“캘리브레이션 계수”란 무엇인가요?

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센서 인증서의 일련번호를 소프트웨어에 입력해야 하는 이유는 무엇입니까?

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광섬 격자(FBG) 복조기는 물리적 수준에서 직접 측정하는 유일한 원시 값은 온도(^\circ\text{C}), 변형(\mu\varepsilon), 압력 또는 응력과 같은 최종 엔지니어링 물리량이 아니라 광학 파장(Wavelength, 단위는 보통 \text{nm} 또는 \text{pm}) 입니다.

센서 제조 시 제공되는 검정 인증서(Calibration Certificate)에 기재된 숫자들은 해당 센서의 검정 계수(Calibration Coefficients / 감도 매개변수) 입니다. 이를 복조 분석 소프트웨어에 입력하는 핵심 이유는 다음과 같습니다.

1. “파장 드리프트 양 \rightarrow 물리량” 수학적 변환 구현

광섬 브래그 격자 센서 원리에 따르면, 브래그 반사 파장 \lambda_B 는 다음과 같은 공식으로 표현됩니다:

\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda

여기서 n_{\text{eff}} 는 광섬 코어의 유효 굴절률이고, \Lambda 는 격자 주기입니다. 센서가 외부 온도 또는 기계적 변형 변화를 겪으면, 열광 효과, 열팽창 효과 또는 탄성광 효과로 인해 파장이 \Delta\lambda 만큼 편이합니다.

복조기는 반사 스펙트럼 피크 위치의 변화(\Delta\lambda = \lambda_t - \lambda_0)만 인식할 수 있습니다. 복조 소프트웨어는 검정 계수로 구성된 함수 관계식을 사용하여 측정된 피코미터(pm) 수준의 파장 드리프트를 엔지니어링 단위로 계산하고 표시해야 합니다.

2. 다양한 물리량과 온도 범위에 대한 수학적 모델(선형 및 다항식) 매칭

서로 다른 종류의 광섬 격자 센서와 그 작동 온도 범위는 서로 다른 물리적 응답 특성을 가지며, 인증서상의 계수는 서로 다른 변환 수학 모델에 해당합니다:

  1. 선형 모델(1차식):
    • 변형 센서: OFSCN® 금속관 또는 폴리머 봉지 광섬 격자 변형 센서는 상온에서 우수한 선형성을 나타내며, 검정 공식은 1차식입니다:
      \Delta\varepsilon = K \cdot \Delta\lambda
      여기서 검정 계수 K 의 단위는 보통 \mu\varepsilon/\text{pm} 입니다.
    • 상온/저온형 온도 센서: 예를 들어 100 ^\circ\text{C} 사양의 온도 센서는 보통 1차식(단위: ^\circ\text{C}/\text{pm})을 사용합니다.
  2. 비선형 보정 모델(2차식 / 2차 다항식):
    • 중고온 온도 센서: 더 넓거나 높은 온도 범위(예: 300 ^\circ\text{C}, 500 ^\circ\text{C}, 800 ^\circ\text{C})에서 작동할 때, 봉지 금속 구조체의 열팽창 계수와 실리카 광섬의 열광 계수가 온도 상승에 따라 비선형적으로 변하기 때문에, 출고 시 검정 공식은 보통 2차 다항식입니다:
      T = A \cdot (\Delta\lambda)^2 + B \cdot \Delta\lambda + C
      인증서상의 여러 매개변수는 2차항 계수 A, 1차항 계수 B, 그리고 상수항 C(단위는 보통 ^\circ\text{C}/\text{pm} 기반으로 적합)입니다. 이 계수들을 입력하면 고온에서의 비선형 오차를 보정하여 전체 측정 범위의 정확도를 보장합니다.

3. 제조 공차 및 개별 차이 제거

광섬 격자의 쓰기, 절단, 조립 및 원활한 금속관 또는 탄성체 봉지 경화 과정에서 미세한 기계 가공 공차, 미세한 사전 인장력 차이 및 계면 전단 변형 전달 효율 차이가 존재합니다.

따라서 각 센서는 출고 전에 계측 등급의 기준 테스트 환경(예: 고정밀 항온조, 항온로 또는 고정밀 재료 시험기)에서 다점 실제 측정을 통해 적합되었습니다. 인증서상의 검정 계수는 해당 센서의 고유한 실제 물리적 응답 특성이며, 정확한 검정 계수를 입력하는 것은 테스트 시스템의 추적성과 측정 정확도를 보장하는 필수 전제 조건입니다.