KR100412324B1 - 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템 - Google Patents

다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100412324B1
KR100412324B1 KR10-2002-0004778A KR20020004778A KR100412324B1 KR 100412324 B1 KR100412324 B1 KR 100412324B1 KR 20020004778 A KR20020004778 A KR 20020004778A KR 100412324 B1 KR100412324 B1 KR 100412324B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
fiber bragg
bragg grating
optical
emitting diode
Prior art date
Application number
KR10-2002-0004778A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030064470A (ko
Inventor
김종우
정철
김기수
Original Assignee
주식회사 아이세스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 아이세스 filed Critical 주식회사 아이세스
Priority to KR10-2002-0004778A priority Critical patent/KR100412324B1/ko
Priority to US10/112,328 priority patent/US20030141440A1/en
Publication of KR20030064470A publication Critical patent/KR20030064470A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100412324B1 publication Critical patent/KR100412324B1/ko

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35383Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G01L1/246Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

본 발명은 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템에 관한 것으로, 자체에서 생성되는 타이밍신호를 바탕으로 발광다이오드를 구동시켜서 상기 발광다이오드가 소정 파장폭을 가지는 광신호를 반복적으로 방출하도록 하는 발광다이오드 구동부와, 상기 발광다이오드에서 방출된 광신호를 광결합기를 통해 수신하여 외부로부터 가해지는 물리적 변화량에 따라 그 중심 파장을 천이시켜서 반사시키는 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서들과, 상기 광섬유 브래그 그레이팅 센서들에 의해 각각 반사된 광신호들을 그 중심 파장값에 따라 광도를 다르게 하여 투과시키는 인클라인드 그레이팅 필터와, 상기 인클라인드 그레이팅 필터를 투과한 광신호들의 광도를 검출하는 제1검출수단과, 상기 광섬유 브래그 그레이팅 센서들에 의해 각각 반사된 광신호들의 광도를 검출하는 제2검출수단과, 상기 제1검출수단에서 검출된 광도를 제2검출수단에서 검출된 광도로 나누어 출력하는 나눗셈기 및, 상기 나눗셈기로부터 현재 입력된 광도변화율을 저장함과 더불어 이전에 입력된 광도변화율과 비교하여 그 차이값을 바탕으로 파장의 천이량을 구하고, 이 천이량을 바탕으로 상기 각 광섬유 브래그 그레이팅 센서에 가해진 물리적 변화량을 산출하는 제어부를 포함하여 구성되어, 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서에서 반사된 광신호들의 파장 천이량을 한꺼번에 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템{Multi-type FBG sensor system}
본 발명은 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 1개의 인클라인드 그레이팅 필터를 사용하고 광을 소정시간 주기로 방출함으로써, 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서에서 반사된 광신호들을 한꺼번에 처리할 수 있도록 한 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템에 관한 것이다.
현재, 광섬유 센서(Optical Fiber Sensor)로 응응하여 활발한 연구가 진행되고 있는 광섬유 브래그 그레이팅(FBG; Fiber Bragg Grating)은 광섬유 레이저 및 필터, 펄스압축등에 이용되고 있으며, 광섬유 브래그 그레이팅(FBG) 센서의 장점은 단일 센서를 이용한 측정뿐만 아니라 단일 광섬유 안에 여러개의 센서를 삽입하여 여러 지점의 물리적 변화량을 측정할 수 있고, 센서에서 반사되어 돌아온 파장을 측정하기가 용이하다는 것이다.
상기 광섬유 브래그 그레이팅(FBG) 센서는 광섬유 코어 안에 주기적인 굴절률을 만들어 구성하며, 외부의 물리적 변화에 의해 광섬유 브래그 그레이팅(FBG) 센서에 의해 반사된 광신호의 중심 파장이 물리적 변화량 만큼 천이한다. 따라서, 파장 천이량을 검출한다면 물리적 변화량을 계산할 수 있는 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템의 구성도로서, 이 센서 시스템은, 발광다이오드(1), 광결합기(2), 광센서부(3), F-P필터(4), 광다이오드(5), 필터구동부(6), 검출부(7)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 발광다이오드(1)는 소정의 파장 및 광세기를 가지는 광신호를 방출하도록 되어 있고, 상기 광센서부(3)는 상기 발광다이오드(1)에서 방출된 광신호를 광결합기(2)를 통해 수신하여 외부에서 가해지는 온도나 스트레인등의 물리적 변화량에 따라 그 중심파장을 천이시켜서 반사시키는 것으로, 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서(FBG1∼FBGn)들을 포함하여 구성되어 있다.
