WO2010032979A2 - 초음파를 이용한 광섬유 센서 및 광섬유 기체감지센서 - Google Patents

초음파를 이용한 광섬유 센서 및 광섬유 기체감지센서 Download PDF

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WO2010032979A2
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gas
ultrasonic waves
electrical signal
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오일권
임승현
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전남대학교산학협력단
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    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/021—Gases

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber sensor and an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves, and more specifically, an ultrasonic wave reflected by applying an optical fiber sensor and ultrasonic waves sensed by analyzing signals of ultrasonic waves detected by applying ultrasonic waves having different phases or frequencies.
  • the present invention relates to an optical fiber gas sensor that detects a gas by analyzing a signal.
  • Sensor technology using optical fiber is widely used in various fields because it has several advantages over existing sensors.
  • the mechanical characteristics of the optical fiber are not only light, small and fast, but also independent of external electrical noise and are not easily corroded.
  • This feature is suitable for application to sensors or chemical or biological sensors embedded in structures, and is inserted into large-scale structures to detect stress, vibration or damage, or to determine the composition of chemicals. Various applications are possible across the field.
  • the basic measurement method of the optical fiber sensor uses a method of detecting the change by detecting a change in the wavelength of light reflected by a specific part by entering light into the optical fiber and analyzing the difference.
  • optical fiber sensors need to detect wavelength changes of several nm due to the nature of using light, and thus, expensive equipment capable of detecting and analyzing signals having short wavelengths is needed.
  • the precision between the equipment and the detector is important for the accurate incidence of light into the optical fiber and the accurate detection of the reflected light.
  • the components of the sensor are complicated and expensive.
  • the FBG optical fiber sensor which is generally used in recent years, requires an additional process of equipping the optical fiber with a Bragg grating in order to make a sensing part in the optical fiber itself. By taking advantage of the difference in wavelengths, additional processes are needed to create the gaps needed for sensing and to maintain them.
  • the conventional optical fiber sensor has a technical difficulty of precisely generating light of a specific wavelength because it uses light, and there are many components that must be provided, which is complicated in configuration and expensive.
  • an object of the present invention to provide an optical fiber sensor which is very simple and inexpensive by using ultrasonic waves.
  • an object of the present invention is to provide a fiber optic sensor capable of independently sensing each channel without a reference signal by having a plurality of channels.
  • Another object of the present invention is to provide an optical fiber gas sensor having a simple configuration and low cost by using ultrasonic waves.
  • the present invention provides an optical fiber sensor, comprising: an electric signal generator for generating an electric signal; A first piezoelectric element and a second piezoelectric element connected to each of the electric signal generators to generate ultrasonic waves when an electric signal is applied thereto; First and second optical fibers having one end connected to each of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element; A third piezoelectric element connected to each other end of the first optical fiber and the second optical fiber to generate an electric signal when ultrasonic waves propagated along the first optical fiber and the second optical fiber are applied; And a first electrical signal detector connected to the third piezoelectric element, the first electrical signal detector detecting an electrical signal generated and applied to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element.
  • An optical fiber sensor using ultrasonic waves is characterized by having a phase difference of 180 °.
  • the optical fiber sensor using the ultrasonic wave may include: a second electrical signal detector connected to the first piezoelectric element to detect an electrical signal generated from the first piezoelectric element; And a third electrical signal detector connected to the second piezoelectric element to detect an electrical signal generated by the second piezoelectric element.
  • the optical fiber sensor for generating an electrical signal
  • a plurality of piezoelectric elements connected to the electric signal generators to generate ultrasonic waves when an electric signal is applied;
  • An optical fiber having one end connected to each of the plurality of piezoelectric elements;
  • a fourth piezoelectric element connected to each other end of the optical fiber and generating an electric signal when ultrasonic waves propagated along the optical fibers are applied;
  • a first electrical signal detector connected to the fourth piezoelectric element to detect an electrical signal generated, wherein the electrical signals generated by the electrical signal generator and applied to the plurality of piezoelectric elements are different in frequency from each other.
  • the optical fiber sensor using ultrasonic waves may further include second electrical signal detectors connected to the plurality of piezoelectric elements to detect electrical signals generated from the plurality of piezoelectric elements.
  • the present invention provides an optical fiber gas sensor, comprising: an electrical signal generator for generating an electrical signal; A first piezoelectric element connected to the electric signal generator and generating ultrasonic waves when an electric signal is applied; An optical fiber having one end connected to the first piezoelectric element; A second piezoelectric element connected to the other end of the optical fiber and generating an electric signal when ultrasonic waves propagated along the optical fiber are applied; A first electrical signal detector connected to the second piezoelectric element to detect an electrical signal generated; And at least one gas reaction part provided in the optical fiber between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element.
  • the gas reaction portion the gas contact portion surrounding the optical fiber, and made of a material that expands in contact with the gas; And a cover surrounding the gas contact portion, wherein the gas passes through the gas contact portion and is not deformed by expansion of the gas contact portion.
  • the gas contact portion is made of a material that expands upon contact with hydrogen (H 2 ).
  • the gas contact portion is made of palladium (Pd: Palladium).
  • the cover has a lattice structure to allow hydrogen to pass through, and the cover is made of a metal or plastic material.
  • it further comprises a second electrical signal detector connected to the first piezoelectric element for detecting an electrical signal generated in the first piezoelectric element.
  • the present invention also provides an optical fiber gas sensor, comprising: an electrical signal device for generating and detecting an electrical signal; A piezoelectric element connected to the electric signal device, generating an ultrasonic wave when an electric signal is applied and generating an electric signal when an ultrasonic signal is applied; An optical fiber having one end connected to the piezoelectric element; And at least one gas reaction part provided at a predetermined portion of the optical fiber.
  • the gas reaction part surrounding the optical fiber the gas contact portion made of a material that expands when in contact with the gas; And a cover surrounding the gas contact portion, wherein the gas passes through the gas contact portion and is not deformed by the expansion of the gas contact portion, and is provided in the optical fiber between the piezoelectric element and the other end of the optical fiber.
  • the gas contact portion is made of a material that expands upon contact with hydrogen (H 2 ).
  • the gas contact portion is made of palladium (Pd: Palladium).
  • the cover has a lattice structure to allow hydrogen to pass through, and the cover is made of a metal or plastic material.
  • the gas reaction part is provided connected to the other end of the optical fiber, characterized in that made of a material that reacts in contact with a specific gas.
  • the gas reaction part is made of palladium (Pd: Palladium) that reacts when contacted with hydrogen.
  • the gas reaction part is provided at the other end of the optical fiber is provided in a form surrounding the optical fiber, the gas reaction part is characterized in that made of a material that reacts in contact with a particular gas.
  • the gas reaction part is made of palladium (Pd: Palladium) that reacts when contacted with hydrogen.
  • the present invention has the following excellent effects.
  • the optical fiber sensor using the ultrasonic wave of the present invention does not need to include a device for generating light of a specific wavelength, a light converter, etc., so that the configuration is very simple and the cost is very low.
  • the optical fiber sensor using the ultrasonic wave of the present invention does not need a reference signal by providing a plurality of channels, it is possible to independently sense each channel.
  • optical fiber sensor using the ultrasonic wave of the present invention may determine the sensed position.
  • the optical fiber gas sensor using the ultrasonic wave of the present invention does not need to include a device for generating light of a specific wavelength or a light converter, so that the configuration is very simple and the cost is very low.
  • optical fiber gas sensor using the ultrasonic wave of the present invention can easily detect the hydrogen gas in particular among the gas.
  • optical fiber gas sensor using the ultrasonic wave of the present invention can determine the position and concentration of the gas, including hydrogen gas.
  • optical fiber gas sensor of the present invention detects hydrogen gas using ultrasonic waves moving along the optical fiber, there is no risk of explosion.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical fiber sensor using ultrasonic waves according to a first embodiment of the present invention
  • 2 is a result graph of a signal detected when an electric signal having a phase difference of 180 ° is applied to two independent channels;
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an optical fiber sensor using ultrasonic waves according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an optical fiber sensor using ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are graphs of the results of the signals appearing when signals of different frequencies are respectively applied to three independent channels;
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an optical fiber sensor using ultrasonic waves according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to a ninth embodiment of the present invention.
  • 100, 200, 300, 400 fiber optic sensor using ultrasonic waves
  • electric signal generator 520 first piezoelectric element
  • optical fiber 540 second piezoelectric element
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical fiber sensor using ultrasonic waves according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a result graph of signals detected when an electric signal having a phase difference of 180 ° is applied to two independent channels.
