KR20200136672A - Distributed optical fiber ultraviolet sensor - Google Patents

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KR20200136672A
KR20200136672A KR1020190062512A KR20190062512A KR20200136672A KR 20200136672 A KR20200136672 A KR 20200136672A KR 1020190062512 A KR1020190062512 A KR 1020190062512A KR 20190062512 A KR20190062512 A KR 20190062512A KR 20200136672 A KR20200136672 A KR 20200136672A
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sensing optical
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안태정
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조선대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a distributed optical fiber ultraviolet detection sensor which comprises: a sensing optical fiber installed in a sensing target region; a pulsed light generator inputting pulsed light into the sensing optical fiber; a sensitizing coating layer formed on an outer surface of the sensing optical fiber and having an appearance deformed to be sensitive to incident ultraviolet rays; and a measurement unit detecting scattered light outputted from the sensing optical fiber and calculating the ultraviolet rays irradiated to the sensing target region based on the detected scattered light. According to the present invention, the distributed optical fiber ultraviolet detection sensor has the sensitizing coating layer made of azobenzene formed on the sensing optical fiber to be sensitive to the incident ultraviolet rays, and calculates a change value of the sensitizing coating layer to detect the ultraviolet rays so as to have comparatively simply structure, thereby saving manpower and time during manufacturing.

Description

분포형 광섬유 자외선 감지센서{Distributed optical fiber ultraviolet sensor}Distributed optical fiber ultraviolet sensor

본 발명은 분포형 광섬유 자외선 감지센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자외선에 감응하여 외형이 변형되는 감응 코팅층을 이용하여 자외선을 감지할 수 있는 분포형 광섬유 자외선 감지센서에 관한 것이다. The present invention relates to a distributed optical fiber ultraviolet detection sensor, and more particularly, to a distributed optical fiber ultraviolet detection sensor capable of detecting ultraviolet rays by using a sensitized coating layer whose appearance is deformed in response to ultraviolet rays.

최근 들어 포토 리소그래피, 워터마크 제작, 광택, 코팅 등 다양한 분야에서 UV light emitting diode(LED), UV 램프, 고출력 UV 레이저 등의 UV광이 많이 사용되고 있다.Recently, UV light such as UV light emitting diodes (LEDs), UV lamps, and high-power UV lasers has been widely used in various fields such as photo lithography, watermark production, gloss, and coating.

그 결과, 피부병변이나 색소 침착, 백내장 등의 안과 질환과 인체 면역계통에의 악영향 등의 인체 유해성이 문제로 대두되고 있으며, 이로 인해 UV광의 세기를 안전하게 원격으로 측정할 수 있는 시스템의 필요성이 대두되고 있다.As a result, eye diseases such as skin lesions, pigmentation, and cataracts, as well as adverse effects on the human immune system, are emerging as a problem, resulting in the need for a system that can safely and remotely measure the intensity of UV light. Has become.

이와 관련하여 자외선 감지용 반도체 소자에 관한 기술이 특허출원(특허공개번호 10-2007-0044922) 되었다. 이 선행 특허출원에 기재된 자외선 감지용 반도체 소자는 기판 위에 버퍼층, 광 흡수층, 쇼트키 접합층, 오믹접합층으로 구성된 구조를 갖는 자외선 감지용 반도체 수광 소자를 제공하고, 상기 버퍼층은 AlxGa1-xN층으로 구성되고, 상기 광 흡수층은 InxGa1-xN 층으로 구성되며, 상기 버퍼층이나 광 흡수층상의 일부 영역에 오믹접합층이 형성되고, 상기 광 흡수층 상에 쇼트키 접합층이 형성되는 것을 주요 기술적 특징으로 하고 있다.In this regard, a patent application (Patent Publication No. 10-2007-0044922) regarding a semiconductor device for ultraviolet detection has been made. The semiconductor device for ultraviolet sensing described in this prior patent application provides a semiconductor light receiving device for ultraviolet sensing having a structure consisting of a buffer layer, a light absorbing layer, a Schottky junction layer, and an ohmic junction layer on a substrate, and the buffer layer is an AlxGa1-xN layer. The main technical feature is that the light absorbing layer is composed of an InxGa1-xN layer, an ohmic bonding layer is formed in a portion of the buffer layer or the light absorbing layer, and a Schottky bonding layer is formed on the light absorbing layer. .

그러나, 이와 같은 종래의 자외선 감지용 반도체 소자는 다양한 공정이 필요하고 많은 장비가 소요되기 때문에, 필요 이상의 시간, 노력 및 비용이 소요되는 단점이 있다. However, since such a conventional semiconductor device for ultraviolet sensing requires a variety of processes and a lot of equipment, there is a disadvantage that it takes more time, effort, and cost than necessary.

