KR101215559B1 - An fiber-optic probe for measuring the pH of coolant system of nuclear power plant and the pH measurement system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브 및 이를 이용한 pH 측정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체 채널로 삽입되는 광섬유의 외주면을 보호튜브로 둘러싸고, 보호튜브로부터 노출되는 광섬유의 단부에 방수막을 형성한 후, 상기 방수막의 표면에 졸-겔(sol-gel)법으로 형성된 다공성의 pH 반응막을 구비함으로써 광섬유가 고온?고압의 유체에 직접 접촉되어 열화되는 것을 방지함과 동시에, 졸-겔법을 통해 형성된 다공성의 pH 반응막 내에 pH 반응물질을 함침시켜 사용함으로써 pH 반응물질의 열화를 효과적으로 방지할 수 있어 원자력 발전소의 냉각계통과 같이 고온?고압 환경 하에서의 유체의 pH를 정확하게 측정할 수 있는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브 및 이를 이용한 pH 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브는, 코어와 클래딩으로 이루어져 광을 전송하는 광섬유와; 상기 광섬유에서 유체 채널에 삽입되는 부분의 외주면을 둘러싸도록 형성되는 보호튜브와; 상기 보호튜브로부터 노출되는 광섬유의 단부에 연결되어, 상기 보호튜브의 내부를 밀폐시키는 방수막과; 상기 방수막 상부에 구비되며, 유체와 반응하여 유체의 pH에 따라 색상이 변화되는 pH 반응물질이 함침되어 있는 pH 반응막; 및 일측에 개방부가 형성된 중공형의 몸체로 형성되어, 상기 개방부를 통해 보호튜브에 둘러싸인 광섬유의 단부에 연결되며, 몸체에는 몸체 외부를 흐르는 유체를 몸체 내부로 유입시키기 위해 몸체를 가로지르며 관통하는 유입구가 형성되어 있는 캡;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an optical fiber probe for measuring pH of a nuclear power plant cooling system and a pH measuring system using the same. More specifically, an outer end surface of an optical fiber inserted into a fluid channel is surrounded by a protective tube, and an end of the optical fiber exposed from the protective tube. After forming a waterproof film on the surface of the waterproof membrane, by providing a porous pH reaction membrane formed by the sol-gel method to prevent the optical fiber from being in direct contact with the high-temperature and high-pressure fluid deterioration, By impregnating the pH reactant in the porous pH reaction membrane formed through the gel method, the degradation of the pH reactant can be effectively prevented, so that the pH of the fluid under high temperature and high pressure environment, such as the cooling system of a nuclear power plant, can be accurately measured. Optical Fiber Probe for pH Measurement of Cooling System in Nuclear Power Plants One will.
An optical fiber probe for pH measurement of a cooling system of a nuclear power plant according to the present invention comprises: an optical fiber made of a core and a cladding to transmit light; A protective tube formed to surround an outer circumferential surface of a portion of the optical fiber inserted into the fluid channel; A waterproof membrane connected to an end of the optical fiber exposed from the protective tube and sealing the inside of the protective tube; A pH reaction membrane provided above the waterproof membrane, and having a pH reactant impregnated with the fluid to change color depending on the pH of the fluid; And a hollow body having an opening formed at one side thereof, connected to an end of the optical fiber surrounded by the protection tube through the opening, and having a body having an inlet passing through the body to introduce fluid flowing outside the body into the body. Characterized in that comprises a; is formed a cap.

Description

원자력 발전소 냉각계통의 ｐＨ 측정을 위한 광섬유 프로브 및 이를 이용한 ｐＨ 측정 시스템{An fiber-optic probe for measuring the pH of coolant system of nuclear power plant and the pH measurement system using the same}An fiber-optic probe for measuring the pH of coolant system of nuclear power plant and the pH measurement system using the same

본 발명은 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브 및 이를 이용한 pH 측정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체 채널로 삽입되는 광섬유의 외주면을 보호튜브로 둘러싸고, 보호튜브로부터 노출되는 광섬유의 단부에 방수막을 형성한 후, 상기 방수막의 표면에 졸-겔(sol-gel)법으로 형성된 다공성의 pH 반응막을 구비함으로써 광섬유가 고온?고압의 유체에 직접 접촉되어 열화되는 것을 방지함과 동시에, 졸-겔법을 통해 형성된 다공성의 pH 반응막 내에 pH 반응물질을 함침시켜 사용함으로써 pH 반응물질의 열화를 효과적으로 방지할 수 있어 원자력 발전소의 냉각계통과 같이 고온?고압 환경 하에서의 유체의 pH를 정확하게 측정할 수 있는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브 및 이를 이용한 pH 측정 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an optical fiber probe for measuring pH of a nuclear power plant cooling system and a pH measuring system using the same. More specifically, an outer end surface of an optical fiber inserted into a fluid channel is surrounded by a protective tube, and an end of the optical fiber exposed from the protective tube. After forming a waterproof film on the surface of the waterproof membrane, by providing a porous pH reaction membrane formed by the sol-gel method to prevent the optical fiber from being in direct contact with the high-temperature and high-pressure fluid deterioration, By impregnating the pH reactant in the porous pH reaction membrane formed through the gel method, the degradation of the pH reactant can be effectively prevented, so that the pH of the fluid under high temperature and high pressure environment, such as the cooling system of a nuclear power plant, can be accurately measured. Optical Fiber Probe for pH Measurement of Cooling System in Nuclear Power Plants One will.

가압경수로(Pressurized Water Reactor, PWR)에서의 증기발생기(Steam Generator, SG)는 원자로에서 발생되어 1차 냉각계통으로 운반된 열을 이용하여 증기를 발생시키고, 발생된 증기를 2차 냉각계통을 통해 전달하여 터빈을 동작시킨다. 이러한 증기발생기의 기본구조는 통상 역U자형의 전열관을 갖는 열교환기로서 관 내를 1차 냉각재가, 관 외를 2차 냉각재가 흐르는 구조로 이루어지고, 관판, 관지지판 및 진동멈춤쇠 등을 통해 고속으로 흐르는 냉각재에 의한 진동으로부터 전열관을 지지하고 있다. Steam Generator (SG) in Pressurized Water Reactor (PWR) generates steam using heat transferred from the reactor and transferred to the primary cooling system, and the generated steam is passed through the secondary cooling system. Transfer to operate the turbine. The basic structure of such a steam generator is a heat exchanger having an inverted U-shaped heat exchanger tube, which consists of a structure in which a primary coolant flows inside a tube and a secondary coolant flows outside the tube, and is provided through a tube plate, a tube support plate, and a vibration detent. The heat transfer pipe is supported from vibration by the coolant flowing at a high speed.

