복굴절 광섬유를 이용한 전류측정에 관한 연구

A Study on the Current Measurement Using birefringence Fiber

광섬유 전류 센서 특히, 단방향 편광형 광섬유 전류센서(PFOCS)에서 측정전류 정밀도는 센싱 광섬유상의 외부 환경적 변화요인 즉, 음향 진동의 변화와 전류 도체 주위에 감긴 센싱 광섬유 밴딩과 같은 내부적 변화요인에 의해 악영향을 받는다. 이와 같은 변화 요인들은 센서 헤드를 구성하는 센싱 광섬유의 복굴절 특성에 영향을 주어 결국 오전류 측정의 원인이 되고, 따라서, 단방향 PFOCS에 대한 보상 기술인 가역적 PFOCS를 이용하여, 이와 같은 복굴절 변화요인들을 억제할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 가역적 PFOCS의 성능해석을 위해 센싱 광섬유 상에 존재하는 외부 환경적 요인과 내부 요인으로 인한 편광도 오차와 오전류를 수치해석 하였다. 또한, 가역적 PFOCS 구조에서 일반 반사경과 faraday 회전경(FRM)의 사용으로 인한 효과 및 서로 다른 광원의 파장에 대한 효과를 비교하였다. 그 결과, 편광도 오차는 $633{\cal}nm$에서, 일반 반사경 및 FRM을 사용했을 때, 각각 $2.3\%$와 $0.0196\%$로 계산되었고, $1300{\cal}nm$에서 편광도 오차는 각각 $9.87\%,\;0.0196\%$로 계산되었다. 또한, 단방향 PFOCS와 비교한 오전류 수치해석 결과, 일반 반사경 및 FRM을 사용한 경우에 각각 $9.82{\times}10^{-9}A,\;1.4{\times}10^{-17}A$로 단방향 PFOCS의 경우보다 외부 환경변화 및 내부 변화요인에 강인한 센서 구조임이 확인되었다.

Accuracy of current measurement in fiber optic current sensor(FOCS), especially, unidirectional polarimetric fiber optic current sensor(PFOCS) is affected by the environment perturbations such as acoustic vibrations changes to the sensing fiber, and intrinsic perturbations such as the bending fiber that the sensing fiber wound around a current carrying wire. The perturbations affect the birefringence properties of sensing fiber in sensor head and cause false current readings. Thus, using compensation technique, reciprocal PFOCS, for unidirectional PFOCS the perturbations are suppressed. In this paper, we carried out the numerical analysis of performance in reciprocal PFOCS including the degree of polarization error, and false current of environmental and intrinsic perturbations on the sensing fiber. Also, we compared the effect of mirror with the faraday rotation mirror(FRM) in reciprocal PFOCS configuration. And the different optical source's wavelengths, 633nm and 1300nm is used. In the results, at 633nm, using mirror and FRM, the degree of polarization error is calculated to $2.3\%$ and $0.0196\%$, respectively. At $1300{\cal}nm$ using mirror and FRM the degree of polarization error is calculated to $9.97\%$ and $0.0196\%$, respectively. Also, compared with false current, the results is calculated to $9.82{\times}10^{-9}A$ and $1.4{\times}10^{-17}A$, respectively, and show that the reciprocal PFOCS is more robust configuration than unidiretionnal PFOCS for environmental and intrinsic perturbations.