그리고, 상기 광센서부(3)에서 반사된 광신호는 광결합기(2)를 통해 F-P필터(4; Fabry-Perot filter)로 전달되고, 상기 F-P필터(4)는 상기 반사된 광신호를 소정의 중심 파장에서 투과 전력을 크게하여 투과시키고 다른 파장에서 투과 전력을 작게 하여 투과시키도록 되어 있다.
상기 광다이오드(5)는 상기와 같이 F-P필터(4)를 투과한 광신호의 광세기를 전압신호로 변환하여 출력하도록 되어 있고, 상기 필터구동부(6)는, 상기 F-P필터(4)의 PZT에 공급되는 전압을 점차적으로 증가시켜 상기 F-P필터(4)의 중심파장을 변화시키도록 되어 있다. 상기 검출부(7)는 외부에서 인가된 물리량 변화에 의해 상기 광센서부(3)의 중심 파장이 변화함에 따라 F-P필터(4)의 중심 파장과 수신된 광다이오드(5)의 중심 파장이 일치할때의 PZT 인가 전압을 바탕으로 파장 천이량을 검출한다.
그러나, 상기한 바와 같은 다중 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템은, FGB의 파장변화를 검출하기 위해 동조 F-P필터(tunable F-P filter)를 이용함에 따라 각 FBG에서 반사된 광신호의 파장을 스케닝하기 위한 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 스케닝시 F-P 필터에 부착된 PZT의 히스테리시스에 의해 정확한 검출이 어려운 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 1개의 인클라인드 그레이팅 필터를 사용하고 광을 소정시간 주기로 방출함시킴으로써, 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서에서 반사된 광신호들의 파장 천이량을 한꺼번에 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 다중 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템은, 자체에서 생성되는 타이밍신호를 바탕으로 발광다이오드를 구동시켜서 상기 발광다이오드가 소정 파장폭을 가지는 광신호를 반복적으로 방출하도록 하는 발광다이오드 구동부와, 상기 발광다이오드에서 방출된 광신호를 광결합기를 통해 수신하여 외부로부터 가해지는 물리적 변화량에 따라 그 중심 파장을 천이시켜서 반사시키는 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서들과, 상기 광섬유 브래그 그레이팅 센서들에 의해 각각 반사된 광신호들을 그 중심 파장값에 따라 광도(luminous intemsity)를 다르게 하여 투과시키는 인클라인드 그레이팅 필터와, 상기 인클라인드 그레이팅 필터를 투과한 광신호들의 광도를 검출하는 제1검출수단과, 상기 광섬유 브래그 그레이팅 센서들에 의해 각각 반사된 광신호들의 광도를 검출하는 제2검출수단과, 상기 제1검출수단에서 검출된 광도를 제2검출수단에서 검출된 광도로 나누어 출력하는 나눗셈기 및, 상기 나눗셈기로부터 현재 입력된 광도변화율(n)을 저장함과 더불어 이전에 입력된 광도변화율(n-1)과 비교하여 그 차이값을 바탕으로 파장의 천이량을 구하고, 이 천이량을 바탕으로 상기 각 광섬유 브래그 그레이팅 센서에 가해진 물리적 변화량을 산출하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래기술에 따른 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 코드분할방식의 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드에서 방출되는 광신호의 타이밍도,
도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드에서 방출되는 광신호의 스펙트럼,
도 5는 본 발명에 따른 광섬유 브래그 그레이팅 센서에서 반사된 광신호의 스펙트럼,
도 6은 본 발명에 따른 인클라인드 그레이팅 필터의 투과특성도,
