KR101247575B1 - Physical quantity high speed measuring system of structure using optical spectrometer - Google Patents

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KR101247575B1
KR101247575B1 KR1020110100484A KR20110100484A KR101247575B1 KR 101247575 B1 KR101247575 B1 KR 101247575B1 KR 1020110100484 A KR1020110100484 A KR 1020110100484A KR 20110100484 A KR20110100484 A KR 20110100484A KR 101247575 B1 KR101247575 B1 KR 101247575B1
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박찬익
김종헌
이봉완
서민성
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국방과학연구소
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Abstract

PURPOSE: An optical spectrometer and a system for measuring a physical quantity of a structure using the same at a high speeds are provided to enable to measure the physical quantity of the structure at a high speed under a condition in which electromagnetic waves are generated, thereby measuring the vibration and the soundness of the structure on a real time basis. CONSTITUTION: A system for measuring a physical quantity of a structure using an optical spectrometer at high speeds comprises a broadband light source(100), a photo coupler(101), a fiber bragg gratings(120), a digital signal processing unit(140), and a signal control and detection system(170). The photo coupler makes lights emitted from the broadband light source incident into optical fibers where the optical fiber bragg gratings with different reflective wavelengths are connected and the lights reflected by the optical fiber bragg gratings with the different reflective wavelengths incident into an optical spectrometer(130). The optical fiber bragg gratings receive the broadband light source from the photo coupler and have different reflective wavelengths for measuring each physical quantity of a plurality of spots of the structure. The optical spectrometer measures the reflecting spectra of the optical fiber bragg gratings reflected by the photo coupler at high speeds. The digital signal processing unit generates the optical spectrum data of the lights reflected by the optical fiber bragg gratings having different reflective wavelengths. The signal control and detection system generates signal periodically to measure the optical spectra with the optical spectrometer. [Reference numerals] (100) Broadband light source; (101) Photo coupler; (120) Fiber bragg gratings(FBG); (130) Optical spectrometer; (131) Lights reflected from the fiber bragg gratings; (132) Light diffraction gratings; (133) Mirror; (134) Light receiving diode; (135) Light current/voltage converting amplifier; (136) Analog/digital signal converter; (140) Digital signal processing unit(FPGA); (170) Signal control and detection system; (AA) Light source

Description

광 스펙트로미터 및 그것을 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템{Physical quantity high speed measuring system of structure using optical spectrometer}Optical quantity high speed measuring system of structure using optical spectrometer

본 발명은 광 스펙트로미터 및 그것을 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 전자기파의 영향을 받지 않는 빛을 이용하여 구조물(터널, 교량, 건축물 등)의 복수 지점에 대한 온도, 스트레인 등과 같은 물리적 변화량을 고속 측정하여 실시간으로 구조물의 변화를 모니터링하는 측정 시스템을 제공하고, 여러 개의 광 수신부로부터 출력되는 광 전류를 각각의 반도체 증폭기를 이용하여 전압으로 변환시키며, 출력된 전압을 복수개의 A/D변환 장치를 사용하여 광 수신부로 출력되는 복수개의 광 신호를 병렬적으로 디지털 신호로 변환함으로써 고속으로 광섬유 브래그 격자들의 반사 스펙트럼을 측정하고 가우시안 함수 피팅 또는 무게중심의 계산을 통해 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 고속으로 측정하는, 광 스펙트로미터 및 그것을 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical spectrometer and a high-speed measurement system for structure physical quantity using the same. In particular, physical changes such as temperature and strain for multiple points of a structure (tunnel, bridge, building, etc.) using light that is not affected by electromagnetic waves. It provides a measurement system that monitors the structure change in real time by measuring the high speed, converts the optical current output from the plurality of optical receivers into voltage using each semiconductor amplifier, and converts the output voltage into a plurality of A / D conversion By using a device to convert a plurality of optical signals output to the optical receiver in parallel to the digital signal to measure the reflection spectrum of the optical fiber Bragg grating at high speed and to calculate the center wavelength of the optical fiber Bragg grating through the Gaussian function fitting or the calculation of the center of gravity Optical spectrometer to measure at high speed and A structure physical quantity high speed measurement system using the same.

