KR100678685B1 - Invader detection system utilizing single mode optical fiber - Google Patents

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한시연
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Abstract

An invader detection method using a single mode optical fiber is provided to remove noise caused due to mode interference and to secure reliability by outputting an invader alarm signal only when an invader exists by amplifying signal components by a mode combination detector. An invader detection method using a single mode optical fiber(2) is composed of a semiconductor laser(1) outputting a laser beam; a transmitting side single mode optical fiber buried in the soil to transmit the laser beam to an inner core of an optical fiber cable; a mode combination detector(5) for separating the other end of the single mode optical fiber and one end of a receiving side single mode optical fiber by a predetermined gap and disposing the shafts of cores facing each other of the optical fibers on the same axis; a light receiving element(6) changing an optical signal received through the other end of the receiving side single mode optical fiber into an electric signal; a receiver(7) amplifying the electric signal transmitted from the light receiving element to the desirable electric output level; and a signal processor(8) separating only an invader detection signal(9) by removing noise from the electric signal received through the receiver and outputting the invader detection signal by extracting only signal components changed by the invader.

Description

단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치{Invader Detection System Utilizing Single Mode Optical Fiber}Intruder Detection System Using Single Mode Fiber {Invader Detection System Utilizing Single Mode Optical Fiber}

도 1은 본 발명에 의한 침입자 감지장치의 구성도.1 is a block diagram of an intruder detection apparatus according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 광섬유 모드 결합률 감지기의 구성도.Figure 2 is a block diagram of the optical fiber mode coupling ratio sensor according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 송신측 광섬유 종단의 구성도.3 is a block diagram of a transmission end optical fiber terminal according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 수신측 광섬유 시작단 구성도.Figure 4 is a configuration diagram of the receiving end optical fiber starting end according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1 : 반도체 레이저 2 : 단일모드 광섬유1 semiconductor laser 2 single mode optical fiber

2a: 광섬유 케이블 2b: 코어2a: fiber optic cable 2b: core

3 : 광섬유가 지중에 매설된 토양 4 : 침입자3: soil in which fiber is buried underground 4: intruder

5 : 모드 결합률 감지기 6 : 수광소자5: mode coupling rate detector 6: light receiving element

7 : 수신기 8 : 신호처리기7 receiver 8 signal processor

9 : 침입자 감지 신호 10 : 광모드9: intruder detection signal 10: optical mode

본 발명은 광섬유 모드(mode) 결합률 감지 방식 단일모드(single mode) 광섬유 센서를 지중에 매설하여 침입자가 단일 모드 광섬유가 매설된 지상을 통과하여 침입할 때 광섬유에 가해지는 충격을 감지하여 침입을 인식할 수 있는 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감시장치에 관한 것이다.The present invention embeds a single mode optical fiber sensor in the ground by sensing the optical fiber mode coupling rate sensing method to detect an intrusion by detecting an impact applied to the optical fiber when the intruder penetrates through the ground where the single mode optical fiber is embedded. The present invention relates to an intruder monitoring apparatus using a single mode optical fiber.