도 7은 본 발명에 따른 시분할방식의 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 발광다이오드 구동부 12 : 발광다이오드
13 : 광결합기 14 : 광센서부
15 : 인클라인드 그레이팅 필터 16, 18 : 광다이오드
17, 19 : 검출부 20 : 나눗셈기
21 : 제어부 22 : 표시부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 코드 분할 방식의 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템의 구성도로서, 본 발명에 따른 센서 시스템은, 발광다이오드구동부(11)와 발광다이오드(12), 광결합기(13), 광센서부(14), 인클라인드 그레이팅 필터(15), 제1광다이오드(16), 제1검출부(17), 제2광다이오드(18), 제2검출부(19), 나눗셈기(20), 제어부(21) 및, 표시부(22)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 발광다이오드 구동부(11)는 자체에서 생성되는 소정시간 주기의 펄스신호 또는 의사 랜덤 바이너리 시퀀스 신호(PRBS signal; Pseudo Random Binary Sequence signal)를 바탕으로 상기 발광다이오드(12)를 구동시키도록 되어 있고, 상기 발광다이오드(12)는 상기 발광다이오드 구동부(11)에 의해 구동되어 도 3에 도시된 바와 같이, 소정시간 주기로 광신호(A∼N)를 출력하는데, 상기 각 광신호는 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 파장(예를 들어, 중심파장 1300nm, 파장폭 30-50nm)과 소정의 광도(luminous intensity)를 가진다.
상기 광센서부(14)는 상기 발광다이오드(12)에서 방출된 광신호를광결합기(13)를 통해 수신하여 외부에서 가해지는 온도나 스트레인등의 물리적 변화량에 따라 그 중심파장을 천이시켜서 반사시키는 것으로, 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서들(FBG1∼FBGn)이 단일 광섬유내에 소정 거리를 두고 직렬로 배열되어 있는 한편, 상기 광섬유 브래그 그레이팅 센서들(FBG1∼FBGn)은 서로 다른 중심파장을 가지므로, 소정 광신호(A)가 광센서부(14)의 각 광섬유 브래그 그레이팅 센서(FBG1∼FBGn)에서 반사된 광신호들(RA1∼RAn)은 도 5에 도시된 바와 같이, 그 중심파장이 서로 다르게 된다.
그리고, 상기 인클라인드 그레이팅 필터(inclined grating filter)(15)는 상기 광센서부(14)에서 반사된 광신호들(RA1∼RAn)을 광결합기(13)를 통해 수신하여 그 중심파장이 천이함에 따라 광도를 다르게 하여 투과시키도록 되어 있다. 이때, 상기한 바와 같은 투과특성을 가지는 필터로는 블루 로드 리서치(BLUE ROAD RESEARCH)사의 첩트 그레이팅 필터(CHIRPED GRATING FILTER)를 들수 있으며, 이에 한정되지 않고 일반 그레이팅 필터에서도 동일한 투과 특성을 가지는 필터들을 사용하여도 좋다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 인클라인드 그레이팅 필터(15)는 상기 광센서(14)에서 반사된 광신호들을 그 중심파장이 낮을 수록 광도를 크게 하여 투과시키고, 그 중심파장이 높을 수록 광도를 작게 하여 투과시키는 것이다. 이때, 상기 광센서(14)에서 반사된 광신호들(RA1∼RAn)의 중심파장은 서로 다르므로 투과되는 광도도 서로 다른 값을 가지게 되는 것이다.
그리고, 상기 제1광다이오드(16)는 상기 인클라인드 그레이팅 필터(15)를 투과한 광신호의 투과 전력을 전압신호로 변환하여 출력하도록 되어 있고, 상기 제1검출부(17)는 상기 발광다이오드 구동부(11)에서 생성되는 소정시간 주기의 펄스신호 또는 의사 랜덤 바이너리 시퀀스 신호를 소정시간 지연시켜서 검출시점을 결정하고, 이 시점에서 상기 제1광다이오드(16)에서 출력되는 전압신호(광도; luminous intensity)를 검출한다.