종래의 기술에는 미국의 물리량 측정 장치('PHYSICAL QUANTITY MEASURING APPARATUS')(A)와 광섬유 브래그 격자(FBG)를 모니터링하기 위한 향상된 기하학 및 데이타 처리를 가진 광 스펙트로미터('OPTICAL SPECTROMETER WITH IMPROVED GEOMETRY AND DATA PROCESSING FOR MONITORING FIBER OPTICAL BRAGG GRATINGS')(B)가 있다.The prior art includes 'OPTICAL SPECTROMETER WITH IMPROVED GEOMETRY AND DATA' with enhanced geometry and data processing for monitoring the US 'PHYSICAL QUANTITY MEASURING APPARATUS' (A) and fiber Bragg gratings (FBG). PROCESSING FOR MONITORING FIBER OPTICAL BRAGG GRATINGS ') (B).

(A)기술은 다중파장 분할 장치와 각 채널에 광 수신부를 이용하여 각 채널의 광 신호의 크기 변화를 관찰하여 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Optical Bragg Grating)의 중심파장의 변화를 측정하였다. 이는 광섬유 브래그 격자의 반사 스펙트럼을 측정하고 측정된 데이터의 신호처리를 통해 광섬유 브래그 격자의 중심파장을 계산하는 본 발명의 신호 처리 방법과의 차이가 있으며, 다중파장 분할 장치의 한정된 채널수와 채널간의 파장 간격으로 인해 측정 가능한 광섬유 브래그 격자(FBG)의 수, 측정가능 파장범위, 분해능이 제한되는 단점이 있었다.In the method (A), the change of the center wavelength of the optical fiber Bragg grating (FBG) was measured by observing the change in the magnitude of the optical signal of each channel by using the multi-wavelength splitter and the optical receiver in each channel. This is different from the signal processing method of the present invention which measures the reflection spectrum of the optical fiber Bragg grating and calculates the center wavelength of the optical fiber Bragg grating through signal processing of the measured data. Due to the wavelength spacing, the number of measurable optical fiber Bragg gratings (FBG), measurable wavelength range, and resolution have been limited.

(B)기술은 광 회절격자와 광 수신 다이오드 어레이를 이용하여 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 구성하고, 광섬유 브래그 격자의 반사 스펙트럼을 측정하고 이를 이용하여 특정 파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)의 중심파장의 변화를 모니터링 하고자 하였다. 하지만 측정된 광 신호를 고속으로 처리하지 않기 때문에 광섬유 브래그 격자(FBG)의 중심파장이 고속으로 변화하는 신호의 측정에는 한계가 있었다.(B) technology constructs an optical spectrometer using an optical diffraction grating and an optical receiving diode array, measures the reflection spectrum of the optical fiber Bragg grating, and uses it to determine the optical Bragg grating (FBG) having a specific wavelength. We tried to monitor the change of the center wavelength. However, since the measured optical signal is not processed at high speed, the measurement of a signal in which the center wavelength of the optical fiber Bragg grating (FBG) changes at high speed is limited.

