradiation light irradiated from the light source 330 is a means for combining the irradiation light which is the sensor input light and the mixed light which is the sensor output light. Each of the electric signals corresponding to the mixed light and the irradiated light is output to the optical spectrum analyzer 340. The cross connection means 320 may also be used as an optical coupler in addition to the optical circulator.

광스펙트럼 분석기(340)는 상술한 혼합 빛이 간섭으로 변화를 갖는 출력의 세기를 분석할 수 있는 수단이다. 혼합 빛에 대응하는 전기신호를 수신하여 혼합 빛을 분석하고 피측정물의 온도 및 하중에 기초한 변형률을 산출한다. 따라서 별도의 광감지수단(예: 포토 다이오드)을 갖지 않는다.The light spectrum analyzer 340 is a means for analyzing the intensity of the output of the mixed light described above as a result of interference. An electric signal corresponding to the mixed light is received to analyze the mixed light and calculate a strain based on the temperature and load of the object under test. Therefore, there is no separate light sensing means (for example, photodiode).

도 5는 본 발명의 일실시예인 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 센서 시스템의 센싱으로 얻은 스펙트럼 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 그래 프는 파장에 따른 출력의 세기를 나타낸 것이며,

Figure 112009062896116-PAT00052
과
Figure 112009062896116-PAT00053
는 브래그 파장 대역에서 프린지 패턴을 분석하기 위한 임의의 기준파장이다. 그래프에서 알 수 있듯이, 브래그 파장(
Figure 112009062896116-PAT00054
)에서 큰 출력을 보임과 동시에 브래그 파장 대역에서 작은 간섭무늬의 프린지 패턴을 보임을 알 수 있다. 이는 브래그 격자에 의해 브래그 파장 대역이 큰 출력을 보이게 되고 그 중에서도 미러(314)에 의해 반사된 반사 빛이 브래그 격자(312)에서 반사된 반사 빛과 간섭을 일으키기 때문이다. 5 is a spectral graph obtained by sensing of a sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference, which is an embodiment of the present invention. As shown in Figure 5, the graph shows the intensity of the output according to the wavelength,
Figure 112009062896116-PAT00052
and
Figure 112009062896116-PAT00053
Is an arbitrary reference wavelength for analyzing the fringe pattern in the Bragg wavelength band. As the graph shows, Bragg wavelength (
Figure 112009062896116-PAT00054
) Shows a large output and a fringe pattern of small interference fringes in Bragg wavelength band. This is because the Bragg grating has a large output of the Bragg wavelength band, and the reflected light reflected by the mirror 314 interfers with the reflected light reflected by the Bragg grating 312.

도 6a는 본 발명의 일실시예인 광섬유 센서 탐촉자가 피측정물의 표면에 부착된 상태를 나타낸 도면이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명인 탐촉자(310)는 브래그 격자(312)가 새겨진 부분을 가해진 열에 의해 변화되는 온도의 측정센서로 이용하기 때문에 피측정물(350)의 표면에 고정 부착하지 않고 접하게만 설치된다. 그리고 브래그 격자(312) 부분과 미러(314) 사이의 광섬유(광섬유 본딩부)를 테이프 등의 접착수단을 통해 피측정물의 표면에 고정 부착한다. 이렇게 설치된 상태에서 단일의 광섬유를 통해 광원(330)에서의 광대역 빛이 조사되고 브래그 격자(312) 및 미러(314) 각각에서 반사된 빛이 혼합되어 간섭을 일으키며 이를 광스펙트럼 분석기(340)를 통해 분석하여 온도 및 하중(F1, F2) 모두를 고려한 피측정물(350)의 변형률을 구할 수 있게 된다.6A is a view illustrating a state in which an optical fiber sensor probe is attached to a surface of an object to be measured according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6A, the probe 310 according to the present invention uses the portion of the Bragg grating 312 engraved thereon as a sensor for measuring a temperature that is changed by the applied heat, without being fixedly attached to the surface of the object 350. It is only installed. The optical fiber (the optical fiber bonding portion) between the portion of the Bragg grating 312 and the mirror 314 is fixedly attached to the surface of the object to be measured through an adhesive means such as a tape. In this state, broadband light from the light source 330 is irradiated through a single optical fiber, and light reflected from each of the Bragg grating 312 and the mirror 314 is mixed to cause interference. By analyzing, the strain of the measured object 350 considering both the temperature and the loads F1 and F2 can be obtained.