그리고, 상기 제2광다이오드(18)는 상기 광센서부(14)에서 반사된 광신호들(RA1∼RAn)을 광결합기(13)를 통해 수신하여 각 광신호들의 광도를 전압신호로 변환하여 출력하도록 되어 있고, 상기 제2검출부(19)는 상기 발광다이오드 구동부(11)에서 생성되는 소정시간 주기의 펄스신호 또는 의사 랜덤 바이너리 시퀀스 신호를 소정시간 지연시켜서 검출시점을 결정하고, 이 시점에서 상기 제2광다이오드(18)에서 출력되는 전압신호(광도; luminous intensity)를 검출한다.
또한, 상기 나눗셈기(20)는 상기 제1검출부(17)에서 검출된 광도를 제2검출부(19)에서 검출된 광도로 나누어 제어부(21)로 입력한다.
그리고, 상기 제어부(21)는 상기 나눗셈기(20)에서 입력된 현재 광도변화율(n)을 이전에 입력되어 저장되어 있던 광도변화율(n-1)과 비교하여 그 차이값을 바탕으로 파장의 천이량을 구하고, 이와 같이 구해진 파장의 천이량을 바탕으로 상기 각 광섬유 격자(FBG1∼FBGn)에 가해진 물리적 변화량을 산출하도록 되어 있다. 또한, 상기 표시부(22)는 상기 제어부(21)에서 산출된 물리적 변화량을 표시하도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 다중 광섬유 브래그 격자 센서 시스템의 작용 및 효과를도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 구동부(11)가 발광다이오드(12)를 구동시켜서 상기 발광다이오드(12)로부터 첫번째 광신호(A)가 방출되면 상기 첫번째 광신호(A)는 광결합기(13)를 통해 광센서부(14)로 전달된다. 이때, 상기 광신호(A)는 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 파장 및 광도를 가진다.
상기와 같이 광신호(A)가 광센서부(14)로 광신호(A)가 전달되면, 상기 광센서부(14)의 각 광섬유 브래그 그레이팅 센서들(FBG1∼FBGn)이 그레이팅의 간격 변화에 따라 좁은 스펙트럼 선폭의 빛을 반사시켜서 도 5에 도시된 바와 같이, 각각 광반사신호(RA1∼RAn)를 반사시킨다. 이때, 각 광반사신호의 중심파장은 서로 다르게 된다.
상기와 같은 광반사신호는 광결합기(13)를 통해 인클라인드 그레이팅 필터(15)로 입력되고, 상기 인클라인드 그레이팅 필터(15)는 도 6에 도시된 바와 같이, 광반사신호의 중심 파장이 변화함에 따라 투과되는 광반사신호의 광도(luminous intensity)를 다르게 하여 출력한다.
상기와 같이 인클라인드 그레이팅 필터(15)를 통과한 광반사신호는 제1광다이오드(16)로 입력되고, 상기 제1광다이오드(16)는 입력된 광반사신호를 전압신호로 변환하여 제1검출부(17)로 출력한다. 또한, 상기와 같이 광센서부(14)의 각 광섬유 브래그 그레이팅 센서들(FBG1∼FBGn)에서 반사된 각 광반사신호(RA1∼RAn)는 제2광다이오드(18)로 입력되고, 상기 제2광다이오드(18)는 입력된 광반사신호를 전압신호로 변환하여 제2검출부(19)로 출력한다.
그리고, 상기 제1 및 제2검출부(17, 19)는 상기 발광다이오드 구동부(11)에서 생성되는 소정시간 주기의 펄스신호 또는 의사 랜덤 바이너리 시퀀스 신호를 소정시간 지연시켜서 검출시점을 결정하고, 이 시점에서 상기 제1 및 제2광다이오드(16, 18)에서 출력되는 광반사신호의 광도를 검출한다.
이때, 상기 제1 및 제2검출부(17, 19)는 상기 발광다이오드 구동부(11)에서 생성되는 타이밍신호가 소정시간 주기의 펄스신호인 경우에는, 일정시간을 지연시킨후 검출동작을 수행하고, 의사 랜덤 바이너리 시퀀스 신호인 경우에는, 상관장치(correlator)와 적분기를 사용하여 검출동작을 수행한다.
