KR0173492B1 - Signal handling method and circuit of interference type optical fiber sensor - Google Patents

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KR0173492B1 KR1019940033428A KR19940033428A KR0173492B1 KR 0173492 B1 KR0173492 B1 KR 0173492B1 KR 1019940033428 A KR1019940033428 A KR 1019940033428A KR 19940033428 A KR19940033428 A KR 19940033428A KR 0173492 B1 KR0173492 B1 KR 0173492B1
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Abstract

본 발명은 간섭형 광섬유 센서의 신호 처리방법 및 회로를 공개한다. 그 방법은 길이차이가 L인 간섭형 광섬유 센서의 신호처리방법에 있어서, 센서신호를 레이저 변조펄스가 인가된 후 제1, 제2시점 또는 제1, 제2, 제3시점에서 샘플링을 수행하거나 펄스폭이 좁고 특정한 진폭의 차이를 갖는 2-3종류의 레이저 변조펄스를 인가하여 발생한 광펄스를 간섭계에 전달하여 얻은 센서출력을 샘플링하여, 이 중 두 시점에서의 샘플링 데이타를 이용하여 센서 출력신호의 위상의 증감방향, 광세기의 기준값 설정 및 하프 프린지 수의 계수를 수행하는 단계, 상기 센서에서 광연결선 주변환경의 변화인 광손실 인자를 고려한 상기 제1,제2,제3시점 또는 변조펄스열에서의 샘플링 데이타 Ra',Rb',Rc'을 구하는 단계, 샘플링 데이타 Ra',Rb',Rc'의 크기의 증가 또는 감소에 따라 계수를 증가 또는 감소시키고 동시에 필요에 따라 동일 프린지내에서 특성곡선을 세분하여 피측정량의 변화량을 측정하는 단계, 상기 피측정량의 변화량을 센서의 감도에 의해서 나눔에 의해서 간섭계의 측정신호를 구하는 단계로 이루어져 있다. 따라서, 공극 길이가 비교적 짧은 FP간섭계를 이용한 광센서 뿐만아니라 다른 종류의 간섭계를 이용한 광섬유 센서를 값비싼 광학 부품의 수를 최소로 이용하여 실용화가 가능하다.The present invention discloses a signal processing method and circuit of an interference type optical fiber sensor. The method is a signal processing method of an interference type optical fiber sensor having a length difference of L, wherein the sensor signal is sampled at a first, second or first, second, or third time after a laser modulation pulse is applied. Sample the sensor output obtained by transferring the optical pulse generated by applying 2-3 kinds of laser modulation pulses with narrow pulse width and specific amplitude difference to the interferometer, and using the sampling data at two time points Performing a step of increasing / decreasing the phase of the light source, setting a reference value of the light intensity, and counting the number of half fringes. Obtaining the sampling data R a ', R b ', R c 'from, increase or decrease the coefficient according to the increase or decrease of the size of the sampling data R a ', R b ', R c ' same Subdividing the curve in Lindsay and consists of a step, the amount of change in the quantity to be measured to measure the change amount of the measured amount in step to obtain a measurement signal of the interferometer by dividing by the sensitivity of the sensor. Therefore, optical sensors using FP interferometers with relatively short pore lengths, as well as optical sensors using other types of interferometers, can be put to practical use by minimizing the number of expensive optical components.

Description

간섭형 광섬유 센서의 신호 처리방법 및 회로Signal Processing Method and Circuit of Coherent Fiber Optic Sensor

제1도는 Mach Zehnder(MZ)형 간섭계를 이용한 센서를 나타내는 것이다.1 shows a sensor using a Mach Zehnder (MZ) type interferometer.

제2도는 Fabry-Perot(FP)간섭계를 이용한 센서를 나타내는 것이다.2 shows a sensor using a Fabry-Perot (FP) interferometer.

제3도는 피측정량에 의해 유도된 광의 위상 편이에 대한 간섭계의 응답을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the response of the interferometer to the phase shift of light induced by the measured amount.

제4도는 본 발명의 거울 내장형 광섬유 FP간섭계를 나타내는 것이다.4 shows a mirror-mounted optical fiber FP interferometer of the present invention.

제5도는 본 발명의 간섭형 광섬유 센서의 신호처리회로의 개략적인 블록도를 나타내는 것이다.5 is a schematic block diagram of a signal processing circuit of the interference type optical fiber sensor of the present invention.

제6도는 레이저 다이오우드의 변조 펄스 시작후 시간에 따른 레이저 주파수의 변화를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the change in laser frequency with time after the start of the modulation pulse of the laser diode.

제7도는 레이저 다이오우드의 변조 펄스 시작후 시간에 따른 간섭계의 반사율의 변화를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the change in reflectance of the interferometer with time after the start of the modulation pulse of the laser diode.

제8도는 규준화된 센서신호의 샘플출력의 특성 그래프를 나타내는 것이다.8 shows a characteristic graph of the sample output of the normalized sensor signal.

제9도는 제5도에 나타낸 아날로그/디지탈 변환기의 입력단에서의 광신호로서 두 개의 간섭계로부터 반사된 신호열, 샘플링 펄스열, 및 아날로그/디지탈 변환기의 데이타 라인중 한라인에서의 샘플 데이터를 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing sample data of one of a signal string reflected from two interferometers, a sampling pulse string, and a data line of an analog / digital converter as an optical signal at an input terminal of the analog / digital converter shown in FIG.

제10도는 온도 대 하프 프린지의 수의 관계를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the relationship between the temperature and the number of half fringes.

본 발명은 광섬유 센서의 신호 처리 방법 및 회로에 관한 것으로, 특히 광섬유 간섭계를 이용한 센서의 신호 처리 방법 및 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a signal processing method and circuit of an optical fiber sensor, and more particularly, to a signal processing method and circuit of a sensor using an optical fiber interferometer.

간섭형 광섬유 센서는 피측정량을 광섬유의 길이 변화 또는 굴절율의 변화로 바꾼 후 이에 의한 광로의 변화를 간섭계로 감지해내는 원리를 응용한 센서로서 간섭계의 형태로는 Mach-Zehnder(MZ), Michelson, Fabry-Perot(FP) 또는 Sagnac형이 주로 사용된다. 파동의 간섭현상을 이용하여 ∼1μrad정도의 광로차(OPD; Optical Pathlength Difference)에 의한 위상 편이까지도 측정할 수 있다는 고감도 특성과 광을 사용함으로써 얻을 수 있는 장점, 특히 저손실, 다중화 능력, 전자파 간섭 및 부식에 대한 내성등을 이용한다.The interference type optical fiber sensor is a sensor that applies the principle of detecting the change of optical path by the interferometer after changing the measured amount into the change of the length of the optical fiber or the change of the refractive index. Mach-Zehnder (MZ), Michelson , Fabry-Perot (FP) or Sagnac type are mainly used. Using the wave interference phenomenon, it is possible to measure the phase shift by the optical path length difference (OPD) of ~ 1μrad and the advantage that can be obtained by using light, especially low loss, multiplexing ability, electromagnetic interference and Use resistance against corrosion.

