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KR20130137385A - Ultrasonic optical-fiber hydrogen detecting sensor - Google Patents

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KR20130137385A
KR20130137385A KR1020120060941A KR20120060941A KR20130137385A KR 20130137385 A KR20130137385 A KR 20130137385A KR 1020120060941 A KR1020120060941 A KR 1020120060941A KR 20120060941 A KR20120060941 A KR 20120060941A KR 20130137385 A KR20130137385 A KR 20130137385A
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KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
optical fiber
ultrasonic
electrical signal
piezoelectric element
Prior art date
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Application number
KR1020120060941A
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Korean (ko)
Inventor
기창두
전인수
송형두
Original Assignee
전남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전남대학교산학협력단 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to KR1020120060941A priority Critical patent/KR20130137385A/en
Publication of KR20130137385A publication Critical patent/KR20130137385A/en
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Abstract

본 발명은 전기신호를 발생 및 검출하는 전기신호장치; 상기 전기신호장치에 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키고, 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 압전소자; 상기 압전소자에 일단부가 연결되고, 일정부분에 하나 이상의 수소반응부가 구비된 복수 개의 광섬유;를 포함하며, 상기 복수 개의 광섬유는 전기신호의 출력전압을 2배 이상으로 출력하여 2배 이상의 범위에서 수소의 농도를 감도 높게 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서를 제공한다.
본 발명의 초음파 광섬유 수소감지센서에 따르면 수소반응부가 구비된 광섬유를 복수 개 사용함으로써 수소감지센서의 출력전압을 2배 이상으로 출력할 수 있고, 광섬유에 구비된 수소반응부에 의해 초음파의 진행이 방해되거나 또는 초음파가 유실되어 출력되는 출력전압이 2배 이상으로 감소됨으로써 수소를 감지하는 감도를 향상시키고, 아울러 수소 감지의 정확성 및 안정성을 향상시키는 효과가 있다.
The present invention provides an electric signal device for generating and detecting an electric signal; A piezoelectric element connected to the electric signal device to generate an ultrasonic wave when an electric signal is applied, and generate an electric signal when the ultrasonic signal is applied; And a plurality of optical fibers having one end connected to the piezoelectric element and provided with at least one hydrogen reaction portion at a predetermined portion, wherein the plurality of optical fibers output at least two times the output voltage of an electrical signal to hydrogen in a range of two or more times. It provides an ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor characterized by measuring the concentration of the high sensitivity.
According to the ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor of the present invention, by using a plurality of optical fibers with a hydrogen reaction unit can output the output voltage of the hydrogen detection sensor more than twice, the progress of the ultrasonic wave by the hydrogen reaction unit provided in the optical fiber The output voltage that is disturbed or lost due to the ultrasonic wave is reduced by more than two times, thereby improving the sensitivity of detecting hydrogen and improving the accuracy and stability of hydrogen detection.

Description

초음파 광섬유 수소감지센서{Ultrasonic Optical-fiber Hydrogen Detecting Sensor}Ultrasonic Fiber-Optic Hydrogen Detecting Sensor {Ultrasonic Optical-fiber Hydrogen Detecting Sensor}

본 발명은 초음파 광섬유 수소감지센서에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 복수 개의 광섬유를 이용하여 수소를 보다 민감하게 감지할 수 있는 초음파 광섬유 수소감지센서에 관한 것이다.
The present invention relates to an ultrasonic fiber hydrogen sensor, and more particularly, to an ultrasonic fiber hydrogen sensor that can detect hydrogen more sensitively using a plurality of optical fibers.

광섬유를 응용한 센서 기술은 기존에 사용하고 있는 센서에 비하여 여러 가지 장점이 있기 때문에 다양한 분야에서 폭넓게 이용되고 있다. 광섬유의 기계적 특징은 가볍고 크기가 작으며 응답속도가 빠를 뿐만 아니라, 외부의 전기적 노이즈에 대하여 독립적이며 쉽게 부식이 되지 않는다. 이와 같은 특징은 구조물의 내부에 삽입된 형태의 센서나 화학적, 생물학적 센서에 응용하기에 적합하여 큰 규모의 구조물에 삽입되어 응력이나 진동 또는 손상 등을 감지하거나, 화학물질에 대한 조성을 판별하는 등 여러 분야에 걸쳐 다양한 응용이 가능하다.Sensor technology using optical fiber is widely used in various fields because it has several advantages over existing sensors. The mechanical characteristics of the optical fiber are not only light, small and fast, but also independent of external electrical noise and are not easily corroded. This feature is suitable for application to sensors or chemical or biological sensors embedded in structures, and is inserted into large-scale structures to detect stress, vibration or damage, or to determine the composition of chemicals. Various applications are possible across the field.

이러한 광섬유센서의 기본적인 측정방식은 빛을 광섬유에 입사하여 특정 부분에 대하여 반사되는 빛의 파장의 변화를 감지한 후 그 차이를 분석함으로써 그 변화를 알아내는 방식을 사용하고 있다.The basic measurement method of the optical fiber sensor uses a method of detecting the change by detecting a change in the wavelength of light reflected by a specific part by entering light into the optical fiber and analyzing the difference.

종래의 광섬유 센서는 빛을 사용해야하는 특성상 수 ㎚의 파장변화를 감지해야 하는바, 그만큼 짧은 파장의 신호를 감지하고 분석할 수 할 수 있는 고가의 장비가 필요하다. 또한 빛을 광섬유에 정확하게 입사시키고 반사되는 빛을 정확하게 감지하기 위해서는 장비와 감지기 간의 정밀도가 중요한바 센서를 이루는 구성요소가 복잡해지고 많은 비용이 소요된다. 예를 들어 근래에 일반적으로 사용되고 있는 FBG 광섬유 센서의 경우 광섬유 자체에 센싱부를 제작하기 위하여 Bragg 격자를 광섬유에 구비하는 추가적인 공정이 필요하게 되며, EFPI 광섬유 센서의 경우 단락된 두 광섬유의 간극에 의하여 반사되는 파장의 차이를 이용하기 때문에 감지에 필요한 간극을 제작하고 그것을 유지하기 위한 장치를 추가공정이 필요하게 된다.Conventional optical fiber sensors need to detect wavelength changes of several nm due to the nature of using light, and thus, expensive equipment capable of detecting and analyzing signals having short wavelengths is needed. In addition, the precision between the equipment and the detector is important for the accurate incidence of light onto the optical fiber and the accurate detection of the reflected light. The components of the sensor are complicated and expensive. For example, in the case of FBG fiber optic sensors, which are generally used in recent years, an additional process of equipping the optical fiber with a Bragg grating is needed to fabricate a sensing part in the optical fiber itself. By taking advantage of the difference in wavelengths, additional processes are needed to create the gaps needed for sensing and to maintain them.

