KR100367210B1 - Intrusion warning apparatus using an optical fiber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부 침입자로부터의 광 섬유 진동 및/또는 압력에 의한 광 신호의 스펙클 변화를 검출하여 경보를 행하도록 하는 광섬유를 이용한 침입 경보 장치에 관한 것으로서, 해당 감시 영역의 경계 부위에 설치되는 광 경로 매체로서의 광 섬유(110); 코히어런트(coherent)한 광 신호를 발생시켜 상기 광 섬유(110)의 일단을 통해 입사시키기 위한 광원발생부(120); 상기 광 섬유(110)의 타단을 통해 출사되는 광을 반사시키는 반사거울(130); 상기 반사된 진행되는 광 신호의 진행방향을 분기하는 광 커플러(140); 상기 분기된 광 신호를 전송하는 경로 매체로서의 보조 광섬유(150); 상기 보조 광섬유(150)의 종단부를 통해 출사되는 광 신호를 수광하여 전기적 신호로 변환하는 광 수신부(180); 상기 변환된 전기적 신호를 순차적으로 증폭하고, 잡음 신호를 제거하며, 정류하는 증폭부(190)와 저역필터부(200)와, 전파정류부(210); 및 상기 정류된 신호와 가변되는 기준신호(Vref)를 상호 비교하고, 그 비교 결과에 따라 경보를 행하는 비교부(220)와 경보부(230)를 포함하여 구성되어, 광 송/수신를 동일 위치에 일체로 설치할 수 있도록 하고, 반사 궤환되는 광신호를 재 이용하게 되어 수신 감도를 2배로 높이는 효과가 있다.The present invention relates to an intrusion alarm apparatus using an optical fiber that detects speckle changes in an optical signal due to optical fiber vibrations and / or pressure from an external intruder and alerts the user. Optical fiber 110 as a path medium; A light source generator 120 for generating a coherent optical signal and incident the light through one end of the optical fiber 110; A reflection mirror 130 for reflecting light emitted through the other end of the optical fiber 110; An optical coupler 140 branching a traveling direction of the reflected traveling optical signal; An auxiliary optical fiber 150 as a path medium for transmitting the branched optical signal; An optical receiver 180 which receives an optical signal emitted through an end of the auxiliary optical fiber 150 and converts the optical signal into an electrical signal; An amplifying unit 190, a low pass filter unit 200, and a full-wave rectifying unit 210 which sequentially amplify the converted electrical signal, remove a noise signal, and rectify the electric signal; And a comparator 220 and an alarm unit 230 which compare the rectified signal with the variable reference signal Vref and generate an alarm according to the comparison result, thereby integrating the optical transmission / reception at the same position. It is possible to install it, and it is possible to reuse the optical signal that is reflected and feedback, thereby increasing the reception sensitivity twice.
Description
본 발명은 침입을 방지하기 위한 감시 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 섬유를 지하에 매설하거나 울타리 등에 설치하고, 외부 침입자로부터의 광 섬유 진동 및/또는 압력에 의한 광 신호의 스펙클 변화를 검출하여 경보를 행하도록 함으로써, 외부로부터의 침입을 방지하도록 하는 광섬유를 이용한 침입 경보 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surveillance system for preventing intrusion, and more particularly, to embed optical fibers underground or install them in a fence or the like, and speckle change of an optical signal due to optical fiber vibration and / or pressure from an external intruder. The present invention relates to an intrusion alarm apparatus using an optical fiber that detects an alarm and prevents intrusion from the outside.
일반적으로 종래의 침입자 감시 시스템은 초음파 센서 또는 적외선 센서가 이용된 시스템이 주를 이루고 있으나, 초음파 센서를 이용할 경우 감시 영역이 협소하게 되는 단점이 있었으며, 적외선 센서를 이용할 경우 초음파 센서의 경우보다 감시 영역이 넓어지기는 하지만 이 또한 감시 범위가 제한적이며, 양자는 모두 폭우 또는 폭설 등과 같이 기상 조건의 악화 시 신호 전달 경로의 방해로 인하여 오경보되거나, 외부에 노출된 상태로 센서가 설치되어 침입자들이 센서 장치를 미리 인지할 경우 방범 기능을 상실하게 되는 단점이 있었다.In general, the intruder monitoring system is based on the use of an ultrasonic sensor or an infrared sensor. However, the use of the ultrasonic sensor has a disadvantage in that the monitoring area becomes narrower. Although this widens, it also has a limited surveillance range, both of which are falsely alarmed due to disturbances in the signal transmission path in the event of worsening weather conditions such as heavy rain or heavy snow, or are installed with sensors exposed to the outside and intruders If you recognize it in advance, there was a disadvantage that the security function is lost.