이때, 증기발생기의 전열관이 파손되는 경우, 고압의 1차 냉각계통으로부터 2차 냉각계통으로 냉각재가 누설되고, 그 양이 많으면 사고의 확대를 방지하기 위하여 비상노심냉각계통이 작동하는 사태까지 발생하게 된다. At this time, if the heat transfer pipe of the steam generator is damaged, the coolant leaks from the high pressure primary cooling system to the secondary cooling system, and if the amount is large, the emergency core cooling system may be operated to prevent the expansion of the accident. do.

전열관의 파손은 주로 전열관의 부식에 의한 감육(減肉)현상에 의해 발생하게 되는데, 이러한 전열관의 부식은 증기발생기 내부를 흐르는 냉각재의 pH와 밀접한 관련이 있다. The breakage of the heat pipe is mainly caused by thinning due to the corrosion of the heat pipe, and the corrosion of the heat pipe is closely related to the pH of the coolant flowing in the steam generator.

따라서 최근에는 2차 냉각재의 pH 제어를 위해 암모니아, 몰포린(morpholine), 에탄올아민(ethanolamine, ETA) 등의 pH 제어제를 사용하고 있으며, 이러한 2차 냉각재의 pH에 대한 정확한 측정과 제어는 전열관의 건전성을 유지하기 위해서는 상당히 중요한 공정이다. Therefore, recently, pH control agents such as ammonia, morpholine, and ethanolamine (ETA) have been used to control the pH of the secondary coolant. It is a very important process to maintain the soundness.

그런데 현재까지의 원자력발전소의 pH 측정 시스템에서는 고온에서의 pH를 정확하게 측정하는 것이 어렵기 때문에, 정기적으로 시료를 채취하여 냉각시킨 후 상온에서의 pH를 측정하고 그를 바탕으로 전열관 내를 흐르는 고온의 냉각재의 pH를 추정하는 방식으로 냉각재의 pH를 검출하고 그에 검출결과에 따라 냉각재의 pH를 제어하고 있다. However, it is difficult to accurately measure the pH at high temperature in the pH measuring system of nuclear power plants up to now, so it is necessary to take a sample and cool it regularly, and then measure the pH at room temperature. The pH of the coolant is detected by estimating the pH of the coolant, and the pH of the coolant is controlled according to the detection result.

그러나 이러한 pH 측정방식은 온도에 따른 화학반응에 대한 정확한 지식이 요구되고, 과도상태와 같은 비상 상황에 대한 즉시 대처가 어렵기 때문에 고온에서의 pH를 보다 정확하고 신속하게 측정할 수 있는 공정은 상당히 중요해진다.However, this method of measuring pH requires accurate knowledge of chemical reactions over temperature, and it is difficult to immediately deal with emergency situations such as transients. Becomes important.

현재 개발된 고온 pH 센서로는 YSZ(Yittria-Stabilized Zirconia) 세라믹 막(ceramic membrane)을 이용하는 전극이 있으며, 이러한 전극은 pH를 측정하기 위하여 고온 기준전극을 필요로 한다. 그러나 고온 기준전극의 경우, 시간이 경과함에 따라 기준전위의 편향이 나타나고, 수명이 짧은 단점이 있으며, 작은 충격에도 파손되기 쉽고, YSZ 전극과 기준전극 사이에 측정되는 미세한 전위차는 발전소 환경에서 전자기파간섭(electro-magnetic interference, EMI)에 의한 영향을 받기 쉽다는 단점이 있어, YSZ와 같은 세라믹 막을 이용한 전극은 실제로 적용되기 보다는 주로 실험실의 고온 환경에서 부식 손상을 연구하기 위한 센서로 활용되고 있는 실정이다. The high temperature pH sensor currently developed includes an electrode using a Yittria-Stabilized Zirconia (YSZ) ceramic membrane, which requires a high temperature reference electrode to measure pH. However, in the case of the high temperature reference electrode, deflection of the reference potential appears over time, has a short lifespan, is easily damaged by a small impact, and a minute potential difference measured between the YSZ electrode and the reference electrode is caused by electromagnetic interference in a power plant environment. Due to the disadvantage of being easily affected by (electro-magnetic interference, EMI), electrodes using ceramic membranes such as YSZ are mainly used as sensors for studying corrosion damage in high temperature environments of laboratories, rather than being applied in practice. .

한편, 미국 EPRI(Electric Power Research Institute)는 1994년도부터 광섬유를 이용한 pH 센서의 개발을 시작하여, 2000년도에는 200℃의 온도에서 pH를 측정할 수 있는 광섬유 pH 센서를 개발하였다. 그러나 이러한 센서를 적용하여 pH를 측정하는 경우에 있어서도, 결국 고온의 시료를 채취하고, 이에 pH 반응물질을 주입하여 pH 반응물질이 변색되는 현상을 광섬유를 사용하여 측정하고 있을 뿐이어서, 200℃ 정도의 고온 시료를 냉각 과정 없이 직접 pH를 측정한다는 점에서만 일부 차이를 보이고 있을 뿐, 앞에서 설명한 종래의 pH 측정방법과 그 기본 측정 루틴(routine)이 동일하다. Meanwhile, the US Electric Power Research Institute (EPRI) started developing pH sensors using optical fibers in 1994, and developed optical fiber pH sensors capable of measuring pH at temperatures of 200 ° C in 2000. However, even in the case of measuring pH by applying such a sensor, a high temperature sample is finally taken, and a pH reactant is discolored by injecting a pH reactant into the optical fiber. The only difference is that the high-temperature samples of do not have a cooling process, but only directly measure the pH. The conventional pH measurement method described above is the same as the basic measurement routine.

즉, 상술한 pH 센서를 적용한다 하더라도 원자력 발전소의 냉각계통에서와 같이 300℃ 이상의 고온 냉각재의 pH를 인시츄(in-situ)로 측정할 수 없으며, 또한 유체와 반응하는 pH 반응물질을 지속적으로 투입하여야 한다는 문제점이 여전히 존재한다. That is, even if the above-described pH sensor is applied, the pH of the high temperature coolant above 300 ° C. cannot be measured in-situ as in the cooling system of the nuclear power plant, and the pH reactant reacting with the fluid is continuously maintained. There is still a problem of input.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 유체 채널로 삽입되는 광섬유의 외주면을 보호튜브로 둘러싸고, 보호튜브로부터 노출되는 광섬유의 단부에 방수막을 형성한 후, 상기 방수막의 표면에 졸-겔(sol-gel)법으로 형성된 다공성의 pH 반응막을 구비함으로써 광섬유가 고온?고압의 유체에 직접 접촉되어 열화되는 것을 방지함과 동시에, 졸-겔법을 통해 형성된 다공성의 pH 반응막 내에 pH 반응물질을 함침시켜 사용함으로써 pH 반응물질의 열화를 효과적으로 방지할 수 있어 원자력 발전소의 냉각계통과 같이 고온?고압 환경 하에서의 유체의 pH를 정확하게 측정할 수 있는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브 및 이를 이용한 pH 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention, in order to solve the above problems of the prior art, surrounds the outer peripheral surface of the optical fiber inserted into the fluid channel with a protective tube, and after forming a waterproof film on the end of the optical fiber exposed from the protective tube, the surface of the waterproof film is sol- By providing a porous pH reaction membrane formed by a sol-gel method, the optical fiber is prevented from being degraded by being in direct contact with a fluid at high temperature and high pressure, and at the same time, a pH reactant in the porous pH reaction membrane formed by the sol-gel method. Fiber impregnated probe for pH measurement of cooling system of nuclear power plant that can accurately measure pH of fluid under high temperature and high pressure environment such as cooling system of nuclear power plant by effectively impregnating The purpose is to provide a pH measurement system used.