등록특허공보 제10-0734407호: 자외선 감지용 반도체소자Registered Patent Publication No. 10-0734407: Ultraviolet sensing semiconductor device

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 자외선에 감응하여 외형이 변형되는 아조벤젠으로 이루어진 감응 코팅층을 이용하여 자외선을 감지할 수 있는 분포형 광섬유 자외선 감지센서를 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a distributed optical fiber ultraviolet detection sensor capable of detecting ultraviolet rays by using a sensitized coating layer made of azobenzene whose appearance is modified in response to ultraviolet rays, as invented to improve the above problems. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분포형 광섬유 자외선 감지센서는 센싱 대상영역에 설치된 센싱 광섬유와, 상기 센싱 광섬유에 펄스광을 입력하는 펄스광 생성기와, 상기 센싱 광섬유의 외측면에 형성되며, 입사되는 자외선에 감응하여 외형이 변형되는 감응 코팅층과, 상기 센싱 광섬유로터 출력되는 산란광을 검출하고, 검출된 산란광을 토대로 상기 센싱 대상영역에 조사된 자외선을 산출하는 측정유닛을 구비한다. The distributed optical fiber ultraviolet detection sensor according to the present invention for achieving the above object includes a sensing optical fiber installed in a sensing target area, a pulse light generator for inputting pulsed light into the sensing optical fiber, and formed on an outer surface of the sensing optical fiber, And a sensitizing coating layer whose appearance is deformed in response to incident ultraviolet rays, and a measuring unit configured to detect scattered light output from the sensing optical fiber rotor, and calculate ultraviolet rays irradiated to the sensing target region based on the detected scattered light.

상기 감응 코팅층은 아조벤젠이 혼합된 혼합물로 이루어진다. The sensitive coating layer is made of a mixture of azobenzene.

상기 감응 코팅층은 광경화성 화합물에, 아조벤제 화합물을 혼합한 혼합물로 상기 센싱 광섬유를 감싼 다음, 소정 파장의 자외선을 상기 혼합물에 조사하여 경화시켜 형성된 것이 바람직하다. The sensitized coating layer is preferably formed by wrapping the sensing optical fiber with a mixture of a photocurable compound and an azobenzone compound, and then curing the mixture by irradiating the mixture with ultraviolet rays of a predetermined wavelength.

상기 감응 코팅층은 다수개가, 상기 센싱 광섬유의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있다. A plurality of the sensitive coating layers are formed to be spaced apart from each other along the length direction of the sensing optical fiber.

상기 감응 코팅층들은 상호 동일한 길이로 연장된다. The sensitive coating layers extend to the same length with each other.

상기 감응 코팅층은 5cm 이상의 길이로 형성되는 것이 바람직하다. It is preferable that the sensitive coating layer is formed in a length of 5 cm or more.

상호 인접된 상기 감응 코팅층들의 중심 사이의 이격거리가 30cm 이상이다. The separation distance between the centers of the sensitizing coating layers adjacent to each other is 30 cm or more.

상기 감응 코팅층들은 상기 센싱 광섬유의 길이방향을 따라 소정길이 연장되되, 연장된 길이가 인접된 상기 감응 코팅층들 사이의 이격거리보다 짧도록 형성된 것이 바람직하다. The responsive coating layers are preferably formed to extend a predetermined length along the longitudinal direction of the sensing optical fiber, and have an extended length shorter than a separation distance between adjacent sensitizing coating layers.

상기 측정유닛은 상기 펄스광 생성기에서 발생되어 입력단을 통해 입력된 광을 출력단을 통해 상기 센싱 광섬유로 출력하고, 상기 출력단으로부터 역으로 입력되는 산란광을 검출단을 통해 출력하는 광서큘레이터와, 상기 검출단에서 출력되는 산란광을 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기에서 출력되는 신호로부터 상기 센싱 대상영역에 조사된 자외선을 산출하는 측정모듈을 구비한다. The measuring unit outputs the light generated by the pulsed light generator and input through the input terminal through the output terminal to the sensing optical fiber, and outputs the scattered light reversely input from the output terminal through the detection terminal, and the detection A photodetector for detecting the scattered light output from the stage, and a measurement module for calculating ultraviolet rays irradiated to the sensing target region from a signal output from the photodetector.

본 발명에 따른 분포형 광섬유 자외선 감지센서는 입사되는 자외선에 감응할 수 있도록 아조벤젠으로 이루어진 감응 코팅층이 센싱 광섬유에 형성되어 있고, 감응 코팅층의 변경값을 산출하여 자외선을 검출하므로 구조가 비교적 단순하여 제조시 인력 및 시간을 절약할 수 있다는 장점이 있다. The distributed optical fiber ultraviolet sensor according to the present invention has a relatively simple structure because a sensitized coating layer made of azobenzene is formed on the sensing optical fiber so as to be sensitive to incident ultraviolet rays, and the changed value of the sensitized coating layer is calculated to detect ultraviolet rays. It has the advantage of saving manpower and time.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 분포형 광섬유 자외선 감지센서에 대한 개념도이고,
도 3은 본 발명에 따른 분포형 광섬유 자외선 감지센서의 센싱 광섬유에 자외선을 조사한 상태 및 자외선을 미조사한 상태에서, 감응 코팅층을 제외한 센싱 광섬유의 변형률을 나타낸 그래프이고,
도 4는 감응 코팅층에 자외선을 조사시 센싱 광섬유의 측정된 변형 값을 나타낸 그래프이고,
도 5는 감응 코팅층을 3개의 단위영역(region1,2,3)으로 구획하고, 각 단위영역의 중심에 자외선을 조사시 감응 코팅층의 각 단위영역별 변형 값을 나타낸 그래프이고, 1 and 2 are conceptual diagrams for a distributed optical fiber ultraviolet detection sensor according to the present invention,
3 is a graph showing the strain of the sensing optical fiber excluding the sensitizing coating layer in a state in which ultraviolet rays are irradiated and in a state where ultraviolet rays are not irradiated to the sensing optical fiber of the distributed optical fiber ultraviolet sensor according to the present invention,
4 is a graph showing the measured deformation value of the sensing optical fiber when ultraviolet rays are irradiated to the sensitive coating layer,
5 is a graph showing the deformation value of each unit area of the sensitive coating layer when the sensitive coating layer is divided into three unit areas (regions 1, 2, and 3) and UV rays are irradiated to the center of each unit area,