도 6b는 본 발명의 일실시예인 광섬유 센서 탐촉자가 패키징된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 광섬유 브래그 격자(312)는 주로 온도를 측정토록 하기 위해 공기중에 노출되도록 하였다. 그리고 열팽창을 고려하여 S 자 모양으로 휘어 설치된다. 광섬유 브래그 격자(312)는 피측정물(350)과 패키징 바닥 평면에서 접촉하고 있다. 패브리-패로 간섭원리를 이용하여 하중에 기초한 변형을 주로 측정하는 탐촉 부위, 즉 광섬유 본딩부는 패키징하는 재료(350)와 함께 몰딩하여 일체로 제작된다. 이렇게 제작된 패키징된 탐촉자는 피측정물(350) 위에 에폭시 수지 등의 접착제로 접착하여 사용된다. 즉 피측정물(350)이 하중을 받아서 변형이 되면 주로 미러(314)가 달려있는 패키징(315)과 일체화되어 있는 부분으로 변형이 전달되고 간섭신호에 변화를 가져오게 되는 것이다. 한편 온도가 변화하게 되면 주로 브래그 격자(312) 부분에 영향을 미쳐서 브래그 파장이 변화하게 된다.Figure 6b is a perspective view showing a state in which the optical fiber sensor transducer is an embodiment of the present invention packaged. As shown in FIG. 6B, the optical fiber Bragg grating 312 was primarily exposed to air to measure temperature. And it is bent in an S shape in consideration of thermal expansion. The optical fiber Bragg grating 312 is in contact with the measurement object 350 in the packaging bottom plane. The probe site, i.e., the optical fiber bonding portion, which mainly measures the load-based deformation by using the Fabry-Faro interference principle, is molded integrally with the packaging material 350. The packaged probe manufactured as described above is used by bonding an adhesive such as an epoxy resin on the measurement object 350. In other words, when the object to be measured 350 is deformed under load, the deformation is transmitted to a portion integrated with the packaging 315 on which the mirror 314 is attached, thereby bringing a change in the interference signal. On the other hand, if the temperature changes, the Bragg grating 312 mainly affects the Bragg wavelength.

그리고 본 발명의 광섬유 탐촉자(310)는 패키징(315) 없이도 사용 가능하지만 장기간의 사용이 가능하도록 패키징(315)을 더 포함하여 구성될 수도 있다. 패키징(315)을 사용하는 경우에는 다양한 형태로 제작될 수 있다. 그러나 기본적으로 본 발명의 목적을 달성하기 위해 브래그 격자(312)가 새겨진 부위가 피측정물(350) 표면에 단순히 접하도록 피측정물(350) 표면을 향해 개방되고, 피측정물(350)과의 접착면 측의 내면에 광섬유 본딩부가 고정되도록 몰딩하거나 고정수단(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the optical fiber probe 310 of the present invention may be used without the packaging 315, but may further include a packaging 315 to enable long-term use. When using the packaging 315 may be manufactured in a variety of forms. However, in order to achieve the object of the present invention, the area in which the Bragg grating 312 is engraved is opened toward the surface of the object 350 to simply contact the surface of the object 350, and Molding or fixing means (not shown) to the optical fiber bonding portion is fixed to the inner surface of the adhesive side of the side may be configured.

<광섬유 센서 시스템의 Of optical fiber sensor system 센싱방법Sensing method >>

도 7은 본 발명의 일실시예를 이용하여 피측정물의 변형률을 측정하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 7을 참조하여, 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템의 센싱 방법에 대하여 설명한다. 우선 광원(330)으로부터 광대역 파장대의 빛이, 단일의 광섬유(300)에 새겨지고 그 새겨진 부위가 피측정물 에 접한 브래그 격자(312)에 조사된다(S100).7 is a flowchart illustrating a method of measuring a strain of an object to be measured using an embodiment of the present invention. A sensing method of the optical fiber sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference will be described with reference to FIG. 7. First, light of the broadband wavelength band from the light source 330 is etched into a single optical fiber 300, and the engraved portion is irradiated to the Bragg grating 312 in contact with the object to be measured (S100).

다음, 조사된 빛 중 브래그 파장대 빛이 브래그 격자(312)로부터 반사되는 제 1반사단계(S110)가 수행된다.Next, a first reflection step S110 is performed in which the Bragg wavelength band of the irradiated light is reflected from the Bragg grating 312.

다음, 조사된 빛 중 브래그 격자를 통과한 투과 빛이, 브래그 격자(312)로부터 일정 거리 이격되어 위치하며 피측정물(350)에 고정되는 광섬유 본딩부의 연장선에 설치된 미러(314)로부터 반사되는 제 2 반사단계(S120)가 수행된다.Next, the transmitted light passing through the Bragg grating of the irradiated light is reflected from the mirror 314 provided on the extension line of the optical fiber bonding portion which is located at a predetermined distance from the Bragg grating 312 and fixed to the measurement object 350. 2 reflection step (S120) is performed.

다음, 반사된 브래그 파장대 빛과 반사된 투과 빛이 상호 간섭으로 혼합 빛을 생성한다(S130).Next, the reflected Bragg wavelength band light and the reflected transmitted light generate mixed light by mutual interference (S130).

다음, 혼합 빛이 교차연결수단(320)을 통해 전기신호를 출력한다(S140).Next, the mixed light outputs an electrical signal through the cross connection means 320 (S140).

다음, 광스펙트럼 분석기(340)가 전기신호를 분석하여 피측정물(350)의 온도 및 하중에 기초한 변형률을 산출한다(S150).Next, the optical spectrum analyzer 340 analyzes the electrical signal to calculate the strain based on the temperature and the load of the object 350 (S150).

여기서, 브래그 격자(312)와 미러(314)가 이격된 일정 거리(d)는 가간섭 길이 이하로서, 다음의 수학식Here, the predetermined distance d between the Bragg grating 312 and the mirror 314 is equal to or less than the interference length.