제1도는 MZ형 간섭계를 이용한 센서를 나타내는 것이다.1 shows a sensor using an MZ-type interferometer.

제1도에 나타낸 MZ형 간섭계는 레이저 다이오우드(1), 광결합기(2, 3), 광검출기(4), 센싱 섬유(5), 및 기준 섬유(6)으로 구성되어 있다.The MZ type interferometer shown in FIG. 1 is composed of a laser diode 1, optical couplers 2 and 3, a photodetector 4, a sensing fiber 5, and a reference fiber 6.

MZ형 간섭계의 경우, 신호 광섬유를 피측정 대상에 노출시켜 피측정량의 변화에 의한 광섬유의 굴절율 변화 또는 길이의 팽창/수축을 유도하며, 따라서 광결합기(2)로부터 광 결합기(3)사이의 전 구간이 센싱구간으로 작용한다. 동시에 기준 광섬유를 피측정량의 영향으로부터 격리하기 위해 계측 시스템과 센서소자의 구간은 길이가 긴 2가닥의 광섬유로 연결하는 것이 필요하며, 이 경우 센싱부를 측정대상 구역으로 인도해주기 위한 리이드 부분과 센싱구간의 한계가 명확하지 못한 문제점이 있다.In the case of the MZ type interferometer, the signal optical fiber is exposed to the object to be measured to induce a change in the refractive index of the optical fiber or an expansion / contraction of the length due to the change of the measured amount, and thus the The whole section acts as a sensing section. At the same time, in order to isolate the reference optical fiber from the influence of the measured quantity, it is necessary to connect the length of the measurement system and the sensor element with two long optical fibers, in which case the lead portion and the sensing portion for guiding the sensing unit to the measurement target area There is a problem that the limit of the interval is not clear.

제2도는 FP(Fabry-Perot)간섭계를 이용한 센서를 나타내는 것이다.2 shows a sensor using a Fabric-Perot (FP) interferometer.

제2도에 나타낸 FP간섭계는 레이저 다이오우드(10), 광결합기(20), 거울(30), 및 광섬유(40)으로 구성되어 있다.The FP interferometer shown in FIG. 2 is composed of a laser diode 10, an optical coupler 20, a mirror 30, and an optical fiber 40.

Fabry-Perot(FP)간섭계는 센싱구간이 거울(30)사이의 구간으로 명확히 구분되며, 반사모드로 사용될 경우 계측시스템과 센서소자의 연결이 1가닥의 광섬유로 연결될 수 있으며, 값비싼 광부품의 최소수 사용, 간단하고 소형인 장점이 있으며, 특히 광위상과 편광효과에 대한 리이드선의 영향을 받지 않는다는 장점이 있었다. 따라서, 공극(cavity)의 길이가 충분히 짧은 경우 편광에 의한 신호약화 현상을 고려치 않아도 무방하다.In the Fabry-Perot (FP) interferometer, the sensing section is clearly divided into the section between the mirrors 30, and when used in the reflection mode, the connection between the measurement system and the sensor element can be connected with one optical fiber. It has the advantage of using the minimum number, simple and small size, and especially has the advantage that it is not affected by the lead wire for the light phase and polarization effect. Therefore, when the cavity length is sufficiently short, the signal weakening due to polarization may not be considered.

피측정량에 의해 유도된 광의 위상 편이에 대한 간섭계의 응답은 제3도에 나타낸 바와 같이 사인파 형태로 주어지며, 센싱감도 또한 상수 형태로 주어지지 않고 사인파 형태의 주기성을 가진다.The response of the interferometer to the phase shift of the light induced by the measurand is given in the form of a sine wave as shown in FIG. 3, and the sense of sensitivity is also not given in a constant form and has a sinusoidal periodicity.

고감도와 넓은 등적 범위를 갖고 측정하기 위해서는 우선 센서소자의 감도를 일정하게 유지하여 신호 약화현상에 의한 측정에러를 피해야하며 이를 위해 다양한 종류의 신호처리방법이 발표되었다.In order to measure with high sensitivity and wide equivalence range, the sensitivity of sensor element should be kept constant to avoid measurement error caused by signal weakening.

이들 신호처리방법은 크게 호모다인(homodyne) 방식과 헤테로다인(heterodyne) 방식으로 분류될 수 있다. 헤테로다인 방식은 부피 및 전력소모가 크고, 광학부품의 정렬 문제를 비롯한 가격 및 복잡성 등 많은 문제를 유발시키는 위상 변조기 또는 주파수 천이기(frequency shifter)를 필요로 한다. 또한, 호모다인 방식의 경우 서로 파장이 다른 2개의 광원을 요하거나 편광을 이용하기 위해 편광유지 광섬유 부품을 사용하기도 하며, 그외 3×3결합기등과 같은 특수 광부품 또는 전자부품을 필요로 하고, 또 많은 경우 위상 변이량이 2π이내인 경우 또는 2π보다 아주 큰 경우로 제한되어 피측정량의 변화에 의한 위상 편이량을 크게한 후 프린지(fringe)의 수를 세는 방식의 프린지 카운팅(fringe counting)방법을 사용하고 있다.These signal processing methods can be broadly classified into a homodyne method and a heterodyne method. The heterodyne method requires a large volume and power consumption, and a phase modulator or frequency shifter, which causes many problems such as cost and complexity, including an optical component alignment problem. In addition, the homodyne method requires two light sources having different wavelengths or uses polarization maintaining optical fiber parts to use polarized light, and also requires special optical parts or electronic parts such as 3 × 3 combiners, In many cases, the fringe counting method is limited to the case where the phase shift amount is within 2π or very large than 2π, and the number of fringes is counted after increasing the amount of phase shift due to the change of the measured amount. I'm using.

따라서, 센싱구간이 짧아 피측정량에 의한 위상 편이량이 작은 센서소자의 경우 센서의 감도가 문제되며, 동시에 피측정량의 변화방향(증가 또는 감소)에 대한 정보를 제공받을 수 없다는 단점이 있었다. Fringe Counting방법의 문제점을 해결하기 위해 LED등과 같은 광대역(broadband) 광원을 사용하거나 서로 파장이 다른 2개의 광원을 사용한 신호처리 방법이 제안되었으나, 이들 신호처리 방법의 경우 센서감도 및 동적 범위의 제한 또는 많은 수의 값비싼 광부품의 사용으로 인한 가격등의 문제점이 있었다.Therefore, in the case of a sensor element having a short sensing period and a small amount of phase shift due to the measured amount, the sensitivity of the sensor is problematic, and at the same time, information on the change direction (increase or decrease) of the measured amount is not provided. In order to solve the problem of the Fringe Counting method, a signal processing method using a broadband light source such as an LED lamp or two light sources having different wavelengths has been proposed, but in the case of these signal processing methods, the sensitivity of the sensor and the dynamic range are limited or There are problems such as the price due to the use of a large number of expensive optical parts.