이와 같은 초음파 센서 또는 적외선 센서를 이용한 감시 시스템의 단점을 보완하기 위해, 광섬유를 센서로 사용하고, 그 광섬유의 진동 또는 압력에 따라 변화 입력되는 빛의 위상 변화를 감지하여 경보하도록 된 광섬유를 이용한 침입자 경보장치가 본 발명의 출원인에 의해 제안된 바 있다.In order to make up for the shortcomings of such a surveillance system using an ultrasonic sensor or an infrared sensor, an intruder using an optical fiber that uses an optical fiber as a sensor, and detects a phase change of light inputted according to the vibration or pressure of the optical fiber. An alarm device has been proposed by the applicant of the present invention.
그러나, 상기 제안된 종래의 광섬유를 이용한 칩입자 경보장치에 의하면 감시 영역의 범위를 필요에 따라 조정할 수 있고, 감시하고자 하는 지역의 지하에 광섬유를 매설하거나 울타리 등에 위장 설치하여 보안성을 높일 수 있으며, 폭우 또는 폭설 등의 악천후에 의한 오경보를 방지하는 등 많은 장점을 가지고 있으나, 빛을 방출하는 송신부와 빛을 수광하는 수신부가 광 섬유의 양단에 설치되어야 하므로, 송신부와 수신부을 일체형으로 제작하지 못하고 상호 분리하여 설치해야만 하거나, 또는 송신부와 수신부를 일체화하여 단일 장치로 제작하기 위해서는 광 섬유를 루프(loop) 형태로 설치해야만 하므로, 직선상의 울타리 등에 광 섬유센서가 적용 될 시에 그 광 섬유의 길이가 두 배로 필요하게 되는 등의 문제점이 발견되었다.However, according to the proposed chip particle warning device using the conventional optical fiber, the scope of the monitoring area can be adjusted as needed, and the security can be improved by embedding optical fibers in the basement of the area to be monitored or camouflaging them. It has many advantages such as preventing false alarms due to bad weather such as heavy rain or heavy snow. However, since the transmitter for emitting light and the receiver for receiving light must be installed at both ends of the optical fiber, the transmitter and receiver cannot be manufactured integrally and mutually. Since the optical fiber must be installed in the form of a loop in order to be installed separately or to integrate the transmitter and the receiver into a single device, the length of the optical fiber when the optical fiber sensor is applied to a straight fence, etc. Problems have been found that are required twice.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 광 섬유를 이용한 침입자 경보 장치의 많은 장점을 모두 구현함과 아울러 그 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 루프 형태의 광 섬유 설치를 배제하면서도 송신부와 수신부를 동일 위치에 설치할 수 있도록 하여 센서 설치 및 신호처리 효율을 향상함과 아울러, 루프 형태로 광 섬유를 설치하는 기존 기술과 비교하여 동일 길이의 광 섬유에 대해 2배 길이의 감시 영역을 확보할 수 있는, 광 섬유를 이용한 침입 경보 장치를 제공하고자 하는 것이다.Therefore, the present invention was created to solve all the problems as well as to implement all the advantages of the intruder warning device using a conventional optical fiber as described above, the object is to eliminate the installation of the optical fiber in the form of a loop while the transmission unit and The receiver can be installed in the same position, improving sensor installation and signal processing efficiency, and secures twice the monitoring area for the same length of optical fiber compared to the existing technology of installing optical fiber in a loop form. It is an object of the present invention to provide an intrusion alarm apparatus using an optical fiber.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 섬유를 이용한 침입 경보 장치의 구성도이고,1 is a block diagram of an intrusion alarm apparatus using an optical fiber according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1의 보조 광섬유의 종단 부분과 이에 대응하여 설치된 광 수신부의 포토다이오드 어레이(array)를 상세히 나타낸 도면이고,FIG. 2 is a view illustrating in detail a terminal portion of the auxiliary optical fiber of FIG. 1 and a photodiode array of an optical receiver installed corresponding thereto; FIG.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
110,150 : 광 섬유 120 : 광원발생부110,150: optical fiber 120: light source generator
121 : 레이저다이오드 122 : 레이저다이오드 구동부121: laser diode 122: laser diode driver
123 : 레이저다이오드 안정화 회로부123: laser diode stabilization circuit