Figure 112009062896116-PAT00055
Figure 112009062896116-PAT00055

(

Figure 112009062896116-PAT00056
Figure 112009062896116-PAT00057
는 광원의 조사 빛의 스펙트럼 선폭이고,
Figure 112009062896116-PAT00058
0는 광원의 기본 파장이며 n은 광섬유 코어의 유효 굴절률이며, d는 브래그 격자와 미러가 이격된 일정 거 리)(
Figure 112009062896116-PAT00056
Figure 112009062896116-PAT00057
Is the spectral linewidth of the irradiation light of the light source,
Figure 112009062896116-PAT00058
0 is the fundamental wavelength of the light source, n is the effective refractive index of the fiber core, and d is the distance between the Bragg grating and the mirror)

에 의해 결정될 수 있다. 또한, 일정 이격 길이(d)를 변경함으로써, 즉 광섬유 탐촉자의 길이를 조절함으로써 간섭에 의한 프린지 패턴의 주기를 결정할 수 있는데 이에 의해 변형률 정확도를 가변적으로 변화시키게 된다. 예를 들어, 광원의 기본 파장은 1550 nm, 선폭은 약 0.03 nm, 광섬유의 유효 굴절률은 1.5인 경우, 이를 대입하여 풀면 가간섭 길이가 약 26.69 mm가 계산된다. 따라서 브래그 격자(312)와 미러(314) 사이의 길이(d)를 약 26 mm로 만들면 브래그 파장 대역의 파장 스펙트럼 안에 도 5의 그래프에서와 같은 간섭 프린지 패턴을 0.03 nm 간격으로 만들 수 있게 된다. 보통 브래그 격자 스페트럼 선폭은 0.3 nm 이므로 그 안에 간섭 무늬 약 10개를 만들 수 있게 되는 것이다.Can be determined by. In addition, by changing the predetermined distance d, that is, adjusting the length of the optical fiber probe, it is possible to determine the period of the fringe pattern due to interference, thereby changing the strain accuracy variably. For example, when the fundamental wavelength of the light source is 1550 nm, the line width is about 0.03 nm, and the effective refractive index of the optical fiber is 1.5, the interference length is calculated to be about 26.69 mm by substituting it. Therefore, if the length d between the Bragg grating 312 and the mirror 314 is about 26 mm, the interference fringe pattern as shown in the graph of FIG. 5 can be made in the wavelength spectrum of the Bragg wavelength band at 0.03 nm intervals. The Bragg grating spectral line width is usually 0.3 nm, so that approximately 10 interference fringes can be made therein.

여기서, 변형률 산출단계(S150)는, 광스펙트럼 분석기(340)가 다음의 수학식Here, the strain calculation step (S150), the optical spectrum analyzer 340 is the following equation

Figure 112009062896116-PAT00059
Figure 112009062896116-PAT00059

(

Figure 112009062896116-PAT00060
는 광섬유 본딩부의 길이 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00061
는 온도에 따른 브래그 파장의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00062
는 피측정물의 온도의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00063
는 피측정물의 변형률이며,
Figure 112009062896116-PAT00064
은 변형률-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00065
는 변형률-브래그 파장 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00066
은 온도-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00067
는 온도-브래그파장 변환 계수)(
Figure 112009062896116-PAT00060
Is the change in length of the optical fiber bonding portion,
Figure 112009062896116-PAT00061
Is the amount of change in Bragg wavelength with temperature,
Figure 112009062896116-PAT00062
Is the change in temperature of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00063
Is the strain of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00064
Is the strain-displacement coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00065
Is the strain-bragg wavelength conversion factor,
Figure 112009062896116-PAT00066
Is the temperature-displacement conversion coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00067
Is the temperature-bragg wavelength conversion factor)

에 의해 피측정물(350)의 온도 및 변형률을 동시에 구한다. 즉 광섬유의 브래그 격자 부분은 온도만 측정할 수 있게 하고, 패브리 패로 간섭 구간, 즉 일정 이격 길이(d)의 광섬유 부분에서는 하중과 온도를 동시에 받도록 하는 것이다. 따라서 피측정물의 온도가 변화됨과 동시에 하중이 가해지면 본 발명인 센서 시스템의 광스펙트럼 분석기(340)에 의해 측정하고자 하는 변형률과 온도가 상기와 같은 [수학식 8]에 의하여 구해지게 된다.The temperature and strain of the measurement object 350 are simultaneously determined by In other words, the Bragg grating portion of the optical fiber can measure only the temperature, and simultaneously receives the load and the temperature in the fiber portion of the Fabry Faro interference section, that is, a predetermined distance d. Therefore, when the temperature of the object to be measured and the load is applied at the same time, the strain and the temperature to be measured by the optical spectrum analyzer 340 of the sensor system of the present invention is obtained by the above Equation (8).

