KR20110115395A - 선체구조 동적계측용 복합형 계측기 - Google Patents

선체구조 동적계측용 복합형 계측기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선체구조 동적계측용 복합형 계측기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부의 가변 광원(Tunable Light Source:TLS)과 연동할 통신 라인과 광학 포트를 구비하여 외부 전기식 계측 장비와 연동기능을 갖는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기는 프로세서와; 상기 프로세서에 연결된 광센서 측정부와; 상기 프로세서에 연결된 전기식 센서 측정부와; 상기 프로세서에 연결된 검정 및 교정 연결부 및; 상기 프로세서에 연결된 외부 장비 연결부 및 시간 정보 동기 연결부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기에는 외부 가변 광원을 연결할 수 있으며, 외부 장비 연결부가 장착되어 있기에, 파장 측정에러에 대한 검정 및 교정을 할 수 있으며, 파장 측정치의 정확성을 외부로 연결한 별도의 검정 및 교정 장비로 측정할 수 있으며; 전기식 센서 측정장치와 연동할 수 있으며; 전기식 센서의 신호와 광섬유 센서의 신호를 함께 측정할 수 있으며; 동기화한 측정신호의 정확한 시간을 측정하기위한 타임태그의 방편으로 예로 GPS, CDMA, GSM module과의 연동으로, 측정시간을 일체화 할 수 있다. 제어전압과 필터의 선택 파장이 완전한 선형성을 가질 수 있다. 또한 인터로게이터의 내부에 제어 알고리즘까지 적용할 수 있어서, 다양한 제어장치를 연결하여, 제어기능을 구현할 수 있다.

Description

선체구조 동적계측용 복합형 계측기{SHIP STRUCTURE DYNAMIC MEASURING INSTRUMENT}
본 발명은 선체구조 동적계측용 복합형 계측기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부의 가변 광원(Tunable Light Source:TLS)과 연동할 통신 라인과 광학 포트를 구비하여 외부 전기식 계측 장비와 연동기능을 갖는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기에 관한 것이다.
일반적으로, 광섬유 격자 센서의 측정원리는 다음과 같다.
광섬유 격자는 일반 광섬유와 다르게 코어에 종방향으로 일정 간격마다 굴절율의 변화를 주어 특정 파장의 빛을 반사하는 특징이 있다. 이 반사파장은 온도와 격자의 간격에 의해 결정되는 특성이 있다. 광섬유 격자가 특정한 물리량의 변화에 의해 파장값이 변하도록 패키지를 하면 센서로 사용될 수 있다.
광섬유 격자 센서의 측정은 반사광의 중심파장 값으로 측정한다. 광섬유 격자 센서의 반사파장을 측정하는 방법에는 크게 2가지 방법이 있다. 첫 번째 방법은 넓은 파장범위를 갖는 광대역 광원(Broad Band Source)을 광섬유 격자에 연결하고 되돌아오는 빛을 광학 스펙트럼 분서기(Optical Spectrum Analyzer:OSA)에서 분석하는 방법이 있다. 이 방법에선, 반사광을 광학 스펙트럼 분석기에 연결하기 위해서 광원과 광섬유 격자 사이에 2 x 1 광결합기가 연결되고 반사광이 광학 스펙트럼 분석기에 들어가도록 연결한다. 두 번째 방법은 가변 광원을 광원으로 사용하고 광학 스펙트럼 분석기 대신에 광량만을 측정할 수 있는 광전 변환기(Photo Diode Module:PDM)를 연결하고 가변 광원(Tunable Laser Source)의 출력 파장의 변화에 따른 반사광량을 분석하면 광섬유 격자의 반사광의 중심파장을 측정할 수 있다.
가변 광원을 사용하는 방법은 광학 스펙트럼 분석기를 사용하는 방법에 비교했을 때, 광원을 광결합기로 분할하면 복수의 광섬유 케이블을 동시에 연결하여 측정할 수 있다는 장점이 있다. 다채널 광센서 케이블 연결이 가능한 장점 때문에 대부분의 광섬유 격자의 인터로게이터(Interrogator)들은 가변 광원 방식을 사용한다. 따라서, 인터로게이터의 성능은 가변 광원의 성능에 따라 결정된다고 볼 수 있다.
가변 광원을 사용한 광섬유 격자 센서 측정 방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.
가변 광원은 파장을 선택할 수 있는 광원으로 제어 신호에 따라 출력 광원의 파장이 변화하며 선택된 파장 이외의 파장에서는 출력이 없으며, 선택가능 파장 범위에는 모델별, 부품별 특성에 의해 한계가 있다.