130 : 반사 거울 140 : 광 분기부130: reflection mirror 140: light branch
160 : 광 아이솔레이터 170 : 공간필터160: optical isolator 170: space filter
180 : 광 수신부 181 : 포토다이오드180: light receiving unit 181: photodiode
190 : 증폭부 200 : 저역필터부190: amplification unit 200: low pass filter unit
210 : 전파정류부 220 : 비교부210: full wave rectifier 220: comparison unit
230 : 경보부 240 : 차폐부230: alarm unit 240: shield
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광 섬유를 이용한 침입 경보 장치는, 일정한 길이를 가지고 해당 감시 영역의 경계 부위에 설치되는 광 경로 매체로서의 광 섬유; 코히어런트(coherent)한 광 신호를 발생시켜 상기 광 섬유의 일단을 통해 그 광섬유 내로 입사시키기 위한 광원수단; 상기 광 섬유를 통해 순방향 전송되어 그 광 섬유의 타단을 통해 출사되는 광을 상기 전송방향의 역방향으로 반사시키는 반사수단; 상기 반사된 역방향 광 신호의 진행방향을 분기하는 광 분기수단; 상기 분기된 역방향 광 신호를 전송하는 경로 매체로서의 보조 광 섬유; 상기 보조 광 섬유의 종단부를 통해 출사되는 광 신호를 수광하여 전기적 신호로 변환하는 광 수신수단; 상기 변환된 전기적 신호를 증폭하는 증폭수단; 상기 증폭된 전기적 신호 중 잡음 신호를 제거하는 여파수단; 상기 여파된 전기적 신호를 정류하는 정류수단; 상기 정류된 신호와 가변되는 기준신호를 상호 비교하는 비교수단; 및 상기 비교수단을 통한 비교 결과에 따라 경보를 행하는 경보수단을 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, an intrusion alarm apparatus using an optical fiber according to the present invention includes: an optical fiber as an optical path medium having a predetermined length and installed at a boundary of the monitoring area; Light source means for generating a coherent optical signal and for entering the optical fiber through one end of the optical fiber; Reflecting means for forward-transmitting through the optical fiber and reflecting light emitted through the other end of the optical fiber in the reverse direction of the transmission direction; Optical diverging means for dividing a traveling direction of the reflected reverse optical signal; Auxiliary optical fibers as a path medium for transmitting the branched reverse optical signal; Optical receiving means for receiving an optical signal emitted through an end of the auxiliary optical fiber and converting the optical signal into an electrical signal; Amplifying means for amplifying the converted electrical signal; Filtering means for removing a noise signal of the amplified electrical signal; Rectifying means for rectifying the filtered electrical signal; Comparison means for comparing the rectified signal with a variable reference signal; And alarm means for alerting in accordance with the comparison result through the comparison means.
또한, 상기 광원수단과 상기 광 분기수단 사이의 상기 광섬유 부분에는 광 아이솔레이터(Isolator)를 설치하여 상기 역방향 광 신호가 상기 광원수단측으로 역방향 전송되는 것을 확실히 차단하도록 하고, 상기 광원수단에 접한 상기 광 섬유의 상기 일단부분, 상기 광 수신수단에 접한 상기 보조 광섬유의 상기 종단부분, 및 건물 내부 및/또는 감시 영역이 아닌 곳에 설치된 상기 광 섬유의 부분에는 동관(銅管) 등으로 된 차폐수단을 설치하여 외부의 응력이나 진동에 의한 신호가 상기 광 섬유로 전달되지 않도록 하며, 상기 광 수신수단과 상기 보조 광 섬유의 종단 사이에는 공간필터를 설치하여 상기 광 수신수단에 수신되는 광 신호의 신호대 잡음비를 높이도록 한다.In addition, an optical isolator is provided in the optical fiber portion between the light source means and the optical branch means to ensure that the reverse optical signal is transmitted backward to the light source means, and the optical fiber in contact with the light source means. A shielding means made of a copper tube or the like is provided at the one end portion of the optical fiber, the terminal portion of the auxiliary optical fiber in contact with the optical receiving means, and a portion of the optical fiber installed outside the building and / or the monitoring area. The signal due to external stress or vibration is not transmitted to the optical fiber, and a spatial filter is installed between the optical receiving means and the end of the auxiliary optical fiber to increase the signal-to-noise ratio of the optical signal received by the optical receiving means. To do that.