본 발명의 목적은 레이저 다이오우드의 발진 주파수 변조와 센서소자로부터의 간섭신호를 샘플링한 데이타를 이용하여 센서신호의 변화방향판정과 함께 신호약화 현상을 피할 수 있는 간섭형 광섬유센서의 신호처리방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a signal processing method of an interference type optical fiber sensor which can avoid signal attenuation along with the change direction of the sensor signal by using the oscillation frequency modulation of the laser diode and sampling data of the interference signal from the sensor element. It is.

본 발명의 다른 목적은 일반 불평형 형태의 간섭형 광섬유센서 뿐만 아니라 기존의 간섭형 센서 신호처리 방법으로는 신호처리가 용이하지 않은 공극 길이가 수 밀리미터(㎜)에서 수 미터(m)의 FP 광섬유센서에서도 사용가능한 간섭형 광섬유센서의 신호처리방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is a FP optical fiber sensor having a pore length of several millimeters (mm) to several meters (m), which is not easily processed by conventional interference sensor signal processing methods as well as general unbalanced interference optical fiber sensors. It is to provide a signal processing method of the interference type optical fiber sensor that can be used in.

본 발명의 또 다른 목적은 디지탈 호모다인 검출방식을 이용한 간섭형 광섬유센서의 신호처리회로를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a signal processing circuit of an interference type optical fiber sensor using a digital homodyne detection method.

상기 목적과 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지탈 호모다인 검출방식을 이용한 간섭형 광섬유센서의 신호처리방법은 길이 L의 광섬유가 반사율 R1, R2인 두 거울에 의해 구획되어진 거울 내장형 간섭계 광섬유 센서의 신호 처리방법에 있어서, 상기 거울에 의해서 반사된 레이저 변조펄스가 인가된 후 제1, 제2시점 또는 제1, 제2, 제3시점에서 샘플링을 수행하고, 이 중 두 시점에서의 샘플링 데이타를 이용하여 센서 출력신호의 위상의 증감 방향, 광세기의 기준값을 설정 및 하프 프린지수의 계수를 수행하는 단계, 상기 센서에서 광연결선 주변환경의 변화인 광손실 인자를 고려하여 상기 제1, 제2, 제3시점에서의 샘플링 데이타 Ra',Rb',Rc'을 구하는 단계, 샘플링 데이타 Ra',Rb',Rc'의 크기의 증가 또는 감소에 따라 계수를 증가 또는 감소시킴에 의해서 피측정량의 변화량을 측정하는 단계, 상기 피측정량의 변화량을 센서의 감도에 의해서 나눔에 의해서 간섭계의 측정신호를 구하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.The signal processing method of the interference type optical fiber sensor using the digital homodyne detection method of the present invention for achieving the above object and other objects is a mirror-integrated interferometer optical fiber partitioned by two mirrors of length L optical fiber R 1 , R 2 In the signal processing method of the sensor, sampling is performed at the first, second or first, second, and third time points after the laser modulation pulses reflected by the mirror are applied, and sampling at two of them. Setting a phase of the sensor output signal, a reference value of the light intensity, and performing a coefficient of half fringe, using the data, taking into account the optical loss factor that is a change of the peripheral environment of the optical line in the sensor; Obtaining the sampling data R a ′, R b ′, R c ′ at the second and third time points; increasing or decreasing the coefficient according to an increase or decrease in the size of the sampling data R a ′, R b ′, R c ′, or On decrease And measuring the change amount of the measured amount by the Kim, and obtaining the measurement signal of the interferometer by dividing the change amount of the measured amount by the sensitivity of the sensor.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지탈 호모다인 검출방식을 이용한 간섭형 광섬유센서의 신호처리회로는 길이 L의 광섬유가 반사율 R1, R2인 두 거울에 의해 구획되어진 거울 내장형 간섭계 광섬유 센서의 신호 처리회로에 있어서, 상기 광섬유에 광을 전달하기 위한 레이저 다이오우드, 상기 레이저 다이오우드를 구동하기 위한 레이저 다이오우드 구동수단, 소정 주파수의 클럭 펄스신호를 발생하기 위한 수정 발진기, 상기 수정 발진기의 출력 펄스신호를 펄스폭 변조하기 위한 펄스폭 변조수단, 상기 수정 발진기의 출력 펄스신호를 샘플링하기 위한 샘플링 펄스 발생수단, 상기 광 검출수단으로 부터의 레이저 변조펄스가 인가된 후 제1, 제2시점 또는 제1, 제2, 제3시점에서 샘플링을 수행하고, 이 중 두 시점에서의 샘플링 데이타를 이용하여 센서 출력신호의 위상의 증감 방향, 광세기의 기준값을 설정 및 하프 프린지 수의 계수하고, 상기 센서에서 광연결선 주변환경의 변화인 광손실 인자를 고려한 상기 제1, 제2, 제3시점에서의 샘플링 데이타 Ra',Rb',Rc'을 아래의 식에 의해 구하고, 샘플링 데이타 Ra',Rb',Rc'의 크기의 증가 또는 감소에 따라 계수를 증가 또는 감소시킴에 의해서 피측정량의 변화량을 측정하고, 상기 피측정량의 변화량을 센서의 감도에 의해서 나눔에 의해서 측정신호를 구하기 위한 신호 처리수단을 구비한 것을 특징으로 한다.The signal processing circuit of the interference type optical fiber sensor using the digital homodyne detection method of the present invention for achieving the above another object is a mirror-integrated interferometer optical fiber sensor in which the length L optical fiber is partitioned by two mirrors having reflectivity R 1 , R 2 A signal processing circuit comprising: a laser diode for transmitting light to the optical fiber, a laser diode driving means for driving the laser diode, a crystal oscillator for generating a clock pulse signal of a predetermined frequency, and an output pulse signal of the crystal oscillator Pulse width modulation means for pulse width modulation, sampling pulse generation means for sampling the output pulse signal of the crystal oscillator, and a first, second time point or first time after the laser modulation pulse from the light detection means is applied. Sampling is performed at the second and third time points, and the sampling data at the two time points is By setting the reference value of the phase of the sensor output signal, the direction of increase and decrease of the light intensity, and counting the number of half fringes, and considering the optical loss factor that is the change of the peripheral environment of the optical line in the sensor. The sampling data of R a ', R b ', R c 'is obtained by the following equation, and the coefficient is increased or decreased as the size of the sampling data R a ', R b ', R c ' increases or decreases. And a signal processing means for measuring a change amount of the measured amount and obtaining a measurement signal by dividing the change amount of the measured amount by the sensitivity of the sensor.

첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 디지탈 호모다인 검출방식을 이용한 간섭형 광섬유센서의 신호처리방법 및 회로를 설명하면 다음과 같다.The signal processing method and circuit of the interference type optical fiber sensor using the digital homodyne detection method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

제4도는 본 발명의 거울 내장형 광섬유 FP간섭계를 나타내는 것이다.4 shows a mirror-mounted optical fiber FP interferometer of the present invention.