본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브는, 코어와 클래딩으로 이루어져 광을 전송하는 광섬유와; 상기 광섬유에서 유체 채널에 삽입되는 부분의 외주면을 둘러싸도록 형성되는 보호튜브와; 상기 보호튜브로부터 노출되는 광섬유의 단부에 연결되어, 상기 보호튜브의 내부를 밀폐시키는 방수막과; 상기 방수막 상부에 구비되며, 유체와 반응하여 유체의 pH에 따라 색상이 변화되는 pH 반응물질이 함침되어 있는 pH 반응막; 및 일측에 개방부가 형성된 중공형의 몸체로 형성되어, 상기 개방부를 통해 보호튜브에 둘러싸인 광섬유의 단부에 연결되며, 몸체에는 몸체 외부를 흐르는 유체를 몸체 내부로 유입시키기 위해 몸체를 가로지르며 관통하는 유입구가 형성되어 있는 캡;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.An optical fiber probe for pH measurement of a cooling system of a nuclear power plant according to the present invention comprises: an optical fiber made of a core and a cladding to transmit light; A protective tube formed to surround an outer circumferential surface of a portion of the optical fiber inserted into the fluid channel; A waterproof membrane connected to an end of the optical fiber exposed from the protective tube and sealing the inside of the protective tube; A pH reaction membrane provided above the waterproof membrane, and having a pH reactant impregnated with the fluid to change its color depending on the pH of the fluid; And a hollow body having an opening formed at one side thereof, connected to an end of the optical fiber surrounded by the protection tube through the opening, and having a body having an inlet passing through the body to introduce fluid flowing outside the body into the body. Characterized in that comprises a; is formed a cap.

본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브를 이용한 pH 측정 시스템은, 유체 채널에 삽입되어 유체의 pH에 따라 색상이 변화되는 pH 반응물질이 형성되어 있는 프로브와; 상기 프로브로부터 연장되는 광섬유와; 상기 광섬유의 끝단에 연결되는 광 커플러와; 상기 광 커플러에 제1광섬유를 통해 연결되고, 일정한 파장의 광을 방출하는 광원과; 상기 광 커플러에 제2광섬유를 통해 연결되어, 상기 제2광섬유를 통해 전송되는 광을 검출하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 이용하여 유체의 pH값을 출력하는 광신호처리부; 및 상기 광신호처리부에서 출력된 pH값을 입력받아 외부로 출력하는 pH 출력부;를 포함하여 구성되어, 상기 광원으로부터 방출되어 상기 프로브의 pH 반응물질을 투과하며 파장이 변경된 광을 상기 광 커플러를 통해 수광하여 검출함으로써 유체의 pH값을 측정하는 것을 특징으로 한다.A pH measuring system using an optical fiber probe for pH measurement of a cooling system of a nuclear power plant according to the present invention includes: a probe having a pH reactant which is inserted into a fluid channel and changes in color depending on the pH of the fluid; An optical fiber extending from the probe; An optical coupler connected to an end of the optical fiber; A light source connected to the optical coupler through a first optical fiber and emitting light having a predetermined wavelength; An optical signal processor connected to the optical coupler through a second optical fiber, detecting the light transmitted through the second optical fiber, converting the light into an electrical signal, and outputting a pH value of the fluid using the converted electrical signal; And a pH output unit which receives the pH value output from the optical signal processor and outputs the pH value to the outside, and transmits the light emitted from the light source to the pH reactant of the probe and whose wavelength is changed. It is characterized by measuring the pH value of the fluid by receiving through the detection.

본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브는, 프로브를 구성하는 광섬유가 보호튜브와 방수막을 통해 고온의 유체에 직접 접촉되지 않고, pH 반응물질이 내구성이 좋은 pH 반응막 내에 함침되어 구성되기 때문에, 유체에 의한 열화를 방지할 수 있어, 고온?고압 환경 하에서 유체의 pH를 정확하게 측정할 수 있는 동시에, 장기간 동안 사용이 가능하여 잦은 교체에 따라 소요되는 유지비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다. In the optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant according to the present invention, the optical fiber constituting the probe is not directly in contact with the high temperature fluid through the protective tube and the waterproof membrane, and the pH reactant is impregnated into the durable pH reaction membrane. It is possible to prevent deterioration due to the fluid, so that the pH of the fluid can be accurately measured under high temperature and high pressure environment, and it can be used for a long time, thereby reducing the maintenance cost required for frequent replacement. It works.

도 1은 본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브의 구성을 보여주는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 광섬유 프로브의 내부 구성을 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브를 유체 채널을 형성하는 벽체의 관공에 삽입한 상태를 보여주는 도면.
도 4는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브를 이용한 pH 측정 시스템의 구성을 보여주는 도면.1 is a perspective view showing the configuration of an optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant according to the present invention.
2 is a cross-sectional view showing an internal configuration of the optical fiber probe shown in FIG.
3 is a view showing a state in which the optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant according to the present invention inserted into the hole of the wall forming the fluid channel.
4 is a view showing the configuration of a pH measurement system using an optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although the Example of this invention is described in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.

