광섬유를 이용한 전류센서의 개발

국문 초록 (Abstract)

광섬유 센서는 외부 환경의 변화에 의한 광섬유의 물리적 성질의 변화(길이, 굴절률 등)에 의해 광섬유를 따라 진행하는 광의 특성변화(위상, 편광방향 강도, 스펙트럼 등)를 이용하여 외부 환경의 변화를 검지하는 소자이다. 이러한 광섬유 센서는 물리량센서(온도, 압력, 속도, 변위 등) 및 화학량 센서(가스, pH 등)에의 적용이 가능한 것 등 그 활동범위가 매우 넓고, 광섬유 자체가 신호 전송역활을 겸하고 있으며, 넓은 온도 범위에서 높은 정밀도를 나타낼 뿐만 아니라 응답속도가 빠른 등 많은 장점을 가지고 있어 크게 주목받고 있다. 특히 발전 및 송배전을 최적의 상태로 유지하기 위해 고압 전송선로에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 센서에의 응용은 안전성 면에서 크게 유리하다. 전송선로 전류를 측정하기 위해 전기적인 센서를 사용할 경우 고압의 전송선로와 측정점 사이에 신호의 전송을 위해 도전성의 전선이 필수적으로 요구되므로 이에 따른 안전성 문제가 크게 대두된다. 그러나 광섬유 전류센서는 광섬유 자체가 신호의 전송 역활을 하므로 매우 안전하게 사용될 수 있다. 이러한 광섬유 전류 센서를 개발하기 위해 광섬유 센서 분야에서 지명도가 높은 Texas A&M 대학의 Talyor 교수와 공동 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 광섬유 선내에 두 반사면을 가진 광섬유 Fabry-Perot 간섭계를 제조하여, 그 온도 의존성을 조사하였으며, 이를 이용하여 전송선로에 흐르는 교류전류를 측정할 수 있는 새로운 형태의 광섬유 Fabry-Perot 간섭형 전류센서를 제조하였다. 또한 압전체에 광섬유 Fabry-Perot 간섭계를 부착하여 압전효과를 이용한 광섬유 전류 센서를 제조하고 그 특성을 조사하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The project was dedicated to the development of the fiber-optic current sensors using fiber-optic Fabry-perot interferometer to measure ac current in the electrical transmission line.
In comparision with conventional current sensors, fiber-optic Fabry-perot interferometric current sensors have many advantages, such as safty due to electrical isolation, high sensitivity, rapid responses, multi detection and monitoring, and simple establishment.
The development of fiber-optic current sensor will contribute to effective management of electrical energy in the power industry.
The contents and major achivement during thing this year are as follows.
1. Fabrication of the fiber-optic Fabry-perot interferometer
The fiber-optic Fabry-perot interferometer with two internal mirror in the optical fiber was fabricated using TiO_2 coating and optical fiber fusion splicing techniques. The thickness of the TiO_2 thin film was about 1000Å and its refractive index was about 2.4∼2.5.
2. Fabrication of fiber-optic temperature sensor
The fiber-optic Fabry-Perbt interferometric temperature sensor was fabricated. Its cavity length(the length between two internal mirror)was 1cm. This temperature sensor showed linear response characteristics in the relatively wide range.
3. Development of the fiber-optic current sensor using temperature dependence of Fabry-Perot interferometer
New type of fiber-optic current sensor was developed by using the temperature dependence of fiber-optic Fabry-Perot interferometer and Joule's law. The output characteristics the current sensor was in proportion to the square of input current.
4. Development of the fiber-optic current sensor using PZT
The simple fiber-optic current sensor was developed by using strain effect of fiber-optic Fabry-Perot interferometer. This current sensor showed good linearity and large sensitivity at the low current.