광섬유 격자 센서 반사파장을 측정하기 위해서 가변 광원에 제어 신호를 주어 선택 가능 최저 파장에서 최고 파장까지 스윕(Sweep)을 시킨다. 이때 광전 변환기로 반사되어 돌아오는 광량을 가변 광원의 선택파장과 함께 취득하여 신호처리 장치에 축적한다. 1회 스윕에 대해 축적된 데이터는 파장 스윕 범위 안에서 파장별 반사광량의 강도를 나타내는 파형이 된다. 이 파형에서 광섬유 격자로 인정할 수 있는 특정 조건(임계레벨(예:>-20dBm), 대역폭(예:>50pm))을 만족하는 피크의 중심 파장을 찾아(피크 검출이라 함), 광섬유 격자 센서 반사광의 중심파장으로 인정한다. 이렇게 측정된 파장값은 광섬유 격자 센서 제조자가 만들어 주는 변환공식을 거쳐서 센서의 물리량 값으로 표현된다.
이러한 형태의 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기를 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다
첨부된 도 1은 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 구성도이며, 도 2는 도 1의 도 1의 광섬유 격자 인터로게이터의 구성도이며, 도 3은 도 2의 인터로게이터에 사용된 가변 필터에 의한 비선형 스윕신호 파장 도시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 광섬유 격자는 프로세서(10)와, 광센서 측정부(20)로 구성된다.
여기서, 상기 광센서 측정부(20)는 상기 프로세서(10)와 연결된 내부의 가변 전원(21)과, 상기 내부의 가변 전원(21)과 연결된 광섬유 격자 센서(22)와, 상기 내부의 가변 전원(21)과 상기 광섬유 격자 센서(22) 간에 위치되어 상기 내부의 가변 전원(21)과 가변 필터(23)를 결합시키는 광결합기A(24-1)와, 상기 내부의 가변 전원(21)과 상기 광섬유 격자 센서(22) 간에 위치되어 상기 내부의 가변 전원(21)과 포토 다이오드(Photo Diode;PD; 25-2)를 결합시키는 광결합기B(24-2)와, 상기 가변 필터(23)에 연결된 포토 다이오드(25-1) 및, 상기 포토 다이오드(25-1, 25-2)에 각각 연결되고 상기 프로세서에 연결된 2개의 아날로그-디지털 컨버터(ADC; 26-1, 26-2)로 구성된다.
일반적인 다른 계측장치에서와 같이, 유저가 희망하는 고 정확도의 측정 데이터를 제공하기 위한 정기적인 검정 및 교정을 필요로 하나, 이러한 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기는 파장 측정에러에 대한 보정 및 교정 기능이 없어, 데이터 신뢰성 확보가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 파장 측정치의 정확성을 외부로 연결한 별도의 검정 및 교정 장비로 측정할 수 없다는 문제점이 있다(즉, 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 인터로게이터는 검정 및 교정을 위해선 제품 내에 장착된 부품인 참조 광학 필터(Reference Optical Filter:ROF)을 분해해 파장특성(반사 또는 투과 파장)을 측정해야 한다).
또한, 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기는 현재 광범위하게 보편적으로 사용되는 전기식 센서 측정장치와 연동을 할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기는 전기식 센서의 신호와 광섬유 센서의 신호를 함께 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
덧붙여, 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 인터로게이터에서 광섬유 격자 센서의 반사광을 파장영역에서 분리하기 위해 광원 측 또는 포토 다이오드 측에서 파장을 선택할 수 있는 가변 필터를 사용하는데, 인터로게이터에서 사용하는 가변 필터는 인가되는 제어전압에 비례하여 필터를 통과하는 빛의 파장을 조정하여 준다. 여기서, 이 제어전압과 필터의 선택파장은 어느 정도 비례관계는 있지만 완벽히 선형하지 않다. 이러한 특성은 가변 필터의 종류, 스윕속도, 파장범위에 따라 다른데, 제어기가 선형한 스윕신호를 제공해도 선형한 파장스윕을 형성하지 못하는 문제점이 있다. 여기서, 선형하지 못한 파장스윕은 파장대역별 가변 광원의 출력광량, 포토 다이오드 신호의 샘플링 포인트 수에 차이를 발생시켜 파장 대역별 센서의 측정 데이터 품질에도 차이를 발생시킨다(도 3 참조).
기존의 인터로게이터는 이러한 문제를 줄이기 위하여 비선형 문제가 가능한 적은 필터를 쓰거나 스윕범위, 스캔속도를 제한하는 등의 방법으로 이 문제를 최소화하였으나, 시장의 요구는 보다 넓은 파장범위, 더 빠른 스캔속도, 보다 경쟁력 있는 가격, 더 정밀한 측정결과를 요구하고 있고, 이러한 기능을 구현하기 위해서 보다 선형한 파장스윕이 필요하나, 문제가 없는 가변 필터는 매우 고가이거나 종류나, 구조에 따라서 구할 수 없을 수도 있다.
