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전력설비 보호를 위한 분배형 광섬유 온도센서
Distributed Fiber-Optic Temperature Sensor Network for Protection of Electric Power Systems 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.20 no.5, 2006년, pp.64 - 71  

박형준 (전북대학교 전자정보공학부) ,  이준호 (호서대학교 전기정보통신공학부) ,  송민호 (전북대학교 전자정보공학부)

초록
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전력설비의 비정상적인 온도변화를 감시할 목적으로 10개의 광섬유격자를 이용하여 $1[^{\circ}C]$ 이내의 온도분해능을 가지는 준분배형 광섬유 온도센서를 제작하였다. 파장가변 FP 필터를 스캔하여 얻어지는 PD 출력파형의 피크위치를 검색하여 광섬유격자 센서의 출력변화를 읽어내었고, 가우시안 line-fitting 알고리즘으로 광섬유격자의 반사스펙트럼 왜곡에 의한 영향을 보상하고 정밀도를 향상시켰다. 제작한 센서시스템과 기준 온도계로 사용한 thermocouple 간의 측정값 오차는 1[%] 이내이며, 선형화 오차는 약 0.37[%]으로 측정되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We developed a fiber-optic temperature sensor system, with 10 fiber Bragg gratings, for abnormal high-temperature monitoring in power systems. We used Gaussian line-fitting algorithm to compensate the spectrum distortion in the wavelength-scanned Farby-Perot filter demodulation scheme. Compared with...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그림 3에서 설명되었듯이 온도에 의한 FBG의 반사파장 변화는 PD 출력의 피크위치 변화로 변환되었으므로 피크위치를 정확하게 검출하는 것이 센서시스템의 정밀도를 결정하게된다. 따라서 전체 파장범위를 샘플링하는 간격에따라, 즉 샘플링 주파수에 따라, 기본적인 양자화 해상도가 정해지게 되는데, 본 연구의 목적은 전력설비의 비정상적인 동작온도 감시에 있으므로 최대 해상도를 1[°C]로 설정하였다. 이 경우 20[nm]의 파장범위에 대해서 1[°C]의 온도변화에 해당하는 10[pm] 의 파장변화를 감지하기 위해서는 2, 000샘플 이상을 얻어야 하므로 샘플링 주파수를 5 kHz로 설정하였고, 이에 따른 이론적 인 파장분해능은 4.

가설 설정

  • FBG에 의한 신호이다. 2개의 기준 FBG는 그 파장이 변하지 않음을 가정하여, 시간축 상에 위치한각 피크들의 기준파장으로 동작한다. 2개의 기준 FBG를 사용한 것은 파장가변필터의 동작주파수가 변하는 경우, 동일한 전압에 대해서도 파장스캔의 범위가 변하는 것을 보상하기 위함이다.
  • 않아야 한다. 실험에서 사용한 FBG의 온도에 대한 민감성은 대략 l[nm]/100[°C] 정도이므로 측정하고자 하는 전력설비의 온도변화 범위를 200[°C] 정도로 가정하여, 각 센서 FBG의 반사파장은 2[nm] 이상의 간격을 유지하도록 설정하였다. 실험에 사용된 기준 FBG와 센서 FBG의 초기 반사파장과 반사율 등의 제원을 표 2에 나타내었다.
  • 그러나 외부의 압력이나 스트레인을 받는 경우 반사파형은 불규칙하게 변형되며 그 피크의 위치는 작은 변형에도 쉽게 변화되어 결국 시스템의 해상도의 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 PD로 검출한 FBG의 반사파형을 가우시안의 형태로 가정하고 line-fitting을 수행하였다. 이로부터 계산된 가우시안 파형의 중심값을 FBG 센서의 출력으로 설정함으로써 외부 노이즈에 의한 영향을 최소화 하였대9].
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참고문헌 (9)

  1. W. W. Morey, G. Meltz, W. H. Glenn, 'Bragg-grating temoerature and strain sensors,' Proc. OFS, 526, 1989 

  2. W. W. Morey, G. Meltz, W. H. Glenn, 'Fibre optic Bragg grating sensors,' Proc. SPIE, 1169, 98-107, 1994 

  3. A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, 'Fiber Grating Sensors,' J. Lightwave Technol., 15, 1442-1462, 1997 

  4. A. D. Kersey, T. A Berkoff, and W. W. Morey, 'Multiplexed fiber Bragg grating strain-sensor system with a fiber Fabry-Perot wavelength filter,' Opt, Lett., 18, 1370-1372, 1993 

  5. A. Orthonos and K. Kalli, 'Fiber Bragg gratings: Fundamentals and applications in telecommuncations and sensing,' Boston, Artech House, 1999 

  6. S. H. Yun, D. J. Richardson, and B. Y. Kim, 'Interrogation of fiber grating sensor arrays with a wavelenglh-swept fiber laser,' Opt, Lett., 23, 843-845, 1998 

  7. Z. Jin and M. song, 'Fiber grating sensor array interrogation with time-delayed sampling of a wavelength-scanned fiber laser,' IEEE Photon. Technol. Lett., vol 16, pp. 1924-1926, 2004 

  8. C. C. Chan W. Jin, H. L. Ho, D. N. Wang, and Y. Wang, 'Improvement of measurement accuracy of fibre Bragg grating sensor systems by use of gas absorption lines as multi-wavelength reference,' Electron. Lett., 37, 742-743, 2001 

  9. H. Lee, M. song, 'FBG interrogation with a scanning Fabry-Perot filter and Gaussian line-fitting algorithm,' 2005 IEEE LEOS Annual Meeting, 963-964, 2005 

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