A Study on the Comparison between an Optical Fiber and a Thermal Sensor Cable for Temperature Monitoring

온도 모니터링을 위한 광섬유 센서와 온도센서 배열 케이블의 비교 연구

Two kinds of temperature monitoring technology have been introduced in this study, which can measure coincidently temperatures at many points along a single length of cable. One is to use a thermal sensor cable comprizing of addressable thermal sensors. The other is to use an optic fiber sensor with Distributed Temperature Sensing (DTS) system. The differences between two technologies can be summarized as follows: A thermal sensor cable has a concept of "point sensing" that can measure temperature only at a predefined position. The accuracy and resolution of temperature measurement are up to the capability of the individual thermal sensor. On the other hand, an optic fiber sensor has a concept of "distributed sensing" because temperature is measured practically at all points along the fiber optic cable by analysing the intensity of Raman back-scattering when a laser pulse travels along the fiber. Thus, the temperature resolution depends on the measuring distance, measuring time and spatial resolution. The purpose of this study is to investigate the applicability of two different temperature monitoring techniques in technical and economical sense. To this end, diverse experiments with two techniques were performed and two techniques are applied under the same condition. Considering the results, the thermal sensor cable will be well applicable to the assessment of groundwater flow, geothermal distribution and grouting efficiency within about loom distance, and the optic fiber sensor will be suitable for long distance such as pipe line inspection, tunnel fire detection and power line monitoring etc.

본 연구에서는 여러 지점의 온도를 동시에 측정할 수 있는 두 가지 온도 모니터링 기법을 소개하고 있다. 그 하나는 고유주소를 가지고 있는 온도센서로 구성된 온도센서 배열 케이블을 이용하는 기법이며, 다른 하나는 광섬유 센서를 이용하여 분포 온도를 측정하는 기법이다. 이 두 기법의 차이점은 다음과 같이 요약될 수 있다. 온도센서 배열 케이블은 온도센서가 위치하는 정확한 지점의 온도를 측정하게 된다. 그에 대한 온도 측정의 정밀도 및 분해능은 그 온도 센서의 성능에 따라 결정된다. 한편, 광섬유 센서는 레이저 펄스가 광섬유를 따라 보내질 때 생성되는 Raman 역산란파를 분석함으로써 온도를 측정하기 때문에 분포 개념의 온도를 측정하게 된다. 그에 대한 온도 분해능은 측정거리, 측정시간 및 온도측정 거리분해능에 따라 결정된다. 본 논문은 두 가지 온도 모니터링 시스템의 장단점을 비교함으로써 기술적이고 경제적인 측면에서 그의 응용분야를 면밀히 검토하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 두 기법을 이용한 다양한 실험을 실시하였다. 그 결과를 검토해 보면 온도센서 배열 케이블은 300m 범위 내의 지하수 흐름, 지열 분포 및 그라우팅 효과 검증에 적합할 것으로 판단되며 광섬유 센서는 상대적으로 긴 거리에 걸친 분포 온도에 대한 정보가 필요한 파이프 파인 감시, 터널 화재 감시 및 전력선 모니터링과 같은 분야에서 효율적으로 활용될 것이 기대된다.