도 1은 본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광섬유 프로브의 내부 구성을 보여주는 단면도이다. 1 is a perspective view showing the configuration of an optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the optical fiber probe shown in FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브(100)는, 코어(미도시)와 클래딩(미도시)으로 이루어져 광을 전송하는 광섬유(110)와; 상기 광섬유(110)의 외주면을 둘러싸도록 형성되는 보호튜브(120)와; 상기 보호튜브(120)에 둘러싸인 광섬유(110)의 단부에 연결되어 보호튜브(120) 내부를 밀폐시키는 방수막(140)과; 상기 방수막(140) 상부에 구비되며, 유체와 반응하여 유체의 pH에 따라 색상이 변화되는 pH 반응물질이 함침되어 있는 pH 반응막(142); 및 일측에 개방부(133)가 형성된 중공형의 몸체로 형성되어, 상기 개방부(133)를 통해 보호튜브(120)에 둘러싸인 광섬유(110)의 단부에 연결되며, 몸체에는 몸체 외부를 흐르는 유체를 몸체 내부로 유입시키기 위해 몸체를 가로지르며 관통하는 유입구(134)가 형성되고, 상기 개방부(133)에 대향하는 위치의 몸체 내벽에는 상기 광섬유(110)를 통해 입사되는 광을 반사시키는 반사막(138)이 형성되어 있는 캡(130);을 포함하여 구성된다. 1 and 2, the optical fiber probe 100 for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant according to the present invention comprises a core (not shown) and a cladding (not shown) to transmit light. Wow; A protective tube 120 formed to surround an outer circumferential surface of the optical fiber 110; A waterproof membrane 140 connected to an end of the optical fiber 110 surrounded by the protective tube 120 to seal the inside of the protective tube 120; A pH reaction membrane 142 provided on the waterproof membrane 140 and impregnated with a pH reactant that changes color depending on the pH of the fluid by reacting with the fluid; And a hollow body having an opening portion 133 formed at one side thereof, and connected to an end portion of the optical fiber 110 surrounded by the protection tube 120 through the opening portion 133, and having a fluid flowing outside the body. An inlet 134 is formed to cross the body so as to flow into the body, and a reflection film for reflecting light incident through the optical fiber 110 on the inner wall of the body opposite to the opening 133. 138 is formed cap 130; is configured to include.

광섬유(110)는 기본적으로 소정의 반사율을 갖는 물질로 이루어진 코어와, 코어와 반사율이 서로 다른 물질로 이루어진 클래딩으로 구성되는 유리 광섬유로 구성된다. The optical fiber 110 is basically composed of a core made of a material having a predetermined reflectance and a glass optical fiber composed of a cladding made of a material having a different reflectance from the core.

또한, 고온?고압 환경 하에서의 광섬유(110)의 열화를 방지하기 위해, 상기 클래딩의 외주면에는 내열성이 좋은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 등의 금속물질을 코팅하였다. In addition, in order to prevent deterioration of the optical fiber 110 in a high temperature and high pressure environment, a metal material such as aluminum (Al), copper (Cu) or tin (Sn) having good heat resistance is coated on the outer circumferential surface of the cladding.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 광섬유(110)는 다시 보호튜브(120) 내에 삽입되어 유체 채널로 삽입되게 되는데, 보호튜브(120)는 스테인레스 스틸 또는 인코넬 합금으로 형성되고 있으며, 스테인레스 스틸이나 인코넬 합금은 내화학성 및 내열성이 우수한 재질로서, 고온?고압 환경의 유체 채널에 노출되는 광섬유(110)를 효과적으로 보호할 수 있다. The optical fiber 110 having the configuration as described above is inserted into the protection channel 120 is inserted into the fluid channel again, the protection tube 120 is formed of stainless steel or Inconel alloy, stainless steel or Inconel alloy As a material having excellent chemical resistance and heat resistance, the optical fiber 110 exposed to the fluid channel in a high temperature and high pressure environment can be effectively protected.

보호튜브(120)는 내부에 광섬유(110)를 삽입하기 위한 중공부(122)가 형성되어 있고, 일측 단부, 즉 캡(130)이 연결되는 몸체 상부 외주면에는 캡(130)과의 결합을 위한 나사산(126)이 형성되어 있다. 이때, 광섬유(110)와 보호튜브(120)의 결합시 보호튜브(120) 내부에 유체가 유입되는 것을 방지하기 위하여 광섬유(110)의 외주면과 보호튜브(120)의 내주면이 상호 밀착되도록 구성하는 것이 좋다. The protective tube 120 is formed with a hollow portion 122 for inserting the optical fiber 110 therein, one end, that is, for coupling with the cap 130 on the upper outer peripheral surface of the body is connected to the cap 130 Thread 126 is formed. At this time, the outer peripheral surface of the optical fiber 110 and the inner peripheral surface of the protective tube 120 is in close contact with each other to prevent the fluid from flowing into the protective tube 120 when the optical fiber 110 and the protective tube 120 is coupled. It is good.

캡(130)이 연결되는 보호튜브(120)의 끝단에는 방수막(140) 및 pH 반응막(142)을 수용하기 위한 삽입홈(124)이 형성되며, 보호튜브(120)의 삽입홈(124)에 삽입되는 방수막(140)은 보호튜브(120) 내에 삽입된 광섬유(110)의 단부에 밀착되어 보호튜브(120) 내부를 밀폐시키도록 연결된다.The insertion groove 124 for accommodating the waterproof membrane 140 and the pH reaction membrane 142 is formed at the end of the protective tube 120 to which the cap 130 is connected, and the insertion groove 124 of the protective tube 120 is formed. ) Is inserted into the waterproof membrane 140 is in close contact with the end of the optical fiber 110 inserted into the protective tube 120 is connected to seal the inside of the protective tube (120).

방수막(140)은 고온?고압의 유체 채널 내에 직접 노출되기 때문에 내열성 및 내화학성이 우수하고, 광섬유(110)를 통해 전달되는 광을 투과시킬 수 있는 투명한 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 예로서 유리나 석영, 또는 사파이어 등이 사용될 수 있다. Since the waterproof membrane 140 is directly exposed in the fluid channel of high temperature and high pressure, it is preferable that the waterproof membrane 140 is formed of a transparent material that is excellent in heat resistance and chemical resistance and may transmit light transmitted through the optical fiber 110. Glass, quartz, sapphire and the like can be used.

방수막(140)의 상부에 구비되는 pH 반응막(142)은 졸-겔(sol-gel)법을 통해 형성된 다공성의 물질로서, 내부에 pH 반응물질이 함침되어 있는 형태로 구성된다.The pH reaction membrane 142 provided on the waterproof membrane 140 is a porous material formed through a sol-gel method, and is formed in a form in which a pH reactant is impregnated therein.

통상적으로 졸-겔은 실리콘이나 금속 알콕사이드(metal alkoxide) 단위 전구체(precursor)를 기반으로 합성한 용액에서 생성된 입자 형태의 졸 또는 고분자 형태의 졸이 겔화 과정을 통해 무기질 망상조직(network)으로 변화되어 생성되는 물질로서, 건조과정을 통해 경화되면서 기계적 강도가 강화되어 다공질의 박막이나 코팅재료 등으로 사용될 수 있다. 또한, 졸-겔공정은 높은 균질성과 낮은 소성온도(firing temperature), 다공성 고분자막을 비교적 간단한 방법으로 제조할 수 있는 방법으로, 다른 환경 인자에 대한 저항성이 크고, 빛의 투과성이 우수하기 때문에 광학 센서 제작에 유용하다. Typically, the sol-gel is converted into an inorganic network through the gelation process of a particle-type sol or a polymer-type sol formed from a solution synthesized based on silicon or a metal alkoxide unit precursor. As the material is produced, it is hardened through the drying process, the mechanical strength is enhanced can be used as a porous thin film or coating material. In addition, the sol-gel process can produce a high homogeneity, a low firing temperature, and a porous polymer membrane in a relatively simple manner, and is an optical sensor because it has high resistance to other environmental factors and excellent light transmission. It is useful for production.