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 분포형 광섬유 자외선 감지센서에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, a distributed optical fiber ultraviolet sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it is to be understood as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged compared to the actual size for clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being added.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 분포형 광섬유 자외선 감지센서(100)가 도시되어 있다. 1 and 2 illustrate a distributed optical fiber ultraviolet sensor 100 according to the present invention.

도면을 참조하면, 상기 분포형 광섬유 자외선 감지센서(100)는 센싱 대상영역에 설치된 센싱 광섬유(110)와, 상기 센싱 광섬유(110)에 펄스광을 입력하는 펄스광 생성기(120)와, 상기 센싱 광섬유(110)의 외측면에 형성되며, 입사되는 자외선에 감응하여 외형이 변형되는 감응 코팅층(130)과, 상기 센싱 광섬유(110)로터 출력되는 산란광을 검출하고, 검출된 산란광을 토대로 상기 센싱 대상영역에 조사된 자외선을 산출하는 측정유닛(140)을 구비한다. Referring to the drawings, the distributed optical fiber ultraviolet detection sensor 100 includes a sensing optical fiber 110 installed in a sensing target area, a pulsed light generator 120 for inputting pulsed light into the sensing optical fiber 110, and the sensing A sensitive coating layer 130 that is formed on the outer surface of the optical fiber 110 and whose appearance is deformed in response to incident ultraviolet rays, and the scattered light output from the sensing optical fiber 110 are detected, and the sensing target based on the detected scattered light It includes a measuring unit 140 for calculating the ultraviolet rays irradiated to the area.

센싱 광섬유(110)는 후술되는 측정유닛(140)의 광서큘레이터(141)의 출력단(145)을 통해 접속되며 길이방향을 따라 코어와, 코어를 감싸는 클래드로 이루어진다. 한편, 센싱 광섬유(110)는 도면에 도시되진 않았지만, 감응 코팅층(130)의 일부가 인입될 수 있도록 외주면에 에칭(ething)된 삽입홈이 형성될 수도 있다. 여기서, 삽입홈은 센싱 광섬유(110)의 길이방향을 따라 나선형으로 형성된다. 상기 삽입홈에 의해 감응 코팅층(130)은 자외선이 입사시 센싱 광섬유(110)의 내측으로 인입된 상태로 인장되므로 센싱 광섬유(110)의 변형에 대한 측정유닛(140)의 감지효율을 향상시킬 수도 있다. The sensing optical fiber 110 is connected through the output terminal 145 of the optical circulator 141 of the measuring unit 140 to be described later, and is composed of a core along the length direction and a cladding surrounding the core. Meanwhile, although the sensing optical fiber 110 is not shown in the drawing, an etched insertion groove may be formed on the outer peripheral surface so that a part of the sensitive coating layer 130 may be inserted. Here, the insertion groove is formed in a spiral shape along the longitudinal direction of the sensing optical fiber 110. By the insertion groove, the sensitive coating layer 130 is pulled into the inner side of the sensing optical fiber 110 when ultraviolet rays are incident, so the detection efficiency of the measuring unit 140 against the deformation of the sensing optical fiber 110 may be improved. have.

펄스광 생성기(120)는 펄스 레이저 광을 출사하는 레이저 광원이 적용되며, 광서큘레이터(141)의 입력단(144)에 연결되어 광서큘레이터(141)를 통해 센싱 광섬유(110)로 펄스광을 출력한다. The pulsed light generator 120 is applied with a laser light source that emits pulsed laser light, and is connected to the input terminal 144 of the optical circulator 141 to transmit the pulsed light to the sensing optical fiber 110 through the optical circulator 141. Print.

감응 코팅층(130)은 센싱 광섬유(110)의 외주면에 형성되는 것으로서, 입사되는 자외선에 의해 인장될 수 있도록 아조벤젠이 포함된 혼합물로 이루어진다. 여기서, 감응 코팅층(130)은 광경화성 화합물에, 아조벤제 화합물을 혼합한 혼합물로 상기 센싱 광섬유(110)를 감싼 다음, 소정 파장의 자외선을 상기 혼합물에 조사하여 경화시켜 형성된다. The sensitive coating layer 130 is formed on the outer circumferential surface of the sensing optical fiber 110 and is made of a mixture containing azobenzene so as to be tensioned by incident ultraviolet rays. Here, the sensitizing coating layer 130 is formed by wrapping the sensing optical fiber 110 with a mixture of a photocurable compound and an azobenzone compound, and then irradiating the mixture with ultraviolet rays of a predetermined wavelength to cure the mixture.

