KR100796313B1

KR100796313B1 - 광선로 계측기 및 광선로 계측 방법

Info

Publication number: KR100796313B1
Application number: KR1020060036246A
Authority: KR
Inventors: 박재홍
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2008-01-21
Also published as: KR20070104089A

Abstract

광케이블에 광 펄스를 입력하고 당해 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측기에 있어서, 펄스 구동 신호가 입력되어 이에 대응하는 광 펄스를 발생시키는 광 펄스 발생부와, 광 펄스 발생부로부터 출사되는 광 펄스를 검사 대상의 광케이블에 입사시키고, 또한 이 광케이블로부터 돌아오는 광을 꺼내는 광 분기부와, 광 분기부가 꺼낸 광을 전기 신호로 변환하는 수광부와, 수광부가 변환한 전기 신호를 일정한 주기 Tc로 샘플링해서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터와, A/D 컨버터가 출력한 디지털 신호를 수집하여 처리하는 신호 처리부를 구비하고, 신호 처리부는, 전기 신호가 n회 샘플링되는 시간 n×Tc를 샘플링 주기라고 할 때, 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호를 발생시키는 광선로 계측기 및 광선로 계측 방법을 제공한다.

반복 샘플링에 의해 광 파형을 측정하는 경우, 장치의 구성을 간단하게 하고 비용을 절감하면서도 정확한 계측이 가능하게 하고, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있으며, 특히 측정하고자 하는 광케이블의 길이가 짧거나 또는 광케이블의 불량 지점이 가까운 경우 뛰어난 효과를 발휘하며, 광 펄스 주기를 감소시켜 고속의 측정이 가능하게 한다.

Description

광선로 계측기 및 광선로 계측 방법{OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER AND METHOD FOR MEASURING AN OPTICAL CABLE}

도 1은 OTDR의 기본적인 구성을 도시하는 블록도이다.

도 2(a) 내지 도 2(c)는 광선로 계측기에 있어서 고스트의 발생을 설명하기 위한 개략적인 파형도이다.

도 3은 본 발명의 OTDR의 일 실시예에 의한 측정 방법을 도시하는 파형도이다.

도 4는 일반적인 경우의 샘플링 주기 S_m, S_m+1, S_m+2에 해당하는 신호의 파형도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플링 주기 S_m, S_m+1, S_m+2에 해당하는 신호의 파형도이다.

도 6은 도 4의 방법에 따른 경우의 측정결과를 도시한다.

도 7은 도 5의 방법에 따른 경우의 측정결과를 도시한다.

본 발명은 광케이블에 광 펄스를 입력하고 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측기에 관한 것으로서, 특히 반복 샘플링에 의해 광 파형을 계측하는 경우, 장치의 구성을 간단하게 하고 비용을 절감하면서도 정확한 계측이 가능하게 하고, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있는 광선로 계측기 및 광선로 계측 방법에 관한 것이다.

광케이블은 일지점에서 타지점으로 광신호를 보내 정보를 전달하는 매체이다. 광케이블은 대부분 지하에서 장거리에 걸쳐 설치되어 있기 때문에, 특정 지점에서 단선 등에 의한 케이블 불량이 발생한 경우 불량 지점을 정확하게 측정하여 조치하는 것이 필요하다. 본 발명의 광선로 계측기는 광케이블의 불량 지점을 비파괴 검사로서 정확하게 측정하기 위한 장치로서, 이하 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)이라고 한다.

도 1은 OTDR의 기본적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1의 블록도를 참조하여 OTDR의 개략적인 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 측정을 위한 대상이 되는 검사용 광케이블(110)의 일단을 OTDR(100)의 커넥터(109)에 연결한다. 그리고, OTDR(100)의 조작 패널(미도시)을 조작하여 측정의 개시가 지시되면, 신호처리부(101)에서 펄스 구동 신호가 발생되어 펄스 생성기(102)에 입력된다. 펄스 생성기(102)에서는 입력된 펄스 구동 신호에 대응하는 펄스를 발생시켜 레이저 다이오드(103)에 입력하고, 레이저 다이오드(103)에 의해 발생된 광 펄스가 방향성 결합기(104)와 커넥터(109)를 통해 검사용 광케이블(110)에 입력되게 된다.

