TLS와 CW 광원에 따른 트랜스포머 오일 내에서 광섬유 센서의 음압 감지 특성 연구

Abstract

음압을 감지할 수 있는 Sagnac 간섭계 센서와 온도 및 스트레인을 측정할 수 있는 FBG센서를 결합한 새로운 형태의 하이브리드 광섬유 센서 시스템을 구축하기 위하여 입력 광원인 CW를 TLS로 대체할 필요가 있어 이에 따라 광원의 변화와 맨드릴 재료의 변화에 따른 광섬유 센서의 응답 특성 연구가 필요하게 되었다. 제작된 맨드릴 재료는 PTFE와 PTFE에 카본을 섞어 만든 두 종류로 선택하여 중공 원통형 맨드릴 겉면에 광섬유를 18 m 감아 광섬유 센서로 제작하였다. CW 광원에 대하여 음원의 입력 주파수를 1 kHz~20 kHz까지 바꾸어 가며 트랜스포머 오일이 채워진 유조에서 실험하였다. 또한 FBG와 맨드릴형 광섬유 센서를 결합한 하이브리드형 광섬유 센서 시스템을 구성하고 TLS 광원을 입사광으로 실험하였다. 실험 결과 PTFE 센서의 탐지 크기는 카본 센서 탐지 크기보다 높게 나타났고 맨드릴 재질의 탄성계수 값이 적을수록 커진다는 이론 결과와 잘 일치함을 보였다. CW 광원과 TLS 광원에서 응답한 PTFE 센서의 특성을 주파수별로 상호 비교하여 보면 광원이 CW일 때 보다 TLS일 때 응답 특성이 우수함을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 TLS를 이용한 광섬유 센서는 FBG와의 하이브리드 시스템에 적용 가능하리라 사료된다. To substitute TLS in the hybrid system which is combined with Sagnac interferometer and fiber bragg grating (FBG) it is necessary to investigate how the laser source (TLS and CW) and sensor material variate the response of fiber optic sensor. Two different hollow cylinder type mandrel materials are proposed which are PTFE and PTFE+carbon and 18 m optical fiber is wounded at the mandrel surface. CW laser source experiments had been done in the oil tank which is filled with transformer oil in the 1 kHz~20 kHz frequency range. Also Sagnac interferometer fiber optic sensor is combined with FBG called hybrid system and TLS used as a light source. Based on the experimental results PTFE sensor showed more higher magnitude of detection signal rather than carbon sensor and this result is agreement with the McMahon's theoretical results. Phase variation is inversely proportional to the elastic modulus of the mandrel material. In PTFE fiber sensor, tunable laser source showed more higher performance rather than CW case. Therefore, TLS fiber optic sensor can be applied to the hybrid system which is combined with Sagnac and FBG.