한편, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 20중량%, 트리메티롤 프로판 에톡시 트리아크릴레이트(trimethyol propane ethoxy triacrylate, TMPEOTA, SK-Cytec) 30중량%, 및 헥산 디올 디아크릴레이트(hexandiol diacrylate, HDDA, SK-Cytec) 50중량%을 혼합한 광경화성 조성물을 생성한다. 생성된 광경화성 조성물에 트리메틸 벤조일 디페닐 포스핀옥사이드(Trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphineoxide, TPO, BASF) 2 중량% 및 상기 아조벤젠 5중량을 혼합한 혼합물을 생성한다. 다음, 혼합물로 상기 센싱 광섬유(110)의 외주면을 감싼 다음, 소정 파장의 자외선을 상기 혼합물에 조사하여 경화시켜 상기 감응 코팅층(130)을 생성할 수 있다. 이때, 작업자는 소정의 캐비티가 형성된 테프론(Teflon) 몰드에 센싱 광섬유(110)를 세팅한 다음, 상기 혼합물을 주입하고, 100W의 자외선 램프를 이용하여 30분동안 상기 혼합물에 자외선을 조사하여 감응 코팅층(130)을 생성할 수도 있다. On the other hand, urethane acrylate (urethane acrylate) 20% by weight, trimethyol propane ethoxy triacrylate (trimethyol propane ethoxy triacrylate, TMPEOTA, SK-Cytec) 30% by weight, and hexane diol diacrylate (hexandiol diacrylate, HDDA, SK-Cytec) 50% by weight of the mixture to produce a photocurable composition. The resulting photocurable composition was mixed with 2% by weight of trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphineoxide (TPO, BASF) and 5% by weight of the azobenzene to prepare a mixture. Next, the outer circumferential surface of the sensing optical fiber 110 is wrapped with a mixture, and then the mixture is irradiated with ultraviolet rays of a predetermined wavelength to cure the sensitized coating layer 130. At this time, the operator sets the sensing optical fiber 110 in a Teflon mold in which a predetermined cavity is formed, then injects the mixture, and irradiates the mixture with ultraviolet rays for 30 minutes using a 100W ultraviolet lamp to provide a sensitive coating layer. You can also create 130.

한편, 상술된 감응 코팅층(130)은 센싱 광섬유(110)에 대한 자외선 조사 위치를 용이하게 판별할 수 있도록 다수개가, 상기 센싱 광섬유(110)의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있다. Meanwhile, a plurality of the above-described sensitizing coating layers 130 are formed to be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the sensing optical fiber 110 so that the position of UV irradiation to the sensing optical fiber 110 can be easily determined.

이때, 상기 감응 코팅층(130)들은 상기 센싱 광섬유(110)의 길이방향을 따라 소정길이 연장되되, 자외선이 입사되어 변형시 인접된 다른 감응 코팅층(130)에 의해 간섭되는 것이 방지될 수 있도록 연장된 길이가 인접된 상기 감응 코팅층(130)들 사이의 이격거리보다 짧도록 형성된다. At this time, the responsive coating layers 130 are extended to a predetermined length along the longitudinal direction of the sensing optical fiber 110, so that when ultraviolet rays are incident and deformed, interference by other sensitizing coating layers 130 adjacent to each other can be prevented. The length is formed to be shorter than the separation distance between the adjacent sensitizing coating layers 130.

여기서, 감응 코팅층(130)들은 상호 동일한 길이로 연장되는데, 5cm 이상의 길이로 형성되고, 상호 인접된 상기 감응 코팅층(130)들의 중심 사이의 이격거리가 30cm 이상인 것이 바람직하다. Here, the responsive coating layers 130 extend to the same length with each other, and are formed to have a length of 5 cm or more, and a separation distance between the centers of the responsive coating layers 130 adjacent to each other is preferably 30 cm or more.

한편, 도면에 도시되진 않았지만, 감응 코팅층(130)은 입사되는 자외선에 대한 감응 코팅층(130)의 입사면적이 확장될 수 있도록 외주면에 다수의 인입홈이 형성될 수도 있다. 상기 인입홈은 감응 코팅층(130)의 외주면에 대해 내측으로 소정 깊이 인입되도록 오목하게 형성되며, 센싱 광섬유(110)의 길이방향을 따라 소정길이 연장된다. 또한, 다수의 인입홈은 감응 코팅층(130)의 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성될 수도 있다. Meanwhile, although not shown in the drawings, the sensitized coating layer 130 may have a plurality of lead grooves formed on the outer circumferential surface thereof so that the incident area of the sensitizing coating layer 130 for incident ultraviolet rays may be expanded. The lead-in groove is formed to be concave to be drawn inward to a predetermined depth with respect to the outer peripheral surface of the sensitive coating layer 130, and extends a predetermined length along the longitudinal direction of the sensing optical fiber 110. In addition, a plurality of lead-in grooves may be formed to be spaced apart from each other along the circumferential direction of the sensitive coating layer 130.