즉, 종래의 광섬유센서는 빛을 사용하기 때문에 특정 파장의 빛을 정확하게 만들어 내야 한다는 기술적 어려움이 있을 뿐만 아니라 구비해야하는 구성요소가 많아 구성이 복잡하며 장비가 고가라는 문제점이 있다.That is, the conventional optical fiber sensor has a technical difficulty of accurately generating light of a specific wavelength because it uses light, and there are a lot of components to be provided, which is complicated in configuration and expensive.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 선행기술 한국등록특허 10-0923104에서는 초음파를 이용하여 수소 기체를 용이하게 감지할 수 있는 광섬유 기체감지센서를 제시한 바 있다.In order to solve this problem, the prior art Korean Patent Registration 10-0923104 has proposed an optical fiber gas sensor that can easily detect the hydrogen gas using ultrasonic waves.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 광섬유 기체감지센서는 초음파를 인가하여 반사되는 초음파 신호를 분석함으로써 기체를 감지한다. 광섬유 기체감지센서 압전소자(10)에 전기적 신호를 인가하여 발생되는 초음파를 광섬유(20)에 전파하고 다시 반사되어 되돌아오는 초음파를 전기적 신호로 변환하여 전압을 출력한다. 이때, 광섬유(20)에 도포된 팔라듐(30)이 수소와 만나 물성변화를 일으켜 초음파를 유실시키고 출력되는 전압을 상세시키게 되는데 이렇게 감소되는 출력전압을 통해 수소의 농도를 확인한다. As shown in FIG. 1, the conventional optical fiber gas sensor detects gas by analyzing ultrasonic signals reflected by applying ultrasonic waves. The ultrasonic wave generated by applying an electrical signal to the optical fiber gas sensor piezoelectric element 10 propagates to the optical fiber 20 and converts the ultrasonic wave reflected and returned back into an electrical signal to output a voltage. At this time, the palladium 30 applied to the optical fiber 20 meets the hydrogen and causes a change in physical properties, thereby losing ultrasonic waves and detailing the output voltage. The concentration of hydrogen is confirmed through the reduced output voltage.

이러한 종래의 광섬유 수소감지센서는 한 개의 광섬유를 이용하여 제작되고 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 한 개의 광섬유를 이용하여 제작된 수소감지센서의 출력전압은 10㎷의 전압 피크점을 갖는다. 즉, 한 개의 광섬유를 이용하여 출력되는 전압은 한계가 있으며, 감소되는 출력전압이 수 ㎷이기 때문에 일관성있는 표준오차범위를 설정하기가 까다롭다. 따라서, 수소의 농도를 정확히 측정하기가 어렵고, 감도가 떨어져 낮은 농도의 수소를 감지하는데 한계가 있는 문제점이 있다.
The conventional optical fiber hydrogen detection sensor is manufactured using one optical fiber, and as shown in FIG. 2, the output voltage of the hydrogen detection sensor manufactured using one optical fiber has a voltage peak of 10 kV. That is, it is difficult to set a consistent standard error range because the voltage output by using one optical fiber is limited and the output voltage which is decreased is several Hz. Therefore, there is a problem in that it is difficult to accurately measure the concentration of hydrogen, and the sensitivity is limited to detect hydrogen at a low concentration.

한국등록특허: 10-0959245 (공고일 2010.05.20)Korea Patent Registration: 10-0959245 (Notice date 2010.05.20)

한국등록특허: 10-0923104 (공고일 2009.10.27)
Korea Patent Registration: 10-0923104 (Notice date 2009.10.27)

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the conventional problems,

본 발명의 목적은 복수 개의 광섬유를 이용하여 전기신호의 출력전압을 2배 이상으로 출력함으로써, 단수의 광섬유를 이용한 수소 감지 센서보다 2배 이상의 범위에서 수소의 농도를 측정할 수 있고, 보다 향상된 감도로 낮은 농도의 수소를 효과적으로 감지할 수 있는 초음파 광섬유 수소감지센서를 제공하는 데 있다.
An object of the present invention by outputting the output voltage of the electrical signal more than twice by using a plurality of optical fibers, it is possible to measure the concentration of hydrogen in a range of more than twice than the hydrogen detection sensor using a single optical fiber, and improved sensitivity Therefore, the present invention provides an ultrasonic optical fiber hydrogen sensor that can effectively detect low concentration of hydrogen.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서는 전기신호를 발생 및 검출하는 전기신호장치; 상기 전기신호장치에 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키고, 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 압전소자; 상기 압전소자에 일단부가 연결되고, 일정부분에 하나 이상의 수소반응부가 구비된 복수 개의 광섬유;를 포함하며, 상기 복수 개의 광섬유는 전기신호의 출력전압을 2배 이상으로 출력하여 2배 이상의 범위에서 수소의 농도를 감도 높게 측정하는 것을 특징으로 한다. Ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor according to an embodiment of the present invention provided to achieve the above object is an electrical signal device for generating and detecting an electrical signal; A piezoelectric element connected to the electric signal device to generate an ultrasonic wave when an electric signal is applied, and generate an electric signal when the ultrasonic signal is applied; And a plurality of optical fibers having one end connected to the piezoelectric element and provided with at least one hydrogen reaction portion at a predetermined portion, wherein the plurality of optical fibers output at least two times the output voltage of an electrical signal to hydrogen in a range of two or more times. It characterized by measuring the concentration of the highly sensitive.

상기 수소반응부는 상기 광섬유의 외면에 도포되어 수소와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 수소접촉부, 및 상기 수소접촉부를 둘러싸고 상기 수소는 통과시키되 상기 수소접촉부의 팽창에 의해 변형되지 않는 커버를 포함하며, 상기 압전소자와 상기 광섬유의 타단부 사이의 상기 광섬유에 구비되는 것을 특징으로 한다. The hydrogen reaction part includes a hydrogen contact part made of a material which is coated on an outer surface of the optical fiber and expands in contact with hydrogen, and a cover which surrounds the hydrogen contact part and passes the hydrogen but is not deformed by expansion of the hydrogen contact part. It is characterized in that provided in the optical fiber between the piezoelectric element and the other end of the optical fiber.

상기 수소접촉부는 수소와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어지며, 바람직하게는 팔라디움(Pd:Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 한다. The hydrogen contact portion is made of a material that expands when contacted with hydrogen, and is preferably made of palladium (Pd: Palladium).