즉, 광섬유 브래그 그레이팅 센서들의 위치는 고정되어 있으므로, 상기 센서들에서 반사되어 오는 광신호는 항상 일정한 지연시간을 가지게 된다. 따라서, 타이밍신호의 발생시점으로부터 상기 지연시간 만큼 지연시켜서 검출동작을 수행함으로써 해당 광섬유 브래그 그레이팅 센서에서 반사된 광반사신호의 광도값을 검출할 수 있는 것이다.
이어서, 나눗셈기(20)가 상기 제1검출부(17)에서 검출된 광도를 제2검출부(19)에서 검출된 광도로 나누어 제어부(21)로 출력한다.
즉, 광섬유 브래그 그레이팅 센서에서 반사되는 광반사신호의 파장 변화량은 광도의 변화로 나타나게 되는데, 발광다이오드(12)에서 생성되는 광신호의 광도는 파장에 따라 일정하지 않으므로 이를 보정해주기 위해서, 인클라인드 그레이팅 필터를 통과하여 검출된 광신호의 광도를 광섬유 브레이그 그레이팅 센서에서 반사된 광신호의 광도로 나누어 줌으로써 상기 인클라이드 그레이팅 필터에 의해 투과된광신호의 광도변화율을 정확하게 검출할 수 있는 것이다.
이어서, 제어부(21)는 상기 나눗셈기(20)로부터 입력된 광도변화율을 메모리에 저장한다.
이어서, 발광다이오드(12)로 부터 두번째 광신호(B)가 출력되어 광결합기(13)를 통해 광섬유 센서부(14)로 전달되면, 상기의 첫번째 광신호(A)와 동일한 과정을 거쳐, 두번째 광신호(B)에 대한 광도변화율이 제어부(21)로 입력된다.
그리고, 상기 제어부(17)는 상기 나눗셈기(20)에서 입력된 두번째 광신호(B)에 대한 광도변화율(n)을 이전에 입력되어 저장되어 있던 첫번째 광신호(A)에 대한 광도변화율(n-1)과 비교하여 그 차이값을 바탕으로 파장의 천이량을 구하고, 이 파장 천이량을 바탕으로 상기 광섬유 센서부(14)에 가해진 외부의 물리적변화량을 검출할 수 있다.
이때, 상기 첫번째 광신호(A)와 두번째 광신호(B)의 광도가 동일하다면 도 6에 도시된 바와 같이, 첫번째 광신호(A)를 바탕으로 검출되어 저장된 광도(a)와, 두번째 광신호(B)를 바탕으로 현재 검출되는 광도(b)의 차이값(a-b)을 바탕으로 파장 천이량을 구할 수 있는 것이다.
또한, 광섬유 브래그 그레이팅 센서들의 위치는 고정되어 있고, 상기 센서들에서 반사되어 오는 광신호는 항상 일정한 지연시간을 가지며, 상기 각 광섬유 브래그 그레이팅 센서에서 반사된 광신호가 외부에서 가해진 물리적 변화량에 따라 변화할 수 있는 파장의 천이량은 이미 한정되어 있으므로, 상기 제어부(21)는 나눗셈기(20)에서 입력된 광도변화율이 어떤 브래그 그레이팅 센서에서 반사된 광신호를 바탕으로 검출된 값인지를 확인할 수 있고, 이와 같이 특정 브래그 그레이팅 센서로부터 반사된 광신호로부터 얻어진 값들을 이전 값과 비교하여 파장의 천이량을 구하는 것이다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 시분할방식의 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템의 구성도로서, 대부분의 구성은 도 2에 도시된 코드분할방식의 센서 시스템과 동일하나, 광센서부(14)의 구성만 다르게 되어 있다. 상기 광센서부(14)는 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서들(FGB1∼FGBn)이 다수의 광섬유에 각각 삽입되어 있고, 각 광섬유의 길이를 달리함으로써 각 센서들로부터 반사되는 광신호들이 서로 다른 시간 간격으로 반사되도록 하는 것이다. 이렇게 하면, 상기 각 광섬유 브래그 그레이팅 센서들에 대해 동일한 중심 파장을 가지도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 1개의 인클라인드 그레이팅 필터를 사용함과 더불어 광을 소정시간 주기로 방출함으로써, 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서에서 반사된 광신호들의 파장 천이량을 한꺼번에 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 자체에서 생성되는 타이밍신호를 바탕으로 발광다이오드를 구동시켜서 상기 발광다이오드가 소정 파장폭을 가지는 광신호를 반복적으로 방출하도록 하는 발광다이오드 구동부와, 상기 발광다이오드에서 방출된 광신호를 광결합기를 통해 수신하여 외부로부터 가해지는 물리적 변화량에 따라 그 중심 파장을 천이시켜서 반사시키는 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서들과, 상기 광섬유 브래그 그레이팅 센서들에 의해 각각 반사된 광신호들을 그 중심 파장값에 따라 광도(luminous intemsity)를 다르게 하여 투과시키는 인클라인드 그레이팅 필터와, 상기 인클라인드 그레이팅 필터를 투과한 광신호들의 광도를 검출하는 제1검출수단과, 상기 광섬유 브래그 그레이팅 센서들에 의해 각각 반사된 광신호들의 광도를 검출하는 제2검출수단과, 상기 제1검출수단에서 검출된 광도를 제2검출수단에서 검출된 광도로 나누어 출력하는 나눗셈기 및, 상기 나눗셈기로부터 현재 입력된 광도변화율(n)을 저장함과 더불어 이전에 입력된 광도변화율(n-1)과 비교하여 그 차이값을 바탕으로 파장의 천이량을 구하고, 이 천이량을 바탕으로 상기 각 광섬유 브래그 그레이팅 센서에 가해진 물리적 변화량을 산출하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서들은, 단일 광섬유내에 소정 거리를 두고 직렬로 배열되어 있음과 더불어 서로 다른 중심파장을 가지는 것을 특징으로 하는 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 광섬유 브래그 그레이팅 센서들은, 각각 하나의 광섬유내에 하나씩 병렬로 배열되어 있음과 더불어 서로 동일한 중심파장을 가지는 것을 특징으로 하는 