종래의 지금까지의 광섬유 센서는 센서로 사용하는 다중모드(multi mode) 광섬유 케이블을 지상에 있는 철망울타리 등에 설치하여 침입자가 센서가 설치된 철망울타리를 강하게 흔들 때 발생하는 충격이나 진동에 의하여 발생된 신호를 증폭한 후 잡음대역 성분을 필터링(filtering)하여 정류하고 펄스(pulse) 형태로 변환시키는 방법을 사용하였다. 이러한 방식은 두 가지 방식으로 크게 분류할 수 있는데, 첫 번째 방식으로는 광 강도 변화 감지 방식이다. 이 방식은 센서로 사용되는 다중모드 광섬유의 직경 50μm 이상 되는 코어(core)내에 전파되는 전파경로가 서로 다른 여러 개의 광속인 모드(mode)들이 침입자 등의 외부 충격이나 진동에 의하여 광섬유가 휘어지는 등의 변형이 일어나게 되면 전파되는 광 전력의 손실(loss) 정도에 변화가 일어나게 되고 이러한 변화정도를 광섬유 종단에 연결된 수광소자에서 광전변환 하여 평균전류로 검출하여 충격이나 진동을 감지하는 방식이다. 이러한 방식은 지상에 설치시는 유용하지만 지하에 매설될 때는 감도가 약하여 적용하기 어려운 단점이 있었다. 두 번째 방식으로는 스페클(Speckle) 방식이 있다. 이 방식은 센서로 사용되는 다중모드 광섬유의 직경 50μm 이상 되는 코어(core)내에 전파되는 전파경로가 서로 다른 여러 개의 광속인 모드(mode)들이 침입자 등의 외 부 충격이나 진동에 의하여 광섬유가 흔들리게 되면 이러한 모드들의 경로에 각각 변화가 일어나게 되고 이들 모드 상호간에 레이저(laser) 광의 파장이 일정한 주기성을 갖는 코히런스(coherence) 특성으로 인하여 상호 간섭하여 일어나는 2차원 무늬인 스페클(Speckle) 무늬에 변화가 일어나게 된다. 이러한 스페클 무늬의 변화는 광섬유 종단에 연결된 수광소자에서 광전변환 될 때 광전변환 된 평균전류에 변화가 일어나고 이를 감지하여 충격이나 진동을 감지하는 방식이다.The conventional optical fiber sensor is a signal generated by the impact or vibration generated when an intruder shakes the wire fence installed by the sensor by installing a multi mode fiber cable used as a sensor on a wire fence on the ground. After amplifying, the noise band component was filtered and rectified and converted into a pulse form. These methods can be broadly classified into two methods. The first method is light intensity change detection. In this method, the optical fiber is bent by external shocks or vibrations such as intruders and other modes, which have different propagation paths propagated in a core having a diameter of 50 μm or more. When a deformation occurs, a change occurs in a degree of loss of propagated optical power, and the change is detected by an average current by photoelectric conversion in a light receiving element connected to an optical fiber terminal to detect shock or vibration. This method is useful when installed on the ground, but it is difficult to apply due to its low sensitivity when buried underground. The second method is the speckle method. In this method, several optical beams with different propagation paths propagating in a core having a diameter of 50 μm or more of a multimode optical fiber used as a sensor can be shaken by an external shock or vibration such as an intruder. In this case, a change occurs in the paths of these modes, and a change in the speckle pattern, which is a two-dimensional pattern generated by mutual interference due to coherence characteristics, in which the wavelength of the laser light is constant between the modes. Will happen. The speckle pattern is a method of detecting shock or vibration by detecting a change in the average current when the photoelectric conversion is performed in the light receiving element connected to the optical fiber terminal.

그러나 이러한 방식은 감도는 높지만 광의 코히런스 특성으로 인하여 작은 변화에도 반응하여 바람과 같은 자연현상에 의하여 유사한 신호가 발생되거나, 침입자가 아닌 다른 요인에 의해서도 유사한 신호를 발생시키는 등 오동작 되는 확률이 높은 단점이 있었다. However, this method has high sensitivity, but due to the coherence characteristic of light, it has a high probability of malfunction, such as generating a similar signal by natural phenomena such as wind in response to small changes or by other factors than intruders. There was this.

결국, 종래 기술에 의한 다중모드(multi mode) 광섬유 케이블을 사용하는 광 강도 변화 감지 방식은 지상에 설치시는 유용하지만 지하에 매설될 때는 감도가 약하여 적용하기 어려운 단점이 있었고, 스페클 방식 광섬유 센서를 이용하는 침입자 감시 시스템은 감도는 높지만 침입자가 아닌 다른 요인에 의하여도 유사한 신호를 발생시키는 등 오동작 되는 확률이 높은 단점이 있었다.As a result, the light intensity change detection method using a multi-mode optical fiber cable according to the prior art has a disadvantage in that it is useful when installed on the ground, but it is difficult to apply due to its low sensitivity when buried underground. An intruder monitoring system using the AH has a high sensitivity but has a high probability of malfunctioning by generating a similar signal by other factors than the intruder.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 그 목적은 광의 코히런스 특성으로 인하여 작은 변화에도 반응하여 오동작 될 확률이 높은 다중모드(multi mode) 광섬유 케이블을 사용하지 않고 단일모드(single mode) 광섬유를 사용하면서도 감도를 향상시킬 수 있는 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been invented to solve the above problems, and its object is to provide a single mode without using a multimode optical fiber cable which is likely to malfunction in response to small changes due to the coherence characteristics of the light. mode) To provide an intruder detection device using a single mode optical fiber that can improve the sensitivity while using the optical fiber.

