KR20110043834A

KR20110043834A - Demodulation system for fbg sensors using linearly arrayed photodetectors with optical dispersion devices

Info

Publication number: KR20110043834A
Application number: KR1020090100540A
Authority: KR
Inventors: 방형준; 장문석
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2011-04-28

Abstract

PURPOSE: A system for demodulating FBG sensors using spectroscope and linearly arrayed photodetectors is provided to enable the wavelength of reflective light to be accurately measured at a time by making reflective light from the FBG sensor as spectrum using the spectroscope and by projecting the spectrum to the linearly arrayed photodetectors. CONSTITUTION: A system for demodulating FBG sensors using spectroscope and linearly arrayed photodetectors comprises a light source(110), a spectroscope(120), linearly arrayed photodetectors(130) and an analyzer(140). The light source generates and sends white light or broadband light to the FBG sensor(200). The spectroscope receives and disperses the reflective light by wavelength. The reflective light enters from the light source to the FBG sensor and then is reflected. The linearly arrayed photodetectors detect the dispersed light. The analyzer is connected to the linearly arrayed photodetectors. The analyzer processes the signal generated from the linearly arrayed photodetectors.

Description

Demodulation System for FBG Sensors using Linearly Arrayed Photodetectors with Optical Dispersion Devices}

본 발명은 분광기와 선형 배열 광감지기를 이용한 FBG 센서 복조화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an FBG sensor demodulation device using a spectroscope and a linear array photodetector.

FBG(Fiber Bragg Gratings) 센서, 즉 광섬유 브래그(Bragg)격자 배열형 센서란, 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 일정한 길이에 따라 새긴 후, 온도나 강도 등의 외부의 조건변화에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서이다. 일반적으로 광섬유 코어에는 클래딩보다 굴절률을 높이기 위하여 보통 게르마늄(Ge) 물질이 첨가되는데, 이 물질이 실리카 유리에 안착하는 과정에서 구조 결함(defect)이 생길 수 있다. 이 경우 광섬유 코어에 강한 자외선을 조사하면, 게르마늄의 결합구조가 변형되면서 광섬유의 굴절률이 변화된다. 광섬유 브래그 격자는 이러한 현상을 이용하여 광섬유 코어의 굴절률을 주기적으로 변화시킨 것을 말한다. 이 격자는 브래그 조건을 만족하는 파장만을 반사하고, 그 외의 파장은 그대로 투과시키는 특징을 갖는다. 격자의 주변 온도가 바뀌거 나 격자에 인장이 가해지면, 광섬유의 굴절률이나 길이가 변화되므로 반사되는 빛의 파장이 변화된다. 따라서 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장을 측정함으로써 온도나 인장, 또는 압력, 구부림 등을 감지할 수 있다. 또한, FBG 센서에는 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 격자가 사용되는데, 이 경우 각 격자의 반사 파장을 모두 다르게 함으로써, 반사된 빛의 스펙트럼으로부터 특정 격자가 겪는 물리량을 쉽게 구분할 수 있다.Fiber Bragg Gratings (FBG) sensors, or fiber Bragg lattice array sensors, inscribe several fiber Bragg gratings on a single fiber in a single length, and then change the temperature according to external conditions such as temperature or intensity. It is a sensor using the characteristic that the wavelength of light reflected from the grating is changed. Generally, a germanium (Ge) material is usually added to the optical fiber core in order to increase the refractive index than the cladding, and structural defects may occur when the material is deposited on silica glass. In this case, when irradiated with strong ultraviolet rays to the optical fiber core, the bonding structure of germanium is deformed and the refractive index of the optical fiber is changed. Fiber Bragg grating refers to a periodic change in the refractive index of the fiber core using this phenomenon. This grating reflects only wavelengths satisfying the Bragg condition, and has the characteristic of transmitting other wavelengths as they are. When the ambient temperature of the grating changes or tension is applied to the grating, the refractive index or length of the optical fiber changes, thus changing the wavelength of the reflected light. Therefore, by measuring the wavelength of the light reflected from the optical fiber Bragg grating, it is possible to detect the temperature, tension, pressure, bending. In addition, in the FBG sensor, multiple gratings are used for one strand of optical fiber. In this case, by varying the reflection wavelength of each grating, it is possible to easily distinguish the physical quantity experienced by a particular grating from the reflected light spectrum.