종래의 기술은 광섬유 인터로게이터를 이용하여 측정된 결과를 이용하여 제어를 하기 위해서는 제어장치와 통신 포트를 이용하여 데이터를 전송해주는 형태를 가지고 있다. 즉, 센서에서 측정된 결과를 제어장비내의 프로세서로 신호를 전송하여, 일정한 알고리즘, 제어 신호를 발생하여, 이에 따라서 모터 또는 유압장치 신호를 전달하는 형태로 구성된다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 파장 측정에러에 대한 검정 및 교정 기능이 있으며; 파장 측정치의 정확성을 외부로 연결한 별도의 검정 및 교정 장비로 측정할 수 있으며; 전기식 센서 측정장치와 연동할 수 있으며; 전기식 센서의 신호와 광섬유 센서의 신호를 함께 측정할 수 있으며; 제어전압과 필터의 선택 파장이 완전한 선형성을 갖는 검정 및 교정 기능을 가진 광섬유 격자 센서 측정 계측기를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기는 프로세서와; 상기 프로세서에 연결된 광센서 측정부와; 상기 프로세서에 연결된 전기식 센서 측정부와; 상기 프로세서에 연결된 검정 및 교정 연결부 및; 상기 프로세서에 내부 광원 back-up용 장비의 연결부 및; 상기 프로세서에 연결된 외부 장비 연결부 및; 인터로게이터 내에 제어구동장치를 포함하는 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광센서 측정부는 상기 프로세서와 연결된 디지털 아나로그 컨버터와; 상기 디지털 아나로그 커버터에 연결된 내부의 가변 전원과; 상기 내부의 가변 전원과 연결된 광섬유 격자 센서와; 상기 내부의 가변 전원과 상기 광섬유 격자 센서 간에 위치되어 상기 내부의 가변 전원과 참조 필터를 결합시키는 광결합기A와; 상기 내부의 가변 전원과 상기 광섬유 격자 센서 간에 위치되어 상기 내부의 가변 전원과 포토 다이오드를 결합시키는 광결합기B와; 상기 참조 필터에 연결된 포토 다이오드 및; 상기 포토 다이오드에 각각 연결되고 상기 프로세서에 연결된 2개의 아날로그-디지털 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기식 센서 측정부(30)는 전기식 스트레인 센서(31)와; 전기식 LVDT 센서(32)와; 전기식 온도센서(33)와; 전기식 가속도계 센서(34)와; 상기 전기식 스트레인 센서(31)에 연결된 전기식 스트레인 센서용 신호 조절기(31-1)와; 상기 전기식 LVDT 센서(32)에 연결된 전기식 LVDT 센서용 신호 조절기(32-1)와; 상기 전기식 온도센서(33)에 연결된 전기식 온도센서용 신호 조절기(33-1)와; 상기 전기식 가속도계 센서(34)에 연결된 전기식 가속도계 센서용 신호 조절기(34-1) 및; 상기 전기식 스트레인 센서용 신호 조절기(31-1)와, 상기 전기식 LVDT 센서용 신호 조절기(32-1)와, 상기 전기식 온도센서용 신호 조절기(33-1) 및 상기 전기식 가속도계 센서용 신호 조절기(34-1)에 각각 연결되고 상기 프로세서(10)에 연결되는 4개의 아날로그-디지털 컨버터(35-1, 35-2, 35-3, 35-4)로 구성된다.
또한, 상기 전기식 센서 측정부는 전기식 스트레인 센서와; 전기식 LVDT 센서와; 전기식 온도센서와; 전기식 가속도계 센서와; 상기 전기식 스트레인 센서에 연결된 전기식 스트레인 센서용 신호 조절기와; 상기 전기식 LVDT 센서에 연결된 전기식 LVDT 센서용 신호 조절기와; 상기 전기식 온도센서에 연결된 전기식 온도센서용 신호 조절기와; 상기 전기식 가속도계 센서에 연결된 전기식 가속도계 센서용 신호 조절기 및; 상기 전기식 스트레인 센서용 신호 조절기와, 상기 전기식 LVDT 센서용 신호 조절기와, 상기 전기식 온도센서용 신호 조절기 및, 상기 전기식 가속도계 센서용 신호 조절기에 각각 연결되고 상기 프로세서에 연결되는 4개의 아날로그-디지털 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검정 및 교정 연결부는 상기 프로세서와 광결합기A 간에 연결된 외부 가변 광원을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부 장비 연결부는 상기 프로세서와 연결된 트리거 입력/출력 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 센서 측정부와 상기 전기식 센서 측정부는 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트리거 입력/출력 장치는 트리거 신호와 샘플링 신호를 주고 받을 수 있는 각각의 입력/출력 단자가 설치되어, 전기식 계측장비와 광센서 계측기를 동일 시점에 샘플링하여, 각각의 계측기에서 측정된 데이터를 분석할 때 동일 시점에 측정된 데이터를 매칭시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 타계측 장비와 동기화하여 실시간 및 우시간의 구조 및 누적 피로 해석 등의 다양한 활용을 위하여 측정된 신호의 정확한 시간을 알기 위해서, GPS 및 CDMA, GSM 모듈 등에서 신호정보를 축출하여 측정시간을 정확하게 동기를 맞출 수 있도록 하는 기능을 가지고 있다.