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광다이오드 구동부에서 생성되는 타이밍신호는, 소정시간 주기의 펄스신호인 것을 특징으로 하는 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광다이오드 구동부에서 생성되는 타이밍신호는, 의사 랜덤 바이너리 시퀀스 신호인 것을 특징으로 하는 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에서 산출된 물리적 변화량을 표시하는 표시부를 더 포마하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2검출수단은, 상기 발광다이오드 구동부에서 생성되는 타이밍신호를 소정시간 지연시켜서 검출시점을 결정하고, 이 검출시점에서 광도를 검출하는 것을 특징으로 하는 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템.
KR10-2002-0004778A 2002-01-28 2002-01-28 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템 KR100412324B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0004778A KR100412324B1 (ko) 2002-01-28 2002-01-28 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템
US10/112,328 US20030141440A1 (en) 2002-01-28 2002-03-27 Multi-type fiber bragg grating sensor system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0004778A KR100412324B1 (ko) 2002-01-28 2002-01-28 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030064470A KR20030064470A (ko) 2003-08-02
KR100412324B1 true KR100412324B1 (ko) 2003-12-31

Family

ID=27607031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0004778A KR100412324B1 (ko) 2002-01-28 2002-01-28 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20030141440A1 (ko)
KR (1) KR100412324B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101063337B1 (ko) 2011-05-27 2011-09-07 주식회사 지엠엔지니어링 다채널용 멀티 플렉서를 이용한 광섬유 브래그 격자 센싱 시스템

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050201664A1 (en) * 2004-03-12 2005-09-15 Eric Udd Fiber grating pressure wave speed measurement system
US7492463B2 (en) 2004-04-15 2009-02-17 Davidson Instruments Inc. Method and apparatus for continuous readout of Fabry-Perot fiber optic sensor
EP1586854A3 (en) * 2004-04-15 2006-02-08 Davidson Instruments Interferometric signal conditioner for measurement of the absolute length of gaps in a fiber optic Fabry-Pérot interferometer
US7305158B2 (en) * 2004-04-15 2007-12-04 Davidson Instruments Inc. Interferometric signal conditioner for measurement of absolute static displacements and dynamic displacements of a Fabry-Perot interferometer
US7394982B2 (en) * 2004-06-17 2008-07-01 General Electric Company Current sensing system
US7187816B2 (en) * 2004-12-13 2007-03-06 Purdue Research Foundation In-fiber whitelight interferometry using long-period fiber grating
EP1681540A1 (en) 2004-12-21 2006-07-19 Davidson Instruments, Inc. Multi-channel array processor
US7864329B2 (en) 2004-12-21 2011-01-04 Halliburton Energy Services, Inc. Fiber optic sensor system having circulators, Bragg gratings and couplers
US7302123B2 (en) * 2005-03-10 2007-11-27 Weatherford/Lamb, Inc. Dynamic optical waveguide sensor
US20060274323A1 (en) 2005-03-16 2006-12-07 Gibler William N High intensity fabry-perot sensor
US7684051B2 (en) 2006-04-18 2010-03-23 Halliburton Energy Services, Inc. Fiber optic seismic sensor based on MEMS cantilever