상기 커버는 수소가 통과하도록 격자구조를 이루고 있으며, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.The cover has a lattice structure to allow hydrogen to pass therethrough, and is made of a metal or plastic material.

상기 수소반응부는 상기 광섬유의 타단부 끝단에 구비되고, 수소와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어지며, 바람직하게는 팔라디움(Pd:Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 한다. The hydrogen reaction unit is provided at the other end of the optical fiber, made of a material that reacts when in contact with hydrogen, preferably made of palladium (Pd: Palladium).

전기신호를 발생하는 전기신호발생부와, 상기 전기신호발생부로부터 전기신호를 전달받아 초음파를 발생시키고 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 압전소자부와, 상기 압전소자부에 일단부가 연결되는 광섬유부와, 상기 압전소자부에 연결되어 발생한 전기신호의 출력전압을 검출하는 전기신호검출부를 포함하는 광섬유 수소감지센서에 있어서, 상기 광섬유부는 수소와 반응하는 수소반응부가 구비된 복수 개의 광섬유를 포함하고, 상기 복수 개의 광섬유는 전기신호의 출력전압을 2배 이상으로 출력하여 2배 이상의 범위에서 수소의 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다. An electrical signal generating unit for generating an electrical signal, a piezoelectric element unit generating ultrasonic waves by receiving the electrical signal from the electrical signal generator, and generating an electrical signal when ultrasonic waves are applied, and an optical fiber having one end connected to the piezoelectric element unit And an electrical signal detection unit detecting an output voltage of an electrical signal generated by being connected to the piezoelectric element unit, wherein the optical fiber unit includes a plurality of optical fibers including a hydrogen reaction unit reacting with hydrogen; The plurality of optical fibers may output an output voltage of an electrical signal at least twice to measure the concentration of hydrogen in at least twice the range.

상기 수소반응부는 상기 광섬유의 외면에 일정간격으로 구비되고, 상기 광섬유의 외면에 도포되어 수소와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 수소접촉부, 및 상기 수소접촉부를 둘러싸고 있고 상기 수소는 통과시키되 상기 수소접촉부의 팽창에 의해 변형되지 않는 커버로 구성되는 것을 특징으로 한다. The hydrogen reaction unit is provided on the outer surface of the optical fiber at a predetermined interval, the hydrogen contact portion made of a material that is applied to the outer surface of the optical fiber and expands in contact with hydrogen, and surrounds the hydrogen contact portion and the hydrogen passes through the hydrogen contact portion It is characterized by consisting of a cover that is not deformed by expansion.

상기 수소접촉부는 수소와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어지며, 바람직하게는 팔라디움(Pd:Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The hydrogen contact portion is made of a material that expands when contacted with hydrogen, and is preferably made of palladium (Pd: Palladium).

상기 커버는 수소가 통과하도록 격자구조를 이루고 있으며, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.The cover has a lattice structure to allow hydrogen to pass therethrough, and is made of a metal or plastic material.

또한, 상기 수소반응부는 수소와 접촉하면 반응하는 팔라디움(Pd:Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 한다. In addition, the hydrogen reaction unit is characterized in that made of palladium (Pd: Palladium) to react when in contact with hydrogen.

상기 압전소자부는 일단이 상기 전기신호발생부에 연결되고 타단이 상기 광섬유의 일단부에 연결되어 상기 전기신호발생부로부터 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 제 1 압전소자와, 상기 광섬유의 타단부에 연결되고 상기 광섬유를 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제 2 압전소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.The piezoelectric element may include a first piezoelectric element, one end of which is connected to the electrical signal generator and the other end of which is connected to one end of the optical fiber, to generate ultrasonic waves when an electrical signal is applied from the electrical signal generator, and the other end of the optical fiber. The second piezoelectric element is connected to and applied to the ultrasonic wave propagated along the optical fiber to generate an electric signal.

상기 전기신호검출부는 상기 제 2 압전소자에 연결되어 상기 제 2 압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제 1 전기신호검출부와 상기 제 1 압전소자에 연결되어 상기 제 1 압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제 2 전기신호검출부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
The electrical signal detector is connected to the second piezoelectric element to detect an electrical signal generated by the second piezoelectric element and the first piezoelectric element is connected to the first piezoelectric element to detect an electrical signal generated by the first piezoelectric element. It characterized in that it comprises a second electrical signal detection unit.

본 발명의 초음파 광섬유 수소감지센서에 따르면 수소반응부가 구비된 광섬유를 복수 개 사용함으로써 수소감지센서의 출력전압을 2배 이상으로 출력할 수 있고, 광섬유에 구비된 수소반응부에 의해 초음파의 진행이 방해되거나 또는 초음파가 유실되어 출력되는 출력전압이 2배 이상으로 감소됨으로써 수소를 감지하는 감도를 향상시키고, 아울러 수소 감지의 정확성 및 안정성을 향상시키는 효과가 있다.
According to the ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor of the present invention, by using a plurality of optical fibers with a hydrogen reaction unit can output the output voltage of the hydrogen detection sensor more than twice, the progress of the ultrasonic wave by the hydrogen reaction unit provided in the optical fiber The output voltage that is disturbed or lost due to the ultrasonic wave is reduced by more than two times, thereby improving the sensitivity of detecting hydrogen and improving the accuracy and stability of hydrogen detection.

도 1은 종래 한 개의 광섬유를 이용하여 제작되는 수소감지센서를 도시한 개략도.
도 2는 도 1의 한개의 광섬유를 이용한 수소감지센서의 출력값을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서의 구성을 도시한 개략도.
도 4는 도 3의 수소반응부를 설명하기 위한 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서의 수소반응부의 또 다른 예를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서의 구성을 도시한 개략도.
도 7은 도 6의 전기신호 검출부의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 8은 복수 개의 광섬유를 이용한 초음파 광섬유 수소감지센서의 출력값을 나타낸 그래프.
Figure 1 is a schematic diagram showing a hydrogen detection sensor manufactured using a conventional optical fiber.
Figure 2 is a graph showing the output value of the hydrogen sensor using one optical fiber of FIG.
Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration of an ultrasonic fiber hydrogen detection sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged cross-sectional view for explaining the hydrogen reaction unit of FIG.
Figure 5 is a cross-sectional view showing another example of the hydrogen reaction unit of the ultrasonic fiber optical hydrogen sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram showing the configuration of an ultrasonic fiber hydrogen detection sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating another embodiment of the electrical signal detector of FIG. 6. FIG.
Figure 8 is a graph showing the output value of the ultrasonic fiber hydrogen detection sensor using a plurality of optical fibers.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 초음파 광섬유 수소감지센서를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.These and other objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, an ultrasonic fiber hydrogen detection sensor will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For purposes of this specification, like reference numerals in the drawings denote like elements unless otherwise indicated.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서의 구성을 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3의 수소반응부를 설명하기 위한 확대 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서의 수소반응부의 다른 예를 도시한 단면도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration of the ultrasonic fiber hydrogen sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an enlarged cross-sectional view for explaining the hydrogen reaction unit of Figure 3, Figure 5 is an embodiment of the present invention It is sectional drawing which shows the other example of the hydrogen reaction part of the ultrasonic fiber-hydrogen sensor.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서는 전기신호장치(110), 압전소자(120), 복수 개의 광섬유(130)로 구성된다. As shown in FIG. 3, the ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor according to the exemplary embodiment of the present invention includes an electric signal device 110, a piezoelectric element 120, and a plurality of optical fibers 130.