FBG 센서의 가장 큰 응용 중에 하나는 구조물의 상태를 진단하는 것이다. 교량, 댐, 건축물 등의 제작 시에 콘크리트 내부에 FBG 센서를 포설하고, 구조물 내부의 인장 분포나 구부림 정도 등을 감지하여 구조물의 안전 상태를 진단할 수 있다. FBG 센서는 또한 항공기나 헬리콥터 등의 날개 상태 진단 등에도 응용되고 있다.One of the biggest applications of FBG sensors is to diagnose the condition of the structure. When manufacturing bridges, dams, buildings, etc., FBG sensors can be installed inside the concrete, and the safety status of the structure can be diagnosed by detecting the tension distribution and the degree of bending inside the structure. FBG sensors are also used in the diagnosis of wing conditions in aircraft and helicopters.

이와 같이 FBG 센서는, 센서 자체가 고유한 파장값을 가지므로 각종 구조물의 초기값 대비 누적변형을 측정할 수 있으며, 전자 유도의 영향이 없어, 잡음이 없고 신뢰성과 계측 정밀도의 향상이 가능하다. 또한 광섬유 내에 서로 다른 간격을 가지는 브래그 격자를 여러 개 형성할 수 있으므로, 한 가닥의 광섬유 케이블에 최대 30개 정도의 센서를 종속 접속할 수 있으며, 한 개의 센서로 화재 감지(온도 센서), 침입자 감지, 토목구조물의 건전성 감시 등 여러 기능을 동시에 수행할 수 있다. 또한 광섬유센서 방식은 전기식에 비해 측정거리를 10배 이상으로 연장할 수 있으며, 낙뢰의 영향이 없고 고전압, 강자계 환경에서도 사용이 가능하고, 기본적으로 방폭 성능을 구비하고 있으며, 전기식의 경우 배선의 열화, 단락 등으로 발화 의 위험 상존하는 것과는 달리 녹슬거나 부식이 없고, 내구성이 높으며, 발화의 위험이 없어 석유화학 등의 중요 플랜트 내에서도 안전하게 사용할 수 있는 등의 여러 장점이 있다.As such, since the sensor itself has a unique wavelength value, the FBG sensor can measure cumulative deformation compared to the initial value of various structures, and there is no influence of electromagnetic induction, thereby reducing noise and improving reliability and measurement accuracy. In addition, several Bragg gratings with different spacings can be formed in the optical fiber, so that up to 30 sensors can be cascaded to one strand of optical fiber cable. With one sensor, fire detection (temperature sensor), intruder detection, Several functions can be performed at the same time, such as monitoring the soundness of civil structures. In addition, the optical fiber sensor method can extend the measuring distance by more than 10 times compared to the electric type, and can be used in high voltage and ferromagnetic environment without the effect of lightning, and it is basically equipped with explosion-proof performance. Risk of ignition due to deterioration, short circuit, etc. Unlike existing ones, there are various advantages such as no rust or corrosion, high durability, and no risk of ignition so that they can be safely used in important plants such as petrochemicals.

FBG 센서의 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.Briefly, the principle of the FBG sensor is as follows.

먼저 레이저의 원리를 설명하자면, 들뜬 상태인 물질의 양쪽에 소정 간격 d만큼 이격된 거울을 한 쌍 놓을 경우, 들뜬 상태에서 바닥 상태로 전이되면서 방출된 빛은 상기 한 쌍의 거울 사이를 수차례 왕복하게 된다. 이 과정에서 차례로 유도방출이 발생하여 빛은 반복적으로 증폭되는데, 결국 빛은 상기 한 쌍의 거울이 이격된 간격 d 값과 관련된 정상파를 형성하게 되고, 이 조건에 맞는 빛만이 지속적으로 증폭되게 된다. 즉 최종적으로는 (d 값의 함수로 나타나는) 특정 파장의 빛만이 증폭되게 되는 것이다. 이 때 거울 중 1개를 대부분의 빛은 반사하지만 일부(수 %)의 빛은 투과하도록 만들어 두면, 상술한 바와 같이 증폭된 특정 파장의 빛을 외부로 꺼낼 수 있게 된다. 바로 이것이 레이저 광선이다.First, the principle of the laser is described, when a pair of mirrors spaced apart by a predetermined distance d on both sides of the excited material, light emitted from the excited state to the ground state is reciprocated several times between the pair of mirrors. Done. In this process, the induced emission is sequentially generated, and the light is repeatedly amplified. As a result, the light forms a standing wave associated with the spaced distance d value of the pair of mirrors, and only light that meets this condition is continuously amplified. In the end, only light of a certain wavelength (which appears as a function of the value of d) is amplified. At this time, if one of the mirrors reflects most of the light but transmits a portion (several%) of light, the light of a specific wavelength amplified as described above can be taken out. This is the laser beam.

