KR102228641B1 - 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템 - Google Patents
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Abstract
광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템에 관한 것으로, 광섬유 브래그 격자를 이용한 다수의 동적 센서와 저속 센서를 포함하여 계측하고자 하는 서로 다른 물리량을 감지하는 감지부, 상기 감지부에 마련된 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 동시에 실시간으로 처리해서 각 물리량을 계측하는 광계측기 및 상기 광계측기에서 계측된 데이터를 저장하고 관리하는 서버를 포함하는 구성을 마련하여, 하나의 광계측기를 이용해서 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 실시간으로 동시 처리해서 서로 다른 물리량을 계측할 수 있다.
Description
본 발명은 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유 격자센서를 이용한 고속 센서와 저속 센서의 데이터를 광계측기 1대로 동시에 실시간 처리하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템에 관한 것이다.
광섬유 센서(optical fiber sensor)는 광섬유를 지나가는 빛의 세기, 광섬유의 굴절률 및 길이, 모드, 그리고 편광상태의 변화 등을 이용하여 피측정량을 추정하는 센서이다.
광섬유의 주성분은 석영 유리로 이루어져 있으며, 광섬유 센서는 굴절률이 약간 높도록 게르마늄을 첨가한 광섬유 중심인 코어 부분과 중심을 보호하는 덧겹층인 클래딩 부분으로 구성된다.
광섬유 코어로 입사된 빛은 굴절률이 높은 코어층과 굴절률이 낮은 클래딩층의 경계면에서 반사되어 광섬유 코어 부분을 따라 전파된다.
이러한 광섬유 센서는 이용되는 효과에 따라 세기형, 위상형, 회절격자형, 모드변조형, 편광형, 분포측정형 등으로 구분되며, 전압, 전류, 온도, 압력, 스트레인, 회전율, 음향, 가스농도 등 다양한 측정값을 제공한다.
광섬유 센서는 초정밀 광대역 측정이 가능하고, 전자파의 영향을 받지 않으며, 원격측정이 용이하고, 센서부에서 전기를 사용하지 않으며, 실리카 재질의 뛰어난 내부식성으로 사용 환경에 대한 제약이 거의 없는 특징을 갖는다.
광섬유 센서 중에서 대표적인 것은 광섬유 격자센서(Fiber Bragg Grating Sensor) 타입의 광섬유 센서이다.
광섬유 격자센서는 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 일정한 길이에 따라 새긴 후, 온도나 강도 등의 외부의 조건 변화에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서이다.
따라서 광섬유 격자센서는 격자가 형성된 광섬유에 물리적인 힘의 작용으로 인하여 변형이 생겼을 때 격자에서의 빛 굴절 변화가 유발되고, 이러한 굴절 변화를 측정하여 광섬유의 변형률을 측정함으로써, 광섬유가 고정되는 구조물의 변형률을 측정하여 구조물에 작용하는 하중 및 응력을 알 수 있다.
즉, 광섬유 격자센서는 광섬유 코어부의 굴절률을 일정한 주기로 변화시킨 것으로서, 특정 파장의 광만을 선택적으로 반사한다.
이러한 광섬유 격자센서는 고유한 파장 값을 가지며, 전자기파의 영향을 받지 않는 등 물리적인 특성이 매우 우수하여 기존의 전기식 게이지를 대체하고 있는 우수한 물리량 측정소자로서, 현재 그 활용범위가 급속도로 증가하고 있다.
그래서 광섬유 격자센서는 광섬유 내에서 굴절률이 높은 물질에서 낮은 물질로 빛이 진행될 때, 그 경계면에서 일정한 각도 내의 빛이 모두 반사되는 전반사의 원리를 이용해서 변형률, 각도, 가속도, 변위, 온도, 압력변위 등의 물리량을 감지하는 감지센서로 사용되고 있다.
예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 광섬유 격자센서를 이용해서 변위, 변형률 등의 물리량을 계측하는 장치 기술을 개시하여 출원해서 등록받은 바 있다.
한편, 광섬유 격자 센서를 이용해서 가속도, 각도, 변위, 온도, 내공변위 등의 물리량을 계측하는 시스템에는 가속도계와 같이 초당 100회 이상 고속으로 계측하는 동적 센서와, 각도계, 변위계, 온도계 등 계측 간격이 2초 이상으로 저속인 정적 센서가 적용된다.