본 발명의 다른 목적은 단일모드 광섬유 센서를 지중에 매설하여 침입자가 단일 모드 광섬유 센서가 매설된 지상을 통과하여 침입할 때 광섬유 센서에 가해지는 충격을 감지하여 침입을 인식할 수 있는 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to embed a single-mode optical fiber sensor in the ground to detect a single-mode optical fiber that can recognize the intrusion by detecting the impact applied to the optical fiber sensor when the intruder penetrates through the ground where the single-mode optical fiber sensor is buried It is to provide an intruder detection device using.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측에 레이저광을 출력하는 반도체 레이저와, 상기 레이저광이 광섬유 케이블의 내부 코어로 송신되는 송신측 단일모드 광섬유와, 상기 송신측 단일모드 광섬유의 타측 끝단과 마주하는 수신측 단일모드 광섬유의 단부측을 특정 거리만큼 이격시키면서 각 광섬유의 서로 마주하는 코어의 축을 동일 선상에 일치되도록 배치하여 구성한 모드 결합률 감지기와, 상기 모드 결합률 감지기의 타측 수신측 단일모드 광섬유의 끝단에 수신된 광 신호를 전기신호로 바꾸기 위한 수광소자와, 상기 단일모드 광섬유를 지중에 매설한 토양과, 상기 수광소자로부터 수신된 전기신호를 필요한 전기적 출력까지 증폭시킬 수 있는 수신기와, 상기 수신기로부터 수신된 전기신호로부터 잡음성분을 제거하고 침입자 감지신호만을 분리하는 신호처리기와, 상기 신호처리기에서 침입자에 의해 변화된 신호성분만을 추출하여 침입자 감지 신호를 발령할 수 있도록 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치를 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a semiconductor laser for outputting a laser light on one side, a transmission side single-mode optical fiber is transmitted to the inner core of the optical fiber cable, and the other end of the transmission side single-mode optical fiber A mode coupling rate detector configured by arranging the axes of cores facing each other so that the end sides of the receiving side single mode optical fibers facing each other are aligned on the same line, and the receiving side single mode optical fibers of the other side coupling mode detector A light receiving element for converting an optical signal received at an end of the light signal into an electrical signal, a soil in which the single mode optical fiber is embedded in the ground, a receiver capable of amplifying the electric signal received from the light receiving element to a required electrical output, and Remove noise component from electrical signal received from receiver and detect intruder And a signal processor for separating only, extracts only the signal component is changed by an intruder in the signal processor will be characterized by the intruder detection device using a single-mode fiber to trigger the intruder detection signal.

본 발명은 단일모드 광섬유가 매설된 지상을 통과할 때 센서 광섬유 코어 내에 전파되는 단일모드의 광 전파경로가 변화되고 이 변화량이 모드 결합률 감지기에서 증폭된 후 신호처리기에서 침입자에 의하여 발생된 신호성분만을 추출하여 침입자 감지 신호를 발생하게 하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, when a single mode optical fiber passes through a buried ground, a single mode optical propagation path propagated in the sensor optical fiber core is changed and this change is amplified by the mode coupling rate detector, and then only the signal component generated by the intruder in the signal processor is amplified. Extract and generate an intruder detection signal.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명의 도면 중 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하였음을 유의해야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth. Note that the same reference numerals are used for the same parts in the drawings of the present invention.