  • the optical fiber sensor 100 using ultrasonic waves according to the first embodiment of the present invention is an electric signal generator 110, the first piezoelectric element 120, the second piezoelectric element 121, the first optical fiber 130, the second optical fiber 131, the third piezoelectric element 140, and the first electrical signal detector 150, which are sensors that sense by using ultrasonic waves.
  • the optical fiber sensor 100 using ultrasonic waves according to the first embodiment of the present invention has two independent channels.
  • the electrical signal generator 110 generates an electrical signal, and transmits an electrical signal to the first piezoelectric element 120 and the second piezoelectric element 121, respectively.
  • the first piezoelectric element 120 and the second piezoelectric element 121 generate ultrasonic waves when they receive an electric signal.
  • One end of the first optical fiber 130 is connected to the first piezoelectric element 120, the other end is connected to the third piezoelectric element 140, and one end of the second optical fiber 131 is It is connected to the second piezoelectric element 121, the other end is connected to the third piezoelectric element 140. Therefore, the ultrasonic waves generated by the first piezoelectric element 120 travel along the first optical fiber 130 to reach the third piezoelectric element 140 connected to the other end, and the second piezoelectric element 121 The generated ultrasonic waves travel along the second optical fiber 131 to reach the third piezoelectric element 140 connected to the other end.
  • the ultrasonic waves that reach the third piezoelectric element 140 are converted into electrical signals again, and the electrical signals are detected by the first electrical signal detector 150 connected thereto.
  • the piezoelectric elements generate ultrasonic waves when an electric signal is transmitted, and generate electric signals when the ultrasonic signal is received, and may be manufactured using various materials such as piezoelectric ceramics.
  • the electrical signals generated by the electrical signal generator 110 and transmitted from the first piezoelectric element 120 and the second piezoelectric element 121 have a phase difference of 180 °.
  • the electrical signals having opposite phases are converted into ultrasonic signals to travel along the first optical fiber 130 and the second optical fiber 131 to reach the third piezoelectric element 140, and the third piezoelectric element (
  • the electrical signal changed by 140 is detected by the first electrical signal detector 150. If the first optical fiber 130 and the second optical fiber 131 have no change in pressure or stimulus, the electrical signals changed by the third piezoelectric element 140 have a phase difference of 180 ° with each other. 1
  • the signal detected by the electrical signal detector 150 is zero. This is because offset due to the overlapping effect occurs.
  • phase difference of the applied electric signal is the same, the magnitude is doubled. However, if the phase difference of the applied electric signal is 180 ° and there is no change in the electric signal according to the change of the ultrasonic wave, the detected signal is zero. have.
  • the first optical fiber 130 or the second optical fiber 131 is a change occurs in the ultrasonic wave proceeds along the changed optical fiber The size of the becomes smaller and the phase of the electric signal is also changed. Therefore, since the electrical signals changed by the third piezoelectric element 140 do not have a phase difference of 180 ° with each other, the signal is detected by the first electrical signal detector 150. Subsequently, ultrasonic waves are sent back to each of the two independent channels to compare the detected signals to determine which channels are sensed.
  • the optical fiber sensor 100 using ultrasonic waves according to the first embodiment of the present invention does not need a reference signal for sensing, and may sense each of two channels independently.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an optical fiber sensor using ultrasonic waves according to a second embodiment of the present invention.
  • the optical fiber gas sensor 200 using ultrasonic waves according to the second embodiment of the present invention is an electric signal generator 110, the first piezoelectric element 120, the second piezoelectric element 121, the first It is composed of the first optical fiber 130, the second optical fiber 131, the third piezoelectric element 140 and the first electrical signal detector 150, it is a sensor for sensing by using ultrasonic waves.
  • the optical fiber sensor 200 using ultrasonic waves according to the second embodiment of the present invention has two independent channels.
  • the optical fiber sensor 200 using the ultrasonic wave according to the second embodiment of the present invention also changes the electrical signals having a phase difference of 180 ° like the optical fiber sensor 100 using the ultrasonic wave according to the first embodiment of the present invention.
  • the change around the optical fiber 130 may be sensed.
  • the optical fiber sensor 200 using the ultrasonic wave according to the second embodiment of the present invention is connected to the first piezoelectric element 120, the second electrical signal for detecting the electrical signal generated in the first piezoelectric element 120 And a third electrical signal detector 252 connected to the detector 251 and the second piezoelectric element 121 to detect an electrical signal generated by the second piezoelectric element 121.
  • the ultrasonic waves traveling along the first optical fiber 130 or the second optical fiber 131 progress. It is obstructed and progresses as it is, but sometimes it returns from the spot.
  • the reflected ultrasonic waves are converted into electrical signals by the first piezoelectric element 120 or the second piezoelectric element 121, and the converted electrical signals are the second electrical signal detector 251 and the third electrical signal detector 252. ) Is detected.
  • the speed of the ultrasonic waves can be obtained through calculation, and since the time of the reflected ultrasonic waves can be measured, the position of the portion where the change occurs can be determined by the speed of the ultrasonic waves and the time of the returned ultrasonic waves.
  • the optical fiber sensor 200 using ultrasonic waves is a sensor that can detect the sensing and the position of the change around the optical fiber using the phase difference.
  • FIGS. 5 and 6 are graphs showing the results of signals generated when signals having different frequencies are applied to three independent channels.
  • the optical fiber gas sensor 300 using ultrasonic waves according to the third embodiment of the present invention includes an electric signal generator 310, a plurality of piezoelectric elements 320, 321, and 322, and a plurality of optical fibers 330. , 331, 332, a fourth piezoelectric element 340, a first electric signal detector 350, and a signal processor 360, and are sensors that sense using ultrasonic waves.
  • the optical fiber sensor 100 using ultrasonic waves according to the third embodiment of the present invention has three independent channels.
  • the number of independent channels including the piezoelectric element and the optical fiber may be provided as necessary, and in the third embodiment of the present invention, three independent channels are provided.
  • the electrical signals generated by the electrical signal generator 310 and transmitted to the plurality of piezoelectric elements 320, 321, and 322 have different frequencies.
  • the electrical signals having different frequencies are converted into ultrasonic signals to travel along the respective optical fibers 330, 331, and 332 to reach the fourth piezoelectric element 340, and are changed by the fourth piezoelectric element 340.
  • the electrical signal is detected by the first electrical signal detector 350, and the detected electrical signal is transmitted to the signal processor 360 and examined in terms of frequency through fast fourier transform (FFT) operation.
  • FFT fast fourier transform
  • the signal passing through the signal processor 360 is detected as a signal having three specific frequency components applied by the electric signal generator 310.
  • the optical fiber sensor 300 according to the third embodiment of the present invention when installed in a specific object, the signal due to environmental changes such as pressure or stimulus with respect to a specific optical fiber among optical fibers provided in a plurality of independent channels When a change occurs, the signal processed by the signal processor 360 changes only a specific frequency component applied to the changed fiber, so that it is possible to determine which independent channel among the optical fibers provided in the multiple independent channels. .
  • each independent channel is connected from a low frequency independent channel.
  • FIG. 6 is a graph showing results when the optical fiber sensor shown in FIG. 5 is contacted by water from independent channels of low frequency by flowing water from above. That is, when the water comes into contact with the optical fiber of the independent channel, the ultrasonic signal of the independent channel is absorbed and attenuated by the water. c) As shown in the graph, it can be seen that in order to attenuate the low frequency signals.
  • the optical fiber sensor 100 using ultrasonic waves according to the third embodiment of the present invention also does not need a reference signal for sensing, and each of three channels may be independently sensed.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an optical fiber sensor using ultrasonic waves according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the optical fiber gas sensor 400 using ultrasonic waves includes an electric signal generator 310, a plurality of piezoelectric elements 320, 321, and 322, and a plurality of optical fibers 330. , 331, 332, a fourth piezoelectric element 340, a first electrical signal detector 350, a signal processor 360, and a second electrical signal detector 451.
  • the optical fiber sensor 400 using the ultrasonic wave according to the fourth embodiment of the present invention also changes the electrical signals having different frequencies as the optical fiber sensor 300 using the ultrasonic wave according to the third embodiment of the present invention.
  • the change around the optical fibers 330, 331, and 332 may be sensed.