전기신호장치(110)는 전기신호를 발생시키는 수단과 전기신호를 검출하는 수단이 모두 구비된 장치로서, 압전소자(120)에 연결된다. 전기신호장치(110)는 전기신호를 발생하여 압전소자(120)에 전기신호를 전달하고, 압전소자(120)에서 발생한 전기신호를 검출한다.The electric signal device 110 is a device having both a means for generating an electric signal and a means for detecting an electric signal, and is connected to the piezoelectric element 120. The electrical signal device 110 generates an electrical signal, transfers the electrical signal to the piezoelectric element 120, and detects the electrical signal generated by the piezoelectric element 120.

압전소자(120)는 전기신호장치(110)에 연결되어 있으며, 전기신호장치(110)로부터 전기신호를 전달받으면 초음파를 발생시켜 복수 개의 광섬유(130)에 전파하고 반사되어 되돌아오는 초음파를 전기적 신호로 변환하여 전기신호를 발생시킨다. The piezoelectric element 120 is connected to the electrical signal device 110, and when the electrical signal is received from the electrical signal device 110 generates an ultrasonic wave propagates to the plurality of optical fibers 130, the ultrasonic wave reflected back to the electrical signal To generate an electrical signal.

복수 개의 광섬유(130)는 각각의 일단부가 압전소자(120)에 연결된다. 그리고, 각각의 광섬유 외면에는 하나 이상의 수소반응부(140)가 구비된다.One end of each of the plurality of optical fibers 130 is connected to the piezoelectric element 120. In addition, at least one hydrogen reaction part 140 is provided on the outer surface of each optical fiber.

도 4에 도시된 바와 같이 수소반응부(140)는 복수개의 광섬유(130)의 외면에 도포되는 수소접촉부(141)와, 수소접촉부(141)를 둘러싸고 있는 커버(142)로 구성될 수 있다. 수소접촉부(141)는 광섬유(130)의 외면에 도포되어 수소와 접촉하면 팽창하는 팔라디움이 사용되고, 커버(142)는 수소접촉부(141)의 외측을 감싸되 수소는 통과시키고 수소접촉부(141)의 팽창에 의해 변형되지 않는 재질 예를 들면, 금속이나 플라스틱 같은 재질로 이루어지며, 수소가 통과하도록 격자구조를 이루어지는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 4, the hydrogen reaction unit 140 may include a hydrogen contact unit 141 applied to the outer surfaces of the plurality of optical fibers 130 and a cover 142 surrounding the hydrogen contact unit 141. Hydrogen contact portion 141 is applied to the outer surface of the optical fiber 130 is used to expand the palladium in contact with the hydrogen, the cover 142 is wrapped around the outside of the hydrogen contact portion 141 but the hydrogen passes through the hydrogen contact portion 141 Material that is not deformed by expansion, for example, made of a material such as metal or plastic, it is preferable to form a lattice structure so that hydrogen passes.

이러한 수소반응부의 수소접촉부(141)는 수소가 접촉되면 팽창을 하게 되며 수소접촉부(141)의 팽창은 커버(142)에 의해 외부로의 팽창은 제한되지만 내부로는 팽창되어 광섬유에 압력을 가하게 된다. 이때, 광섬유를 따라 진행하던 초음파는 수소접촉부(141)의 팽창에 의한 압력에 의해 그 진행이 방해되어 그 자리에서 반사되어 되돌아온다. 그리고, 반사되어 되돌아온 초음파는 압전소자(120)에 의해 전기신호로 변환되며, 변환된 전기신호는 전기신호장치(110)에 의해 검출된다. 여기서, 되돌아온 초음파는 수소접촉부(141)의 팽창에 의한 압력에 의해 그 진행이 방해되어 전기신호장치(110)에 의하여 검출되는 신호의 크기가 작아지게 된다. 이때, 수소접촉부(141)는 접촉되는 수소의 양에 따라 팽창의 정도가 달라지고, 광섬유에 가해지는 압력의 크기도 변하게 되며, 아울러 전기신호장치(110)에 의해 검출되는 신호의 크기도 달라지게 된다.The hydrogen contact portion 141 of the hydrogen reaction portion expands when hydrogen is contacted, and the expansion of the hydrogen contact portion 141 is limited to expansion to the outside by the cover 142 but expands inside to apply pressure to the optical fiber. . At this time, the ultrasonic waves traveling along the optical fiber are hindered by the pressure caused by the expansion of the hydrogen contact portion 141 and reflected back from the spot. The ultrasonic waves reflected and returned are converted into electrical signals by the piezoelectric element 120, and the converted electrical signals are detected by the electrical signal device 110. Here, the returned ultrasonic wave is hindered by the pressure due to the expansion of the hydrogen contact portion 141, the size of the signal detected by the electrical signal device 110 is reduced. At this time, the hydrogen contact portion 141 is the degree of expansion is changed according to the amount of hydrogen contacted, the magnitude of the pressure applied to the optical fiber is also changed, and also the magnitude of the signal detected by the electrical signal device 110 is also changed do.

따라서, 복수 개의 광섬유(130)를 따라 진행하던 초음파는 수소반응부(140)의 팽창 압력에 의해 그 진행이 2배로 방해되어 전기신호검출장치(110)에 검출되는 신호의 크기가 2배 이상으로 작아지게 된다. Therefore, the ultrasonic waves traveling along the plurality of optical fibers 130 are disturbed twice by the expansion pressure of the hydrogen reaction unit 140, so that the magnitude of the signal detected by the electrical signal detection device 110 is more than twice. It becomes smaller.

