[광섬유 계측기술의 최전선 ②]
광섬유 전류센서의 실용화 현황

전류의 측정은 전력설비를 비롯한 다양한 설비제어 및 감시를 실시하는 데 있어 상시 필요하며 기본이 되는 작업이다. 이러한 전류 계측에는 대부분 철심과 권선으로 구성된 변류기가 사용되고 있지만, 변류기는 다음과 같은 점에서 개선이 요구되고 있다. ①대형이며 무겁다 ②전자잡음의 영향을 받기 쉽다 ③대전류 및 변화속도가 느린 전류의 측정은 용이하지 않다. 이러한 문제의 해결을 목적으로 1960년대에 패러데이 효과의 검출을 원리로 하는 전류센서가 제안되었다. 또 1980년대 이후 센서 소자에 광섬유를 이용하는 광섬유 전류센서의 연구가 국내외적으로 진행되기 시작했다. 그 후 기술개발의 성과가 결실을 맺어 본격적으로 광섬유 전류센서의 실용화가 이루어지게 되었다. 본고에서는 도쿄전력㈜에서 개발한 광섬유 전류센서 기술의 실용화에 초점을 맞춰 교류전류를 계측대상으로 하는 기술 방식의 현황에 대해 소개한다.

센서 기술의 개요
구성, 동작, 특성
[그림 1]에 도쿄전력㈜에서 개발한 전류센서의 구성, [그림 2]에 그 모델의 외관을 나타냈다. [그림 1]의 광원(1550nm대)에서 신호 전송용 파이버(석영 단일 모드)를 경유해 편/검광자·광학 바이어스부(이하, 광학부)에 빛이 전송된다. 빛은 편광자에서 직선편광으로 바뀐 뒤 파이버 센서에 입사·전파되고 단부의 거울에 반사되어 광학부로 되돌아온다. 빛은 광학부 내 검광자에 의해 편파 방위가 직교하는 2개의 빔으로 분리된다. 빛이 광섬유를 전파하는 동안 패러데이 효과에 의한 편파면 회전이 발생하면 2개의 빔 강도가 회전각에 따라 변화한다. 직선성(直線性, linearity)을 확보하기 위해 편광자와 검광자의 방위에는 45°의 차(差)를 둔다. 검광자를 통과한 빛은 신호전송파이버에서 전자회로로 보내져 수광소자(PD)에서 빛의 강도에 비례한 2개의 전기신호로 바꿀 수 있다. 그 신호를 처리하여 전류에 비례하는 출력전압을 얻는다. 이때 파이버 센서가 이루는 곡선을 도체와 쇄교하는 폐루프 방식(closed loop)으로 해두면 암페어의 법칙으로부터 패러데이 회전각은 곡선의 형태 및 도체의 위치와는 무관하게 된다.