이때, 감응 코팅층(130)은 자외선의 입사지점이 양단부일 경우의 변형률이 자외선의 입사지점이 중앙부일 경우의 변형률보다 작으므로 감응 코팅층(130)의 양단부에 자외선의 입사면적을 확장하기 위해 상기 인입홈들은 감응 코팅층(130)의 중앙부에서 이격된 양단부에 형성될 수도 있다. At this time, since the strain rate when the incident point of ultraviolet rays is at both ends is smaller than the strain rate when the incident point of ultraviolet rays is at the center, the sensitized coating layer 130 is introduced in order to expand the incident area of ultraviolet rays at both ends of the sensitive coating layer 130. The grooves may be formed at both ends spaced apart from the central portion of the sensitive coating layer 130.

또한, 도면에 도시되진 않았지만, 입사되는 자외선에 대한 감응 코팅층(130)의 입사면적이 확장될 수 있도록 외주면에 돌출된 다수의 확장돌기가 형성될 수도 있다. 상기 확장돌기는 감응 코팅층(130)의 외주면에 대해 외측으로 돌출되도록 볼록하게 형성되며, 센싱 광섬유(110)의 길이방향을 따라 소정길이 연장된다. 또한, 다수의 확장돌기는 감응 코팅층(130)의 원주방향을 따라 상호 이격되게 형성될 수도 있다. 한편, 확장돌기는 감응 코팅층(130)의 중앙부보다 양단부의 자외선 입사 면적을 확장하기 위해 감응 코팅층(130)의 중앙부에서 이격된 양단부에 형성될 수도 있다. Further, although not shown in the drawing, a plurality of expansion protrusions protruding from the outer circumferential surface may be formed so that the incident area of the coating layer 130 that is sensitive to incident ultraviolet rays may be expanded. The expansion protrusion is convexly formed to protrude outward with respect to the outer circumferential surface of the sensitive coating layer 130 and extends a predetermined length along the longitudinal direction of the sensing optical fiber 110. In addition, a plurality of expansion protrusions may be formed to be spaced apart from each other along the circumferential direction of the sensitive coating layer 130. Meanwhile, the expansion protrusions may be formed at both ends spaced apart from the central portion of the sensitive coating layer 130 in order to expand the incident area of ultraviolet rays at both ends than the central portion of the sensitive coating layer 130.

한편, 도면에 도시되진 않았지만, 감응 코팅층(130)은 자외선에 대한 감응 코팅층(130)의 입사면적이 확장될 수 있도록 외측에 경사면이 형성되게 중앙부에서 양단부로 갈수록 두께가 증가하도록 형성될 수도 있다. 감응 코팅층(130)은 자외선의 입사지점이 양단부일 경우의 변형률이 자외선의 입사지점이 중앙부일 경우의 변형률보다 작은데, 상기 감응 코팅층(130)은 중앙부보다 양단부의 두께가 더 두꺼우므로 자외선에 대한 감응 코팅층(130)의 양단부의 변형률이 증가하여 자외선에 대한 보다 균일한 반응성을 제공할 수 있다. On the other hand, although not shown in the drawing, the sensitive coating layer 130 may be formed to increase in thickness from the center to both ends so that an inclined surface is formed on the outside so that the incident area of the sensitive coating layer 130 to ultraviolet rays can be expanded. The sensitized coating layer 130 has a lower strain rate when the incident point of ultraviolet rays is at both ends than the strain rate when the incident point of ultraviolet rays is at the center, and the sensitized coating layer 130 has a thicker thickness at both ends than the central portion, so it is sensitive to ultraviolet rays. The strain rate of both ends of the coating layer 130 is increased, so that more uniform reactivity to ultraviolet rays may be provided.

또한, 도면에 도시되진 않았지만, 감응 코팅층(130)은 양단부에서 중앙부로 갈수록 두께가 증가하도록 형성될 수도 있다. 비교적 자외선에 대한 변형률이 큰 감응 코팅층(130)의 두께를 증가시키므로 자외선에 대한 보다 반응성을 보다 민감하게 세팅할 수도 있다. In addition, although not shown in the drawings, the sensitive coating layer 130 may be formed to increase in thickness from both ends to the center. Since the thickness of the responsive coating layer 130 having a relatively high strain rate for ultraviolet rays is increased, the reactivity to ultraviolet rays may be more sensitively set.

측정유닛(140)은 광서큘레이터(141), 광검출기(142) 및 측정모듈(143)을 구비한다. The measurement unit 140 includes an optical circulator 141, a photodetector 142, and a measurement module 143.