도 1은 본 발명에 의한 침입자 감지장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 광섬유 모드 결합률 감지기의 구성도이다. 그리고 도 3은 본 발명에 의한 송신측 광섬유 종단의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 의한 수신측 광섬유 시작단 구성도이다.1 is a configuration diagram of an intruder detection apparatus according to the present invention, Figure 2 is a configuration diagram of an optical fiber mode coupling rate sensor according to the present invention. 3 is a configuration diagram of the transmission end optical fiber terminal according to the present invention, and FIG. 4 is a configuration diagram of the reception side optical fiber start end according to the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명을 설명하면, 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치는 일측에 레이저광을 출력하는 반도체 레이저(1)와, 상기 레이저광이 광섬유 케이블(2a)의 내부 코어(2b)로 송신되는 송신측 단일모드 광섬유(2)와, 상기 단일모드 광섬유(2)의 코어(2b)의 축을 특정 거리만큼 띄어 놓은 모드결합률 감지기(5)와, 상기 모드 결합률 감지기(5)의 타측 수신측 단일모드 광섬유(2)의 끝단에 수신된 광 신호를 전기신호로 바꾸기 위한 수광소자(6)와, 상기 단일모드 광섬유를 매설한 토양(3)과, 상기 수광소자(6)로 부터 수신된 전기신호를 필요한 전기적 출력까지 증폭시킬 수 있는 수신기(7)와, 상기 수신기(7)로 부터 수신된 전기신호로부터 잡음성분을 제거하고 침입자 감지신호만을 분리하는 신호처리기(8)와, 상기 신호처리기(8)에서 침입자(4)에 의해 변화된 신호성분만을 추출하여 침입자 감지 신호(9)를 발령할 수 있도록 구성된 것이다.
상기 모드 결합률 감지기(5)는 통상적으로 사용되는 연결수단에 의해 송신측 단일모드 광섬유(2)와 수신측 단일모드 광섬유(2)의 서로 마주하는 단부측을 특정 거리(d)만큼 이격시키면서 광섬유(2)의 코어(2a,2b)의 축을 동일 선상에 일치되도록 배치한 것이다. 즉, 정밀하게 가공된 V자형 홈(V groove)을 갖는 블록이나 광섬유(2)의 외경에 정밀하게 일치하는 광섬유용 슬리브나 2개의 광섬유용 커넥터와 1개의 커넥터용 어댑터를 조합한 광섬유 연결기구 등을 이용하여 송신측 단일모드 광섬유(2)와 수신측 단일모드 광섬유(2)의 서로 마주하는 단부측을 특정 거리(d)만큼 이격시킴과 동시에 각 단일모드 광섬유(2)의 코어(2a,2b)의 축을 동일 선상에 정확하게 일치되도록 배치하여 구성한 것이다.
1 to 4, an intruder detecting apparatus using a single mode optical fiber includes a semiconductor laser 1 that outputs laser light to one side, and the laser light is an inner core of the optical fiber cable 2a ( 2b) of the transmitting side single mode optical fiber 2, the mode coupling rate sensor 5 which has a shaft of the core 2b of the single mode optical fiber 2 spaced by a specific distance, and the mode coupling rate sensor 5 A light receiving element 6 for converting the optical signal received at the end of the other receiving side single mode optical fiber 2 into an electrical signal, the soil 3 embedding the single mode optical fiber, and the light receiving element 6 A receiver 7 capable of amplifying the received electrical signal to a required electrical output, a signal processor 8 for removing noise components from the electrical signal received from the receiver 7 and separating only an intruder detection signal; In the signal processor 8, the intruder ( By extracting only the signal component changed by 4) it is configured to issue the intruder detection signal (9).
The mode coupling ratio sensor 5 is formed by connecting the ends of the transmitting side single mode optical fiber 2 and the receiving side single mode optical fiber 2 facing each other by a specific distance d by a commonly used connecting means. The axes of the cores 2a and 2b of 2) are arranged to coincide on the same line. That is, a block having a precisely processed V-groove, an optical fiber sleeve precisely matching the outer diameter of the optical fiber 2, or an optical fiber connector including a combination of two optical fiber connectors and one connector adapter The cores 2a and 2b of each single-mode optical fiber 2 are spaced apart from each other by the distance d between the transmitting side single-mode optical fiber 2 and the receiving single-mode optical fiber 2 facing each other by a specific distance d. ) Axis is arranged to match exactly on the same line.

본 발명은 반도체 레이저(1)로부터 출력되는 레이저광은 단일모드 광섬유(2)의 코어(2b)를 통하면서 광 신호를 전기신호로 바꾸기 위한 수광소자(6)로 전송된다. 이때 도 2와 같이 상기 단일모드 광섬유(2)를 지중해 매설한 토양(3)을 침입자(4)에 의하여 발게되면 광섬유(2)가 눌리게 되면 광섬유 케이블(2a)의 코어(core)(2b)내의 전파경로가 변화된다. 이 변화량이 두 개의 광섬유 코어(core)(2b) 축을 특정 거리만큼 띄어놓은 모드 결합률 감지기(5)를 통과하면서 증폭된 후 수광소자(6)에서 전기신호로 변환된다. 이렇게 광전변환된 전기신호는 수신기(7)에서 신호처리 할 수 있을 정도까지 증폭된 후 신호처리기(8)에서 침입자(4)에 의해 변화된 신호성분만을 추출하여 침입자 감지 신호(9)를 발령하게 된다.In the present invention, the laser light output from the semiconductor laser 1 is transmitted to the light receiving element 6 for converting the optical signal into an electrical signal while passing through the core 2b of the single mode optical fiber 2. At this time, as shown in FIG. 2, when the single-mode optical fiber 2 is embedded in the Mediterranean, the soil 3 is pressed by the intruder 4, and when the optical fiber 2 is pressed, the core 2b of the optical fiber cable 2a is pressed. The propagation path inside is changed. This amount of change is amplified while passing through the mode coupling rate sensor 5 with two axes of the optical fiber core 2b separated by a specific distance, and then converted into an electrical signal in the light receiving element 6. The photoelectrically converted electrical signal is amplified to the extent that the receiver 7 can process the signal, and then extracts only the signal component changed by the intruder 4 in the signal processor 8 to issue the intruder detection signal 9. .

일반적으로 단일모드 광섬유(2)의 경우에는 다중모드 광섬유의 경우와 달리 전파되는 광 경로가 1개뿐이므로 지중에 매설되면 침입자 등에 의한 외부 충격이 있더라도 광섬유(2)가 휘는 정도가 작으므로 전송손실은 적어 이를 직접 수광소자(6)에서 광전변화 시키더라도 그 전기적 출력은 미미하다.In general, in the case of a single mode optical fiber (2), unlike in the case of a multimode optical fiber, since there is only one optical path propagated in the ground, even if there is an external impact by an intruder or the like, the optical fiber (2) has a small degree of warp, so transmission loss At least, even if it is directly photoelectrically changed by the light receiving element 6, its electrical output is insignificant.