도 8a는 도 5와 같은 그래프(점선으로 표시)를 보이는 피측정물의 상태에서 열만 가한 경우의 파장에 따른 빛의 세기 변화를 얻은 그래프이며, 도 8b는 도 5와 같은 그래프(점선으로 표시)를 보이는 피측정물(350)의 상태에서 힘만 가한 경우의 파장에 따른 빛의 세기 변화를 얻은 그래프이다. 여기서,

Figure 112009062896116-PAT00068
과
Figure 112009062896116-PAT00069
는 프린지 패턴을 분석하기 위해 브래그 파장 대역에서 임의로 정한 기준 파장이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 힘을 변화시키지 않고 온도만 변화되도록 열을 가하면 브래그 격자에 반사되는 브래그 파장이 변화하게 될 것이다(
Figure 112009062896116-PAT00070
에서
Figure 112009062896116-PAT00071
로 변화를 보임). 이때 브래그 격자에 반사된 빛과 미러에 반사된 빛의 혼합 빛이 갖는 간섭 무늬(프린지 패턴)의 간격 변화는 무시할 수 있을 정도로 작다.FIG. 8A is a graph obtained by changing the intensity of light according to the wavelength when only heat is applied in the state of the object to be measured as shown in FIG. 5 (indicated by a dotted line), and FIG. This is a graph obtained by changing the intensity of light according to the wavelength when only the force is applied in the state of the measured object 350. here,
Figure 112009062896116-PAT00068
and
Figure 112009062896116-PAT00069
Is a reference wavelength arbitrarily determined in the Bragg wavelength band to analyze the fringe pattern. As shown in FIG. 8A, applying heat so that only the temperature changes without changing the force will change the Bragg wavelength reflected in the Bragg grating (
Figure 112009062896116-PAT00070
in
Figure 112009062896116-PAT00071
Change). At this time, the change in the distance between the interference fringe (fringe pattern) of the mixed light of the light reflected by the Bragg grating and the light reflected by the mirror is negligibly small.

그리고 도 8b에 도시된 바와 같이, 열을 가하지 않고 힘만 가한 경우에는 브래그 파장은 변하지 않지만(도 5와 동일하게

Figure 112009062896116-PAT00072
값으로 일정함) 브래그 격자(312)에 반사된 빛과 미러(314)에 반사된 빛의 혼합 빛이 갖는 간섭 무늬의 파장 간격이 변경된다. 그에 따라 센서 출력으로 얻게 되는 스페트럼상의 간섭 무늬의 주기 패턴이 변경됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 8B, the Bragg wavelength does not change when only a force is applied without applying heat (as in FIG. 5).
Figure 112009062896116-PAT00072
Constant value) The wavelength spacing of the interference fringes of the mixed light of the light reflected by the Bragg grating 312 and the light reflected by the mirror 314 is changed. Accordingly, it can be seen that the periodic pattern of the interference fringes on the spectrum obtained as the sensor output is changed.

도 1은 종래의 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서의 구성 및 탐촉자의 격자 부분을 간략하게 나타낸 도면,1 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional fiber Bragg grating (FBG) sensor and the grating portion of the transducer;

도 2는 광섬유 패브리 패로 간섭형(FPI) 센서의 구성 및 탐촉자의 미러 부분을 간략하게 나타낸 도면,FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an optical fiber Fabry Faro interference type (FPI) sensor and a mirror part of the transducer;

도 3은 광섬유 패브리 패로 간섭형(FPI) 센서를 이용하여 센싱한 일예를 나타낸 그래프,3 is a graph showing an example of sensing using an optical fiber Fabry Faro interference type (FPI) sensor,

도 4는 본 발명의 일실시예로서 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 센서 시스템의 구성과 이에 사용되는 광섬유 센서 탐촉자를 확대하여 나타낸 도면,4 is an enlarged view of a configuration of a sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference and an optical fiber sensor probe used therein as an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 일실시예인 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 센서 시스템의 센싱으로 얻은 스펙트럼 그래프,5 is a spectrum graph obtained by sensing of a sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference, which is an embodiment of the present invention;

도 6a는 본 발명의 일실시예인 광섬유 센서 탐촉자가 피측정물의 표면에 부착된 상태를 나타낸 도면,Figure 6a is a view showing a state in which the optical fiber sensor probe is attached to the surface of the object to be tested, an embodiment of the present invention;

도 6b는 본 발명의 일실시예인 광섬유 센서 탐촉자가 패키징된 상태를 나타낸 사시도,Figure 6b is a perspective view showing a state in which the optical fiber sensor transducer packaged according to an embodiment of the present invention,

도 7은 본 발명의 일실시예를 이용하여 피측정물의 변형률을 측정하는 방법을 나타낸 순서도,7 is a flowchart illustrating a method of measuring a strain of an object to be measured using an embodiment of the present invention;

도 8a는 도 5와 같은 그래프를 보이는 피측정물의 상태에서 열만 가한 경우의 파장에 따른 빛의 세기 변화를 얻은 그래프이며,FIG. 8A is a graph obtained by changing the intensity of light according to a wavelength when only heat is applied in a state of an object to be measured as shown in FIG. 5;

도 8b는 도 5와 같은 그래프를 보이는 피측정물의 상태에서 힘만 가한 경우 의 파장에 따른 빛의 세기 변화를 얻은 그래프이다.FIG. 8B is a graph obtained by changing the intensity of light according to the wavelength when only the force is applied in the state of the object to be measured as shown in FIG. 5.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

L: 격자 길이, d: 브래그 격자와 미러가 이격된 일정 거리L: Lattice length, d: Constant distance between Bragg grating and mirror