또한, 상기 광 분기수단은 상기 광 섬유 내로 순방향 전송되는 광 신호는 그대로 진행시키고, 역방향 전송되는 광신호는 상기 보조 광 섬유측으로 분기 전송되도록하기 위하여, 광 커플러 또는 빔 스플리터(beam splitter)로 구성되며, 상기 반사수단은 상기 광 섬유의 상기 타단면에 반사면이 접하도록 설치된 고 반사율의 광 섬유 반사거울 또는 일반 거울로 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the optical splitting means is composed of an optical coupler or a beam splitter in order to proceed the optical signal forwardly transmitted into the optical fiber as it is, and the optical signal transmitted backward is branched to the auxiliary optical fiber side The reflecting means is characterized by consisting of a high reflectance optical fiber reflecting mirror or a normal mirror installed so that the reflecting surface is in contact with the other end surface of the optical fiber.
상기와 같이 구성된 본 발명은 광 섬유를 지하에 매설하거나 울타리에 설치하여 침입자의 침입시 수신되는 광 신호의 스펙클(speckle) 변화에 의해 침입자를 인지하는 것으로서, 코히어런트한 빛이 상기 광섬유 내부에서 진행되면서 빛(光)을 구성하는 파장성분(즉, 모드)들 상호 간에 간섭을 일으키며, 이에 따라 상기 광섬유 끝단에서 빛이 방출되면, 그 방출된 광신호에는 밝고 어두운 부분들로 이루어진 스펙클 패턴이 나타나게 된다. 따라서, 외부에서 상기 광섬유에 압력이 인가되면 그 밝고 어두운 부분들이 위치가 바뀌게 되어 스펙클 패턴의 변화가 일어나게 되며, 그 변화에 의거하여 외부로부터의 침입을 감지할 수 있게되는 것이다.The present invention configured as described above is to embed the optical fiber underground or installed in the fence to recognize the intruder by the speckle change of the optical signal received when the intruder intruded, coherent light is inside the optical fiber As it proceeds from, it causes interference between wavelength components (that is, modes) constituting light, and thus, when light is emitted from the end of the optical fiber, speckle pattern composed of bright and dark parts of the emitted optical signal Will appear. Therefore, when pressure is applied to the optical fiber from the outside, the positions of the bright and dark portions are changed to change the speckle pattern, and the intrusion from the outside can be detected based on the change.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 섬유를 이용한 침입 경보 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an intrusion alarm apparatus using an optical fiber according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 섬유를 이용한 침입 경보 장치의 구성도로서, 일정한 길이를 가지고 해당 감시 영역의 경계 부위에 매설 또는 장설되어 광 경로 매체 및 센서 역할을 하는 광 섬유(110); 코히어런트(coherent)한 광 신호를 발생시켜 그 발생된 광을 상기 광 섬유(110)의 일단(111)을 통해 입사시키기 위한 광원발생부(120); 상기 광 섬유(110)를 통해 순방향 전송되어 그 광 섬유(110)의 타단(112)을 통해 출사되는 광 신호를 상기 전송방향의 역방향 즉, 상기 광섬유(110)의 일단(111)측으로 반사시키기 위해, 상기 광 섬유(110)의 상기 타단(112) 출사면에 반사면이 접하도록 설치된 반사수단으로서의 고 반사 광섬유 거울(130); 상기 광 섬유(110)의 일단(111)을 통해 입사되어 상기 광 섬유(100) 내로 순방향 전송되는 광 신호는 그대로 진행시키고, 상기 광섬유 거울(130)에 의해 반사되어 역방향 전송되는 광신호는 보조 광섬유(150)측으로 분기 전송되도록 하기 위하여, 광 커플러 또는 빔 스플리터(beam splitter)로 구성된 광 분기부(140); 상기 광 분기부(140)에 의해 분기된 역방향 광 신호를 전송하는 경로 매체 및/또는 센서 역할을 하는 보조 광 섬유(150); 상기 광원발생부(120)와 상기 광 분기부(140) 사이의 상기 광섬유(110) 부분에 설치되어, 상기 역방향 광 신호의 진행을 차단하는 광 아이솔레이터(Isolator)(160); 상기 보조 광 섬유(150)의 종단부(151)를 통해 출사된 광 신호를 필터링하는 공간필터(170); 상기 보조 광 섬유(150)의 종단부(151)를 통해 출사되어 상기 공간필터(170)를 통과한 광 신호를 수광하여 전기적 신호로 변환하는 광 수신부(180); 상기 광수신부(180)에 의해 변환된 전기적 신호를 증폭하는 증폭부(190); 상기 증폭부(190)에 의해 증폭된 전기적 신호 중 일정 주파수 성분 이하의 신호만 통과시켜 잡음 신호를 제거하는 저역필터부(200); 상기 저역필터부(200)에 의해 여파된 전기적 신호를 정류하여 정(+)의 신호만을 얻기 위한 전파정류부(210); 상기 전파정류부(210)에 의해 정류된 신호와 가변되는 기준신호(Vref)를 상호 비교하는 비교부(220); 상기 비교부(220)를 통한 비교 결과에 따라 경보를 행하는 경보부(230); 및 상기 광원발생부(120)에 접한 상기 광 섬유(110)의 상기 일단(111) 부분, 상기 광 수신부(180)에 접한 상기 보조 광 섬유(150)의 종단(151) 부분, 및 건물 내부 및/또는 감시 영역이 아닌 곳에 설치된 상기 광 섬유(140)의 부분을 감싸 외부로부터 차폐하기 위하여, 동관(銅管) 등으로 구성된 차폐부(240)로 구성되어 있다.1 is a block diagram of an intrusion alarm apparatus using an optical fiber according to