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광섬유

1. 이론◆ 광섬유란?광학섬유라고도 한다. 광섬유를 여러 가닥 묶어서 케이블로 만든 것을 광케이블이라고 하며, 그 사용이 늘어나고 있다. 광섬유는 합성수지를 재료로 하는 것도 있으나, 주로 투명도가 좋은 유리로 만들어진다.중심부에는 굴절률이 높은 유리, 바깥 부분은 굴절률이 낮은 유리를 사용하여 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사가 일어나도록 한 광학적 섬유이다. 에너지 손실이 매우 적어 송수신하는 데이터의 손실률도 낮고 외부의 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있다. 그리고 광섬유는 정보통신의 획기적인 소재로서 머리카락의 10분의 1만한 굵기(지름 0.02~0.05mm)를 가진 빛의 전달을 목적으로 유리(석영)또는 다른 투명한 물질(아크릴)로 만든 가느다란 섬유이다. 투명한 섬유 한 가닥이 전화 1만2천회선 몫의 정보를 전송할 수 있다.◆ 광섬유의 구성Jacket: 유리성분인 광섬유를 보호하는 피복제Cladding: Core로부터 빠져나오는 광원을 반사시켜 손실을 막음.Core: 광원(빛)의 전송로◆ 광섬유의 원리광섬유의 응용원리는 전반사의 원리를 이용한 것입니다. 광섬유는 굴절율이 높은 매질이 중심을 이루고 그 외부에 굴절율이 낮은 매질로 덮혀져 있어, 광섬유의 처음 단에 작은 각도로 입사한 빛은 코어와 클래드 경계간에 전반사가 여속적으로 일어나 빛은 광섬유 끝단까지 계속 전달될 수있습니다.광섬유를 통한 빛의 전달◆ 광섬유의 용도?1) 통신분야광통신분야에서 대표적인 광섬유사용인 광케이블은 데이터전송관 손실량이 매우 적으며 광대역성을 갖는다. 그리고 광케이블의 경우 소형일뿐만 아니라 기존의 케이블에 비해서 경량이다. 그리고 광케이블은 빛으로 데이터를 전송하는것이기 때문에 전자파장해나 신호의 간섭이 전혀 없다. 그리고 온도의 영향을 적게 받기 때문에 수명이 길다.2) 조명 인테리어분야광섬유는 일반 네온싸인의 1/12정도의 전력량으로도 사용되기 때문에 매우 경제적이다. 그리고 자유로운 색상을 표현할수있으며 매우 섬세하고 다양하게 화면을 변화 시킬수 있으며 수명이 반영구적이다. 이에따라 실내/실외 조명이나 인테리어 부문에서 많이 사용하고 있다.3) 기타 영상전달용(의료용 내시경(內視鏡), 영상증폭기의 부품 등 좁고 굴곡된 부분의 내부를 볼 수 있도록 필요한 부품)이나 검출기용(외부의 변화 즉 압력.온도.속도.자속등에 예민한 점을 이용하여 자이로스코프.고압전류측정기.수중음파탐지기 등)에도 사용된다.◆ 광섬유센서란?광섬유를 사용한 센서(감지기). 섬유 자체가 감지기능을 가진 것과 센서는 따로 있고 그 신호를 전달하는 경로로서 섬유를 사용하는 것이 있다. 특히 광섬유 자체가 센서가 되는 것은 주위의 전자기적 잡음에 영향 받지 않는 센서로서의 특징이 있다. 예컨대 온도나 압력으로 광섬유가 신축되는 성질을 이용하여 속을 통과하는 간섭요인 등을 검출하면 온도 ·압력 센서가 된다. 제트엔진의 제어에 사용된다. 회전 방향에 따라 진 행하는 빛과 역방향으로 진행하는 빛의 위상차를 포착하는 광섬유 자이로스코프도 있어 항공기에 탑재되고 있다. 빛의 도플러 효과를 응용한 것으로는 속도계, 혈액계, 진동센서 등이 고안되어 있다.◆ Optical Fibver(광섬유) 센서기존센서에 절대조건이엿던 렌즈를 없애고 그 대책으로 광섬유 케이블을 조합하여 마크검출, 초소형 물체의 유,무를 검출하기 위한 용도로 만들어진 센서로써 광섬유의 유연성을 이용하여 좁은 장소에서도 자유롭게 취부시켜 사용 할 수 있다. 