거울 내장형 광섬유 FP간섭계는 길이(L)의 광섬유가 반사율(R1, R2)인 두 거울에 의해 구획되어진 거울 내장형 FP간섭계는 단모드 광섬유 단면에 유전체(주로 TiO2를 이용)를 코팅한 것과 코팅하지 않은 광섬유를 용융접합(Fusion Splicing)하여 제작된 거울을 거리(L)을 두고 2개를 연속적으로 배치함으로써 제작된다.Mirror embedded optical fiber FP interferometer length mirror, an optical fiber of the (L) been defined by the two mirror reflectivity (R 1, R 2) built-FP interferometer as those coated with a dielectric (usually using a TiO 2) in the diagnostic mode optical fiber section Mirrors produced by fusion splicing the uncoated optical fiber are fabricated by continuously placing two mirrors at a distance (L).

본 발명에서 사용된 FP간섭계는 간섭계를 이루는 두 거울의 반사율이 1보다 충분히 작은 간섭계로서 이 간섭계에서 반사된 광을 사용한다. 두 거울의 반사율과 투과율이 각각 R1, R2와 T1. T2일 때 간섭계의 반사율 R은 The FP interferometer used in the present invention uses the light reflected by the interferometer as an interferometer whose reflectance of the two mirrors constituting the interferometer is sufficiently smaller than one. The reflectivity and transmittance of the two mirrors are R 1 , R 2 and T 1 . When T 2 the reflectance R of the interferometer is

로 주어진다.Is given by

거울내장형 FP간섭계를 이용한 광섬유 온도센서는 각 1개씩의 FP간섭계, 레이저 다이오우드, 광검출기, 방향성 결합기가 광부품으로 사용되며, 이들 광부품을 연결하는 단모드 광섬유로 구성되어 있다. 또한, 광원의 구동과 신호처리를 위한 레이저 구동회로와 신호처리회로가 추가되며, 제5도는 이의 개략적인 블록도이다.In the optical fiber temperature sensor using the mirror-type FP interferometer, each FP interferometer, laser diode, photodetector, and directional coupler are used as optical components, and are composed of short-mode optical fibers connecting these optical components. In addition, a laser driving circuit and a signal processing circuit for driving the light source and signal processing are added, and FIG. 5 is a schematic block diagram thereof.

제5도에 나타낸 블록도는 레이저 구동회로(100), 펄스폭 변조회로(110), 수정 발진기(120), 레이저 다이오우드(130, 140), 광분리기(150), 미러(160)를 내장한 광섬유(170), 신호 처리부(180), 샘플링 펄스 발생기(190), 아날로그/디지탈 변환회로(200), 및 카운터(210)으로 구성되어 있다.The block diagram shown in FIG. 5 includes a laser drive circuit 100, a pulse width modulation circuit 110, a crystal oscillator 120, laser diodes 130 and 140, an optical separator 150, and a mirror 160. The optical fiber 170, the signal processor 180, the sampling pulse generator 190, the analog / digital conversion circuit 200, and the counter 210 are configured.

제5도에서 레이저는 주입전류로 직류 바이어스 전류와 함께 펄스를 가함으로써 펄스폭 변조회로(110)에서 펄스변조되며, 변조된 광출력은 유도 광섬유를 통하여 간섭계로 도달한 후 상기 식(1)에 나타낸 반사율(R)만큼 반사되어 광검출기(140)로 되돌아온다. 레이저는 전류펄스가 가해지는 동안 출력광세기의 변조와 동시에 주파수 처핑(frequency chirping)에 의해 주파수 또한 변조되며, 레이저 펄스변조 기간동안의 주파수 처핑에 의한 광주파수의 변화는 제6도에 나타낸 것과 같이 시간의 지수함수 형태로 주어진다.In FIG. 5, the laser is pulse-modulated in the pulse width modulation circuit 110 by applying a pulse along with a direct current bias current as an injection current, and the modulated light output reaches the interferometer through the inductive fiber and then It is reflected by the indicated reflectance R and returned to the photodetector 140. The frequency is also modulated by frequency chirping at the same time as the output light intensity is modulated while the current pulse is applied, and the change of the optical frequency due to frequency chirping during the laser pulse modulation period is shown in FIG. It is given in the form of an exponential function of time.

간섭계의 측정신호 M과 레이저 주파수 ν의 R에 대한 영향을 밝히기 위해 식(2)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.Equation (2) can be expressed as follows to clarify the influence of the measured signal M of the interferometer and R on the laser frequency ν.

식(3)에서 ψ0는 M=M0및 ν=ν0일 때의 위상차이며,In formula (3), ψ 0 is a phase difference when M = M 0 and ν = ν 0 ,

로 주어지고, 여기에서 ΔM=M-M0Δν-ν0그리고 M0와 ν0는 측정신호 및 광주파수의 기준값(또는 초기값)으로 ν0는 전류펄스가 가해진 후 임의 시간 ta만큼 지연된 시점에서의 광주파수이다.Where ΔM = MM 0 Δν-ν 0 and M 0 and ν 0 are the reference values (or initial values) of the measured signal and optical frequency, and ν 0 at a time delayed by a given time t a after the current pulse is applied. Is the optical frequency of.

일반적으로, 레이저를 광원으로 하는 광학시스템에서 식(5)의 두 번째항은 1보다 훨씬 작은 값으로 주어지며, 따라서 광섬유의 분산효과는 0으로 무시 가능하다. 이때 식(5)는In general, the second term of Eq. (5) is given much smaller than 1 in an optical system using a laser as a light source, so the dispersion effect of the optical fiber is negligible to zero. Equation (5) is

으로 주어지며, 제7도는 공극 길이가 1센티미터(㎝)인 FP간섭계의 광출력을 측정신호의 변화가 없고, 처핑에 의한 광주파수의 최대변화가 12GHz, 그리고 처핑의 시간상수가 470ns일 경우에 대해 보인 것이다.Fig. 7 shows the optical output of an FP interferometer with a pore length of 1 centimeter (cm) without any change in the measurement signal, when the maximum change in optical frequency due to chipping is 12 GHz, and the time constant of chipping is 470 ns. It is shown.

간섭계로 부터의 광의 세기 정보를 이용하여 광위상 변화량을 측정하기 위해 본 발명에서는 레이저 다이오우드의 변조 전류펄스 기간동안의 주파수 처핑을 이용한다. 즉, 신호처리부(180)에서는 레이저 변조펄스가 가해진 후 ta, tb의 두 지점 또는 ta, tb,tc의 세지점에서 샘플링을 수행하고, 이 중 두 데이타를 이용하여 센서 출력신호 위상의 증감방향 결정, 광세기 기준값 설정(intensity referencing)과 하프 프린지(half fringe)수의 세기(fringe counting)등을 수행하게 된다. 따라서, 레이저 펄스 1개당 2회 이상의 샘플링을 수행하게 되며, 레이저 변조 주파수를 fmod라고 할 때 이보다 높은 주파수를 가진 오실레이터(oscillator)를 필요로 한다.In order to measure the amount of optical phase change using the intensity information of the light from the interferometer, the present invention uses the frequency chirping during the modulation current pulse period of the laser diode. That is, the signal processor 180 in performing the sampling at three points after t a, two points of t b or t a, t b, t c applied to the laser modulation pulse, and the sensor output using the one of the two data signal Determination of phase increase and decrease, intensity intensity referencing and half fringe counting are performed. Therefore, more than two samplings are performed per laser pulse, and when the laser modulation frequency is referred to as f mod , an oscillator having a higher frequency is required.

식(1)에서 R1=R2=Rm≪1 이고, T1 C1로 가정하면,In formula (1), R 1 = R 2 = R m ≪1, T 1 Assuming C1,

로 주어진다. 간섭계로부터 센서신호는 광연결선을 통과하여 광검출기(140)에 이르게 되며, 이때 광연결선상에 가해지는 주변 환경요인의 변화는 광위상 변화, 편광상태의 변화, 및 광손실의 변화를 유발한다. FP간섭계형 센서의 경우 광위상과 편광상태의 변화는 두 간섭파에 공통으로 인가되므로 무시할 수 있다. 따라서, FP간섭계형 센서에서 광연결선 주변환경의 변화는 간섭계로부터 광검출기 사이 구간의 광손실 인자 α만으로 고려될 수 있다. 또한, 광원의 유한한 가간섭성 길이에 의한 효과를 β로 표현한다. 샘플링 시점 tb와 tc를 (tb, tc에서의 광주파수는 각각 ν0+Δνbν0+ΔνIs given by The sensor signal from the interferometer passes through the optical connection line and reaches the photodetector 140, where a change in the environmental environment applied to the optical connection line causes a change in the light phase, a change in polarization state, and a change in light loss. In the case of the FP interferometer sensor, the change of the optical phase and the polarization state is applied to both interference waves and can be ignored. Therefore, in the FP interferometer type sensor, the change in the environment around the optical line may be considered only as the light loss factor α of the section between the interferometer and the photodetector. In addition, the effect by the finite coherence length of a light source is represented by (beta). Optical frequency at the sampling time t b and t c (t b, t c is 0 + Δν b ν 0 + ν Δν each

가 되도록 설정하고, ψ0=0로 가정하면, ta에서의 샘플링 데이타 Ra, tb에서의 샘플링 데이타 Rb, 그리고 tc에서의 샘플링 데이타 RcIt is to be set, and, assuming ψ 0 = 0, the sampling data at a t R a, R b sampling data at t b, t c and the sampling data at c is R

로 주어진다. 식(9a)-(9c)로부터 2αRm을 이용하여Is given by Using 2αR m from formulas (9a)-(9c)

를 유도할 수 있으며, ΔøM에 대한 식(10a)-(10c)의 관계를 제7도에 나타내었다.To be induced, and expression (10a) of the Δø M - shows the relationship (10c) to the seventh FIG.

제8도로부터, 피측정량이 변할 때 간섭파간의 위상차의 변화 ΔøM에 의한 하프 프린지의 수를 세는 방법을 찾을 수 있으며, 표 1에 그 결과를 나타내었다. 따라서, 피측정량의 변화의 크기를 측정하기 위해서는 아래의 표에 요약된 각 경우에 따라 계수를 증가 또는 감소시킴으로써 ΔøM의 량, 즉 피측정량의 변화량을 측정할 수 있다.From Fig. 8, a method of counting the number of half fringes due to the change of the phase difference between the interference waves Δø M when the measured amount is changed can be found. Table 1 shows the result. Therefore, in order to measure the magnitude of the change in the measured amount, the amount of Δø M , that is, the amount of change in the measured amount can be measured by increasing or decreasing the coefficient according to each case summarized in the table below.

R'이 +(또는 -)동안 R'의 부호변화를 검출하기 위해서는 두 레이저 변조펄스기간의 위상 변화량 Δø이 π/2보다 작아야만 한다. 따라서, 레이저 변조 주파수가 f일 경우 광위상 변화속도는In order to detect a sign change of R 'while R' is + (or-), the amount of phase change Δø of two laser modulation pulse periods must be smaller than π / 2. Therefore, when the laser modulation frequency is f, the optical phase change rate is

로 제한되어야 한다. 따라서 최대측정속도 (dΔM/dt)max는 식(4)와 (11)로부터Should be limited to Therefore, the maximum measurement speed (dΔM / dt) max is obtained from equations (4) and (11).

로 주어진다. 간섭형 광섬유 센서에서 센서소자로 사용되는 다른 간섭계 구조, 즉 M-Z형, Michelson, Sagnac등에서의 R은 식(7)과 같이 주어지며 길이 불평형을 가하거나 위상 변조에 의해 식(8)을 얻을 수 있다. 또한 식(8)의 조건은 레이저 다이오우드의 변조 전류를 스위칭함으로서도 달성될 수 있으며, 해당 변조 전류 펄스가 가해졌을 때의 센서 출력을 각각 Rb'-Rc'로 하여 유사한 방식의 신호처리가 가능하다.Is given by The other interferometer structure used as the sensor element in the coherent optical fiber sensor, that is, R in MZ type, Michelson, Sagnac, etc., is given by Eq. (7) and Eq. (8) can be obtained by applying length unbalance or by phase modulation. . In addition, the condition of equation (8) may also be achieved by switching the modulation current of the laser diode, the modulation current signals processed in the similar manner as the sensor output R b '-R c', respectively, when a pulse is applied is It is possible.

α의 변화폭이 10% 이내로 작은 경우 최대 측정속도(sensing speed)에 약간의 손실을 감수하고 α를 상수로 취급하여 신호처리 하는 것이 가능하다. 그러나, α를 상수로 취급하여 신호처리 하는 것이 가능하다. 그러나, α의 변화폭이 큰 일반적인 경우에 대하여 식(9)로부터 식(10)을 얻기 위해서는 다음의 두가지 방법을 생각할 수 있으며, 상황에 따라 적절한 방법을 선택 사용할 수 있다.If the variation of α is small within 10%, it is possible to take a little loss at the maximum sensing speed and to process α by treating α as a constant. However, signal processing can be performed by treating α as a constant. However, the following two methods can be considered to obtain the equation (10) from the equation (9) in the general case where the variation of α is large, and an appropriate method can be selected and used depending on the situation.

첫째로 주어진 레이저 전류 펄스당 2회 샘플링을 요하는 2점 샘플링법은 제6도의 ta, tb두점에서 샘플링한 데이타의 최대, 최소치를 매프린지마다 추적하여 이 값(4αβRm)을 이용하여 식(10)을 얻는 방법으로 시간에 따른 센서신호의 변화가 크고 광연결선상의 주변환경의 변화가 저속인 경우 사용가능한 방법이다. 이에 반해 변조 전류펄스당 3회의 샘플링을 요하는 3점 샘플링법은 제6, 7도의 ta, tb, tc의 3점에서 샘플링하여 식(9a)-(9c)의 출력을 얻고, 식(9a)와 식(9c)를 이용하여 세기 기준신호First, the two-point sampling method, which requires two samplings per given laser current pulse, uses the value (4αβR m ) by tracking the maximum and minimum of the data sampled at two points of t a and t b in FIG. Equation (10) is a method that can be used when the change of the sensor signal with time is large and the change of the surrounding environment on the optical connection line is a low speed. In contrast, the three-point sampling method, which requires three samplings per modulation current pulse, is sampled at three points of t a , t b , and t c in FIGS. 6 and 7 to obtain the outputs of Equations 9a through 9c. Intensity reference signal using (9a) and (9c)

를 얻은 후 Rref를 이용하여 식(10)을 유도하는 방법이다. 식(10)으로 부터는 Ra'와 Rb'또는 Rb'와 Rc'데이타와 상기의 표를 이용하여 측정량 변화방향과 함께 프린지 카운팅이 가능하다. 또한, 제8도의 Ra'과 Rb', Rb'과 Rc'의 특성곡선은 약 90도의 위상차를 가지고 있어 어느 한 곡선의 기울기가 0부근일 때 다른 곡선의 기울기는 최대가 된다.After obtaining, use R ref to derive equation (10). From Eq. (10), fringe counting along with the direction of measurement change is possible using R a 'and R b ' or R b 'and R c ' data and the table above. In addition, the characteristic curves of R a ′ and R b ′, R b ′ and R c ′ in FIG. 8 have a phase difference of about 90 degrees, and the slope of the other curve becomes maximum when the slope of one curve is near zero.

따라서, 제8도의 두 특성곡선을 번갈아가며 이용함으로써 신호의 변화에 따른 위상차의 변화량, 즉 측정량의 변화를 동일 프린지내에서 훨씬 더 세밀하게 고감도로 측정하는 것이 가능하다.Therefore, by alternately using the two characteristic curves of FIG. 8, it is possible to measure the amount of change in the phase difference according to the change of the signal, that is, the change in the measured amount with higher sensitivity in the same fringe.

간섭형 광섬유센서를 위해 개발된 새로운 신호처리 방식의 유용성을 증명하기 위해 거울 내장형 FP간섭계 광섬유 센서가 1개씩의 광섬유 FP간섭계, 광섬유 부착형 레이저 다이오우드와 광검출기, 광섬유 결합기, 및 단모드 광섬유를 이용하여 구성되었으며, 제2도에 광학 시스템의 구성을 나타내었다.In order to demonstrate the usefulness of the new signal processing method developed for the coherent fiber optic sensor, the built-in mirror FP interferometer fiber sensor uses one fiber optic FP interferometer, fiber optic laser diode and photodetector, fiber coupler, and short mode fiber. The configuration of the optical system is shown in FIG.

거울내장형 FP간섭계는 TiO2를 코팅한 광섬유를 TiO2를 코팅하지 않은 광섬유와 용융접속하여 만든 1.3㎛파장에서 반사율이 2.5%인 거울 2개를 1㎝간격으로 배치하여 제작되었다. 파장 1.3㎛이고 문턱전류가 10㎃인 레이저 다이오우드는 바이어스 전류 5㎃에 듀티 사이클 15%인 폭 1.56㎲의 15㎃전류펄스로 구동하였으며, 레이저 다이오우드의 동작온도는 열전냉각기(Thermoelectric cooler-TEC)를 사용하여 22℃로 고정하였다.Mirror built-FP interferometer was fabricated by placing the reflectivity of the optical fiber coated with TiO 2 in the wavelength 1.3㎛ made to optical fibers and melting the non-coated TiO 2 2.5% up mirror with two 1㎝ interval. The laser diode with a wavelength of 1.3 µm and a threshold current of 10 mA was driven with a 15 mA current pulse with a width of 1.56 Hz with a duty cycle of 15% and a bias current of 5 mA. The operating temperature of the laser diode was a thermoelectric cooler (TEC). Fixed at 22 ° C.

레이저 다이오우드로 부터의 광펄스는 광섬유에 결합된 후 광섬유 결합기를 거쳐 광섬유 FP간섭계에서 반사되며, 이 반사광의 세기는 FP간섭계의 온도에 의존한다. 온도정보를 포함한 반사광은 다시 광섬유 결합기를 거쳐 광검출기에서 전기신호로 바뀐 뒤 신호처리부에서 처리된다.Light pulses from the laser diode are coupled to the optical fiber and then reflected by the optical fiber FP interferometer via the optical fiber coupler, the intensity of the reflected light being dependent on the temperature of the FP interferometer. The reflected light including the temperature information is converted into an electrical signal through a fiber coupler and then processed by the signal processor.

신호처리부에서는 PIN수신기 모듈에서 전기신호로 바뀐 입력신호를 증폭한 후 2점 또는 3점 샘플링법에 의한 하프 프린지 카운팅을 위해 제9도에 나타낸 것과 같은 시간간격으로 샘플링 펄스를 만들어 샘플링하였으며, 식(8)의 관계를 만족하는 정확한 시간간격 ta-tb,와 tb,-tc를 얻기 위해 제5도의 발진기로는 발진 주파수가 20MHz인 수정발진기(120)를 사용하였다. 제9도는 제5도에 나타낸 아날로그/디지탈 변환회로(200)의 입력단에서의 광신호로서 두 개의 간섭계로부터 반사된 신호열, 샘플링 펄스열, 및 아날로그/디지탈 변환회로(200)의 데이타 라인중 한라인에서의 샘플 데이타를 나타내는 그래프이다.After amplifying the input signal converted from the PIN receiver module into an electrical signal, the signal processor generated and sampled a sampling pulse at a time interval as shown in FIG. 9 for half fringe counting using a two- or three-point sampling method. The crystal oscillator 120 having an oscillation frequency of 20 MHz was used as the oscillator of FIG. 5 to obtain accurate time intervals t a -t b, t b, and -t c satisfying the relationship of 8). FIG. 9 is an optical signal at an input terminal of the analog / digital conversion circuit 200 shown in FIG. 5 to reflect one signal line reflected from two interferometers, a sampling pulse string, and a data line of the analog / digital conversion circuit 200. Graph showing sample data of.

광섬유 온도센서의 특성을 확인하기 위해 광섬유 FP간섭계를 오븐에 넣고 서서히 온도를 증가시키면서 카운터(210)의 데이타가 증가할 때마다 기준용으로 사용한 열전대의 온도를 읽음으로써 얻은 결과를 제10도에 나타내었다.10 shows the results obtained by reading the temperature of the thermocouple used as a reference whenever the data of the counter 210 increases while putting the optical fiber FP interferometer in the oven to gradually check the characteristics of the optical fiber temperature sensor. It was.

공극의 길이가 1㎝인 FP간섭계의 온도에 대한 센서감도 Ssen은 1.14rad/K(측정 온도범위 20℃ -360℃에서의 평균값)로 측정되었으며, 이때 최대측정속도는The sensor sensitivity S sen for the temperature of the FP interferometer with a pore length of 1 cm was measured at 1.14 rad / K (mean value in the measuring temperature range of 20 ℃ -360 ℃), where the maximum measuring speed was

로 계산되었다. 따라서, 실용적인 온도센서를 위해서는 센서의 감도를 높임으로써 분해능을 키울 필요가 있다. 하프 프린지 카운팅만으로 온도 측정의 분해능을 0.1℃로 하기 위해서 FP간섭계의 구멍 길이를 약 30㎝로 하여야 하며, 이때 최대 측정속도는 식(12)로부터 1㎝경우의 1/30으로 계산된다. 본 발명에서는 제안된 방식의 유용성을 증명하는 것으로, 국한시켰기 때문에 분해능이 0.1℃인 온도센서의 구현을 위한 실험은 수행하지 않았다.Was calculated. Therefore, for a practical temperature sensor, it is necessary to increase the resolution by increasing the sensitivity of the sensor. In order to make the resolution of temperature measurement only 0.1 ℃ by half fringe counting, the hole length of FP interferometer should be about 30cm, and the maximum measurement speed is calculated as 1/30 of 1cm from Eq. (12). In the present invention, to prove the usefulness of the proposed method, because it was limited, the experiment for the implementation of a temperature sensor having a resolution of 0.1 ℃ was not performed.

온도센서의 분해능을 키우기 위한 방법으로는 앞에서 언급한 FP간섭계의 경우 공극 길이를 키우는 방법이외에도 구멍 길이를 키우지 않고 FP간섭계를 알루미늄같이 주어진 온도변화에 대해 출력위상변화가 큰 재료에 식재하거나, 기준 광섬유와 신호 광섬유간의 길이오차가 광원의 가간섭성 길이(coherence length, Lc)보다 짧게 구성한 불평형 MZ형 간섭계 자체 또는 신호광섬유를 알루미늄에 부착하는 방법들을 사용할 수 있다. 또한, 구멍 길이가 광원의 Lc보다 크게 함과 동시에 보상 간섭계를 두는 형태로서 FP형, 또는 MZ형 센서도 가능하다. 그러나, 일반 FP형 레이저 다이오우드의 경우 구멍 길이가 수 10㎝인 경우에도 프린지의 관측이 가능하므로 프린지 카운팅만으로도 0.1℃의 분해능을 갖는 광섬유 온도계의 구성이 가능하다. 또한 전술한 바와 같이 제8도의 두 특성곡선을 이용하여 프린지내에서 변화량을 계산함으로써 측정 분해능을 훨씬 높일 수 있다.As a method for increasing the resolution of the temperature sensor, in addition to the method of increasing the pore length in the case of the FP interferometer mentioned above, the FP interferometer is planted in a material having a large output phase change for a given temperature change such as aluminum, The unbalanced MZ-type interferometer itself or a method of attaching signal optical fibers to aluminum can be used in which the length error between the optical fiber and the signal optical fiber is shorter than the coherence length (L c ) of the light source. In addition, an FP type or MZ type sensor is also possible as the hole length is larger than L c of the light source and a compensation interferometer is provided. However, in the case of a general FP type laser diode, the fringe can be observed even when the hole length is several centimeters, and thus the configuration of the optical fiber thermometer having a resolution of 0.1 ° C can be achieved only by fringe counting. In addition, as described above, by using the two characteristic curves of FIG. 8 to calculate the amount of change in the fringe, the measurement resolution can be further improved.

본 발명에서 제안된 신호처리 방식은 다중화 광섬유 센서의 신호처리에도 유용하며, 제2도의 FP간섭계에 직렬로 추가의 간섭계를 두고 신호처리를 행한 신호예를 제9도에 나타내었다.The signal processing method proposed in the present invention is also useful for signal processing of a multiplexed optical fiber sensor, and an example of signal processing performed with an additional interferometer in series with the FP interferometer of FIG. 2 is shown in FIG.

불평형 간섭계를 이용한 광섬유 센서의 신호처리를 위해 새로운 호모다인 방식의 디지탈 신호처리 기술을 제안하고, 거울내장형 FP간섭계를 이용한 광섬유 온도계를 제작한 후 새로운 방식에 의한 신호처리를 행함으로써 유용성을 증명하였다. 본 신호처리방법은 광원의 변조펄스 시간동안 발생한 주파수 처핑을 불평형 간섭계를 이용하여 광세기의 변화로 바꾼 후 이를 일정 시간간격을 두고 샘플링한 데이타를 이용하여 하프 프린지의 수를 세는 방식으로 공극 길이 1㎝의 FP간섭계 센서소자와 파장 1.3㎛의 레이저광을 사용하는 광섬유 온도센서에 적용하여 실온에서 360℃범위에 걸쳐 분해능 2.7℃로 측정함으로써 유용성을 증명하였으며, 증명에 사용된 온도센서시스템의 낮은 분해능은 구멍 길이를 키우는 등의 방법으로 원하는 분해능을 가진 온도센서로 쉽게 전환될 수 있음을 언급하였다. 또한, 센서의 분해능과 최대 측정속도는 반비례 관계를 가지며, 분해능이 2.7℃인 경유 1.378×105℃/sec로 계산되었다.We proposed a new homodyne digital signal processing technique for signal processing of an optical fiber sensor using an unbalanced interferometer, and proved its usefulness by fabricating an optical fiber thermometer using a mirror-embedded FP interferometer and then performing a new signal processing. In this signal processing method, the frequency chirp generated during the modulation pulse time of the light source is changed to the change of the light intensity by using an unbalanced interferometer, and then the number of half fringes is counted using the data sampled at a predetermined time interval. It is proved useful by measuring 2.7 ℃ resolution from room temperature to 360 ℃ by applying to FP interferometer sensor element and laser light with wavelength 1.3㎛. Mentioned that it can be easily converted to a temperature sensor with the desired resolution, such as by increasing the hole length. In addition, the resolution of the sensor was inversely related to the maximum measurement speed, and was calculated to be 1.378 × 10 5 ° C / sec with 2.7 ° C resolution.

본 발명의 신호 처리 방법은 불평형 간섭계를 이용한 모든 종류의 간섭형 광센서에 사용될 수 있으며, 센서소자와 센서시스템사이의 광연결선 주위환경의 변화에 따른 편광변화 및 위상변화에 의한 신호약화에 의한 오차뿐만아니라 광연결선에 가해지는 스트레스에 의한 광세기변화에 대한 영향까지 처리가능하다. 또한, 적절한 신호처리방식의 부재로 그 구조에서 얻을 수 있는 많은 장점, 소형, 단순성, 식재가능성, 명확한 센싱영역의 구분, 한가닥의 광섬유에 의한 센서소자와 시스템의 연결, 광부품의 최소수 사용, 센서소자 이외에 추가 광부품의 사용을 배제하는 다중화의 실현등에도 불구하고 사용이 기피되어온 공극 길이가 비교적 짧은 FP간섭계를 이용한 광센서의 실용화 가능성을 한층 높여주고 있다.The signal processing method of the present invention can be used for all kinds of interference type optical sensors using an unbalanced interferometer, and the error due to signal weakening due to the polarization change and the phase change caused by the change of the environment around the optical connection line between the sensor element and the sensor system. In addition, it is possible to deal with the influence of the light intensity change by the stress applied to the optical connection line. In addition, due to the absence of a proper signal processing method, many advantages of the structure, small size, simplicity, plantability, distinction of sensing area, connection of sensor element and system by a single fiber, use of the minimum number of optical parts, In spite of the realization of multiplexing which excludes the use of additional optical components in addition to the sensor element, the possibility of the practical use of the optical sensor using the FP interferometer, which has been avoided in use, has been increased.

Claims (2)

레이저 변조펄스를 광섬유 광연결선을 통하여 간섭계에 전달하여 얻은 센서출력을 2개 또는 3개의 시점에서 샘플링함에 있어서 레이저 광원의 주파수 변화에 의해 야기된 간섭계에서의 위상차의 크기로서 임의로 정한 기준시점에서 각각 90도 만큼 차이가 있는 시점으로 정하고, 이들로부터 광연결된 주변환경의 변화에 의한 광손실의 변화를 계산하고, 피측정량의 변화에 의한 위상변화량의 크기를 방향과 함께 측량함에 있어서 위상변화량의 크기로서 하프 프린지의 계수를 수행하고 필요에 따라 동일 프린지 내에서 특성곡선을 세분함으로써 위상 변화량의 크기를 정밀도가 소정 크기 이상이 되도록 측정하는 단계; 상기 센서에서 레이저 광원의 주파수 변화를 유도하기 위하여 레이저 구동전류의 스위칭 내지 레이저 구동기간 동안의 온도 변화에 의한 레이저 광원의 주파수 변화를 이용하는 단계; 샘플링 데이타를 이용하여 광원결선 주변환경의 변화에 의한 센서출력의 변화를 고려하기 위한 광세기 기준값 결정, 피측정량에 의한 위상변화의 증감방향 결정, 하프 프린지의 수의 계수를 수행하고 측정의 정밀도가 소정 크기 이상이 되도록 프린지를 세분하는 단계; 및 피측정량의 변화에 의해 야기된 위상변화량의 계산값으로서 하프 프린지의 수 내지 하프 프린지의 수와 이를 더욱 세분하여 소정 정밀도 이상으로 정밀하게 측정된 위상변화량의 값과 센서의 감도로부터 피특정신호의 크기로 환산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 간섭형 광센서의 신호처리방법.When sampling the sensor output obtained by transmitting the laser modulation pulses to the interferometer through the optical fiber connection line at two or three time points, the magnitude of the phase difference in the interferometer caused by the frequency change of the laser light source is 90 at each arbitrarily determined reference point. Determine the point of time difference by degrees, calculate the change in light loss due to the change of the optical environment connected from them, and measure the magnitude of the phase change due to the change of the measured amount along with the direction as the magnitude of the phase change amount. Performing a coefficient of the half fringe and subdividing the characteristic curve in the same fringe as necessary to measure the magnitude of the phase change amount so that the precision is greater than or equal to a predetermined magnitude; Using the frequency change of the laser light source by the temperature change during the switching of the laser driving current or the laser driving period to induce a frequency change of the laser light source in the sensor; Using the sampling data, the light intensity reference value is determined to consider the change of sensor output due to the change of the surrounding environment of light source, the increase / decrease direction of phase change by the measured amount, the coefficient of the number of half fringes, and the accuracy of the measurement. Subdividing the fringe such that is greater than or equal to a predetermined size; And a phase change amount caused by a change in the measured amount, and the number of half fringes to the number of half fringes, and further subdividing the measured value from the value of the phase change amount and the sensitivity of the sensor which are precisely measured to a predetermined precision or more. Signal processing method of an interference type optical sensor, characterized in that consisting of the step of converting to the size of. 간섭형 광섬유 센서의 신호 처리회로에 있어서, 상기 광섬유에 광을 전달하기 위한 레이저 다이오우드와 단일모드 광섬유; 상기 레이저 다이오우드를 구동하여 레이저 출력의 광주파수 변화를 유도하기 위한 레이저 다이오우드 구동수단; 소정 주파수의 클럭 펄스신호를 발생하기 위한 수정 발진기; 상기 수정 발진기의 출력 펄스신호를 펄스폭 변조하여 레이저 다이오우드 구동수단으로 공급하기 위한 펄스폭 변조수단; 상기 수정 발진기의 출력 펄스신호를 샘플링하기 위한 샘플링 펄스 발생수단; 상기 거울에 의해서 반사되는 광을 검출하기 위한 광 검출수단; 및 상기 광 검출수단으로부터의 센서출력을 2개 또는 3개의 시점에서 샘플링하고, 이들로부터 광연결선 주변환경의 변화에 의한 광손실의 변화를 계산하고, 피측정량의 변화에 의한 위상 변화량의 크기와 방향을 측량함에 있어서 위상변화량의 크기로서 하프 프린지의 계수를 수행하고 필요에 따라 동일 프린지 내에서 특성곡선을 세분함으로써 위상변화량의 크기를 정밀하게 측정하며, 이 과정을 통하여 계산된 위상변화량의 크기와 센서의 감도를 이용하여 피측정 신호를 구하기 위한 신호처리수단을 구비한 것을 특징으로 하는 간섭형 광센서의 신호처리회로.A signal processing circuit of an interference type optical fiber sensor, comprising: a laser diode and a single mode optical fiber for transmitting light to the optical fiber; Laser diode driving means for driving the laser diode to induce a change in optical frequency of a laser output; A crystal oscillator for generating a clock pulse signal of a predetermined frequency; Pulse width modulation means for supplying a pulse width modulated output pulse signal of the crystal oscillator to a laser diode driving means; Sampling pulse generating means for sampling the output pulse signal of the crystal oscillator; Light detecting means for detecting light reflected by the mirror; And sampling the sensor output from the light detecting means at two or three time points, calculating the change in light loss due to the change in the surrounding environment of the optical line, and the magnitude of the amount of phase change due to the change in the measured amount. In measuring the direction, the half fringe coefficient is used as the magnitude of the phase change amount, and if necessary, the magnitude of the phase change amount is precisely measured by subdividing the characteristic curve in the same fringe. And a signal processing means for obtaining a signal under measurement using the sensitivity of the sensor.
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