이와 같은 과정을 통하여 광섬유 주변의 수소 감지 및 수소의 농도를 측정하게 된다. 또한, 초음파의 속도는 계산을 통하여 구할 수 있고, 반사되어 되돌아온 초음파의 시간은 측정가능하므로, 초음파의 속도와 되돌아온 초음파의 시간을 통해 수소와의 접촉에 의해 변화가 발생한 부분의 위치를 파악할 수 있다.Through this process, the detection of hydrogen around the optical fiber and the concentration of hydrogen are measured. In addition, since the speed of the ultrasonic waves can be obtained through calculation, and the time of the reflected ultrasonic waves can be measured, the position of the portion where the change is caused by contact with hydrogen can be identified through the speed of the ultrasonic waves and the time of the returned ultrasonic waves. .

도 5에 도시된 바와 같이 복수 개의 광섬유에 각각 구비되는 수소반응부(140)는 광섬유의 끝단에 구비되고 수소와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 광섬유의 끝단에 구비되고, 수소를 만나면 흡수하여 팽창하게 되는 팔라디움(143)으로 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 5, each of the hydrogen reaction parts 140 provided in the plurality of optical fibers may be formed of a material that is provided at the end of the optical fiber and reacts when contacted with hydrogen. Preferably it is provided at the end of the optical fiber, it may be made of palladium 143 that is absorbed and expanded when meeting the hydrogen.

압전소자에서 발생된 초음파가 광섬유(130)의 끝단에 도달하여 수소반응부(140)에서 반사될 때 초음파의 반사율은 광섬유(130)와 수소반응부(140)의 밀도의 차이에 영향을 받는바 수소를 흡수하여 팽창하는 팔라디움(143)은 밀도가 낮아지게 되며 결과적으로 초음파의 반사율이 변화하게 된다. 이때, 팔라디움(143)은 접촉되는 수소의 양에 따라 팽창 정도가 달라지며 이에 따라 반사되는 초음파의 신호도 변화하게 된다. 이러한 과정을 통해 검출된 전기신호를 바탕으로 수소의 농도를 파악할 수 있게 된다. When the ultrasonic wave generated in the piezoelectric element reaches the end of the optical fiber 130 and is reflected by the hydrogen reaction unit 140, the reflectance of the ultrasonic wave is affected by the difference in density between the optical fiber 130 and the hydrogen reaction unit 140. The palladium 143, which absorbs and expands hydrogen, has a low density, and as a result, reflectance of ultrasonic waves changes. At this time, the palladium 143 is expanded in accordance with the amount of hydrogen contacted, and thus the signal of the ultrasonic wave reflected. Through this process it is possible to determine the concentration of hydrogen based on the detected electrical signal.

따라서, 복수 개의 광섬유(130)를 따라 진행하던 초음파는 광섬유(130)에 도금된 팔라디움(143)의 수소흡수에 따른 팽창에 의해 초음파 반사율이 낮아지고 아울러 출력되는 출력전압이 2배 이상으로 감소하게 되며, 전기신호검출장치에 검출되는 신호의 크기가 2배 이상으로 작아지게 된다. Therefore, the ultrasonic waves traveling along the plurality of optical fibers 130 may decrease the ultrasonic reflectance due to expansion due to hydrogen absorption of the palladium 143 plated on the optical fibers 130 and reduce the output voltage by more than two times. As a result, the magnitude of the signal detected by the electric signal detection device is reduced by more than twice.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서의 구성을 도시한 개략도이다. Figure 6 is a schematic diagram showing the configuration of an ultrasonic fiber hydrogen detection sensor according to another embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 광섬유 수소감지센서는 전기신호를 발생하는 전기신호발생부(210)와, 전기신호발생부(210)로부터 전기신호를 전달받아 초음파를 발생시키고 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 압전소자부(220)와, 압전소자부에 일단부가 연결되는 광섬유부(230)와, 압전소자부(220)에 연결되어 발생한 전기신호의 출력전압을 검출하는 전기신호검출부(240)를 포함하는 광섬유 수소감지센서에 있어서, 광섬유부(230)는 수소와 반응하는 수소반응부(232)가 구비된 복수 개의 광섬유(131)를 포함하고, 복수 개의 광섬유(131)는 전기신호의 출력전압을 2배 이상으로 출력하여 2배 이상의 범위에서 수소의 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 6, the ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor according to the exemplary embodiment of the present invention receives an electric signal from the electric signal generator 210 and an electric signal generator 210 to generate an electric signal. And the output voltage of the electric signal generated by connecting the piezoelectric element unit 220 to generate an electrical signal, the optical fiber unit 230 connected to one end of the piezoelectric element unit, and the piezoelectric element unit 220 when ultrasonic waves are applied. In the optical fiber hydrogen detection sensor including an electrical signal detection unit 240 to detect, the optical fiber unit 230 includes a plurality of optical fibers 131 having a hydrogen reaction unit 232 reacting with hydrogen, a plurality of optical fibers 131 is characterized in that for outputting the output voltage of the electrical signal more than two times to measure the concentration of hydrogen in more than twice the range.

압전소자부(220)는 일단이 전기신호발생부(210)에 연결되고 타단이 광섬유(231)의 일단부에 연결되어 전기신호발생부(210)로부터 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 제 1 압전소자(221)와, 광섬유(231)의 타단부에 연결되고 광섬유(231)를 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제 2 압전소자(222)로 구성된다. The piezoelectric element unit 220 has a first end connected to the electrical signal generator 210 and the other end connected to one end of the optical fiber 231 to generate ultrasonic waves when an electrical signal is applied from the electrical signal generator 210. A piezoelectric element 221 and a second piezoelectric element 222 connected to the other end of the optical fiber 231 and generating ultrasonic signals when an ultrasonic wave propagated along the optical fiber 231 is applied thereto.

복수 개의 광섬유(231)는 각각의 일단부가 제 1 압전소자(221)에 연결되고, 타단부가 제 2 압전소자(222)에 연결된다. 그리고, 복수 개의 광섬유(231) 외면에는 일정간격으로 수소반응부(232)가 구비된다. 여기서, 수소반응부(232)는 도 4에 도시된 일 실시예와 동일한 구성으로 이루어짐으로 그 설명은 생략하기로 한다. One end of each of the plurality of optical fibers 231 is connected to the first piezoelectric element 221, and the other end thereof is connected to the second piezoelectric element 222. And, the outer surface of the plurality of optical fibers 231 is provided with a hydrogen reaction unit 232 at a predetermined interval. Here, since the hydrogen reaction unit 232 is made of the same configuration as the embodiment shown in Figure 4 will not be described.