본 발명에서는 상술한 바와 같은 졸-겔법을 통해 내구성이 좋은 pH 반응막(142)을 형성하고, pH 반응막(142)을 형성하는 과정에서 유체의 pH 측정을 위한 pH 반응물질을 함침시켜 구성함으로써 고온?고압의 환경 하에서도 장기간 사용이 가능하도록 하였다. In the present invention, by forming a durable pH reaction membrane 142 through the sol-gel method as described above, by impregnating the pH reactant for measuring the pH of the fluid in the process of forming the pH reaction membrane 142 Long-term use is possible even under high temperature and high pressure environment.

또한, 본 발명에서는 pH 반응막(142)을 다공성의 실리콘 산화물로 형성하였고, 졸-겔 용액으로 물이나 물과 알콜의 혼합 용매에 실리카 전구체로서의 TEOS(TetraEthyl OrthoSilicate)와 실란 결합제로서의 GPTMS(GlycidoxyPropyl TriMethoxySilane)를 1 : 1 ~ 3 : 1의 부피비로 혼합하고, 산 촉매제로서 염산과 pH 반응물질을 첨가하여 상온에서 20시간 이상 교반함으로써 졸-겔 용액을 제조하고, 제조된 졸-겔 용액을 방수막(140) 상부에 코팅하여 상온에서 3 ~ 7일 동안 건조시킨 후 65 ~ 70℃의 오븐에서 경화시켜 pH 반응막(142)을 형성하였다.In addition, in the present invention, the pH reaction membrane 142 is formed of porous silicon oxide, and TEOS (TetraEthyl OrthoSilicate) as a silica precursor and GPTMS (GlycidoxyPropyl TriMethoxySilane) as a silane binder in a mixed solvent of water or water and alcohol as a sol-gel solution. ) Is mixed at a volume ratio of 1: 1 to 3: 1, and hydrochloric acid and a pH reactant are added as an acid catalyst and stirred at room temperature for 20 hours or more to prepare a sol-gel solution, and the prepared sol-gel solution is waterproof (140) was coated on the top and dried for 3 to 7 days at room temperature and then cured in an oven at 65 ~ 70 ℃ to form a pH reaction film 142.

이렇게 형성된 방수막(140) 및 pH 반응막(142)은 삽입홈(124)에 삽입되어 상기 광섬유(110)의 단부에 밀착, 결합되는데, 이때, 상술한 바와 같이 구성되는 광섬유 프로브(100)는 고압의 유체 채널에 직접 삽입되기 때문에, 보호튜브(120)와 방수막(140) 및 pH 반응막(142) 사이의 연결부위를 통해 유체가 유입되어 광섬유(110)를 손상시키는 것을 방지하기 위해, 삽입홈(124)을 형성하는 보호튜브(120)의 내벽과 방수막(140) 및 pH 반응막(142)의 연결부위에는 내열성을 갖는 오링이나 별도의 실런트 등의 밀폐부재(150)를 이용한 방수처리를 수행하는 것이 좋다. The waterproof membrane 140 and the pH reaction membrane 142 thus formed are inserted into the insertion groove 124 to be tightly coupled to the ends of the optical fiber 110. In this case, the optical fiber probe 100 configured as described above is Since it is directly inserted into the high pressure fluid channel, in order to prevent the fluid from flowing through the connection between the protective tube 120 and the waterproof membrane 140 and the pH reaction membrane 142 to damage the optical fiber 110, The inner wall of the protection tube 120 forming the insertion groove 124 and the connection portion of the waterproof membrane 140 and the pH reaction membrane 142 is waterproof using a sealing member 150 such as an O-ring or a separate sealant having heat resistance. It is good to carry out the treatment.

캡(130)은 광섬유(110)를 삽입시킬 수 있도록 내부에는 몸체 일측에 개방부(133)가 형성되어 있는 중공부(132)가 형성되고, 몸체 외부를 흐르는 유체를 중공부(132)로 유입시킬 수 있도록 몸체를 관통하며 중공부(132)를 가로지르는 유입구(1134)가 형성되며, 보호튜브(120)와 결합되는 개방부(133)의 입구측 내주면에는 보호튜브(120)에 형성되어 있는 나사산(122)과의 결합을 위한 나사홈(136)이 형성되어 있다. The cap 130 has a hollow portion 132 having an opening portion 133 formed on one side of the body so that the optical fiber 110 can be inserted therein, and fluid flowing outside the body flows into the hollow portion 132. An inlet 1134 is formed to penetrate the body and cross the hollow portion 132 to be formed, and the inlet side inner circumferential surface of the opening portion 133 coupled with the protection tube 120 is formed in the protection tube 120. A screw groove 136 is formed for coupling with the thread 122.

캡(130)은 개방부(133)를 통해 보호튜브(120)에 둘러싸여져 방수막(140) 및 pH 반응막(142)이 연결되어 있는 광섬유(110)를 중공부(132)로 삽입시킨 상태로 보호튜브(120)의 일측 단부에 연결되며, 연결시 보호튜브(120)의 외주면에 형성되어 있는 나사산(124)과 캡(130)의 내주면에 형성되어 있는 나사홈(136)의 나사결합을 통해 연결된다.The cap 130 is surrounded by the protective tube 120 through the opening 133 to insert the optical fiber 110 to which the waterproof membrane 140 and the pH reaction membrane 142 are connected into the hollow portion 132. The connection is connected to one end of the furnace protection tube 120, the connection of the screw thread 124 formed on the outer peripheral surface of the protection tube 120 and the screw groove 136 formed on the inner peripheral surface of the cap 130 at the time of connection Connected through.

상술한 구성의 캡(130)은 앞서 설명한 보호튜브(120)와 마찬가지로 내화학성이 좋아 유체에 의해 쉽게 부식되지 않는 스테인레스 스틸 또는 인코넬 합금으로 형성하였다. Cap 130 of the above-described configuration is formed of a stainless steel or inconel alloy is not easily corroded by a fluid, as well as chemical resistance similar to the protective tube 120 described above.

이렇게 구성된 프로브(100)를 고온?고압의 유체 채널에 삽입하면, 유체 채널을 흐르는 유체는 상기 캡(130)에 형성된 유입구(134)를 통해 캡(130) 내부의 중공부(132)를 통과하여 흐르게 되고, 이에 따라 pH 반응막(142) 내에 함침되어 있는 pH 반응물질은 상기 유체의 pH에 따라 그 색상이 변화하게 된다.When the probe 100 configured as described above is inserted into a fluid channel having a high temperature and high pressure, the fluid flowing through the fluid channel passes through the hollow part 132 inside the cap 130 through the inlet 134 formed in the cap 130. As a result, the pH reactant impregnated in the pH reaction membrane 142 is changed in color depending on the pH of the fluid.

