KR20150040365A - 광섬유 감지 기술을 이용한 프레임 풋 로딩 측정 시스템 - Google Patents

광섬유 감지 기술을 이용한 프레임 풋 로딩 측정 시스템 Download PDF

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KR20150040365A
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에반젤로스 브이. 디아트지키스
조나단 알. 앤더슨
데이비드 에이. 리드
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

광섬유 브래그 그레이팅(FBG) 기반 센서가 발전기의 프레임 풋 로딩을 결정하기 위한 스트레인 감지 엘리먼트로서 사용된다. 기본적인 프레임 풋 로딩(FFL) 모듈을 형성하기 위해 세 개의 FBG들이 나란히 사용될 수 있다. 두 개의 모듈들이 발전기 프레임의 코너에 있는 각각의 수직 지지 거싯 상에 고정되는데, 하나의 모듈은 거싯의 정면에 있고 제2 모듈은 거싯의 후면에 있다. 따라서, 각각의 거싯은 여섯 개의 FBG 스트레인 게이지들 또는 센서들을 갖게 설치될 수 있다. 거싯들은 발전기의 네 개의 코너들 각각 상에서 선택된다. 2-극 발전기들에 대해, 각각의 코너에 제1의 세 개의 거싯들이 사용될 수 있고, 4-극 발전기들에 대해, 제1의 네 개의 거싯들이 사용될 수 있다.

Description

광섬유 감지 기술을 이용한 프레임 풋 로딩 측정 시스템{FRAME FOOT LOADING MEASUREMENT SYSTEM USING FIBER OPTIC SENSING TECHNIQUE}
본 발명은 발전기(generator)들의 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 터빈 전동 발전기(turbine powered generator)들의 프레임 풋 로딩(frame foot loading)을 모니터링(monitoring)하는 것에 관한 것이다.
에너지(energy) 변환을 위한 터빈 전동 발전기 또는 터보-발전기는 프레임 구조물을 포함하고, 상기 프레임 구조물은 통상적으로 콘크리트 파운데이션(concrete foundation) 위에 설치되며, 상기 콘크리트 파운데이션은 필요한 구조적 지지를 발전기에 제공한다. 보통, 발전기 프레임의 로드를 파운데이션으로 전달하는 것을 돕는 프레임의 일부분들을 따라서 하나 또는 그 초과의 풋들이 존재한다. 발전기 풋들에 의해 지지되는 무게는 통상적으로 심 팩(shim pack), 시이팅 플레이트(seating plate) 및 그라우팅(grouting)을 통해 파운데이션에 전달된다. 심 팩 두께를 변화시키는 것은 건설 및 유지보수 동안 발전기와 터빈 사이의 정렬을 허용한다. 건설 동안 파운데이션에 그라우팅되는 시이팅 플레이트는 중실형 지지 베이스(solid base of support)를 발전기에 제공한다. 프레임의 전체 길이를 연장시킬 수 있는 프레임 풋들은, 심 팩들을 이용하여, 통상적으로 균일하게 로딩되며, 상기 심 팩들의 균일한 두께는, 터빈에 대한 발전기의 최종 정렬을 획득하기 위해서만 수정된다. 따라서, 프레임 단부들이 베어링(bearing)들에 있는 로터(rotor)를 지지하는 동안, 스테이터 코어 무게(stator core weight) 및 전기 로드가 발전기의 중심부에 의해 견뎌진다.
발전기 샤프트 베어링 스팬(generator shaft bearing span)을 최소화하기 위해 그리고 강성도를 증가시키기 위해, 로터 베어링들은, 외부 베어링 페데스탈(bearing pedestal)들에 의해 지지되는 대신에, 프레임 구조물의 각각의 단부 상에 있는 개개의 브라켓(bracket)들에 의해 지지될 수 있다. 베어링들의 이러한 어레인지먼트(arrangement)는, 발전기의 단부들에 있는 프레임 풋들이 로터 샤프트 및 베어링들에 중실형 지지물을 제공해야 함을 의미한다. 이전에는, 각각의 풋 상의 로드 분포를 측정하기 위해, 그리고 동적 베어링 로드들을 위한 풋의 포지션(position)을 최적화시키기 위해, 프레임 리브(frame rib)들 또는 거싯(gusset)들 상에서 전기-기계 스트레인 게이지(strain gauge)들이 사용되었다. 적절한 프레임 풋 로딩을 위해 프레임 휨에 기초한 로드 분포 패턴(load distribution pattern)이 사용된다. 특히, 프레임 구조물의 코너(corner)들 가까이 위치되는 하나 또는 그 초과의 거싯들 상에서 하나 또는 그 초과의 전기-기계 스트레인 게이지들이 사용되었고; 이는, 코너들에서 프레임 무게를 견디는 것은 이러한 수직 지지 거싯들이다.
위에서 설명된 방식으로 전기-기계 스트레인 게이지들의 사용은, 어떤 신뢰성 및 동작 제약들을 도입시킨다. 첫째, 표준 전기-기계 스트레인 게이지들은 통상적으로 흡습 시멘트(hydroscopic cement)를 통해 거싯 기판에 본딩(bonding)되는데, 이는 때때로 실패할 수 있다. 심지어 습기를 피하기 위해 스트레인 게이지들을 밀봉제로 코팅하도록 주의를 기울였다 하더라도, 시멘트의 본드 수명은 12-18 개월만큼 짧을 수 있다. 따라서, 이전에 프레임 풋이 로딩되었던 발전기들은, 오래된 스트레인 게이지들이 제거되게 하고 미래의 프레임 풋 로딩을 위해 새로운 스트레인 게이지들이 설치될 필요가 있을 것이다.
또한, 표준 전기-기계 스트레인 게이지들의 설치는 심지어 숙련된 기술자에 대해서도 시간 소모적이다. 숙련된 기술자에 의한 표준 스트레인 게이지 설치는 각각의 스트레인 게이지에 대해 약 1 시간이 걸릴 것으로 추정된다. 따라서, 예로서, 4-극 발전기에 대한 통상적인 설치는, 거싯들을 적절하게 설치하기 위해 최대 64개의 스트레인 게이지들을 포함할 수 있고, 그러므로 상당한 설치 시간을 요구할 수 있다.
또한, 설계에 의해, 각각의 표준 스트레인 게이지는 통상적으로, 측정을 위해 3개의 와이어(wire)들을 요구한다. 4-극 발전기에 대해, 256개만큼 많은 와이어들이 발전기로부터 스트레인 게이지 아날로그 커넥터(strain gauge analog connector)들로 라우팅(routing)될 필요가 있을 수 있다. 이러한 연결들은 또한, 최종 측정들을 하기 위해 필요한 상당량의 시간을 초래한다.
따라서, 신속하고, 효율적이고, 정확한 방식으로, 그리고 긴 시간 기간들 동안 신뢰성 있는 결과들을 보장하는 방식으로, 전력 발전기에 대한 프레임 풋 로딩 측정들을 수행할 필요가 남아 있다.
본 발명의 양상들은, 광섬유 브래그 그레이팅 센서(fiber Bragg grating sensor)들에 기초한 스트레인 측정 모듈(strain measuring module)에 관한 것이다. 상기 모듈은 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 광학 신호 경로를 포함하고, 상기 모듈은, 상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 제1 광섬유 브래그 그레이팅을 갖고, 그리고 상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅과 상기 제2 단부 사이에 제2 광섬유 브래그 그레이팅을 갖는다. 또한, 상기 모듈은, 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅 및 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅을 실질적으로 에워싸도록 구성된 하우징(housing)을 포함하고; 여기서, 상기 하우징은 발전기의 지지 거싯의 표면에 기계적으로 부착되도록 구성된 외부 표면을 갖는다. 추가로, 온도 센서가 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅 및 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅에 근접하게 위치되게 제공될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따라, 복수의 모듈들을 포함하는 스트레인 측정 디바이스(strain measuring device)가 제공된다. 모듈들 각각은, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 광학 신호 경로, 그리고 광학 신호 경로에서 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅을 포함한다. 부가하여, 각각의 모듈은 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅을 실질적으로 에워싸도록 구성된 하우징을 포함하고; 여기서, 상기 하우징은 발전기의 지지 거싯의 표면에 기계적으로 부착되도록 구성된 외부 표면을 갖는다. 복수의 모듈들은, 단일 광학 신호 경로를 제공하기 위해, 시작 모듈과 종료 모듈을 갖는 인접한 모듈들의 순차 체인(sequential chain)에 배열된다. 광원이 시작 모듈의 제1 단부와 커플링(coupling)되고, 입사광 스펙트럼(incoming spectrum of light)을 제공하도록 구성된다. 검출기가 시작 모듈의 제1 단부와 커플링되고, 개개의 브래그 그레이팅들에 대응하는, 복수의 모듈들 각각으로부터의 개개의 반사된 신호를 수신하도록 구성된다. 시작 모듈에서 시작해 종료 모듈에서 끝나는 순차 체인으로, 복수의 모듈들의 각각의 모듈의 제2 단부를 상기 각각의 모듈의 개개의 이웃의 제1 단부에 광학적으로 커플링시키도록 점퍼 광섬유(jumper fiber)가 구성된다.
본 발명의 또 다른 양상은, 복수의 프레임 풋들 상에서 지지되는 발전기 케이싱(generator casing), 및 상기 발전기 케이싱과 상기 프레임 풋들 사이에서 연장되는 거싯들을 포함하는 발전기의 프레임 풋 로딩을 결정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 복수의 거싯들의 각각의 거싯에 적어도 하나의 프레임 풋 로딩 모듈을 부착시키는 단계를 포함하고, 상기 복수의 모듈들은, 단일 광학 신호 경로를 제공하기 위해, 시작 모듈 및 종료 모듈을 갖는 인접한 모듈들의 순차 체인으로 배열된다. 모듈들 각각은 개별적인 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 광학 신호 경로; 상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 있는 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅; 및 상기 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅을 실질적으로 에워싸도록 구성된 하우징을 포함하고; 여기서 상기 하우징은 발전기의 지지 거싯의 표면에 기계적으로 부착되도록 구성된 외부 표면을 갖는다. 부가하여, 상기 방법은, 광원을 상기 시작 모듈의 제1 단부와 커플링시키는 단계 ―상기 광원은, 입사광 스펙트럼을 제공하도록 구성됨―; 검출기를 상기 시작 모듈의 상기 제1 단부와 커플링시키는 단계 ―상기 검출기는, 개개의 브래그 그레이팅에 대응하는, 상기 복수의 모듈들 각각으로부터의 개개의 반사된 신호를 수신하도록 구성됨―; 및 상기 시작 모듈에서 시작해 상기 종료 모듈에서 끝나는 순차 체인으로, 복수의 모듈들의 각각의 모듈의 제2 단부를 상기 각각의 모듈의 개개의 이웃의 제1 단부에 광학적으로 커플링시키기 위해 점퍼 광섬유를 부착시키는 단계를 포함한다.
본 명세서가, 본 발명을 구체적으로 언급하고 명백하게 청구하는 청구항들로 마무리짓지만, 본 발명이 첨부된 도면(Drawing Figure)들과 함께 하기의 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것으로 여겨지며, 도면들에서는, 같은 참조 번호들은 같은 엘리먼트(element)들을 식별한다.
도 1은 본 발명의 원리들에 따라 스트레인 게이지로서 사용될 수 있는 광섬유 브래그 그레이팅의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따라 스트레인 게이지 어레인지먼트로서 사용될 수 있는 복수의 광섬유 브래그 그레이팅들의 센서 어레인지먼트의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 원리들에 따른 용접 가능한 광섬유 브래그 그레이팅 컴포넌트(weldable fiber Bragg grating component)를 도시한다.
도 4a-도 4c는 본 발명의 원리들에 따라 모듈에 배열되는 복수의 광섬유 브래그 그레이팅들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 각각, 터보 발전기의 상이한 영역들의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 원리들에 따라 프레임 풋 로딩 모듈들을 갖는 두 개의 거싯들을 도시한다.
도 7은 본 발명의 원리들에 따라 복수의 거싯들 및 프레임 풋 로딩 모듈들을 갖는 발전기 프레임의 코너를 도시한다.
도 8은 본 발명의 원리들에 따라 프레임 풋 로딩 패턴들을 감지하는 예시적 방법의 흐름차트(flowchart)이다.
바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명에서는, 본원의 일부를 형성하는 첨부된 도면들이 참조되고, 도면들에서는, 본 발명이 구현될 수 있는 특정한 바람직한 실시예가 예시로서 ―그러나, 제한은 아님― 도시된다. 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이, 변경들이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명의 양상들에 따라, 광섬유 브래그 그레이팅(FBG:fiber Bragg grating) 기반 센서가, 발전기, 예컨대 터보-발전기의 프레임 풋 로딩을 결정하기 위한 스트레인 감지 엘리먼트로서 사용된다. 기본적인 프레임 풋 로딩(FFL:Frame Foot Loading) 모듈을 형성하기 위해 세 개의 FBG들이 나란히 사용될 수 있다. 그러나, FFL 모듈이 단일 FBG를 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 두 개의 모듈들이 발전기 프레임의 코너에 있는 각각의 수직 지지 거싯 상에 고정될 수 있는데, 하나의 모듈은 거싯의 정면(front)에 있고 제2 모듈은 거싯의 후면(back)에 있다. 따라서, 각각의 거싯은, 여섯 개의 FBG 센서들을 갖게 설치될 수 있다. 거싯들은 발전기의 네 개의 코너들의 각각의 코너 상에 선택된다. 2-극 발전기들에 대해, 각각의 코너에 세 개의 제1 거싯들이 사용될 수 있고, 4-극 발전기들에 대해, 네 개의 제1 거싯들이 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리들에 따라 스트레인 게이지 또는 센서로서 사용될 수 있는 광섬유 브래그 그레이팅의 개념도이다. 광섬유 브래그 그레이팅(FBG)(104)은 통상적으로 광섬유(102)의 코어(106)에 형성된다. 코어(106)는 도 1에 도시된 바와 같이 클래딩(cladding)(108)에 의해 둘러싸인다. 이러한 그레이팅들은, FBG(104)로부터 반사된 신호 또는 FBG(104)를 통해 송신된 신호를 검출함으로써 모니터링될 수 있는 패시브 광학 디바이스(passive optical device)들이다. 그레이팅(104)의 브래그 파장(λB)(또한 중심 파장으로서도 알려짐)이 하기에 의해 결정되고:
λB = 2n e ∧T
여기서, n e 는 광섬유 코어(106)에 있는 그레이팅(104)의 유효 굴절률이고, 그리고 ∧T(101)은 그레이팅 기간이다. 유효 굴절률은, 진공에서 전파되는 광의 속도와 비교하여, 코어(106)를 통해 전파되는 광의 속도를 정량화한다. 측정될 수 있는 그레이팅(104)의 환경과 연관된 물리적 특성은 본원에서 피측정량(measurand)으로 지칭되고, 예시적 피측정량들은 온도, 스트레인, 압력, 텐션(tension), 습도 등등을 포함한다. 피측정량이 변함에 따라, 그레이팅 기간(101)이 또한 변하는데, 이는 그레이팅(104)이 자신의 로컬 환경에서 피측정량의 이러한 변화를 표시하게 허용한다.
실제, 브로드밴드 스펙트럼(broadband spectrum)(110)을 갖는 광은 입력으로서 광섬유(102)에 커플링되고, 그레이팅(104)은 브로드밴드 입력 광(110)의 일부분을 반사시킨다. 반사된 광(114)의 중심 파장은 각각의 광섬유 브래그 그레이팅에 의해 결정되고, 각각의 중심 파장은 고유하며, 여기서 λB1, λB2가 복수의 반사된 중심 파장들을 대표할 수 있다. 피측정량이 그레이팅(104)에 영향을 끼칠 때, 결과는, 그레이팅에 의해 반사된 광의 중심 파장이 시프팅(shifting)되는 것이다. 이러한 스펙트럼 시프트는 피측정량의 직접 측정으로서 간주될 수 있다.
추가로, 도 1에 또한 도시된 바와 같이, 그레이팅(104)에서 반사되지 않은 브로드밴드 스펙트럼(110)의 일부분은, 그레이팅(104)을 지나 송신된 스펙트럼(112)으로서 이어진다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 송신된 스펙트럼(112)은, 상이한 중심 파장들 주변에 센터링된 파장 범위들의 반사된 광 신호들을 제공하는, 하나 또는 그 초과의 후속하는 FBG들에서 반사될 수 있는 광의 스펙트럼을 제공한다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따라 스트레인 게이지 어레인지먼트로서 사용될 수 있는 복수의 광섬유 브래그 그레이팅들의 센서 어레인지먼트의 개념도이다. 여러 FBG 그레이팅들(2041, 2042, 2043, 2044, 및 2045) ―각각은, 개개의 상이한 중심 파장(λB1, λB2, λB3, λB4, 및 λB5)을 가짐― 은, 동일한 광섬유(202) 체인에 포함될 수 있고, 동시에 측정될 수 있다. 이러한 FBG 기반 센서의 기본 구성은 일루미네이팅 소스(illuminating source)(201), 광학 커플러(212), 검출 유닛(detection unit)(216), 및 상이한 FBG들, 즉 2041-2045를 포함할 수 있다. 소스(201)로부터의 광(210)이 각각의 FBG로부터 반사되고, 커플러(212)는 이러한 반사된 광을 검출 유닛(216)에 전달한다. 브래그 파장의 시프트들이 피측정량의 변화들로 해석된다. 특히, 반사된 광의 반사 스펙트럼(214)은 FBG들(2041-2045) 각각으로부터의 개개의 반사된 신호를 포함하며, 개개의 반사된 신호는 FBG들, 즉 2041-2045의 개개의 브래그 파장들(λ1 내지 λ5)에 따라 좌우된다. 알려진 피측정량 값의 그레이팅의 브래그 파장을 인지함으로써, 그 피측정량 값의 변화를 결정하는데 그 파장의 관찰된 시프트가 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 FBG들(2041-2045)의 파장의 시프트는 동시에 검출될 수 있고, 브래그 파장의 개별 시프트들은 그 브래그 그레이팅에 의해 점유된 특정 위치에서의 피측정량의 변화들을 각각 표시할 것이다. 단일 광섬유(202) 내에 포함될 수 있는 FBG들의 개수는, 각각의 FBG의 동작의 파장 범위, 및 검출 유닛(216)의 총 이용가능한 파장 범위에 따라 좌우된다. 스트레인으로 인한 파장 시프트들은 통상적으로 온도보다 더 두드러지기 때문에, FBG 온도 센서들에는 ~1 ㎚가 할당되는 반면에, FBG 스트레인 센서들에는 종종 ~5 ㎚ 범위가 주어진다. 통상적인 검출기들이 약 50 ㎚ 내지 100 ㎚의 측정 범위를 제공할 수 있기 때문에, 반사된 파장들이 광학 스펙트럼에서 겹쳐지지 않는 한, 센서들의 각각의 광섬유 어레이(array)는 보통, 대략 한 개에서 80개보다 많은 개수의 FBG 센서들을 포함할 수 있다. 브로드밴드 소스(201)는 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장들을 갖는 스펙트럼(210)(약 1550 ㎚의 중심 파장(λ0)을 가짐을 생성하는 광원을 포함할 수 있다. 당업자는, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 다른 브로드밴드 광원들, 다른 동작 파장들, 및 더 많거나 또는 더 적은 개수의 FBG들이 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
따라서, 도 2에서, 그레이팅들(2041-2045)은, 그들의 반사된 스펙트럼이 광원(201)에 의해 제공된 광 스펙트럼(210)의 스펙트럼 밴드(spectral band) 내에 있도록 선택된다. 브래그 그레이팅들은, 각각이 그 자신의 스펙트럼 밴드에 의해 검출 유닛(216)에서 식별 가능하도록, 겹쳐지지 않는 스펙트럼 반사 특성들(214)을 갖는다. 각각의 FBG 센서로부터 반사된 브래그 신호는, 반사시, 검출 시스템(216)에 의해 모니터링된다. 브래그 파장의 임의의 시프트는 대응하는 FBG 센서 위치에서의 피측정량의 변화를 표시할 것이다.
본 발명의 양상들에 따라, FBG 스트레인 센서는 발전기, 예컨대 터보-발전기의 수직 지지 거싯들 상에 위치될 수 있다. 이 위치에서, 센서는, 복수의 다른 유사한 센서들과 함께, 발전기의 프레임 풋 로딩 파라미터(frame foot loading parameter)들을 결정하는데 유용한 스트레인 정보를 검출하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이 양상에 따라, FBG 센서가 거싯의 표면과 기계적으로 커플링되어, 거싯의 표면 상의 스트레인이 FBG 스트레인 센서의 결과적 스트레인을 유발할 수 있게 되고, 이는 이후 검출 및 측정될 수 있다. 도 3은 본 발명의 원리들에 따른 용접 가능한 광섬유 브래그 그레이팅 컴포넌트(300)를 도시한다.
도 3의 용접 가능한 FBG 컴포넌트(300)는 FBG(304)와 통합되는 미리-늘어난 또는 미리-텐셔닝된 광섬유(302)를 포함할 수 있고, 상기 FBG(304)는 용접 가능한 플레이트(303)에 부착된다. 용접 가능한 플레이트(303)는, 적절한 표면에 대한 광섬유(302)의 본딩을 단순화시키는 비교적 편평한, 매끄러운 표면을 제공한다. 플레이트(303)는 에폭시(epoxy), 시멘트 또는 다른 접착제들에 의해 표면에 앵커링(anchoring)될 수 있다. 그러나, 하나의 유용한 방법은, 스트레인이 측정될 표면에 용접될 수 있는 금속으로 플레이트(303)를 구성하는 것이다. 예컨대, 플레이트(303)는 기저 기판 표면에 스폿 용접(spot welding)될 수 있다. 용접은, 에폭시 또는 시멘트와 비교하여, 시간에 따라 더욱 신뢰성 있는 부착을 제공할 수 있다.
광섬유(302)는 통상적으로, 용접 가능한 플레이트(303)의 마주하는 단부들(303A, 303B)에 앵커링되는데, 개개의 광섬유 연장부(302A 및 302B)는 이러한 각각의 앵커링 지점으로부터 연장된다. 광섬유 연장부들(302A, 302B) 각각은, FBG 컴포넌트(300)가 멀티컴포넌트 광섬유 어셈블리(multicomponent fiber assembly)의 일부분으로서 그 내부에 쉽게 삽입되도록 허용하는 개개의 커넥터 또는 광학 커플러(320A 및 320B)를 가질 수 있다.
도 3의 FBG 스트레인 센서는 단지, 오브젝트(object)의 표면에 부착될 수 있는 스트레인 센서를 제공하기 위해 이러한 센서가 구성될 수 있는 하나의 방식의 예이다. 당업자는, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, FBG 스트레인 센서들을 구성하는 다른, 기능적으로 동등한 방법들이 존재함을 인식할 것이다.
도 4a-도 4c는, 본 발명의 원리들에 따라 하나 또는 그 초과의 광섬유 브래그 그레이팅들을 갖게 구성될 수 있는 모듈 또는 모듈식 구성(400)을 도시한다. 도 4a-도 4c의 모듈(400)은 프레임 풋 로딩(FFL:frame foot loading) 모듈로 지칭될 수 있다. 도 4a의 어레인지먼트는 광섬유 체인을 포함하고, 상기 광섬유 체인은 (좌측에 있는) 제1 FBG 스트레인 센서(3001) 및 (우측에 있는) 제2 FBG 스트레인 센서(3002)를 포함할 수 있다. 스트레인 센서들(3001, 3002)은 위에서 설명된 컴포넌트(300)와 유사하게 구성될 수 있고, 그래서 각각은 용접 가능한 플레이트, 예컨대 위에서 설명된 플레이트(303)를 포함할 수 있다. 또한, 모듈(400)은 두 개의 스트레인 센서들(3001, 3002) 사이에 위치되는 FBG 온도 센서(404)를 포함할 수 있다. FBG 온도 센서 및 FBG 스트레인 센서의 구조는, FBG 온도 센서(404)에 대해서는 용접 가능한 플레이트(303)가 포함될 필요가 없다는 점을 제외하고, 실질적으로 동일하다. 각각의 예시에서, 피측정량의 변화의 결과로서 FBG들 각각의 그레이팅 기간이 변한다. 특히, FBG 온도 센서(404)에 대해, 광섬유(402)의 온도 변화의 결과로서 온도 센서 FBG의 유효 굴절률, 즉 n e 가 변하고, 이로써 브래그 파장이 시프팅된다.
상이한 FBG 센서들(3001, 3002, 404) 사이에 커플링들 및 커넥터들(미도시)이 존재할 수 있지만, 광섬유(402)가 사실상, 모듈(400)에 대한 광 단자(terminal optical) 커플러들 또는 커넥터들(422A 및 422B) 사이의 연속적인 광섬유 경로라는 점이라는 효과가 있다.
도 4b는 모듈(400)을 위한 보호성 하우징 또는 케이싱에 부착된, 도 4a로부터의 FBG 센서 어레인지먼트를 도시한다. 케이싱은, 도 4a의 FBG 센서 어레인지먼트에 인클로저(enclosure)를 제공하는 바닥 플레이트(430) 및 커버 플레이트(432)를 포함할 수 있다. 단자 커넥터들(422A, 422B) 각각은 개개의 외부 커넥터(424A, 424B)와 커플링될 수 있다. 이러한 방식으로, 도 4b 및 도 4c의 모듈(400)은, 하나 또는 그 초과의 FBG 센서들을 포함할 수 있는 독립형 스트레인 센서 모듈일 수 있다. 특히, 본원에 설명되는 바와 같이, 모듈(400)은, 복수의 FBG 스트레인 센서들, 예컨대 두 개의 FBG 스트레인 센서들을 포함하고 FBG 온도 센서뿐만 아니라 광학 신호들을 송수신하기 위한 연결성 지점들을 포함할 수 있는 독립형 스트레인 센서 모듈일 수 있다.
도 4c는 바닥 플레이트(430)의 하나의 구체적인 특징을 도시한다. 바닥 플레이트(430)가 프레임 거싯에 어떤 방식으로 부착될 것임과, 커버 플레이트(432)를 제거함으로써 모듈(400)의 내면이 액세스 가능하게 될 것임이 계획된다. 그러나, FBG 스트레인 센서들(3001, 3002)을 바닥 플레이트(430)에 부착시키는 것은 거싯이 겪고 있는 스트레인을 정확하게 검출하지 못할 수 있다. 따라서, 개개의 오프닝(opening)들(440, 442)이 바닥 플레이트(430)에 제공된다. 이러한 오프닝들은, 바닥 플레이트(430)로부터의 어떠한 간섭도 없이, 각각의 FBG 스트레인 센서(3001, 3002)와 연관된 개개의 용접 가능한 플레이트들(303)이 거싯의 표면에 직접적으로 용접 가능하게 되도록 허용한다. 오프닝들(440, 442)은 용접 가능한 플레이트(303) 크기에 기초하여 적절하게 크기결정되고, 그리고 간격에 대해서는, 약 4 인치 내지 약 7 인치의 거리만큼 오프닝들(440, 442)이 분리될 수 있다. 그 결과, 모듈(400)은, 거싯의 표면에 부착될 때, 그 거싯 표면이 겪게 되는 스트레인의 두 개의 상이한 측정치들뿐만 아니라 그 FBG 스트레인 센서들(3001, 3002)이 위치된 곳의 온도의 표시를 제공할 것이다.
FBG 온도 센서(404)는, 온도 센서(404)를 FBG 스트레인 센서들(3001 및 3002)과 연결시키는 광섬유들에 의해 모듈 내에 단단히 위치될 수 있다. 따라서, 온도 센서(404)는 스트레스(stress) 또는 스트레인에 의해 영향받게 되는 것을 방지할 수 있고, 고정된 표면에 견고하게 장착된다. 언급된 바와 같이, FBG 온도 센서(404)는 FBG 스트레인 센서들(3001 및 3002)의 위치 가까이에서 온도를 측정하는 방식을 제공한다. 그러나, 당업자는 상이한 타입의 온도 센서가 또한 제공될 수 있음을 인식할 것이다. 예컨대, 식별 가능한, 반도체-기반의 온도 센서들의 무선 네트워크는, 모듈(400)이 위치될 수 있는 상이한 위치들에서 온도가 감지될 수 있도록 허용할 것이다.
당업자는, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 부가적인 FBG 스트레인 센서들이 모듈(400)에 포함될 수 있음을 인식할 것이다. 예컨대, FBG 온도 센서(404)와 FBG 스트레인 센서(3002) 사이에 제3 FBG 스트레인 센서가 위치될 수 있다. 이러한 어레인지먼트에서, 모듈(400)의 폭은 부가적인 센서를 수용하기 위해 우측으로 연장될 수 있다. 이러한 어레인지먼트에서, 세 개의 FBG 스트레인 센서들 전부가 연장된 모듈 내에서 실질적으로 수직으로 정렬되도록, 광섬유(402)는 구불구불한 구성으로 형성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 각각, 터보-발전기의 상이한 영역들의 사시도이다. 도 5a에서, 발전기(450)의 일 측이 도시되는데, 이는 발전기(450)의 상기 일 측의 각각의 단부에 가까운 거싯들을 도시하고; 유사한 거싯들이 발전기(450)의 다른 측 상에 또한 위치된다. 발전기(450)의 정면 우측 코너의 거싯들은 제1 거싯 내지 제5 거싯(452A-452E)을 포함한다. 이러한 거싯들(452A-452E)은 발전기(450)의 케이싱(451) 및 프레임 풋(458)과 커플링되고, 따라서 거싯 상의 스트레인은 발전기(450)가 겪는 프레임 풋 로딩을 표시한다. 통상적으로, 네 개의 제1 거싯들(452A-452D) 상의 스트레인이 결정될 수 있다. 또한, 도 5a에는 하나 또는 그 초과의 트러니언(trunnion)들(454, 456)이 도시된다. 풋 프레임(458)이 임의의 지지 파운데이션 상에 안착되지 않도록, 이러한 트러니언들 및 유압 잭(hydraulic jack), 또는 유사한 수단을 이용하여, 발전기(450)의 코너가 들어 올려질 수 있다. 이러한 방식으로, 거싯 표면들(452A-452D)이 겪는 베이스라인 스트레인(baseline strain)은, 그 코너에 있는 프레임 풋 상에 로드가 없을 때 결정될 수 있다.
도 5b는 시이팅 플레이트(460) 상에 안착되는 프레임 풋(458)의 상세도를 도시한다. 참조를 위해 라벨링된 개개의 모듈들에 대해, 제1 거싯 및 제2 거싯(452A 및 452B)이 위치, 즉 400L을 갖게 예시된다. 거싯들이 겪는 프레임 풋 로딩 패턴을 조정하기 위해 시이팅 플레이트(460)와 프레임 풋(458) 사이에 심들(462)이 삽입된다.
도 6은 본 발명의 원리들에 따라 프레임 풋 로딩 모듈들을 갖는 두 개의 제1 거싯들(452A, 452B)을 도시한다. 프레임 풋 로딩 정보를 취득하기 위한 하나의 유용한 기술은 거싯들(452A-452D) 각각에 다수의 모듈들(400)을 배치하는 것이다. 예컨대, 제1 거싯(452A) 상에는, FBG 스트레인 센서 모듈(400A1)이 거싯(452A)의 정면 측 상에 배치되고, 대응하는 모듈(400A2)이 거싯(452A)의 후면 측 상에 배치된다. 거싯의 마주하는 면들을 표기하기 위해 편의상 사용되는 용어들 "정면" 및 "후면"은, 본 발명의 실시예들을 특정한 공간적 어레인지먼트들로만 제한시키는 것으로 의도되지 않는다.
유사하게, 제2 쌍의 모듈들(400B1 및 400B2)이 제2 거싯(452B)에 부착된다. 따라서, 각각의 거싯(452A, 452B)이 4개의 FBG 스트레인 센서들 및 2개의 FBG 온도 센서들을 포함하도록, 각각의 거싯(452A, 452B)은 두 개의 FBG 스트레인 센서 모듈들을 갖는다. 모듈들의 오배치(misplacement)가 피측정량들의 의도되지 않은 차이들을 유발하지 않도록, 각각의 개개의 거싯 표면 상의 유사한 위치들에 모듈들(400A1, 400A2, 400B1, 400B2)이 배치될 수 있다. 특히, 각각의 모듈은 개개의 거싯의 바깥쪽 에지로부터 약 3 인치 내지 7 인치에, 그리고 프레임 풋 위로 약 3 인치 내지 7인치에 배치될 수 있다.
광섬유(470)가 제1 모듈(400A1)을 소스/검출기, 예컨대 도 2에 도시된 소스(201)/검출 유닛(216)에 연결시킬 수 있고, 점퍼 광섬유(472A)가 제1 모듈(400A1)을 제2 모듈(400A2)에 연결시킬 수 있다. 다른 점퍼 광섬유(474A)가 제2 모듈(400A2)을 제2 거싯(452B) 상의 제1 모듈(400B1)에 연결시킬 수 있고, 추가적인 점퍼 광섬유(472B)가 제1 모듈(400B1)을 제2 모듈(400b2)에 연결시킬 수 있다. 광섬유 체인을 부가적인 모듈들에 대해 연장시키기 위해 부가적인 광섬유(474B)가 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 원리들에 따라 개개의 프레임 풋 로딩 모듈들을 지지하는 복수의 거싯들(452A, 452B, 452C, 452D)을 갖는 발전기 프레임의 코너를 도시한다. 도 7에서, 네 개의 상이한 모듈들(400A1, 400B1, 400C1, 400D1) 각각은, 개개의 거싯들에 부착된 상태로 도시된다. 이러한 네 개의 상이한 모듈들 각각은, 그들의 개개의 거싯의 맞은 편 측 상에 있는 대응하는 모듈 ―보이지 않음― 을 갖고, 그래서 도 7의 발전기 코너에는 8개의 모듈들이 존재한다. 또한, 도 7에는 도시되지 않은 세 개의 다른 코너들이 존재하고, 상기 세 개의 다른 코너들은 그러한 코너들의 개개의 거싯들 상에 모듈들의 유사한 어레인지먼트를 가질 수 있다. 따라서, 도 7의 발전기는 프레임 풋 로딩 파라미터들을 결정하는 것을 돕기 위해 예컨대 총 32개의 모듈들을 가질 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 발전기의 각각의 코너에 있는 세 개의 거싯들에만 모듈들이 부착될 수 있는 예시들이 존재한다. 당업자는, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 4개보다 많은 거싯들이 또한 부착된 모듈들을 가질 수 있음을 인식할 것이다.
위에서 설명된 바와 같이, 거싯의 일 측 상의 모듈들은 대응하는 점퍼 광섬유(472A-472D)에 의해 대응하는 맞은 편 측 상의 모듈과 커플링된다. 또한, 하나의 거싯으로부터의 모듈과 다른 거싯 상의 모듈 사이의 커플링을 표현하는 점퍼 광섬유들(474A-474C)이 존재한다. 상이한 모듈들의 스트레인(및 온도) 측정치들이 취득되고 있을 때, 이러한 점퍼 광섬유들(472A-472D 및 474A-474C)이 사용된다. 발전기의 동작 이전, 프레임 풋 로딩이 조정된 이후에는, 이러한 점퍼 광섬유들(472A-472D 및 474A-474C)이 제거될 수 있다. 하나의 잇점은 모듈들(400A1-400D1) 및 연관된 맞은 편의 모듈들이 적소에 남겨질 수 있어, 프레임 풋 로딩이 미래의 어떤 시점에서 재계산될 필요가 있다면, 필요한 연결들만이 점퍼 광섬유들에 부가되는 것이어서, 이전의 측정 시스템들에 비하여 복잡성 및 연결 시간이 실질적으로 감소된다는 점이다.
앞서 언급된 바와 같이, 다수의 FBG 스트레인 센서들은 직렬로 서로 커플링될 수 있고, 전부가 한 번에 분석될 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 코너 거싯들에 커플링된 8개의 모듈들로부터의 신호들 전부가 동시에 분석될 수 있다. 상이한 코너가 분석될 때, 그러면 그러한 8개의 모듈들에 대한 연결들이 실행될 수 있고, 그러한 신호들이 분석될 수 있다. 그러나, 각각의 코너가 별개로 분석되는 것에 부가하여, 점퍼 광섬유(474N)에 의해 표현될 수 있는 바와 같이 하나의 코너로부터의 "최종" 모듈을 발전기의 제2 코너의 "제1" 모듈에 커플링시키기 위해 점퍼 광섬유가 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 모든 코너들로부터의 신호들이 동시적인 방식으로 취득 및 분석될 수 있도록, 발전기의 코너들 전부(또는 코너들 중 단지 일부)가 서로 링킹될 수 있다.
도 8은 본 발명의 원리들에 따라 프레임 풋 로딩 패턴들을 감지하는 예시적 방법의 흐름차트이다. 제1 단계, 즉 802에서, 복수의 FBG 스트레인 거싯 모듈들(즉, FFL 모듈들)이 발전기의 하나 또는 그 초과의 코너들에 있는 거싯들 상의 적절한 위치들에 부착된다. 또한, 다수의 FBG 스트레인 센서들을 포함하는 광학 신호 경로를 생성하기 위해, 적절한 점퍼 광섬유들에 의해 FFL 모듈들이 서로 링킹된다. 광학 신호 경로는 또한 다수의 FBG 온도 센서들을 포함할 수 있다.
단계(804)에서, FBG 스트레인 게이지들의 베이스라인 측정치들이 결정된다. 특히, 발전기의 코너에 있는 프레임 풋(및 지지 거싯들)으로부터 임의의 로드가 제거될 수 있도록, 발전기의 코너가 들어 올려질 수 있다. 심지어 프레임 풋에 어떠한 로드도 배치되지 않더라도, 각각의 FBG는 여전히 어떤 텐션 또는 스트레인을 겪을 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같은 통상적인 FBG(302)는 용접 가능한 플레이트(303)에 앵커링되기 이전에 미리 늘어난다. 또한, 거싯 표면에 대한 플레이트(303)의 용접은 또한 FBG(302) 상에 부가적인 스트레인을 부가시킬 수 있다. 따라서, 단계(804)에서, 각각의 FBG 스트레인 센서의 베이스라인 브래그 파장은, 무(no) 로드 하에서 거싯 상의 각각의 FBG 스트레인 센서의 설치 조건에서 결정된다.
도 4a-도 4c에 도시된 바와 같이 FBG 온도 센서가 활용된다면, 알려진 온도에서의 각각의 온도 센서의 브래그 파장이 계산될 수 있도록, 교정 단계가 수행될 수 있다. 특히, FBG 온도 센서의 교정은, 단계(804)에서 무-로드 스트레인 측정치들이 결정됨과 동시에 수행될 수 있다.
베이스라인 스트레인 측정들 및 온도 교정 측정들을 결정하기 위해, 신호 소스 및 검출기가 FFL 모듈들의 스트링(string)과 커플링되고, 그리고 FFL 모듈들의 스트링에 있는 각각의 FBG에 대한 베이스라인 또는 교정 브래그 파장을 결정하는데 반사된 신호들이 사용된다.
단계(806)에서, 발전기의 프레임 풋들은 그들의 개개의 시이팅 플레이트들에 부착 또는 재-부착된다. 위에서 설명된 바와 같이, 단계(808)에서 신호 소스 및 검출기를 갖는 신호 분석기가 FFL 모듈들의 스트링과 커플링될 수 있고, 이는 광학 신호 경로를 제공한다. 위에서 설명된 바와 같이, 신호 소스는 브로드밴드 신호를 송신하고, 상기 브로드밴드 신호는 광학 신호 경로에 있는 각각의 FBG로부터 개개의 반사된 신호를 유발한다. 반사된 신호들 각각은, 개개의 FBG 센서에 대한 베이스라인 브래그 파장과 비교하여 스트레인 또는 온도 차이들의 결과로서 시프팅될 수 있다.
따라서, 단계(810)에서, FBG 온도 센서에 대한 반사된 신호는, 특정한 FBG 스트레인 센서에 대한 스트레인 측정을 평가할 때 사용될 보상 인자를 결정하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 하나의 FFL 모듈에 대해, 두 개의 FBG 스트레인 센서들 및 인근의 FBG 온도 센서가 존재할 수 있다. 각각의 스트레인 센서는, 그들이 부착되는 거싯 표면이 겪는 스트레인으로 인한 개개의 브래그 파장 시프트를 겪을 것이다. 또한, FBG 스트레인 센서들은, 그들의 현재 환경과, 베이스라인 스트레인 판독치들이 결정되었을 때의 환경 사이의 임의의 주위 온도 차이들로 인한 브래그 파장 시프트를 겪을 것이다. 따라서, FBG 온도 센서는, 온도 차이들로부터 도출되는 브래그 파장 시프트의 양을 표시하고, 이 시프트는, 단계(810)에서, 오로지 스트레인으로 인한 브래그 파장 시프트가 결정될 수 있도록, 각각의 FBG 스트레인 게이지들로부터 반사된 신호의 측정치를 보상하는데 사용될 수 있다. 따라서, 단계(812)에서, 프레임 풋 및 각각의 거싯에서의 로드가 다양한 온도 조건들 하에서 정확하게 계산될 수 있다. 계산되는 프레임 풋 로딩 패턴에 기초하여, 단계(814)에서 원하는 패턴으로 프레임 풋 로딩을 조정하는데 심들 및 다른 기술들이 사용될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 인접한 거싯들 사이 그리고 발전기의 코너들 사이의 점퍼 광섬유들은, 발전기를 동작중으로 두기 이전에, 모듈들과 상기 점퍼 광섬유들의 개개의 커플링들에서 제거될 수 있다. 추가로, 점퍼 광섬유들은 적시에 그리고 효율적인 방식으로 재-부착될 수 있어, 도 8에 설명된 단계들을 이후에 다시 수행하기 위해 비교적 적은 연결들이 요구된다.
본 발명의 특정한 실시예들이 예시 및 설명되었지만, 기술분야의 당업자들에게는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이, 다양한 다른 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구항들에서, 본 발명의 범위 내에 있는 모든 이러한 변경들 및 수정들을 커버하는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 스트레인 측정 디바이스(strain measuring device)로서,
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 광학 신호 경로;
    상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 있는 제1 광섬유 브래그 그레이팅(fiber Bragg grating), 및
    상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅과 상기 제2 단부 사이에 있는 제2 광섬유 브래그 그레이팅
    을 포함하는, 스트레인 모듈(strain module); 및
    상기 스트레인 모듈을 실질적으로 에워싸도록 구성된 하우징(housing) ―상기 하우징은, 발전기의 지지 거싯(support gusset)의 표면에 기계적으로 부착되도록 구성된 외부 표면을 가짐―
    을 포함하는,
    스트레인 측정 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 커버 플레이트(cover plate) 및 바닥 플레이트를 포함하고, 상기 바닥 플레이트의 외부 표면은 상기 발전기의 지지 거싯의 표면에 기계적으로 부착되도록 구성된 상기 외부 표면에 대응하고, 상기 바닥 플레이트는 상기 지지 거싯의 표면에 대해 상기 하우징의 내면을 노출시키는 제1 오프닝(opening) 및 제2 오프닝을 포함하는,
    스트레인 측정 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅은 제1 용접 가능한 플레이트에 앵커링(anchoring)되는 제1 광섬유를 포함하고,
    상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅은 제2 용접 가능한 플레이트에 앵커링되는 제2 광섬유를 포함하고,
    상기 제1 오프닝은, 상기 제1 용접 가능한 플레이트가 제1 위치에 있는 지지 거싯의 표면과 접촉하도록 허용하기 위해 상기 제1 용접 가능한 플레이트를 수용하도록 구성되고, 그리고 상기 제2 오프닝은, 상기 제2 용접 가능한 플레이트가 제2 위치에 있는 지지 거싯의 표면과 접촉하도록 허용하기 위해 상기 제2 용접 가능한 플레이트를 수용하도록 구성되는,
    스트레인 측정 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단부는 제1 점퍼 광섬유(jumper fiber)와 커플링(coupling)되도록 구성된 제1 광학 커넥터(optical connector)를 포함하고,
    상기 제2 단부는 제2 점퍼 광섬유와 커플링되도록 구성된 제2 광학 커넥터를 포함하는,
    스트레인 측정 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레인 모듈은, 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅 및 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅에 근접하게 위치된 온도 센서를 더 포함하는,
    스트레인 측정 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 제3 광섬유 브래그 그레이팅을 포함하는,
    스트레인 측정 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제3 광섬유 브래그 그레이팅은 상기 광학 신호 경로에 포함되는,
    스트레인 측정 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제3 광섬유 브래그 그레이팅은 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅과 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅 사이에 위치되는,
    스트레인 측정 디바이스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅, 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅, 및 상기 제3 광섬유 브래그 그레이팅의 각각의 개개의 브래그 파장은 상이한,
    스트레인 측정 디바이스.
  10. 스트레인 측정 디바이스로서,
    복수의 모듈들 ―각각의 모듈은,
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 광학 신호 경로,
    상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 있는 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅, 및
    상기 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅을 실질적으로 에워싸도록 구성된 하우징 ―상기 하우징은, 발전기의 지지 거싯의 표면에 기계적으로 부착되도록 구성된 외부 표면을 가짐―
    을 포함하고,
    상기 복수의 모듈들은 단일 광학 신호 경로를 제공하기 위해 시작 모듈 및 종료 모듈을 갖는, 인접한 모듈들의 순차 체인(sequential chain)으로 배열됨―
    상기 시작 모듈의 제1 단부와 커플링되고, 입사광 스펙트럼(incoming spectrum of light)을 제공하도록 구성된 광원;
    상기 시작 모듈의 상기 제1 단부와 커플링되고, 개개의 브래그 그레이팅들에 대응하는, 상기 복수의 모듈들 각각으로부터 개개의 반사된 신호를 수신하도록 구성된 검출기; 및
    상기 시작 모듈에서 시작해 상기 종료 모듈에서 끝나는 상기 순차 체인으로, 상기 복수의 모듈들 중 각각의 모듈의 제2 단부를 상기 각각의 모듈의 개개의 이웃의 제1 단부에 광학적으로 커플링시키도록 구성된 점퍼 광섬유
    를 포함하는,
    스트레인 측정 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    특정한 쌍의 모듈들에 대해 상기 쌍의 제1 모듈이 개개의 거싯의 제1 측에 부착되게 구성되고 상기 쌍의 제2 모듈이 상기 개개의 거싯의 제2 측에 부착되게 구성되도록, 상기 복수의 모듈들은 모듈들의 쌍들로서 서로 논리적으로 그룹핑(grouping)되는,
    스트레인 측정 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅은 제1 광섬유 브래그 그레이팅을 포함하고,
    상기 복수의 모듈들 각각은,
    상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅과 상기 제2 단부 사이에 있는 제2 광섬유 브래그 그레이팅; 및
    상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅 및 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅에 근접하게 위치된 온도 센서
    를 더 포함하는,
    스트레인 측정 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈들 각각에 대해,
    상기 하우징은 커버 플레이트 및 바닥 플레이트를 포함하고, 상기 바닥 플레이트의 외부 표면은 상기 발전기의 지지 거싯의 표면에 기계적으로 부착되도록 구성된 상기 외부 표면에 대응하고, 상기 바닥 플레이트는 상기 지지 거싯의 표면에 대해 상기 하우징의 내면을 노출시키는 제1 오프닝 및 제2 오프닝을 포함하고,
    상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅은 제1 용접 가능한 플레이트에 앵커링되는 제1 광섬유를 포함하고,
    상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅은 제2 용접 가능한 플레이트에 앵커링되는 제2 광섬유를 포함하고,
    상기 제1 오프닝은, 상기 제1 용접 가능한 플레이트가 제1 위치에 있는 지지 거싯의 표면과 접촉하도록 허용하기 위해 상기 제1 용접 가능한 플레이트를 수용하도록 구성되고, 그리고 상기 제2 오프닝은, 상기 제2 용접 가능한 플레이트가 제2 위치에 있는 지지 거싯의 표면과 접촉하도록 허용하기 위해 상기 제2 용접 가능한 플레이트를 수용하도록 구성되는,
    스트레인 측정 디바이스.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈들 각각에 대해,
    상기 온도 센서는, 상기 광학 신호 경로에 포함되고 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅과 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅 사이에 위치되는 제3 광섬유 브래그 그레이팅을 포함하는,
    스트레인 측정 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅, 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅, 및 상기 제3 광섬유 브래그 그레이팅의 각각의 개개의 브래그 파장은 상이한,
    스트레인 측정 디바이스.
  16. 발전기의 프레임 풋 로딩(frame foot loading)을 결정하는 방법으로서,
    상기 발전기는 복수의 프레임 풋들 상에서 지지되는 발전기 케이싱(generator casing), 및 상기 발전기 케이싱과 상기 프레임 풋들 사이에서 연장되는 거싯들을 포함하고, 상기 방법은,
    적어도 하나의 프레임 풋 로딩 모듈을 복수의 거싯들 각각에 부착시키는 단계 ―상기 복수의 모듈들은, 단일 광학 신호 경로를 제공하기 위해 시작 모듈 및 종료 모듈을 갖는 인접한 모듈들의 순차 체인으로 배열되고,
    각각의 모듈은,
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 광학 신호 경로;
    상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 있는 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅, 및
    상기 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅을 실질적으로 에워싸도록 구성된 하우징을 포함하며, 상기 하우징은, 발전기의 지지 거싯의 표면에 기계적으로 부착되도록 구성된 외부 표면을 가짐―
    광원을 상기 시작 모듈의 제1 단부와 커플링시키는 단계 ―상기 광원은, 입사광 스펙트럼을 제공하도록 구성됨―;
    검출기를 상기 시작 모듈의 상기 제1 단부와 커플링시키는 단계 ―상기 검출기는, 상기 복수의 모듈들 중 각각의 모듈의 개개의 적어도 하나의 광섬유 브래그 그레이팅에 대응하는, 복수의 모듈들 중 각각의 모듈로부터의 개개의 반사된 신호를 수신하도록 구성됨―; 및
    상기 시작 모듈에서 시작해 상기 종료 모듈에서 끝나는 상기 순차 체인으로, 상기 복수의 모듈들 중 각각의 모듈의 제2 단부를 상기 각각의 모듈의 개개의 이웃의 제1 단부에 광학적으로 커플링시키기 위해 개개의 점퍼 광섬유를 부착시키는 단계
    를 포함하는,
    발전기의 프레임 풋 로딩을 결정하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    적어도 하나의 프레임 풋에 대한 프레임 풋 로딩을 결정하는 단계; 및
    상기 발전기의 동작 이전에 점퍼 광섬유들을 제거하는 단계
    를 포함하는,
    발전기의 프레임 풋 로딩을 결정하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 발전기의 동작 이후에 프레임 풋 로딩의 추가적인 결정을 수행하기 위해 모듈들 사이에 개개의 점퍼 광섬유들을 재-부착시키는 단계
    를 포함하는,
    발전기의 프레임 풋 로딩을 결정하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    프레임 풋들 중 적어도 두 개의 프레임 풋들 상의 복수의 거싯들에 상기 모듈들이 제공되어, 상기 적어도 두 개의 프레임 풋들 상의 모듈들 전부가 상기 단일 광학 신호 경로로 연결되는,
    발전기의 프레임 풋 로딩을 결정하는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프레임 풋 로딩 모듈을 복수의 거싯들 각각에 부착시키는 단계는,
    제1 프레임 풋 로딩 모듈을 상기 발전기의 제1 거싯의 제1 측에 커플링시키는 단계;
    제2 프레임 풋 로딩 모듈을 터보 발전기의 상기 제1 거싯의 제2 측에 커플링시키는 단계;
    상기 제1 프레임 풋 로딩 모듈을 상기 제2 프레임 풋 로딩 모듈에 광학적으로 커플링시키는 단계;
    상기 제1 프레임 풋 로딩 모듈과 연관된 제1 온도 보상 인자를 결정하는 단계;
    상기 제2 프레임 풋 로딩 모듈과 연관된 제2 온도 보상 인자를 결정하는 단계;
    상기 제1 프레임 풋 로딩 모듈에 대응하는 제1 스트레인 측정치를 검출하는 단계;
    상기 제2 프레임 풋 로딩 모듈에 대응하는 제2 스트레인 측정치를 검출하는 단계;
    상기 제1 온도 보상 인자에 기초하여 상기 제1 스트레인 측정치를 보상하는 단계;
    상기 제2 온도 보상 인자에 기초하여 상기 제2 스트레인 측정치를 보상하는 단계; 및
    보상된 제1 스트레인 측정치 및 제2 스트레인 측정치에 기초하여 프레임 풋 로딩 패턴(frame foot loading pattern)을 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 프레임 풋 로딩 모듈 및 상기 제2 프레임 풋 로딩 모듈 각각은,
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 단일 신호 경로들 중 하나;
    광학 신호 경로에서 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 있는 제1 광섬유 브래그 그레이팅;
    상기 광학 신호 경로에서 상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅과 상기 제2 단부 사이에 있는 제2 광섬유 브래그 그레이팅;
    상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅 및 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅에 근접하게 상기 광학 신호 경로에 위치된 온도 센서를 포함하는 제3 광섬유 브래그 그레이팅, 및
    상기 제1 광섬유 브래그 그레이팅, 상기 제2 광섬유 브래그 그레이팅, 및 상기 제3 광섬유 브래그 그레이팅을 실질적으로 에워싸도록 구성된 하우징
    을 각각 포함하는,
    발전기의 프레임 풋 로딩을 결정하는 방법.
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