이러한 수소반응부(232)는 수소를 만나면 팽창하게 되고, 수소반응부(232)의 팽창에 의한 압력에 의해 초음파의 진행이 방해되어 전기신호검출부(240)에 의하여 검출되는 신호의 크기가 작아지게 한다.When the hydrogen reaction unit 232 meets hydrogen, the hydrogen reaction unit 232 expands, and the progress of the ultrasonic wave is interrupted by the pressure caused by the expansion of the hydrogen reaction unit 232 so that the magnitude of the signal detected by the electric signal detection unit 240 becomes small. do.

도 6에 도시된 바와 같이 전기신호검출부(240)는 제 2 압전소자(222)에 연결되어 제 2 압전소자(222)에서 출력된 출력전압을 검출할 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 제 2 압전소자에 제 1 전기신호 검출부(241)가 연결되고, 제 1 압전소자에 제 2 전기신호 검출부(242)가 연결되어 각각의 압전소자에서 출력된 출력전압을 검출할 수도 있다.As illustrated in FIG. 6, the electrical signal detector 240 may be connected to the second piezoelectric element 222 to detect an output voltage output from the second piezoelectric element 222, and as illustrated in FIG. 7. The first electrical signal detector 241 is connected to the second piezoelectric element, and the second electrical signal detector 242 is connected to the first piezoelectric element to detect the output voltage output from each piezoelectric element.

제 1 전기신호검출부(241)는 제 1 압전소자(221)에서 발생한 초음파가 복수 개의 광섬유(231)를 따라 진행하고, 복수 개의 광섬유(231)에 구비된 수소반응부(232)의 팽창 압력에 의해 그 진행이 방해되어 유실된 상태로 제 2 압전소자(222)에 도달한 초음파에 의해 출력된 출력전압을 검출한다. Ultrasonic waves generated by the first piezoelectric element 221 advance along the plurality of optical fibers 231, and the first electrical signal detector 241 may be provided with an expansion pressure of the hydrogen reaction unit 232 provided in the plurality of optical fibers 231. As a result, the output voltage detected by the ultrasonic wave reaching the second piezoelectric element 222 is detected in the state of being interrupted and lost.

그리고, 제 2 전기신호검출부(242)는 제 1 압전소자(221)에서 발생한 초음파가 복수 개의 광섬유(231)를 따라 진행하다가 수소반응부(232)의 팽창에 의한 압력에 의해 진행에 방해를 받으며 그 자리에서 반사되어 되돌아오기도 한다. 따라서 반사되어 되돌아온 초음파를 제 1 압전소자(221)에서 전기신호로 변환하고, 변환된 전기신호를 검출되게 된다. In addition, the second electrical signal detection unit 242 is interrupted by the pressure generated by the expansion of the hydrogen reaction unit 232 while the ultrasonic wave generated in the first piezoelectric element 221 progresses along the plurality of optical fibers 231. It may also bounce back from the spot. Accordingly, the reflected ultrasonic waves are converted into electrical signals by the first piezoelectric element 221, and the converted electrical signals are detected.

상기의 초음파 광섬유 수소감지센서는 전기신호발생부(210)로부터 전기신호가 가해지는 제 1 압전소자(221)에서 초음파를 발생시키고, 제 1 압전소자(221)에서 발생한 초음파는 복수 개의 광섬유(231)를 따라 진행하여 타단부에 연결된 제 2 압전소자(222)에 도달하게 된다. 이때, 복수 개의 광섬유(231)에 구비된 수소반응부(232)에 의해 광섬유(231)를 따라 진행하던 초음파는 수소반응부(232)의 팽창 압력에 의해 그 진행이 방해되어 전기신호검출부(240)에 의하여 검출되는 신호의 크기가 작아지게 된다. 특히, 복수 개의 광섬유(231)를 따라 진행하던 초음파는 수소반응부(232)의 팽창 압력에 의해 그 진행이 2배로 방해되어 전기신호검출부(240)에 검출되는 신호의 크기가 2배 이상으로 작아지게 된다.The ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor generates ultrasonic waves in the first piezoelectric element 221 to which an electrical signal is applied from the electrical signal generator 210, and the ultrasonic waves generated in the first piezoelectric element 221 are a plurality of optical fibers 231. Proceeds along to reach the second piezoelectric element 222 connected to the other end. At this time, the ultrasonic wave traveling along the optical fiber 231 by the hydrogen reaction unit 232 provided in the plurality of optical fibers 231 is prevented from progressing due to the expansion pressure of the hydrogen reaction unit 232, thereby detecting the electrical signal 240. ) Decreases the magnitude of the detected signal. In particular, the ultrasonic waves traveling along the plurality of optical fibers 231 are disturbed twice by the expansion pressure of the hydrogen reaction unit 232, so that the magnitude of the signal detected by the electrical signal detection unit 240 is smaller than twice. You lose.

한편, 수소반응부(232)는 수소와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 수소를 만나면 흡수하여 팽창하게 되는 팔라디움으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 압전소자(221)에서 발생된 초음파가 광섬유의 수소반응부(232)에서 반사될 때 초음파의 반사율은 광섬유(231)와 수소반응부(232)의 밀도의 차이에 영향을 받게 된다. 따라서 수소를 흡수하여 팽창하는 수소반응부(232)는 밀도가 낮아지게 되며 결과적으로 초음파의 반사율이 변화하게 된다. 이때, 수소반응부(232)는 접촉되는 수소의 양에 따라 팽창 정도가 달라지며 이에 따라 반사되는 초음파의 신호도 변화하게 된다. 그리고, 초음파 신호는 제 2 압전소자(222)에서 전기신호로 다시 바뀌게 되고 전기신호는 연결된 전기신호 검출부(240)에 의하여 검출되며, 검출된 전기신호를 바탕으로 수소의 농도를 파악할 수 있게 된다. On the other hand, the hydrogen reaction unit 232 may be made of a material that reacts when contacted with hydrogen, preferably made of palladium that is absorbed and expanded when it meets hydrogen. In this case, when the ultrasonic waves generated by the first piezoelectric element 221 are reflected by the hydrogen reaction unit 232 of the optical fiber, the reflectance of the ultrasonic waves may be affected by the difference between the densities of the optical fiber 231 and the hydrogen reaction unit 232. do. Therefore, the hydrogen reaction unit 232 absorbing and expanding hydrogen has a low density, and as a result, the reflectance of the ultrasonic wave is changed. At this time, the hydrogen reaction unit 232 is expanded in accordance with the amount of hydrogen in contact, and accordingly the signal of the ultrasonic wave reflected. In addition, the ultrasonic signal is changed back to the electrical signal in the second piezoelectric element 222, the electrical signal is detected by the connected electrical signal detector 240, it is possible to determine the concentration of hydrogen based on the detected electrical signal.