종래기술에 따른 계측 시스템은 상기한 동적 센서와 정적 센서를 동일 현장에 다수개 설치, 운용하는 경우, 고속 센서용 광계측기와 저속 센서용 광계측기를 분리 운용하였다.
예를 들어, 2축 가속도계 10개와 2축 경사계 20개, 크랙게이지 16개가 적용되는 계측 시스템에는 고속 센서용 광계측기 1대와 저속 센서용 광계측기 1대를 마련해야 하였다.
그리고 2축 가속도계 8개와 1축 변위계 384개, 2축 변위계 128개가 적용되는 계측 시스템에는 고속 센서용 광계측기 1대와 저속 센서용 광계측기 2대, 총 3대의 광계측기를 마련해야 하였다.
이와 같이, 종래기술에 따른 계측 시스템은 동적 센서와 정적 센서를 동일 현장에 다수개 설치, 운용하는 경우, 고속 센서용 광계측기와 저속 센서용 광계측기를 분리 운용함에 따라, 계측 비용이 상승하고 효율성은 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 동적 센서와 정적 센서가 적용되는 경우, 정적 센서를 시분할로 계측해서 1대의 계측기를 이용해서 다수의 센서 데이터를 실시간으로 동시 처리가 가능한 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 계측 시스템에 적용되는 계측기 및 광케이블을 감소시켜 시스템의 제조 비용을 절감하고, 계측 시스템 운용의 효율성을 향상시키는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템은 광섬유 브래그 격자를 이용한 다수의 동적 센서와 저속 센서를 포함하여 계측하고자 하는 서로 다른 물리량을 감지하는 감지부, 상기 감지부에 마련된 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 동시에 실시간으로 처리해서 각 물리량을 계측하는 광계측기 및 상기 광계측기에서 계측된 데이터를 저장하고 관리하는 서버를 포함하여 하나의 광계측기를 이용해서 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 실시간으로 동시 처리해서 서로 다른 물리량을 계측하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템에 의하면, 하나의 광계측기를 이용해서 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 실시간으로 동시 처리해서 다양한 물리량을 계측할 수 있다는 효과가 얻어진다.
즉, 본 발명에 의하면, 다수의 동적 센서가 연결되는 제1 광케이블 및 다수의 정적 센서가 설치되는 복수의 제2 광케이블과 연결되는 채널을 분리하고, 동일 광케이블에 연결된 다수의 센서 간에는 파장을 분리해서 구성할 수 있다.
또는, 본 발명에 의하면, 복수의 제2 광케이블에 각각 기준센서를 설치하고, 각 기준센서에서 출력되는 데이터에 기초해서 현재 제2 채널에 연결된 제2 광케이블을 식별하며, 식별된 제2 광케이블에 설치된 다수의 정적 센서로부터 출력되는 데이터를 해당 제2 광케이블의 데이터로 인식할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 광커플러를 이용하여 다수의 동적 센서와 다수의 정적 센서에서 출력되는 데이터를 결합해서 하나의 채널을 통해 광계측기로 전달하고, 광계측기에서 각 센서별로 계측된 데이터를 식별할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 계측된 물리량의 데이터를 각 채널별, 파장별로 구분하고, 각 센서별 계측주기에 따라 테이블화해서 저장하고, 관리함으로써, 계측 시스템에 적용되는 계측기 및 광케이블을 감소시켜 시스템의 제조 비용을 절감하고, 계측 시스템 운용의 효율성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 계측 시스템의 상세 구성도,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 계측 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 상세 구성도,
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 상세 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 계측 시스템의 상세 구성도,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 계측 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 상세 구성도,
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 상세 구성도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 계측 시스템의 상세 구성도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광섬유 격자를 이용한 다수의 동적 센서(21)와 정적 센서(22)를 포함하여 계측하고자 하는 서로 다른 물리량을 감지하는 감지부(20), 감지부(20)에 마련된 다수의 동적 센서(21)와 정적 센서(22)에서 출력되는 데이터를 동시에 실시간으로 처리해서 각 물리량을 계측하는 광계측기(30) 및 계측된 데이터를 저장하고 관리하는 서버(40)를 포함한다.
광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating)를 이용한 동적 FBG 센서(이하 '동적 센서'라 함)(21)는 1초에 100회 이상 고속으로 계측 데이터를 생성한다. 이러한 동적 센서(21)는 가속도 센서를 포함할 수 있다.