그런데, 광케이블에서는 광이 완전히 통과하는 것이 아니라 광케이블의 모든 부분에 걸쳐 일정 부분 반사되어 돌아오게 되고, 특히 광케이블의 특정 부분에서 단선 등의 불량이 발생된 경우 입력된 광 펄스에 비하여 작지 않은 크기의 신호가 불량 지점에서 반사되어 광 펄스의 입력단으로 돌아오게 된다. OTDR(100)은 이와 같이, 발생시킨 광 펄스가 반사되어 돌아오는 신호의 파형을 계측함으로써 광케이블의 불량 지점을 정확하게 측정할 수 있는 것이다.

구체적으로는, 발생시킨 광 펄스가 반사되어 돌아오는 광 신호는 커넥터(109)를 통해 포토 다이오드 등의 광 검출기(105)에 입력되고, 광 검출기(105)에 의해 전기 신호로 변환된다. 이 전기 신호는 크기가 미약하기 때문에 일반적으로 증폭부(106)에 의해 증폭된 후, A/D 컨버터(107)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 변환된 디지털 신호는 신호처리부(101)에서 수집되고, 신호처리부(101)는 수집된 파형을 디스플레이(108)에 표시하는 동시에 광 펄스의 발생 시간과 반사되어 돌아온 광 신호의 측정 시간을 비교하여 광케이블의 불량 지점과의 거리를 연산하고 디스플레이(108)에 표시하게 된다. 이로써, OTDR(100)을 이용하여 광케이블의 불량 지점을 파악할 수 있다.

그런데, 광케이블로 전송되는 광의 속도는 매우 빠르기 때문에 광 펄스의 발생 시간과 반사되어 돌아오는 광 신호의 검출 시간과의 간격이 짧고, 특히 광케이블의 불량 지점이 입력단으로부터 가까운 경우(또는 광케이블의 길이가 짧은 경우)에는 이 간격이 더욱 짧게 된다. 따라서 통상의 A/D 컨버터만을 이용해서 신호를 변환한다면 광 신호의 파형을 정확하게 측정할 수 없게 된다. 이를 해결하기 위해 서, 광 펄스를 주기적으로 발생시키고, A/D 컨버터가 신호를 변환하기 위한 샘플링 클럭 신호를 광 펄스의 발생 주기마다 일정 시간 지연시켜 발생시킴으로써, 반복 샘플링(repetitive sampling) 하는 방법이 있다. 이에 의해 실제로 여러 주기로 반복된 광 펄스 신호에 의해 반사되어 돌아온 신호의 파형을 각 주기마다 일정 시간 지연되어 발생되는 클럭 신호에 기준하여 측정함으로써, 한 주기의 신호의 파형으로 복원할 수 있게 된다.

그러나, 일반적으로 클럭 신호는 시스템의 최대 동작 속도에 가깝게 동작할 정도로 짧은 주기를 가지고 있으며, 이를 일정 시간 지연하기 위해서는 복잡하며 고가인 지연 회로가 필요하게 되고, 이에 따라 OTDR에 사용되는 모든 장치도 더불어 복잡한 제어가 필요하게 되며 고정밀도의 회로가 필요하게 된다. 시간 지연을 위한 소자의 일례인 프로그래머블 딜레이 소자는 고속의 클럭 신호를 반복 지연시키기가 어렵고, 고속의 동작을 보장할수록 고가이며, A/D 컨버터의 신호대잡음비를 보장받기 위해 요구되는 클럭의 듀티비가 50%정도이므로, 클럭의 상승에지와 하강에지를 모두 지연시켜야 하는데, 이 또한 딜레이 소자의 고속 동작을 요구한다. 한편, 발생 주파수가 약간 차이나는 두 개의 클럭을 이용해서 클럭 신호를 지연하는 것과 같은 방식으로 반복 샘플링을 수행하는 OTDR도 있지만, 마찬가지로 복잡한 제어와 고가의 고정밀 회로가 필요하게 된다.

본 발명은, 장치의 구성을 간단하게 하여 비용을 절감하면서도 정확한 계측이 가능하게 되는 동시에, 특히 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있으며 고속의 측정이 가능한 광선로 계측기 및 광선로 계측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 광케이블에 광 펄스를 입력하고 당해 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측기에 있어서, 펄스 구동 신호가 입력되어 이에 대응하는 광 펄스를 발생시키는 광 펄스 발생부와, 광 펄스 발생부로부터 출사되는 광 펄스를 검사 대상의 광케이블에 입사시키고, 또한 이 광케이블로부터 돌아오는 광을 꺼내는 광 분기부와, 광 분기부가 꺼낸 광을 전기 신호로 변환하는 수광부와, 수광부가 변환한 전기 신호를 일정한 주기 Tc로 샘플링해서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터와, A/D 컨버터가 출력한 디지털 신호를 수집하여 처리하는 신호 처리부를 구비하고, 신호 처리부는, 전기 신호가 n회 샘플링되는 시간 n×Tc를 샘플링 주기라고 할 때, 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호를 발생시키는 광선로 계측기를 제공한다. 이로써, 복잡한 제어와 고가의 고정밀 회로를 요구하지 않으며, 저가의 회로의 사용과 간단한 제어에 의해서도 지연 동작을 원활하게 할 수 있다.

이 때, td는 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이고, k회째의 샘플링 주기에서 (m-1)×td의 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생된 경우, 신호 처리부는, k+1회째의 샘플링 주기에서는 펄스 구동 신호를 발생시키지 않고, k+2회째의 샘플링 주기에서는 시간 지연을 발생시키지 않고 펄스 구동 신호를 발생시키 는 것이 바람직하다. 또한, 신호 처리부는, m회의 샘플링 주기를 복수회 반복하여 수집된 디지털 신호를 스케일링한 값으로서 광 파형을 계측하는 것이 바람직하다. 그리고, 디스플레이를 더 구비하고, 신호 처리부가 수집한 시간 또는 거리를 기준으로 하여 디지털 신호의 파형을 표시하는 것이 바람직하다. 이로써, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있게 되고, 신뢰성이 향상된 광선로 계측기를 구현할 수 있으며 또한 짧은 길이를 측정하는 경우에도 정확한 측정 결과를 제공할 수 있고, 펄스 구동 신호의 주기를 작게 함으로써 고속의 측정을 달성할 수 있게 된다. 또한, 노이즈가 제거된 신호를 분석함으로써 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 광케이블에 광 펄스를 입력하고 당해 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측 방법에 있어서, 펄스 구동 신호를 입력하여 이에 대응하는 광 펄스를 발생시키는 광 펄스 발생 단계와, 광 펄스 발생 단계에서 출사되는 광 펄스를 검사 대상의 광케이블에 입사시키고, 또한 이 광케이블로부터 돌아오는 광을 꺼내는 광 분기 단계와, 광 분기 단계에서 꺼낸 광을 전기 신호로 변환하는 수광 단계와, 수광 단계에서 변환한 전기 신호를 일정한 주기 Tc로 샘플링해서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환 단계와, A/D 변환 단계에서 출력한 디지털 신호를 수집하여 처리하는 신호 처리 단계를 포함하고, 전기 신호가 n회 샘플링되는 시간 n×Tc를 샘플링 주기라고 할 때, 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생되는 광선로 계측 방법을 제공한 다. 여기서, td는 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이고, k회째의 샘플링 주기에서 (m-1)×td의 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생된 경우, k+1회째의 샘플링 주기에서는 펄스 구동 신호를 발생시키지 않고, k+2회째의 샘플링 주기에서는 시간 지연을 발생시키지 않고 펄스 구동 신호를 발생시키는 것이 바람직하다. 이로써, 복잡한 제어와 고가의 고정밀 회로를 요구하지 않으며, 저가의 회로의 사용과 간단한 제어에 의해서도 지연 동작을 원활하게 할 수 있으며, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있게 되고, 신뢰성이 향상된 광선로 계측 방법을 구현할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공하는 것이고, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 광선로 계측기(OTDR)는 기본적인 구성에 있어서는 도 1에 도시된 OTDR(100)의 구조를 채택할 수 있으며, 신호처리부(101)에 의해 발생되는 신호의 구성 및 지연 회로의 구성, 신호의 처리 방식 등에 있어서 종래의 기술과 차이가 나는 본원 발명의 특징을 이룬다.

도 2(a) 내지 도 2(c)는, 광선로 계측기에 있어서 고스트의 발생을 설명하기 위한 개략적인 파형도이다. 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 반사되는 광 파형을 전기신호로 변환한 측정전압의 크기(예를 들어 dB값)를 나타낸다. 설명의 간략화를 위하여 측정전압은 세로방향의 실선으로 표시했지만 실제로는 순간적인 전압 으로 표시되지 않고, 소정 시간에 걸쳐서 나타난다.

도 2(a)는 시간 t=0인 순간에 광 펄스가 발생된 경우 측정되는 파형을 개략적으로 나타낸다. 시간 t=0인 순간에 레이저 다이오드(103)에서 광 펄스가 발생되면, 이 광 펄스는 방향성 결합기(104)를 거쳐 커넥터(109)를 통해 검사용 광케이블(110)에 입력되는데, 커넥터(109)에서 소정량 반사된다. 그리고, 이 반사파는 방향성 결합기(104)와 광검출기(105)를 거쳐 A/D 컨버터(107)에 의해 디지털 신호로 변환된 후, 신호처리부(101)에서 수집된다. 이것이 a 시점에서 도 2(a)의 제11반사파(11)로서 나타난다. 이하에서는 설명의 간략화를 위해 광 펄스가 반사되어 돌아온 광 신호를 디지털 신호로서 수집하는 과정은 생략한다.

그리고, 커넥터(109)에서 반사되지 않고 검사용 광케이블을 통해 전송된 광 펄스는 검사용 광케이블의 끝단 또는 불량지점에서 반사되어 a+L 시점에서 도 2(a)의 제12반사파(12)로서 나타난다. 시간 L을 광 신호의 전달속도로 환산한 거리는 검사용 광케이블(110)의 길이 또는 불량지점까지의 거리의 2배에 해당하는 거리이다. 즉, 제11반사파(11)와 제12반사파(12) 사이의 시간을 환산함으로써 OTDR의 측정 대상이 되는 광케이블의 불량지점까지의 거리를 구할 수 있게 된다. 그리고, 제11반사파(11)와 제12반사파(12)사이에는 광케이블을 통한 광 신호의 전송 도중에 반사되어 오는 파가 감쇄되면서 측정된다. 제12반사파(12) 이후에는 측정되는 파형이 더 미약하기 때문에 파선으로서 도시하였다.

또 제12반사파(12)가 측정된 이후에도 이 광 신호가 다시 끝단까지 반사되어 커넥터(109)로 돌아와 측정되는 제13반사파(13)가, 제12반사파(12)의 측정 시간인 a+L의 L 이후인 a+2L 시점에 측정된다. 제14반사파(14)의 경우에도 마찬가지이다. 이와 같이 커넥터(109)와 검사용 광케이블(110)의 끝단 사이를 왕복하는 광 파형이 반복되어 측정되지만, 그 크기가 도 2(a)에 도시되는 바와 같이 점점 감쇄하고 일정 횟수 이후에는 무시할 정도의 작은 값이 되기 때문에 편의상 제14반사파(14)까지만 도시하였다.

도 2(b)는 시간 t=T인 순간에 광 펄스가 발생된 경우 측정되는 파형을 개략적으로 나타낸다. 도 2(a)의 경우와 비교하면, 제11반사파(11), 제12반사파(12), 제13반사파(13)를 각각 시간 T만큼 이동한 위치에 동일한 크기로 제21반사파(21), 제22반사파(22), 제23반사파(23)가 측정된다.

광선로 계측기에서는 이러한 광신호를 정확하게 검출해내기 위해서 앞서 설명한 바와 같이 반복 샘플링 방법을 이용한다. 즉, 도 2(a)에 도시된 바와 같이 t=0인 순간에 광 펄스를 발생시키고 또한 t=T인 순간에 광 펄스를 발생시키며, T를 주기로 계속적으로 광 펄스를 발생시킨다. 이와 같이 주기적으로 광 펄스를 발생시켜 측정된 반사파를 수집하여 주기 T의 반사 파형을 측정할 수 있게 된다. 이를 도시하면 도 2(c)와 같이 된다.

도 2(c)는 도 2(a)와 도 2(b)에 도시된 파형을 중첩시켜 나타낸 것이다. 시간 T와 2T 사이에서는, 시간 T에 발생시킨 광 펄스에 의한 제21반사파(21)와 제22반사파(22)와 함께, 시간 0에 발생시킨 광 펄스에 의한 제13반사파(13)와 제14 반사파(14)가 측정된다. 이해를 위해 제13반사파(13)와 제14반사파(14)의 측정전압의 크기를 도 2(a)의 크기와 동일하게 표시했지만, 실제로는 시간 T에 발생시킨 광 펄스에 의한 반사파의 크기와 더해져 나타나게 된다. 시간 T와 2T 사이의 이러한 파형은, 시간 2T, 3T 등에서 광 펄스를 발생시킨다면, 시간 2T와 3T 사이, 3T와 4T 사이에서도 반복적으로 나타난다. 여기서 시간 T와 2T 사이에 나타난 제13반사파(13)와 제14반사파(14)를 고스트(ghost) 신호라고 한다. 고스트 신호는, 검사용 광케이블(110)의 길이가 짧거나, OTDR(100)의 측정 시간을 단축시키기 위해 주기 T를 짧게 할 경우 더욱 두드러지게 나타난다. 이러한 고스트 신호에 의해 또 다른 커넥터가 있거나 광케이블의 길이가 다른 것처럼 왜곡되어 판단될 수도 있어서, 신호처리부(101)에서 적절한 처리를 하여 고스트 신호에 의한 영향을 제거하고 실제의 광케이블의 길이를 판단하게 된다.

이와 같이 주기적으로 광 펄스를 발생시키고, 시간 T와 2T 사이, 시간 2T와 3T 사이, 시간 3T와 4T 사이 등에서 동일하게 반복되는 반사파 신호를 반복 샘플링하고, 샘플링된 신호를 수집하여 하나의 주기의 신호인 것처럼 나타내면, 샘플링의 분해능이 작은 경우에도 실질적으로 시간 분해능을 높일 수 있게 되어 T의 길이(또는 L의 길이)에 관계 없이 원하는 신호를 측정할 수 있다. 여기서 각 주기 T마다 일정시간 지연되어 발생하는 클럭 신호에 기준하여 측정하는 방법이 있다. 그런데, 클럭 신호의 지연에 의해 측정하는 방법은 전술한 바와 같이 복잡한 제어와 고가의 고정밀도의 회로가 필요하기 때문에 이하의 본 발명에 의한 광선로 계측기가 제안된다.

도 3에는 본 발명의 OTDR(100)의 일 실시예에 의한 측정 방법이 도시되어 있다.

S₁, S₂, S₃는 각각 샘플링 주기를 나타내고, 가로축 위에 도시된 파형은 반사되어 돌아와 측정되는 광 신호에 대응하는 파형을 나타내고 있고, 세로축은 측정된 파형의 전압 크기를 나타낸다. 도 3을 참조로 본 발명의 샘플링 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 시간 0에서 샘플링 주기 S₁에 해당하는 광 펄스를 발생한다. 실제로는 시간 0의 이전에 광 펄스를 발생시키고 매우 짧은 시간 후에 커넥터에 의해 반사되어 돌아오는 파형이 시간 0부터 측정되어 파형(31)으로 나타나지만, 이해를 돕기 위해 이하에서는 광 펄스의 발생과 동시에 커넥터에 의해 반사되어 돌아오는 파형이 측정되는 것으로 한다. 도면 부호 31의 파형에는 발생된 광 펄스와, 이 광 펄스가 반사되어 돌아온 신호로서 크기가 감쇄하면서 나타나는 광 신호에 해당하는 파형이 동시에 도시되어 있다. 그리고 이 광 펄스의 제1 반사파(32)가 소정시간 이후에 나타나고, 또 제2 반사파(33)가 소정시간 이후에 나타난다. 마찬가지로, S₁으로부터 td만큼 시간 지연된 시점에서 샘플링 주기 S₂에 해당하는 광 펄스(34)가 발생하고, 이 광 펄스의 제1 반사파(35)가 소정시간 이후에 나타나고, 또 제2 반사파(36)가 소정시간 이후에 나타난다. 또, S₂부터 2td만큼 시간 지연된 시점에서 샘플링 주기 S₃에 해당하는 광 펄스가 발생하고, 이 광 펄스의 제1 반사파와 제2 반사파가 각각 소정시간 이후에 나타난다. 또, S₃부터 3td만큼 시간 지연된 시점에서 샘플링 주기 S₄에 해당하는 광 펄스가 발생한다.

이와 같이 본 발명의 특징은 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하고 있다. 발명을 간략하게 설명하기 위해서, 예를 들면 샘플링 주기 S₁에서, 광 펄스의 발생과 샘플링 주기의 시작이 동시에 이루어지는 것처럼 되어 있지만, 이는 회로의 지연 등을 감안해서 적절히 조정할 수 있는 것이다.