  • the optical fiber sensor 400 using the ultrasonic wave according to the fourth embodiment of the present invention is a second electrical signal detector 451 for detecting electrical signals generated by being connected to the plurality of piezoelectric elements (320, 321, 322), respectively. It contains more.
  • the ultrasonic waves traveling along the optical fibers 330, 331, and 332 are hindered in their progress. It may proceed in the same direction, but may also bounce back.
  • the reflected ultrasonic waves are converted into electrical signals by the respective piezoelectric elements 320, 321, and 322, and the converted electrical signals are detected by the respective second electrical signal detectors 451.
  • the speed of the ultrasonic waves can be obtained through calculation, and since the time of the reflected ultrasonic waves can be measured, the position of the portion where the change occurs can be determined by the speed of the ultrasonic waves and the time of the returned ultrasonic waves.
  • the optical fiber sensor 400 using ultrasonic waves is a sensor capable of detecting the position and the sensing of the peripheral change of the optical fiber through the change of frequency.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an optical fiber gas detection sensor using ultrasonic waves according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the gas reaction unit.
  • the optical fiber gas sensor 500 using ultrasonic waves includes an electric signal generator 510, a first piezoelectric element 520, an optical fiber 530, and a second piezoelectric element. 540, the electric signal detector 550 and the gas reaction unit 560, it is a sensor for sensing the gas by using ultrasonic waves.
  • the electrical signal generator 510 generates an electrical signal and transmits the electrical signal to the connected first piezoelectric element 520.
  • the first piezoelectric element 520 generates ultrasonic waves when it receives an electric signal.
  • One end of the optical fiber 530 is connected to the first piezoelectric element 520, and the other end thereof is connected to the second piezoelectric element 540. Therefore, the ultrasonic waves generated by the first piezoelectric element 520 travel along the optical fiber 530 and reach the second piezoelectric element 540 connected to the other end.
  • the ultrasonic waves reaching the second piezoelectric element 540 are converted back into electrical signals, and the electrical signals are detected by the connected electrical signal detector 550.
  • the piezoelectric elements generate ultrasonic waves when an electric signal is transmitted, and generate electric signals when the ultrasonic signal is received, and may be manufactured using various materials such as piezoelectric ceramics.
  • a gas reaction unit 560 is provided in the optical fiber 530 between the first piezoelectric element 520 and the second piezoelectric element 540.
  • the gas reaction part 560 may be provided as many as necessary.
  • the gas reaction part 560 includes a gas contact part 561 and a cover 562.
  • the gas contact portion 561 surrounds the optical fiber 530 and is made of a material that expands when contacted with gas.
  • palladium Palladium
  • the palladium has a property of being absorbed when it comes into contact with hydrogen (H 2 ) and expanding.
  • the cover 562 surrounds the gas contact portion 561, and the gas is made of a material such as metal or plastic that is allowed to pass but is not deformed by the expansion of the gas contact portion 561.
  • the cover 562 may form a lattice structure to allow hydrogen to pass through.
  • the gas contact unit 561 provided in the gas reaction unit 560 expands when it meets the hydrogen gas, and the gas contact unit 561 is limited to expansion to the outside by the cover 562 but not inside.
  • the expansion causes pressure on the optical fiber 530.
  • the ultrasonic wave traveling along the optical fiber 530 is hindered by the pressure caused by the expansion of the gas contact part 561, thereby reducing the magnitude of the signal detected by the electrical signal detector 550.
  • the degree of expansion of the gas contact portion 561 is changed according to the amount of hydrogen contacted, and thus the magnitude of pressure applied to the optical fiber 530 is also changed, and by the first electric signal detector 550. The magnitude of the detected signal is also reduced. As a result, presence of hydrogen gas around the optical fiber 530 may be detected.
  • the optical fiber gas sensor 500 using ultrasonic waves according to the fifth embodiment of the present invention can detect the hydrogen around the optical fiber 530 through the above process, such as pressure, signal size, concentration of hydrogen, etc. Hydrogen concentration around the optical fiber 530 may be measured using the correlation between the input parameters.
  • the optical fiber gas sensor according to the fifth embodiment of the present invention has no danger of explosion by detecting hydrogen gas using ultrasonic waves moving along the optical fiber.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the optical fiber gas sensor 600 using ultrasonic waves includes an electric signal generator 510, a first piezoelectric element 520, an optical fiber 530, and a second piezoelectric element. 540, the first electrical signal detector 550 and the gas reaction unit 560, and is a sensor for sensing the gas by using ultrasonic waves.
  • the optical fiber gas detection sensor 600 using ultrasonic waves according to the sixth embodiment of the present invention also has the hydrogen of the gas contact unit 561 like the optical fiber gas detection sensor 500 using ultrasonic waves according to the fifth embodiment of the present invention.
  • Hydrogen concentration around the optical fiber 530 may be sensed by detecting a change in an electrical signal by expansion due to absorption.
  • the optical fiber gas sensor 600 using ultrasonic waves is connected to the first piezoelectric element 520 to detect an electrical signal generated by the first piezoelectric element 520.
  • An electrical signal detector 650 is further included.
  • the gas contact unit 561 provided in the gas reaction unit 560 expands when it meets the hydrogen gas, and the gas contact unit 561 is limited to expansion to the outside by the cover 562 but not inside.
  • the expansion causes pressure on the optical fiber 530.
  • the ultrasonic wave traveling along the optical fiber 530 is hindered by the pressure caused by the expansion of the gas contact portion 561, and the ultrasonic wave may travel along the optical fiber 530 as it is, but is reflected at the spot. It may come back.
  • the reflected ultrasonic waves are converted into electrical signals by the first piezoelectric element 520, and the converted electrical signals are detected by the second electrical signal detector 650.
  • the speed of the ultrasonic waves can be obtained through calculation, and since the time of the reflected ultrasonic waves can be measured, the position of the portion where the change is caused by contact with hydrogen can be identified through the ultrasonic speed and the time of the ultrasonic waves returned. .
  • the optical fiber gas sensor 600 using ultrasonic waves is a sensor that can grasp the concentration of hydrogen and the position of hydrogen.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the optical fiber gas sensor 700 using ultrasonic waves includes an electric signal device 710, a piezoelectric element 720, an optical fiber 730, and a gas reaction part 560. It consists of a sensor that detects gas using ultrasonic waves.
  • the electrical signal device 710 is a device provided with both a means for generating an electrical signal and a means for detecting the electrical signal.
  • the piezoelectric element 720 is connected to the electrical signal device 710, and generates an ultrasonic wave when the electrical signal is received, and generates an electrical signal when the ultrasonic signal is applied.
  • One end of the optical fiber 730 is connected to the piezoelectric element 720.
  • the gas reaction part 760 is provided as many as necessary to a certain portion of the optical fiber 730. Since the structure of the gas reaction unit 560 is the same as that described in FIG. 9, a detailed description thereof will be omitted.
  • the gas contact part 561 provided in the gas reaction part 560 expands when it meets hydrogen gas, and the gas contact part 561 is expanded inside but is limited in expansion to the outside by the cover 562. Pressure is applied to the optical fiber 730. At this time, the ultrasonic waves traveling along the optical fiber 730 are hindered by the pressure caused by the expansion of the gas contact portion 561 and reflected back from the spot. The reflected ultrasonic waves are converted into electrical signals by the piezoelectric element 720, and the converted electrical signals are detected by the electrical signal device 710.
  • the returned ultrasonic wave is hindered by the pressure caused by the expansion of the gas contact unit 561, so that the magnitude of the signal detected by the electric signal device 710 is reduced.
  • the degree of expansion of the gas contact part 561 varies according to the amount of hydrogen contacted, and thus, the magnitude of pressure applied to the optical fiber 730 is also changed, and the gas contact part 561 is detected by the electrical signal device 710.
  • the size of the signal will also be smaller.
  • the speed of the ultrasonic waves can be obtained through calculation, and since the time of the reflected ultrasonic waves can be measured, the position of the portion where the change is caused by contact with hydrogen can be identified through the ultrasonic speed and the time of the ultrasonic waves returned. .
  • the optical fiber gas sensor 700 using ultrasonic waves according to the seventh embodiment of the present invention is a sensor that can grasp the concentration of hydrogen and the position of hydrogen.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the optical fiber gas sensor 800 using ultrasonic waves includes an electric signal device 810, a piezoelectric element 820, an optical fiber 830, and a gas reaction part 860. Consists of a sensor that detects gas using ultrasonic waves.