하나의 제1 광케이블(23)에는 서로 다른 파장의 감지신호를 출력하는 다수의 동적 센서(21)가 광융착을 통해 결합될 수 있다. 다수의 동적 센서(21)가 설치되는 제1 광케이블(23)은 광계측기(30)의 제1 채널(31)에 연결될 수 있다.
여기서, 제1 광케이블(23)은 제1 광넥터(25)에 의해 광계측기(30)의 제1 채널(31)에 연결된 제3 광케이블(33)과 신호 전송이 가능하도록 광학적으로 연결될 수 있다.
광섬유 격자를 이용한 정적 FBG 센서(이하 '정적 센서'라 함)(22)는 동적 센서(21)에 비해 상대적으로 저속, 예컨대 5초 이상의 시간 간격으로 계측데이터를 생성할 수 있다. 이러한 정적 센서(22)는 변위센서, 온도센서, 경사계, 내공변위센서, 지중경사 센서 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
다수의 정적 센서(22)가 설치되는 복수의 제2 광케이블(24)은 각각 광스위치(50)의 스위칭 동작에 의해 광계측기(30)의 제2 채널(32)과 선택적으로 연결될 수 있다.
이를 위해, 복수의 제2 광케이블(24)은 각각 복수의 제2 광커넥터(26)에 의해 광스위치(50)의 입력단에 마련된 복수의 입력단자(51)에 각각 연결된 복수의 제4 광케이블(27)과 신호 전송이 가능하도록 광학적으로 연결될 수 있다.
그리고 광스위치(50)의 출력단에 마련된 출력단자(52)는 광계측기(30)의 제2 채널(32)에 연결된 제5 광케이블(34)과 신호 전송이 가능하도록 광학적으로 연결될 수 있다.
즉, 광스위치(50)는 복수의 입력단자(51)에 각각 연결된 복수의 제2 광케이블(24)과 출력단자(52)에 연결된 제5 케이블(34)을 통해 다수의 정적 센서(22)와 광계측기(30)의 제2 채널(32)을 선택적으로 연결하도록 광로를 전환하는 스위칭 동작한다.
제1 내지 제5 광케이블(23,24,33,27,34)은 각각 각 센서(21,22)에서 출력되는 데이터, 즉 서로 다른 파장을 갖는 감지신호를 광계측기(30)로 전달하는 기능을 하며, 광섬유로 마련될 수 있다.
제1 광케이블(23)에 연결된 다수, 즉 n개의 동적 센서(21)는 측정하고자 하는 물리량의 변화에 따라 서로 다른 파장(λ1 내지 λn)을 갖는 데이터를 출력할 수 있다.
복수의 제2 광케이블(24)에 각각 연결된 다수, 즉 n개의 정적 센서(22)는 측정하고자 하는 물리량의 변화에 따라 서로 다른 파장(λ1 내지 λn)을 갖는 데이터를 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 예에서는 동일한 광케이블, 즉 제1 광케이블(23)에 연결되는 다수의 동적 센서(21) 간과 각 제2 광케이블(24)에 연결되는 다수의 정적 센서(22) 간에 파장을 달리해서 분리하고, 서로 다른 복수의 제2 광케이블(24)에 각각 연결된 다수의 정적 센서(22) 간에는 파장을 분리하지 않는다.
그리고 본 실시 예에서는 다수의 동적 센서(21)가 연결된 제1 광케이블(23)과 다수의 정적 센서(22)가 연결되는 복수의 제2 광케이블(24)이 광계측기(30)에 선택적으로 연결되는 채널을 분리해서 구성한다.
즉, 광계측기(30)는 제1 광케이블(23)에 마련된 다수의 동적 센서(21)에서 출력되는 데이터를 전달받는 제1 채널(31)과 복수의 제2 광케이블(24)에 마련된 다수의 정적 센서(22)에서 출력되는 데이터를 전달받는 제2 채널(32)을 포함할 수 있다.
서버(40)는 광계측기(30)와 통신 가능하게 연결되고, 광계측기(30)에서 수신되는 데이터를 채널별, 파장별로 구분해서 데이터베이스(41)에 저장하고, 관리할 수 있다.
여기서, 서버(40)는 다수의 동적 센서(21)와 정적 센서(22)를 이용해서 계측되는 실시간 데이터를 각 센서별 계측주기에 따라 데이터베이스(41) 테이블에 저장할 수 있다.