100, 200, 300: 단일의 광섬유100, 200, 300: single fiber

110: 브래그 격자 센서 탐촉자110: Bragg grating sensor transducer

112, 312: 광섬유 브래그 격자112, 312: optical fiber Bragg grating

115, 215, 315: 패키징115, 215, 315: packaging

120: 교차연결수단120: cross connection means

130: 광원130: light source

140: 광스펙트럼 분석기140: optical spectrum analyzer

210: 패브리 패로 간섭 센서 탐촉자210: Fabry Faro interference sensor transducer

212: 제 1미러212: first mirror

214: 제 2미러214: second mirror

314: 미러314 mirror

350: 피측정물350: measured object

Claims (13)

소정 부위에 브래그 격자(312)가 새겨져 내부에서 전반사로 진행하는 빛 중 브래그 파장대 빛을 반사시키며, 출입하는 열에너지에 기초하여 상기 브래그 파장대 빛의 파장대역이 가역적으로 변하는 단일의 광섬유(300); 및A single optical fiber 300 in which a Bragg grating 312 is engraved on a predetermined portion to reflect Bragg wavelength band light among the light propagating in total reflection from the inside, and wherein the wavelength band of the Bragg wavelength band light is reversibly changed based on the heat energy entering and exiting; And 상기 브래그 격자(312)의 일 방향으로 일정 거리만큼 이격되어 상기 광섬유(300)에 설치되고, 상기 브래그 격자(312)에서 반사되는 상기 브래그 파장대 빛과 상기 브래그 격자(312)를 통과한 투과 빛의 간섭을 유도하기 위해 상기 투과 빛을 반사시키는 미러(314);를 포함하고,The Bragg grating 312 is installed in the optical fiber 300 spaced by a predetermined distance in one direction of the Bragg grating 312, and the light of the Bragg wavelength band reflected by the Bragg grating 312 and the transmitted light passing through the Bragg grating 312 A mirror 314 for reflecting the transmitted light to induce interference; 상기 이격된 일정 거리(d)만큼의 상기 광섬유 부분을 피측정물(350)의 변형률 측정을 위한 광섬유 본딩부로 갖는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자.The optical fiber sensor probe using the Bragg grating and Fabry Faro interference, characterized in that the optical fiber portion as the optical fiber bonding portion for measuring the strain of the object to be measured (350) by the spaced distance (d). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이격된 일정 거리(d)는, 상기 피측정물의 상기 변형률의 정확도 조절을 위해 가변 가능한 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자.The spaced distance (d) is variable, the optical fiber sensor probe using the Bragg grating and Fabry Faro interference, characterized in that the variable to adjust the accuracy of the strain of the measured object. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단일의 광섬유(300)의 일부 및 상기 미러(314)를 내부에 가두고 상기 피측정물(350)의 표면에 접착 가능한 패키징(315)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자.Bragg grating and Fabry Faro interference further comprising a package 315 that traps a portion of the single optical fiber 300 and the mirror 314 therein and is adhereable to the surface of the object 350. Optical fiber sensor transducer. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 패키징(315)은, 상기 브래그 격자(312)가 새겨진 상기 부위가 상기 피측정물(350) 표면에 접하도록 상기 피측정물(350) 표면을 향해 개방되고, 상기 피측정물(350)과의 접착면 측의 내면에 상기 광섬유 본딩부가 고정되도록 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자.The packaging 315 is opened toward the surface of the object 350 so that the portion of the Bragg grating 312 engraved is in contact with the surface of the object 350, and the object 350 is The optical fiber sensor transducer using the Bragg grating and Fabry Faro interference, characterized in that it further comprises a fixing means for fixing the optical fiber bonding portion on the inner surface of the adhesive surface side of the. 광대역 파장대의 빛을 조사하는 광원(330);A light source 330 for irradiating light of a broadband wavelength band; 소정 부위에 브래그 격자(312)가 새겨져 내부에서 전반사로 진행하는 상기 조사 빛 중 브래그 파장대 빛을 반사시키며, 출입하는 열에너지에 기초하여 상기 브래그 파장대 빛의 파장대역이 가역적으로 변하는 단일의 광섬유(300); 및 상기 브래그 격자의 일 방향으로 일정 거리(d) 이격되어 상기 광섬유(300)에 설치되고, 상기 브래그 격자(312)에서 반사되는 상기 브래그 파장대 빛과 상기 브래그 격 자(312)를 통과한 투과 빛의 간섭을 유도하기 위해 상기 투과 빛을 반사시키는 미러(314);로 구성되는 광섬유 센서 탐촉자(310);Bragg grating 312 is engraved in a predetermined portion reflects the Bragg wavelength band light of the irradiation light proceeds to the total reflection from the inside, and the single optical fiber 300 reversibly changes the wavelength band of the Bragg wavelength band light based on the incoming heat energy ); And the Bragg wavelength band light and the transmitted light passing through the Bragg grating 312, which are installed at the optical fiber 300 at a predetermined distance d in one direction of the Bragg grating, and are reflected from the Bragg grating 312. An optical fiber sensor probe 310 comprising: a mirror 314 reflecting the transmitted light to induce interference of the light; 상기 브래그 격자(312)로부터 반사된 제 1반사빛 및 상기 미러(314)로부터 반사된 제 2반사빛의 상호 간섭으로 생성되는 혼합 빛과 상기 광원(330)에서 조사되는 상기 조사 빛을 결합하고 상기 혼합 빛과 상기 조사 빛에 대응하는 각각의 전기신호를 출력하는 교차연결수단(320); 및Combining the mixed light generated by the mutual interference of the first reflected light reflected from the Bragg grating 312 and the second reflected light reflected from the mirror 314 and the irradiation light irradiated from the light source 330 and the Cross connection means 320 for outputting respective electric signals corresponding to the mixed light and the irradiated light; And 상기 혼합 빛에 대응하는 상기 전기신호를 수신하여 상기 혼합 빛을 분석하고 상기 피측정물(350)의 온도 및 하중에 기초한 변형률을 산출하는 광스펙트럼 분석기(340);를 포함하고,And an optical spectrum analyzer 340 which receives the electric signal corresponding to the mixed light and analyzes the mixed light and calculates a strain based on the temperature and the load of the object 350. 