그러나 본 발명에 의한 모드결합률 감지기(5)를 광 전파 경로의 중간에 두면 광섬유(2)의 코어(2b)를 따라 전파하는 1개의 광 모드(10)가 모드결합률 감지기(5)를 거쳐 수신측 광섬유 케이블(2a)의 코어(2b)에 재결합될 때 많은 광 손실이 발생되고 이 광 손실량의 변화가 전기적 출력으로 수광소자(6)에서 변환되게 된다. 이렇게 얻어진 전기신호는 평시에도 광 모드의 전파경로가 빠르게 변화하므로 발생하는 높은 주파수 성분의 백색잡음(white noise)과 침입자(4)에 의하여 발생한 낮은 주파수의 신호성분이 같이 포함되게 된다. 따라서 이러한 전기신호에서 신호성분만을 추출하기 위하여 신호처리기(8)에서 저역통과 필터를 사용하여 저주파 성분의 침입자에 의해 변화된 신호성분만을 추출하도록 한다.
이러한 모드 결합률 감지기(5)의 동작 원리에 대해 설명하면, 외부 충격에 의한 광섬유(2) 코어(2a,2b) 내부를 진행하는 광파의 순간적인 방향 및 광량의 변화량은 광파의 진행방향과 광섬유의 축이 이루는 각도가 동일할 때는 특정거리 만큼 뛰어 놓은 광섬유의 단면들 간의 이격거리가 길수록 진행하는 광파가 광섬유의 중심축에서 멀어져서 결과적으로 광파의 진행 각도나 광량이 조금만 변화하여도 그 변화량이 크게 나타나서, 더욱 민감하게 광파의 진행 각도라 광량 변화량을 감지할 수 있으므로, 광섬유(2) 코어(2a,2b) 축의 이격(d)으로 인한 일부 광량 손실에도 불구하고 광량의 변화량이 증폭되는 효과를 얻게 되어 잔존하는 백색잡음에 비하여 신호성분이 확대되며, 이로 인해, 신호 대 잡음비가 향상되어 불필요한 잡음성분이 상대적으로 작아지는 효과를 얻게 된다.
이를 침입자 감지용 센서에 이용할 때는 센서로 사용하는 단일모드 광섬유(2)를 지중에 매설한 토양(3)을 침입자(4)가 밟게 되면 광섬유(2)가 눌리거나 주위의 진동으로 인하여 자극이 되어 광섬유(2a)의 코어(core)(2b)내의 전파경로가 광섬유(2)의 형상 변화에 의하여 변화하게 된다. 이 변화량이 두 개의 광섬유(2) 코어(core), 즉, 송신측 광섬유(2) 코어(2b) 축과 수신측 광섬유(2) 코어(2a) 축을 특정 거리(d)만큼 띄어놓아 구성한 모드 결합률 감지기(5)를 통과하면서 광섬유(2) 코어(2a,2b) 축의 이격으로 인한 일부 광전력 손실에도 불구하고 광전력의 변화량이 증폭되는 효과를 가져으므로, 침입자에 의한 광섬유(2) 코어(2a,2b) 내를 진행하는 광파의 변화량을 효율적으로 감지할 수 있게 된다.
However, if the mode coupling rate detector 5 according to the present invention is placed in the middle of an optical propagation path, one optical mode 10 propagating along the core 2b of the optical fiber 2 is received through the mode coupling rate detector 5. When recombined to the core 2b of the optical fiber cable 2a, a large amount of light loss is generated, and the change in the amount of light loss is converted in the light receiving element 6 into an electrical output. The electrical signal thus obtained includes a high frequency white noise generated by the optical mode propagation path and a low frequency signal generated by the intruder 4 together. Therefore, in order to extract only the signal components from the electrical signal, the signal processor 8 extracts only the signal components changed by the intruder of the low frequency components using a low pass filter.
Referring to the operation principle of the mode coupling ratio sensor 5, the instantaneous direction and the amount of change in the amount of light traveling through the inside of the optical fiber 2 cores 2a and 2b due to external impacts are determined by When the angles of the axes are the same, the longer the separation distance between the cross sections of the optical fiber jumped by a certain distance, the farther the traveling light waves move away from the central axis of the optical fiber. It is possible to detect the amount of change in light amount due to the propagation angle of the light wave more sensitively, so that the amount of change in light amount is amplified in spite of some loss of light amount due to the separation d of the axis of the optical fiber 2 cores 2a and 2b. As a result, the signal component is enlarged as compared to the remaining white noise, which improves the signal-to-noise ratio, thereby reducing the unnecessary noise component. And you get a.
When the intruder (4) stepped on the soil (3) buried in the ground, the optical fiber (2) is pressed or stimulated due to the surrounding vibration The propagation path in the core 2b of the optical fiber 2a is changed by the shape change of the optical fiber 2. The mode coupling ratio in which the amount of change is formed by placing two optical fiber 2 cores, that is, a transmission side optical fiber 2 core 2b axis and a receiving optical fiber 2 core 2a axis by a specific distance d. The optical fiber 2 core 2a caused by the intruder has an effect of amplifying the amount of change in the optical power despite some optical power loss due to the separation of the axis of the optical fiber 2 cores 2a and 2b while passing through the detector 5. , 2b) it is possible to efficiently detect the amount of change of the light waves traveling in the interior.