이때, 상술한 유체와의 반응을 통해 색상이 변화된 pH 반응물질에 광섬유(110)를 통해 전송되는 광을 투사하면, 투사된 광의 광학적 특성, 즉 광의 파장이 변경되게 되고, 이렇게 변경된 파장을 갖는 광을 다시 상기 광섬유(110)를 통해 수광하여 분석함으로써 유체의 pH를 정확하게 측정할 수 있게 된다. 이때, 상기 개방부(132)에 대향하는 위치의 캡(130) 몸체 내벽에 반사율이 높은 물질로 이루어진 반사막(138)을 형성하게 되면, 상기 pH 반응물질을 투과하며 발생되는 변경된 파장의 광의 검출효율을 더욱 높일 수 있다. In this case, when the light transmitted through the optical fiber 110 is projected to the pH reactant whose color is changed through the reaction with the above-described fluid, the optical characteristics of the projected light, that is, the wavelength of the light is changed, and the light having the changed wavelength By receiving the light through the optical fiber 110 again and analyzed it is possible to accurately measure the pH of the fluid. In this case, when the reflective film 138 made of a material having a high reflectance is formed on the inner wall of the body of the cap 130 at a position opposite to the opening 132, the detection efficiency of light of a changed wavelength generated while passing through the pH reactant is generated. Can be further increased.

즉, 캡(130) 내벽에 형성되는 반사막(138)은 광섬유(110)를 통해 전송되어 방수막(140)과 pH 반응막(142)을 투과한 광을 반사시켜 다시 광섬유(110)로 입사시키게 되며, 그 재료로는 반사율이 높은 은(Ag)이나 알루미늄(Al) 등이 사용될 수 있다.
That is, the reflective film 138 formed on the inner wall of the cap 130 is transmitted through the optical fiber 110 to reflect the light transmitted through the waterproof film 140 and the pH reaction film 142 to enter the optical fiber 110 again. As the material, silver (Ag), aluminum (Al), or the like having high reflectance may be used.

한편, 본 발명에 따른 광섬유 프로브(100)는 고온?고압의 유체 채널에 삽입되어 유체 채널을 따라 흐르는 유체의 pH를 측정하게 되는데, 유체의 흐름에 의해 프로브(100)가 유체 채널 내로 유실될 우려가 발생할 수 있다. On the other hand, the optical fiber probe 100 according to the present invention is inserted into a fluid channel of a high temperature and high pressure to measure the pH of the fluid flowing along the fluid channel, the flow of fluid may cause the probe 100 to be lost into the fluid channel May occur.

따라서 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 프로브(100)를 유체 채널을 형성하는 벽체(700)에 형성된 관공(710)에 삽입할 때 프로브(100)의 하부측이 관공(710)보다 큰 직경을 갖도록, 보호튜브(120)의 외주면에 테이퍼 또는 단턱 형태로 구성되는 이탈방지턱(128)을 구성하여 유체 채널 내부로 프로브(100)가 유실되는 것을 방지하였다.
Therefore, in the present invention, when the probe 100 is inserted into the hole 710 formed in the wall 700 forming the fluid channel, as shown in FIG. 3, the lower side of the probe 100 has a larger diameter than the hole 710. In order to prevent the loss of the probe 100 into the fluid channel by configuring a separation prevention member 128 having a tapered or stepped shape on the outer circumferential surface of the protective tube 120.

또한, 본 발명에서는 상술한 바와 같은 구성을 통해, 고온?고압 환경 하의 유체 채널 내에서 광섬유가 유체에 직접 접촉되어 열화되는 것을 방지하는 동시에, 내구성이 향상된 pH 반응막을 이용하여 구성된 프로브를 통해, 유체의 pH를 정확하게 측정할 수 있도록 pH 측정 시스템을 구현하였다. In addition, the present invention prevents the optical fiber from directly contacting the fluid in the fluid channel under the high temperature and high pressure environment and deteriorates the same through the above-described configuration, and through the probe configured using the pH reaction membrane having improved durability, A pH measurement system was implemented to accurately measure pH.

즉, 본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브를 이용한 pH 측정 시스템에서는, 광섬유(110)를 보호튜브(120) 내에 삽입하고 광섬유(110)의 단부에 방수막을 연결하여 광섬유(110)가 유체와 직접 접촉되는 것을 방지함과 동시에, 방수막(140) 상부에 졸-겔법을 통해 형성되어 내구성을 향상된 pH 반응막(142)이 구비된 프로브(100)를 적용하고, 유체의 pH에 대응하여 파장이 변경된 광을 프로브(100)를 통해 전송받아 검출하여, 검출된 광의 파장을 통해 유체의 pH를 측정함으로써 고온?고압의 환경 하에서도 정확한 유체의 pH 측정이 가능하게 되었다.
That is, in the pH measurement system using the optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant according to the present invention, the optical fiber 110 is inserted into the protective tube 120 and the waterproof membrane is connected to the end of the optical fiber 110 to connect the optical fiber ( While preventing the 110 from directly contacting the fluid, the probe 100 having the pH reaction film 142 having the durability to be improved by forming a sol-gel method on the waterproof film 140 and improving the durability of the fluid The light whose wavelength is changed in response to the pH is transmitted and detected through the probe 100, and the pH of the fluid is measured by measuring the pH of the detected light, thereby enabling accurate measurement of the pH of the fluid even under a high temperature and high pressure environment.

이하에서는 상술한 바와 같이 구성된 프로브를 이용하여 구성된 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정 시스템에 대하여 설명한다. Hereinafter, a description will be given of the pH measurement system of the cooling system of the nuclear power plant configured using the probe configured as described above.

도 4는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브를 이용한 pH 측정 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.4 is a view showing the configuration of a pH measurement system using an optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정 시스템은, 유체 채널에 삽입되어 유체의 pH에 따라 색상이 변경되는 pH 반응물질이 형성되어 있는 광섬유 프로브(100)와; 상기 광섬유 프로브(100)로부터 연장되는 광섬유(110)와; 상기 광섬유(110)의 끝단에 연결되는 광 커플러(300)와; 상기 광 커플러(300)에 제1광섬유(214)를 통해 연결되고, 일정한 파장의 광을 방출하는 광원(400)과; 상기 광 커플러(300)에 제2광섬유(212)를 통해 연결되어, 상기 제2광섬유(212)를 통해 전송되는 광을 검출하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 이용하여 유체의 pH값을 출력하는 광신호처리부(500); 및 상기 광신호처리부(500)에서 출력된 pH값을 입력받아 외부로 출력하는 pH 출력부(600);를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 4, the pH measuring system of the nuclear power plant cooling system according to the present invention includes an optical fiber probe 100 having a pH reactant which is inserted into a fluid channel and whose color is changed according to the pH of the fluid; An optical fiber (110) extending from the optical fiber probe (100); An optical coupler 300 connected to an end of the optical fiber 110; A light source 400 connected to the optical coupler 300 through a first optical fiber 214 and emitting light having a predetermined wavelength; Is connected to the optical coupler 300 via a second optical fiber 212, detects the light transmitted through the second optical fiber 212 and converts it into an electrical signal, the pH of the fluid using the converted electrical signal An optical signal processor 500 for outputting a value; And a pH output unit 600 which receives the pH value output from the optical signal processor 500 and outputs the pH value to the outside.