따라서, 복수 개의 광섬유(231)를 따라 진행하던 초음파는 광섬유에 도금된 팔라디움(232)에 수소가 흡착될 때 유실되는 초음파에 의해 출력되는 출력전압이 2배 이상으로 감소하게 되고, 아울러 전기신호검출부(240)에 검출되는 신호의 크기가 2배 이상으로 작아지게 된다. Therefore, the ultrasonic waves traveling along the plurality of optical fibers 231 reduce the output voltage output by the ultrasonic waves lost when hydrogen is adsorbed to the palladium 232 plated on the optical fiber, and at the same time, the electrical signal detector The magnitude of the signal detected at 240 becomes smaller than twice.

도 8은 복수 개의 광섬유를 이용한 초음파 광섬유 수소감지센서의 출력값을 나타낸 그래프이다.8 is a graph illustrating output values of an ultrasonic fiber hydrogen sensor using a plurality of optical fibers.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 초음파 광섬유 수소감지센서는 수소반응부가 구비된 복수 개의 광섬유를 이용함으로써 광섬유를 따라 진행하던 초음파의 진행이 방해되거나 유실되어 전기신호검출장치에 검출되는 신호의 크기가 2배로 작아지게 됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 8, the ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor of the present invention uses a plurality of optical fibers provided with a hydrogen reaction unit so that the progress of ultrasonic waves along the optical fiber is obstructed or lost, and thus the magnitude of the signal detected by the electrical signal detection device. It can be seen that becomes 2 times smaller.

도 2에 도시된 단수형태의 초음파 광섬유 수소감지센서의 출력전압은 10mv의 전압 피크점을 갖는 반면 도 8에 도시된 복수 개의 광섬유를 이용해 제작한 수소감지센서는 2배 이상의 출력전압인 30mv∼35mv의 전압 피크점을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 광섬유에 도금된 팔라듐에 수소가 흡착될 때 유실되는 초음파에 의해 출력되는 출력전압 역시 2배 이상으로 감소되는 것을 확인할 수 있다.The output voltage of the singular ultrasonic fiber optical fiber hydrogen sensor shown in FIG. 2 has a voltage peak of 10 mv, while the hydrogen sensor manufactured using a plurality of optical fibers shown in FIG. 8 is 30mv to 35mv, which is more than twice the output voltage. It can be confirmed that it has a voltage peak point of. In addition, when hydrogen is adsorbed on the palladium plated on the optical fiber it can be seen that the output voltage output by the ultrasonic wave is also reduced by more than two times.

안전용으로 사용할 수 있는 수소센서는 4% 이하의 수소농도는 물론 1%의 수소농도에서도 수소를 감지할 수 있는 높은 감도를 갖추고 있어야 한다. 종래 단수 형태의 초음파 광섬유 수소감지센서는 출력전압의 한계가 있어 일관성있는 표준 오차범위를 설정하기 까다로웠다. 그러나, 복수 개의 광섬유를 이용한 초음파 광섬유 수소감지센서는 단수형태의 수소감지센서의 출력전압보다 2배 이상의 범위에서 수소를 측정할 수 있기 때문에 일정수준의 오차범위를 설정하여 수소의 농도를 측정할 수 있으며, 보다 안정적이고 감도 높은 센서로서의 역할을 할 수 있게 된다. Hydrogen sensors that can be used for safety should have high sensitivity to detect hydrogen at concentrations of less than 4% as well as at concentrations of 1%. Conventional singular ultrasonic fiber hydrogen sensor has a limitation of the output voltage, it is difficult to set a consistent standard error range. However, since the ultrasonic fiber hydrogen sensor using a plurality of optical fibers can measure hydrogen in the range of more than twice the output voltage of the single-type hydrogen sensor, the concentration of hydrogen can be measured by setting a certain error range. In addition, it can serve as a more stable and sensitive sensor.

이와 같이 본 발명은 복수개의 광섬유를 이용하여 수소감지센서의 출력전압을 2배 이상으로 출력할 수 있고, 또한, 광섬유에 구비된 수소반응부에 의해 초음파의 진행이 방해되거나 또는 초음파가 유실되어 출력되는 출력전압 역시 2배 이상으로 감소 됨으로써 보다 정확하고, 안정적이며 감도 높게 수소를 감지할 수 있게 된다.As described above, the present invention can output the output voltage of the hydrogen detection sensor more than twice by using a plurality of optical fibers, and also the ultrasonic wave is interrupted or the ultrasonic wave is lost by the hydrogen reaction unit provided in the optical fiber. The output voltage is also reduced by more than two times, which makes hydrogen detection more accurate, stable and sensitive.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the appended claims, And equivalents may be resorted to as falling within the scope of the invention.

110: 전기신호장치 120: 압전소자
130: 광섬유 140: 수소반응부
141: 수소접촉부 142: 커버
143: 팔라디움 210: 전기신호발생부
220: 압전소자부 221: 제 1 압전소자
222: 제 2 압전소자 230: 광섬유부
231: 광섬유 232: 수소반응부
240: 전기신호검출부 241: 제 1 전기신호검출부
242: 제 2 전기신호검출부
110: electric signal device 120: piezoelectric element
130: optical fiber 140: hydrogen reaction unit
141: hydrogen contact portion 142: cover
143: palladium 210: electric signal generator
220: piezoelectric element portion 221: first piezoelectric element
222: second piezoelectric element 230: optical fiber portion
231: optical fiber 232: hydrogen reaction unit
240: electrical signal detector 241: first electrical signal detector
242: second electrical signal detection unit

Claims (16)