또한, 다양한 응용분야에서 제어를 하기 위하여 인터로게이터를 통하여 받은 결과값을 이용하여 제어 장비에서 신호처리 하여 제어 신호를 모터 또는 유압장치에 신호를 전달하게 되는데 이러한 기능을 인터로게이터의 내부에서 신호처리 및 제어 신호를 발생하여 모터 또는 유압장치를 제어 하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기에는 외부 가변 광원을 연결할 수 있으며, 외부 장비 연결부가 장착되어 있기에, 파장 측정에러에 대한 검정 및 교정을 할 수 있으며, 파장 측정치의 정확성을 외부로 연결한 별도의 검정 및 교정 장비로 측정할 수 있으며; 전기식 센서 측정장치와 연동할 수 있으며; 전기식 센서의 신호와 광섬유 센서의 신호를 함께 측정할 수 있으며; 제어전압과 필터의 선택 파장이 완전한 선형성을 갖는다는 이점이 있다.
도 1은 종래의 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 구성도.
도 2는 도 1의 광섬유 격자 인터로게이터의 구성도.
도 3은 도 2의 인터로게이터에 사용된 가변 필터에 의한 비선형 스윕신호 파장 도시도.
도 4는 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기의 구성도.
도 5는 도 3의 가변 광원 내부의 구성 및 가변 필터의 디지털-아날로그 컨버터의 상세도.
도 6은 도 3의 광섬유 격자 인터로게이터의 구성도.
도 7은 도 3의 인터로게이터에 사용된 에탈론 필터에 의한 선형 스윕신호 파장 도시도.
도 8은 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기의 에탈론 필터 반사파장 보정 예 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기의 에탈론 기준 피크 검색 그래프.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기를 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.
도 4는 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기의 구성도이며, 도 5는 도 3의 가변 광원 내부의 구성 및 가변 필터의 디지털-아날로그 컨버터의 상세도이다. 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical amplifier)와 Fabry-perot tunable filter 및 Isolator 그리고 광결합기를 이용한 Ring laser를 구성하였다. SOA에서 생성된 빛은 필터를 통하여 특정한 빛을 발생하여, 광결합기를 통하여 순환하는 구조를 가지며, 이렇게 발생된 빛은 SOA를 통하여 증폭되어, 고출력의 광원으로 사용할 수 있다. 이러한 구조로 만들어 낸 광원은 파장 가변 대역이 넓고, 높은 광 출력을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 발생된 광신호의 파장을 가변할 수 있는 DAC 신호를 가지고 있다. 여기서 Fabry-perot tunable filter 및 SOA의 온도 안정화를 위하여 thermistor와 TEC를 이용하여 온도 제어를 수행한다.
도 6은 도 3의 광섬유 격자 인터로게이터의 구성도이며, 도 7은 도 3의 인터로게이터에 사용된 에탈론 필터에 의한 선형 스윕신호 파장 도시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 검정 및 교정 기능을 가진 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 에탈론 필터 반사파장 보정 예 그래프이며, 도 9는 본 발명에 따른 검정 및 교정 기능을 가진 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 에탈론 기준 피크 검색 그래프이다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기는 프로세서(10)와, 광센서 측정부(20)와, 전기식 센서 측정부(30)와, 검정 및 교정 연결부(40) 및, 외부 장비 연결부(50)로 구성된다.
여기서, 상기 광센서 측정부(20)는 상기 프로세서(10)와 연결된 디지털 아나로그 컨버터(DAC; 27)와, 상기 디지털 아나로그 커버터(27)에 연결된 내부의 가변 전원(21)과, 상기 내부의 가변 전원(21)과 연결된 광섬유 격자 센서(22)와, 상기 내부의 가변 전원(21)과 상기 광섬유 격자 센서(22) 간에 위치되어 상기 내부의 가변 전원(21)과 참조 필터(28)를 결합시키는 광결합기A(24-1)와, 상기 내부의 가변 전원(21)과 상기 광섬유 격자 센서(22) 간에 위치되어 상기 내부의 가변 전원(21)과 포토 다이오드(Photo Diode;PD; 25-2)를 결합시키는 광결합기B(24-2)와, 상기 참조 필터(28)에 연결된 포토 다이오드(25-1) 및, 상기 포토 다이오드(25-1, 25-2)에 각각 연결되고 상기 프로세서에 연결된 2개의 아날로그-디지털 컨버터(ADC; 26-1, 26-2)로 구성된다.