  • the electric signal device 810 is a device having both a means for generating an electric signal and a means for detecting the electric signal.
  • the piezoelectric element 820 is connected to the electrical signal device 810 and generates an ultrasonic wave when the electrical signal is received, and generates an electrical signal when the ultrasonic signal is applied.
  • One end of the optical fiber 830 is connected to the piezoelectric element 820.
  • the ultrasonic wave generated by the piezoelectric element 820 proceeds along the optical fiber 830, and when the ultrasonic wave reaches the end of the optical fiber 830, the ultrasonic wave is reflected and reaches the piezoelectric element 820 again. . At this time, the ultrasonic wave transmitted to the piezoelectric element 820 is converted into an electrical signal, and the electrical signal is detected by the electrical signal device 810.
  • the gas reaction unit 860 is made of a material that reacts when in contact with a particular gas.
  • palladium Palladium
  • the gas reaction unit 860 is made of a material that reacts when in contact with a particular gas.
  • palladium Palladium
  • the reflectance of the ultrasonic wave is affected by the difference between the density of the optical fiber 830 and the gas reaction part 860.
  • the gas reaction part 860 that absorbs and expands hydrogen has a low density, and as a result, reflectance of ultrasonic waves is changed.
  • the degree of expansion of the gas reaction part 860 varies according to the amount of hydrogen contacted, and thus the signal of the reflected ultrasonic wave is also changed. Through this process it is possible to determine the concentration of hydrogen based on the detected electrical signal.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of an optical fiber gas sensor using ultrasonic waves according to a ninth embodiment of the present invention.
  • the optical fiber gas sensor 900 using ultrasonic waves includes an electric signal device 810, a piezoelectric element 820, an optical fiber 830, and a gas reaction unit 960. Consists of a sensor that detects gas using ultrasonic waves.
  • the piezoelectric element 820 is connected to the electric signal device 810, and one end of the optical fiber 830 is connected to the piezoelectric element 820.
  • the ultrasonic wave generated by the piezoelectric element 820 proceeds along the optical fiber 830, and when the ultrasonic wave reaches the end of the optical fiber 830, the ultrasonic wave is reflected and reaches the piezoelectric element 820 again. . At this time, the ultrasonic wave transmitted to the piezoelectric element 820 is converted into an electrical signal, and the electrical signal is detected by the electrical signal device 810.
  • the gas reaction part 960 is provided at the other end of the optical fiber 830, and is provided in a form surrounding the optical fiber 830.
  • the gas reaction part 860 is made of a material that reacts when it comes in contact with a specific gas, and in the ninth embodiment of the present invention, a palladium (Pd: Pd) that absorbs and expands when it encounters hydrogen gas is used.
  • the ultrasonic wave When the ultrasonic wave reaches the end of the optical fiber 830, it is reflected and reaches the piezoelectric element 820 again, but the ultrasonic wave is absorbed and transferred by the peripheral object in contact with the optical fiber 830.
  • the signal size of the ultrasound varies depending on the degree of change.
  • the degree of absorption of the gas reaction part 960 varies according to the amount of hydrogen contacted, and thus the magnitude of the ultrasonic wave transferred to the gas reaction part 960 is changed, thereby changing the magnitude of the signal. Through this process it is possible to determine the concentration of hydrogen based on the detected electrical signal.

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 광섬유 센서 및 광섬유 기체감지센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 위상 또는 주파수가 다른 초음파를 인가하여 검출되는 초음파의 신호를 분석함으로써 센싱하는 광섬유 센서 및 초음파를 인가하여 반사되는 초음파의 신호를 분석함으로써 기체를 감지하는 광섬유 기체감지센서에 관한 것이다.

Description

초음파를 이용한 광섬유 센서 및 광섬유 기체감지센서
본 발명은 초음파를 이용한 광섬유 센서 및 광섬유 기체감지센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 위상 또는 주파수가 다른 초음파를 인가하여 검출되는 초음파의 신호를 분석함으로써 센싱하는 광섬유 센서 및 초음파를 인가하여 반사되는 초음파의 신호를 분석함으로써 기체를 감지하는 광섬유 기체감지센서에 관한 것이다.
광섬유를 응용한 센서 기술은 기존에 사용하고 있는 센서에 비하여 여러 가지 장점이 있기 때문에 다양한 분야에서 폭넓게 이용되고 있다. 광섬유의 기계적 특징은 가볍고 크기가 작으며 응답속도가 빠를 뿐만 아니라, 외부의 전기적 노이즈에 대하여 독립적이며 쉽게 부식이 되지 않는다. 이와 같은 특징은 구조물의 내부에 삽입된 형태의 센서나 화학적, 생물학적 센서에 응용하기에 적합하여 큰 규모의 구조물에 삽입되어 응력이나 진동 또는 손상 등을 감지하거나, 화학물질에 대한 조성을 판별하는 등 여러 분야에 걸쳐 다양한 응용이 가능하다.
이러한 광섬유센서의 기본적인 측정방식은 빛을 광섬유에 입사하여 특정 부분에 대하여 반사되는 빛의 파장의 변화를 감지한 후 그 차이를 분석함으로써 그 변화를 알아내는 방식을 사용하고 있다.
종래의 광섬유 센서는 빛을 사용해야하는 특성상 수 ㎚의 파장변화를 감지해야 하는바, 그만큼 짧은 파장의 신호를 감지하고 분석할 수 할 수 있는 고가의 장비가 필요하다. 또한 빛을 광섬유에 정확하게 입사시키고 반사되는 빛을 정확하게 감지하기 위해서는 장비와 감지기 간의 정밀도가 중요한바 센서를 이루는 구성요소가 복잡해지고 많은 비용이 소요된다. 예를 들어 근래에 일반적으로 사용되고 있는 FBG광섬유 센서의 경우 광섬유 자체에 센싱부를 제작하기 위하여 Bragg 격자를 광섬유에 구비하는 추가적인 공정이 필요하게 되며, EFPI 광섬유 센서의 경우 단락된 두 광섬유의 간극에 의하여 반사되는 파장의 차이를 이용하기 때문에 감지에 필요한 간극을 제작하고 그것을 유지하기 위한 장치를 추가공정이 필요하게 된다.