an embodiment of the present invention, the optical fiber 110 having a predetermined length and embedded or buried in a boundary portion of a corresponding surveillance region to serve as an optical path medium and a sensor. ); A light source generator 120 for generating a coherent optical signal and allowing the generated light to enter through one end 111 of the optical fiber 110; In order to reflect the optical signal transmitted forward through the optical fiber 110 and emitted through the other end 112 of the optical fiber 110 to the reverse direction of the transmission direction, that is, to one end 111 of the optical fiber 110. A high reflecting optical fiber mirror 130 as a reflecting means provided to be in contact with a reflecting surface of the other end 112 of the optical fiber 110; The optical signal incident through the one end 111 of the optical fiber 110 and forward transmitted into the optical fiber 100 proceeds as it is, and the optical signal reflected by the optical fiber mirror 130 and transmitted backward is an auxiliary optical fiber. An optical branch 140 composed of an optical coupler or a beam splitter to diverge to the 150 side; An auxiliary optical fiber 150 serving as a path medium and / or a sensor for transmitting the reverse optical signal branched by the optical branch 140; An optical isolator (160) installed at a portion of the optical fiber (110) between the light source generator (120) and the optical branch (140) to block the progress of the reverse optical signal; A spatial filter 170 for filtering the optical signal emitted through the terminal 151 of the auxiliary optical fiber 150; An optical receiver 180 which receives the optical signal emitted through the terminal 151 of the auxiliary optical fiber 150 and passes through the spatial filter 170 and converts the optical signal into an electrical signal; An amplifier 190 for amplifying the electrical signal converted by the optical receiver 180; A low pass filter 200 for removing a noise signal by passing only a signal having a predetermined frequency component or less among the electrical signals amplified by the amplifier 190; A full-wave rectifying unit 210 for rectifying the electric signal filtered by the low pass filter unit 200 to obtain only a positive signal; A comparator 220 for comparing the signal rectified by the full-wave rectifying unit 210 with a variable reference signal Vref; An alarm unit 230 configured to alert an alarm according to a comparison result through the comparison unit 220; And an end portion 111 of the optical fiber 110 in contact with the light source generator 120, an end 151 portion of the auxiliary optical fiber 150 in contact with the light receiver 180, and a building interior and And / or a shielding portion 240 made of a copper tube or the like for wrapping a portion of the optical fiber 140 installed outside the monitoring area and shielding it from the outside.
상기 광원발생부(120)는 레이저다이오드(121)와, 상기 레이저다이오드(121)를 구동하여 코히어런트한 광을 발생하도록 하는 레이저다이오드(LD) 구동부(122)와, 상기 레이저다이오드(121)의 안정된 동작을 유지하기 위한 레이저다이오드(LD) 안정화 회로부(123)로 구성되어 있으며, 상기 광 수광부(180)는 레이저 광 신호를 수광하는 하나 이상의 포토다이오드(PD)(181)로 구성되어 있다.The light source generator 120 includes a laser diode 121, a laser diode (LD) driver 122 for driving coherent light by driving the laser diode 121, and the laser diode 121. It consists of a laser diode (LD) stabilization circuit unit 123 for maintaining a stable operation of the light receiving unit 180 is composed of one or more photodiode (PD) (181) for receiving a laser light signal.