종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 광 스펙트로미터를 기반으로 하는 측정 방식을 사용하여 구조물의 복수 지점에 대한 물리량을 고속으로 측정하고, 광 스펙트로미터는 광 회절격자를 사용하여 빛의 분산을 발생시키고 파장별 빛이 도달하는 공간에 복수개의 광 수신 다이오드가 직렬로 연결된 광 수신 다이오드 어레이를 위치하여 광 스펙트로미터를 구성하며, 또는 복수개의 다중파장 분할 장치를 이용하여 파장별로 나누어지는 각 채널에 광 수신 다이오드를 연결하여 광 스펙트로미터를 구성하며, 광 스펙트로미터로부터 출력되는 복수개의 아날로그 신호를 고속으로 디지털 신호로 변환시키기 위해 병렬처리 방법을 적용하여 고속으로 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Optical Bragg Grating)의 반사 스펙트럼을 측정하고 중심파장을 계산하여 구조물의 복수 지점에 대한 물리량을 고속 측정하는 시스템을 제공하는, 광 스펙트로미터 및 그것을 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the problems of the prior art is to measure the physical quantity at a plurality of points of the structure at high speed using a measurement method based on the optical spectrometer, the optical spectrometer is a light diffraction grating A light spectrometer is formed by arranging a light receiving diode array in which a plurality of light receiving diodes are connected in series in a space where light is emitted by wavelengths, or divided into wavelengths using a plurality of multi-wavelength splitters. An optical spectrometer is formed by connecting an optical receiving diode to a channel, and an optical fiber Bragg grating (FBG) is applied at high speed by applying a parallel processing method to convert a plurality of analog signals output from the optical spectrometer into digital signals at high speed. Bragg Grating) is used to measure the reflection spectrum The physical structure used to provide a system for high-speed measurement of a physical quantity for a plurality of points of the structure, the optical spectrometer, and it is to provide a high-speed measurement system.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따른 광 스펙트럼을 측정하는 광 스펙트로미터는, 상기 광 스펙트로미터로 입사되는 빛을 파장에 따라 특정 공간에 도달하게 하는 광 회절격자; 상기 광 회절격자를 통해 분산된 각 파장의 빛의 반사를 위한 거울; 상기 거울로부터 빛이 도달하는 공간에 병렬로 위치되고, 광섬유 브래그 격자들의 반사 스펙트럼을 측정하는 다수의 광 수신 다이오드; 각각의 광 수신 다이오드로부터 수신된 광 전류를 전압으로 변환시키는 다수의 광전류/전압 변환 증폭기; 및 상기 다수의 광전류/전압 변환 증폭기로부터 출력된 전압에 해당하는 복수개의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 다수의 아날로그/디지털 신호변환기(ADC)를 포함한다.In order to achieve the object of the present invention, the optical spectrometer for measuring the light spectrum according to an aspect of the present invention, the optical diffraction grating for causing the light incident on the optical spectrometer to reach a specific space according to the wavelength; A mirror for reflection of light of each wavelength dispersed through the optical diffraction grating; A plurality of light receiving diodes positioned in parallel in the space from which the light arrives from the mirror and measuring the reflection spectra of the optical fiber Bragg gratings; A plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers for converting the photocurrent received from each photoreception diode into a voltage; And a plurality of analog / digital signal converters (ADCs) for converting a plurality of analog signals corresponding to voltages output from the plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers into digital signals.