즉, 종래의 광섬유센서는 빛을 사용하기 때문에 특정 파장의 빛을 정확하게 만들어내야 한다는 기술적 어려움이 있을 뿐만 아니라 구비해야하는 구성요소가 많아 구성이 복잡하며 장비가 고가라는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 초음파를 이용함으로써 구성요소가 매우 간단하며 비용도 저렴한 광섬유 센서를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 복수 개의 채널을 구비함으로써 기준이 되는 신호가 필요하지 않으며, 각 채널의 독립적인 센싱이 가능한 광섬유 센서를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 초음파를 이용함으로써 구성이 간단하며 비용이 저렴한 광섬유 기체감지센서를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 초음파를 이용하여 수소 기체를 용이하게 감지할 수 있는 광섬유 기체감지센서를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 초음파를 이용하여 기체의 위치를 판단할 수 있는 광섬유 기체감지센서를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 초음파를 이용하여 수소 기체를 감지함으로써 폭발위험이 전혀 없는 광섬유 기체감지센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광섬유 센서에 있어서, 전기신호를 발생하는 전기신호 발생기; 상기 전기신호 발생기에 각각 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 제1압전소자 및 제2압전소자; 상기 제1 압전소자 및 상기 제2압전소자 각각에 일단부가 연결되는 제1광섬유 및 제2광섬유; 상기 제1광섬유 및 제2광섬유 각 타단부에 연결되어 상기 제1광섬유 및 제2광섬유를 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제3압전소자; 및 상기 제3압전소자에 연결되어 발생한 전기신호를 검출하는 제1전기신호 검출기;를 포함하며, 상기 전기신호 발생기에서 발생되어 상기 제1압전소자 및 상기 제2압전소자에 가해지는 전기신호는 서로 180°의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 센서를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 초음파를 이용한 광섬유 센서는 상기 제1압전소자에 연결되어 상기 제1압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제2전기신호 검출기; 및 상기 제2압전소자에 연결되어 상기 제2압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제3전기신호 검출기;를 더 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광섬유 센서에 있어서, 전기신호를 발생하는 전기신호 발생기; 상기 전기신호 발생기에 각각 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 복수 개의 압전소자; 상기 복수 개의 압전소자 각각에 일단부가 연결되는 광섬유; 상기 광섬유의 각 타단부에 연결되어 상기 광섬유들을 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제4압전소자; 및 상기 제4압전소자에 연결되어 발생한 전기신호를 검출하는 제1전기신호 검출기;를 포함하며, 상기 전기신호 발생기에서 발생되어 상기 복수 개의 압전소자에 각각 가해지는 전기신호는 서로 주파수가 다른 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 센서를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 초음파를 이용한 광섬유 센서는 상기 복수 개의 압전소자에 각각 연결되어 상기 복수 개의 압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제2전기신호 검출기들;을 더 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광섬유 기체감지센서에 있어서, 전기신호를 발생하는 전기신호 발생기; 상기 전기신호 발생기에 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 제1 압전소자; 상기 제1 압전소자에 일단부가 연결되는 광섬유; 상기 광섬유의 타단부에 연결되어 상기 광섬유를 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제2 압전소자; 상기 제2 압전소자에 연결되어 발생한 전기신호를 검출하는 제1 전기신호 검출기; 및 상기 제1 압전소자와 상기 제2 압전소자 사이의 상기 광섬유에 구비된 적어도 하나의 기체반응부;를 포함하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체반응부:는 상기 광섬유를 둘러싸고 있으며, 기체와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 기체접촉부; 및 상기 기체접촉부를 둘러싸고 있고, 상기 기체는 통과시키되 상기 기체접촉부의 팽창에 의해 변형되지 않는 커버;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체접촉부는 수소(H2)와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체접촉부는 팔라디움(Pd: Palladium)으로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 커버는 수소가 통과하도록 격자구조를 이루고 있으며, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 압전소자에 연결되어 상기 제1 압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제2 전기신호 검출기를 더 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광섬유 기체감지센서에 있어서, 전기신호를 발생 및 검출하는 전기신호장치; 상기 전기신호장치에 연결되며, 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키고 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 압전소자; 상기 압전소자에 일단부가 연결되는 광섬유; 및 상기 광섬유의 일정 부분에 구비된 적어도 하나의 기체반응부;를 포함하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체반응부는 상기 광섬유를 둘러싸고 있으며, 기체와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 기체접촉부; 및 상기 기체접촉부를 둘러싸고 있고, 상기 기체는 통과시키되 상기 기체접촉부의 팽창에 의해 변형되지 않는 커버;를 포함하며, 상기 압전소자와 상기 광섬유의 타단부 사이의 상기 광섬유에 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체접촉부는 수소(H2)와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체접촉부는 팔라디움(Pd: Palladium)으로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 커버는 수소가 통과하도록 격자구조를 이루고 있으며, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체반응부는 상기 광섬유의 타단부 끝단에 연결되어 구비되며, 특정 기체와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체반응부는 수소와 접촉하면 반응하는 팔라디움(Pd: Palladium)으로 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체반응부는 상기 광섬유의 타단부 끝단에 구비되되 상기 광섬유를 둘러싸는 형태로 구비되어 있으며, 상기 기체반응부는 특정 기체와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체반응부는 수소와 접촉하면 반응하는 팔라디움(Pd: Palladium)으로 이루어진다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 초음파를 이용한 광섬유 센서는 특정 파장의 빛을 만들어내는 장치나 빛 변환장치 등을 구비할 필요가 없어 구성이 매우 간단할 뿐만 아니라, 비용도 매우 저렴하다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 초음파를 이용한 광섬유 감지센서는 복수 개의 채널을 구비함으로써 기준이 되는 신호가 필요하지 않으며, 각 채널의 독립적인 센싱이 가능하다.
또한 본 발명의 초음파를 이용한 광섬유 센서는 센싱된 위치를 판단할 수 있다.
본 발명의 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서는 특정 파장의 빛을 만들어내는 장치나 빛 변환장치 등을 구비할 필요가 없어 구성이 매우 간단할 뿐만 아니라, 비용도 매우 저렴하다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서는 기체 중에서도 특히 수소 기체를 용이하게 감지할 수 있다.
또한 본 발명의 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서는 수소 기체를 비롯한 기체의 위치 및 농도 등을 판단할 수 있다.
또한 본 발명의 광섬유 기체감지센서는 광섬유를 따라 이동하는 초음파를 이용하여 수소 기체를 감지하기 때문에 폭발위험이 전혀 없다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서의 개략도,
도 2는 두 개의 독립 채널에 180°의 위상차를 갖는 전기신호를 인가하였을시 검출되는 신호의 결과그래프,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서의 개략도,
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서의 개략도,
도 5 및 도 6은 세 개의 독립 채널에 각각 다른 주파수의 신호를 인가하였을 시 나타나는 신호의 결과그래프,
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서의 개략도,
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도,
도 9는 기체반응부의 단면도,
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도,
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도,
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도,
도 13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300, 400 : 초음파를 이용한 광섬유 센서
110 : 전기신호발생기 120 : 제1압전소자
121 : 제2압전소자 130 : 제1광섬유
131 : 제2광섬유 140 : 제3압전소자
150 : 제1전기신호검출기
500, 600, 700, 800, 900 : 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서
510 : 전기신호발생기 520 : 제1압전소자
530 : 광섬유 540 : 제2압전소자
550 : 전기신호검출기 560 : 기체반응부
561 : 기체접촉부 562 : 커버
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서의 개략도이며, 도 2는 두 개의 독립 채널에 180°의 위상차를 갖는 전기신호를 인가하였을시 검출되는 신호의 결과그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(100)는 전기신호발생기(110), 제1압전소자(120), 제2압전소자(121), 제1광섬유(130), 제2광섬유(131), 제3압전소자(140) 및 제1전기신호검출기(150)로 구성되어 있으며, 초음파를 이용하여 센싱하는 센서이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(100)는 독립된 두 개의 채널을 구비하고 있다.
상기 전기신호발생기(110)는 전기신호를 발생시키며, 각각 연결된 상기 제1압전소자(120) 및 제2압전소자(121)에 전기신호를 전달한다.
상기 제1압전소자(120) 및 제2압전소자(121)는 전기신호를 전달받으면 각각 초음파를 발생시킨다.
상기 제1광섬유(130)는 일단부가 상기 제1압전소자(120)에 연결되어 있고, 타단부가 상기 제3압전소자(140)에 연결되어 있으며, 상기 제2광섬유(131)는 일단부가 상기 제2압전소자(121)에 연결되어 있고, 타단부가 상기 제3압전소자(140)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 제1압전소자(120)에서 발생한 초음파는 상기 제1광섬유(130)를 따라 진행하여 타단부에 연결된 상기 제3압전소자(140)에 도달하며, 상기 제2압전소자(121)에서 발생한 초음파는 상기 제2광섬유(131)를 따라 진행하여 타단부에 연결된 상기 제3압전소자(140)에 도달한다.
상기 제3압전소자(140)에 도달한 초음파는 전기신호로 다시 바뀌게 되고, 전기신호는 연결된 제1전기신호검출기(150)에 의하여 검출된다.
상기 압전소자들은 전기신호를 전달받으면 초음파를 발생시키고, 초음파를 전달받으면 전기신호를 발생시키는 소자들로서, 압전 세라믹 등 다양한 재료를 이용하여 제작할 수 있다.
이때 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 전기신호발생기(110)에서 발생되어 상기 제1압전소자(120) 및 제2압전소자(121)에서 전달되는 전기신호들은 서로 180°의 위상차를 갖도록 한다. 서로 반대 위상을 갖는 전기신호는 초음파 신호로 바뀌어 상기 제1광섬유(130) 및 상기 제2광섬유(131)를 따라 진행하여 상기 제3압전소자(140)에 도달하게 되며, 상기 제3압전소자(140)에 의해 바뀌는 전기신호는 상기 제1전기신호검출기(150)에 의하여 검출된다. 만약 상기 제1광섬유(130) 및 제2광섬유(131)에 어떠한 압력이나 자극 등의 변화가 없었다면, 상기 제3압전소자(140)에 의해 바뀌는 전기신호는 서로 180°의 위상차를 갖기 때문에 상기 제1전기신호검출기(150)에 의하여 검출되는 신호는 0이 된다. 이는 중첩효과에 의한 상쇄가 발생하기 때문이다.
도 2를 참조하면, 인가되는 전기신호의 위상차가 같으면 그 크기가 배가 되지만, 인가되는 전기신호의 위상차가 180°이고 초음파의 변화에 따른 전기신호의 변화가 없다면 검출되는 신호가 0이 됨을 알 수 있다.