또한, 상기 전기식 센서 측정부(30)는 전기식 스트레인 센서(31)와; 전기식 LVDT 센서(32)와; 전기식 온도센서(33)와; 전기식 가속도계 센서(34)와; 상기 전기식 스트레인 센서(31)에 연결된 전기식 스트레인 센서용 신호 조절기(31-1)와; 상기 전기식 LVDT 센서(32)에 연결된 전기식 LVDT 센서용 신호 조절기(32-1)와; 상기 전기식 온도센서(33)에 연결된 전기식 온도센서용 신호 조절기(33-1)와; 상기 전기식 가속도계 센서(34)에 연결된 전기식 가속도계 센서용 신호 조절기(34-1) 및; 상기 전기식 스트레인 센서용 신호 조절기(31-1)와, 상기 전기식 LVDT 센서용 신호 조절기(32-1)와, 상기 전기식 온도센서용 신호 조절기(33-1) 및 상기 전기식 가속도계 센서용 신호 조절기(34-1)에 각각 연결되고 상기 프로세서(10)에 연결되는 4개의 아날로그-디지털 컨버터(35-1, 35-2, 35-3, 35-4)로 구성된다.
또한, 상기 검정 및 교정 연결부(40)는 상기 프로세서(10)와 광결합기A(24-1) 간에 연결된 외부 가변 광원(41)을 구비한다.
또한, 상기 외부 장비 연결부(50)는 상기 프로세서(10)와 연결된 트리거 입력/출력 장치(51)를 구비한다.
여기서, 상기 광 센서 측정부(20)와 상기 전기식 센서 측정부(30)는 독립적으로 작동한다.
여기서, 시간정보가 포함된 국제 표준화한 통신 프로토콜을 활용하여 측정된 데이터의 정확한 시간을 알기위해서 GPS,GSM, CDMA 모듈에서 지원하는 시간 정보를 이용하여, 각 국가의 표준시로 데이터를 저장하여, 분석시 정확한 근거자료로 사용하며, 여러 종류의 센서 측정장비와 데이터를 공유할 때에 중요한 요소 기술로 사용할 수있다. 본 특허내에서 GPS,GSM, CDMA 모듈과 연동할 수 있는 장비 연동기능이 중요한 요소이다.
이러한 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기의 세부 동작을 살펴보면, 상기 광센서 측정부(20)는 프로세서(10)가 제어하는 디지털-아날로그 컨버터(27)에 의해 내부 가변 광원(21)의 파장의 변화가 발생하고, 발생된 파장의 변화가 광결합기(24-1, 24-2)를 거처 광섬유 격자 센서(22)로 전달된다. 상기 광섬유 격자 센서(22)는 후방으로 특정한 파장을 전달하는데, 이 특정한 파장이 센서용 포토 다이오드(25-2)에 전달되어 측정된다.
한편 상기 가변 광원(21)에서 발생한 광은 내부의 참조 필터(23)를 통하여, 포토 다이오드(25-1)에 전달되어, 가변 광원의 파장이 측정된다. 이렇게 측정된 광학신호는 포토 다이오드(25-1, 25-2)로 수광하여 전기신호로 변환되고, 아날로그-디지털 컨버터(26-1, 26-2)를 이용하여 디지털 신호로 변환되어 프로세서(10)에서 파장값이 환산된다. 여기서 1년 또는 그 이상의 주기로 광센서 측정부(20)의 정상적인 파장 측정여부를 위해 외부의 광 검정 및 교정장치(도시되지 않음)로 상기 가변 광원(21)을 연결하는 단자를 형성하여, 정확한 파장 특성을 확인할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 전기식 센서 측정부(20)는 현재 광범위하게 사용되고 있는 전기식 센서인 스트레인 게이지, LVDT(직선형 가변 차동변압기:Linear Variable Differential Transformer), 온도 센서, 가속도 센서 등을 연결할 수 있도록 신호 정합 장치를 구성한다. 이렇게 측정된 신호는 아날로그-디지털 컨버터(26-1, 26-2)를 이용하여 디지털 신호로 전환되어 프로세서(10)에서 물리적인 값으로 환산된다. 여기서 프로세서(10)는 광 센서 신호와 전기 센서 신호를 모두 환산하여 계산한다.