이어, 본 발명의 동작에 대하여 설명하도록 한다.Next, the operation of the present invention will be described.
먼저, LD구동부(122)에 의해 구동된 레이저다이오드(121)로부터 코히어런트한 빛이 상기 광섬유(110)의 일단(111)을 통해 입사된다. 그 광섬유(110)에 입사된 빛은 광 아이솔레이트(160)와 광커플러(140)를 차례로 거쳐 센서 역할을 수행하는 광섬유(110)를 통과하여 순방향 전송되고, 상기 순방향 전송된 빛은 상기 광섬유(110)의 끝 단면에 있는 고 반사율의 광섬유 거울(130)의 반사면을 만나 그곳에서 대부분의 빛이 상기 입사한 방향에 역방향으로 반사된다. 상기 반사된 빛은 다시 상기 광섬유(110)을 통해 역방향 진행하여 상기 광 커플러(140)에 도달된 후,상기 광 커플러(140)에 의해 상기 보조 광섬유(150)측으로 분기 전달된다. 상기 보조 광섬유(150)의 종단부(151)에 도달된 광 신호는 출사되어 상기 공간필터부(170)를 통과한 후 상기 광 수신부(180)의 포토다이오드(181)에 의해 수광 검출된다.First, coherent light from the laser diode 121 driven by the LD driver 122 is incident through one end 111 of the optical fiber 110. Light incident on the optical fiber 110 is forwarded through the optical isolate 160 and the optical coupler 140 and then through the optical fiber 110 serving as a sensor, and the forwarded light is transmitted to the optical fiber. It encounters the reflective surface of the high reflectance optical fiber mirror 130 at the end cross section of 110, where most of the light is reflected in the opposite direction to the incident direction. The reflected light passes back through the optical fiber 110 to reach the optical coupler 140, and then is branch-delivered to the auxiliary optical fiber 150 by the optical coupler 140. The optical signal that reaches the terminal 151 of the auxiliary optical fiber 150 is emitted and passed through the spatial filter unit 170, and then received by the photodiode 181 of the optical receiver 180.
도 2는 상기 보조 광섬유(150)의 종단 부분과 이에 대응하여 설치된 상기 광 수신부(180)의 포토다이오드(181) 어레이(array)를 나타낸 도면으로서, 상기 보조 광섬유(150)의 종단부분의 A-A 단면을 보면 도 3에 도시한 바와 같이 빛의 간섭으로 인해 명암(明暗)으로 이루어진 스펙클 패턴(10)이 나타나는 것을 알 수 있으며, 그 스펙클 패턴(10)이 상기 상기 광 수신부(180)의 포토다이오드(181)에 의해 검출된다.FIG. 2 is a view illustrating an end portion of the auxiliary optical fiber 150 and an array of photodiodes 181 of the light receiving unit 180 corresponding to the end portion of the auxiliary optical fiber 150. As shown in FIG. 3, it can be seen that the speckle pattern 10 formed of light and shade appears due to the interference of light, and the speckle pattern 10 is a photo of the light receiving unit 180. It is detected by the diode 181.
상기 스펙클의 갯수는 진행된 빛의 모드수에 따라 좌우되며, 모드의 위상에 따라 광섬유의 각 지점에서의 빛의 세기가 다르게 나타나 스펙클 패턴(10)을 형성한다. 이때 상기 광섬유(110,150)를 통하는 빛의 위상변이(Φ)를 수식으로 표현하면 Φ=Lβ과 같은 바, 여기서 L은 광섬유의 길이, β는 모드의 전파상수가 된다.The number of speckles depends on the number of modes of light, and the intensity of light at each point of the optical fiber is different according to the mode phase to form the speckle pattern 10. At this time, if the phase shift of light through the optical fiber (110,150) (Φ) is expressed as a formula Φ = Lβ, where L is the length of the optical fiber, β is the propagation constant of the mode.