상기 광섬유 프로브(100)는 유체 채널에 삽입되어, 캡(130)에 형성된 유입구(134)를 통해 중공부(132)로 유입된 유체와의 반응에 의해 색상이 변화된 pH 반응물질에 광섬유(110)를 통해 전송되는 광을 투사하고, 투사된 광이 pH 반응물질을 투과하면서 파장이 변경된 광을 다시 광섬유(110)를 통해 수광하여 전송한다. The optical fiber probe 100 is inserted into the fluid channel, the optical fiber 110 to the pH reactant whose color is changed by the reaction with the fluid introduced into the hollow portion 132 through the inlet 134 formed in the cap 130 Projects the light transmitted through the light, and transmits the light of which the wavelength is changed again through the optical fiber 110 while the projected light passes through the pH reactant.

이때, 프로브(100)로부터 연장되는 광섬유(110)는 프로브(100)를 구성하는 광섬유와 동일한 구성을 갖게 되고, 이러한 광섬유(110)는 고압?고온 환경 하에서 견딜 수 있도록 광섬유를 구성하는 클래딩의 표면에 금속물질을 코팅하여 구성된 것으로서, 매우 고가(高價)이므로 시스템을 구성하는데 비용을 증가시키게 된다. 따라서 프로브(100)의 후단으로 연장되어 수광된 광을 광 커플러(300)로 전달하는 광섬유를 구성함에 있어서는, 상기 프로브(100)의 후단으로 연장되는 광섬유(110)에 광 커넥터(200)를 이용하여 비교적 저가(低價)의 유리광섬유(210)나 플라스틱 광섬유(210)를 연결하여 구성할 수도 있다.At this time, the optical fiber 110 extending from the probe 100 has the same configuration as the optical fiber constituting the probe 100, the optical fiber 110 is the surface of the cladding constituting the optical fiber to withstand under high pressure and high temperature environment It is composed of a metal material coated on the surface, and is very expensive, thus increasing the cost of constructing the system. Therefore, in constructing an optical fiber extending to the rear end of the probe 100 and transmitting the received light to the optical coupler 300, the optical connector 200 is used for the optical fiber 110 extending to the rear end of the probe 100. In this case, the glass fiber 210 or the plastic fiber 210 may be connected to a relatively low cost.

상술한 바와 같은 구성을 통하여, 본 발명에 따른 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정 시스템에서는, 광원(400)에서 방출되어 제1광섬유(214)를 통해 광 커플러(300)에 전달된 광은, 광 커플러(300)에 연결된 광섬유(110)를 통해 프로브(100)로 전송되고, 상기 프로브(100)에서 유체의 pH에 따라 파장이 변경된 광은 다시 광섬유(110)를 통해 광 커플러(300)로 전송되며, 광 커플러(300)를 통과하는 과정에서 파장이 변경된 광만이 선별되어 제2광섬유(212)를 통해 광신호처리부(500)로 전송되게 된다. Through the configuration as described above, in the pH measurement system of the nuclear power plant cooling system according to the present invention, the light emitted from the light source 400 and transmitted to the optical coupler 300 through the first optical fiber 214, the optical coupler It is transmitted to the probe 100 through the optical fiber 110 connected to the 300, the light whose wavelength is changed according to the pH of the fluid in the probe 100 is transmitted back to the optical coupler 300 through the optical fiber 110 In the process of passing through the optical coupler 300, only the light whose wavelength is changed is selected and transmitted to the optical signal processor 500 through the second optical fiber 212.

이후 광신호처리부(500)는 제2광섬유(212)를 통해 전송된 광을 검출하여 검출된 광을 분광분석함으로써 유체의 pH값을 출력하고, 광신호처리부(500)에서 출력되는 유체의 pH값은 pH 출력부(600)를 통해 실시간으로 외부로 출력된다. 이때, pH 출력부(600)로는 컴퓨터나 pH 지시계가 사용될 수 있다.
Thereafter, the optical signal processing unit 500 detects the light transmitted through the second optical fiber 212 and spectroscopically analyzes the detected light to output a pH value of the fluid, and outputs a pH value of the fluid output from the optical signal processing unit 500. Is output to the outside in real time through the pH output unit 600. In this case, the pH output unit 600 may be a computer or a pH indicator.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Although the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be defined by the appended claims and equivalents thereof.

100 : 프로브 110 : 광섬유
120 : 보호튜브 122 : 중공부
126 : 삽입홈 128 : 이탈방지턱
130 : 캡 134 : 유입구
138 : 반사막 140 : 방수막
142 : pH 반응막 150 : 밀폐부재
200 : 광 커넥터 210 : 유리광섬유(플라스틱 광섬유)
212 : 제2광섬유 214 : 제1광섬유
300 : 광 커플러 400 : 광원
500 : 광신호처리부 600 : pH 출력부100: probe 110: optical fiber
120: protective tube 122: hollow part
126: insertion groove 128: release prevention jaw
130: cap 134: inlet
138: reflecting film 140: waterproof film
142: pH reaction membrane 150: sealing member
200: optical connector 210: glass optical fiber (plastic optical fiber)
212: second optical fiber 214: first optical fiber
300: optical coupler 400: light source
500: optical signal processing unit 600: pH output unit

Claims (10)