도 2에 도시한 바와 같이 일측은 반도체 레이저(1)측인 송신측 광섬유(2)를 나타낸 것으로 광섬유 케이블(2a)은 센서로 사용되는 단일모드 광섬유의 크래딩(cladding) 부분이며, 중앙의 코어(2b)는 센서로 사용되는 단일모드 광섬유의 코어(core) 부분이다. 상기 광섬유(2)의 코어(2b) 내의 화살표 선은 전파되는 광 모드(13)를 나타낸 것이다. 상기 송신측 광섬유(2)와 수신측 광섬유(2) 사이의 공기 간격(d)을 나타낸 모드 결합률 감지기(5)이다. 일측은 반도체 레이저측인 송신측 광섬유(2)이고, 타측은 수광소자측인 수신측 광섬유(2)를 나타낸 것이다.As shown in Fig. 2, one side shows the transmitting optical fiber 2 which is the semiconductor laser 1 side, and the optical fiber cable 2a is a cladding portion of a single mode optical fiber used as a sensor, and has a central core ( 2b) is the core portion of a single mode optical fiber used as a sensor. An arrow line in the core 2b of the optical fiber 2 shows the optical mode 13 propagated. And a mode coupling ratio sensor 5 showing the air gap d between the transmitting optical fiber 2 and the receiving optical fiber 2. One side shows the transmission side optical fiber 2 which is the semiconductor laser side, and the other side shows the reception side optical fiber 2 which is the light receiving element side.

상기 광섬유는 단면 크기가 약 125μm 이고, 내부의 코어는 약 8-12μm가 적당하다. 상기 송신측 광섬유(2)와 수신측 광섬유(2) 사이의 모드 결합률 감지기(5)의 간격(d)은 5-150μm이다 The optical fiber has a cross-sectional size of about 125 μm, and an inner core of about 8-12 μm is suitable. The distance d of the mode coupling rate detector 5 between the transmitting optical fiber 2 and the receiving optical fiber 2 is 5-150 μm.

상기의 구성에서 광섬유(10)를 따라 전파되는 광모드(10)는 양측 단일모드 광섬유 코어(2b) 축을 일정 거리만큼 띄어놓은 간격인 모드 결합률 감지기(5)를 경유하여 반대쪽 광섬유(2)로 재결합 되게 된다.
구체적으로, 송신측 광섬유(2)의 코어(2b) 안에서 광이 전파되어 수신측 광섬유(2)의 코어(2a) 안으로 전파되는데, 양측 단일모드 광섬유(2)의 코어(2a,2b) 사이에 떨어진 거리(d)에 의해 생긴 공간을 통해 광모드(10)의 일부가 새어 나가고, 새어 나가지 않은 광모드(10)가 수신측 광섬유(2)의 코어(2a) 내부로 전파되어 재결합되는 것이라 할 수 있다.
따라서, 송신측 광섬유(2)를 따라 전파되는 광모드(10)는 이 간격의 존재에 의해 완전히 재결합 되지 않고 반대쪽 광섬유(2)로 재결합 시 많은 손실이 발생하게 된다. 시간의 변화에 따른 이 손실량의 변화는 평상시와 침입자가 있을 경우에는 서로 다른 양태를 보이게 된다. 즉 평상시에는 주로 상대적으로 고주파 성분이 발생하고, 침입자(4)가 있을 경우에는 상대적으로 저주파 성분이 발생하게 된다.
In the above configuration, the optical mode 10 propagated along the optical fiber 10 is recombined into the opposite optical fiber 2 via the mode coupling rate detector 5, which is an interval spaced apart by a predetermined distance from both single-mode optical fiber cores 2b axes. Will be.
Specifically, light propagates in the core 2b of the transmitting optical fiber 2 and propagates into the core 2a of the receiving optical fiber 2, between the cores 2a and 2b of the both single mode optical fibers 2. A part of the optical mode 10 leaks out through the space generated by the distance d, and the optical mode 10 which is not leaked propagates inside the core 2a of the receiving optical fiber 2 and is recombined. Can be.
Therefore, the optical mode 10 propagated along the transmitting side optical fiber 2 is not completely recombined due to the presence of this gap, and much loss occurs when recombining to the opposite optical fiber 2. This change in loss over time is different in normal and invaders. In other words, a relatively high frequency component is usually generated in a normal state, and a relatively low frequency component is generated when an intruder 4 is present.

본 발명에 의한 광섬유 모드 결합률 감지방식의 광섬유 센서는 이 손실량 중 침입자에 의한 저주파 성분만을 추출하여 침입자 감지신호(9)를 발령하도록 하는 것이다.The optical fiber sensor of the optical fiber mode coupling rate sensing method according to the present invention extracts only the low frequency components by the intruder from this loss amount to generate the intruder detection signal 9.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 반도체 레이저(1)측에 가까운 광섬유(2)의 종단 단면을 나타낸 것으로, 단일모드 광섬유(2)의 단면 중 광섬유 케이블(2a)은 크래딩(cladding) 부분을 나타내고, 단일모드 광섬유(2)의 단면 중 중앙은 코어(2b)부분을 나타내고, 상기 코어(2b)의 상측 부분은 코어 내를 따라 전파되는 광 모드(10)의 종단에서의 단면을 나타낸 것이다.Meanwhile, referring to FIG. 3, a longitudinal cross-sectional view of the optical fiber 2 close to the semiconductor laser 1 side is shown. The optical fiber cable 2a of the single-mode optical fiber 2 has a cladding portion. The center of the cross section of the single mode optical fiber 2 represents the core 2b portion, and the upper portion of the core 2b represents the cross section at the end of the optical mode 10 propagated along the core.

도 4는 수신측인 수광소자(6)측에 가까운 광섬유(2)의 시작점의 단면을 나타내고, 단일모드 광섬유(2)의 단면 중 광섬유 케이블(2a)은 크래딩(cladding) 부분을 나타내고, 단일모드 광섬유(2)의 단면 중 중앙은 코어(2b)부분을 나타내고, 상기 코어(2b)의 하측 부분은 광 모드(13)가 광섬유(2)의 종단에서 나와 모드 결합률 감지기(5)의 간격을 지난 후 반대쪽 광섬유(2)의 코어(2b)에 재진입 할 때의 투영되는 광 모드(10)의 단면을 나타낸 것이다.Fig. 4 shows a cross section of the starting point of the optical fiber 2 close to the light-receiving element 6 side, which is the receiving side, and of the cross section of the single mode optical fiber 2, the optical fiber cable 2a shows a cladding portion, The center of the cross section of the mode optical fiber 2 represents a portion of the core 2b, and the lower portion of the core 2b represents an optical mode 13 exiting the end of the optical fiber 2 and thus the interval of the mode coupling rate detector 5. It shows the cross section of the projected optical mode 10 when it reenters the core 2b of the opposite optical fiber 2 after it has passed.

상기의 구성에서 광섬유(2)를 따라 전파되는 광모드(10)는 두 개의 단일모드 광섬유 코어(2b) 축을 일정 거리만큼 띄어놓은 모드 결합률 감지기(5)의 간격을 건너 띄어 반대쪽 광섬유(2)로 재결합 될 때 광 모드(10)의 위치에 따라 손실량에 많은 차이가 있게 된다. 이 손실량의 변화는 간격이 없을 경우에 비하여 직류성분인 평균 광 전력은 저하하게 되지만 침입자(4)에 의한 광 모드(10) 변화에 의해 광전 변환된 교류성분은 반대로 커지게 되어 침입자(4)에 의한 신호성분이 증폭되는 효과를 얻게 된다. 이러한 침입자에 의한 신호성분은 상대적으로 저주파 성분이 많으므로 본 발명에 의한 광섬유 모드 결합률 감지방식의 광섬유 센서는 이중 침입자에 의한 저주파 성분만을 추출하여 침입자 감지신호(9)를 발령하도록 하는 것이다.In the above configuration, the optical mode 10 propagated along the optical fiber 2 is spaced apart from the mode coupling rate detector 5 with two single mode optical fiber cores 2b axes spaced by a predetermined distance to the opposite optical fiber 2. When recombination, there is a large difference in the amount of loss depending on the position of the optical mode 10. The change in the amount of loss decreases the average optical power which is a direct current component as compared to the case where there is no gap, but the alternating current component photoelectrically converted by the change of the optical mode 10 by the intruder 4 becomes large inversely and thus invades the intruder 4. The signal component is amplified. Since the signal components caused by the intruder are relatively low frequency components, the optical fiber sensor of the optical fiber mode coupling rate detection method according to the present invention extracts only the low frequency components caused by the double intruder to issue the intruder detection signal 9.