다음, 도 3을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 계측 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 계측 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 3의 S10단계에서 작업자는 가속도, 변위, 온도, 경사도, 내공변위, 지중 경사도 등 다양한 물리량을 계측하고자 하는 구조물이나 위치에 각각 다수의 동적 센서(21)와 정적 센서(22)가 설치된 제1 광케이블(23)과 복수의 제2 광케이블(24)을 설치한다.
그러면, 각 동적 센서(21)와 정적 센서(22)는 계측하고자 하는 각 물리량의 변화를 감지하고, 감지된 결과에 따른 데이터, 즉 서로 다른 파장을 갖는 감지신호를 출력한다(S12).
제1 및 제2 광케이블(23,24)과 연결된 광계측기(30)는 각 광케이블(23,24)을 통해 수신되는 데이터에 기초해서 각 물리량을 계측한다.
상세하게 설명하면, S14단계에서 광계측기(30)의 제1 채널(31)은 다수의 동적 센서(21)가 설치된 제1 광케이블(23)과 제1 광커넥터(25) 및 제3 광케이블(33)을 통해 다수의 동적 센서(21)에서 출력되는 데이터를 수신한다.
이때, 광스위치(50)는 다수의 정적 센서(22)가 설치된 복수의 제2 광케이블(24) 및 제2 광커넥터(26)에 연결된 제4 광케이블(27)을 선택적으로 광계측기(30)의 제2 채널(32)에 연결된 제5 광케이블(34)과 연결한다(S16).
이와 같은 광스위치(30)의 스위칭 동작은 복수의 제2 광케이블(24)에 각각 설치된 정적 센서(22)의 계측 주기에 따라 복수의 제2 광케이블(24)을 순차적으로 제5 광케이블(34)에 연결하도록, 연속즉으로 반복 수행된다.
그래서 광계측기(30)의 제2 채널(32)은 복수의 제2 광케이블(24)에 설치된 다수의 정적 센서(22)에서 각각 출력되는 데이터를 연결된 순서에 따라 순차적으로 수신한다(S18).
그러면, 광계측기(30)는 제1 채널(31)을 통해 수신된 다수의 동적 센서(21)의 데이터와 제2 채널(32)을 통해 수신된 다수의 정적 센서(22)의 데이터를 이용해서 각 물리량을 계측한다(S20).
서버(40)는 광계측기(30)로부터 수신되는 데이터를 채널별, 파장별로 구분하고, 각 센서별 계측주기에 따라 데이터베이스(41)에 테이블화해서 저장하고, 관리한다(S22).
한편, S24단계에서 계측 시스템(10)은 물리량 감지동작이 완료되었지를 검사하고, 감지동작이 완료될 때까지 S12단계 내지 S24단계를 반복 수행한다.
만약, S24단계의 검사결과 물리량 감지동작이 완료되면, 계측 시스템(10)은 동작을 중지하고 종료한다.
이와 같이, 본 발명은 다수의 동적 센서와 정적 센서가 설치되는 제1 및 제2 광케이블과 연결되는 채널을 분리하고, 동일 광케이블에 연결된 다수의 센서 간에는 파장을 분리해서 구성한다.
이에 따라, 본 발명은 하나의 광계측기를 이용해서 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 실시간으로 동시 처리해서 다양한 물리량을 계측할 수 있다.
또한, 본 발명은 계측된 물리량의 데이터를 각 채널별, 파장별로 구분하고, 각 센서별 계측주기에 따라 테이블화해서 저장하고, 관리할 수 있다.
다음, 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 상세 구성도이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 도 1 및 도 2를 참조해서 설명한 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템(10)의 구성과 동일하고, 다만 복수의 제2 광커넥터(26)와 제4 광케이블(27) 사이에 각각 설치되어 미리 설정된 기준신호를 출력하는 복수의 기준센서(28)를 더 포함한다.
복수의 기준센서(28)는 각각 복수의 제2 광케이블(24)을 구분하기 위해, 각 제2 광케이블(24)별로 부여된 FBG ID에 대응되도록, 미리 설정된 파장값의 기준신호(λR1 내지 λRn)를 출력할 수 있다.
그래서 광계측기(30)는 제2 채널(32)을 통해 입력되는 각 기준센서(28)의 기준신호(λR1 내지 λRn)에 기초해서 광스위치(50)의 스위칭 동작에 의해 현재 제2 채널(32)에 연결된 제2 광케이블(24)이 어떤 광케이블인지를 식별할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 복수의 제2 광케이블 중에서 현재 제2 채널에 연결된 제2 광케이블을 식별하고, 식별된 제2 광케이블에 설치된 다수의 정적 센서로부터 출력되는 데이터를 해당 제2 광케이블의 데이터로 인식할 수 있다.