여기서 샘플링 주기 S₂에서의 제2 반사파(33)는 앞서 설명한 고스트 신호에 해당되는 신호이다. 즉 샘플링 주기 S₁에서 발생한 광 펄스에 의한 반사파가 샘플링 주기 S₂에서 측정되는 것이다. 도 3을 보면 샘플링 주기 S₁과 샘플링 주기 S₂, S₃의 파형이 다르다. 이것은 샘플링 주기 S₁ 이전에 발생된 광 펄스가 없는 경우에는 해당 반사파의 고스트 신호가 주기 S₁ 동안에 발생하지 않기 때문이다. 따라서, 신호의 수집은 샘플링 주기 S₂부터 하는 것이 가능하고, 샘플링 주기의 반복 회수가 어느 정도 이상이 된다면 샘플링 주기 S₁부터 신호의 수집을 하더라도 크게 문제되지는 않는다.

이와 같이 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호를 발생시키고, 각 샘플링 주기에 대해 소정 회수의 샘플링을 행하여 광 신호의 크기에 해당하는 전압값을 나타내는 디지털 신호를 수집한다. 도 3에서는 각 샘플링 주기에 대해 샘플링 클럭(30) 신호가 10회 발생한다. 하나의 샘플링 주기에 발생하는 샘플링 클럭(30) 신호의 개수를 n이라고 하고, 샘플링 클럭(30)의 주기를 Tc라고 하면, 각 샘플링 주기는 n×Tc의 길이를 갖게 된다. 도 3에서는 샘플링 주기가 10×Tc의 길이를 갖게 된다. n값에 대해서는 특별한 제한은 없지만 n값이 클수록 수집되는 신호의 분해능이 커지게 되고, 반면에 고가의 샘플링 장치가 필요하게 된다. 또한, 각 샘플링 주기의 개시 시각에 샘플링 클럭(30) 신호의 상승이 일치하도록 도시되어 있지만, 각 샘플링 주기의 개시 시각에 샘플링 클럭 신호의 하강이 일치하도록 해도 좋고, 샘플링 주기의 개시 시각과 샘플링 클럭 신호가 정확히 일치하지 않아도 된다.

본 발명에서는 각 샘플링 주기의 개시시각에 대해 지연되는 시간이 달라지도록 하여 광 펄스를 발생시키고 있기 때문에, 각 샘플링 주기마다 n회의 샘플링에 의해 측정되는 신호의 위치가 약간씩 달라지게 된다. 이와 같이 각 샘플링 주기마다 n회의 샘플링을 행하고 이 샘플링 주기가 일순환하여 샘플링 주기의 개시시각에 대한 광 펄스 발생의 지연시간이 0이 되고, 각 샘플링 주기에 이루어진 n회의 샘플링에 의해 수집된 신호를 한 주기에 정렬한다면 샘플링 클럭 신호의 분해능보다도 높은 분해능으로 신호를 획득할 수 있게 된다. 구체적으로, td가 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이라 할 때, m회의 샘플링 주기를 거치면 일순환을 할 수 있게 되고 이 때의 샘플링 간격은 실질적으로 샘플링 클럭 신호의 주기 Tc의 1/m배에 해당하는 간격이 되어 광 신호를 획득하는 분해능의 상승을 도모할 수 있다. 그리고 획득된 신호 파형을 분석함으로써 광케이블의 불량 지점까지의 거리를 검출해 낼 수 있다. 여기서, td가 양수인 경우를 예로 들어 지연 시간이 길어지는 것으로서 설명했지만, 당업자라면 td가 음수인 경우로써 지연 시간이 짧아지는 것 또한 동일한 기술적 사상에 속하며 본 발명의 범위에 속한다는 것을 이해할 것이다.

본 발명은 광 펄스의 발생 주기마다 클럭 신호를 지연하는 것이 아니라, 클럭 신호를 일정하게 유지하고 광 펄스의 발생 주기마다 광 펄스의 발생 시간을 지연하기 때문에, 복잡한 제어와 고가의 고정밀 회로를 요구하지 않으며, 펄스 간격이 수십 밀리초 이상으로서 비교적 느린 신호인 광 펄스의 지연시간을 제어하기 때문에, 저가의 회로의 사용과 간단한 제어에 의해서도 지연 동작을 원활하게 할 수 있고, 마찬가지로 광 신호를 측정할 수 있다.

그런데, 광케이블에서 반사되어 돌아오는 광 신호를 광검출기(105)에 의해 검출하고 이를 증폭부(106)로 증폭하면 최종적인 신호에는 여러 가지 요인에 의해 노이즈 성분이 추가된다. 또한 검출되는 광 신호의 크기가 미약한 경우에는 노이즈에 의한 영향이 증가된다. 따라서, 본 발명에서는 m회의 샘플링 주기를 복수회 반복함으로써 복수회에 걸쳐 신호를 수집하여, 수집된 신호값을 평균냄으로써 노이즈에 의한 영향을 억제한 신호를 얻는다. 따라서, 노이즈가 제거된 신호를 분석함으로써 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그리고 수집된 신호값을 평균내지 않고, 일정 비율로 스케일링하더라도 동일한 파형의 신호를 얻을 수 있게 된다.

도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 광선로 계측기의 펄스 구동 신호 발생 방법을 설명한다.

도 4는 일반적인 경우의 샘플링 주기 S_m, S_m+1, S_m+2에 해당하는 신호의 파형 을 나타내고 있다. 상술한 바와 같이 주기 S_m까지의 m회의 샘플링 주기의 반복이 끝나게 되면 다시 m회의 샘플링 주기를 시작하고, 이를 복수회 반복하여 측정함으로써 노이즈 영향을 억제할 수 있게 된다. 그런데, m회의 샘플링 주기를 마친 후, 새로운 샘플링 주기 S_m+1를 시작할 때 시간 지연을 0으로 하여 펄스 구동 신호를 발생시킨 경우에는 도 4의 샘플링 주기 S_m+1 및 S_m+2에 나타나는 것처럼 반사파 신호가 겹쳐서 나타나면서 정상적이지 않은 신호가 측정되게 된다. 이를 광선로 계측기에 의해 측정하게 되면 소정 지점에서 특이한 신호가 측정되는 것처럼 나타나고, 이 특이 신호를 고려하여 복원하게 되면 정확한 측정을 할 수 없게 되는 문제가 발생한다. 특히 광케이블이 짧거나 불량 지점이 가까워서 반사파 사이의 거리가 짧을 수록 이러한 경향은 두드러진다. 또한 펄스 구동 신호의 발생 주기를 작게 하여 고속의 측정을 하고자 할 때, 문제가 발생할 확률이 높아진다.

이러한 특이 신호는 항상 측정되는 것이 아니고 샘플링 시점과 특이 신호가 일치하는 경우 등에 측정되기 때문에, 도 4와 같은 파형을 직접 표시해 주지 않고, 샘플링 주기를 복수회 반복하여 측정된 신호를 수집하여 복원한 파형만을 표시하는 광선로 계측기에서는 문제점의 원인을 찾아내기가 쉽지 않았다. 이러한 특이 신호가 측정되는 예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서 파선으로 이루어진 원으로 둘러싸인 두 개의 측정 신호가 도 4의 측정 방법에 따를 때 발생하는 특이 신호이다. 그런데, 연구를 거듭한 결과 도 6와 같은 신호가 측정되는 이유가 도 4와 같이 샘플링 주기 S_m 이후에 시간을 지연시키지 않고 펄스 구동 신호를 발생시키는 것에 있 는 것을 발견하고, 도 5와 같은 펄스 발생 방법을 착안한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 샘플링 주기 S_m, S_m+1, S_m+2에 해당하는 신호의 파형을 나타내고 있다. 즉, 본 발명에서는 샘플링 주기 S_m에서 (m-1)td의 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생된 경우, 샘플링 주기 S_m+1에서는 펄스 구동 신호를 발생시키지 않고, 샘플링 주기 S_m+2에서 시간 지연이 없는 펄스 구동 신호를 발생시킴으로써, 도 4의 방법에 따른 문제점을 해결할 수 있게 되었다. 도 5에서는 각 샘플링 주기에서 동일한 파형이 나타나고, 따라서 m회의 샘플링 주기를 복수회 반복하더라도 각 샘플링 주기에서 동일한 파형을 측정할 수 있기 때문에, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거하여 정확한 측정이 가능해진다. 도 5에 도시한 본 발명의 측정 방법에 따라 펄스 구동 신호를 발생시켜 반사파를 측정한 경우의 측정 결과가 도 7에 도시되어 있다. 도 6에 도시했던 특이 신호가 도 7에서는 화살표로 나타난 것처럼 정확한 위치로 이동되어 정상적인 신호로서 측정되는 것을 알 수 있다.

따라서 펄스 구동 신호를 지연시키면서 반복 샘플링을 행하는 광선로 계측기에 있어서 일순환 이후의 펄스 구동 신호 발생의 불안정으로 인해 발생하던 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있게 되고, 신뢰성이 향상된 광선로 계측기를 구현할 수 있으며 또한 짧은 길이를 측정하는 경우에도 정확한 측정 결과를 제공할 수 있고, 펄스 구동 신호의 주기를 작게 함으로써 고속의 측정을 달성할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 전술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

본 발명은, 반복 샘플링에 의해 광 파형을 측정하는 경우, 장치의 구성을 간단하게 하고 비용을 절감하면서도 정확한 계측이 가능하게 하고, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있는 광선로 계측기 및 광선로 계측 방법을 제공한다. 특히 본 발명은 측정하고자 하는 광케이블의 길이가 짧거나 또는 광케이블의 불량 지점이 가까운 경우 뛰어난 효과를 발휘하며, 광 펄스 주기를 감소시켜 고속의 측정이 가능하게 한다.

Claims

광케이블에 광 펄스를 입력하고 당해 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측기에 있어서,

펄스 구동 신호가 입력되어 이에 대응하는 광 펄스를 발생시키는 광 펄스 발생부와,

상기 광 펄스 발생부로부터 출사되는 광 펄스를 검사 대상의 광케이블에 입사시키고, 또한 이 광케이블로부터 돌아오는 광을 꺼내는 광 분기부와,

상기 광 분기부가 꺼낸 광을 전기 신호로 변환하는 수광부와,

상기 수광부가 변환한 전기 신호를 일정한 주기 Tc로 샘플링해서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터와,

상기 A/D 컨버터가 출력한 디지털 신호를 수집하여 처리하는 신호 처리부를 구비하고,

상기 신호 처리부는, 상기 전기 신호가 n회 샘플링되는 시간 n×Tc를 샘플링 주기라고 할 때, 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 일정상수 시간값인 td씩 증가하는 시간 지연 후에 상기 펄스 구동 신호를 발생시키는 광선로 계측기.
청구항 1에 있어서,

상기 신호 처리부에 있어서, 상기 td는 상기 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이고, k회째의 샘플링 주기에서 (m-1)×td의 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생된 경우, 상기 신호 처리부는, k+1회째의 샘플링 주기에서는 펄스 구동 신호를 발생시키지 않고, k+2회째의 샘플링 주기에서는 상기 시간 지연을 발생시키지 않고 펄스 구동 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 광선로 계측기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 신호 처리부에 있어서, 상기 td는 상기 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이고, 상기 신호 처리부는, m회의 샘플링 주기를 복수회 반복하여 수집된 디지털 신호를 스케일링한 값으로서 광 파형을 계측하는 것을 특징으로 하는 광선로 계측기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 광선로 계측기는 디스플레이를 더 구비하고, 상기 신호 처리부가 수집한 시간 또는 거리를 기준으로 하여 디지털 신호의 파형을 표시하는 것을 특징으로 하는 광선로 계측기.
광케이블에 광 펄스를 입력하고 당해 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측 방법에 있어서,

펄스 구동 신호를 입력하여 이에 대응하는 광 펄스를 발생시키는 광 펄스 발생 단계와,

상기 광 펄스 발생 단계에서 출사되는 광 펄스를 검사 대상의 광케이블에 입사시키고, 또한 이 광케이블로부터 돌아오는 광을 꺼내는 광 분기 단계와,

상기 광 분기 단계에서 꺼낸 광을 전기 신호로 변환하는 수광 단계와,

상기 수광 단계에서 변환한 전기 신호를 일정한 주기 Tc로 샘플링해서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환 단계와,

상기 A/D 변환 단계에서 출력한 디지털 신호를 수집하여 처리하는 신호 처리 단계를 포함하고,

상기 전기 신호가 n회 샘플링되는 시간 n×Tc를 샘플링 주기라고 할 때, 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 일정상수 시간값인 td씩 증가하는 시간 지연 후에 상기 펄스 구동 신호가 발생되는 광선로 계측 방법.
청구항 5에 있어서,

상기 td는 상기 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이고, k회째의 샘플링 주기에서 (m-1)×td의 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생된 경우, k+1회째의 샘플링 주기에서는 펄스 구동 신호를 발생시키지 않고, k+2회째의 샘플링 주기에서는 상기 시간 지연을 발생시키지 않고 펄스 구동 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 광선로 계측 방법.