한편, 독립된 두 채널 중 어느 한 채널에 압력이나 자극 등의 변화가 발생한다면, 상기 제1광섬유(130) 또는 상기 제2광섬유(131)에 변화가 발생하게 되어 변화가 발생한 광섬유를 따라 진행하는 초음파의 크기가 작아지게 되며, 전기신호의 위상도 달라지게 된다. 따라서 상기 제3압전소자(140)에 의해 바뀌는 전기신호들은 서로 180°의 위상차를 갖지 않기 때문에 상기 제1전기신호검출기(150)에는 신호가 검출되게 된다. 이어서 독립된 두 채널 각각에 초음파를 다시 보내어 검출되는 신호를 비교하면 어느 채널에서 센싱이 되었는지를 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(100)는 센싱을 위한 레퍼런스(reference)신호가 필요하지 않으며, 두 채널 각각 독립적으로 센싱을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(200)는 전기신호발생기(110), 제1압전소자(120), 제2압전소자(121), 제1광섬유(130), 제2광섬유(131), 제3압전소자(140) 및 제1전기신호검출기(150)로 구성되어 있으며, 초음파를 이용하여 센싱하는 센서이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(200)는 독립된 두 개의 채널을 구비하고 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(200) 역시 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(100)와 마찬가지로 180°의 위상차를 갖는 전기신호들의 변화를 통하여 상기 광섬유(130) 주변의 변화를 센싱할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(200)는 상기 제1압전소자(120)에 연결되어 상기 제1압전소자(120)에서 발생한 전기신호를 검출하는 제2전기신호 검출기(251) 및 상기 제2압전소자(121)에 연결되어 상기 제2압전소자(121)에서 발생한 전기신호를 검출하는 제3전기신호 검출기(252)를 더 포함하고 있다.
즉, 상기 제1광섬유(130) 또는 제2광섬유(131)에 압력이나 자극 등의 변화가 발생하게 되면, 상기 제1광섬유(130) 또는 제2광섬유(131)를 따라 진행하던 초음파는 그 진행이 방해되며, 진행방향 그대로 진행하기도 하지만 그 자리에서 반사되어 되돌아오기도 한다. 반사되어 되돌아온 초음파는 상기 제1압전소자(120) 또는 제2압전소자(121)에 의해 전기신호 변환되며, 변환된 전기신호는 상기 제2전기신호검출기(251) 및 제3전기신호검출기(252)에 의하여 검출된다.
여기서, 초음파의 속도는 계산을 통하여 구할 수 있고, 반사되어 되돌아온 초음파의 시간은 측정가능하므로, 초음파의 속도와 되돌아온 초음파의 시간을 통해 변화가 발생한 부분의 위치를 파악할 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(200)는 위상차를 이용한 광섬유 주변 변화의 센싱 및 위치까지 파악할 수 있는 센서이다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(100)와 동일하다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서의 개략도이며, 도 5 및 도 6은 세 개의 독립 채널에 각각 다른 주파수의 신호를 인가하였을 시 나타나는 신호의 결과그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(300)는 전기신호발생기(310), 복수 개의 압전소자(320, 321, 322), 복수 개의 광섬유(330, 331, 332), 제4압전소자(340), 제1전기신호검출기(350) 및 신호처리기(360)로 구성되어 있으며, 초음파를 이용하여 센싱하는 센서이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(100)는 독립된 세 개의 채널을 구비하고 있다.
압전소자 및 광섬유를 포함하는 독립된 채널은 필요한 개수만큼 구비될 수 있으며, 본 발명의 제3 실시예에서는 세 개의 독립된 채널이 구비된 것을 예를 들었다. 상기 전기신호발생기(310), 상기 압전소자(320, 321, 322), 상기 광섬유(330, 331, 332), 상기 제4압전소자(340) 및 상기 제1전기신호검출기(350)의 구조 및 작용은 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이때, 본 발명의 제3 실시예에서는 상기 전기신호발생기(310)에서 발생되어 상기 복수 개의 압전소자(320, 321, 322)에 전달되는 전기신호들은 서로 다른 주파수를 갖도록 한다.
서로 다른 주파수를 갖는 전기신호는 초음파 신호로 바뀌어 각각의 광섬유(330, 331, 332)를 따라 진행하여 상기 제4압전소자(340)에 도달하게 되고, 상기 제4압전소자(340)에 의해 바뀌는 전기신호는 상기 제1전기신호검출기(350)에 의하여 검출되며, 검출된 전기신호는 상기 신호처리기(360)전달되어 FFT(Fast Fourier Transform)연산을 통하여 주파수 측면에서 검토된다. 상기 신호처리기(360)를 통과한 신호는 상기 전기신호발생기(310)에서 인가한 3개의 특정주파수의 성분을 가지는 신호로 검출이 된다.
즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광섬유 센서(300)가 특정 대상체에 설치되어 있는 경우, 복수 개의 독립 채널에 구비된 광섬유 중 특정 광섬유에 대하여 압력 또는 자극 등 주위의 환경 변화로 인한 신호의 변화가 생기게 되면, 상기 신호 처리기(360)에서 처리되는 신호는 변화가 발생한 광섬유에 인가된 특정 주파수 성분만 변화하게 되므로 여러 독립 채널에 구비된 광섬유 중 어떤 독립 채널에서 변화가 발생하였는지를 판단할 수 있다.
도 5를 참조하면, 세 개의 독립 채널의 각 광섬유에 각각 다른 주파수의 신호를 인가하였으나 각각의 광섬유에 변화가 발생하지 않았기 때문에 세 개의 신호가 모두 감쇠되지 않고 검출됨을 알 수 있다. 각각의 독립 채널은 낮은 주파수의 독립 채널부터 연결되어 있다.
도 6은 도 5와 같은 광섬유 센서에 있어서, 위에서부터 물을 흘려보내 각각 낮은 주파수의 독립 채널부터 물에 의하여 접촉되도록 하였을 경우 나타나는 결과 그래프이다. 즉, 물이 독립 채널의 광섬유에 접촉하게 되면 그 독립 채널의 초음파 신호는 물에 의하여 흡수되어 감쇠하게 되며, 낮은 주파수의 독립 채널부터 물에 접촉하므로 도 6의 (a), (b), (c) 그래프에서 보이는 바와 같이 순서대로 낮은 주파수의 신호부터 감쇠하여 사리지게 되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(100) 역시 센싱을 위한 레퍼런스(reference)신호가 필요하지 않으며, 세 채널 각각 독립적으로 센싱을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서의 개략도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(400)는 전기신호발생기(310), 복수 개의 압전소자(320, 321, 322), 복수 개의 광섬유(330, 331, 332), 제4압전소자(340), 제1전기신호검출기(350), 신호처리기(360) 및 제2전기신호 검출기(451)들로 구성되어 있다.
즉, 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(400) 역시 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(300)와 마찬가지로 서로 다른 주파수를 갖는 전기신호들의 변화를 통하여 상기 광섬유(330, 331, 332) 주변의 변화를 센싱할 수 있다.
한편, 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(400)는 상기 복수 개의 압전소자(320, 321, 322)에 각각 연결되어 발생한 전기신호를 검출하는 제2전기신호 검출기(451)들을 더 포함하고 있다.
즉, 상기 제1광섬유(130) 또는 제2광섬유(131)에 압력이나 자극 등의 변화가 발생하게 되면, 상기 광섬유(330, 331, 332)를 따라 진행하던 초음파는 그 진행이 방해되며, 진행방향 그대로 진행하기도 하지만 그 자리에서 반사되어 되돌아오기도 한다. 반사되어 되돌아온 초음파는 상기 각각의 압전소자(320, 321, 322)에 의해 전기신호 변환되며, 변환된 전기신호는 상기 각각의 제2전기신호검출기(451)들에 의하여 검출된다.
여기서, 초음파의 속도는 계산을 통하여 구할 수 있고, 반사되어 되돌아온 초음파의 시간은 측정가능하므로, 초음파의 속도와 되돌아온 초음파의 시간을 통해 변화가 발생한 부분의 위치를 파악할 수 있다.
즉, 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(400)는 주파수의 변화를 통한 광섬유 주변 변화의 센싱 및 위치까지 파악할 수 있는 센서이다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 센서(300)와 동일하다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도이며, 도 9는 기체반응부의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(500)는 전기신호발생기(510), 제1압전소자(520), 광섬유(530), 제2압전소자(540), 전기신호검출기(550) 및 기체반응부(560)로 구성되어 있으며, 초음파를 이용하여 기체를 감지하는 센서이다.