전기신호를 발생 및 검출하는 전기신호장치;
상기 전기신호장치에 연결되어 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키고, 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 압전소자;
상기 압전소자에 일단부가 연결되고, 일정부분에 하나 이상의 수소반응부가 구비된 복수 개의 광섬유;를 포함하며,
상기 복수 개의 광섬유는 전기신호의 출력전압을 2배 이상으로 출력하여 2배 이상의 범위에서 수소의 농도를 감도 높게 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
An electric signal device for generating and detecting an electric signal;
A piezoelectric element connected to the electric signal device to generate an ultrasonic wave when an electric signal is applied, and generate an electric signal when the ultrasonic signal is applied;
And a plurality of optical fibers having one end connected to the piezoelectric element and provided with at least one hydrogen reaction part at a predetermined portion.
The plurality of optical fibers output the output voltage of the electrical signal more than two times, the ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor, characterized in that to measure the concentration of hydrogen in a sensitivity more than two times high.
제 1 항에 있어서,
상기 수소반응부는 상기 광섬유의 외면에 도포되어 수소와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 수소접촉부, 및 상기 수소접촉부를 둘러싸고 상기 수소는 통과시키되 상기 수소접촉부의 팽창에 의해 변형되지 않는 커버를 포함하며, 상기 압전소자와 상기 광섬유의 타단부 사이의 상기 광섬유에 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
The method of claim 1,
The hydrogen reaction part includes a hydrogen contact part made of a material which is coated on an outer surface of the optical fiber and expands in contact with hydrogen, and a cover which surrounds the hydrogen contact part and passes the hydrogen but is not deformed by expansion of the hydrogen contact part. Ultrasonic fiber hydrogen detection sensor, characterized in that provided in the optical fiber between the piezoelectric element and the other end of the optical fiber.
제 2 항에 있어서,
상기 수소접촉부는 수소와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
3. The method of claim 2,
The hydrogen contact portion of the ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that made of a material that expands when in contact with hydrogen.
제 3 항에 있어서,
상기 수소접촉부는 팔라디움(Pd:Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
The method of claim 3, wherein
Ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that the hydrogen contact portion made of palladium (Pd: Palladium).
제 2 항에 있어서,
상기 커버는 수소가 통과하도록 격자구조를 이루고 있으며, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
3. The method of claim 2,
The cover has a lattice structure to allow hydrogen to pass through, and the ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that made of a metal or plastic material.
제 1 항에 있어서,
상기 수소반응부는 상기 광섬유의 타단부 끝단에 구비되고, 수소수소와 접촉하면 반응하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
The method of claim 1,
The hydrogen reaction unit is provided at the other end of the optical fiber, ultrasonic fiber hydrogen sensor, characterized in that made of a material that reacts when in contact with hydrogen hydrogen.
제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 수소반응부는 수소와 접촉하면 반응하는 팔라디움(Pd:Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
7. The method according to claim 1 or 6,
The hydrogen reaction unit is an ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that made of palladium (Pd: Palladium) that reacts when in contact with hydrogen.
전기신호를 발생하는 전기신호발생부와, 상기 전기신호발생부로부터 전기신호를 전달받아 초음파를 발생시키고 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 압전소자부와, 상기 압전소자부에 일단부가 연결되는 광섬유부와, 상기 압전소자부에 연결되어 발생한 전기신호의 출력전압을 검출하는 전기신호검출부를 포함하는 광섬유 수소감지센서에 있어서,
상기 광섬유부는 수소와 반응하는 수소반응부가 구비된 복수 개의 광섬유를 포함하고, 상기 복수 개의 광섬유는 전기신호의 출력전압을 2배 이상으로 출력하여 2배 이상의 범위에서 수소의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
An electrical signal generating unit for generating an electrical signal, a piezoelectric element unit generating ultrasonic waves by receiving the electrical signal from the electrical signal generator, and generating an electrical signal when ultrasonic waves are applied, and an optical fiber having one end connected to the piezoelectric element unit In the optical fiber hydrogen detection sensor comprising an electrical signal detection unit for detecting the output voltage of the electrical signal generated connected to the piezoelectric element unit,
The optical fiber unit includes a plurality of optical fibers provided with a hydrogen reaction unit for reacting with hydrogen, wherein the plurality of optical fibers output an output voltage of an electrical signal at least twice to measure the concentration of hydrogen in at least twice the range. Ultrasonic fiber optic hydrogen sensor.
제 8 항에 있어서,
상기 수소반응부는 상기 광섬유의 외면에 일정간격으로 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
The method of claim 8,
The hydrogen reaction unit is an ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that provided on the outer surface of the optical fiber at a predetermined interval.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 수소반응부는 상기 광섬유의 외면에 도포되어 수소와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 수소접촉부, 및 상기 수소접촉부를 둘러싸고 있고 상기 수소는 통과시키되 상기 수소접촉부의 팽창에 의해 변형되지 않는 커버로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
10. The method according to claim 8 or 9,
The hydrogen reaction unit is formed of a cover which is coated on the outer surface of the optical fiber is made of a material that expands when contacted with hydrogen, and surrounds the hydrogen contact portion and the hydrogen is passed through but not deformed by expansion of the hydrogen contact portion. Ultrasonic fiber optic hydrogen sensor characterized in that.
제 10 항에 있어서,
상기 수소접촉부는 수소와 접촉하면 팽창하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
11. The method of claim 10,
The hydrogen contact portion of the ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that made of a material that expands when in contact with hydrogen.
제 11 항에 있어서,
상기 수소접촉부는 팔라디움(Pd:Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
The method of claim 11,
Ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that the hydrogen contact portion made of palladium (Pd: Palladium).
제 10 항에 있어서,
상기 커버는 수소가 통과하도록 격자구조를 이루고 있으며, 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
11. The method of claim 10,
The cover has a lattice structure to allow hydrogen to pass through, and the ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that made of a metal or plastic material.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 수소반응부는 수소와 접촉하면 반응하는 팔라디움(Pd:Palladium)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
10. The method according to claim 8 or 9,
The hydrogen reaction unit is an ultrasonic optical fiber hydrogen sensor, characterized in that made of palladium (Pd: Palladium) that reacts when in contact with hydrogen.
제 8 항에 있어서,
상기 압전소자부는 일단이 상기 전기신호발생부에 연결되고 타단이 상기 광섬유의 일단부에 연결되어 상기 전기신호발생부로부터 전기신호가 가해지면 초음파를 발생시키는 제 1 압전소자와, 상기 광섬유의 타단부에 연결되고 상기 광섬유를 따라 진행한 초음파가 가해지면 전기신호를 발생시키는 제 2 압전소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
The method of claim 8,
The piezoelectric element may include a first piezoelectric element, one end of which is connected to the electrical signal generator and the other end of which is connected to one end of the optical fiber, to generate ultrasonic waves when an electrical signal is applied from the electrical signal generator, and the other end of the optical fiber. Ultrasonic fiber hydrogen detection sensor, characterized in that consisting of a second piezoelectric element connected to and applied to the ultrasonic wave traveling along the optical fiber to generate an electrical signal.
제 15 항에 있어서,
상기 전기신호검출부는 상기 제 2 압전소자에 연결되어 상기 제 2 압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제 1 전기신호검출부와 상기 제 1 압전소자에 연결되어 상기 제 1 압전소자에서 발생한 전기신호를 검출하는 제 2 전기신호검출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 광섬유 수소감지센서.
The method of claim 15,
The electrical signal detector is connected to the second piezoelectric element to detect an electrical signal generated by the second piezoelectric element and the first piezoelectric element is connected to the first piezoelectric element to detect an electrical signal generated by the first piezoelectric element. Ultrasonic optical fiber hydrogen detection sensor comprising a second electrical signal detection unit.
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