본 발명의 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지 장치는 광섬유 센서는 평상시에는 단일모드 광섬유의 코어 내를 진행하는 1개의 광 모드가 수직으로 절단된 광섬유 끝단에서 약간의 거리를 두고 일정간격 떨어진 다른 광섬유의 끝단에 재결합될 때 결합되는 평균 광 전력이 매우 빠르게 소폭으로 변화하는데 반해 침입자가 광섬유가 매설된 위치를 지나갈 때는 변화속도가 상대적으로 느리면서 대폭으로 변화되므로 이중에서 침입자에 의하여 발생된 저주파 신호성분을 추출하여 이를 감지신호로 이용하여 경보신호를 발령하는 것이다.In the intruder detection apparatus using the single mode optical fiber of the present invention, the optical fiber sensor is usually the end of the other optical fiber spaced at a certain distance from the optical fiber end vertically cut one optical mode running through the core of the single mode optical fiber While the average optical power that is combined changes slightly rapidly when recombined, the change rate is relatively slow and greatly changes when the intruder passes the buried position, so the low frequency signal component generated by the intruder is extracted. By using this as a detection signal to issue an alarm signal.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 단일모드 광섬유를 센서로 사용하여 종래의 다중모드를 사용하는 경우에 발생되는 모드 상호간의 간섭에 의한 잡음요소를 배제하고, 모드 결합률 감지기를 사용하여 침입자에 의해 발생된 신호성분을 증폭시켜 침입자가 존재할 경우에만 침입자 경보신호로 발령할 수 있도록 하여 사용 자로 하여금 신뢰성을 얻을 수 있으며, 광섬유 센서가 오동작 될 확률을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention eliminates noise components caused by interference between modes generated when a conventional multimode is used using a single mode optical fiber as a sensor, and is generated by an intruder using a mode coupling rate detector. By amplifying the signal component so that it can be issued as an intruder alarm signal only when an intruder is present, the user can obtain reliability and can reduce the probability of malfunction of the optical fiber sensor.

Claims (3)

일측에 레이저광을 출력하는 반도체 레이저와, 상기 레이저광이 광섬유 케이블의 내부 코어로 송신되도록 구성되며 토양에 매설되는 송신측 단일모드 광섬유와, 상기 송신측 단일모드 광섬유의 타측 끝단과 마주하는 수신측 단일모드 광섬유의 단부측을 특정 거리만큼 이격시키면서 각 광섬유의 서로 마주하는 코어의 축을 동일 선상에 일치되도록 배치하여 구성한 모드 결합률 감지기와, 상기 모드 결합률 감지기의 타측 수신측 단일모드 광섬유의 끝단에 수신된 광 신호를 전기신호로 바꾸기 위한 수광소자와, 상기 수광소자로 부터 수신된 전기신호를 필요한 전기적 출력까지 증폭시킬 수 있는 수신기와, 상기 수신기로 부터 수신된 전기신호로 부터 잡음성분을 제거하고 침입자 감지신호만을 분리하는 신호처리기와, 상기 신호처리기에서 침입자에 의해 변화된 신호성분만을 추출하여 침입자 감지 신호를 발령할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치.A semiconductor laser that outputs laser light to one side, a transmitting side single mode optical fiber configured to be transmitted to the inner core of the optical fiber cable and embedded in soil, and a receiving side facing the other end of the transmitting side single mode optical fiber A mode coupling rate detector configured by arranging the axes of cores facing each other so that the ends of the single mode optical fibers are separated from each other by a specific distance, and arranged at the ends of the single mode optical fibers on the other receiving side of the mode coupling rate detector. A light receiving element for converting an optical signal into an electrical signal, a receiver capable of amplifying the electric signal received from the light receiving element to a required electrical output, and removing noise components from the electric signal received from the receiver and detecting an intruder A signal processor that separates only the signal, and the signal processor An intruder detection apparatus using a single mode optical fiber, characterized in that configured to issue an intruder detection signal by extracting only the signal component changed by the. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 모드 결합률 감지기(5)의 간격(d)은 5-150μm인 것을 특징으로 하는 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치.The distance (d) of the mode coupling rate detector (5) is 5-150μm, intruder detection apparatus using a single mode optical fiber. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 광섬유는 단면 크기가 약 125μm 이고, 내부의 코어는 약 8-12μm인 것을 특징으로 하는 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치.The optical fiber has a cross-sectional size of about 125μm, the inner core is about 8-12μm, intruder detection apparatus using a single mode optical fiber.
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