상기 전기신호발생기(510)는 전기신호를 발생시키며, 연결된 상기 제1압전소자(520)에 전기신호를 전달한다.
상기 제1압전소자(520)는 전기신호를 전달받으면 초음파를 발생시킨다.
상기 광섬유(530)는 일단부가 상기 제1압전소자(520)에 연결되어 있고, 타단부가 상기 제2압전소자(540)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 제1압전소자(520)에서 발생한 초음파는 상기 광섬유(530)를 따라 진행하며 타단부에 연결된 상기 제2압전소자(540)에 도달한다.
상기 제2압전소자(540)에 도달한 초음파는 전기신호로 다시 바뀌게 되고, 전기신호는 연결된 전기신호검출기(550)에 의하여 검출된다.
상기 압전소자들은 전기신호를 전달받으면 초음파를 발생시키고, 초음파를 전달받으면 전기신호를 발생시키는 소자들로서, 압전 세라믹 등 다양한 재료를 이용하여 제작할 수 있다.
한편, 상기 제1압전소자(520)와 상기 제2압전소자(540) 사이의 상기 광섬유(530)에는 기체반응부(560)가 구비되어 있다. 상기 기체반응부(560)는 필요한 개수만큼 구비시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 기체반응부(560)는 기체접촉부(561)와 커버(562)로 이루어져 있음을 알 수 있다.
이때, 상기 기체접촉부(561)는 상기 광섬유(530)를 둘러싸고 있으며, 기체와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어져 있다.
본 발명의 실시예에서는 상기 기체접촉부(561)로서 팔라디움(Pd: Palladium)을 사용하고 있으며, 상기 팔라디움은 수소(H2)와 접촉하면 흡수하게 되어 팽창하는 성질을 가지고 있다.
상기 커버(562)는 상기 기체접촉부(561)를 둘러싸고 있고, 상기 기체는 통과시키되 상기 기체접촉부(561)의 팽창에 의해 변형되지 않는 재질 예를 들면, 금속이나 플라스틱 같은 재질로 이루어져 있다. 이때, 상기 커버(562)는 수소가 통과하도록 격자구조를 이룰 수 있다.
즉, 상기 기체반응부(560)에 구비된 기체접촉부(561)는 수소기체를 만나면 팽창하게 되며, 상기 기체접촉부(561)는 상기 커버(562)에 의해 외부로의 팽창은 제한되지만 내부로는 팽창되어 상기 광섬유(530)에 압력을 가하게 된다. 이때, 상기 광섬유(530)를 따라 진행하던 초음파는 상기 기체접촉부(561)의 팽창에 의한 압력에 의해 그 진행이 방해되어 상기 전기신호검출기(550)에 의하여 검출되는 신호의 크기가 작아지게 된다.
상기 기체접촉부(561)는 접촉되는 수소의 양에 따라 팽창의 정도가 달라지고, 이에 따라 상기 광섬유(530)에 가해지는 압력의 크기도 변화게 되며, 상기 제1전기신호검출기(550)에 의해 검출되는 신호의 크기도 작아지게 되는 것이다. 이로써 상기 광섬유(530) 주변의 수소 기체 존재 여부를 감지할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(500)는 이와 같은 과정을 통하여 상기 광섬유(530) 주변의 수소를 감지할 수 있으며, 압력, 신호의 크기, 수소의 농도 등 기 입력된 파라미터 간의 상관관계를 이용하여 상기 광섬유(530) 주변의 수소농도를 측정할 수도 있다.
이러한 본 발명의 제5 실시예에 따른 광섬유 기체감지센서는 광섬유를 따라 이동하는 초음파를 이용하여 수소 기체를 감지함으로써 폭발위험이 전혀 없다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(600)는 전기신호발생기(510), 제1압전소자(520), 광섬유(530), 제2압전소자(540), 제1전기신호검출기(550) 및 기체반응부(560)들로 구성되어 있으며, 초음파를 이용하여 기체를 감지하는 센서이다.
즉, 본 발명의 제6 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(600) 역시 본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(500)와 마찬가지로 기체접촉부(561)의 수소 흡수에 따른 팽창에 의해 전기신호의 변화감지를 통하여 상기 광섬유(530) 주변의 수소 농도를 감지할 수 있다.
한편, 본 발명의 제6 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(600)는 상기 제1 압전소자(520)에 연결되어 상기 제1 압전소자(520)에서 발생한 전기신호를 검출하는 제2 전기신호 검출기(650)를 더 포함하고 있다.
즉, 상기 기체반응부(560)에 구비된 기체접촉부(561)는 수소기체를 만나면 팽창하게 되며, 상기 기체접촉부(561)는 상기 커버(562)에 의해 외부로의 팽창은 제한되지만 내부로는 팽창되어 상기 광섬유(530)에 압력을 가하게 된다.
이때, 상기 광섬유(530)를 따라 진행하던 초음파는 상기 기체접촉부(561)의 팽창에 의한 압력에 의해 그 진행이 방해되며, 진행방향 그대로 상기 광섬유(530)를 따라 진행하기도 하지만 그 자리에서 반사되어 되돌아오기도 한다. 반사되어 되돌아온 초음파는 상기 제1압전소자(520)에 의해 전기신호 변환되며, 변환된 전기신호는 상기 제2전기신호검출기(650)에 의하여 검출된다.
여기서, 초음파의 속도는 계산을 통하여 구할 수 있고, 반사되어 되돌아온 초음파의 시간은 측정가능하므로, 초음파의 속도와 되돌아온 초음파의 시간을 통해 수소와의 접촉에 의해 변화가 발생한 부분의 위치를 파악할 수 있다.
즉, 본 발명의 제6 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(600)는 수소의 농도 및 수소의 위치까지 파악할 수 있는 센서이다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(500)와 동일하다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(700)는 전기신호장치(710), 압전소자(720), 광섬유(730) 및 기체반응부(560)로 구성되어 있으며, 초음파를 이용하여 기체를 감지하는 센서이다.
상기 전기신호장치(710)는 전기신호를 발생시키는 수단과 전기신호를 검출하는 수단이 모두 구비된 장치이다.
상기 압전소자(720)는 상기 전기신호장치(710)에 연결되어 있으며, 전기신호를 전달받으면 초음파를 발생시키고, 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시킨다.
상기 광섬유(730)는 그 일단부가 상기 압전소자(720)에 연결되어 있다.
이때, 상기 기체반응부(760)는 상기 광섬유(730)의 일정 부분에 필요한 개수만큼 구비되어 있다. 상기 기체반응부(560)의 구조는 도 9에서 설명한 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 기체반응부(560)에 구비된 기체접촉부(561)는 수소기체를 만나면 팽창하게 되며, 상기 기체접촉부(561)는 상기 커버(562)에 의해 외부로의 팽창은 제한되지만 내부로는 팽창되어 상기 광섬유(730)에 압력을 가하게 된다. 이때, 상기 광섬유(730)를 따라 진행하던 초음파는 상기 기체접촉부(561)의 팽창에 의한 압력에 의해 그 진행이 방해되어 그 자리에서 반사되어 되돌아온다. 반사되어 되돌아온 초음파는 상기 압전소자(720)에 의해 전기신호 변환되며, 변환된 전기신호는 상기 전기신호장치(710)에 의하여 검출된다.
이때 되돌아온 초음파는 상기 기체접촉부(561)의 팽창에 의한 압력에 의해 그 진행이 방해되어 상기 전기신호장치(710)에 의하여 검출되는 신호의 크기가 작아지게 된다. 상기 기체접촉부(561)는 접촉되는 수소의 양에 따라 팽창의 정도가 달라지고, 이에 따라 상기 광섬유(730)에 가해지는 압력의 크기도 변화게 되며, 상기 전기신호장치(710)에 의해 검출되는 신호의 크기도 작아지게 되는 것이다. 이와 같은 과정을 통하여 상기 광섬유(730) 주변의 수소 감지 및 수소의 농도를 측정할 수 있다.
여기서, 초음파의 속도는 계산을 통하여 구할 수 있고, 반사되어 되돌아온 초음파의 시간은 측정가능하므로, 초음파의 속도와 되돌아온 초음파의 시간을 통해 수소와의 접촉에 의해 변화가 발생한 부분의 위치를 파악할 수 있다.
즉, 본 발명의 제7 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(700)는 수소의 농도 및 수소의 위치까지 파악할 수 있는 센서이다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(500)와 동일하다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(800)는 전기신호장치(810), 압전소자(820), 광섬유(830) 및 기체반응부(860)로 구성되어 있으며, 초음파를 이용하여 기체를 감지하는 센서이다.
상기 전기신호장치(810)는 전기신호를 발생시키는 수단과 전기신호를 검출하는 수단이 모두 구비된 장치이다.
상기 압전소자(820)는 상기 전기신호장치(810)에 연결되어 있으며, 전기신호를 전달받으면 초음파를 발생시키고, 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시킨다.
상기 광섬유(830)는 그 일단부가 상기 압전소자(820)에 연결되어 있다.
즉, 상기 압전소자(820)에서 발생된 초음파는 상기 광섬유(830)를 따라 진행하게 되고, 상기 초음파가 상기 광섬유(830)의 끝단에 도착하면 반사되어 다시 상기 압전소자(820)에 도달하게 된다. 이때 상기 압전소자(820)에 전달된 초음파는 다시 전기신호로 바뀌게 되고, 전기신호는 상기 전기신호장치(810)에 의하여 검출된다.
이때, 상기 광섬유(830)의 타단부 끝단에는 상기 기체반응부(860)가 연결되어 구비되어 있으며, 상기 기체반응부(860)는 특정 기체와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어져 있다. 본 발명의 제8 실시예에서는 수소기체를 만나면 흡수하여 팽창하게 되는 팔라디움(Pd: Palladium)을 사용하고 있다.
초음파가 상기 광섬유(830)의 끝단에 도달하여 상기 기체반응부(860)에서 반사가 될 때 초음파의 반사율은 상기 광섬유(830)와 상기 기체반응부(860)의 밀도의 차이에 영향을 받는바, 수소를 흡수하여 팽창하는 상기 기체반응부(860)는 밀도가 낮아지게 되며 결과적으로 초음파의 반사율이 변화하게 된다.
접촉되는 수소의 양에 따라 상기 기체반응부(860)의 팽창 정도가 달라지며,이에 따라 반사되는 초음파의 신호도 변화하게 된다. 이러한 과정을 통해 검출된 전기신호를 바탕으로 수소의 농도를 파악할 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서의 개략도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서(900)는 전기신호장치(810), 압전소자(820), 광섬유(830) 및 기체반응부(960)로 구성되어 있으며, 초음파를 이용하여 기체를 감지하는 센서이다.
상기 압전소자(820)는 상기 전기신호장치(810)에 연결되어 있으며, 상기 광섬유(830)는 그 일단부가 상기 압전소자(820)에 연결되어 있다.
즉, 상기 압전소자(820)에서 발생된 초음파는 상기 광섬유(830)를 따라 진행하게 되고, 상기 초음파가 상기 광섬유(830)의 끝단에 도착하면 반사되어 다시 상기 압전소자(820)에 도달하게 된다. 이때 상기 압전소자(820)에 전달된 초음파는 다시 전기신호로 바뀌게 되고, 전기신호는 상기 전기신호장치(810)에 의하여 검출된다.
이때, 상기 광섬유(830)의 타단부 끝단에는 상기 기체반응부(960)가 구비되어 있으며, 상기 광섬유(830)를 둘러싸는 형태로 구비되어 있다. 상기 기체반응부(860)는 특정 기체와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어져 있으며, 본 발명의 제9 실시예에서는 수소기체를 만나면 흡수하여 팽창하게 되는 팔라디움(Pd: Palladium)을 사용하고 있다.
초음파가 상기 광섬유(830)의 끝단에 도달하게 되면 반사되어 다시 상기 압전소자(820)에 도달하게 되기도 하지만, 상기 광섬유(830)에 접촉해 있는 주변 물체에 의해 초음파가 흡수되어 전이되는 바 주변 물체의 변화의 정도에 따라 초음파의 신호크기가 달라진다.
접촉되는 수소의 양에 따라 상기 기체반응부(960)의 흡수 정도가 달라지며,이에 따라 상기 기체반응부(960)로 전이되는 초음파의 정도가 달려져 신호의 크기도 변화하게 된다. 이러한 과정을 통해 검출된 전기신호를 바탕으로 수소의 농도를 파악할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 광섬유 센서에 있어서,
    전기신호를 발생하는 전기신호 발생기;
    상기 전기신호 발생기에 각각 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 제1압전소자 및 제2압전소자;
    상기 제1 압전소자 및 상기 제2압전소자 각각에 일단부가 연결되는 제1광섬유 및 제2광섬유;
    상기 제1광섬유 및 제2광섬유 각 타단부에 연결되어 상기 제1광섬유 및 제2광섬유를 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제3압전소자; 및
    상기 제3압전소자에 연결되어 발생한 전기신호를 검출하는 제1전기신호 검출기;를 포함하며,
    상기 전기신호 발생기에서 발생되어 상기 제1압전소자 및 상기 제2압전소자에 가해지는 전기신호는 서로 180°의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1압전소자에 연결되어 상기 제1압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제2전기신호 검출기; 및
    상기 제2압전소자에 연결되어 상기 제2압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제3전기신호 검출기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 센서.
  3. 광섬유 센서에 있어서,
    전기신호를 발생하는 전기신호 발생기;
    상기 전기신호 발생기에 각각 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 복수 개의 압전소자;
    상기 복수 개의 압전소자 각각에 일단부가 연결되는 광섬유;
    상기 광섬유의 각 타단부에 연결되어 상기 광섬유들을 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제4압전소자; 및
    상기 제4압전소자에 연결되어 발생한 전기신호를 검출하는 제1전기신호 검출기;를 포함하며,
    상기 전기신호 발생기에서 발생되어 상기 복수 개의 압전소자에 각각 가해지는 전기신호는 서로 주파수가 다른 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 압전소자에 각각 연결되어 상기 복수 개의 압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제2전기신호 검출기들;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 센서.
  5. 광섬유 기체감지센서에 있어서,
    전기신호를 발생하는 전기신호 발생기;
    상기 전기신호 발생기에 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 제1 압전소자;
    상기 제1 압전소자에 일단부가 연결되는 광섬유;
    상기 광섬유의 타단부에 연결되어 상기 광섬유를 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제2 압전소자;
    상기 제2 압전소자에 연결되어 발생한 전기신호를 검출하는 제1 전기신호 검출기; 및
    상기 제1 압전소자와 상기 제2 압전소자 사이의 상기 광섬유에 구비된 적어도 하나의 기체반응부;를 포함하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기체반응부:는
    상기 광섬유를 둘러싸고 있으며, 기체와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 기체접촉부; 및
    상기 기체접촉부를 둘러싸고 있고, 상기 기체는 통과시키되 상기 기체접촉부의 팽창에 의해 변형되지 않는 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기체접촉부는 수소(H2)와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기체접촉부는 팔라디움(Pd: Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 커버는 수소가 통과하도록 격자구조를 이루고 있으며, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 압전소자에 연결되어 상기 제1 압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제2 전기신호 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  11. 광섬유 기체감지센서에 있어서,
    전기신호를 발생 및 검출하는 전기신호장치;
    상기 전기신호장치에 연결되며, 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키고 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 압전소자;
    상기 압전소자에 일단부가 연결되는 광섬유; 및
    상기 광섬유의 일정 부분에 구비된 적어도 하나의 기체반응부;를 포함하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기체반응부는
    상기 광섬유를 둘러싸고 있으며, 기체와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 기체접촉부; 및
    상기 기체접촉부를 둘러싸고 있고, 상기 기체는 통과시키되 상기 기체접촉부의 팽창에 의해 변형되지 않는 커버;를 포함하며,
    상기 압전소자와 상기 광섬유의 타단부 사이의 상기 광섬유에 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기체접촉부는 수소(H2)와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기체접촉부는 팔라디움(Pd: Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 커버는 수소가 통과하도록 격자구조를 이루고 있으며, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 기체반응부는 상기 광섬유의 타단부 끝단에 연결되어 구비되며, 특정 기체와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 기체반응부는 상기 광섬유의 타단부 끝단에 구비되되 상기 광섬유를 둘러싸는 형태로 구비되어 있으며, 상기 기체반응부는 특정 기체와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 기체반응부는 수소와 접촉하면 반응하는 팔라디움(Pd: Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 광섬유 기체감지센서.
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