다음, 도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템의 상세 구성도이다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템(10)은 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4를 참조해서 설명한 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템(10)의 구성과 동일하고, 다만 제1 광커넥터(25)와 광스위치(50)를 통해 전달되는 각 데이터를 결합해서 광계측기(30)에 마련된 하나의 채널(35)로 전달하는 광커플러(60)를 더 포함할 수 있다.
광커플러(60)의 입력단에는 제3 광케이블(33)과 광스위치(50)의 출력단에 연결된 제6 광케이블(53)이 각각 연결되고, 광커플러(60)의 출력단에는 광계측기(30)의 채널(35)에 일단이 연결된 제7 광케이블(36)의 타단이 연결될 수 있다.
그래서, 광계측기(30)는 하나의 채널(33)을 통해 전달된 다수의 동적 센서(21)와 정적 센서(22)에서 출력되는 각 데이터를 상기 기준신호(λR1 내지 λRn)에 기초해서 식별할 수 있다.
다만, 본 실시 예에서 다수, 즉 n개의 동적 센서(21)에서 출력되는 데이터,즉 감지신호의 파장(λ1 내지 λn)과 복수, 즉 n개의 제2 광케이블(24)에 설치된 다수, 즉 m개의 정적 센서(22)에서 출력되는 감지신호의 파장(λn+1 내지 λn+m)은 광계측기(30)에서 각 센서를 구분해서 식별할 수 있도록, 서로 중복되지 않게 서로 다른 파장값으로 설정되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 실시 예에서는 광커플러를 이용하여 다수의 동적 센서와 다수의 정적 센서에서 출력되는 데이터를 결합해서 하나의 채널을 통해 광계측기로 전달하고, 광계측기에서 각 센서별로 계측된 데이터를 식별할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉, 상기의 제2 및 제3 실시 예에서는 다수의 정적 센서(22)가 설치된 복수의 제2 광케이블(24)과 연결되는 제4 광케이블(27)에 각각 상기 기준신호를 발생하는 기준센서(28)가 설치되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 본 발명은 제1 광케이블(23)에 설치된 다수의 동적 센서(21)와 각 제2 광케이블(24)에 설치된 다수의 정적 센서(22)가 서로 다른 파장값의 감지신호를 출력하도록 각 센서의 파장을 분리하고, 각 기준센서(28)를 삭제할 수 있다. 그러면, 광계측기(30)는 각 동적 센서(21)와 정적 센서(22)에서 수신되는 데이터, 즉 각 동적 센서(21)와 정적 센서(22)에서 출력되는 감지신호의 파장값을 기준으로 각 센서를 식별해서 서로 다른 물리량을 계측할 수 있다.
그리고 본 발명은 다수의 동적 센서(21)와 정적 센서(22)가 설치되는 감지부(20)를 복수로 마련하고, 광계측기(30)에 제1 및 제2 채널(31,32)을 복수개 마련하거나, 채널(35)을 복수개 마련함으로써, 복수의 감지부(20)에서 출력되는 데이터를 하나의 광계측기(30)를 이용해서 다양한 위치에서 서로 다른 물리량을 계측할 수도 있다.
본 발명은 계측 속도가 상이한 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 하나의 광계측기를 이용해서 채널별 또는 센서별로 식별하여 저장 및 관리하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템 기술에 적용된다.
