Fiber-Optic Interferometric Sensor System for Remote Sensing and Its Application to Pressure Sensing

원격 측정을 위한 간섭형 광섬유 센서 시스템과 그의 압력 센서 응용

This paper describes a multiplexed-multivariate fiber-optic interferometric sensor system with remote sensing capability. Signal processor of the implemented sensor system is designed as a digital fringe counter that is well adapted to the signal processing of the remote fiber-optic Fabry-Perot interferometric sensor array. By summing up the reported optical data of the optical fiber, a guideline for choosing the optical effect suitable for a specific measurand is presented. As an example, a pressure sensing device that utilizes the strain-optic effect of the optical fiber by attaching it onto a stainless steel diaphragm of which diameter is 4.3 cm, is built and attached to the sensor system. The changes in optical phase difference of the fiber-optic Fabry-Perot interferometric press ure sensor while filling a water tank 2 meters high, was counted by the half-fringe counting signal processor. Test results showed that the measurement error is less than ${\pm}3.6\;cm$ over the measured range of 2 meters.

간섭형 광섬유 센서의 경우 소자의 구성만 적절히 바꾸어 다른 종류의 측정에도 사용될 수 있다는 점에 착안하여 여러 종류의 센서를 동시에 신호처리할 수 있는 원격 다중화 광섬유 센서 시스템을 구현하였다. 구현된 센서 시스템의 신호처리는 간단한 광학 구성으로 원격 다중화 측정이 가능하도록 광섬유 Fabry-Perot 간섭형 센서배열을 가정하여 피측정량의 변화에 의한 간섭 무늬의 수만 카운트하는 디지털 신호처리로 구성되었다. 광섬유의 광학 효과에 대한 데이터를 종합함으로써 센서 시스템에 부착할 센서를 구현하기 위해 적합한 광학효과를 선택하는 기준을 제시하였으며, 한 예로서 반경 4.3 cm의 원형 다이아프램 중앙에 광섬유 Fabry-Perot 간섭계를 부착하여 광섬유의 스트레인 광학 효과를 이용하게 구성한 압력센서 1개를 센서 시스템에 연결하여 간섭형 광섬유 압력 센서 시스템을 구성하였다. 압력센서의 동작을 수조실험에서 확인함으로써 압력의 원격 측정이 가능함을 보였으며, 수조 실험의 길과 2 m의 측정범위에서 오차는 ${\pm}3.6\;cm$이내인 것으로 나타났다.