EP2021747B1 (en) 2006-04-26 2018-08-01 Halliburton Energy Services, Inc. Fiber optic mems seismic sensor with mass supported by hinged beams
US20070262247A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-15 Carlos Becerra Sensory feedback bed
JP2008036153A (ja) * 2006-08-07 2008-02-21 Hamamatsu Photonics Kk 光照射装置
US8115937B2 (en) 2006-08-16 2012-02-14 Davidson Instruments Methods and apparatus for measuring multiple Fabry-Perot gaps
US7787128B2 (en) 2007-01-24 2010-08-31 Halliburton Energy Services, Inc. Transducer for measuring environmental parameters
CN102519379B (zh) * 2011-12-08 2014-10-08 北京遥测技术研究所 基于啁啾光栅的应变-温变双参量测量方法
CN102589617B (zh) * 2012-02-13 2015-05-13 东华大学 一种基于啁啾光纤光栅的全光纤型多参量监测系统
DE102012104877B4 (de) * 2012-06-05 2018-12-27 Technische Universität München Verfahren zur Kompensation von faseroptischen Messsystemen und faseroptisches Messsystem
CN103411550B (zh) * 2013-06-28 2016-07-06 武汉理工大学 基于光纤光栅的内燃机主轴承内表面应力和温度监测方法
DE102014100653B4 (de) * 2014-01-21 2016-01-21 fos4X GmbH Schienenmesssystem
CN104360254A (zh) * 2014-12-10 2015-02-18 广东电网有限责任公司电力科学研究院 用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统和检测方法
CN105651197A (zh) * 2015-09-17 2016-06-08 梁威 一种利用光纤辐射损耗检测物理形变的传感器
CN105974521B (zh) * 2016-04-28 2018-11-27 北京信息科技大学 一种基于电极放电和石墨烯涂覆光纤光栅的波长开关装置
CN105807373B (zh) * 2016-04-28 2018-08-17 北京信息科技大学 基于电极放电和石墨烯涂覆光纤光栅的波长开关控制方法
US10444072B2 (en) * 2017-03-21 2019-10-15 Nanyang Technological University Optical sensor, sensor arrangement and method for sensing
GB2579991B (en) * 2017-09-19 2023-03-08 Analog Devices Inc Fiber bragg grating interrogation and sensing system and methods
RU2682523C1 (ru) * 2018-06-21 2019-03-19 Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" Оптическое устройство для контроля заполнения пути
CN112197885B (zh) * 2020-07-06 2023-08-22 廖旺才 一种结构健康监测装置及方法
CN113048890A (zh) * 2021-03-17 2021-06-29 成都凯天电子股份有限公司 一种非接触式位移测量系统
CN113310461B (zh) * 2021-04-23 2023-02-17 中铁第一勘察设计院集团有限公司 温度不敏感的光纤二维倾角传感器
CN117109646B (zh) * 2023-10-25 2024-02-23 杭州奕力科技有限公司 一种线性啁啾光纤光栅的传感解调方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4616933A (en) * 1979-09-13 1986-10-14 L'oreal Process and apparatus for making a numerical determination of the color, or of a change in color, of an object
US5461476A (en) * 1992-11-30 1995-10-24 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Optical apparatus for receiving scattered light
KR970011806A (ko) * 1995-08-28 1997-03-27 권문구 광 섬유 wdm을 이용한 분포형 광온도센서의 광학계
KR970016549A (ko) * 1995-09-05 1997-04-28 구자홍 광서큘레이터를 이용한 분포형 광온도센서의 광학계
KR19990076942A (ko) * 1996-01-02 1999-10-25 알란 알. 라우더밀크 물체의 광학 특성 측정 장치 및 방법
JP2000352524A (ja) * 1999-06-10 2000-12-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバセンサシステム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4616933A (en) * 1979-09-13 1986-10-14 L'oreal Process and apparatus for making a numerical determination of the color, or of a change in color, of an object