10: 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템
20: 감지부
21: 동적 센서 22: 정적 센서
23: 제1 광케이블 24: 제2 광케이블
25: 제1 광커넥터 26: 제2 광커넥터
27: 제4 광케이블 28: 기준센서
30: 광계측기
31: 제1 채널 32: 제2 채널
33: 제3 광케이블 34: 제5 광케이블
35: 채널 36: 제7 광케이블
40: 서버 41: 데이터베이스
50: 광스위치
51: 입력단자 52: 출력단자
53: 제6 광케이블
60: 광커플러
20: 감지부
21: 동적 센서 22: 정적 센서
23: 제1 광케이블 24: 제2 광케이블
25: 제1 광커넥터 26: 제2 광커넥터
27: 제4 광케이블 28: 기준센서
30: 광계측기
31: 제1 채널 32: 제2 채널
33: 제3 광케이블 34: 제5 광케이블
35: 채널 36: 제7 광케이블
40: 서버 41: 데이터베이스
50: 광스위치
51: 입력단자 52: 출력단자
53: 제6 광케이블
60: 광커플러
Claims (7)
- 광섬유 브래그 격자를 이용한 다수의 동적 센서와 정적 센서를 포함하여 계측하고자 하는 서로 다른 물리량을 감지하는 감지부,
상기 감지부에 마련된 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 동시에 실시간으로 처리해서 각 물리량을 계측하는 광계측기 및
상기 광계측기에서 계측된 데이터를 저장하고 관리하는 서버를 포함하여
하나의 광계측기를 이용해서 다수의 동적 센서와 정적 센서에서 출력되는 데이터를 실시간으로 동시 처리해서 서로 다른 물리량을 계측하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 동적 센서는 1초에 100회 이상 고속으로 계측 데이터를 생성하는 가속도 센서를 포함하고, 제1 광케이블에 다수 개가 설치되어 서로 다른 파장으로 감지신호를 출력하며,
상기 정적 센서는 상기 동적 센서에 비해 상대적으로 느린 계측 주기로 계측 데이터를 생성하는 변위센서, 온도센서, 경사계, 내공변위 센서, 지중경사 센서 중에서 하나 이상을 포함하고, 복수의 제2 광케이블에 각각 다수개가 설치되어 서로 다른 파장으로 감지신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 제2 광케이블을 상기 광계측기의 제2 채널과 선택적으로 연결하는 광스위치를 더 포함하고,
상기 광스위치는 상기 복수의 제2 광케이블에 각각 설치된 다수의 정적 센서의 계측 주기에 따라 상기 복수의 제2 광케이블을 상기 제2 채널에 순차적으로 연결하도록, 광로를 전환하는 스위칭 동작을 연속적으로 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 광계측기는 각 동적 센서로부터 데이터를 수신하는 제1 채널과,
각 정적 센서로부터 데이터를 수신하는 제2 채널을 포함하여
상기 다수의 동적센서와 다수의 정적 센서로부터 데이터를 수신하는 채널을 분리하고, 동일한 광케이블에 연결된 다수의 센서 간에는 파장을 분리해서 각 물리량을 계측하며,
상기 서버는 계측된 물리량의 데이터를 각 채널별, 파장별로 구분하고, 각 센서별 계측주기에 따라 데이터베이스에 테이블화해서 저장하며, 관리하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 복수의 제2 광케이블과 상기 광스위치에 마련된 복수의 입력단자 사이에는 각각 미리 설정된 기준신호를 출력하는 복수의 기준센서가 설치되고,
상기 복수의 기준센서는 각각 제2 광케이블별로 부여되는 ID에 대응되도록, 미리 설정된 파장값의 기준신호를 출력하며,
상기 광계측기는 상기 복수의 기준센서에서 출력되는 데이터에 기초해서 현재 상기 제2 채널에 연결된 제2 광케이블을 식별하고, 식별된 제2 광케이블에 설치된 다수의 정적 센서로부터 출력되는 데이터를 해당 제2 광케이블의 데이터로 인식하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 제1 광케이블에 설치된 다수의 동적 센서에서 출력되는 데이터와 상기 광스위치를 통해 전달되는 다수의 정적 센서에서 출력되는 데이터를 결합하는 광커플러를 더 포함하고,
상기 광계측기는 상기 다수의 정적 센서에서 출력되는 데이터의 파장값에 기초해서 현재 상기 광스위치에 연결된 제2 광케이블을 식별하며, 식별된 제2 광케이블에 설치된 다수의 정적 센서로부터 출력되는 데이터를 해당 제2 광케이블의 데이터로 인식하며,
상기 서버는 계측된 물리량의 데이터를 각 파장별로 구분하고, 각 센서별 계측주기에 따라 데이터베이스에 테이블화해서 저장하고, 관리하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 제2 광케이블과 상기 광스위치에 마련된 복수의 입력단자 사이에는 각각 미리 설정된 기준신호를 출력하는 복수의 기준센서가 설치되며,
상기 복수의 기준센서는 각각 제2 광케이블별로 부여되는 ID에 대응되도록, 미리 설정된 파장값의 기준신호를 출력하고,
상기 광계측기는 상기 복수의 기준센서에서 출력되는 데이터에 기초해서 현재 상기 광스위치에 연결된 제2 광케이블을 식별하며, 식별된 제2 광케이블에 설치된 다수의 정적 센서로부터 출력되는 데이터를 해당 제2 광케이블의 데이터로 인식하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 계측 시스템.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |