KR100715589B1 - 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
장치들, 건물들, 광섬유 통신 링크들과 인프라 구조물과 같은 구조물들을 모니터링 하기 위한 장치 및 방법이 개시되는 데, 이는 도파로(10) 및 빛을 도파로(10)의 양쪽 끝단으로 발사하여 역전파 광신호들이 도파(10)로 내에 생성될 수 있게 하는 광원(20)을 포함한다. 도파로(10)는 실리카로 형성되고, 빛의 특성이 도파 장애에 의하여 발생한 외부 파라미터에 의하여 변경되거나 영향을 받는 광섬유 또는 광섬유 묶음의 형태이다. 검출기(30)가 도파로(10)의 양쪽 끝단으로부터의 빛을 검출하고 도파로(10)의 길이를 따라서 도파 장애의 위치를 결정하기 위하여 파라미터에 의하여 영향을 받은 변경된 신호들 사이의 시간 지연 또는 차이를 검출하기 위하여 제공된다.
Description
본 발명은 광섬유 광검출 시스템(fibre optic sensing system)들에서 도파 장애의 위치들을 파악하기 위한 도파로 전송 역전파 신호 방법(wave guide transmissive counter-propagating signal method) 및 관련 시스템들을 사용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 명세서 및 청구의 범위에서 사용되는 용어 "구조물(structure)"은 기계들, 건축물들, 파이프라인들과 같은 인프라 구조물(infra-structure)과 한 장소에서 다른 장소로의 데이터 전송을 위한 통신링크로서 기능하는 도파로들 뿐만 아니라 본 장치 및 방법이 응용될 수 있는 기타 같은 종류의 것들을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
또한 명세서 및 청구의 범위에서 사용되는 용어 "빛(light)"은 전자기 방사 스펙트럼(electromagnetic radiation spectrum)의 가시 부분(visible part)과 비가시 부분(invisible part) 양쪽을 모두 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
광학 장치들은 통상적으로 산업과 과학분야에서 사용되며, 레이저 공동(laser cavity)들, 도파로(waveguide)들, 렌즈들, 필터들 및 다른 광소자들 및 그들의 조합들을 포함한다. 이러한 광학 장치들은 다양한 장치들 및 시설들에서 사용된다.
포토닉스(photonics) 기술은 통신과 센서 분야들에 혁명을 일으켰다. 이는 주로 광학장치들과 광전자 장치들의 빠른 발전의 덕택이다. 매우 광범위한 종류의 유리 물질들, 물질 도펀트(material-dopant)들 및 도파로 구조물들이 이용 가능하고 본 발명은 광섬유 광검출 시스템들에서 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 도파로 전송 역전파 신호 방법 및 관련 시스템들에 관한 것이다.
현재는, 기계들, 건축물들, 광섬유 광통신 링크들과 같은 구조물들의 보전(integrity) 또는 상태의 실시간 모니터링을 제공하는 센서들 및 시스템들에 대한 매우 높은 요구가 있다. 광섬유 광센서들은 특히 그들의 유전체 특성들(dielectric properties), 그들의 작은 크기, 및 원격 위치할 수 있는 능력 및 진성 센서(instrinsic sensor)들의 경우의 빠른 응답 시간으로 인하여 그들의 응용들이 매우 유망하다. 그들은 또한 유해한 환경들에서도 특별한 이점들을 갖는다. 추가적으로 그들은 벌크 광 측정(bulk optic measurement)들, 분압 전극(potentiometric electode)들, 저항성 박막 게이지(resistive foil gauge)들, 압전 변환기(piezo-electric transducer)들과 같은 종래 검출 기술들에 대하여 다수 개의 명백한 이점들을 갖는다.
설계된 구조물은 종래의 센서들을 검출환경에 결합시키는 데 어려움이 있고 센서들의 제한사항들 때문에 일반적으로 실시간으로 모니터링되지 않는다. 또한 종래의 센서들은 일반적으로 점 검출 장치(point sensing device)들로서, 관심을 갖는 큰 영역 및 긴 길이를 감당하기 위해서는 상당히 많은 숫자의 센서들을 요구한다. 이러한 시스템들의 수반되는 비용 및 복잡성은 매우 비실용적이다.
광섬유 광센서들은 그들의 고유한 특성들 덕분에 이러한 어려움들의 많은 점들을 극복한다. 추가적으로, 광센서들 및 광처리 시스템들은 매우 빠르며, 그들의 전자적 대응 부품(electronic counter-part)들과 달리 전자기 간섭(EMI; electromagnetic interference)의 영향을 받지 않는다. 본 기술은 모니터링 응용들에서 폭넓은 수용을 얻고 있으며, 실시간 구조물 보전 및 기계상태 모니터링 시스템들의 실현에서 주요한 역할을 하여 공학적 센서의 진보된 새로운 세대를 제시할 것으로 기대된다.
광섬유 광센서 기술은 지난 10년 동안 매우 빠르게 진보되어 왔다. 많은 다양한 광검출 기술들이 특정한 파라미터들을 모니터링하기 위하여 개발되어 왔다. 다른 형상의 광섬유 검출 장치들이 특정 파라미터들을 모니터링하기 위하여 개발되었고 각각은 빛의 변조(light modulation)의 원리에서 서로 다르다. 광섬유 광 센서들은 광섬유가 각각 검출 소자(sensing element) 또는 정보 캐리어(information carrier)냐에 따라서 고유할(intrinsic)수 있고 비고유할(noninstrinsic) 수 있다. 그들은 검출 게이지 길이(sensing gauge length)가 이격된 구역들에 배치될 때 "점" 센서("point" sensor)들로서 나타내진다. 센서가 그 전체 길이에 걸쳐서 측정 된 장(measurand field;場)을 연속적으로 검출할 수 있으면, 이는 "분포(distributed)" 센서로 알려지며; "의사 분포(quasi-distributed)" 센서들은 광섬유 길이를 따라서 다양한 위치에서 점 센서(point sensor)들을 사용한다. 광섬유 광 센서들은 전송성을 갖으며(transmissive) 또는 광섬유 끝면(fibre end-face)을 밀러링(mirroring)함으로서 반사 형상(reflective configuration)에서 사용될 수 있다. 따라서 광섬유 광 센서는 실질적으로 일종의 검출 장치이다. 그들은 전자 스트레인 게이지(electrical strain gauge) 및 압전 변환기(piezoelectric transducer)와 같은 다양한 종래의 센서들과는 달리 단일 형상 및 동작에만 제한되지 않는다.
그러나, 현재의 대부분의 광섬유 광센서 시스템들은 점 검출 장치들에 기초하여 넓은 영역 및 길이를 감당하기 위하여 많은 센서들을 요구하게 된다.
개발되거나 상업적으로 이용되고 있는 분포 기술은 매우 적다. 개발된 것들 중에서, 광섬유 길이를 따라서 검출된 파라미터 또는 장애의 구역 및 위치를 실질적으로 파악할 수 있는 것은 더욱 적다; 그들은 도파 장애이 발생한 것을 단순하게 검출하고, 경고하며, 때때로 양을 정한다.
검출된 파라미터의 위치를 파악할 수 있는 분포 검출을 위한 선행기술에서 고안된 방법은:
* 광섬유 광 케이블 보전을 모니터링하기 위한 대부분의 현재의 기술들은 광시간 영역 반사 측정법(OTDR; Optical Time Domain Reflectometry) (즉, 급한 굴곡(sharp bend), 광섬유 파손(fibre fracture), 광섬유 감쇠(fibre attenuation), 커넥터 손실(connector loss), 등)을 사용하는 정적인 또는 천천히 변화하는 측정법들에 기초한다. 이러한 방법은 본질적으로 광 레이더 기술(optical radar technique)에 기초하는 것으로, 여기서 광섬유로 발사된 빛의 매우 좁은 펄스가 그 길이를 따라서 광섬유 물질 또는 구조내의 불규칙(anomaly)(즉, 파손, 편중된 압축, 결함 등)에 의하여 역산란(back-scatter)되거나 역반사(back-reflect)되고, 측정된 경과시간(time-of-fight)은 불규칙들의 위치를 결정한다.
* 광섬유 광분포 온도 센서(DTS) 시스템은 광섬유의 전체 길이 및 광섬유가 부착된 표면 또는 구조물에 따른 연속적인 온도측정을 위하여 개발되었다. 대부분의 분포 온도 검출에 있어서, 스토크(Stoke)와 안티 스토크(anti-Stoke) 복귀 신호의 강도 비율은 광시간 영역 반사측정법(OTDR) 형상에서 측정된다. 마지막 결과는 센서의 전체 길이에 따른 온도 프로필(profile)의 실제 측정이다.
* 상업성 기술이 아직 이용가능하지는 않지만, 변형 및 압력 측정을 위한 다양한 OTDR 역 산란 기술이 또한 연구되고 있다.
* 특정 위치 및 기하학적 형상에서 새닉 간섭계 루프(Sanic interferometer loop)의 물리적인 배치는 또한 분포 광섬유 장애 검출 및 위치 파악에 대하여 사용되어 왔다. 새닉 간섭계에서, 빛은 검출 광섬유 루프의 마주하는 끝단들로 발사됨으로서 두 개의 빔이 마주하는 방향에서 루프를 통하여 순환하게 되고, 재결합하여 단일의 광검출기(photodectector)상에 위상 간섭 패턴(phase interference pattern)을 형성한다. 역전파 신호들 사이의 이동시간 및 지연 시간은 이러한 방법들에 사용되지 않는다.
도파 장애의 위치를 파악하기 위한 가장 일반적인 방법은 실질적으로 검출된 파라미터(즉 온도, 변형, 압력 등)에 관한 추가적인 정보를 추출하기 위한 어떤 다른 형태의 검출 메카니즘과 결합하여, 레이저 빛의 매우 좁은 펄스들의 역산란 또는 역반사를 이용하는 기술에 기초한다.
그러나 포토닉스 장치들의 오늘날의 발전은 매우 정확한 시스템이 개발되고 상업화되는 것을 가능하게 하였지만, 그들은 매우 복잡하고 가격도 비싸다. 이러한 장치들의 복잡성과 높은 비용에 대한 주된 이유는 레이저 빛의 매우 좁은 펄스를 발생시키고, 매우 낮은 전력(때때로 이는 광자 카운팅(photon-counting) 및 신호의 평균화(averaging of signal)를 포함한다)의 광신호를 검출하고 빛 펄스들의 경과 시간 측정의 위한 매우 정확한 타이밍을 제공하기 위하여 필요한 매우 높은 정확성과 고속의 부품에 대한 필요성에 있다
매우 좁고 낮은 전력 펄스들의 경과 시간을 측정하고 평균화하는 필요성으로 인하여 이러한 기술은 정적인 또는 매우 천천히 변화하는 파라미터들을 모니터링하는 데 자주 제한된다. 추가적으로 이러한 원리에 기초하는 오늘날의 대부분의 시스템들은 단지 온도만을 모니터링한다. 그러나, 그들은 현재 응용의 이점을 포함하여 대부분의 다른 기술들에 대한 하나의 중요한 이점 즉, 광섬유의 전체 길이를 따라서 검출된 파라미터들의 프로필을 제공할 수 있는 능력을 제공한다.
그럼에도 불구하고, 광섬유로의 임의의 형태의 장해, 특히 너무 빨리 발생해서 OTDR 기술로 검출할 수 없는 일시적인 도파 장애에 관한 실시간(real-time), 의사 정지(quasi-static) 및 동적인(dynamic) 정보를 얻을 수 있는 것은 중요한 발전일 수 있다. 이는 도파 장애의 위치를 파악할 수 있는 분산 검출 기술을 도파 장애의 위치를 파악할 수 있는 호환성 기술과 결합함으로서 달성될 수 있다. 이는 광섬유 주변의 구조물 및 물질, 또는 광섬유가 부착되는 구조물 및 물질을 모니터링하는 추가적인 이점을 갖는다. 이러한 능력은 구조물 보전 모니터링(structural integrity moniroing), 파이프라인 누설 검출(pipeline leak detection), 접지 모니터링(ground monitoring), 기계상태 모니터링(machine condition monitoring) 및 높은 보안 영역의 침입 검출과 같은 실제 분포 검출 응용들을 가능하게 한다.
본 발명의 목적은 도파로 검출 시스템들에서 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 도파로 전송 역전파 신호 방법 및 관련 시스템들을 제공하는 것이다.
본 발명은 구조물을 모니터링하고 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 장치를 제공하는 데, 상기 장치는
광원(light source);
광원으로부터 빛을 수신하여 빛이 도파로를 따라서 양쪽 방향으로 전파하여 도파로 내에 역전파 광신호를 제공할 수 있게 하는 도파로(waveguide) (상기 도파로는 역전파 광신호들을 가질 수 있고, 신호들의 어떤 특성은 도파 장애에 의하여 발생하거나 또는 도파 장애을 표시하는 외부파라미터에 의하여 변경되거나 영향을 받음으로서 변경된 역전파 광신호들를 제공한다); 및
파라미터들에 의하여 영향을 받은 변경된 역전파 광신호들을 검출하고 도파 장애의 위치를 파악하기 위하여 변경된 역전파 광신호들 사이의 시간 지연이나 차이를 결정하기 위한 검출기 수단(detector means)을 포함한다.
본 발명은 동일한 도파 장애에 의하여 영향을 받은 전송 역전파 광신호(transmissive counter-propagating optical signal)들 사이의 시간지연 또는 차이의 측정에 의존한다. 이러한 신규한 설비에서, 광신호들, 바람직하게는 연속파(continuous-wave) (CW) 광신호들은 바람직하게는 단일 광원으로부터 도파로로 발사되며, 두 개의 별개의 광검출기(photodetector)들과 같은 검출기에 의하여 동시에 검출된다. 어떠한 설비들에서는 사용될 수 있지만, 광신호의 펄스화는 필요하지 않다. 역전파 신호들을 변경하는 임의의 검출된 파라미터는 동일한 방법으로 양쪽 신호들에 영향을 준다. 그러나 영향을 받은 역전파 신호들은 각각 그들의 각각의 광검출기로 광도파로 길이의 나머지 부분을 계속 여행하기 때문에, 검출된 신호들 사이에는 결과되는 시간 지연 또는 시간 차이가 있다.
시간 지연은 도파로 길이를 따라서 검출된 도파 장애의 위치에 직접 비례한다. 따라서 시간 지연 또는 차이가 검출되거나 측정되면, 도파 장애의 위치가 결정될 수 있다. 동시에, 호환성의 검출 메카니즘이 사용되면, 검출된 도파 장애이 정량화 및/또는 확인될 수 있다(즉, 변형(strain), 진동(vibration), 음향 방출(acoustic emission), 온도변화(temperature transition) 등). 추가적으로, 비감지성 광섬유 광 지연 라인(non-sensitive fibre optic delay line)들은 전송 역전파 신호들 사이의 추가적인 지연을 추가하거나, 비감지성 리드 광섬유(non-sensitive lead fibre)를 제공하기 위하여 한쪽 또는 양쪽 끝단에서 도파로에 연결될 수 있다. 이는 실제 동작 시스템에 본 기술을 사용하는 것을 도울 수 있다.
본 발명은 또한 현존하는 종류의 전송 분포 광섬유 광센서에 실질적으로 동작하고, 동적이고 일시적인 도파 장애이 광도파로를 형성하는 광섬유의 길이를 따라 어디에서든 검출되고, 양이 측정되고, 위치가 파악될 수 있는 이점이 있다. 또한 이는 전송 형상(transmissive configuration)에서 동작하므로, 따라서 전체 광신호 및 전력을 검출기로 실질적으로 운반하고 신호 평균화(signal averaging)를 필요로 않으며, 또한 이는 동일한 장애에 의하여 영향을 받은 역전파 광신호들 사이의 시간 지연의 측정을 통하여 도파 장애의 위치를 결정할 수 있다.
본 발명과 호환되는 비위치파악 분포 광섬유 광검출 기술(non-locating distributed fibre optic sensing technique)의 예는 제한됨이 없이,
* 모달메트릭 간섭계(Modalmetric interferometers)
* 새그낙 간섭계(Sagnac interferometers)
* 마이켈손 간섭계(Michelson interferometers)
* 패브리-패롯 간섭계 (long-length Fabry-Perot interferometer)
* 마크-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer)
* 2-모드 간섭계(Two-mode interferometer)를 포함한다.
바람직하게 도파로는 실리카 도파로(silica waveguide)이다.
바람직하게 광원으로부터의 빛은 광도파로의 마주하는 끝단들로 동시에 발사된다.
바람직하게 광원은 단일의 광원이다. 그러나 다른 실시예들에서 두 개의 CW 또는 동기화된 광원이 도파로의 마주하는 끝단들로 동시에 빛을 발사하기 위하여 사용될 수 있다.
바람직하게 도파로는 도파 장애 감지성 광섬유(event sensitive optical fibre)를 형성하는 하나 또는 그 이상의 광섬유들이다.
바람직하게 또한 실리카 도파로들은 전송 역전파 신호들 사이의 추가적인 지연을 더하고 비감지성 리드 도파로(non-sensitive lead waveguide)를 제공하기 위하여 한쪽 또는 양쪽 끝단에서 검출 도파로(sensing wave guide)에 연결된다.
바람직하게 검출기 수단은,
실리카 도파로내의 역전파 신호들로부터의 방사(radiation)를 동시에 수신하기 위한 제1 및 제2광검출기들; 및
동일한 장애의 영향을 받든 신호들 사이의 시간 지연 또는 차이를 결정하기 위한 상기 제1 및 제2광검출기로부터 신호들을 수신하여 검출된 도파 장애의 위치를 결정하기 위한 처리 수단(processing means)을 포함한다.
바람직하게 도파로 커플러(waveguide coupler) 또는 일련의 커플러들은 광원 및 광검출기들과 실리카 도파로 사이에 설치됨으로서 빛이 광원으로부터 실리카 도파로의 양쪽 끝단으로 동시에 전송될 수 있고, 검출기 수단은 또한 상기 커플러 또는 커플러들에 연결됨으로서 역전파 전송 방사가 실리카 도파로로부터 상기 커플러 또는 커플러들을 경유하여 검출기 수단으로 보내지게 된다.
본 발명은 또한 도파 장애의 위치를 파악하기 위하여 구조물을 모니터링하는 방법을 제공하는 데, 상기 방법은
도파로에 빛을 발사함으로서 빛이 도파로를 따라서 양방향으로 전파하여 도파로내에 역전파 광신호들을 제공하는 단계(상기 광도파로는 역전파 광신호들을 가질 수 있고, 신호들의 어떤 특성은 도파 장애에 의하여 발생하는 외부파라미터에 의하여 변경되거나 영향을 받음으로서 변경된 역전파 광신호들을 제공한다); 및
파라미터들의 영향을 받은 변경된 역전파 광신호들을 검출하고 도파 장애의 위치를 결정하기 위하여 변경된 신호들 사이의 시간 지연 또는 차이를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게 빛은 역전파 신호들을 제공하기 위하여 도파로의 양쪽 끝단들로 발사된다.
바람직하게 빛은 단일 광원으로부터 도파로의 양쪽 끝단으로 발사된다.
바람직한 실시예는 광도파로들에서 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 도파로 전송 역전파 신호방법 및 관련 시스템들을 제공하는 데, 이는
역전파 광신호들을 동시에 전송하기 위하여 광도파로 물질로부터 형성된 광섬유(단일 또는 다중모드)를 제공하는 것;
센서 감지성 및 검출 능력을 최대한 활용하기 위하여, 적절한 도파로 길이, 적절한 기하구조(geometry)를 갖고 광도파로들에서 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 도파로 전송 역전파 신호방법 및 관련 시스템들과 호환가능한 센서 형상(단일 또는 다중모드)을 제공하는 것;
검출 광섬유, 및 검출 및 위치파악 시스템 광학 및 광전자 인터페이스(sensing and locating system optics and optoelectronics interface) 사이에서, 비감지성 광가이드(insensitive light guide)로서 기능하는 광도파로 물질로부터 형성된 리드 광섬유(lead optical fibre)(단일 또는 다중모드)를 제공하는 것;
검출 광섬유와 여기원(excitation source)사이에서 비감지성 광가이드로서 기능하는 도파로 물질로부터 형성된 리드 광섬유(단일 또는 다중모드)를 제공하는 것;
센서 도파로 및 리드 광섬유들을 퓨젼 스플라이스(fusion splicing)하거나 다르게 연결함으로서 도파로의 코어(core)가 스플라이스(splice)에서 정렬되고 고정되어 유지되는 것;
도파로 센서로부터의 역전파 신호들을 리드 광섬유들을 경유하여 적절한 광 및 전기 설비들로 보냄으로서 신호들 사이의 시간 지연 또는 차이가 측정되고 검출된 도파 장애의 위치를 결정하는 데 사용되는 것;
호환 가능한 검출 기술과 사용될 수 있는 도파로 센서 광신호들에서의 변화를 기록하여 검출된 파라미터가 양이 파악되고 확인되는 것을 포함한다.
바람직한 실시예는 또한 광 도파로들에서 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 도파로 전송 역전파 신호방법 및 관련 시스템들을 생산하기 위한 방법에 있을 수 있고, 이는 제한되는 것은 아니지만,
* 역전파 광신호들을 동시에 전송하기 위하여 도파로 물질로부터 형성된 광섬유(단일 또는 다중모드)를 준비하는 것;
* 센서 감지성 및 검출 능력을 최대한 활용하기 위하여, 적절한 도파로 길이, 적절한 기하구조를 갖고 광도파로에서 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 도파로 전송 역전파 신호 방법 및 관련 시스템들과 호환 가능한 센서 형상(단일 또는 다중모드)을 준비하는 것;
* 평평하고 부드러운 표면을 만들기 위하여 그들을 끝단을 절단하거나 연마함으로서 도파로 센서 및 광섬유 리드를 준비하는 것. 절단되거나 연마된 도파로 센서 및 광섬유 리드 끝면들로부터 오염물질을 제거하기 위해 필요한 예방조치를 취한 후에, 도파로 센서 및 광섬유 리드는 퓨전 스플라이스 장치에서 절단한 면과 다른 면을 마주하도록 위치하고, 적절하거나 바람직한 퓨전을 이용하여 함께 퓨전되는 것이 통상적이다. 젼 스플라이스 공정은 필요하다면 여러 번 반복될 수 있다. 도파로 센서 및 광섬유 리드의 코어 및 전체 직경은 제한되지 않으며, 트랜슬레이션 스테이지들(translation stages) 또는 V형 홈들이 퓨전 스플라이스 공정 전에 도파로 센서 및 광섬유 리드의 코어들을 중심을 맞춰 정렬하기 위하여 퓨전 스플라이스 장치에 사용될 수 있다. 도파로 센서 및 광섬유 리드의 다른 결합은 다른 또는 독특한 퓨전 스플라이스 파라미터(fusion splicing parameters)들을 요구할 수 있다.
* 평평하고 부드러운 표면을 만들기 위하여 퓨전 스플라이스 후에 임의의 위치에서 도파로 센서를 절단하거나 연마하는 단계. 절단되거나 연마된 표면의 위치는 센서의 분포된 길이(localized length) 또는 검출 구역을 생성한다. 절단되거나 연마된 도파로 센서의 끝단면으로부터 오염물질을 제하기 위하여 적절한 예방조치를 한 후에, 이는 바람직한 위치에서 제2광섬유 리드로 퓨전 스플라이스된다.
* 광섬유 리드를 광도파로들에서 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 전송 역전파 신호방법을 달성하기 위한 광원, 커플러, 광검출기 및 신호 처리 전자기기의 적절한 조합 및 설비로 부착, 연결, 스플라이스, 또는 커플링할 수 있는 방법으로 광섬유 리드들의 자유 끝단들을 준비하거나 커넥터화하는 것.
* 바람직하게 제조된 센서 및/또는 노출된 퓨전 스플라이스된 구역이 적절한 장치나 물질(즉, 열감소 퓨전 스플라이스 프로텍터(heatshrink fusion splice protector), 아크릴(acrylate), 에나멜(enamel), 에폭시(epoxy), 폴리아미드(polyimide) 등)로 바라는 구역을 캡슐화(encapsulating)하거나 코팅함으로서 보호될 수 있다.
* 바람직한 실시예에서, 센서 도파로는 다중 모드 광섬유이고, 리드 광섬유는 단일모드 광섬유일 수 있다.
* 다른 실시예에서 다수의 다중모드 광섬유들과 단일모드 광섬유들은 한쪽 끝과 다른 한쪽 끝을 연결하여 퓨전 스플라이스됨으로서 다수의 감지성 및 비감지성 구역들을 전체 광섬유 어셈블리를 따라서 형성한다.
* 다른 실시예에서 다수개의 단일모드 광섬유들은 각각의 다중모드 광섬유들에 퓨전 스플라이스되고, 다수개의 단일모드 광섬유들은 차례로 추가적인 단일모드 광섬유에 연결되어 다중화된 센서 설비를 형성하는 커플러에 연결된다.
* 다른 설비에서, 센서 광섬유는 둘 도는 이상의 적절히 형상화된 광섬유들(단일 또는 다중모드)에 의하여 대체될 수 있고, 추가적인 커플러들은 다수개의 센서 광섬유들을 광섬유 광 리드들에 연결하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 설비 에서 추가적인 숫자의 커플러들 및 광검출기들은 증가된 숫자의 검출 및 리드 광섬유들을 활용할 수 있는 설비에서 요구될 수 있다.
* 상기의 다른 설비의 바람직한 실시예에서, 검출부(sensing part)는 두 개의 적절히 형상화된 단일모드 광섬유들에 의해 형성되고, 비감지성 리드들은 단일모드 광섬유들이다. 두 개의 검출 광섬유들은 한쪽 또는 양쪽 끝단에서 단일 모드 커플러를 사용하여 리드 광섬유에 연결된다.
본 발명은 전송 형상(transmission configuration)에서 준비될 수 있는 광도파 분포 검출기술(waveguiding distributed sensing technique)에 효과적이다. 바람직한 실시예에서, 물론 제한되지는 않고, 분포 검출기술은 감지성 다중 모드 광섬유로 비감지성 단일모드 광섬유를 퓨전 스플라이스(fusion splicing)하는 것을 사용하는 모달메트릭 기술(modalmetric technique)에 기초한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 물론 제한되지 않고, 분포 검출기술은 두 개의 단일모드 광섬유들을 감지 구역으로서 사용하는 마크 젠더 또는 마이켈슨 간섭계에 기초한다.
바람직하게 도파로는 적어도 하나의 광섬유 및/또는 적어도 하나의 광섬유 장치를 포함한다. 본 발명의 어떤 실시예들에서 도파로는 단지 추가적인 소자가 없이 광섬유로 구성된다. 그러나, 광섬유는 능동 또는 수동소자(passive or active element)를 그 길이를 따라서 포함할 수 있다. 또한 광섬유는 그 길이를 따라서 검출 소자들을 포함할 수 있고 그러한 검출 소자들은 응용환경에서 바람직한 파라미터들의 변화에 응답하고 도파로에서 전파하는 전자기 방사의 특성 및 특질에 영향을 줌으로서 파라미터의 변화의 표시하는 장치를 포함할 수 있다.
바람직하게 적절한 CW 또는 펄스화된 단일 주파수(CW or pulsed single-frequency) 또는 다중 파장원(multiple wavelength source) 또는 다수의 파장원들이 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제한되지 않고, CW 또는 펄스화된 코히런트 레이저 다이오드(CW or pulsed coherent laser diode)가 광신호를 공급하기 위하여 사용된다.
다른 설비에서 동일하거나 변화하는 파장을 갖는 다중 광원들이 역전파 신호들을 발생시키기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 모든 광섬유, 낮은 가격의 광학 장치(all-fibre, low-cost optical device)들을 레이저 다이오드(laser diode), 발광 다이오드(light emitting diode)들, 광검출기(photodetector)들, 커플러(coupler)들, 아이솔레이터(isolator)들, 서큘레이터(circulator)들 및 필터(filter)들과 연관하여 사용할 수 있는 가능성을 제공한다. 적절한 광원, 커플러 및 광검출기 설비는 센서 및 위치파악 시스템들과 사용된다. 바람직한 실시예에서, 광원의 필요한 광학적 성질들은 빛이 발사되고 단일모드 파장에서 전파되도록 하는 것이다. 분포화를 위하여, 단일모드 광섬유에서 전파되는 빛은 단일모드 광섬유에서 여행하는 전체 기간동안 단일모드 상태를 유지해야 한다. 일단 빛이 단일모드 광섬유에서 다중모드 광섬유로 발사되면, 여러 개의 모드들이 여기되고 다중모드화된 광섬유가 다양한 파라미터들에 반응하게 된다. 일단 빛이 다중모드 광섬유에서 단일모드 광섬유로 역으로 발사되면, 단지 단일모드가 지원되고 빛은 시스템의 광학적 부품들로 여행한다. 리드 인/리드 아웃(lead-in/lead-out) 광섬유 비반응화(desensitization) 및 센서 분포화(sensor localization)는 이러한 방법으로 달성된다. 실제적인 응용에 있어서, 단일모드 광섬유는 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 향상시키기 위하여 모든 클래딩 모드들을 감쇠시키기에 충분하도록 길게 만들어져야 한다. 이러한 바람직한 실시예는 전송 역전파 광신호들이 여행하는 양쪽 방향에 적용될 수 있다.
도파로 센서에서 전파하는 전자기 방사(electromagnetic radiation)의 특성 및 특질을 이용하는 것은 모니터링이 비파괴적인 방법(non-destructive manner)으로 수행될 수 있게 한다. 따라서 센서는 바람직한 파라미터들을 모니터링하고 위치를 파악하기 위하여 반드시 손상을 입거나, 파손되거나, 파괴되어야 하는 것은 아니다.
방법에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 전자기 방사는 피크테일형 레이저 다이오드(pigtailed laser diode), 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드와 같은 광원으로부터 광섬유와 같은 광도파로(단일 또는 다중 모드화된)로 발사되고, 광도파로를 따라서 전파한다. 광도파로는 광도파로 광분리기(optical waveguide light splitter) 또는 커플러의 하나의 아암(arm)에 연결되고(일시적 또는 영구적으로), 전자기 방사가 광 분리기(optical splitter)에 도달할 때, 전자기 방사가 광 분리기의 두 개의 출력 도파로 아암으로 분기될 수 있다. 이러한 광 분리기의 출력 아암들 각각은 다른 커플러로 퓨전 스플라이스되고, 따라서 레이저원(laser source)으로부터의 광방사(optical radiation)는 동시에 다른 두 개의 커플러들 각각으로 발사된다. 이러한 두 개의 커플러들은 상술한 이중 끝단화된, 역전파 방법(dual-ended, counter-propagating method)에 대한 발사 및 검출 포트(launch and detection port)를 형성한다. 광 신호는 동시에 커플러들의 출력 도파로 아암들로 발사된다. 단지 하나의 출력 아암이 각각의 커플러에서 사용되고, 다른 하나는 파손되거나 다르게는 역반사(back-reflection)를 막기 위하여 종결된다. 커플러들의 출력 아암들은 도파로 검출소자에 직접 연결되거나(일시적으로 또는 영구적으로), 도파로 검출 소자에 연결된(일시적 또는 영구적으로) 리드 광 도파로(lead optical waveguide)에 직접 연결된다. 광 분리기의 출력 도파로 아암들의 하나는 광 도파로 리드를 경유하여 전자기 방사를 센서 도파로로 보내는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 다수개의 출력 도파로 아암들은 전자기 방사를 다수개의 각각의 또는 다중화된 도파로 센서들로 보내는 데 사용될 수 있다. 도파로 센서로 전송된 역전파 신호들 각각은 그들이 마주하는 끝단들에 도달할 때까지 도파로 전체길이를 따라서 전파하고, 최초 발사 신호들에 대한 반대방향으로 나중의 커플러(latter coupler)들로 역으로 발사된다. 신호들은 나중 커플러들을 통하여 역방향에서 각각 분리된다. 신호들의 일부는 제1커플러 및 레이저를 향해 역으로 여행하고, 신호들의 나머지는 나중 커플러들의 사용되지 않는 아암(arm)을 따라서 여행하며 이는 광검출기들에서 종결한다. 광신호들은 두 개의 광검출기에 의하여 동시에모니터링된다. 적절한 전자소자, 신호 처리기술 및 알고리즘은 각각의 검출기로부터의 신호들을 처리하고 동일한 장애의 영향을 받은 신호들 사이의 시간 지연 또는 차이를 결정하여 검출된 도파 장애의 위치를 제공한다. 비감지성 광섬유 광리드(non-sensitive fibre optic lead)들은 광신호들 사이의 추가적인 시간지연을 제공하도록 매우 길 수 있다. 이는 본 기술을 실질적인 동작시스템에 이용하는 데 도움을 준다.
방법에서, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 검출 구역은 두 개 또는 그 이상의 적절하게 형상화된 광섬유(단일 또는 다중모드)들에 의하여 형성되고, 비감지성 리드들은 단일 모드 광섬유들이다. 다수의 검출 광섬유들은 검출 광섬유들의 각각의 또는 양쪽 끝단들에서 추가적인 단일모드 커플러들을 사용함으로써 리드 광섬유들에 연결된다.
바람직하게 광 및 전자 설비들은 잡음 최소화 기술을 사용한다.
바람직하게, 모든 광 및 전자 부품들은 각각의 광섬유 입력포트들을 갖는 단일 설비 콘트롤 박스에 위치한다.
전기광학 장치들, 음향광학 장치들, 자기 광학 장치들 및/또는 집적광학 장치들이 또한 시스템에서 사용될 수 있다.
본 발명은 데이터 신호들이 발사되고, 데이터 신호들이 이로부터 수신되는 광섬유 통신링크를 제어하고, 링크로의 장애의 위치를 파악하기 위한 장치를 제공하는 데, 이러한 장치는
링크로 빛을 발사시켜서 빛이 링크를 따라서 양쪽 방향으로 전파하여 링크에 역전파 광신호들을 제공하는 광원(상기 링크는 역전파 광신호들을 가질 수 있고 신호들의 어떤 특성은 장애에 의하여 변경되거나 영향을 받음으로서 변경된 역전파 신호들을 제공한다); 및
변경된 역전파 광신호들을 검출하고, 장애의 위치를 결정하기 위하여 변경된 역전파 광신호들 사이의 시간 지연 또는 차이를 결정하기 위한 검출기 수단을 포함한다.
본 발명은 또한 링크의 장애의 위치를 파악하기 위하여 데이터 신호들이 이것으로 발사되고, 데이터 신호들이 이것으로부터 수신되는 광섬유 통신링크를 모니터링하기 위한 방법을 제공하는 데, 이러한 방법은
링크로 빛을 발사하여 빛이 링크를 따라서 양방향으로 전파하여 링크에 역전파 광신호들을 제공하는 단계(상기 링크는 역전파 신호들을 가질 수 있거나, 신호들의 어떤 특성은 장애에 의하여 변경되거나 영향을 받음으로써 역전파 광신호를 제공한다); 및
장애에 의하여 영향을 받은 변경된 역전파 광신호들을 검출하고, 장애의 위치를 결정하기 위하여 변경된 신호들 사이의 시간 지연 또는 차이를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 뒤따르는 도면들을 참조하여 계속 설명된다.
도1은 본 발명의 일반적인 실시예를 도시한다.
도2는 모달메트릭 검출 기술(modalmetric sensing technique)을 사용하는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도3은 마크-젠더 간섭계 검출 기술(Mach-Zehnder interferometric sensing technique)을 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.
도4는 모달메트릭 검출 기술을 이용하는 집적 광섬유 광검출 및 통신 시스템(integrated fibre optic sensing and communication system)을 도시한다.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다.
도6은 교란(perturbation)이 14.71km 광섬유 링크의 광섬유에 작용할 때, 도5에서 상술된 본 발명의 바람직한 실시예의 방법에 의하여 형성된 시스템의 실제 응답을 나타내는 오실로스코프 곡선(oscilloscope plot)이다.
도7은 교란(perturbation)이 14.71km 광섬유 링크의 광섬유에 작용할 때, 도5에서 상술된 본 발명의 바람직한 실시예의 방법에 의하여 형성된 시스템의 실제 응답을 나타내는 다른 오실로스코프 곡선이다.
도8은 모달메트릭 검출 기술과 본 발명의 바람직한 실시예의 방법에 의하여 형성된 교란(disturbance)의 위치를 파악하기 위한 능력을 이용하는 결합 광섬유 광 검출 및 통신 설비(combined fibre optic sensing and communication arrangement)를 도시한다.
도9는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.
도10은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다.
도1에는 분포 센서(distributed sensor) 10이 우선 있고 이러한 분포 센서가 임의의 길이들의 비감지성 광섬유 리드(nonsensitive fibre lead)들 14a 및 14b에 의하여 이어지는 일반적인 구조가 도시된다. 방법론에 따라서, 비감지성 광섬유 리드들 14a 및 14b의 하나 또는 양쪽의 어느 것도 필요하지 않을 수 있다는 것은 중요하다; 그들은 전송 역전파 신호(transmissive counter-propagating signal)들 사 이에 부가적인 지연을 더하고, 비감지성 리드 광섬유들을 제공하고, 검출 구역(들)의 특정한 배치를 용이하게 하기 위하여 단순히 부가적인 광 지연 라인(optical delay line)들을 제공한다.
이는 기술을 실제적인 작동 시스템에 적용하는 데 도움을 준다. 비감지성 리드들 14a 및 14b는 검출 광섬유(sensing fibre) 10에 퓨전 스플라이스 17되거나(fusion spliced) 또는 다르게 결합된다.
광섬유 링크(전체 길이 
)는 길이 
의 감지성 부분(sensitive section) 10에 퓨전 스플라이스 17되고, 최종적으로 길이 
의 제3 비감지성 부분 14b에 다시 퓨전 스플라이스 17되는 길이 
의 비감지성 부분(insensitive section) 14a로 구성된다. 상기 구조의 목적은 광섬유 링크 10(점 B와 D사이)의 감지성 부분을 따라서 장애(disturbance) 18(점 C)의 위치를 파악하는 것이다. 레이저 빛(laser light)을 동시에 양쪽 점들 A와 E에 발사함으로서, 광섬유 링크는 두 개의 역전파 광빔(counter-propagating light beam)들을 갖는다. 광섬유 링크 10의 감지성 구역을 따라 존재하는 교란 18은 두 개의 동일한 교란 신호들이 다른 방향들로 각각 전파하도록 한다; 즉, 점 C로부터 점 E로의 경우와 점 C로부터 점 A로의 경우이다. 만일 각각의 신호(각각 점 A와 E에서)의 도달 시간의 차이가 알려지면, 장애가 발생한 
를 따라서 위치하는 점은 다음의 방정식을 사용하여 계산될 수 있다.
각각의 신호(각각 점
로 주어지고, 
는 각각 
를 따라서 여행하는 광신호에 대하여 취해진 시간을 가리키며, 이는 
를 사용하여 알려진 거리들에 대하여 계산될 수 있다. 여기서 v 는 
로 주어지는 광신호의 속도이고, c 는 진공에서 빛의 속도(3×108m/s)이고, 
는 광섬유의 유효 굴절율(effective refractive index)이다.
을 얻을 수 있고,
를 얻게 된다.
따라서 점 A로부터 참조된 장애가 발생한 점은
장애A의 발생점 
---(5)
으로 주어지고, 비슷하게 점 E로부터 참조된 장애가 발생한 점은
장애E의 발생점
---(6)
으로 주어진다.
이러한 결과가 시스템에서 다양한 감지성 및 비감지성 광섬유 구역(sensitive and insensitive fibre region)들의 각각의 길이들이 아니라 단지 전체 광섬유 길이 
를 알아야 된다는 것을 나타내는 것은 흥미로운 사실이다.
이러한 정보는 기획의 디자인 및 설치 단계들 또는 OTDR의 사용에 의한 후설치에서 용이하게 얻어질 수 있다.
그리고, 일단 전체 길이가 알려지고 시간 지연, 
가 시스템에 의하여 측정되면, 검출된 도파 장애의 위치를 결정하는 것은 방정식 5 또는 6을 사용하여 바로 계산될 수 있다.
도2의 실시예에서, CW 코헤런트 레이저 빛이 피그테일형 레이저 다이오드(pigtailed laser diode) 20과 광섬유 아이솔레이터(fibre isolator) 22로부터 단일모드 광섬유 15로 발사되고, 광섬유 15를 따라서 전파한다. 광섬유 15는 단일 모드 광섬유 광커플러(singlemode optical fibre optic coupler) 24의 하나의 아암(arm)에 퓨전 스플라이스 41되고, 빛이 커플러 24에 도달할 때 빛은 커플러 24의 두 개의 출력 아암들로 분기될 수 있다. 커플러 24의 출력 아암들 각각은 다른 단일모드 광섬유 커플러들 26a 와 26b에 각각 퓨전 스플라이스 42a 및 42b되고, 따라서 레이저원(laser source) 20으로부터의 빛은 동시에 다른 두 개의 커플러들 26a 및 26b의 각각으로 발사된다. 이러한 두 개의 커플러들 26a 및 26b는 모달메트릭 검출 기술을 사용하는 이중 끝단, 역전파 방법(dual-ended, counter-propagating method)에 대하여 발사 및 검출 포트(launch and detection ports)들을 형성한다. 광신호는 커플러들 26a 및 26b의 출력 아암들 27a 및 27b에 동시에 발사된다. 커플러들 26a 및 26b로부터의 단지 하나의 출력 아암 27a와 27b이 각각 사용되고, 커플러들의 다른 사용되지 않는 모든 아암들은 파손되거나(fractured) 또는 다르게는 역반사(back-reflection) 19를 방지하기 위하여 종결된다(terminated). 커플러들 26a와 26b의 출력 아암들 27a와 27b는 단일모드 광섬유 광 버크헤드 커넥터(singlemode fibre optic bulkhead connector)(쓰로우 어댑터(through adaptor)들 28a와 28b에서 종결한다. 커넥터화된 단일 모드 광섬유 리드 14a는 쓰로우 어댑터 28a에 연결됨으로서, 커플러 26a로부터의 빛은 하나의 방향으로 광섬유 링크로 발사된다. 역전파 신호에 대하여 비슷하게, 커넥터화된 단 일모드 광섬유 리드 14b는 쓰로 어댑터 28b에 연결됨으로서, 커플러 26b로부터의 빛은 반대 방향으로 광섬유 링크로 발사된다.
단일모드 광섬유 리드 14a는 다중모드 검출 광섬유(multimode sensing fibre) 10의 하나의 끝단으로 퓨전 스플라이스 43되고, 단일모드 광섬유 리드 14b는 다중모드 검출 광섬유 10의 마주하는 끝단으로 퓨전 스플라이스 44됨으로서, 요구되는 전송 역전파 신호 검출 루프 형상(transmissive counter-propagating sensing loop configuration)을 형성한다. 광섬유 센서 10을 통하여 전송되는 역전파 신호들 각각은 그들이 반대 끝단들에 도달할 때까지 광섬유 링크의 전체 길이를 따라서 전파하고, 리드들 14a와 14b와 벌크헤드 쓰로우 어댑터들 28a와 28b를 통하여 최초 발사 신호들에 대한 반대방향으로 커플러들 26a와 26b로 각각 역으로 발사된다. 신호들은 커플러들 26a와 26b를 통하여 역방향으로 각각 분리된다. 신호들의 일부는 제1커플러 24와 레이저 20으로 역으로 여행하고 신호들의 나머지는 나중 커플러들 26a와 26b의 아암들 16a와 16b를 따라서 각각 여행하며, 이들은 광검출기들(photodetector) 30a와 30b에서 종결된다. 광섬유 아이솔레이터(fibre isolator) 22는 레이저 다이오드로 역으로 발사되는 빛의 양을 감소시키기 위하여 사용된다. 광신호들은 두 개의 광검출기들 30a와 30b에 의하여 동시에 모니터링된다. 적절한 전자공학, 신호 처리기술과 알고리즘은 각각의 검출기 30a와 30b로부터의 신호들을 처리하고 동일한 장애에 의해 영향을 받은 신호들 사이의 시간 지연 또는 차이를 결정함으로서 검출된 도파 장애의 위치 18을 제공한다. 비감지성 광섬유 광리드들 14a와 14b는 필요하다면 광신호들 사이의 부가적인 시간 지연을 제공하도록 매우 길 수 있다.
도3은 마하-젠더 간섭계(한 쌍의 커플러들(26a,60)을 이중으로 연결한 구성)를 사용하는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한다. CW 코헤런트 레이저 빛은 피그테일형 레이저 다이오드 20과 광섬유 아이솔레이터 22로부터 단일모드 광섬유 15로 발사되고 광섬유 15를 따라서 전파한다. 광섬유 15는 단일모드 광섬유 광커플러 24의 하나의 아암에 퓨전 스플라이스 41되고 빛이 커플러 24에 도달할 때 빛은 커플러 24의 두 개의 출력 아암들로 분기될 수 있다. 이러한 커플러 24의 출력 아암들 각각은 다른 단일모드 광섬유 커플러들 26a와 26b로 퓨전 스플라이스 42a 와 42b될 수 있고 따라서 레이저원 20으로부터의 빛은 다른 두 개의 커플러들 26a와 26b의 각각으로 동시에 발사된다. 이러한 두 개의 커플러들 26a와 26b는 마크-젠더 간섭계 검출 기술을 이용하는 이중 끝단, 역전파 방법을 위한 발사 및 검출 포트를 형성한다. 광신호는 커플러 26a와 26b의 출력 아암들 27a, 27c와 27b로 동시에 발사된다. 커플러 26b로부터의 단지 하나의 출력 아암 27b가 사용되고, 커플러들의 다른 사용되지 않는 아암들은 파손되거나 역반사들 19을 피하기 위하여 종결된다. 커플러들 26a와 26b의 출력 아암들 27a, 27c와 27b는 단일모드 광섬유 광 벌크헤드 커넥터들(쓰로우 어댑터들) 28a, 28c와 28b에서 종결된다. 커넥터화된 단일모드 검출 광섬유들 10a와 10c는 각각 쓰로우 어댑터들 28a와 28c에 연결되어, 커플러 26a로부터의 빛이 하나의 방향으로 광섬유 링크로 동시에 발사될 수 있다. 다르게는, 추가적인 커플러가 아암 27c와 어댑터 28c를 사용하는 것을 바꾸기 위하여 아암들 10a와 10c와 사용될 수 있다. 비슷하게 역전파 신호에 대하여, 커넥터화된 단일모드 광섬유 리드 14가 쓰로우 어댑터 28b에 연결되어 커플러 26b로부터의 빛이 반대방향으로 광섬유 링크로 발사된다. 단일모드 검출 광섬유들 10a와 10c는 각각 단일모드 커플러 60의 한쪽 끝단에 퓨전 스플라이스 45, 46되고 단일모드 광섬유 리드 14는 반대편의 커플러 60의 하나의 아암에 퓨전 스플라이스 47되어 요구되는 전송 역전파 검출 루프 형상을 형성한다. 커플러 60의 사용되지 않는 아암은 파손되거나 또는 역반사들 19를 방지하기 위하여 종결된다. 광섬유 설비들을 통하여 전송되는 역전파 신호들의 각각은 그들이 마주하는 끝단들에 도달할 때까지 광섬유 링크의 전체길이를 따라서 전파하고, 벌크헤드 커넥터(bulkhead connector)들 28a, 28c와 28b를통하여 각각 커플러들 26a와 26b로 최초 발사 신호들의 반대 방향에서 역으로 발사된다. 신호들은 각각 커플러들 26a와 26b를 통하여 역 방향으로 각각 분리된다. 신호들의 일부는 제1커플러 24와 레이저 20을 향해 역으로 여행하고 신호들의 나머지는 나중 커플러들 26a와 26b의 아암들 16a와 16b를 따라서 각각 여행하고 이들은 광검출기 30a와 30b에서 종결한다. 광섬유 아이솔레이터 22는 레이저 다이오드로 역으로 발사되는 빛의 양을 줄이기 위하여 사용된다. 광신호들은 두 개의 광검출기들 30a와 30b에 의하여 동시에 모니터링된다. 적절한 전자공학, 신호 처리기술과 알고리즘이 각각의 검출기 30a와 30b로부터의 신호를 처리하고 동일한 장애에 의하여 발생한 신호들 사이의 시간 지연 또는 차이를 결정함으로서 검출된 도파 장애의 위치 18을 제공한다. 비감지성 광섬유 광 리드 14는 필요하다면 광 신호들 사이의 부가적인 시간 지연을 제공하도록 매우 길 수 있다.
도4는 모달메트릭 검출 기술 사용하는 집적 광섬유 광 검출 및 통신 시스템을 도시하고 아래의 예에서 상세하게 설명된다.
도5는 본 발명의 실행을 입증하기 위하여 사용되는 본 발명의 실시예를 도시하며 아래의 예에서 상세하게 설명된다. 도6은 교란(perturbation)이 14.71km 광섬유 링크의 광섬유에 작용할 때, 도5와 아래의 예에서 상세하게 설명된 본 발명의 바람직한 실시예의 방법에 의하여 형성된 시스템의 실제 응답을 나타내는 오실로스코프 곡선(oscilloscope plot)이다. 도7은 교란(perturbation)이 14.71km 광섬유 링크의 광섬유에 작용할 때, 도5와 아래의 예에서 상세하게 설명된 본 발명의 바람직한 실시예의 방법에 의하여 형성된 시스템의 실제 응답을 나타내는 다른 오실로스코프 곡선이다.
도8은 모달메트릭 검출 기술과 본 발명의 바람직한 실시예의 방법에 의하여 형성된 교란(disturbance)의 위치를 파악하기 위한 능력을 이용하는 결합 광섬유 광검출 및 통신설비(combined fibre optic sensing and communication arrangement)를 도시한다. 이러한 기술의 실제적인 응용에 있어서, 역전파 신호들의 양쪽 발사점들은 동일한 물리적 위치에 위치하는 것이 일반적으로 바람직하다. 이는 단일 끝단 시스템(single-ended system)을 효과적으로 형성하는 다중 광섬유 케이블을 사용하여 용이하게 달성된다. 이러한 설비에서, 하나의 단일모드 광섬유는 통신 광섬유로서 사용되고, 하나는 단일모드이고 하나는 다중모드인 두 개의 광섬유들은 관심이 있는 특정구역(그늘진 영역)에 모달메트릭 관입 센서(modalmetric intrusion sensor)(도파 장애 검출 및 위치 결정)를 설치하기 위하여 필요하다. 그늘진 구역 내의 다중 모드 광섬유를 따라서 위치하는 장애는 두 개의 역전파 장애 신호들을 발생시킨다. 링크의 트랜스미터 끝단(transmitter end)에서 그들의 각각의 도달 시간의 시간차이를 측정함으로써 장애의 위치를 결정할 수 있다.
도8에 있어서, 통신 케이블 150이 도시되며 이는 통신 광섬유 151을 포함한다. 광섬유 151의 한쪽 끝단은 트랜스미터 152에 연결되고, 다른 한쪽 끝단은 수신기(receiver) 153에 연결된다. 트랜스미터 152는 수신기 153에 의한 수신을 위하여 데이터를 광섬유 151로 전송한다.
케이블 150은 또한 스플라이스점(splice point) 157에서 단일모드 광섬유 156에 스플라이스되는 다중모드 광섬유 155를 포함한다. 다른 단일 모드 광섬유 158이 다중모드 광섬유155로 159에서 스플라이스된다. 광섬유들 155, 156과 158은 케이블 150내에서 루프 형상으로 형성되어 광섬유들 155, 156과 158에 의하여 형성되는 연속적인 광섬유의 끝단들 160과 161이 서로 인접하게 된다.
이미 설명한 바와 같이, 역전파 신호들은 광섬유들 155, 156과 158의 두 개의 끝단들 160 및 161로 발사되고, 검출기(미도시)들은 두 개의 끝단들 160과 161로부터 나오는 두 개의 역전파 신호들을 검출하기 위하여 설치된다.
물리적으로 광섬유 151에 도달하기 위하여 광케이블로 브레이크 인하려는(break into) 시도는 검출 광섬유(sensing fibre)인 다중모드 광섬유 155에 반드시 장애를 일으키게 되고 따라서 두 개의 역전파 장애 신호들이 생성되고 앞에 상술한 방법으로 양쪽 끝단들 160과 161에서 검출된다. 두 개의 변경된 또는 장애 신호들의 수신사이의 시간 차이를 결정함으로서 시도된 브레이크 인(break-in)의 위치가 결정될 수 있다.
도8에 도시된 바람직한 실시예에서 광섬유들 155, 156 과 158이 서로 루프백(loop back)됨으로서 두 개의 끝단들 160과 161이 서로 인접하게 됨에도 불구하고, 일반적으로 광섬유 151과 평행하게 달리는 단일 검출 다중모드 광섬유를 제공하고 케이블 150의 마주하는 끝단들로부터 광섬유의 양쪽끝단들로 빛을 발사하고 또한 양쪽 끝단으로부터의 빛을 검출하는 것을 가능하게 하고 시도되는 브레이크 인의 위치를 찾기 위한 시간 차이를 얻기 위하여 광검출기들을 동기화시키는 것이 가능하다.
바람직한 실시예들
본 발명의 바람직한 실시예들이 뒤에 오는 예들에 의하여 시험되었다. 광섬유 전송 역전파 신호방법 및 관련 시스템은 여기서 상술되는 발명을 실행하는 것을 설명하도록 구성된다. 현재까지 얻어진 모든 결과가 아래의 예에서 상세하게 설명된 것은 아니다.
예: 모달메트릭 효과를 이용하여 장애 지점의 위치 찾기
다중 모드 광섬유가 방해를 받을 때 모드들의 분포가 영향을 받는다는 것은 오래 동안 알려진 사실이다. 다중 모드 광섬유에서 모달 분포(modal distribution)의 이러한 변조는 모달메트릭 효과(modalmetric effect)로 알려져있다. 다중 모드 광섬유에서 모달메트릭 효과는 광섬유의 스페클 패턴 출력(speckle pattern output)에서의 강도변화를 검출함으로서 진동들, 장애들, 또는 광섬유 자체 또는 광섬유가 부착된 임의의 구조 또는 물체의 이동을 검출하고 모니터링하기 위하여 사용될 수 있다. 모달메트릭 센서들은 따라서 구조적인 모니터링, 높은 전압설비의 상태 모니터링, 케이블 또는 파이프라인들의 관입 검출(intrusion detection) 및 펜스내 지역 안전(in fence perimeter security)에서 진동 센서(vibration sensor)들로서 사용된다.
처음에 광섬유들이 긴 길이의 고속 정보통신 시스템(long-haul and high-speed telecommunication system)에서 주로 배치된다. 그러나, 광섬유 케이블, 광전자 광원과 검출기들의 비용이 떨어지면서, 광섬유들이 현재는 LAN/WAN 백본망(LAN/WAN backbone)과 같은 많은 다른 통신 응용들에서 그리고 많은 소규모 및 대규모 조직들(예를 들어, 은행, 국방, 정부, 공익 사업체들과 다국적 회사들)의 사설 통신 네트워크에서 주요한 캐리어로서 사용되고 있다. 많은 이러한 통신 네트워크들은 통신 링크의 안전에 높은 우선순위를 주는 감지성 정보(sensitive information)의 전달을 포함한다.
모달메트릭 효과는 광섬유 케이블로의 관입 또는 광섬유 케이블과의 간섭을 억제하는 데 용이하고 효과적으로 사용될 수 있다. 검출이 광섬유 통신 시스템에 통합된 전형적인 구조가 도4에 도시된다.
검출 시스템들 100a(즉, 레이저)와 100b(검출기 및 프로세서) 및 통신 시스템 200a(트랜스미터)와 200b(수신기)는 동일한 광섬유 10으로 통합되게 된다. 검출 시스템의 파장은 통신 신호(파장 다중화를 통하여)와 간섭하지 않고 또한 광섬유 링크가 검출파장을 위하여 다중모드화되도록 선택된다. 여러 개의 다른 형상들이 가능하나 그들은 모두 동일한 원리에서 작동한다. 모달메트릭 처리 장치는 광섬유 링크를 따라서 임의의 지점에서의 교란을 검출한다.
지금까지 모달메트릭 검출 효과는 장애의 실제적인 위치를 파악할 수 없었고 단지 분포 다중모드 광섬유 검출 길이를 따라서 장애를 검출할 수 있었다. 발명자들에 의한 최근의 실험은 여기서 상술되는 방법에 따라서 두 개의 역전파 신호들 사이의 시간 지연을 결정함으로써 장애의 위치를 파악하는 것이 가능함을 보여준다. 실험 작업은 도5에서 설명된 설비에 대하여 이하 설명된다.
도5에서 설명된 구성은 도1에서 설명된 것과 비슷하고, 두 개의 역전파 신호들 A1과 B1이 광섬유 링크에 존재한다. 또한, 검출 광섬유 10(이는 예를 들어 2km이고 스플라이스점(splicing point) 105와 107사이에 위치할 수 있다)은 광섬유 케이블 내에서 전용 광섬유(dedicated cable)일 수 있고 또는 통신 광섬유와 동일한 광섬유일 수 있다. 광섬유 10은 도파로 네트워크의 끝단들을 형성하는 비감지성 리드 광섬유들(insensitive lead fibre) 109와 111에 연결된다. 리드 광섬유 109는 스플라이스 115를 경유하여 상당한 길이(5km와 같은)의 비감지 광섬유 113에 연결되고 광섬유 113은 스플라이스 117을 통하여 감지성 다중모드 광섬유 119에 점 117에서 스플라이스된다. 광섬유 119는 스플라이스 107을 경유하여 광섬유 10에 연결된다. 광섬유 119는 8.8km와 같이 상당한 길이이다. 장애 P가 표시된 지점(지점 A)에서 다중 모드 광섬유에 적용될 경우, 두 개의 비슷한 또는 동일한 시간 변화 광신호(time varying optical signal)가 모달메트릭 효과에 따라 발생하고, 각각은 반대방향으로 여행한다. 입력 I(PSI)에 따르는 장애 신호는 입력 2(PS2)에 따르는 장애신호가 포트 1(출력 2)에 도달하기 전에 포트 2(출력 1)에 도달한다. 이는 PS2가 PS1보다, 예를 들어 14.71km가 더 긴 광섬유(A에서 포트 1까지와 A에서 포트 2까지 사이의 거리의 차이)를 통하여 전파할 필요가 있다는 사실 때문이다. 두 개의 장애 신호들 사이의 시간 지연을 측정함으로서 장애의 위치가 계산될 수 있다. 상기의 구성에서, 광섬유에 대한 1.457의 반사계수를 가정할 경우, 두 개의 신호들 사이의 시간 차이는
으로 계산된다.
여러 번의 측정이 도5에서 설명된 전송 역전파 광섬유 설비에서 수행된다. 도2에서 상술한 것과 동일한 실험적 구성이 장애 신호들을 측정하기 위하여 사용되었고, 휴렛 패커드 54810A 인피니엄 디지털 오실로스코프(Hewlett Packard 54810A Infinium digitising oscilloscope)가 장애 신호들을 샘플링하고 결과되는 시간 차이를 측정하기 위하여 사용되었다. 도6과 7은 두 개의 이러한 데이터 캡쳐(data capture)으로부터의 결과를 도시한다. 양쪽의 캡쳐에서 볼 수 있듯이 두 개의 장애신호들 사이에는 명백하게 지연이 있고, 이는 이론 계산인 71.5
와 비교할 때, 각각 65
와 70
으로 측정되었다. 에러(실제로 300m)는 광섬유들의 유효 반사율의 값의 가정의 결과일 수 있고 시간 지연의 수동 측정에서의 부정확성에 의한 것이다. 이러한 에러들은 광섬유의 실질적인 유효 반사율을 알고 정확하게 시간 지연을 측정할 수 있는 디지털 신호 처리 수단을 사용함으로서 감소될 수 있다.
도9 및 10은 통상적인 도파로가 데이터의 양쪽 전송(예를 들어 광섬유 통신 링크)에 사용되고 또한 광섬유를 간섭하려는 시도를 결정하기 위한 검출 광섬유를 형성하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예들은 통신링크로부터 데이터를 탭오프(tap-off)하기 위하여 통신링크들을 보호하고 통신링크로 브레이크 인 하려는 시도를 나타내는 것에 대한 구체적인 응용이다. 도10은 루프 형상을 도시하고 도9는 루프가 없는 형상을 도시한다.
도9에서, 광섬유 200은 데이터를 하나의 장소에서 다른 장소로 전송하기 위한 통신 링크를 형성한다. 광섬유 200은 바람직하게는 1550
(이는 데이터 전송파장이다)의 파장에서 단일 모드화되고, 850
(이는 검출 주파수이다)의 파장에서 다중모드화된다. 데이터는 통합된 아이솔레이터를 갖는 피그테일형 레이저 다이오드를 포함하는 트랜스미터 210으로부터 광섬유로 발사됨으로서 데이터 신호는 1550
의 파장에서 단일 모드화된 광섬유 212로 발사된다. 광섬유 212는 커플러 216의 하나의 아암에 연결되는 광섬유 214로 점 213에서 스플라이스된다. 커플러 216의 출력은 광섬유 200으로 점 218에서 스플라이스된다. 광섬유 200은 또한 커플러 220으로 점 218에서 스플라이스된다. 커플러 220의 아암들 중 하나는 추가적인 단일모드 광섬유 224에 지점 222에서 스플라이스되는 단일 모드화된 광섬유 221로 스플라이스된다. 광섬유들 221과 224는 1550
의 파장에서 단일 모드화된다. 광섬유 224는 1550 
의 파장에 감지성을 갖는 검출기 226에 연결된다.
제1역전파 검출 시스템 240은 단일모드 광섬유 241에 의하여 커플러 216의 다른 아암에 연결되고 스플라이스 243에서 함께 스플라이스된 커플러 216의 다중 모드 광섬유 아암 242에 연결된다. 광섬유들 241과 242는 도9의 실시예에서 사용된 검출 파장인 850
의 파장에서 각각 단일모드화되고 다중모드화된다. 역전파 검출 시스템 240은 850
의 파장에서 빛을 광섬유 241로 발사하기 위한 피그테일형 레이저 다이오드와 같은 트랜스미터 및 이하 설명되는 방법으로 광섬유 241로부터 나오는 빛을 검출하기 위한 검출기를 포함한다. 시스템 240은 빛이 피그테일형 레이저 다이오드로부터 광섬유 241로 발사될 수 있도록 하고 검출기가 광섬유 241로부터의 빛을 수신할 수 있도록 하는 적절한 커플러들을 포함한다. 따라서 검출 빛 신호는 850
의 파장에서 역전파 시스템 240으로부터 광섬유 241로 발사되고, 커플러 216에서 트랜스미터 210으로부터의 데이터 전송 신호와 결합된다. 1550
의 파장의 데이터 전송 신호와 850
의 파장의 검출신호 모두 광섬유 200을 통하여 여행한다.
커플러 220은 추가적인 단일 모드 광섬유 251에 점 250에서 스플라이스되는 다중 모드 광섬유 249에 연결되는 제2아암을 갖는다. 광섬유들 249와 251은 850
의 파장에서 다중모드화되고 단일모드화된다. 광섬유 251은 시스템 240과 동일한 역전파 검출 시스템 260에 연결된다. 따라서 시스템 260은 850
또는 670
의 파장의 검출 빛 신호를 시스템 240에 의하여 발사된 신호들로 광섬유 220내에서의 역전파를 위한 광섬유들 251과 249로 발사하거나 수신한다.
광섬유 200을 따라서 여행하는 1550
의 파장의 데이터 신호들은 850
의 파장의 신호와 커플러 220에 의하여 광섬유들 221과 224로 커플링된다. 검출기 226들은 단지 1550
파장의 신호들 따라서 트랜스미터 210으로부터 전송된 데이터를 검출하며 InGaAs이다. 시스템들 240과 260내의 리트랙터(retractor)들은 Si 종류이고 단지 850
또는 670
의 파장에 감지성을 갖는다. 시스템들 240과 260에 의하여 발사되는 역전파 검출 신호들은 850
또는 670
의 파장들에서 다중모드화된 광섬유 220을 따라서 마주하는 방향들로 여행한다. 따라서 다중모드화된 광섬유 200은 그것이 850
또는 670
의 파장에서 다중모드화되기 때문에 그 전체 길이를 따라서 감지성 광섬유를 형성하고, 광섬유 200으로부터 데이터를 탭오프(tap-off)하기 위하여 광섬유로 브레이크 인하려는 시도는 광섬유 200에 발사된 850
또는 670
의 파장의 빛에 변화를 일으킴으로서, 시도된 브레이크 인에 의한 장애로 인하여 변경된 역전파 신호가 시스템들 240과 260의 각각의 검출기들에 의하여 수신된다. 시도된 브레이크인의 위치는 이전의 실시예들에서 설명된 방법으로 결정될 수 있는 데, 시스템 240과 시스템 260내에서 변경된 신호의 수신 사이의 시간 차이를 결정하여 광섬유 200의 길이를 따라서 위치가 결정된다.
시스템들 240과 260의 검출기들은 서로 적절하게 시간동기화됨으로서, 시스템 240내의 변경된 신호의 수신과 시스템 260내의 변경된 신호의 수신사이의 시간차이가 결정될 수 있다.
도10은 두 개의 역전파 검출 시스템 240과 260을 갖는 대신에 단일의 시스템 270이 사용되고 귀환루프광섬유(return loop fibre) 271이 커플러 220에 결합됨으 로서 광섬유 200이 도2, 3, 5 및 8에서 설명된 것과 동일한 방법으로 실질적으로 단일의 시스템 270으로 루프백될 수 있는 것을 제외하고는 도9의 실시예와 유사한 추가적인 실시예를 도시한다. 광섬유 271은 검출 파장에서 단일모드화되어서 그것은 비감지성이고 따라서 광섬유 200으로 브레이크인하려는 시도는 광섬유 200으로 발사된 역전파 신호들로의 변경을 일으키지만, 광섬유 271의 장애는 광섬유 271내에서 신호들에 변경을 일으키지 않음으로서 광섬유 220에서 시도된 브레이크인의 지점이 검출될 수 있다.
이러한 실시예에서, 역전파 신호들은 트랜스미터 210으로부터 발사된 데이터 신호와 동시에 광섬유 200을 따른 역전파를 위하여 시스템 270으로부터 광섬유 241과 또한 광섬유 271로 발사된다. 데이터 신호는 도9를 참조하여 상술한 것과 동일한 방법으로 검출기 226에 의하여 수신된다. 이러한 실시예는 동일한 위치에 역전파하는 신호들을 검출하기 위한 검출기들을 배치시킴으로서, 도9의 실시예에서와 같이 다른 위치들에 있는 검출기들의 원격 동기화에 대한 필요하지 않게 할 수 있는 이점을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 검출기들에 의하여 검출된 변경된 신호들은 검출 광섬유의 장애에 의하여 바뀐 빛 신호들의 파라미터들이다. 파라미터는 신호의 강도일 수 있으므로 효과적으로 역전파 신호들을 검출하기 위한 검출기들은 수신된 신호들의 강도들을 볼 수 있고, 강도가 변할 때, 이는 검출 광섬유로의 장애에 의하여 발생한 변경된 신호들의 수신을 나타낸다.
바람직한 실시예의 응용
본 발명의 방법에 의하여 만들어진 광학 장치들과 시스템들은 광범위한 종류의 응용과 분야들에서 유용하다. 포괄적이지 않으나 뒤에 따르는 예들은 여기서 설명된 광섬유 광검출 및 위치파악 방법들의 가능한 이용자들을 나타낸다.
* 도로, 철로, 댐 및 교각 유지보수 회사들.
* 인프라 시설들의 소유자들, 운영자들 및 보증인들.
* 파이프라인 건설 회사들, 계약자들 및 운영자들.
* 석유 및 석유화학 회사들.
* 근해 오일 굴착 운영자 및 유지보수 회사들.
* 방어 펜스 또는 벽 보안 회사들.
* 보안 회사들.
* 정부 및 군 기관들.
* 전력 발전 및 배전 산업들.
* 전력, 수력 및 연료 설비들.
* 탑 소유자들 및 운영자들.
* 비행기 제조자들, 수리자들 및 운영자들.
* 비파괴 측정 회사들 및 설비 제조자들.
* 연구개발 회사들 및 실험실들.
* 장비 및 센서 제조자들.
* 스포츠 설비 및 시설 제조자들 및 운영자들.
* 광산 운영자들.
* 선박의 소유자들, 운영자들 및 보증인들.
* 품질 보증 및 안전 회사들.
* 빌딩 관리 회사들.
* 산업설비 운용자들 및 제조자들.
* 핵 발전 공장 제조자들, 소유자들 및 운영자들.
* 정보통신회사 또는 운영자들.
* 광섬유 케이블의 장애의 검출, 측정, 위치파악을 요구하는 모든 응용.
청구된 본 발명은 많은 현재의 광섬유 광분산 검출 기술들의 불편과 제한들을 극복한다. 또한 그것은 동적인 또는 일시적인 도파 장애을 검출하고 위치를 파악할 수 있으며, 장애들의 위치를 파악할 수 있는 대부분의 다른 광섬유 광분포 센서들보다 덜 복잡하며 저렴하다. 이러한 시스템은 현재의 기술들보다 낮은 비용과 향상된 동작상의 안전상의 이익들을 제공하고, 공장 및 생태학적인 환경에서 단기 및 장기간 설비 모니터링을 위한 능력을 갖는다.
본 발명의 정신 및 범위 내에서의 변경이 당업자에 의하여 수행될 수 있으므로, 본 발명은 예를 들어서 상술된 특정의 실시예들에 제한되지는 않는다.
Claims (28)
- 광원(20);광원으로부터 빛을 수신하여 빛이 도파로를 따라서 양쪽 방향으로 전파하여 상기 도파로 내에 역전파 광신호를 제공할 수 있게 하는 도파로로서, 상기 도파로는 역전파 광신호들을 가질 수 있고, 상기 신호들의 일부 특성은 도파 장애에 의하여 변경되거나 영향을 받음으로서 상기 도파로를 따라서 계속 전파하는 변경된 역전파 광신호들을 제공하도록 구성된 도파로; 및상기 도파 장애에 의해 변경된 역전파 광신호들을 검출하고 상기 도파 장애의 위치를 파악하기 위하여 상기 변경된 역전파 광신호들 간의 수신 시간간의 시간 지연이나 차이를 결정하기 위한 검출기(30a,30b)를 포함하고,상기 도파로는상기 변경된 역전파 광신호가 마하 젠더 간섭계를 이용하는 기법으로부터 검출될 수 있도록 하기 위해 마하 젠더 간섭계를 형성하는 제1단부 및 제2단부를 각각 구비하는 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c);상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)의 양쪽을 통한 제1방향(시계방향)으로의 전파를 위하여 상기 광원(20)으로부터 빛을 수신하고, 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)의 제1단부에 빛을 공급하기 위한 제1커플러(26a);제1,2단부를 구비하는 제3비감지성 통로(14);상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들의 제2단부를 상기 제3비감지성 도파로 통로의 제1단부에 결합하기 위한, 그리고 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 상기 제1방향으로 전파하는 빛을 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)를 따라 상기 제1방향으로 전파하도록 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)를 통해 공급하기 위한 제2커플러(60)를 더 구비하되;상기 검출기(30b)는 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)의 제2단부로부터 상기 제1방향으로 전파하는 빛을 수광하도록 구성되고;상기 제3비감지성 도파로 통로(14)의 제2단부는 상기 제1방향에 반대인 제2방향(시계반대방향)으로 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)를 통해 전파가 이루어지도록 상기 광원으로부터 빛을 수광하도록 구성되고;상기 제3비감지성 도파로 통로(14)의 제1단부는 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)를 통해 상기 제2방향으로 전파하는 빛을 상기 제2커플러(60)에 공급하고, 그 다음에는 상기 제2방향으로 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들 모두를 통한 상기 제1커플러(26a)로의 전달을 위하여 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들의 제2단부에 공급하도록 구성되며;상기 검출기(30a)는 상기 제1커플러(26a)로부터 상기 제2방향으로 전파하는 빛을 수광하도록 구성되고;상기 제1,2 방향으로 전달되는 상기 빛은 역전파 광신호들을 형성하도록 구성함을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 도파로는 실리카 도파로인 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 광원은 도파로의 마주하는 끝단들로 동시에 빛을 발사하기 위한 것임을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 광원은 단일 광원인 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 도파로는 도파 장애 감지성 광섬유를 형성하는 하나 또는 그 이상의 광섬유들인 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 전송 역전파 신호들 사이에 부가적인 지연을 더하고 비감지성 리드 도파로들을 제공하기 위하여, 상기 도파로의 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 추가적인 실리카 도파로들이 연결되는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 도파로는 구조물을 모니터링하기 위하여 구조물에 연결되는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 도파로를 따라서 한 장소에서 다른 장소로 데이터를 전송하기 위한 도파로를 포함하고, 도파로는 광원으로부터 빛을 동시에 수신하여 역전파 광신호를 제공함으로서 도파로의 보전 및 안전성이 모니터링 되도록 하는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 검출기(30a,30b)는 또한 변경된 역전파 광신호들로부터의 도파 장애를 확인하거나 도파 장애 상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 도파로는 루프형상으로 설치됨으로서 빛은 단일 광원으로부터 도파로의 양쪽 끝단으로 동시에 발사될 수 있는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제11항에 있어서, 데이터 신호들이 도파로에 공급됨으로서 도파로는 한 장소에서 다른 장소로의 데이터 전송을 위한 통신링크로서 기능하고, 도파로내의 역전파 광신호들의 발사는 도파로의 보전 및 안전성이 모니터링될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제11항에 있어서, 도파로는 구조물을 모니터링하기 위하여 구조물에 적용되는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 검출기(30a,30b)는 제2방향으로 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 전달된 빛을 검출하기 위한 제1검출기(30a)와, 제1방향으로 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 전달된 빛을 검출하기 위한 제2분리된 검출기(30b)를 포함함을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 제3비감지성 도파로 통로의 제2단부는 제3광학 커플러와 연결되어 있고, 상기 광원은 제2방향으로 전달하기 위해 빛을 제3광학 커플러에 공급하며, 상기 제3광학 커플러 역시 제1방향으로 전파하는 빛을 제2검출기로 공급하며, 제1커플러 역시 제1,2감지성 도파로 통로들을 통해서 제2방향으로 전파하는 빛을 제1검출기로 공급하기는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c) 및 제3비감지성 도파로 통로(14) 각각은 하나의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위한 역전파 신호 방법을 이용하여 구조물을 모니터링하기 위한 장치.