다음으로 외부 장비 연결부(50)에는 외부 전기식 측정 장비 또는 이 측정 장비와 제어를 위해 연결되는 장비와 동기를 맞춰 줄 수 있는 트리거 입출력 장치(51)를 가지고 있다. 본 발명에 따른 장비와 외부의 장비 간에 동기화하기 위한 트리거 단자(도시되지 않음)를 이용한다.
상기 트리거 입력/출력 장치는 트리거 신호와 샘플링 신호를 주고 받을 수 있는 각각의 입력/출력 단자가 설치되어, 전기식 계측장비와 광센서 계측기를 동일 시점에 샘플링하여, 각각의 계측기에서 측정된 데이터를 분석할 때 동일 시점에 측정된 데이터를 매칭시킴으로써, 장기간 계측을 해도 시간 오차가 발생하지 않는다
다음으로, 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기의 가변 광원 내부의 구성 및 가변 필터의 디지털-아날로그 컨버터에 대해 상세히 살펴보자(도 5 참조).
일반적인 인터로게이터에서 사용하는 가변 광원은 파장선택 전압과 출력 광원의 파장 사이에 비교적 정밀한 비례 관계를 갖고 있지만, 기술적 및 가격적 한계 때문에 사용자들이 요구하는 정밀도를 만족시키는 완벽한 비례관계를 갖지는 못한다.
따라서, 추가적인 정밀도를 확보하기 위하여 센서 채널과 별도로 파장교정을 위해 고정된 파장값을 갖는 참조 채널을 만들어 센서 채널과 동시에 측정한다. 이 참조 채널로서는 에탈론 필터(Etalon Filter)와 가스 셀(Gas Cell) 등을 사용할 수 있다. 그중 참조 필터의 예로 사용되는 에탈론 필터는 가변 광원의 스윕 가능한 전체 파장 범위을 가지며 1nm 이하의 등간격(0.4 또는 0.8nm)을 갖는 다수의 중심 파장을 갖고 있다. 가변 광원으로 스윕 광원을 만들고 센서로부터 반사되어온 반사광량의 측정과 동시에 에탈론 필터도 측정하여, 에탈론 필터의 파장을 기준으로 센서의 반사 파장값을 보간법으로 측정하여 사용자가 원하는 측정 파장값의 정밀도를 확보한다.
그러므로 가변 필터의 전압 대 선택파장의 비례관계가 에탈론 필터의 시작 피크 위치를 잘못 찾을 정도로 크게 변경되지 않으며, 에탈론 필터의 파장값이 이전의 검정/교정 때와 같은 값을 갖는다면, 인터로게이터의 파장값에는 오차가 발생하지 않았다고 볼 수 있다.
결국 인터로게이터의 검정/교정 과정은 에탈론 필터의 파장값, 가변 광원의 스윕 전압과 출력 파장값의 비례관계를 동시에 교정해 주어야 한다.
이하에는 전술된 바와 같은 이러한 에탈론 필터의 파장값을 검정/교정하는 방법과, 인터로게이터 내부 가변 필터의 전압 대 출력 파장값을 검정/교정하는 방법 및 광학 참조 필터에 대해 기재하고자 한다.
1. 에탈론 필터의 투과 파장값 검정/교정 방법
정량적인 출력파장을 선택할 수 있는 범용 가변 광원 장비의 광출력을 에탈론 필터의 입력에 연결하고 에탈론 필터의 출력을 광 파워 미터(Optical Power Meter:OPM)에 연결하여, 측정하려는 파장 범위를 스윕하면서 광파워의 변화값을 파형으로 축적, 파형에 나타난 각각의 에탈론 필터의 피크의 중심파장을 구하면 된다.
2. 인터로게이터 내부 가변 필터의 전압 대 출력 파장값 검정/교정 방법인터로게이터 내부의 에탈론 필터의 반사파장을 검정/교정 한 후, 선정된 반사파장을 갖는 광섬유 격자를 센서 채널에 연결하고, 내부 가변 광원을 사용해 파장 스윕 파형을 취득하면, 광섬유 격자 센서의 파장값을 참조하고 에탈론 필터의 파장 데이터를 참조하여 기준 피크를 파장 스윕 파형에서 찾을 수 있다. 기준 피크를 찾으면 나머지 모든 에탈론 필터의 피크의 파장값을 매칭시킬 수 있다.
이 값들을 참조하면 스윕 전압 대 출력 파장값의 비례관계를 구할 수 있고, 이후 선정된 반사파장을 갖는 광섬유 격자 센서 없이도 기준 에탈론 피크를 찾을 수 있다(도 8 및 도 9 참조; X축 파장, Y축 광파워).
