Fiber optic sensor has bee widely used in the industrial applications. For the application of acoustic detection of the high voltage electric transformer Sagnac interferometer can be used. In this paper several different materials of mandrel were used in the fiber sensor array. Based on the transformer oil fiber optic sensor is more sensitive than in the air.
To measure discharge breakdown acoustic signal, Fabry-Perot interferometer fiber optic sensor is used. Fiber optic sensor array can measure the partial discharge acoustic signal caused by defect of power facilities such as power cables, transformers and gas insulation. Fabry-Perot interferometer is selected as an fiber optic sensor array. It is shown that Fabry-Perot fiber optic sensor array detected discharge breakdown acoustic signal, effectively.
To detect external acoustic signal, fiber optic sensor array using Fabry-Perot interferometer which had benefit of minimize and light-weight was used. The sensor head has 1cm in length, total length of fiber is 9.5cm, and the sensor supported at both ends, simply. External sound applied in lateral direction and detected two signals were compared each other. It was confirmed that the Fabry-Perot interferometric sensor array detected acoustic signal, effectively.
광섬유 사냑 간섭계는 음향 및 진동과 같은 물리적 변화량을 탐지하는 센서로 잘 개발되어 있다. 본 논문에서는 변압기유가 채워진 원통형 캐비티에 음압이 발생되었을 때 한 개의 루프내에 설치된 광섬유 배열 센서를 이용하여 음향을 탐지하였다. 서로 다른 외부 음향 주파수 $f_1$과 $f_2$를 피에조 재료를 이용하여 발생시키고 주파수는 5 kHz에서 90 kHz까지로 선정하였다. 실험 결과 광섬유 센서는 하모닉 성분인 $f_1$, $f_2$, $2f_1$, $2f_2$, ${\mid}f_1-f_2{\mid}$, ${\mid}f_1+f_2{\mid}$의 주파수를 탐지하였다. 제안된 광섬유 센서 배열은 변압기 내의 부분 방전으로 인한 음압과 진동과 같은 물리량을 모니터링 하는데 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 구조물이 횡방향으로 음압을 받을 경우 이를 감지하기 위하여 Fabry-Perot형 광섬유 배열 센서를 제작하고 실험하였다. 이는 한 개의 광원으로 두 개의 센서가 병렬로 연결되고 센서의 출력신호를 보기 위한 별도의 신호처리기가 필요 없는 구조이다. 횡방향 음압을 임의의 음원 주파수인 100Hz, 200Hz 및 655Hz의 주파수를 무지향성 스피커에 인가하였으며 $60cm{\times}60cm{\times}60cm$의 격자 구조물에 부착된 두 개의 배열 센서가 잡은 신호를 분석하였다. 시간 영역에서 두 개의 센서 신호는 진폭에 약간의 차이는 있으나 음원 주파수를 잘 감지함을 확인 하였다. 센서가 실제로 양단이 지지된 구조의 배열 센서를 모델링하고 그 해를 실험결과와 비교하였다. 2kHz의 음원을 배열 센서에 인가하였더니 이론 해석과 비교적 잘 일치하는 측정 결과를 얻었다.
Single-mode 광섬유를 이용한 Sersor 및 그와 관련된 광섬유 device 의 작동원리 및 연구동향에 대하여 논의하였다. 논의된 광섬유 sersor 로는 intensity type sersor, fiber gyroscope, sensor array 등이 포함되어 있고, 관련 부품으로는 directional coupler, acousto-optic, fiber-optic amplifier 등이 설명되었다.
다채널을 가진 광섬유 센서 시스템을 개발하기 위하여 이것의 기본적인 센서 배열로서 TDM(Time Division Multiplexing) 방식의 2채널 광섬유 센서 배열을 제작하여 그 특성을 실험으로 분석하였다. 2채널 배열의 위상구조는 Mach-Zehnder형 사다리 구조로 제작 되었고 감지 간섭계와 보상 간섭계가 있는 PMDI(Phase-Matched Differential Interferometer) 기법을 사용하여 배열의 신호처리를 용이하게 하였다. 신호처리는 합성 헤테로다인(Synthetic Heterodyne)을 이용한 신호처리 기법으로 2채널의 신호를 동시에 검출하였다. 실험 결과 각 채널의 감도는 센서 #1에서 ${\sim}60{\mu}rad/\sqrt{Hz}$ 센서#2에서 ${\sim}80{\mu}rad/\sqrt{Hz}$를 얻었으며, 상호 간섭량(crosstalk)은 -36dB로 측정되었다. 본 실험으로 TDM 방식으로 다중화 된 Mach-Zehnder형 사다리 구조 간섭계의 신호처리가 광섬유센서의 효율을 높이고 비교적 안정적으로 신호를 감지함을 확인하였다.
저주파용 광섬유 하이드로폰을 개발하기 위하여 본 논문에서는 2 채널을 가진 TDM 방식 광섬유 하이드로폰 배역을 구성하고 이를 수조에서 음향특성 실험을 수행하였다. 150m의 광섬유를 중공 원통형 맨드릴에 감아 광섬유 하이드로폰을 제작하였으며 저주파용임을 감안하여 맨드릴의 고유진동수를 10kHz이상에 위치하도록 설계하였다. 제작된 광섬유 하이드로폰은 수중과 음향 임피던스 정합을 이루기 위하여 폴리우레탄으로 몰딩 하였다. 음향 특성을 보기 위하여 TDM 방식의 불평형 간섭계를 구성하여 수조에서 3kHz의 연속파형을 신호입력으로 실험하였다. 실험 결과 제작된 TDM 방식의 광섬유 하이드로폰은 수중에서 3kHz의 음향 신호를 안정적으로 검출함을 확인하였다. 이는 향후 다채널을 가진 광섬유 하이드로폰 배열 개발에 응용 가능성이 기대된다.
A novel fiber-optic sensor system is suggested in which fiber Bragg grating sensors are demodulated by a wavelength-sweeping fiber laser source and a spectrometer. The spectrometer consists of a diffraction grating and a 512-pixel photo-diode array. The reflected Bragg wavelength information is transformed into spatial intensity distribution on the photo-diode array. The peak locations linearly correspond to the Bragg wavelengths, regardless of the nonlinearities in the wavelength tuning mechanism of the fiber laser. The high power density of the fiber laser enables obtaining high signal-to-noise ratio outputs. The improved demodulation characteristics were experimentally demonstrated with a fiber Bragg grating sensor array with 5 gratings. The sensor outputs were in much more linear fashion compared with the conventional tunable band-pass filter demodulation. Also it showed advantages in signal processing, due to the high level of photo-diode array signals, over the broadband light source system, especially in measurement of fast varying dynamic physical quantities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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