상기 모드의 전파상수 β는 광섬유의 크기, 코아(core)와 클래드(clad)의 굴절률에 따라 다르다. 만약 상기 광섬유(110,150)에 광섬유의 단면크기 및 굴절률에 미세한 영향을 주는 외부 응력을 가한다면 상기 광섬유(110,150)내의 각 모드의 경로길이에 영향을 미쳐서 위상변화가 발생된다. 즉, 상기 광섬유(110,150)에 외부 응력을 주면 스펙클 패턴변화가 일어나는 데, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 보조 광섬유(150)의 종단과 상기 광수신부(180)의 포토다이오드(181) 어레이 사이에 공간필터(170)를 넣으면 상기 포토다이오드(181)를 통해 이러한 스펙클 패턴(10)의움직임을 정확히 측정할 수 있다. 상기 공간필터(170)의 크기가 하나의 스펙클 크기와 같게 한다면 상기 포토다이오드(181)의 전류는 이 스펙클의 움직임에 의해 변화하지만, 신호 대 잡음비를 높이기 위해 상기 공간필터(170)의 크기를 적적히 크게 할 필요가 있다.The propagation constant β of the mode depends on the size of the optical fiber and the refractive indices of the core and the clad. If an external stress is applied to the optical fibers 110 and 150 to have a small influence on the cross-sectional size and the refractive index of the optical fibers, a phase change is generated by affecting the path length of each mode in the optical fibers 110 and 150. That is, when an external stress is applied to the optical fibers 110 and 150, a speckle pattern change occurs, as shown in FIG. 2, between the termination of the auxiliary optical fiber 150 and the array of photodiodes 181 of the light receiving unit 180. When the spatial filter 170 is inserted into the photodiode 181, the movement of the speckle pattern 10 may be accurately measured. If the size of the spatial filter 170 is equal to one speckle size, the current of the photodiode 181 is changed by the movement of the speckle, but the size of the spatial filter 170 is increased to increase the signal-to-noise ratio. It is necessary to make it large.
상기 광 수신부(180)의 포토다이오드(181)에 의해 수광된 광 신호는 전치증폭부(미도시)를 통해 전기신호로 변환되어 상기 증폭부(190)에서 증폭되고, 수KHz의 차단 주파수를 가진 상기 저역필터부(200)를 통과하면서 잡음성분들이 제거된 후, 정(+)의 신호를 얻기 위해 상기 전파정류부(210)로 입력된다.The optical signal received by the photodiode 181 of the optical receiver 180 is converted into an electrical signal through a preamplifier (not shown) and amplified by the amplifier 190 and has a cutoff frequency of several KHz. After the noise components are removed while passing through the low pass filter 200, the signal is input to the full wave rectifying unit 210 to obtain a positive signal.
상기 비교부(220)에서는 상기 전파정류부(210)의 출력 신호가 저항(R3)으로 설정된 기준신호보다 큰 레벨의 신호로 들어오면 상기 경보부(230)에게 이벤트가 발생하였음을 알려주고, 상기 경보부(230)는 상기 비교부(220)에서 보내온 신호로부터 현재 발생된 이벤트가 침입자에 의한 이벤트인지 아니면 기타(바람,동물등)에 의해 발생한 이벤트인지를 구별하여 표시하여 준다.The comparator 220 notifies the alarm 230 that an event has occurred when the output signal of the full wave rectifier 210 comes in at a level greater than the reference signal set as the resistor R3, and the alarm 230 ) Distinguishes and displays whether the current event is an event caused by an intruder or an event caused by other (wind, animal, etc.) from the signal sent from the comparator 220.
또한, 상기 LD 안정화 회로부(123)는 상기 레이저다이오드(121)로부터의 출력을 감시하여 항상 상기 레이저다이오드(121)로부터 일정한 파장 및 크기의 빛이 출력 되도록한다. 상기 광 아이솔레이터(160)는 상기 거울(130)에서 반사되어 역방향으로 전송되는 빛이 상기 레이저 다이오드(121)측으로 궤환(feedback)되는 것을 막아 준다. 상기 광섬유(110) 및 상기 보조 광섬유(150)를 감쌀 수 있는 동관 등과 같은 외부보호재를 사용한 상기 차폐부(240)는 상기 레이저 다이오드(121)와 접한 상기 광섬유(110)의 일부분, 상기 수광부(180)의 포토다이오드(181)와 접한 상기보조 광섬유(150)의 일부분, 및 건물내부에 위치하거나 또는 감시지역이 아닌 부분들을 외부 압력이나 진동에 의한 신호가 상기 광섬유(110,150)에 전달되지 않도록 차단한다.In addition, the LD stabilization circuit unit 123 monitors the output from the laser diode 121 so that light of a certain wavelength and size is always output from the laser diode 121. The optical isolator 160 prevents the light reflected from the mirror 130 and transmitted in the reverse direction from being fed back to the laser diode 121. The shielding part 240 using an external protective material such as a copper tube that can surround the optical fiber 110 and the auxiliary optical fiber 150 is a part of the optical fiber 110 in contact with the laser diode 121, the light receiving part 180 A portion of the auxiliary optical fiber 150 in contact with the photodiode 181, and a portion of the auxiliary optical fiber 150 located inside the building or not in the monitoring area are blocked from being transmitted to the optical fibers 110 and 150 by external pressure or vibration. .