광서큘레이터(141)는 펄스광 생성기(120)에서 발생되어 입력단(144) 통해 입력된 광을 출력단(145)을 통해 출력한다. 출력단(145)에는 센싱 광섬유(110)가 연결되어 있어, 펄스광이 센싱 광섬유(110)로 인입된다. 펄스광이 센싱 광섬유(110) 내부로 진행하는 중 광섬유의 밀도의 불균일 분포에 기인하여 산란광이 발생되는데, 이 산란광은 출력단(145)을 통해 역으로 광서큘레이터(141)에 입력된다. 광서큘레이트는 출력단(145)으로부터 역으로 입력되는 광을 검출단(146)을 통해 출력한다. 상기 광서큘레이터(141)는 광섬유 센서에서 종래에 일반적으로 사용되는 광서큘레이터(141)이므로 상세한 설명은 생략한다. The optical circulator 141 outputs light generated by the pulsed light generator 120 and input through the input terminal 144 through the output terminal 145. The sensing optical fiber 110 is connected to the output terminal 145 so that the pulsed light is introduced into the sensing optical fiber 110. While the pulsed light travels into the sensing optical fiber 110, scattered light is generated due to a non-uniform distribution of the density of the optical fiber, and the scattered light is input to the optical circulator 141 through the output terminal 145 in reverse. The optical circulate outputs light that is reversely input from the output terminal 145 through the detection terminal 146. Since the optical circulator 141 is an optical circulator 141 commonly used in the optical fiber sensor, a detailed description will be omitted.

광검출기(142)는 광서큘레이터(141)의 검출단(146)에서 출력되는 산란광을 수신하고, 수신된 산란광에 대응되는 신호를 측정모듈(143)에 출력한다. The photodetector 142 receives the scattered light output from the detection terminal 146 of the optical circulator 141, and outputs a signal corresponding to the received scattered light to the measurement module 143.

측정모듈(143)은 펄스광 생성기(120)의 구동을 제어하고, 광검출기(142)에서 수신된 신호로부터 센싱 광섬유(110)가 설치된 센싱 대상영역의 자외선 입사여부를 산출한다. 측정모듈(143)은 산출된 자외선 입사여부에 대한 정보를 표시부(147)를 통해 출력한다. The measurement module 143 controls the driving of the pulsed light generator 120 and calculates whether or not ultraviolet rays are incident on the sensing target region in which the sensing optical fiber 110 is installed from a signal received from the photodetector 142. The measurement module 143 outputs the calculated information on whether ultraviolet rays are incident or not through the display unit 147.

한편, 펄스광 생성기(120), 센싱 광섬유(110) 및 측정유닛(140)은 펄스광이 광섬유 내부를 진행하는 중 광섬유의 밀도의 불균일 분포에 기인하여 발생하는 산란광을 측정할 수 있는, 종래에 일반적으로 사용되는 레일레이(Rayleigh) 산란형 광섬유 센서 시스템에 적용되는 펄스광 생성기(120), 센싱 광섬유(110) 및 측정유닛(140)으로서, 상세한 설명은 생략한다. 한편, 펄스광 생성기(120), 센싱 광섬유(110) 및 측정유닛(140)은 이에 한정하는 것이 아니라 라만(Rama) 산란형 광섬유 센서 시스템 또는 브릴루앙(Brillouin) 산란형 광섬유 센서 시스템에 적용되는 펄스광 생성기(120), 센싱 광섬유(110) 및 측정유닛(140)이 적용될 수도 있다. Meanwhile, the pulsed light generator 120, the sensing optical fiber 110, and the measuring unit 140 are conventionally capable of measuring scattered light generated due to a non-uniform distribution of the density of the optical fiber while the pulsed light travels inside the optical fiber. A pulsed light generator 120, a sensing optical fiber 110, and a measurement unit 140 applied to a generally used Rayleigh scattering optical fiber sensor system, and detailed descriptions thereof will be omitted. Meanwhile, the pulsed light generator 120, the sensing optical fiber 110, and the measuring unit 140 are not limited thereto, but pulses applied to a Raman scattering optical fiber sensor system or a Brillouin scattering optical fiber sensor system. The light generator 120, the sensing optical fiber 110, and the measurement unit 140 may be applied.

한편, 본 발명의 성능을 확인하기 위해 본 발명의 분포형 광섬유 자외선 감지센서(100)를 제작하여 실험을 실시하였다. 센싱 광섬유(110)의 길이는 1m이고, 감응 코팅층(130)의 길이는 5cm이며, 감응 코팅층(130)들의 중심부 사이의 이격거리는 30cm이다. On the other hand, in order to confirm the performance of the present invention, an experiment was conducted by fabricating the distributed optical fiber ultraviolet detection sensor 100 of the present invention. The length of the sensing optical fiber 110 is 1m, the length of the sensitive coating layer 130 is 5cm, and the separation distance between the centers of the sensitive coating layers 130 is 30cm.

도 3은 센싱 광섬유(110)에 자외선을 조사한 상태 및 자외선을 미조사한 상태에서, 감응 코팅층(130)을 제외한 센싱 광섬유(110)의 변형률을 나타낸 그래프이다. 여기서, 빨간색 그래프는 센싱 광섬유(110)에 자외선이 조사된 상태이고, 검은색 그래프는 센싱 광섬유(110)에 자외선이 미조사된 상태이다. 도면을 참조하면, 감응 코팅층(130)을 제외한 센싱 광섬유(110)는 자외선이 조사되더라도 측정값에 변화가 없음을 알 수 있다. 3 is a graph showing the strain of the sensing optical fiber 110 excluding the sensitive coating layer 130 in a state in which ultraviolet rays are irradiated to the sensing optical fiber 110 and in a state where ultraviolet rays are not irradiated. Here, the red graph is a state in which ultraviolet rays are irradiated to the sensing optical fiber 110, and the black graph is a state in which ultraviolet rays are not irradiated to the sensing optical fiber 110. Referring to the drawings, it can be seen that the sensing optical fiber 110 other than the sensitizing coating layer 130 does not change the measured value even when ultraviolet rays are irradiated.

도 4는 감응 코팅층(130)에 자외선을 조사시 센싱 광섬유(110)의 측정된 변형 값을 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 4(a)는 3개의 감응 코팅층(130) 모두에 자외선이 조사된 상태를 나타낸 것이고, 도 4(b)는 첫번째와 세번째 감응 코팅층(130)에 자외선이 조사된 상태를 나타낸 것이고, 도 4(c)는 첫번째와 두번째 감응 코팅층(130)에 자외선이 조사된 상태를 나타낸 것이고, 도 4(d)는 세번째 감응 코팅층(130)에 자외선이 조사된 상태를 나타낸 것이고, 도 4(e)는 두번째 감응 코팅층(130)에 자외선이 조사된 상태를 나타낸 것이고, 도 4(f)는 첫번째 감응 코팅층(130)에 자외선이 조사된 상태를 나타낸 것이다. 4 is a graph showing a measured deformation value of the sensing optical fiber 110 when ultraviolet rays are irradiated to the sensitive coating layer 130. Here, FIG. 4(a) shows a state in which ultraviolet rays are irradiated to all three sensitive coating layers 130, and FIG. 4(b) illustrates a state in which ultraviolet rays are irradiated to the first and third sensitive coating layers 130, 4(c) shows a state in which ultraviolet rays are irradiated to the first and second sensitive coating layers 130, and FIG. 4(d) illustrates a state in which ultraviolet rays are irradiated to the third sensitive coating layer 130, and FIG. 4(e) ) Shows a state in which ultraviolet rays are irradiated to the second sensitive coating layer 130, and FIG. 4(f) illustrates a state in which ultraviolet rays are irradiated to the first sensitive coating layer 130.

도면을 참조하면, 자외선이 입사시 감응 코팅층(130)은 인장되며, 측정유닛(140)에서 해당 감응 코팅층(130)의 변형이 감지됨을 알 수 있다. 또한, 첫번째와 세번째 감응 코팅층(130)보다 두번째 감응 코팅층(130)의 자외선에 대한 변형률이 작다.Referring to the drawings, when ultraviolet rays are incident, the sensitive coating layer 130 is stretched, and it can be seen that the deformation of the sensitive coating layer 130 is sensed by the measurement unit 140. In addition, the strain to ultraviolet rays of the second sensitive coating layer 130 is smaller than that of the first and third sensitive coating layers 130.

한편, 도 5는 감응 코팅층(130)을 3개의 단위영역(region1,2,3)으로 구획하고, 각 단위영역의 중심에 자외선을 조사시 감응 코팅층(130)의 각 단위영역별 변형 값을 나타낸 그래프이다. 여기서, region1은 전후방향을 기준으로 감응 코팅층(130)의 최전방에 위치한 단위영역이고, region2는 최전방의 단위영역의 후방에 위치한 두번째 단위영역이고, region3은 감응 코팅층(130)의 최후방에 위치한 단위영역이다. 도면을 참조하면, 감응 코팅층(130)의 양단부가 중앙부보다 자외선에 대한 변형률이 작다는 것을 알 수 있다. On the other hand, FIG. 5 shows the deformation value of the sensitive coating layer 130 for each unit area when the sensitive coating layer 130 is divided into three unit areas (regions 1, 2, and 3), and UV rays are irradiated to the center of each unit area. It is a graph. Here, region1 is a unit region located at the foremost of the sensitive coating layer 130 based on the front-rear direction, region2 is a second unit region located at the rear of the foremost unit region, and region3 is a unit located at the rear of the responsive coating layer 130 Area. Referring to the drawings, it can be seen that both ends of the sensitive coating layer 130 have a lower strain to ultraviolet rays than the central portion.