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 측면에 따른 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템은, 광대역 광원; 상기 광대역 광원으로부터 출력된 빛을 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)들이 연결되어 있는 광섬유(optical fiber)에 입사되고, 상기 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)들에 의해 반사된 빛(반사스펙트럼)을 광 스펙트로미터에 입사하게 하는 광 커플러; 상기 광 커플러로부터 상기 광대역 광원을 입력받고 구조물(터널, 교량, 건축물)의 복수 지점에 대한 온도, 스트레인 등과 같은 물리량을 측정하도록, 상기 반사된 빛(반사스펙트럼)을 제공하는 상기 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들; 상기 광 커플러를 통해 반사된 광섬유 브래그 격자들의 반사스펙트럼을 고속으로 측정하는 광 스펙트로미터; 상기 광 스펙트로미터로부터 출력되는 복수개의 디지털 신호를 실시간으로 획득하고 빛의 파장의 순서에 따라 측정 결과를 정렬함으로써 상기 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)로부터 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 생성하는 디지털 신호 처리부(FPGA:Field Programmable Gate Array, 현장 프로그래머블 게이트 어레이); 및 상기 디지털 신호 처리부(FPGA)로부터 제공된 상기 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)에 의해 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 가우시안 함수 피팅을 통해 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 산출하여 변화량을 측정함으로써 물리량 측정이 가능하며, 광 스펙트로미터로 주기적으로 광 스펙트럼을 측정하도록 신호를 발생시키는 제어 및 신호 검출 시스템을 포함한다.In order to achieve another object of the present invention, the structure physical quantity high-speed measurement system using an optical spectrometer according to another aspect of the present invention, a broadband light source; The light output from the broadband light source is incident on an optical fiber to which fiber Bragg gratings (FBG) having different reflection wavelengths are connected, and an optical fiber Bragg grating (FBG) having different reflection wavelengths. An optical coupler for causing the light reflected by the light beams (reflection spectrum) to enter the optical spectrometer; The different reflected wavelengths for providing the reflected light (reflectance spectrum) to receive the broadband light source from the optical coupler and to measure physical quantities such as temperature, strain, etc. at multiple points of a structure (tunnel, bridge, building). Optical fiber Bragg gratings; An optical spectrometer for measuring the reflection spectrum of the optical fiber Bragg gratings reflected through the optical coupler at high speed; Optical spectral data of light reflected from the optical fiber Bragg gratings (FBG) having different wavelengths of reflection by acquiring a plurality of digital signals output from the optical spectrometer in real time and arranging the measurement results according to the order of light wavelengths A digital signal processor (FPGA) for generating a digital signal processor (Field Programmable Gate Array); And calculating the central wavelength of the optical fiber Bragg gratings through Gaussian function fitting of the optical spectral data of the light reflected by the optical fiber Bragg gratings FBG having the different reflected wavelengths provided from the digital signal processing unit FPGA. Physical measurements can be made by measuring and include a control and signal detection system that generates a signal to periodically measure the light spectrum with an optical spectrometer.