기본동작원리는 투과형, 반사형 센서와 동일하고 단지 센서의 설치위치에 유연성을 주기 위하여 광섬유와 센서를 결합한 형태라 할 수 있다.◆ Optical Fiber센서에서의 광섬유의 기능광섬유의 응용원리는 전반사의 원리를 이용한 것입니다. 빛이 투과되면 코어에서 일어나는 지속적인 전반사로 인해서 물체와 광섬유간의 빛의 전반사를 통해 거리를 측정하는 것입니다.◆ 기 본 측 정 법 칙LAM(Light Attenuation Method)광섬유센서가 외력에 의해 신장되면 광섬유의 단면적이 감소하게 되고, 이로 인한 빛의 통과양이 감소된다. 이러한 빛의 감소량을 비교하여 심장량을 직접 측정하는 방법이다.OTDR(Optical Time Domain Reflection Method)광섬유 내에 일정간격으로 반사체를 설치하는 방법으로, 각 반사체 사이의 도달시간 측정에 의해 변형량을 측정하는 방법이다.2. 실험결과물질인식거리(mm)녹슨철12mm알루미늄18mm황동17mm아크릴흰색14mm검정색10mm투명12mm3. 고찰광섬유 센서실험을 하였다. 광섬유는 현대기술의 집약적 결정체라고 할 수 있을 정도로 획기적인 기술이라는 것은 TV나 기타매체를 통해서 알고 있었다. 하지만 실제로 광섬유가 무엇인지 모를뿐더러 눈으로 접하기도 힘들뿐만 아니라 이 광섬유라는 것이 왜 그렇게 각광을 받는지는 알지 못하였다. 하지만 이번실험을 통해서 광섬유에 대해서 알 수 있는 좋은 계기가 되었다. 광섬유는 크게 3부분으로 나눌 수 있고 그중 코어부분에서 빛이 전반사가 일어나서 데이터전송이라든지 기타 활동을 하는 것을 알 수 있었다. 그리고 우리는 그 광섬유가 코어에서 일어나는 전반사가 물체와의 관계를 실험해보았다. 우리가 실험한 실험에서는 광섬유에서 나오는 빛이 물체에 따라 전반사가 되어서 다시 돌아오는 것을 측정하였다. 광섬유와 물체가 반응을 할 때 일정한 전압이 생겨 센서가 작동하는 것을 알 수 있었다. 그중 알루미늄과 황동이 가장 먼 거리에서 반응을 한 것을 확인할 수 있었다. 가장 먼 거리에서 반응한다는 것은 가장 빨리 반응한 것으로도 해석할 수 있다. 알루미늄 과 황동 다음으로는 흰색아크릴. 녹슨 철. 투명아크릴 .검정색아크릴 순으로 나타났다. 여기에서 보면 아크릴은 같은 재질임에도 불구하고 흰색과 투명색과 흑색이 차이를 보임을 알 수 있었다. 이것을 통해서 광섬유는 재질면에서의 차이도 생기지만 색감에 따라서도 실험값이 다름을 알 수 있다. 흰색아크릴>투명아크릴>검정색아크릴 순으로 알 수 있었으며 금속의 종류에 따라 실험값이 다름을 알 수 있었다. 이렇듯 물체에 따라서 혹은 같은 물체라도 색감에 따라서 빛 반사되어 돌아오는 시간이 다르다는 것을 알 수 있었다. 색감은 밝은 계열일수록 어두운 계열보다는 빠르게 반응함을 알 수 있다. 이렇듯 실험을 통해서 광섬유는 물체의 재질에 따라서 전반사되어서 도달하는 거리가 다름을 알 수 있었으며 같은 재질이라도 색깔이 다름에 따라서 그 차이가 발생하는 것을 알 수 있었다. 광섬유의 특성을 알 수 있는 실험이 되었다. 이번 실험을 하면서 아쉬웠던 부분은 광섬유에 빛을 쏘아서 코어에서 전반사가 되어서 물체에 부딪칠 때 물체가 사람이 잡고 있기 때문에 정확한 수직이 되기 어려워서 오차가 발생한 것이며 30cm 자로 거리를 측정 함으로서 정확한 거리측정에도 어려움이 있어 오차가 발생함을 알 수 있었다.

공학/기술| 2009.11.14| 4페이지| 1,000원| 조회(514)

분석, 광섬유, 아크릴, 굴절율

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