상기 광섬유(110)는 감시지역 여건에 따라 수cm에서 수십cm 깊이로 침입자를 감시하고자 하는 곳의 지하에 매설하거나 울타리에 설치하며 침입자의 침입시 그 진동 또는 압력에 의하여 광섬유(110)가 눌러지게 되면 그 광섬유(110) 내부의 벽에 의해 반사되어 진행하거나 직진하는 빛의 위상을 변화시키게 되어 상기 스펙클 패턴(10)의 변화가 일어나며, 이에 따라 상기 수광부(180)의 포토다이오드(181)를 통해 수광되는 수광량이 변화되고, 그 변화되는 수광 신호는 상기 증폭부(190), 상기 저역필터부(200), 및 상기 전파 정류부(210)를 순차적으로 통하여 적정 전기적 신호로 처리된 다음, 상기 비교부(220)를 통해 환경 및 상황에 맞게 가변 설정되는 기준신호(Vref)와 비교되며, 상기 경보부(230)는 그 비교 결과에 의거하여 침입자 여부를 판단하고 경보한다.The optical fiber 110 is embedded in the basement of the place where you want to monitor the intruder to a depth of several centimeters or tens of centimeters depending on the monitoring area conditions, or installed in the fence and the optical fiber 110 is pressed by the vibration or pressure when the intruder invades When the light is reflected by the inner wall of the optical fiber 110, the phase of the light traveling or going straight is changed to change the speckle pattern 10. Accordingly, the photodiode 181 of the light receiver 180 is changed. The amount of received light is changed, and the changed light received signal is processed into an appropriate electrical signal through the amplifier 190, the low pass filter 200, and the full wave rectifier 210 in sequence, and then the comparison. Compared to the reference signal (V ref ) that is variablely set according to the environment and the situation through the unit 220, the alarm unit 230 determines whether or not the intruder based on the comparison result.
이상과 같이 구성되어 작용하는 본 발명은 일반가정 또는 산업시설을 보호뿐만아니라 안보 군사적 목적으로도 다양하게 쓰일 수 있으며 기준출력신호를 정의함에 의하여 침입하는 대상이나 종류를 판별할 수 있는 특징이 있어 대단히 유효한 발명이라 할 수 있다.The present invention configured and operated as described above can be used not only for protecting general homes or industrial facilities, but also for security and military purposes, and has the characteristics of distinguishing the invading object or type by defining a reference output signal. It can be said that it is an effective invention.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 광 섬유를 이용한 침입 경보 장치는, 기존의 광섬유를 이용한 침입자 경보장치와 같이 일반가정과 산업시설 보호용 및 안보 군사적 목적으로 다양하게 쓰일 수 있으며, 상기 비교부에서의 기준신호를 가변 정의함에 따라 침입하는 대상이나 종류를 판별할 수 있음은 물론, 직선상의 경계 지역에서 루프(loop) 형태로 광섬유를 설치하지 않고서도 광 송신부와 광 수신부를 동일 위치에 일체로 설치할 수 있도록 하여 센서 설치 및 신호처리 효율을 향상함과 아울러, 루프 형태로 광 섬유를 설치하는 기존 기술과 비교하여 동일 길이의 광 섬유에 대해 2배 길이의 감시 영역을 확보할 수 있으며, 궤환되는 광 신호를 재 이용하게 되어 수신 감도를 2배로 높이는 효과가 있다.As described in detail above, the intrusion alarm apparatus using the optical fiber according to the present invention can be used in various purposes for general home and industrial facilities protection and security military purposes, such as the intruder alarm apparatus using a conventional optical fiber, the reference in the comparison unit By defining the signal variably, it is possible to discriminate the target or type of intrusion, and to install the optical transmitter and the receiver at the same position without installing the optical fiber in the form of a loop in a linear boundary area. This improves the efficiency of sensor installation and signal processing, and secures twice the monitoring area for optical fibers of the same length compared to the existing technology of installing optical fibers in a loop form. It is effective to double the reception sensitivity by reusing.
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