상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 분포형 광섬유 자외선 감지센서(100)는 입사되는 자외선에 감응할 수 있도록 아조벤젠으로 이루어진 감응 코팅층(130)이 센싱 광섬유(110)에 형성되어 있고, 감응 코팅층(130)의 변경값을 산출하여 자외선을 검출하므로 구조가 비교적 단순하여 제조시 인력 및 시간을 절약할 수 있다는 장점이 있다. In the distributed optical fiber ultraviolet detection sensor 100 according to the present invention configured as described above, a sensitized coating layer 130 made of azobenzene is formed on the sensing optical fiber 110 so as to be sensitive to incident ultraviolet rays, and the sensitized coating layer 130 ) Is calculated to detect ultraviolet rays, so the structure is relatively simple, and thus manpower and time can be saved during manufacturing.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의 범위에서 해석되어야 할 것이다.Description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art, and the general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be interpreted in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

100: 분포형 광섬유 자외선 감지센서
110: 센싱 광섬유
120: 펄스광 생성기
130: 감응 코팅층
140: 측정유닛
141: 광서큘레이터
142: 광검출기
143: 측정모듈
144: 입력단
145: 출력단
146: 검출단
147: 표시부100: distributed optical fiber ultraviolet detection sensor
110: sensing optical fiber
120: pulsed light generator
130: sensitive coating layer
140: measuring unit
141: optical circulator
142: photodetector
143: measurement module
144: input terminal
145: output stage
146: detection stage
147: display

Claims (9)

센싱 대상영역에 설치된 센싱 광섬유;
상기 센싱 광섬유에 펄스광을 입력하는 펄스광 생성기;
상기 센싱 광섬유의 외측면에 형성되며, 입사되는 자외선에 감응하여 외형이 변형되는 감응 코팅층; 및
상기 센싱 광섬유로터 출력되는 산란광을 검출하고, 검출된 산란광을 토대로 상기 센싱 대상영역에 조사된 자외선을 산출하는 측정유닛;을 구비하는,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.
A sensing optical fiber installed in the sensing target area;
A pulsed light generator for inputting pulsed light into the sensing optical fiber;
A sensitized coating layer formed on an outer surface of the sensing optical fiber and having an external shape deformed in response to incident ultraviolet rays; And
A measuring unit that detects the scattered light output from the sensing optical fiber rotor and calculates the ultraviolet rays irradiated to the sensing target region based on the detected scattered light.
Distributed optical fiber UV sensor.
 제1항에 있어서,
상기 감응 코팅층은 아조벤젠이 혼합된 혼합물로 이루어진,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.
The method of claim 1,
The sensitive coating layer is made of a mixture of azobenzene,
Distributed optical fiber UV sensor.
 제2항에 있어서,
상기 감응 코팅층은 광경화성 화합물에, 아조벤제 화합물을 혼합한 혼합물로 상기 센싱 광섬유를 감싼 다음, 소정 파장의 자외선을 상기 혼합물에 조사하여 경화시켜 형성된,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.
The method of claim 2,
The sensitized coating layer is formed by wrapping the sensing optical fiber with a mixture of a photocurable compound and an azobenzone compound, and then curing the mixture by irradiating ultraviolet rays of a predetermined wavelength,
Distributed optical fiber UV sensor.
 제1항에 있어서,
상기 감응 코팅층은 다수개가, 상기 센싱 광섬유의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성된,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.
The method of claim 1,
A plurality of the sensitive coating layers are formed to be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the sensing optical fiber,
Distributed optical fiber UV sensor.
 제4항에 있어서,
상기 감응 코팅층들은 상호 동일한 길이로 연장된,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.
The method of claim 4,
The sensitive coating layers extend to the same length with each other,
Distributed optical fiber UV sensor.
 제5항에 있어서,
상기 감응 코팅층은 5cm 이상의 길이로 형성된,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.
The method of claim 5,
The sensitive coating layer is formed with a length of 5 cm or more,
Distributed optical fiber UV sensor.
 제4항에 있어서,
상호 인접된 상기 감응 코팅층들의 중심 사이의 이격거리가 30cm 이상인,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.
The method of claim 4,
A separation distance between the centers of the sensitized coating layers adjacent to each other is 30 cm or more,
Distributed optical fiber UV sensor.
 제4항에 있어서,
상기 감응 코팅층들은 상기 센싱 광섬유의 길이방향을 따라 소정길이 연장되되, 연장된 길이가 인접된 상기 감응 코팅층들 사이의 이격거리보다 짧도록 형성된,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.
The method of claim 4,
The sensitive coating layers are formed to extend a predetermined length along the longitudinal direction of the sensing optical fiber, and the extended length is formed to be shorter than the separation distance between the adjacent sensitive coating layers,
Distributed optical fiber UV sensor.
 제1항에 있어서,
상기 측정유닛은
상기 펄스광 생성기에서 발생되어 입력단을 통해 입력된 광을 출력단을 통해 상기 센싱 광섬유로 출력하고, 상기 출력단으로부터 역으로 입력되는 산란광을 검출단을 통해 출력하는 광서큘레이터;
상기 검출단에서 출력되는 산란광을 검출하는 광검출기; 및
상기 광검출기에서 출력되는 신호로부터 상기 센싱 대상영역에 조사된 자외선을 산출하는 측정모듈;을 구비하는,
분포형 광섬유 자외선 감지센서.





The method of claim 1,
The measurement unit
An optical circulator for outputting light generated by the pulsed light generator and input through an input terminal to the sensing optical fiber through an output terminal, and outputting scattered light reversely input from the output terminal through a detection terminal;
A photodetector for detecting the scattered light output from the detection terminal; And
Comprising; a measurement module for calculating the ultraviolet rays irradiated to the sensing target region from the signal output from the photodetector,
Distributed optical fiber UV sensor.
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