상기 광섬유 센서 탐촉자(310)는 상기 이격된 일정 거리(d)만큼의 상기 광섬유 부분을, 상기 피측정물(350)의 하중에 기초한 변형률을 측정하기 위한 광섬유 본딩부로 갖는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템.The optical fiber sensor transducer 310 has a Bragg grating, characterized in that the optical fiber portion as the optical fiber bonding portion for measuring the strain based on the load of the measurement object 350 by the distance (d) spaced apart; Optical fiber sensor system using Fabry Faro interference. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 광원(330)은 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템.The light source (330) is an optical fiber sensor system using a Bragg grating and Fabry Faro interference, characterized in that the light emitting diode. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 광섬유 센서 탐촉자(310)는, 상기 단일의 광섬유(300) 및 상기 미러(314)를 내부에 가두고 상기 피측정물의 표면에 접착 가능한 패키징(315)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템.The optical fiber sensor probe 310, Bragg grating characterized in that it further comprises a packaging (315) for confining the single optical fiber 300 and the mirror 314 inside and adhesive to the surface of the object to be measured and Optical fiber sensor system using Fabry Faro interference. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 교차연결수단(320)은 옵티컬 커플러인 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템.The cross-connecting means 320 is an optical coupler, the optical fiber sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 이격된 일정 거리(d)는 가간섭 길이 이하로서, 다음의 수학식The spaced distance d is equal to or less than the interference length, and the following equation
Figure 112009062896116-PAT00073
Figure 112009062896116-PAT00073
 (
Figure 112009062896116-PAT00074
Figure 112009062896116-PAT00075
는 광원의 조사 빛의 스펙트럼 선폭이고,
Figure 112009062896116-PAT00076
0는 광원의 기본 파장이며 n은 광섬유 코어의 유효 굴절률이며, d는 브래그 격자와 미러가 이격된 일정 거 리)(
Figure 112009062896116-PAT00074
Figure 112009062896116-PAT00075
Is the spectral linewidth of the irradiation light of the light source,
Figure 112009062896116-PAT00076
0 is the fundamental wavelength of the light source, n is the effective refractive index of the fiber core, and d is the distance between the Bragg grating and the mirror) 에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템.Optical fiber sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference, characterized in that determined by. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 광스펙트럼 분석기(340)는, 다음의 수학식The optical spectrum analyzer 340, the following equation
Figure 112009062896116-PAT00077
Figure 112009062896116-PAT00077
 (
Figure 112009062896116-PAT00078
는 광섬유 본딩부의 길이 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00079
는 온도에 따른 브래그 파장의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00080
는 피측정물의 온도의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00081
는 피측정물의 변형률이며,
Figure 112009062896116-PAT00082
은 변형률-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00083
는 변형률-브래그 파장 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00084
은 온도-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00085
는 온도-브래그파장 변환 계수)(
Figure 112009062896116-PAT00078
Is the change in length of the optical fiber bonding portion,
Figure 112009062896116-PAT00079
Is the amount of change in Bragg wavelength with temperature,
Figure 112009062896116-PAT00080
Is the change in temperature of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00081
Is the strain of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00082
Is the strain-displacement coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00083
Is the strain-bragg wavelength conversion factor,
Figure 112009062896116-PAT00084
Is the temperature-displacement conversion coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00085