FBG 센서는 상술한 바와 같이 광섬유 내에 브래그 격자가 다수 개 형성되어 있는 형태로 되어 있다. FBG 센서의 일측에 백색광을 입사시키면, 레이저의 원리에서와 같이 빛이 한 쌍의 브래그 격자를 왕복하면서 일부는 반사되고 일부는 투과하게 되며, 결과적으로 다수 개의 브래그 격자를 통과함에 따라 FBG 센서 내의 브래그 격자 간격 값의 함수인 특정 파장의 광선만이 반사되어 나오게 된다. (도 1 참 조)As described above, the FBG sensor has a form in which a plurality of Bragg gratings are formed in the optical fiber. When white light is incident on one side of the FBG sensor, as in the principle of the laser, the light travels back and forth through a pair of Bragg gratings, some of which are reflected and some of which are transmitted, resulting in Bragg in the FBG sensor as it passes through multiple Bragg gratings. Only light of a certain wavelength, which is a function of the grating spacing value, is reflected. (See Figure 1)

상술한 바와 같이 FBG 센서는 광섬유 형태로 되어 구조물 속에 포설되는데, 구조물의 형태가 변형되면 FBG 센서 역시 함께 형태가 변형되고, 이에 따라 브래그 격자의 간격이 달라지게 된다. 이 때 FBG 센서의 일측으로 백색광을 입사시키게 되면 FBG 센서의 형태가 변형되기 전과는 다른 파장의 광선이 나오게 된다. 상술한 바와 같이 반사광의 파장과 브래그 격자의 간격 사이에는 일정한 함수 관계가 있으며, 이를 이용하여 브래그 격자 간격을 계산함으로써 구조물의 인장률 등을 산출할 수 있게 되는 것이다. 변형이 없는 상태, 즉 초기 상태에서의 반사광의 파장은 FBG 센서 제작 단계에서 미리 알고 있는 값이므로, 변형이 일어난 상태에서의 반사광의 파장을 정확히 측정하기만 한다면 인장률을 정확하게 산출할 수 있다. 이와 같이 변형이 일어난 상태에서의 FBG 센서에서의 반사광의 파장을 측정하는 것을 복조화(demodulation)라고 칭한다.As described above, the FBG sensor is installed in the structure in the form of an optical fiber. When the shape of the structure is deformed, the FBG sensor is also deformed together, and thus the distance between Bragg gratings is changed. At this time, when white light is incident on one side of the FBG sensor, light rays of different wavelengths are emitted than before the shape of the FBG sensor is deformed. As described above, there is a constant function relationship between the wavelength of the reflected light and the spacing of the Bragg gratings, and the tensile modulus of the structure can be calculated by calculating the Bragg lattice spacings. Since the wavelength of the reflected light in the non-strained state, that is, the initial state, is a known value at the FBG sensor fabrication stage, the tensile modulus can be accurately calculated only by accurately measuring the wavelength of the reflected light in the deformed state. Measuring the wavelength of the reflected light in the FBG sensor in this state of deformation is called demodulation.

FBG 센서의 복조화 장치는 현재 여러 방법이 있는데, 그 중 대표적인 것은 엣지 필터(edge filter)를 이용하는 방법, 협대역 탐색 필터(narrow band sweeping filter) 스캐닝 방법 등이 있다. 그런데, 엣지 필터를 이용하는 방법의 경우 노이즈가 발생할 확률이 높은 문제가 있으며, 협대역 탐색 필터 스캐닝 방법의 경우 스위핑 속도에 한계가 있어 측정 한계가 존재하는 문제점이 있다.There are currently several methods for demodulating the FBG sensor, and representative examples thereof include an edge filter and a narrow band sweeping filter scanning method. However, in the case of using the edge filter, there is a problem that noise is likely to occur, and in the narrowband search filter scanning method, there is a problem in that a measurement limit exists because the sweeping speed is limited.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 노이즈를 최소화하고 측정 한계를 최대화하면서도 빠르고 정확한 측정을 수행할 수 있도록 하는, 분광기와 선형 배열 광감지기를 이용한 FBG 센서 복조화 장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a spectroscopic and linear array light, which can perform a fast and accurate measurement while minimizing noise and maximizing measurement limits An object of the present invention is to provide an FBG sensor demodulation device using a detector.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 분광기와 선형 배열 광감지기를 이용한 FBG 센서 복조화 장치는, FBG 센서(200)를 복조화하는 FBG 센서 복조화 장치(100)에 있어서, 백색광 또는 광대역 광을 발생시켜 상기 FBG 센서(200)에 입사시키는 광원(110); 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광을 입사받아 파장별로 분산시키는 분광기(disprsion device, 120); 상기 분광기(120)에 의해 분산된 빛을 감지하는 선형 배열 광감지기(linear photo detector array, 130); 상기 선형 배열 광감지기(130)와 연결되어 상기 선형 배열 광감지기(130)로부터 발생된 신호를 처리하여 감지된 빛의 파장 및 이에 따른 상기 FBG 센서(200)의 변형 정도를 산출하는 분석기(140); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The FBG sensor demodulation device using the spectrometer and the linear array light sensor according to the present invention for achieving the above object, in the FBG sensor demodulation device 100 for demodulating the FBG sensor 200, white light or A light source 110 generating broadband light and incident the FBG sensor 200; A spectroscope (120) for dispersing the reflected light incident on the FBG sensor 200 from the light source 110 and then reflected by the wavelength; A linear photo detector array 130 for detecting light scattered by the spectrometer 120; An analyzer 140 connected to the linear array photodetector 130 to process a signal generated from the linear array photodetector 130 to calculate a detected wavelength of light and a degree of deformation of the FBG sensor 200 accordingly; ; And a control unit.

이 때, 상기 FBG 센서 복조화 장치(100)는 상기 FBG 센서(200) 및 상기 광원(110)과 연결되어, 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반 사되어 나온 반사광이 상기 FBG 센서(200)로 재진입되지 않도록 하는 서큘레이터(circulator, 150); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the FBG sensor demodulation device 100 is connected to the FBG sensor 200 and the light source 110, the reflected light that is reflected from the light source 110 after incident on the FBG sensor 200 A circulator (150) to prevent reentry into the FBG sensor 200; It characterized in that it further comprises.

또한, 상기 FBG 센서 복조화 장치(100)는 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광의 구경을 확대시키는 콜리메이터(collimator, 160); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the FBG sensor demodulation device 100 includes a collimator (160) for enlarging the aperture of the reflected light reflected from the light source 110 after entering the FBG sensor 200; And further comprising:

또한, 상기 FBG 센서(200)는 적어도 하나 이상이 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the FBG sensor 200 is characterized in that at least one or more are connected in series.

또한, 상기 분광기(120)는 프리즘인 것이 바람직하다.In addition, the spectrometer 120 is preferably a prism.

본 발명에 의하면, FBG 센서를 복조화함에 있어서, 종래에 엣지 필터를 이용하는 경우 노이즈가 발생하여 정확한 측정이 어려웠던 문제점이나, 또는 협대역 탐색 필터 스캐닝 방법의 경우 스위핑 속도의 한계로 인한 측정 한계가 있어 고주파의 광을 측정하기 어려웠던 문제점 등을 원천적으로 해결하여, 노이즈를 최소화하여 정확한 측정을 가능하게 하고, 또한 측정 한계를 최대화하여 고주파의 광도 쉽게 측정할 수 있게 되는 큰 효과가 있다. 보다 상세히 설명하자면, 본 발명에서는 FBG 센서로부터 나오는 반사광을 프리즘 등과 같은 분광기를 사용하여 분광하고, 이를 선형 배열 광감지기에 투사함으로써, 단번에 정확한 반사광 파장의 측정이 가능하게 하는 효과가 있는 것이다.According to the present invention, in demodulating the FBG sensor, when the edge filter is conventionally used, noise is generated and accurate measurement is difficult, or in the case of the narrowband search filter scanning method, there is a measurement limit due to the limitation of the sweeping speed. It is possible to solve the problem that it is difficult to measure the high frequency light at the source, and to minimize the noise to enable accurate measurement, and also to maximize the measurement limit, there is a great effect that can easily measure the high frequency light. More specifically, in the present invention, by reflecting the reflected light from the FBG sensor using a spectroscope such as a prism and projecting it on a linear array photodetector, it is possible to measure the reflected light wavelength accurately at once.

이와 같이 본 발명에 의하면 정확하면서도 매우 넓은 대역의 FBG 센서 복조 화가 가능할 뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 측정 자체가 단번에 이루어지기 때문에 측정에 걸리는 시간이 종래의 방법(특히 협대역 탐색 필터 스캐닝 방법)에 비해 훨씬 줄어들며, 따라서 종래에 비해 정확하면서도 훨씬 빠른 측정을 할 수 있다는 효과 또한 있다.Thus, according to the present invention, not only accurate and very wide band FBG sensor demodulation is possible, but also because the measurement is performed at once as described above, the time taken for the measurement is compared with conventional methods (especially narrowband search filter scanning method). It is much smaller and therefore has the effect of making accurate and much faster measurements than in the past.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 분광기와 선형 배열 광감지기를 이용한 FBG 센서 복조화 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an FBG sensor demodulation device using a spectrometer and a linear array optical sensor according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 FBG 센서 복조화 장치를 간략하게 도시한 것이다. 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 FBG 센서 복조화 장치(100)는, 광원(110); 분광기(120); 선형 배열 광감지기(130); 및 분석기(140); 를 포함하여 이루어지며, 여기에 서큘레이터(150) 및 콜리메이터(160)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이하에서 각 부에 대하여 보다 상세히 설명한다.2 briefly illustrates an apparatus for demodulating an FBG sensor according to the present invention. As shown, the FBG sensor demodulation device 100 of the present invention, the light source 110; Spectrometer 120; Linear array photodetector 130; And analyzer 140; It is made to include, it may be made to further include a circulator 150 and the collimator 160. Hereinafter, each part will be described in more detail.

상기 광원(110)은 백색광 또는 광대역 광(broadband light)을 발생시켜 상기 FBG 센서(200)에 입사시킨다. FBG 센서의 원리에서 설명한 바와 같이, 상기 FBG 센서(200)로 백색광 또는 다수의 파장의 빛을 포함하는 광대역의 광을 입사시키면, 도 1(B)에 도시되어 있는 바와 같이 상기 FBG 센서(200) 내의 브래그 격자에서 상기 브래그 격자의 간격에 따른 특정 파장의 빛만이 브래그 격자에서 반사 및 증폭 되게 된다. 이에 따라 상기 FBG 센서(200)로부터 나오는 반사광은, 도 1(C)에 도시되어 있는 바와 같이 브래그 격자의 간격에 따른 특정 파장(f)만을 가지게 되는 것이다. 물론 상기 FBG 센서(200)를 통과해 나가는 투과광은, 역시 도 1(C)에 도시되어 있는 바와 같이, 처음 입사시킨 빛(백색광 또는 광대역 광)에서 상기 특정 파장(f)의 빛만이 빠진 빛이 됨은 당연하다.The light source 110 generates white light or broadband light and enters the FBG sensor 200. As described in the principle of the FBG sensor, when the broadband light including white light or light of a plurality of wavelengths is incident to the FBG sensor 200, the FBG sensor 200 as shown in FIG. Only light of a certain wavelength in the Bragg grating within the Bragg grating is reflected and amplified in the Bragg grating. Accordingly, the reflected light emitted from the FBG sensor 200 has only a specific wavelength f according to the spacing of Bragg gratings, as shown in FIG. Of course, the transmitted light passing through the FBG sensor 200, as shown in Figure 1 (C), the first light (white light or broadband light) is the light of the light of only the specific wavelength (f) is missing It is natural.

상기 분광기(disprsion device, 120)는, 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광을 입사받아 파장별로 분산시킨다. 상기 분광기(120)는 파장별로 빛을 분산시킬 수 있는 장치라면 어떤 것이라도 무방하며, 예를 들어 프리즘과 같은 장치일 수 있다. 프리즘은 다수의 파장의 빛을 포함하는 빛(예를 들어 백색광)을 입사시키면, 파장에 따라 굴절이 다르게 이루어지게 되어, 결국 파장별로 빛이 분산되게 된다. 따라서 프리즘을 통과한 빛을 평면에 비추게 되면 파장별로 분산된 스펙트럼을 얻을 수 있게 된다. 예를 들어 가시광선 영역의 빛을 프리즘에 통과시켜 평면에 비추면 파장별로 분산되어 무지개색의 스펙트럼을 시각적으로 확인할 수 있다.The spectrometer 120 receives incident light reflected from the light source 110 and then reflects the reflected light from the light source 110 and scatters the light by wavelength. The spectrometer 120 may be any device capable of dispersing light for each wavelength, and may be, for example, a prism. When the prism enters light (for example, white light) including light of a plurality of wavelengths, the refraction is made differently depending on the wavelength, and thus the light is dispersed for each wavelength. Therefore, when the light passing through the prism is reflected on the plane, it is possible to obtain a spectrum scattered for each wavelength. For example, when light in the visible region passes through a prism and shines on a plane, it is dispersed for each wavelength to visually check the rainbow spectrum.

상기 선형 배열 광감지기(linear photo detector array, 130)는 상기 분광기(120)에 의해 분산된 빛을 감지하며, 상기 분석기(140)는 상기 선형 배열 광감지기(130)와 연결되어 상기 선형 배열 광감지기(130)로부터 발생된 신호를 처리하여 감지된 빛의 파장을 산출한다. 상술한 바와 같이, 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광은 상기 FBG 센서(200) 내 브래그 격자에 따른 특정 파장만을 가지게 된다. 이에 따라 상기 반사광을 상기 분광 기(120)에 통과시키면, 상기 특정 파장의 빛만이 상기 선형 배열 광감지기(130)에 감지되게 된다.The linear photo detector array 130 detects light scattered by the spectrometer 120, and the analyzer 140 is connected to the linear array photo detector 130 to connect the linear array photo detector 130. The signal generated from 130 is processed to calculate the detected wavelength of light. As described above, the reflected light reflected from the light source 110 after being incident on the FBG sensor 200 has only a specific wavelength according to the Bragg grating in the FBG sensor 200. Accordingly, when the reflected light passes through the spectrometer 120, only the light having the specific wavelength is detected by the linear array photodetector 130.

백색광이 상기 분광기(120)를 통과한 후 상기 선형 배열 광감지기(130)로 입사된다면, 상기 선형 배열 광감지기(130)의 모든 위치에서 빛이 감지될 것이다. 그러나 상술한 바와 같이 상기 FBG 센서(200)로부터 나오는 반사광은 특정 파장만을 가질 것이므로, 상기 FBG 센서(200)로부터 나온 반사광이 상기 분광기(120)를 통과한 후 상기 선형 배열 광감지기(130)로 입사되면, 상기 특정 파장에 상응하는 위치에서만 빛의 감지가 이루어지게 된다. 즉, 상기 선형 배열 광감지기(130)의 어느 위치에 빛이 감지가 되었는지를 파악하면 상기 반사광의 파장을 쉽게 측정할 수 있게 된다.If white light is incident on the linear array photodetector 130 after passing through the spectrometer 120, light will be sensed at all positions of the linear array photodetector 130. However, as described above, since the reflected light from the FBG sensor 200 will have only a specific wavelength, the reflected light from the FBG sensor 200 passes through the spectrometer 120 and then enters the linear array photodetector 130. In this case, light is detected only at a position corresponding to the specific wavelength. That is, when the light is detected at which position of the linear array photodetector 130, the wavelength of the reflected light can be easily measured.

상기 분석기(140)는, 상기 선형 배열 광감지기(130)와 연결되어 상기 선형 배열 광감지기(130)로부터 발생된 신호를 처리하여 감지된 빛의 파장 및 이에 따른 상기 FBG 센서(200)의 변형 정도를 산출한다. 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 상기 분석기(140)는, 백색광을 상기 분광기(120)에 통과시켜 상기 선형 배열 광감지기(130)로 입사시킴으로써 상기 선형 배열 광감지기(130)에서 측정되는 기준 범위를 미리 설정하고, 또한 형태가 변형되지 않은 초기 상태의 상기 FBG 센서(200)로부터 나온 반사광이 상기 선형 배열 광감지기(130)에 입사되는 위치를 미리 저장하여 둔다. 상기 FBG 센서(200)가 형태 변형을 일으켰을 때 상기 FBG 센서(200)로부터 나온 반사광을 상기 분광기(120) 통과 후 상기 선형 배열 광감지기(130)에 입사시키면, 상기 분석기(140)는 상기 반사광이 상기 선형 배열 광감지 기(130)에 입사되는 위치를 상기 미리 설정된 기준 범위를 기준으로 측정하여 변화된 파장 값을 쉽게 산출할 수 있다. 또한 상기 분석기(140)는 미리 저장된 초기 파장 위치 값을 사용하여 매우 용이하고 정확하게 상기 FBG 센서(200)의 변형 정도를 산출해 낼 수 있게 된다. 물론 상기 분석기(140)에는, 노이즈 제거 등과 같은 신호 처리 알고리즘이 더 내장되어 있도록 하는 것이 바람직하다.The analyzer 140 is connected to the linear array photodetector 130 and processes the signal generated from the linear array photodetector 130 to detect the wavelength of light detected and the degree of deformation of the FBG sensor 200. Calculate More detailed description is as follows. The analyzer 140 presets the reference range measured by the linear array photodetector 130 by passing white light through the spectrometer 120 and incident the linear array photodetector 130, and deforms the shape. The position at which the reflected light from the FBG sensor 200 in the initial state, which is not in the initial state, is incident to the linear array light sensor 130 is stored in advance. When the FBG sensor 200 causes the shape deformation, when the reflected light from the FBG sensor 200 passes through the spectrometer 120 and then enters the linear array photodetector 130, the analyzer 140 detects the reflected light. The changed wavelength value may be easily calculated by measuring a position incident on the linear array photodetector 130 based on the preset reference range. In addition, the analyzer 140 may calculate the deformation degree of the FBG sensor 200 very easily and accurately by using a pre-stored initial wavelength position value. Of course, it is preferable that the analyzer 140 further includes a signal processing algorithm such as noise cancellation.

상술한 바와 같이 본 발명의 FBG 센서 복조화 장치(100)는, 상기 FBG 센서(200)로부터 나온 반사광을 상기 분광기(120)를 통과시켜 상기 선형 배열 광감지기(130)에 입사시킴으로써 상기 반사광의 파장을 측정한다. 이 때 상기 반사광을 처리하는 과정이 최소화됨으로써 엣지 필터를 사용하는 방법 등에서와는 달리 노이즈 발생을 최소화하여, 정확도를 크게 높일 수 있다. 또한 기계적 구동부 등을 전혀 필요로 하지 않기 때문에, 종래의 협대역 탐색 필터 스캐닝 방법에서 스위핑 속도의 한계로 인하여 고주파의 광을 측정할 수 없었던 것과는 달리 매우 넓은 반사광을 쉽게 측정할 수 있다. 더불어 본 발명의 FBG 센서 복조화 장치(100)는, 상술한 바와 같이 상기 반사광의 파장을 단번에 측정하게 되므로, 협대역 탐색 필터 스캐닝 방법 등에서와는 달리 측정 시간 또한 최소화할 수 있게 된다.As described above, the FBG sensor demodulation device 100 of the present invention passes the reflected light from the FBG sensor 200 through the spectrometer 120 and enters the linear array photodetector 130 to thereby wavelength of the reflected light. Measure At this time, the process of processing the reflected light is minimized, unlike in the method of using an edge filter, etc., thereby minimizing noise generation and greatly increasing the accuracy. In addition, since no mechanical driver or the like is required, a very wide reflected light can be easily measured, unlike the conventional narrowband search filter scanning method, which cannot measure high frequency light due to the limitation of the sweeping speed. In addition, since the FBG sensor demodulation device 100 of the present invention measures the wavelength of the reflected light at once as described above, the measurement time can be minimized, unlike in the narrowband search filter scanning method.

본 발명의 FBG 센서 복조화 장치(100)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 서큘레이터(circulator, 150)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 서큘레이터(150)는, 상기 FBG 센서(200) 및 상기 광원(110)과 연결되어, 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광이 상기 FBG 센서(200)로 재진입되지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 서큘레이터(150)를 구비시킴으로써, 측정 시 노이즈 발생 가능성을 더욱 축소할 수 있다.The FBG sensor demodulation device 100 of the present invention preferably further includes the circulator 150 as shown in FIG. 2. The circulator 150 is connected to the FBG sensor 200 and the light source 110, and the reflected light reflected from the light source 110 after being incident on the FBG sensor 200 is reflected in the FBG sensor 200. ) To prevent reentry. By providing the circulator 150, it is possible to further reduce the possibility of noise generation during measurement.

또한, 본 발명의 FBG 센서 복조화 장치(100)는 역시 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 콜리메이터(collimator, 160)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 콜리메이터(160)는 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광의 구경을 확대시키는 역할을 한다. 상기 FBG 센서(200)는 광섬유로 이루어지는 바, 상기 FBG 센서(200)로부터 나오는 반사광은 매우 그 구경이 협소하여 상기 분광기(120)에 입사시켜 분산시키는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서 상기 반사광이 상기 콜리메이터(160)를 통과하도록 함으로써 그 구경을 확대시켜, 상기 반사광이 보다 용이하게 상기 분광기(120)에서 분산될 수 있게 된다.In addition, the FBG sensor demodulation device 100 of the present invention preferably further comprises the collimator (160) as shown in FIG. The collimator 160 serves to enlarge the diameter of the reflected light reflected from the light source 110 after being incident on the FBG sensor 200. Since the FBG sensor 200 is formed of an optical fiber, the reflected light emitted from the FBG sensor 200 may have a very narrow aperture, which may cause difficulty in entering and dispersing the spectrometer 120. Therefore, by allowing the reflected light to pass through the collimator 160, the aperture is enlarged, so that the reflected light can be more easily dispersed in the spectrometer 120.

본 발명의 FBG 센서 복조화 장치(100)는 상술한 바와 같이 반사광이 상기 분광기(120)를 통과하도록 함으로써 상기 선형 배열 광감지기(130)의 특정 위치에 도달하도록 하는 원리로 구성되는 바, 다수 개의 FBG 센서(200)로부터 나오는 반사광을 한꺼번에 측정하여도 아무런 악영향이 발생하지 않는다. 즉, 다수 개의 FBG 센서(200)로부터 나오는 반사광이 가지는 파장이 각각 f1, f2, …라 할 때, 이 반사광들을 합쳐서 한꺼번에 상기 분광기(120)를 통과시키면, 각각의 파장 f1, f2, …에 따라 각각의 FBG 센서(200)로부터 나오는 반사광들이 굴절되는 정도가 다르기 때문에, 상기 선형 배열 광감지기(130)의 해당 위치에 각각 입사되게 되는 것이다. 이와 같이 상기 FBG 센서(200)가 적어도 하나 이상이 직렬 연결되어도, 본 발명의 FBG 센서 복조화 장치(100)는 노이즈 없이 정확하게 각각의 반사광들을 측정할 수 있다.As described above, the FBG sensor demodulation device 100 of the present invention consists of a principle of reaching the specific position of the linear array photodetector 130 by allowing the reflected light to pass through the spectrometer 120. Even if the reflected light from the FBG sensor 200 is measured at once, no adverse effect occurs. That is, the wavelengths of the reflected light emitted from the plurality of FBG sensors 200 are respectively f1, f2,... When the reflected light is added together and passed through the spectrometer 120 at once, the respective wavelengths f1, f2,... Since the reflected light emitted from each FBG sensor 200 is refracted differently, the incident light is incident on the corresponding position of the linear array photodetector 130. As described above, even if at least one of the FBG sensors 200 is connected in series, the FBG sensor demodulation device 100 of the present invention can accurately measure the respective reflected lights without noise.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application of the present invention is not limited to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made.

도 1은 FBG 센서의 원리.1 is a principle of the FBG sensor.

도 2는 본 발명에 의한 FBG 센서 복조화 장치.2 is a FBG sensor demodulation device according to the present invention.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS

100: (본 발명의) 복조화 장치100: demodulation device (of the present invention)

110: 광원110: light source

120: 분광기120: spectrometer

130: 선형 배열 광감지기130: linear array photodetector

140: 분석기140: analyzer

150: 서큘레이터150: circulator

160: 콜리메이터160: collimator

200: FBG 센서200: FBG sensor

Claims

In the FBG sensor demodulation device 100 for demodulating the FBG sensor 200,

A light source 110 generating white light or broadband light and incident the FBG sensor 200;

A spectroscope (120) for dispersing the reflected light incident on the FBG sensor 200 from the light source 110 and then reflected by the wavelength;

A linear photo detector array 130 for detecting light scattered by the spectrometer 120;

An analyzer 140 connected to the linear array photodetector 130 to process a signal generated from the linear array photodetector 130 to calculate a detected wavelength of light and a degree of deformation of the FBG sensor 200 accordingly; ;

FBG sensor demodulation device using a spectroscope and a linear array light sensor, characterized in that comprises a.

According to claim 1, wherein the FBG sensor demodulation device 100

The circulator is connected to the FBG sensor 200 and the light source 110 so that the reflected light reflected from the light source 110 and then reflected from the light source 110 does not reenter the FBG sensor 200. (circulator, 150);

FBG sensor demodulation device using a spectroscope and a linear array optical sensor, characterized in that it further comprises.

According to claim 1, wherein the FBG sensor demodulation device 100

A collimator (160) for enlarging the aperture of the reflected light reflected from the light source 110 after being incident on the FBG sensor 200;

FBG sensor demodulation device using a spectroscope and a linear array light sensor, characterized in that further comprises.

The method of claim 1, wherein the FBG sensor 200

At least one FBG sensor demodulation device using a spectroscopic and linear array light sensor, characterized in that connected in series.

The method of claim 1, wherein the spectrometer 120

An FBG sensor demodulation device using a spectroscope and a linear array photodetector, characterized in that it is a prism.