이하, 광학 참조 필터와 관련하여, 내부 가변 광원과 외부 광원을 연결할 수 있는 광학 포트 및 광신호 검출부에 대해 살펴보면, 본 발명에 따른 검정 및 교정 기능을 가진 광섬유 격자 센서 측정 계측기는 광결합기를 이용하여 외부 교정용 광원을 연결할 수 있는 광단자 및 내부의 광원의 온/오프 제어를 통한 파장 검정/교정 단자를 가지고 있다(인터로게이터의 검정/교정은 장비 내부에 가변 광원(파장선택가능 광원)의 선택파장의 정확도를 측정하고 교정하는데, 이 검정/교정을 위해서 이미 신뢰성(검정/교정)이 인증된 범용 가변 광원 장비와 wavelength meter를 인터로게이터와 연동하여 인터로게이터 내부의 가변 광원의 역할을 대신 할 수 있도록 통신포트와 광학단자를 구현해 놓으면 현장에서 장비의 분해 없이 신속히 장비의 검정/교정을 완료할 수 있다. 검정/교정 값은 이미 인증된 가변 광원 및 wavelength meter와 장비 내부의 가변 광원 간에 측정한 파장값의 차이를 참조하여 계산할 수 있다).
또한, 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기는 외부에 특정 파장을 발생할 수 있는 가변 광원을 연결하여, 광섬유 센서 계측기 내에서 측정되는 값과 비교하여, 장비의 안정성, 신뢰성, 파장측정의 오류 등을 측정 및 검정, 교정 기능을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 선체구조 동적계측용 복합형 계측기는 비선형 스윕신호를 보정하여 선형된 파장 스윕을 형성하기 위해, 가변 필터의 비선형한 파장선택 제어특성을 보상할 수 있도록 비선형 스윕신호가 상기 가변 필터에 제어신호로 인가된다. 이 후 가변 필터의 비선형 특성을 보상하기 위해서는 이 필터의 제어신호와 선택파장의 비선형성을 측정해야 한다. 이를 위해서 별도로 제어전압 레벨에 따른 가변 필터의 선택파장을 측정하여야 한다. 이 가변 필터의 선택파장 측정을 위해서 에탈론 필터를 사용하는데, 이 에탈론 필터는 기존의 인터로게이터에서 센서의 피크 위치를 파장값으로 변환할 때 발생하는 오차를 보정하기 위해서 대부분 사용하고 있다. 또한 상기 에탈론 필터는 일정 파장 간격으로 반사파장을 갖고 온도에 대한 변화가 적어 참조로서 쓰이고 있다. 가변 필터에 선형 스윕신호를 인가하면 에탈론 필터의 피크의 위치를 통해서 제어신호 레벨별 가변 필터의 선택파장을 측정할 수 있고, 이 측정값을 응용하여 비선형 보상 스윕신호 패턴을 만들 수 있다. 이렇게 만들어진 비선형 보상 스윕신호를 가변 필터에 인가하면 선형한 파장스윕이 가능하게 된다(도 7 참조)
이러한 방법을 통해서 비선형 보상 스윕신호를 사용하면 선형 파장스윕이 가능하다. 선형 파장스윕이 가능해 지면 파장 대역별 광량, 측정 정밀도가 일정해져서 파장스윕 범위를 넓힐 수 있고 비선형 특성을 갖고 있는 가변 필터를 사용할 수 있어 원가 절감이 가능하다. 그리고 인터로게이터 내부의 에탈론 필터를 사용할 경우 스캔속도별 비선형성을 보상할 수 있어 더 빠른 스캔속도가 가능하며, 온도, 기압, 습도 등의 가변한 환경에 의해 실시간으로 변하는 비선형 특성의 미세 변화도 보상할 수 있다.
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.
10: 프로세서 20; 광 센서 측정부
21: 내부 가변 광원 28: 참조 필터
30: 전기식 센서 측정부 31: 전기식 스트레인 센서
32: 전기식 LVDT 센서 33: 전기식 온도 센서
34: 전기식 가속도계 센서 40: 검정 및 교정 연결부
41: 외부 가변 광원 50: 외부 장비 연결부
51: 트리거 입력/출력 장치

Claims (11)

  1. 프로세서와;
    상기 프로세서에 연결된 광센서 측정부와;
    상기 프로세서에 연결된 전기식 센서 측정부와;
    상기 프로세서에 연결된 내부 TLS back-up부와;
    상기 프로세서에 연결된 검정 및 교정 연결부와;
    상기 프로세서를 이용하여 외부 제어 장치를 이용하는 제어부 및
    상기 프로세서에 연결된 외부 장비 연결부 및 환경외력측정장치와 탱크 및 선적하중 측정장치와 연결되는 시간 정보 동기 연결부로 구성되는 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광센서 측정부는 상기 프로세서와 연결된 디지털 아나로그 컨버터와;
    상기 디지털 아나로그 커버터에 연결된 내부의 가변 전원과;
    상기 내부의 가변 전원과 연결된 광섬유 격자 센서와;
    상기 내부의 가변 전원과 상기 광섬유 격자 센서 간에 위치되어 상기 내부의 가변 전원과 참조 필터를 결합시키는 광결합기A와;
    상기 내부의 가변 전원과 상기 광섬유 격자 센서 간에 위치되어 상기 내부의 가변 전원과 포토 다이오드를 결합시키는 광결합기B와;
    상기 참조 필터에 연결된 포토 다이오드 및;
    상기 다수의포토 다이오드에 각각 연결되고 상기 프로세서에 연결된 다수의 2개 이상의 아날로그-디지털 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기식 센서 측정부는 전기식 스트레인 센서와;
    전기식 LVDT 센서와;
    전기식 온도센서와;
    전기식 가속도계 센서와;
    상기 전기식 스트레인 센서에 연결된 전기식 스트레인 센서용 신호 조절기와;
    상기 전기식 LVDT 센서에 연결된 전기식 LVDT 센서용 신호 조절기와;
    상기 전기식 온도센서에 연결된 전기식 온도센서용 신호 조절기와;
    상기 전기식 가속도계 센서에 연결된 전기식 가속도계 센서용 신호 조절기 및;
    상기 전기식 스트레인 센서용 신호 조절기와, 상기 전기식 LVDT 센서용 신호 조절기와, 상기 전기식 온도센서용 신호 조절기 및, 상기 전기식 가속도계 센서용 신호 조절기에 각각 연결되고 상기 프로세서에 연결되는 4개이상의 아날로그-디지털 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 검정 및 교정 연결부는 상기 프로세서와 광결합기A 간에 연결된 외부 가변 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 외부 장비 연결부는 상기 프로세서와 연결된 트리거 입력/출력 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광 센서 측정부와 상기 전기식 센서 측정부는 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 트리거 입력/출력 장치는 트리거 신호와 샘플링 신호를 주고 받을 수 있는 각각의 입력/출력 단자가 설치되어, 전기식 계측장비와 광센서 계측기를 동일 시점에 샘플링하여, 각각의 계측기에서 측정된 데이터를 분석할 때 동일 시점에 측정된 데이터를 매칭시키는 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  8. 제1항 내지 제7항중 어느 한항에 있어서, Tunable filter의 비선형적인 파장 특성으로 나타나는 간격을 스윕신호 제어하는 DAC 신호를 비선형적 또는 선형 보상 형태로 운용하여, tunable filter의 파장 간격을 등간격 신호로 변환 할 수 있는 기능을 가진 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  9. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 본 발명의 검정 및 교정 기능을 가진 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 구성을 이용하여 다양한 구동 장비들을 연결한 제어 장치로 활용한 모든 방식인 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  10. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 본 발명에 따른 내부 광원이 이상 및 고장 발생시 외부에 연결된 tunable laser 및 wavelength meter를 이용하여, 인터로게이터의 기능을 지속적으로 사용할 수 있도록 구성하여 back-up 기능을 구현 및 연결할 수 있는 제어 장치로 활용한 모든 방식인 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
  11. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 본 발명에 따른 검정 및 교정 기능을 가진 광섬유 격자 센서 측정 계측기의 내부에 프로세서를 이용하여 제어 알고리즘 구현 및 제어용 각종 응용장치를 연결하여 구성을 하며, 다양한 구동 장비들을 연결한 제어 장치로 활용한 모든 방식인 것을 특징으로 하는 선체구조 동적계측용 복합형 계측기.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013154242A1 (ko) * 2012-04-09 2013-10-17 주식회사 싸이트로닉 해양환경의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 및 방법
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WO2013154231A1 (ko) * 2012-04-09 2013-10-17 주식회사 싸이트로닉 계류라인의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 및 방법
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JP2015520061A (ja) * 2012-04-09 2015-07-16 サイトロニク リミテッドＣｙｔｒｏｎｉｑ．， Ｌｔｄ． 海洋構造物の静的及び動的ポジショニングまたはモーション制御システム及び方法
EP2837553A4 (en) * 2012-04-09 2016-06-15 Cytroniq Ltd METHOD AND SYSTEM FOR THE STATIC AND DYNAMIC POSITIONING OR CONTROL OF THE MOVEMENT OF A SHIP CONSTRUCTION
US9776689B2 (en) 2012-04-09 2017-10-03 Cytroniq., Ltd. Method and system for static and dynamic positioning or controlling motion of marine structure
EP4039574A3 (en) * 2012-04-09 2022-08-31 CyTroniQ Ltd. System for static and dynamic positioning or controlling motion of marine structure

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