Is the temperature-bragg wavelength conversion factor) 에 의해 상기 온도 및 상기 변형률을 동시에 구하는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템.The optical fiber sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference characterized by simultaneously obtaining the temperature and the strain. 광원(330)으로부터 광대역 파장대의 빛이 단일의 광섬유(300)에 새겨지고 그 새겨진 부위가 피측정물(350)에 접한 브래그 격자(312)에 조사되는 단계(S100);A step in which the light of the broadband wavelength band from the light source 330 is engraved on a single optical fiber 300 and the engraved portion is irradiated to the Bragg grating 312 in contact with the object to be measured 350 (S100); 상기 조사된 빛 중 브래그 파장대 빛이 상기 브래그 격자(312)로부터 반사되는 제 1반사단계(S110);A first reflection step (S110) in which the Bragg wavelength band light of the irradiated light is reflected from the Bragg grating 312; 상기 조사된 빛 중 상기 브래그 격자(312)를 통과한 투과 빛이 상기 브래그 격자(312)로부터 일정 거리 이격되어 위치하며, 상기 피측정물(350)에 고정되는 광섬유 본딩부의 연장선에 설치된 미러(314)로부터 반사되는 제 2 반사단계(S120);Of the irradiated light, the transmitted light passing through the Bragg grating 312 is located at a predetermined distance from the Bragg grating 312, and is provided on a mirror 314 provided on an extension line of the optical fiber bonding part fixed to the measurement object 350. A second reflection step (S120) reflected from; 상기 반사된 브래그 파장대 빛과 상기 반사된 투과 빛이 상호 간섭으로 혼합 빛을 생성하는 단계(S130);Generating reflected light by the reflected Bragg wavelength band light and the reflected transmitted light by mutual interference (S130); 상기 혼합 빛이 교차연결수단(320)을 통해 전기신호를 출력하는 단계(S140); 및The mixed light outputs an electrical signal through the cross connection means 320 (S140); And 광스펙트럼 분석기(340)가 상기 전기신호를 분석하여 상기 피측정물(350)의 온도 및 하중에 기초한 변형률을 산출하는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템의 센싱방법.The optical spectrum analyzer 340 analyzes the electrical signal to calculate a strain based on the temperature and the load of the measured object 350 (S150); and using Bragg grating and Fabry Faro interference. Sensing method of fiber optic sensor system. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 이격된 일정 거리(d)는 가간섭 길이 이하로서, 다음의 수학식The spaced distance d is equal to or less than the interference length, and the following equation
Figure 112009062896116-PAT00086
Figure 112009062896116-PAT00086
 (
Figure 112009062896116-PAT00087
Figure 112009062896116-PAT00088
는 광원의 조사 빛의 스펙트럼 선폭이고,
Figure 112009062896116-PAT00089
0는 광원의 기본 파장이며 n은 광섬유 코어의 유효 굴절률이며, d는 브래그 격자와 미러가 이격된 일정 거리)(
Figure 112009062896116-PAT00087
Figure 112009062896116-PAT00088
Is the spectral linewidth of the irradiation light of the light source,
Figure 112009062896116-PAT00089
0 is the fundamental wavelength of the light source, n is the effective refractive index of the fiber core, and d is the distance the Bragg grating is from the mirror. 에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템의 센싱방법.Sensing method of the optical fiber sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference characterized in that determined by. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 변형률 산출단계(S150)는, 상기 광스펙트럼 분석기(340)가 다음의 수학식The strain calculation step (S150), the optical spectrum analyzer 340 is the following equation
Figure 112009062896116-PAT00090
Figure 112009062896116-PAT00090
 (
Figure 112009062896116-PAT00091
는 광섬유 본딩부의 길이 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00092
는 온도에 따른 브래그 파장의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00093
는 피측정물의 온도의 변화량,
Figure 112009062896116-PAT00094
는 피측정물의 변형률이며,
Figure 112009062896116-PAT00095
은 변형률-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00096
는 변형률-브래그 파장 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00097
은 온도-변위 변환계수,
Figure 112009062896116-PAT00098
는 온도-브래그파장 변환 계수)(
Figure 112009062896116-PAT00091
Is the change in length of the optical fiber bonding portion,
Figure 112009062896116-PAT00092
Is the amount of change in Bragg wavelength with temperature,
Figure 112009062896116-PAT00093
Is the change in temperature of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00094
Is the strain of the measured object,
Figure 112009062896116-PAT00095
Is the strain-displacement coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00096
Is the strain-bragg wavelength conversion factor,
Figure 112009062896116-PAT00097
Is the temperature-displacement conversion coefficient,
Figure 112009062896116-PAT00098
Is the temperature-bragg wavelength conversion factor) 에 의해 상기 온도 및 상기 변형률을 동시에 구하는 것을 특징으로 하는 브 래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 시스템의 센싱방법.Sensing method of the optical fiber sensor system using Bragg grating and Fabry Faro interference characterized by simultaneously obtaining the temperature and the strain.
KR1020090097618A 2009-10-14 2009-10-14 Probe using bragg grating and fabry perot interferometer, fiber sensor system and sensing method thereof KR101113778B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090097618A KR101113778B1 (en) 2009-10-14 2009-10-14 Probe using bragg grating and fabry perot interferometer, fiber sensor system and sensing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090097618A KR101113778B1 (en) 2009-10-14 2009-10-14 Probe using bragg grating and fabry perot interferometer, fiber sensor system and sensing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110040380A true KR20110040380A (en) 2011-04-20
KR101113778B1 KR101113778B1 (en) 2012-02-27