코어와 클래딩으로 이루어져 광을 전송하는 광섬유와;
상기 광섬유에서 유체 채널에 삽입되는 부분의 외주면을 둘러싸도록 형성되는 보호튜브와;
상기 보호튜브로부터 노출되는 광섬유의 단부에 연결되어, 상기 보호튜브의 내부를 밀폐시키는 방수막과;
상기 방수막 상부에 구비되며, 유체와 반응하여 유체의 pH에 따라 색상이 변화되는 pH 반응물질이 함침되어 있는 pH 반응막; 및
일측에 개방부가 형성된 중공형의 몸체로 형성되어, 상기 개방부를 통해 보호튜브에 둘러싸인 광섬유의 단부에 연결되며, 몸체에는 몸체 외부를 흐르는 유체를 몸체 내부로 유입시키기 위해 몸체를 가로지르며 관통하는 유입구가 형성되고, 상기 개방부에 대향하는 위치의 몸체 내벽에는 반사막이 형성되어 있는 캡;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브.An optical fiber composed of a core and a cladding to transmit light;
A protective tube formed to surround an outer circumferential surface of a portion of the optical fiber inserted into the fluid channel;
A waterproof membrane connected to an end of the optical fiber exposed from the protective tube and sealing the inside of the protective tube;
A pH reaction membrane provided above the waterproof membrane, and having a pH reactant impregnated with the fluid to change color depending on the pH of the fluid; And
It is formed of a hollow body formed with an opening on one side, and is connected to the end of the optical fiber surrounded by the protective tube through the opening, the body has an inlet through the body for flowing fluid flowing outside the body into the body A cap having a reflective film formed on an inner wall of the body at a position opposite to the opening portion;
Optical fiber probe for measuring the pH of the nuclear power plant cooling system comprising a. 제 1 항에 있어서,
상기 클래딩의 외주면에는,
알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군에서 선택되는 한가지의 금속물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브.The method of claim 1,
On the outer circumferential surface of the cladding,
An optical fiber probe for pH measurement of a cooling system of a nuclear power plant, characterized in that one metal material selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu) and tin (Sn) is coated. 제 1 항에 있어서,
상기 보호튜브는,
스테인레스 스틸 또는 인코넬 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브.The method of claim 1,
The protective tube,
Optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant, characterized in that formed of stainless steel or Inconel alloy. 제 1 항에 있어서,
상기 방수막은,
유리, 석영판 또는 사파이어로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브.The method of claim 1,
The waterproof membrane,
Optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant, characterized in that formed of glass, quartz plate or sapphire. 제 1 항에 있어서,
상기 pH 반응막은,
졸-겔 용액으로 물 또는 물과 알콜의 혼합 용매에 실리카 전구체로서의 TEOS(TetraEthyl OrthoSilicate)와 실란 결합제로서의 GPTMS(GlycidoxyPropyl TriMethoxySilane)를 1 : 1 ~ 3 : 1의 부피비로 혼합하고, 산 촉매제로서 염산과 pH 반응물질을 첨가하여 상온에서 20시간 이상 교반함으로써 졸-겔 용액을 제조하고, 상기 졸-겔 용액을 상기 방수막 상부에 코팅하여 상온에서 3 ~ 7일 동안 건조시킨 후 65 ~ 70℃의 오븐에서 경화시켜 형성된 투명재질의 실리콘산화물인 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브. The method of claim 1,
The pH reaction membrane,
In a sol-gel solution, TEOS (TetraEthyl OrthoSilicate) as a silica precursor and GPTMS (GlycidoxyPropyl TriMethoxySilane) as a silane binder were mixed with water or a mixed solvent of water and alcohol in a volume ratio of 1: 1 to 3: 1, and with hydrochloric acid as an acid catalyst By adding a pH reactant and stirring at room temperature for 20 hours or more, a sol-gel solution was prepared, and the sol-gel solution was coated on the waterproof membrane and dried at room temperature for 3 to 7 days, followed by an oven at 65 to 70 ° C. Optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant, characterized in that the silicon oxide of the transparent material formed by curing at. 제 1 항에 있어서,
상기 보호튜브의 끝단에는 상기 방수막 및 pH 반응막을 수용하기 위한 삽입홈이 형성되고,
상기 방수막 및 pH 반응막은 상기 삽입홈에 삽입되어 상기 광섬유의 단부에 밀착되도록 구성되되,
상기 삽입홈을 형성하는 보호튜브의 내벽과 상기 방수막 및 pH 반응막의 연결부위는 밀폐부재가 개재되어 방수처리되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브.The method of claim 1,
An end of the protective tube is formed with an insertion groove for accommodating the waterproof membrane and the pH reaction membrane,
The waterproof membrane and the pH reaction membrane is inserted into the insertion groove is configured to be in close contact with the end of the optical fiber,
The inner wall of the protective tube forming the insertion groove and the connection portion between the waterproof membrane and the pH reaction membrane is a fiber optic probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant, characterized in that the sealing member is interposed waterproof. 제 1 항에 있어서,
상기 캡은,
스테인레스 스틸 또는 인코넬 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브.The method of claim 1,
The cap
Optical fiber probe for pH measurement of the cooling system of the nuclear power plant, characterized in that formed of stainless steel or Inconel alloy. 제 1 항에 있어서,
상기 반사막은,
알루미늄(Al), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 한 가지 금속물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브.The method of claim 1,
The reflective film,
An optical fiber probe for pH measurement of a cooling system of a nuclear power plant, characterized in that formed of any one metal material selected from the group consisting of aluminum (Al), silver (Ag), and gold (Au). 제 1 항에 있어서,
상기 보호튜브의 후단부 외주면에는,
테이퍼 또는 단턱 형태로 구성되는 이탈방지턱이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정을 위한 광섬유 프로브.The method of claim 1,
On the outer peripheral surface of the rear end of the protective tube,
An optical fiber probe for pH measurement of a cooling system of a nuclear power plant, characterized in that the release prevention jaw is provided in a tapered or stepped form. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 기재된 광섬유 프로브를 이용하여 원자력 발전소 냉각계통의 pH를 측정하는 시스템에 있어서,
유체 채널에 삽입되어 유체의 pH에 따라 색상이 변화되는 pH 반응물질이 형성되어 있는 프로브와;
상기 프로브로부터 연장되는 광섬유와;
상기 광섬유의 끝단에 연결되는 광 커플러와;
상기 광 커플러에 제1광섬유를 통해 연결되고, 일정한 파장의 광을 방출하는 광원과;
상기 광 커플러에 제2광섬유를 통해 연결되어, 상기 제2광섬유를 통해 전송되는 광을 검출하여 전기신호로 변환하고, 상기 변환된 전기신호를 이용하여 유체의 pH값을 출력하는 광신호처리부; 및
상기 광신호처리부에서 출력된 pH값을 입력받아 외부로 출력하는 pH 출력부;
를 포함하여 구성되어,
상기 광원으로부터 방출되어 상기 프로브의 pH 반응물질을 투과하며 파장이 변경된 광을 상기 광 커플러를 통해 수광하여 검출함으로써 유체의 pH값을 측정하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 냉각계통의 pH 측정 시스템.In the system for measuring the pH of the nuclear power plant cooling system using the optical fiber probe according to any one of claims 1 to 9,
A probe which is inserted into the fluid channel to form a pH reactant that changes color depending on the pH of the fluid;
An optical fiber extending from the probe;
An optical coupler connected to an end of the optical fiber;
A light source connected to the optical coupler through a first optical fiber and emitting light having a predetermined wavelength;
An optical signal processor connected to the optical coupler through a second optical fiber, detecting the light transmitted through the second optical fiber, converting the light into an electrical signal, and outputting a pH value of the fluid using the converted electrical signal; And
A pH output unit which receives the pH value output from the optical signal processor and outputs the pH value to the outside;
Consists of including,
The pH measurement system of the nuclear power plant cooling system characterized in that for measuring the pH value of the fluid by detecting the light emitted from the light source passing through the pH reactant of the probe and the wavelength of the light changed through the optical coupler.
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