US5461476A (en) * 1992-11-30 1995-10-24 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Optical apparatus for receiving scattered light
KR970011806A (ko) * 1995-08-28 1997-03-27 권문구 광 섬유 wdm을 이용한 분포형 광온도센서의 광학계
KR970016549A (ko) * 1995-09-05 1997-04-28 구자홍 광서큘레이터를 이용한 분포형 광온도센서의 광학계
KR19990076942A (ko) * 1996-01-02 1999-10-25 알란 알. 라우더밀크 물체의 광학 특성 측정 장치 및 방법
JP2000352524A (ja) * 1999-06-10 2000-12-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバセンサシステム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101063337B1 (ko) 2011-05-27 2011-09-07 주식회사 지엠엔지니어링 다채널용 멀티 플렉서를 이용한 광섬유 브래그 격자 센싱 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030064470A (ko) 2003-08-02
US20030141440A1 (en) 2003-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100412324B1 (ko) 다중형 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템
KR101280922B1 (ko) 광섬유 센서장치
AU726485B2 (en) Fabry-Perot pressure sensing system with ratioed quadrature pulse detection
KR100419424B1 (ko) 파장 분할 다중화 시스템에서의 광신호 성능 검사 장치
US7450858B2 (en) Apparatus and method for transmitting and receiving wavelength division multiplexing signals
US20070280329A1 (en) Optical fiber temperature sensing device
US6892031B2 (en) Signal processing system of multiplexed fiber bragg grating sensor using CDMA
WO2010021362A1 (ja) 光ファイバセンシングシステム
WO2017090516A1 (ja) ガス検知システム
Lloyd et al. Resonant cavity time-division-multiplexed fiber Bragg grating sensor interrogator
US8273567B2 (en) Portable measurement system having biophotonic sensor
GB2365119A (en) Apparatus for interrogating an optical signal
EP0957334A2 (en) Photoelectric switch, fiber-type photoelectric switch, and color discrimination sensor
CN105806374A (zh) 一种光纤光栅波长的解调方法
AU2005259160A1 (en) Light pulse amplification in long optical fibers
KR100470911B1 (ko) 광섬유 브래그 그레이팅 센서 시스템
KR100990978B1 (ko) Fdml 파장가변 레이저를 이용한 fbg 센서 복조 시스템
JP5220499B2 (ja) 光パルス試験器
KR100614006B1 (ko) 온도 제어 가능한 파장 가변 광발생기를 구비한 스트레인계측 모듈 및 이를 이용한 광섬유 스트레인 계측 시스템
US9983030B2 (en) System and method for sensing many fiber sensors using time-division multiplexing and wavelength division multiplexing
KR100317140B1 (ko) 파장분할다중 광통신에서 광신호의 파장과 광 세기와 광 신호대 잡음비를 측정하는 장치
US4947038A (en) Process and arrangement for optically measuring a physical quantity
KR101752853B1 (ko) 센서 장치
JP2005003594A (ja) 光ファイバグレーティングの反射波長測定方法及び物理量測定方法
CN117091686B (zh) 一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121210

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131210

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141205

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151210

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161212

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171127

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181126

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191125

Year of fee payment: 17