- 데이터 신호가 발사되고, 그로부터 상기 데이터 신호가 수신되는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애 위치 파악을 위한 장치에 있어서,상기 링크를 따라서 양 방향으로 광이 전파되도록 하여 상기 링크에서 역전파하는 광신호들을 제공하도록 상기 링크로 광을 발사하기 위한 광원으로서, 상기 링크는 역전파 광신호들을 구비할 수 있고, 상기 신호들의 일부 특성들은 도파 장애에 의하여 변경되거나 영향을 받음으로서 상기 링크를 따라서 계속 전파하는 변경된 역전파 광신호들을 제공하도록 구성된 광원(20);상기 도파 장애에 의해 변경된 역전파 광신호들을 검출하고 상기 도파 장애의 위치를 결정하기 위하여 상기 변경된 역전파 광신호들의 수신 시간 간의 시간 지연이나 차이를 결정하기 위한 검출기(30a,30b)를 포함하고,상기 도파로는상기 변경된 역전파 광신호가 마하 젠더 간섭계를 이용하는 기법으로부터 검출될 수 있도록 하기 위해 마하 젠더 간섭계를 형성하는 제1단부 및 제2단부를 각각 구비하는 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c);상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)의 양쪽을 통한 제1방향(시계 방향)으로의 전파를 위하여 상기 광원(20)으로부터 빛을 수신하고, 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)의 제1단부에 빛을 공급하기 위한 제1커플러(26a);제1,2단부를 구비하는 제3비감지성 도파로 통로(14);상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들의 제2단부를 상기 제3비감지성 도파로 통로의 제1단부에 결합하기 위한, 그리고 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 상기 제1방향으로 전파하는 빛을 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)를 따라 상기 제1방향으로 전파하도록 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)를 통해 공급하기 위한 제2커플러(60)를 더 구비하되;상기 검출기(30b)는 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)의 제2단부로부터 상기 제1방향으로 전파하는 빛을 수광하도록 구성되고;상기 제3비감지성 도파로 통로(14)의 제2단부는 상기 제1방향에 반대인 제2방향(시계반대방향)으로 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)를 통해 전파가 이루어지도록 상기 광원으로부터 빛을 수광하도록 구성되고;상기 제3비감지성 도파로 통로(14)의 제1단부는 상기 제3비감지성 도파로 통로(14)를 통해 상기 제2방향으로 전파하는 빛을 상기 제2커플러(60)에 공급하고, 그 다음에는 상기 제2방향으로 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들 모두를 통한 상기 제1커플러(26a)로의 전달을 위하여 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들의 제2단부에 공급하도록 구성되며;상기 검출기(30a)는 상기 제1커플러(26a)로부터 상기 제2방향으로 전파하는 빛을 수광하도록 구성되고;상기 제1,2방향으로 전달되는 상기 빛은 역전파 광신호들을 형성하도록 구성함을 특징으로 하는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 장치.
- 제18항에 있어서, 상기 검출기(30a,30b)는 상기 제2방향으로 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 전달된 빛을 검출하기 위한 제1검출기(30a)와, 제1방향으로 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 전달된 빛을 검출하기 위한 분리된 제2검출기(30b)를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 장치.
- 제19항에 있어서, 상기 제3비감지성 도파로 통로의 제2단부는 제3광학 커플러와 연결되어 있고, 상기 광원은 제2방향으로 전달하기 위해 빛을 제3광학 커플러에 공급하며, 상기 제3광학 커플러 역시 제1방향으로 전파하는 빛을 제2검출기로 공급하며, 제1커플러 역시 제1,2감지성 도파로 통로들을 통해서 제2방향으로 전파하는 빛을 제1검출기로 공급하기는 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 장치.
- 제18항에 있어서, 상기 제1,2감지성 도파로 통로 및 제3비감지성 도파로 통로 각각은 하나의 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 장치.
- 도파 장애의 위치를 파악하기 위하여 구조물을 모니터링하는 방법에 있어서,빛이 도파로를 따라서 양방향으로 전파하여 도파로 내에서 역전파 광신호들을 제공하도록 도파로에 빛을 발사하는 단계로서, 상기 도파로는 역전파 광신호을 가질 수 있고 또한 상기 신호들의 일부 특성은 도파 장애에 의하여 변경되거나 영향을 받음으로써 상기 도파로를 따라서 계속 전파하는 변경된 역전파 광신호를 제공하는 단계;도파 장애가 발생할 때 상기 변경되거나 영향을 받은 역전파 광신호들이 검출되도록 상기한 변경된 역전파 광신호들을 연속적으로 그리고 동시적으로 모니터링하는 단계; 및도파 장애의 위치를 결정하기 위하여 상기 변경된 신호들의 검출 시점 간의 시간 지연 또는 차이를 결정하는 단계를 포함하고;상기 도파로에 빛을 발사하는 단계는;제1방향(시계 방향)으로의 전달을 위하여 마하 젠더 간섭계를 형성하는 제1,2감지성 도파로 통로 양쪽에서 상기 빛을 발사하는 한편, 상기 제1방향으로 전달하기 위하여 상기 제1,2감지성 도파로 통로들에 결합된 제3비감지성 도파로 통로에 상기 제1,2감지성 도파로 통로들로부터 수광된 빛을 공급하는 단계;상기 빛을 상기 제3비감지성 도파로 통로를 향해, 그 다음에는 상기 제1방향과 반대인 제2방향(시계 반대방향)으로의 전달을 위하여 제1,2감지성 도파로 통로들을 향해 빛을 발사하는 단계를 포함하고;상기 제1,2 방향으로 전달된 빛이 역전파 광신호들을 형성하고; 그리고,상기 변경된 역전판 광신호들은 마하 젠더 간섭계 기법을 이용하여 검출됨을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위하여 구조물을 모니터링하기 위한 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 역전파 광신호들은 상기 제2방향으로 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 전달된 빛을 검출하기 위한 제1검출기와, 제1방향으로 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 전달된 빛을 검출하기 위한 분리된 제2검출기로 상기 신호를 검출함으로써 모니터되는 것을 특징으로 하는 도파 장애의 위치를 파악하기 위하여 구조물을 모니터링하기 위한 방법.
- 데이터 신호들이 발사되고, 데이터 신호들이 이로부터 수신되는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 방법에 있어서,빛이 링크를 따라서 양방향으로 전파하여 링크 내에서 역전파 광신호들을 제공하도록 링크에 빛을 발사하는 단계로서, 상기 링크는 역전파 광신호을 가질 수 있고 또한 상기 신호들의 일부 특성은 도파 장애에 의하여 변경되거나 영향을 받음으로써 상기 링크를 따라서 계속 전파하는 변경된 역전파 광신호를 제공하는 단계;도파 장애가 발생할 때 상기 변경되거나 영향을 받은 역전파 광신호들이 검출되도록 상기한 변경된 역전파 광신호들을 연속적으로 그리고 동시적으로 모니터링하는 단계; 및도파 장애의 위치를 결정하기 위하여 상기 변경된 신호들의 검출 시점 간의 시간 지연 또는 차이를 결정하는 단계를 포함하고;상기 도파로에 빛을 발사하는 단계는;제1방향(시계 방향)으로의 전달을 위하여 마하 젠더 간섭계를 형성하는 제1,2감지성 도파로 통로 양쪽에서 상기 빛을 발사하는 한편, 상기 제1방향으로 전달하기 위하여 상기 제1,2감지성 도파로 통로들에 결합된 제3비감지성 도파로 통로에 상기 제1,2감지성 도파로 통로들로부터 수광된 빛을 공급하는 단계;상기 빛을 상기 제3비감지성 도파로 통로를 향해, 그 다음에는 상기 제1방향과 반대인 제2방향(시계 반대방향)으로의 전달을 위하여 제1,2감지성 도파로 통로들을 향해 빛을 발사하는 단계를 포함하고;상기 제1,2 방향으로 전달된 빛이 역전파 광신호들을 형성하고; 그리고,상기 변경된 역전판 광신호들은 마하 젠더 간섭계 기법을 이용하여 검출됨을 특징으로 하는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 방법.
- 제24항에 있어서, 추가로 일단에 있는 제1,2감지성 도파로 통로들을 제1커플러에 붙이고 전달을 위해 제1방향으로 제1,2감지성 도파로 통로들을 따라 빛을 제1커플러로 발사하며, 상기 제1,2감지성 도파로 통로들의 타단을 제2커플러에 붙이고 제2커플러를 제3비감지성 도파로 통로에 붙이며, 그리고 빛을 상기 제3비감지성 도파로에 발사한 다음 제2커플러를 통해서 그리고 제2방향으로 전달을 위한 제1,2감지성 도파로 통로들 속으로 역전파 광신호들을 제공하는 것을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 방법.
- 제24항에 있어서, 추가로 하나의 단부에 있는 제1,2감지성 도파로 통로들을 제1커플러에 붙이고 전달을 위해 제1방향으로 제1,2감지성 도파로 통로들을 따라 빛을 제1커플러로 발사하며, 제1,2감지성 도파로 통로들의 타단을 제2커플러에 붙이고 상기 제2커플러를 제3비감지성 도파로 통로에 붙이며, 그리고 빛을 상기 제3비감지성 도파로에 발사한 다음 제2커플러를 통해서 그리고 제2방향으로 전달을 위한 제1,2비감지성 도파로 통로들 속으로 역전파 광신호들을 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 역전파 광신호들은 상기 제2방향으로 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 전달된 빛을 검출하기 위한 제1검출기와, 제1방향으로 상기 제1,2감지성 도파로 통로(10a,10c)들을 통해 전달된 빛을 검출하기 위한 분리된 제2검출기로 상기 신호를 검출함으로써 모니터되는 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 방법.
- 제26항에 있어서, 빛은 링크의 양쪽 끝단들로 발사되어 역전파 신호들을 제공하는 것을 특징으로 하는 광섬유 통신 링크의 모니터링 및 장애의 위치 파악을 위한 방법.
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