Family

ID=44046756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090097618A KR101113778B1 (en) 2009-10-14 2009-10-14 Probe using bragg grating and fabry perot interferometer, fiber sensor system and sensing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101113778B1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107014691A (en) * 2017-04-01 2017-08-04 天津大学 A kind of chip bonding strength meter and method
CN113311189A (en) * 2021-05-25 2021-08-27 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 Diffraction type silicon light acceleration sensor preparation process and obtained sensor
CN114234833A (en) * 2021-12-28 2022-03-25 上海市质量监督检验技术研究院 Optical fiber strain sensor stretching calibration device and calibration method
CN114777836A (en) * 2022-03-10 2022-07-22 吉林大学 Optical fiber high-temperature stress sensor based on yttrium aluminum garnet crystal derived optical fiber and preparation method thereof
CN115290925A (en) * 2022-07-12 2022-11-04 厦门大学 High-sensitivity fluid flow velocity optical measurement sensor and measurement method
CN115444407A (en) * 2022-09-02 2022-12-09 嘉兴学院 Physiological information monitoring device based on optical fiber sound wave sensing

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018220413A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 Arcelormittal Method for determining deformation, and associated equipment

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2005225034B2 (en) * 2005-10-18 2011-08-11 The Australian National University Interferometric sensor
JP2008185384A (en) 2007-01-29 2008-08-14 Institute Of National Colleges Of Technology Japan High accuracy sensing system using fbg fabry-perot type super-narrow bandwidth optical filter

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107014691A (en) * 2017-04-01 2017-08-04 天津大学 A kind of chip bonding strength meter and method
CN113311189A (en) * 2021-05-25 2021-08-27 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 Diffraction type silicon light acceleration sensor preparation process and obtained sensor
CN114234833A (en) * 2021-12-28 2022-03-25 上海市质量监督检验技术研究院 Optical fiber strain sensor stretching calibration device and calibration method
CN114234833B (en) * 2021-12-28 2023-07-25 上海市质量监督检验技术研究院 Optical fiber strain sensor stretching calibration device and calibration method
CN114777836A (en) * 2022-03-10 2022-07-22 吉林大学 Optical fiber high-temperature stress sensor based on yttrium aluminum garnet crystal derived optical fiber and preparation method thereof
CN114777836B (en) * 2022-03-10 2023-12-05 吉林大学 Optical fiber high-temperature stress sensor based on yttrium aluminum garnet crystal derived optical fiber and preparation method thereof
CN115290925A (en) * 2022-07-12 2022-11-04 厦门大学 High-sensitivity fluid flow velocity optical measurement sensor and measurement method
CN115444407A (en) * 2022-09-02 2022-12-09 嘉兴学院 Physiological information monitoring device based on optical fiber sound wave sensing

Also Published As

Publication number Publication date
KR101113778B1 (en) 2012-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10234346B2 (en) Serial weak FBG interrogator using pulses of differing wavelengths
KR101113778B1 (en) Probe using bragg grating and fabry perot interferometer, fiber sensor system and sensing method thereof
Kersey et al. Fiber grating sensors
US7889332B2 (en) Physical quantity measuring apparatus utilizing optical frequency domain reflectometry, and method for simultaneous measurement of temperature and strain using the apparatus
JP5413931B2 (en) OPTICAL FIBER SENSOR HAVING OPTICAL MARKING PART FOR LOCATION OF OPTICAL FIBER, MEASURING METHOD OF OPTICAL FIBER SENSOR, AND OPTICAL FIBER SENSOR DEVICE
JP5232982B2 (en) OPTICAL FIBER SENSOR HAVING OPTICAL MARKING PART FOR LOCATION OF OPTICAL FIBER, MEASURING METHOD OF OPTICAL FIBER SENSOR, AND OPTICAL FIBER SENSOR DEVICE
KR101724828B1 (en) Fiber Optic Interferometric Sensor with FBG for Simultaneous Measurement of Sound, Vibration and Temperature and Method for Sensing thereof
JP5150445B2 (en) Optical fiber sensor device, temperature and strain measurement method, and optical fiber sensor
KR101209627B1 (en) Optical fiber sensor system using an optical spectrometer
EP2259037A2 (en) Fiber bragg grating devices utilizing slow light
JP5894993B2 (en) Slow light fiber Bragg grating sensor
CN108139284B (en) Optical fiber pressure sensor and method
US11391645B2 (en) Birefringent multi-peak optical reference element and birefringent sensor system
Igawa et al. Distributed measurements with a long gauge FBG sensor using optical frequency domain reflectometry (1st report, system investigation using optical simulation model)
Mohammed et al. Design and implementation tunable band pass filter based on PCF-air micro-cavity FBG fabry-perot resonator
CN111537010A (en) OTDR-based F-P interference type sensing head multi-point measurement method and device
KR100666379B1 (en) Optical fiber Bragg grating structure and apparatus of measuring deformation of structure and method thereof
Maul et al. Sensing of surface strain with flexible fiber Bragg strain gages
KR20110043834A (en) Demodulation system for fbg sensors using linearly arrayed photodetectors with optical dispersion devices
Liu et al. Fiber-Bragg-grating cavity sensor interrogated with a self-seeded Fabry-Perot laser diode
Suzaki Introduction of FBG sensors and their application to structural health monitoring
Pattnaik et al. Novel optical MEMS pressure sensor based on tilted gratings
Li et al. FBG sensing temperature characteristic and application in oil/gas down-hole measurement
Xiaohang et al. A hybrid design of temperture-strain dual-parameter sensing based on sampled fiber grating
JP2003254835A (en) Method and instrument for measuring wavelength

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150130

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170106

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee