KR20130124378A - 진동 센서 - Google Patents

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프란시스코 마누엘 모이타 아라유조
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

센서가 센서에 의해 감시될 시스템 내의 구성요소에 고착되도록 적응되는 하우징, 광섬유, 및 막 스프링 조립체를 포함한다. 광섬유는 제 1 위치에 대한 제 2 위치에서 광섬유의 이동으로부터 초래되는 팽창 및 수축을 겪을 수 있는 섬유 브래그 격자를 갖는 감지 부분을 포함한다. 막 스프링 조립체는 막 디스크를 포함하며, 그의 중앙 부분의 이동은 섬유 브래그 격자를 갖는 광섬유의 감지 부분의 팽창 및 수축을 야기하기 위해 제 2 위치에서 광섬유의 대응하는 변위를 야기하며, 팽창 및 수축은 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장의 변화를 일으킨다. 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장은 막 디스크의 중앙 부분의 이동을 측정하는데 사용될 수 있다.

Description

진동 센서 {VIBRATION SENSOR}
본 발명은 진동 센서, 더 구체적으로는 섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating)를 갖는 광섬유를 포함하는 진동 센서에 관한 것이다.
전력 발생의 분야에서 사용되는 전기 발전기는 베이스 본체 내의 슬롯들에 프레스되는 다수의 컨덕터들 또는 고정자 바들, 특히 적층된 고정자 코어 또는 회전자 본체를 갖는 고정자 권선을 포함한다. 이러한 전기 발전기는 매우 비싸고 장기간의 투자를 나타낸다. 그의 고장은 전력 장비 자체를 위험하게 할 뿐만 아니라 수리와 연관되는 정지 시간에 의한 매우 심각한 서비스 감소를 또한 초래할 수 있다.
이러한 상태를 피하기 위해, 진단 시스템들이 결함들의 조기 확인을 위해 개발되어 왔다. 발전기 내의 매우 높은 전압들 때문에, 발전기들을 위한 진단 시스템들은 통상적으로 이들이 높은 전압에 있는 구조물 상에서 사용된다면 지면으로의 아킹(arcing)을 야기할 수 있는 전기 전도 와이어들을 회피하는 센서 기술을 사용한다. 예컨대, 발전기들 내의 감지 신호들은 유리 섬유들과 같은 광학 컨덕터들에 의해 전달된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 하우징, 광섬유, 및 막 스프링 조립체를 포함하는 센서가 제공된다. 하우징은 센서에 의해 감시될 시스템 내의 구성요소에 고착되도록 적응된다. 광섬유는 하우징에 대하여 고정되는 제 1 위치 및 하우징에 대하여 이동 가능한 제 2 위치에서, 제 1 및 제 2 위치들 사이의 광섬유의 감지 부분이 제 1 위치에 대한 제 2 위치에서의 광섬유의 이동으로부터 초래되는 팽창 및 수축을 겪을 수 있도록 하우징 내에 고착된다. 광섬유의 감지 부분은 섬유 브래그 격자를 갖는다. 막 스프링 조립체는 하우징 내에 위치되고 하우징에 대하여 고정되는 고정 부분 및 하우징에 대하여 이동 가능한 중앙 부분을 갖는 막 디스크를 포함한다. 중앙 부분은 중앙 부분의 이동이 섬유 브래그 격자를 갖는 광섬유의 감지 부분의 팽창 및 수축을 야기하기 위해 제 2 위치에서 광섬유의 대응하는 변위를 야기하도록 제 2 위치에서 광섬유에 대하여 고정된다. 광섬유의 감지 부분의 팽창 및 수축은 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장의 변화를 일으킨다. 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장은 막 디스크의 중앙 부분의 이동을 측정하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 센서를 포함하는 센서 시스템이 제공된다. 센서는 하우징, 막 스프링 조립체, 및 광섬유를 포함한다. 하우징은 센서 시스템에 의해 감시될 시스템 내의 구성요소에 고착되도록 적응된다. 막 스프링 조립체는 하우징 내에 위치되고 막 디스크 및 제 1 및 제 2 높이 디스크들을 포함한다. 막 디스크는 하우징에 대하여 고정되는 고정 부분 및 하우징에 대하여 이동 가능한 이동 가능 부분을 갖는다. 제 1 및 제 2 높이 디스크들은 막 디스크의 반대 측들 상에 위치되고 막 디스크의 이동 가능 부분의 최대 변위 휨을 한정한다. 광섬유는 하우징에 대하여 고정되는 제 1 부분, 섬유 브래그 격자를 갖는 제 2 부분, 및 막 디스크의 이동 가능 부분에 대하여 고정되는 제 3 부분을 포함하며, 하우징 내에 위치된다. 광섬유의 제 2 부분은 섬유 브래그 격자를 갖는 제 2 부분이 하우징에 대한 막 디스크의 이동 가능 부분의 이동으로부터 초래되는 팽창 및 수축을 겪을 수 있도록 광섬유의 제 1 및 제 3 부분들 사이에 위치된다. 광섬유의 제 2 부분의 팽창 및 수축은 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장의 변화를 일으킨다. 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장은 막 디스크의 이동 가능 부분의 이동을 측정하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 센서를 포함하는 센서 시스템이 제공된다. 센서는 하우징, 막 스프링 조립체, 및 광섬유를 포함한다. 하우징은 센서 시스템에 의해 감시될 시스템 내의 구성요소에 고착되도록 적응된다. 막 스프링 조립체는 하우징 내에 위치되고 막 디스크 및 제 1 및 제 2 막 멈춤부들을 포함한다. 막 디스크는 하우징에 대하여 고정되는 고정 부분 및 하우징에 대하여 이동 가능한 이동 가능 부분을 갖는다. 제 1 및 제 2 막 멈춤부들은 막 디스크의 반대 측들 상에 위치되고 막 디스크의 이동 가능 부분의 최대 변위 휨을 한정한다. 광섬유는 하우징에 대하여 고정되는 제 1 부분, 섬유 브래그 격자를 갖는 제 2 부분, 및 막 디스크의 이동 가능 부분에 대하여 고정되는 제 3 부분을 포함하며, 하우징 내에 위치된다. 광섬유의 제 2 부분은 섬유 브래그 격자를 갖는 제 2 부분이 하우징에 대한 막 디스크의 이동 가능 부분의 이동으로부터 초래되는 팽창 및 수축을 겪을 수 있도록 광섬유의 제 1 및 제 3 부분들 사이에 위치된다. 광섬유의 제 2 부분의 팽창 및 수축은 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장의 변화를 일으킨다. 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장은 막 디스크의 이동 가능 부분의 이동을 측정하는데 사용될 수 있다.
본 명세서는 본 발명을 구체적으로 가리키며 명백하게 청구하는 청구항들로 결론을 짓지만, 본 발명은 유사한 참조 부호들이 유사한 요소들을 식별하는 첨부된 도면들과 연관된 이후의 설명으로부터 더 잘 이해될 것으로 여겨진다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서가 제공되는 전기 발전기의 고정자 코어의 부분을 도시하는 사시도이고;
도 2 는 도 1 에 도시된 진동 센서의 내부 구성요소들의 확대 사시도이고;
도 3 은 도 2 에 도시된 진동 센서의 선택된 구성요소들의 확대 사시도이고;
도 4 는 도 2 에 도시된 진동 센서의 분해 사시도이고;
도 5 내지 도 9 는 전기 발전기의 작동 동안 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서의 예시적인 출력들을 도시하는 그래프들이고;
도 10 은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 진동 센서들을 포함하는 센서 시스템의 개략적인 다이어그램이고; 및
도 11 및 도 12 는 본 발명에 따른 진동 센서에서 사용하기 위한 막 디스크의 대안적인 구성들의 사시도이다.
바람직한 실시예들의 이후의 상세한 설명에서, 실시예의 부분을 형성하는 첨부된 도면들이 참조되고, 도시에 의한 것이며 한정이 아닌, 본 발명이 실행될 수 있는 특정한 바람직한 실시예가 도시된다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고 변화들이 본 발명의 개념 및 범주를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1 을 참조하면, 전기 발전기를 위한 고정자(10)의 부분이 도시되고 방사상으로 연장하는 슬롯(16)들을 형성하는 복수의 고정자 치형부(14)들을 포함하는 고정자 코어(12)를 포함한다. 고정자 코어(12)는 각각의 슬롯(16) 내에 위치되는 하나 또는 둘 이상의 고정자 바(20)들을 포함하는 고정자 코일(18)들을 포함한다. 도시된 실시예에서, 한 쌍의 고정자 바(20)들이 각각의 슬롯(16) 내에 적재식 관계로 위치된다. 고정자 바(20)들은 접지 벽 절연을 형성하는 절연층(도시되지 않음)으로 랩핑될 수 있다.
바(20)들은 고정자 바(20)들의 내부의 바로부터 방사상으로 내측으로 슬롯(16)에 놓이는 상부 슬롯 필러(26)들 및 상부 리플 스프링(ripple spring; 28)과 같은 하나 또는 둘 이상의 필러 부재들을 포함하는 보유 구조물(24)에 의해 제 위치로 유지될 수 있다. 보유 구조물(24)은 미리 정해진 타이트함으로 슬롯(16) 내에 고정자 바(20)들을 압축하고 고정자 코어(12)에 대한 바(20)들의 이동을 실질적으로 한정하기 위해 슬롯(16) 내에 설치되고, 상부 리플 스프링(28)으로부터 방사상으로 내측으로 위치되는 웨지(30)를 더 포함할 수 있다. 한 쌍의 고정자 바(20)들의 위치가 보유 구조물(24)에 의해 실질적으로 유지되는 동안, 고정자 바(20)들의 특정 정도의 굽힘 이동이 발전기 내의 진동들에 반응하여 여전히 발생하고, 이는 바(20)들의 재료 내의 응력을 야기한다.
추가적으로 도 2 를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서(50)가 고정자 바(20')들의 선택된 하나에 장착되고 선택된 고정자 바(20')의 단부 부분(20A)에 장착된 것으로 도 1 에 도시된다. 고정자 코어(12)의 추가적인 고정자 바(20)들은 추가적인 진동 센서(50)들을 포함할 수 있는 것에 주의해야 한다. 진동 센서(50)는 고정자 바의 상부 부분(20B) 또는 측 부분(20C)과 같은(도 1 참조), 그의 단부 부분(20A) 외의 다른 위치들에서 선택된 고정자 바(20')에 장착될 수 있는 것에 또한 주의해야 한다.
본 발명에 따르면, 선택된 고정자 바(20')의 진동들 및 진동 센서(50)의 상태, 즉 구조적 상태가 진동 센서(50)에 의해 제공되는 신호를 통하여 감시될 수 있다. 즉, 진동 센서(50)는 센서 데이터를 포함하는 신호를 제공하고, 센서 데이터는 선택된 고정자 바(20')의 진동들을 판정하기 위해 및 또한, 여기서 설명될 것과 같은 본 발명의 실시예에 따른 진동 센서(50)의 상태를 판정하기 위해 감시된다. 진동 센서(50)에 의해 제공되는 신호는 실질적으로 주기적으로 변하는 값의 동적 측정 신호를 포함하고 고정자 바(20)의 응력 레벨을 나타낸다. 특히, 측정 신호는 속도에 대한 데이터를 제공하기 위해 한번 구별될 수 있고 선택된 고정자 바(20')의 단부 부분(20A)의 가속에 대한 데이터를 제공하기 위해 두 번 구별될 수 있는 변위 신호를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4 를 참조하면, 진동 센서(50)는 여기서 설명될 진동 센서(50)의 내부 구성요소들을 갖는 하우징(52)(도 2 및 도 4)을 포함한다. 진동 센서(50)의 단지 선택된 구성요소들이 도 3 에 도시되어 이러한 선택된 구성요소들을 더 명백하게 도시하고 이들의 기능의 효과적인 설명을 용이하게 하는 것에 주의해야 한다.
도 3 및 도 4 를 참조하면, 진동 센서(50)는 섬유 광 컨덕터(FOC; 58) 상에 형성되는 굴절(refraction) 격자의 인덱스에 의해 형성되는 섬유 광 브래그 격자(FBG; 54)를 포함하는 섬유 광 센서를 포함한다. FBG(54)의 굴절 격자들은 특정한 격자의 중앙 브래그 파장(λ0)을 포함하는 미리 정해진 파장에서 FOC(58)를 통과하는 광을 반사하기 위해 미리 정해진 공간에 형성된다. FOC(58)는 종래의 브래그 격자에서 사용되고 FBG(54)의 측 중 하나 상에 가해지는 힘들에 반응하여 팽창 및 수축할 수 있는 광섬유와 같은 탄성적으로 변형 가능한 재료를 포함한다. 이하에 더욱 상세하게 설명되는 것과 같이, FOC(58)는 또한 FOC(58)에 연결되는 프레임에 대하여 변위될 수 있는, 편향 가능한 매스에 연결될 수 있다. 프레임에 대한 매스의 변위는, 선택된 고정자 바(20')의 진동들에 대응하여, FBG(54)로부터 반사된 광의 측정된 파장(λ)이 중앙 브래그 파장(λ0)을 중심으로 주기적으로 변할 수 있도록 FOC(58)의 결과적인 주기적 탄성 팽창 및 수축을 야기할 수 있다. FBG(54)로부터 반사되는 광의 측정된 파장(λ)의 주기적 변동은 선택된 고정자 바(20')의 구역 내의 발전기의 상태를 판정하기 위해 종래의 방식으로 감시되고 처리될 수 있다.
도 2 내지 도 4 를 참조하면, 광대역 광 소스와 같은, 광 복사(56)의 소스는 진동 센서(50)에 광 복사를 제공하기 위해 커플러(60)에서 FOC(58)에 커플링된다. 광 복사(56)의 소스는 진동 센서(50)의 중앙 브래그 파장(λ0)의 반사 반응에 대응하기 위해 미리 정해진 범위의 광 파장(또는 진동수)을 제공한다. 진동 센서(50)로부터 반사된 광은 FOC(58)를 통하여 다시 전달되고, 여기서 설명될 것과 같이 프로세서(62) 또는 스펙트럼 분석기에서 커플러(60)를 통하여 수신된다.
도 2 를 참조하면, FOC(58)는 하우징(52)의 벽에 형성되는 구멍(64)을 통하여 하우징(52)에 들어간다. 도 3 에 나타낸 것과 같이, FOC(58)의 제 1 부분(58A)은 진동 센서(50)의 앵커 부재(66)를 통하여 형성되는 보어(66A)를 통하여 연장한다. FOC(58)의 제 1 부분(58A)은, 예컨대 보어(66A) 내의 앵커 부재(66)에 FOC(58)의 제 1 부분(58A)을 접착제 접합 또는 굳힘(cementing)과 같은 적절한 부착 과정을 사용하여 보어(66A) 내의 제 1 위치(L1)(도 3 참조)에서 앵커 부재(66)에 고착된다. 도 4 를 참조하면, 앵커 부재(66)는 앵커 플레이트 구조물(68) 내에 형성되는 구멍(68A)을 통하여 연장하고 코어 지지부(70)에 나사식으로 부착된다. 앵커 플레이트 구조물(68)은 앵커 부재(66)와 앵커 플레이트 구조물(68)의 레그(69) 내의 그루브(69A) 사이의 FOC(58)의 곡률을 형성하기 위해 그리고 FOC(58)의 제 1 부분(58A)을 제 위치에 유지시키기 위해 사용된다. 도 2 를 참조하면, 앵커 플레이트 구조물(68)은 복수의 볼트(72)들을 통하여 코어 지지부(70)에 고착되고, 코어 지지부(70)는 복수의 볼트(74)들을 통하여 하우징(52)의 하부 섹션(52A)에 커플링된다. 코어 지지부(70)는 앵커 플레이트 구조물(68), 앵커 부재(66), 및 하우징(52)의 하부 섹션(52A) 내의 제 1 위치(L1)에서 FOC(58)의 제 1 부분(58A)을, 이러한 구성요소들이 하우징(52)에 대하여 고정되도록 구조적으로 지지한다.
도 4 에 나타낸 것과 같이, 앵커 부재(66)의 나사가공된 단부 부분(66B)은 코어 지지부(70)를 통하여 형성되는 나사가공된 개구(70A) 내에 나사식으로 수용된다. FOC(58)는 앵커 부재 단부 부분(66B)에서 보어(66A)의 밖으로 연장하고 포인터 부재(80)를 통하여 연장하는 보어(80A) 내에 수용되며(도 3 참조), 이 포인터 부재(80)가 여기서 설명될 것이다. 앵커 부재(66)와 포인터 부재(80) 사이에서 연장하는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)은 팽창 및 수축을 겪을 수 있고 상기 설명된 FBG(54)를 갖는 FOC(58)의 감지 부분을 포함한다.
도 4 에 나타낸 것과 같이, 포인터 부재(80)의 나사가공된 제 1 단부 부분(80B)은 그 위에 제 1 매스(82)를 지지하기 위해 제 1 매스(82)의 나사가공된 홀(82A) 내에 나사식으로 맞물리고, 포인터 부재(80)의 나사가공된 제 2 단부 부분(80C)은 그 위에 제 2 매스(84)를 지지하기 위해 제 2 매스(84)의 나사가공된 홀(84A) 내에 나사식으로 맞물린다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 및 제 2 매스(82, 84)들 각각은 20 내지 30 그램의 중량이지만, 매스(82, 84)들은 진동 센서(50) 및 진동 센서가 이용되는 발전기의 특별한 구성에 의존하여 다른 중량들을 가질 수 있다. 매스(82, 84)들과 관련된 추가적인 세부 사항이 여기서 논의될 것이다.
FOC(58)의 제 3 부분(58C)(도 3 참조)이, 예컨대 보어(80A) 내의 포인터 부재(80)에 FOC(58)의 제 3 부분(58C)을 접착제 접합 또는 굳힘과 같은 적절한 부착 과정을 사용하여 보어(80A) 내의 제 2 위치(L2)에서 포인터 부재(80)의 제 2 단부 부분(80C)에 고착된다. 여기서 논의될 것과 같이, 제 2 위치(L2)에서의 FOC(58)의 제 3 부분(58C)이 하우징(52)에 대하여 이동 가능하다.
도 2 내지 도 4 를 참조하면, 막 스프링 조립체(90)는 포인터 부재(80)와 연관된다. 도 4 에서 가장 명백하게 볼 수 있는 것과 같이, 막 스프링 조립체(90)는 제 1 막 멈춤부(92), 제 2 높이 디스크(94), 막 디스크(96), 제 2 높이 디스크(98), 및 제 2 막 멈춤부(100)를 포함한다. 막 스프링 조립체(90)의 이러한 구성요소들은 바람직하게는 스테인리스 강으로부터 형성되고 복수의 볼트(102)들에 의해 함께 커플링된다.
볼트(102)들은 스페이서 부재(104)에 막 스프링 조립체(90)를 커플링하기 위해 스페이서 부재(104)의 나사가공된 홀(104A)들에 맞물리고(도 2 및 도 4 참조), 이 스페이서 부재(104)는 복수의 볼트(105)들을 통하여 코어 지지부(70)에 커플링된다. 코어 지지부(70) 및 스페이서 부재(104)는 하우징(52)에 막 디스크(96)의 외부 주변 부분을 효과적으로 커플링하기 위해 매스 스프링 지지 구조물(107)을 형성하여, 선택된 고정자 바(20')에 막 디스크(96)의 외부 주변 부분을 효과적으로 커플링한다. 즉, 막 디스크(96)의 외부 주변 부분은 코어 지지부(70)를 통하여 하우징(52) 내에 구조적으로 지지되고 하우징(52) 및 선택된 고정자 바(20')에 대하여 고정되는 고정 부분을 포함한다. 스페이서 부재(104)는 막 스프링 조립체(90)와 코어 지지부(70) 사이의 바람직한 거리를 유지하기 위해 제공되지만, 여기서 논의될 것과 같이, 막 디스크(96)는 발전기의 작동 동안 진동 센서(60)에 전달되는 진동들에 대응하는 진동 센서(50)의 중앙 축선(CA)의 방향으로 작은 양으로 휜다(도 2 참조).
도 3 및 도 4 에 나타낸 것과 같이, 제 1 및 제 2 너트(106, 108)들은 각각의 제 1 및 제 2 매스(82, 84)들과 막 디스크(96) 사이에 위치된다. 매스(82, 84)들 및 너트(106, 108)들은 이들 사이에 막 디스크(96)를 효과적으로 가두어 놓고 중앙 부분의 측 중 하나에 대한 너트(106, 108)들의 맞물림을 통하여 포인터 부재(80)에 대하여 막 디스크(96)의 이동 가능한(하우징(52)에 대하여), 중앙 부분을 커플링하는 기능을 한다. 포인터 부재(80)는 제 2 위치(L2)에서 포인터 부재(80)의 보어(80A) 내의 FOC(58)의 제 3 부분(58C)의 커플링을 통하여 FBG(54)를 갖는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)에 대하여 효과적으로 커플링된다. 따라서, 막 디스크(96)의 중앙 부분은, 선택된 고정자 바(20')의 진동 이동 및 진동 센서(50)와 막 디스크(96)의 외부 주변 부분의 대응하는 이동이 FBG(54)를 갖는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 변위를 야기하도록 FBG(54)를 갖는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)에 효과적으로 커플링된다. 즉, 제 1 및 제 2 매스(82, 84)들 및 막 디스크(96)의 중앙 부분은 서로에 대하여 고정되지만 하우징(50)에 대하여 이동 가능하고 매스 스프링 시스템(11)을 형성한다(도 2 참조). 매스 스프링 시스템(110)은 매스 스프링 지지 구조물(107)에 지지되고, 여기서 선택된 고정자 바(20')로부터 하우징(52)에 전달되는 진동들로부터 초래되는 막 디스크(96)의 중앙 부분의 휨 이동이 FBG(54)를 갖는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 대응하는 팽창 및 수축을 야기하며, 이는 여기서 논의될 것이다.
막 디스크(96)의 반대 측들에 위치되는 제 1 및 제 2 높이 디스크(94, 98)는 이들 안에 각각의 중앙 구멍(94A, 98A)(도 4 참조)을 형성하는 링 형상 부재들을 포함한다. 제 1 및 제 2 높이 디스크(94, 98)들은 막 디스크(96)의 최대 변위 휨을 한정하도록 막 디스크(96)의 중앙 부분의 진동 이동의 댐핑을 일으키고, 이에 의해 FOC(58)가 파손되는 것을 방지하도록 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 팽창/수축의 양을 한정한다. 구체적으로는, 제 1 높이 디스크(94)는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 수축의 양을 효과적으로 한정하기 위해 센서(50)의 방사상으로 내측 방향으로, 즉 센서(50)의 중앙 축선(CA)에 평행한 방향으로 막 디스크(96)의 외부 주변 부분의 이동을 제한함으로써 막 디스크(96)의 중앙 부분의 최대 변위 휨을 한정한다. 유사하게는, 제 2 높이 디스크(98)는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 팽창의 양을 효과적으로 한정하기 위해 방사상으로 외측 방향으로 막 디스크(96)의 외부 주변 부분의 이동을 제한함으로써 막 디스크(96)의 중앙 부분의 최대 변위 휨을 한정한다. 높이 디스크(94, 98)의 구멍(94A, 98A)들의 크기들이 높이 디스크(94, 98)들에 의해 제공되는 막 디스크(96)의 중앙 부분의 진동 이동의 댐핑의 양을 제어하기 위해 변경될 수 있다는 것에 주의해야 한다.
제 1 및 제 2 막 멈춤부(92, 100)들이 막 디스크(96)의 최대 변위 휨을 또한 한정하고, 이에 의해 FOC(58)가 파손되는 것을 방지하도록 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 팽창/수축의 양을 한정한다. 구체적으로는, 제 1 막 멈춤부(92)는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 수축의 양을 효과적으로 한정하기 위해 방사상으로 내측 방향으로 막 디스크(96)의 중앙 부분의 이동을 제한하기 위해 막 디스크(96)의 중앙 부분을 수축시키기 위한 물리적 멈춤부로서 작용한다. 유사하게는, 제 2 막 멈춤부(100)는 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 팽창의 양을 효과적으로 한정하기 위해 방사상으로 외측 방향으로 막 디스크(96)의 중앙 부분의 이동을 제한하기 위해 막 디스크(96)의 중앙 부분을 수축시키기 위한 물리적 멈춤부로서 작용한다.
막 멈춤부(92, 100)의 구멍(92A, 100A)(도 4 참조)들의 크기들, 및/또는 높이 디스크(94, 98)들의 두께는 막 멈춤부(92, 100)들에 의해 제공되는 막 디스크(96)의 중앙 부분의 진동 이동의 한정을 제어하기 위해 변경될 수 있는 것에 주의해야 한다. 막 디스크(96)의 외부 주면 부분이 하우징(52)에 대하여 고정되고 막 디스크(96)의 중앙 부분이 하우징(52)에 대하여 이동 가능하지만, 센서(50)는 막 디스크(96)의 외부 주변 부분이 하우징(52)에 대하여 이동 가능하고 막 디스크(96)의 중앙 부분이 하우징(52)에 대하여 고정되도록 구성될 수 있다는 것에 또한 주의해야 한다. 즉, 제 1 및 제 2 높이 디스크(94, 98)들은 이들 사이에 막 디스크(96)의 중앙 부분을 가두어 놓을 수 있으면서 외부 주변 부분이 방사상으로 휘는 것을 가능하게 한다. 이러한 구성에서, 막 디스크(96)의 외부 주변 부분, 또는 그의 적어도 부분이 FOC(58)의 제 2 부분(58B)에 직접적으로 또는 간접적으로 구조적으로 커플링될 수 있다.
또한, 막 멈춤부(92, 100)들의 구멍(92A, 100A)들의 크기들은 나타낸 실시예에서 고정되지만, 구멍(92A, 100A)들의 크기들은, 그의 크기들이 발전기의 작동 동안 막 디스크(96)의 최대 변위 휨을 변화시키기 위해 수동으로 또는 자동식으로 조정될 수 있도록 변할 수 있다. 이는 당업자에게는 명백할, 카메라에서 조리개(diaphragm)가 어떻게 작동하는지와 유사한 방식으로 달성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 막 멈춤부(92, 100)들은 높이 디스크(94, 98)들과는 별개의 구성요소들이다. 하지만, 높이 디스크(94, 98)들은 각각의 막 멈춤부(92, 100)들과 일체로, 즉 단차식 구성요소들로서 형성될 수 있다는 것에 주의해야 한다.
발전기의 작동 동안, 선택된 고정자 바(20')의 진동 이동 또는 진동들은 고정자 바(20')의 단부 부분(20A)에 대한 센서 하우징(52)의 부착을 통하여 센서 하우징(52)의 대응하는 진동 이동을 초래한다. 센서 하우징(52)의 진동 이동들은 센서 하우징(52)의 하부 섹션(52A)에 대한 코어 지지부(70)의 커플링을 통하여 매스 스프링 지지 구조물(107)에 전이된다. 막 디스크(96)의 외부 주변 부분이 매스 스프링 지지 구조물(107)에 부착되기 때문에, 하우징(52)의 진동 이동은 막 디스크(96)의 외부 주변 부분에 전달된다. 막 디스크(96)의 중앙 부분에서, 매스(82, 84)들의 관성은 막 디스크(96)의 중앙 부분의 이동을 효과적으로 방해하고 막 디스크(96)의 고정된, 외부 주변 부분에 전달되는 진동 이동에 반응하여 막 디스크(96)가 휘는 것을 야기한다. 따라서, 막 디스크(96)는 선택된 고정자 바(20')의 구동 진동수(들)에 대응하는 진동수로 진동할 수 있다.
FOC(58)의 제 3 부분(58C)이 포인터 부재(80)를 통하여, 즉 제 2 위치(L2)에서 막 디스크(96)의 중앙 부분에 커플링되고 FOC(58)의 제 1 부분(58A)이 앵커 부재(66)를 통하여, 즉 제 1 위치(L1)에서 지지 구조물(70)에 커플링되기 때문에, 막 디스크(96)의 중앙 부분의 변위, 즉 매스 스프링 지지 구조물(107)에 의해 막 디스크(96)에 전달되는 진동들에 의해 야기되는 변위는 선택된 고정자 바(20')의 진동의 진동수(들)에 대응하는 진동수(들)에서의 FOC(58)의 제 2 부분(58B)의 대응하는 팽창 및 수축을 초래한다. FOC(58)는 바람직하게는 예비 신장된 상태로 포인터 부재(80) 및 앵커 부재(66)에 부착된다는 것에 주의해야 한다. 따라서, 막 디스크(96)에 전달되는 진동 이동은 FOC(58)의 추가의 팽창 또는 수축을 초래한다. FOC(58)의 이러한 팽창 및 수축은 매우 작으며, 즉 약 마이크로미터인 것에 또한 주의해야 한다. 거시적인 스케일에서 막 디스크(96)의 이동 그리고 대응하는 FOC(58) 이동은 거의 지각되지 않지만, FBG(54)의 결과적인 팽창 및 수축은 FBG(54)에 의해 반사되는 파장(λ)의 검출 가능한 변화를 야기한다. 반사된 파장(λ)의 변동은 FOC(58)의 팽창 및 수축의 크기의 직접적인 측정이며, 이는 하우징(52)의 진동 이동에 의해 야기되는 막 디스크(96)의 변위에 직접적으로 관련된다. 이러한 방식으로, 막 디스크(96)의 휨 이동이 측정될 수 있고 선택된 고정자 바(20')의 단부 부분(20A)의 진동들과 연관된 변위를 판정하는데 사용될 수 있다.
FBG(54)에서 발생되는 반사된 파장(λ)들의 형태의 데이터는 프로세서(62)에 커플러(60)를 통하여 FOC(58)를 통해 다시 전달될 수 있다. 프로세서(62)는 데이터와 연관되는 가속을 판정하는 것에 근거하여 시간에 의존하여 데이터, 즉 파장(λ)의 변동들을 처리할 수 있다. 또한, 프로세서(62)는 시간에 의한 파장의 변동을 기본으로 하여 진동의 진동수를 판정할 수 있다. 특히, 선택된 고정자 바(20')의 센서(50)의 변위 및/또는 가속에 대응하는 프로세서(62)에 의해 수신되는 데이터 외에, 프로세서(62)는 해당 진동수들에서의 변위 및/또는 가속의 크기들을 포함하는, 해당 진동수들을 확인하기 위해 데이터를 처리할 수 있다. 하나의 이러한 해당 진동수는 막 디스크(96) 및 매스(82, 84)들에 의해 형성되는 매스 스프링 시스템(110)의 고유 진동수에 대응한다.
종래의 가속도 센서 디자인들에서, 매스 스프링 시스템의 고유 진동수가 센서에 의해 감시되는 시스템의 진동들의 진동수들과 실질적으로 상이하도록 매스 스프링 시스템을 디자인하는 것이 바람직하다. 특히, 종래의 센서 디자인에서 센서의 고유 진동수가 측정되는 시스템의 진동수들보다 실질적으로 더 높도록 디자인하는 것이 보편적이다. 센서의 고유 진동수 및 데이터가 감시되는 시스템 상에서 수집되는 진동수들 사이에 실질적인 차이를 제공하는 것은 센서로부터의 고유 진동수 입력들과 연관된 왜곡이 수집된 데이터에서 소음으로서 간섭하게 될 것을 일어나지 않게 한다.
본 발명의 양태에 따르면, 센서(50)의 매스 스프링 시스템(110)의 고유 진동수는 감시될 시스템의 구동 진동수들에 비교적 근접하도록 디자인된다. 특히, 시스템은 더 높은 감도를 갖도록 디자인되고, 이는 센서(50)의 매스 스프링 시스템(110)의 고유 진동수를 낮추는 것을 초래한다. 예컨대, 감시되는 진동수들의 대부분이 통상적으로 약 250 ㎐ 미만의 조화 진동수들을 포함할 수 있는 발전기에 대하여, 센서(50)의 디자인은 약 400 ㎐ 보다 더 큰 고유 진동수, 예컨대 약 410 ㎐ 의 고유 진동수를 포함할 수 있다. 하지만, 진동 센서(50)의 디자인은 그의 고유 진동수가 감시될 다른 진동수들을 갖는 다른 타입들의 시스템들에서 사용하기 위해 맞춰질 수 있도록 바뀔 수 있다는 것에 주의해야 한다. 예컨대, 제 1 및 제 2 매스(82, 84)들의 중량 및/또는 높이 디스크(94, 98)들의 중앙 구멍(94A, 98A)들의 크기는 진동 센서(50)의 고유 진동수를 효과적으로 변화시키기 위해 바뀔 수 있다. 또한, 센서(50)의 감도는 막 디스크(96)의 두께, 직경 및/또는 강성을 변화시킴으로써 또한 설정될 수 있다.
시스템의 진동들을 대표하는 데이터, 즉 선택된 고정자 바(20')에서 발생되는 진동 변위에 대응하는 데이터, 및 진동 센서(50)의 고유 진동수를 대표하는 데이터를 포함하는 진동 센서(50)로부터의 센서 데이터 출력은 프로세서(62)에 커플러(60)를 통하여 FOC(58)에 의해 전달된다. 이러한 데이터는 실시간으로 프로세서(62)에 의해 감시된다. 막 디스크(96)의 변위의 변화에 대응하는 센서 데이터는 센서(50)의 진동을 얻기 위해, 뿐만 아니라 센서(50)의 고유 진동수를 얻기 위해 진폭(변위) 측정들을 얻는데 사용된다.
센서 데이터가 패스트 퓨리에 변환(FFT)을 겪은 후에 정상 작동 상태들 하의 진동 센서(50)의 진동수들의 통상적인 출력 스펙트럼을 도시하는 그래프가 도 5 에 나타나 있다. 막 디스크(96)에서 측정된 것과 같은, 선택된 고정자 바(20')의 진동들이 참조 기호(FV)들에 의해 그래프에 묘사된다. FV1 및 FV2 는 진동(FV)들의 조화들이다. 진동 센서(50)의 고유 진동수는 참조 기호(FN)에 의해 그래프에 묘사된다. 진동 센서(50)의 고유 진동수는 발전기 내에서 발생하는 진동들과 독립적인 것에 주의해야 한다. 즉, 센서(50)의 고유 진동수(FN)의 편차는 선택된 고정자 바(20')의 측정된 진동(FV)들의 명백한 편차에 영향을 주지 않거나 또는 이러한 편차를 야기하지 않으며, 그 역도 가능하다. 상기에 언급된 것과 같이, 진동 센서(50)에 의해 감지되는 진동들의 대부분은 진동 센서의 고유 진동수 미만인 조화 진동수들을 포함하며, 즉 상기 설명된 특정한 예에서, 진동 센서(50)에 의해 감지되는 진동들의 대부분은 250 ㎐ 미만의 조화 진동수들을 포함하지만, 예시적인 진동 센서의 고유 진동수는 약 410 ㎐ 이다.
프로세서(62)는 발전기 구성요소들에 손상을 초래할 수 있는 진동들을 발견하기 위해 센서 데이터를 감시한다. 감시되는 진동(FV)들이 바람직한 진폭 또는 진동수 범위의 밖인 것으로 판정된다면, 하나 이상의 시스템 작동 파라미터가 발전기에서 발생하는 진동들을 바꾸기 위해 변화될 수 있다. 예컨대, 발전기의 로드는 감소될 수 있거나, 또는 발전기 냉각을 위한 가스 또는 물의 온도가 바뀔 수 있다.
프로세서(62)는 진동 센서(50)의 고유 진동수(FN)를 대표하는 데이터의 변화를 또한 발견하고, 그 자체로 변화는 진동 센서(50)의 구조적 손상, 예컨대 균열을 나타낼 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 진동 센서(50)의 고유 진동수 엔벨로프(natural frequency envelope)는 약 410 ㎐ 이다. 이러한 값이 미리 정해진 양만큼, 예컨대 적어도 약 5 ㎐ 만큼 410 ㎐ 로부터 벗어난다면, 진동 센서(50)는 구조적 손상을 가질 수 있고 수리되거나 또는 교체될 필요가 있을 수 있다. 그러므로, 진동 센서(50)의 고유 진동수의 피크가 적어도 약 5 ㎐ 만큼 410 ㎐ 로부터 벗어난다면, 즉 도 6 에 나타낸 것과 같이 감소되거나, 또는 도 7 에 나타낸 것과 같이 증가된다면, 진동 센서(50)는 수리/교체를 위해 표시될 수 있다(flagged). 진동 센서(50)의 고유 진동수의 진동수 엔벨로프가 각각 도 8 및 도 9 에 묘사된 것과 같이 팽창되거나 또는 수축되는 것과 같은, 다른 요인들이 진동 센서(50)의 표시를 유발하는데 또한 사용될 수 있다. 도 6 내지 도 9 의 파선들은 도 5 에 묘사된 것과 같이 정상 작동 상태들 하에서의 진동 센서(50)의 진동수 엔벨로프를 나타내며 이러한 그래프들에서 진동 센서(50)의 진동수의 편차들을 도시하기 위해 도 6 내지 도 9 에 나타내어지는 것에 주의해야 한다.
진동 센서(50)가 표시된다면, 선택된 고정자 바(20')로부터 제거될 수 있고 예컨대 수리 또는 교체와 같은 정비를 받을 수 있다. 새로운 진동 센서(또는 수리된 진동 센서(50)가 그 후 선택된 고정자 바(20') 상에 놓일 수 있다.
진동 센서(50)의 상태가 선택된 고정자 바(20')의 진동들을 따라 감시되기 때문에, 진동 센서(50)에 대한 임의의 손상이 조기 스테이지에서 검출될 수 있고 진동 센서(50)의 물리적 검사 없이 수행될 수 있다. 또한, 진동 센서(50)의 고유 진동수(FN)를 대표하는 데이터가 선택된 고정자 바(20')의 진동(FV)들을 대표하는 데이터를 따라 FOC(58)를 통하여 본질적으로 전달되기 때문에, 전용 기구들이 진동 센서(50)의 상태를 감시하는데 요구되지 않는다.
도 10 을 참조하면, 전기 발전기(201)의 작동 사태를 감시하기 위한 시스템(200)이 도시된다. 시스템(200)은 상기 설명된 것과 같은 진동 센서(50)와 같은 하나 이상의 진동 센서를 포함하고, 바람직하게는 복수의 진동 센서(50a 내지 50f)들을 포함하며, 각각의 진동 센서(50a 내지 50f)는 상기 설명된 것과 같이 대응하는 고정자 바에 커플링된다.
시스템(200)의 각각의 진동 센서(50a 내지 50f)는 프로세서(62), 예컨대 플랜트 데이터 획득 시스템과 연통하고 센서 데이터를 이에 전송하며, 이 데이터는 대응하는 진동 센서(50a 내지 50f)에 의해 수신되는 진동들을 대표하는 데이터 및 상기 설명된 것과 같은 대응하는 진동 센서(50a 내지 50f)의 고유 진동수를 대표하는 데이터를 포함한다. 또한, 시스템(200)의 각각의 진동 센서(50a 내지 50f)는 특별한 센서(50a 내지 50f)에 대응하는 특유의 중앙 브래그 파장(λ0)을 갖는 특유의 FBG(54a 내지 54f)를 갖는다. 광대역 광 소스와 같은, 광 복사(56)의 소스는 진동 센서(50a 내지 50f)들에 광 복사를 제공하기 위해 진동 센서(50a 내지 50f)들로 연장하는 복수의 FOC(58a 내지 58f)들에 커플링된다. 광대역 광 소스는 센서(50a 내지 50f)들의 FBG(54a 내지 54f)들에 의해 나타내어지는 반사된 파장에 대응하는 범위의 광을 제공한다. 프로세서(202)는 센서(50a 내지 50f)들의 FBG(54a 내지 54f)들의 각각으로부터 반사되는 특유의 파장 범위에 의해 센서(50a 내지 50f)들로부터 수신되는 데이터의 소스를 확인할 수 있다.
프로세서(202)는 각각의 진동 센서(50a 내지 50f)들에 대응하는 센서 데이터를 획득한다. 감시된 센서 데이터가 진동들이 미리 정해진 범위의 밖에서 발생하는 것을 나타낸다면, 발전기(201)의 하나 또는 둘 이상의 작동 상태들은 그 안에서 발생하는 진동들을 바꾸기 위해 변화될 수 있다. 또한, 감시된 센서 데이터가 임의의 진동 센서(50a 내지 50f)들의 고유 진동수가 그의 고유 진동수로부터 벗어나는 것, 예컨대 감소되거나 또는 증가되는 것을 나타낸다면, 또는 진동수 엔벨로프가 팽창되거나 또는 수축된다면, 이 진동 센서(50)는 상기 설명된 것과 같이 수리/교체를 위해 표시될 수 있다.
도 11 및 도 12 를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 진동 센서들을 위한 막 디스크(300, 400)들이 도시된다. 도 11 에 도시된 막 디스크(300)는 그의 외부 에지로부터 제거된 또는 그렇지 않으면 손실된 오목한 둥글게 된 또는 윤곽 부분(302, 304, 306, 308)들을 갖는 일반적으로 둥근 형상을 포함하며, 즉, 부분(302, 304, 306, 308)들은 디스크의 외부 에지로부터 방사상으로 내측으로 연장하고, 도 12 에 도시된 막 디스크(400)는 그의 외부 에지로부터 제거된 또는 그렇지 않으면 손실된 더 큰 오목한 쌍곡선 형상의 부분(402, 404, 406, 408)들을 갖는 일반적으로 둥근 형상을 포함하며, 즉, 부분(402, 404, 406, 408)들은 디스크의 외부 에지로부터 방사상으로 내측으로 연장한다. 부분(302 내지 308, 및 402 내지 408)들을 제거함으로써, 막 디스크(300, 400)들은 더 잘 휠 수 있게 되고, 이는 막 디스크(300, 400)의 고유 진동수를 낮추는 것으로 해석된다. 또한, 막 디스크(300, 400)들이 편향되기 쉽기 때문에, 각각의 진동 센서들이 부착되는 고정자 바의 진동에서의 더 작은 진폭 변화가 막 디스크(300, 400)의 더 쉬운 휨을 초래할 것이며, 이는 센서에 대하여 더 높은 감도를 제공한다. 추가적으로, 도 12 의 실시예에서, 막 디스크(400)로부터 제거되는 재료의 부분(402 내지 408)을 형성하는 쌍곡선 형상은 바람직한 디자인 표준을 따르도록 막 디스크(400)의 설정을 가능하게 하는 것으로 여겨진다. 또한, 제거된 부분(402 내지 408)의 쌍곡선 형상은 막 디스크(400) 상에 매우 낮은 구조적 응력을 제공하며, 따라서 디스크(400) 내의 균열 형성의 가능성을 감소시킨다.
여기서 설명된 센서 데이터의 감시가 진동 센서(50)를 사용하는 것에 관하여 설명되었지만, 본 발명의 시스템들 및 방법들은 센서의 고유 진동수를 대표하는 데이터를 포함하는 출력을 제공하는 임의의 센서에 의해 이행될 수 있다. 또한, 전기 발전기 내의 상태들이 여기서 감시되는 것으로 설명되었지만, 다른 타입들의 시스템들이 여기서 설명된 시스템들 및 방법들을 사용하여 감시될 수 있으며, 즉 여기서 설명된 시스템들 및 방법들은 전기 발전기 내의 상태들을 감시하는 것으로 한정되는 것이 의도되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 당업자에게는 다양한 변화들 및 변경들이 본 발명의 원리 및 범주를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있는 것이 명백하다. 따라서 첨부된 청구항들은 본 발명의 범주 내에 있는 모든 이러한 변화들 및 변경들을 커버하는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 하우징, 광섬유, 및 막 스프링 조립체를 포함하는 센서로서,
    상기 하우징은 센서에 의해 감시될 시스템 내의 구성요소에 고착되도록 적응되고,
    상기 광섬유는 상기 하우징에 대하여 고정된 제 1 위치 및 상기 하우징에 대하여 이동 가능한 제 2 위치에서, 상기 제 1 및 제 2 위치들 사이의 상기 광섬유의 감지 부분이 상기 제 1 위치에 대한 상기 제 2 위치에서의 상기 광섬유의 이동으로부터 초래되는 팽창 및 수축을 겪을 수 있도록 상기 하우징 내에 고착되고, 상기 광섬유의 상기 감지 부분은 섬유 브래그 격자를 갖고,
    상기 막 스프링 조립체는 상기 하우징 내에 위치되며, 상기 막 스프링 조립체는
    상기 하우징에 대하여 고정되는 고정 부분 및 상기 하우징에 대하여 이동 가능한 중앙 부분을 갖는 막 디스크를 포함하며, 상기 중앙 부분은 상기 중앙 부분의 이동이 상기 섬유 브래그 격자를 갖는 상기 광섬유의 상기 감지 부분의 팽창 및 수축을 야기하기 위해 상기 제 2 위치에서 상기 광섬유의 대응하는 변위를 야기하도록 상기 제 2 위치에서 상기 광섬유에 대하여 고정되며,
    상기 광섬유의 상기 감지 부분의 팽창 및 수축은 상기 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장의 변화를 일으키고, 상기 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장은 상기 막 디스크의 상기 중앙 부분의 이동을 측정하는데 사용될 수 있는,
    센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유는 예비 신장된 상태로 상기 제 1 및 제 2 위치들에서 상기 하우징 내에 고착되는,
    센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 스프링 조립체는 상기 막 디스크의 반대 측들 상에 위치되는 제 1 및 제 2 높이 디스크들을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 높이 디스크들은 상기 막 디스크의 최대 변위 휨을 한정하는,
    센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 높이 디스크들은 상기 막 디스크의 상기 중앙 부분의 진동 이동의 댐핑을 일으키기 위해 상기 막 디스크의 외부 주변 부분과 접촉하도록 적응되고, 따라서 상기 광섬유의 상기 감지 부분의 팽창 및 수축의 양을 한정하는,
    센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 스프링 조립체는 상기 막 디스크의 반대 측들 상에 위치되는 제 1 및 제 2 막 멈춤부들을 더 포함하고, 상기 막 멈춤부들은 상기 막 디스크의 최대 변위 휨을 한정하는,
    센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 막 멈춤부들은 상기 중앙 부분의 진동 이동을 한정하기 위해 상기 막 디스크의 상기 중앙 부분과 접촉하도록 적응되고, 따라서 상기 광섬유의 상기 감지 부분의 팽창 및 수축의 양을 한정하는,
    센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    포인터 부재를 더 포함하고, 상기 포인터 부재는 상기 막 디스크에 상기 광섬유를 효과적으로 커플링시키기 위해 상기 막 디스크의 상기 중앙 부분에 커플링되고 상기 제 2 위치에서 상기 광섬유에 부착되는,
    센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 디스크는 매스 스프링 시스템의 부분을 형성하고, 상기 매스 스프링 시스템은 상기 막 디스크의 반대 측들 상에 위치되는 제 1 및 제 2 매스들을 더 포함하고, 상기 매스들의 관성들은 상기 막 디스크의 상기 중앙 부분의 이동을 효과적으로 방해하며 상기 막 디스크의 상기 고정된 부분의 이동에 반응하여 상기 막 디스크가 휘는 것을 야기하는,
    센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징에 커플링되는 코어 지지부를 더 포함하고, 상기 코어 지지부는 상기 제 1 위치에서 상기 광섬유에 대하여 및 상기 막 디스크의 상기 고정된 부분에 대하여 구조적인 지지를 효과적으로 제공하는,
    센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코어 지지부와 상기 막 스프링 조립체 사이에 위치되는 스페이서 부재를 더 포함하고, 상기 스페이서 부재는 상기 코어 지지부와 상기 막 스프링 조립체 사이에 바람직한 거리를 유지하는,
    센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 디스크는 그의 외부 에지로부터 방사상으로 내측으로 연장하는 오목한 윤곽의 부분들을 갖는 일반적으로 원 형상을 포함하는,
    센서.
  12. 하우징, 막 스프링 조립체, 및 광섬유를 포함하는 센서를 포함하는 센서 시스템으로서,
    상기 하우징은 상기 센서 시스템에 의해 감시될 시스템 내의 구성요소에 고착되도록 적응되고,
    상기 막 스프링 조립체는 상기 하우징 내에 위치되고, 상기 막 스프링 조립체는 막 디스크, 및 제 1 및 제 2 높이 디스크들을 포함하고, 상기 막 디스크는 상기 하우징에 대하여 고정되는 고정 부분 및 상기 하우징에 대하여 이동 가능한 이동 부분을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 높이 디스크들은 상기 막 디스크의 반대 측들 상에 위치되고, 상기 제 1 및 제 2 높이 디스크들은 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 최대 변위 휨을 한정하고,
    상기 광섬유는 상기 하우징 내에 위치되며, 상기 광섬유는 상기 하우징에 대하여 고정되는 제 1 부분, 섬유 브래그 격자를 갖는 제 2 부분, 및 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분에 대하여 고정되는 제 3 부분을 포함하며, 상기 광섬유의 상기 제 2 부분은 상기 섬유 브래그 격자를 갖는 상기 제 2 부분이 상기 하우징에 대한 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 이동으로부터 초래되는 팽창 및 수축을 겪을 수 있도록 막 디스크의 상기 제 1 및 제 3 부분들 사이에 위치되고,
    상기 광섬유의 상기 제 2 부분의 팽창 및 수축은 상기 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장의 변화를 일으키고, 상기 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장은 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 이동을 측정하는데 사용될 수 있는,
    센서 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 막 디스크의 상기 고정 부분은 외부 주변 부분을 포함하고,
    상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분은 중앙 부분을 포함하고, 및
    상기 높이 디스크들은 상기 막 디스크의 상기 중앙 부분의 진동 이동의 댐핑을 일으키기 위해 상기 막 디스크의 상기 외부 주변 부분과 접촉하고, 따라서 상기 섬유 브래그 격자를 갖는 상기 광섬유의 상기 제 2 부분의 팽창 및 수축의 양을 한정하는,
    센서 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 높이 디스크들은 그 안에 중앙 구멍들을 형성하는 링 형상 부재들을 포함하고, 상기 구멍들의 크기들은 상기 높이 디스크들에 의해 제공되는 상기 막 디스크의 상기 중앙 부분의 진동 이동의 댐핑의 양을 제어하는,
    센서 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 광섬유의 단부에 광을 공급하는 광 소스, 및
    상기 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광을 분석하기 위한 분석기를 더 포함하는,
    센서 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    복수의 상기 센서들을 더 포함하고,
    각각의 상기 센서는 상기 광 소스로부터 광을 수신하고 그의 상기 광섬유 제 2 부분에 특유의 섬유 브래그 격자를 가지며, 상기 분석기는 센서 시스템의 각각의 센서에 대하여 상기 섬유 브래그 격자에 의해 반사된 광을 분석하는,
    센서 시스템.
  17. 하우징, 막 스프링 조립체, 및 광섬유를 포함하는 센서를 포함하는 센서 시스템으로서,
    상기 하우징은 상기 센서 시스템에 의해 감시될 시스템 내의 구성요소에 고착되도록 적응되고,
    상기 막 스프링 조립체는 상기 하우징 내에 위치되고, 상기 막 스프링 조립체는 막 디스크, 및 제 1 및 제 2 막 멈춤부들을 포함하고, 상기 막 디스크는 상기 하우징에 대하여 고정되는 고정 부분 및 상기 하우징에 대하여 이동 가능한 이동 부분을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 막 멈춤부들은 상기 막 디스크의 반대 측들 상에 위치되고, 상기 제 1 및 제 2 막 멈춤부들은 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 최대 변위 휨을 한정하고,
    상기 광섬유는 상기 하우징 내에 위치되며, 상기 광섬유는 상기 하우징에 대하여 고정되는 제 1 부분, 섬유 브래그 격자를 갖는 제 2 부분, 및 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분에 대하여 고정되는 제 3 부분을 포함하며, 상기 광섬유의 상기 제 2 부분은 상기 섬유 브래그 격자를 갖는 상기 제 2 부분이 상기 하우징에 대한 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 이동으로부터 초래되는 팽창 및 수축을 겪을 수 있도록 막 디스크의 상기 제 1 및 제 3 부분들 사이에 위치되고,
    상기 광섬유의 상기 제 2 부분의 팽창 및 수축은 상기 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장의 변화를 일으키고, 상기 섬유 브래그 격자에 의해 반사되는 광 파장은 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 이동을 측정하는데 사용될 수 있는,
    센서 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 막 멈춤부들은 그 안에 각각의 중앙 구멍들을 형성하는 링 형상 부재들을 포함하고, 상기 구멍들의 크기들은 상기 막 멈춤부들에 의해 제공되는 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 최대 변위 휨을 제어하는,
    센서 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 막 스프링 조립체는 상기 막 디스크와 상기 각각의 막 멈춤부들 사이에 위치되는 제 1 및 제 2 높이 디스크들을 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 높이 디스크들은 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 최대 변위 휨을 한정하는,
    센서 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 막 멈춤부들 및 상기 높이 디스크들은 그 안에 각각의 중앙 구멍들을 형성하는 링 형상 부재들을 각각 포함하고, 상기 막 디스크의 상기 이동 가능 부분의 최대 변위 휨은
    상기 막 멈춤부들의 중앙 구멍들의 크기들,
    상기 높이 디스크들의 중앙 구멍들의 크기들, 및
    상기 높이 디스크들의 두께들 중 하나 이상에 의해 제어될 수 있는,
    센서 시스템.
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