본 발명의 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템은 하나의 광섬유(optical fiber)에 복수개의 광섬유 브래그 격자가 연결되어 있는 것을 사용하여 복수 지점에 대한 구조물(터널, 교량, 건축물 등)의 온도, 스트레인 등과 같은 물리 변화량의 고속 측정이 가능하고, 수십 kHz이상의 고속 측정이 가능하며, 전자기파가 발생하는 환경에서 구조물의 물리 변화량 고속 측정이 가능하여 실시간으로 구조물의 진동 및 건전성 측정이 가능하다. Structure physical quantity high-speed measurement system using an optical spectrometer of the present invention is a structure (tunnel, bridge, building, etc.) for a plurality of points using a plurality of optical fiber Bragg grating is connected to one optical fiber High-speed measurement of physical changes such as temperature, strain, etc., high-speed measurement of several tens of kHz or higher, and high-speed measurement of physical changes in structures in an environment where electromagnetic waves are generated, enables real-time vibration and soundness measurement of structures. Do.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 광대역 광원, 광 커플러, 물리량 측정을 위한 복수개의 광섬유 브래그 격자 그리고 고속으로 스펙트럼 측정이 가능한 광 스펙트로미터로 구성된 구조물 물리량 고속측정 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1의 구조에서 다중 경로의 브래그 격자 연결을 위해 광 스위치를 더 포함하는 다채널 고속 물리량 측정 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광대역 광원, 광 커플러, 물리량 측정을 위한 복수개의 광섬유 브래그 격자 그리고 다중파장 분할장치를 이용한 고속으로 스펙트럼 측정이 가능한 광 스펙트로미터로 구성된 구조물 고속 물리량 측정 시스템 구성도이다.
도 4는 도 3에서 다중 경로의 브래그 격자 연결을 위해 광 스위치(Optical Switch)를 포함하는 다채널 고속 물리량 측정 시스템 구성도이다.
도 5는 본 발명에서 제안한 광 스펙트로미터를 이용해 측정된 광섬유 브래그 격자 반사스펙트럼 데이터를 이용하여 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)의 반사스펙트럼의 중심파장을 계산하기 위한 가우시안 함수 피팅과 무게중심 계산을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram of a structure physical quantity high speed measurement system including a broadband light source, an optical coupler, a plurality of optical fiber Bragg gratings for measuring physical quantity, and an optical spectrometer capable of measuring spectrum at high speed. Referring to FIG.
FIG. 2 is a block diagram of a multi-channel high speed physical quantity measurement system further including an optical switch for multipath Bragg grating connection in the structure of FIG. 1.
3 is a structural high speed physical quantity measurement system including a broadband light source, an optical coupler, a plurality of optical fiber Bragg gratings for measuring physical quantities, and an optical spectrometer capable of measuring a spectrum at high speed using a multi-wavelength splitting apparatus according to another embodiment of the present invention It is also.
FIG. 4 is a block diagram of a multi-channel high speed physical quantity measurement system including an optical switch for connecting a multi-path Bragg grating in FIG. 3.
5 is a Gaussian function fitting and weight for calculating the center wavelength of the reflection spectrum of an optical fiber Bragg grating (FBG) having different reflection wavelengths using the optical fiber Bragg grating reflection spectrum data measured using the optical spectrometer proposed in the present invention. A diagram showing the center calculation.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention will be described in detail the configuration and operation.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 광대역 광원, 광 커플러, 물리량 측정을 위한 복수개의 광섬유 브래그 격자 그리고 광 스펙트로미터로 구성된 구조물 물리량 고속측정 시스템 구성도이다. 1 is a block diagram of a structure physical quantity high speed measurement system including a broadband light source, an optical coupler, a plurality of optical fiber Bragg gratings for measuring physical quantities, and an optical spectrometer according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에 따른 광 스펙트로미터(optical spectrometer; 광 스펙트럼 분석기)는 두 가지의 종류로 구성한다. 하나는 광 회절격자와 광 수신 다이오드를 사용하여 구성하는 방식(도 1, 도 2)과, 복수개의 다중파장분할장치(AWG:Arrayed Waveguide Grating)와 광 수신 다이오드를 이용하여 광 스펙트로미터를 구성하는 방식(도 3, 도 4)을 제공한다. Optical spectrometer according to an embodiment of the present invention (optical spectrum analyzer) is composed of two types. One method is to use an optical diffraction grating and a light receiving diode (FIGS. 1 and 2), a plurality of multi-wavelength splitters (AWG) and an optical spectrometer using a light receiving diode. 3, 4).

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광 스펙트로미터를 기반으로 하는 고속 물리량 측정 시스템은 광대역 광원(100); 상기 광대역 광원(100)으로부터 출력된 빛을 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)(120)들이 연결되어 있는 광섬유(optical fiber)에 입사되고, 상기 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)들에 의해 반사된 빛(131)을 광 스펙트로미터(130)에 입사하게 하는 광 커플러(101); 상기 광 커플러(101)로부터 상기 광대역 광원(100)을 입력받고 구조물(터널, 교량, 건축물)의 복수 지점에 대한 온도, 스트레인 등과 같은 물리량을 측정하도록 상기 반사된 빛(반사스펙트럼)을 제공하는 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(120); 광 커플러(101)를 통해 반사된 광섬유 브래그 격자들의 반사스펙트럼을 고속으로 측정하는, 광 스펙트로미터(130); 광 스펙트로미터(130)로부터 출력되는 복수개의 디지털 신호를 실시간으로 획득하고 빛의 파장의 순서에 따라 측정 결과를 정렬함으로써 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(120)로부터 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 생성하는 디지털 신호 처리부(FPGA:Field Programmable Gate Array, 현장 프로그래머블 게이트 어레이)(140); 및 디지털 신호 처리부(FPGA)(140)로부터 제공된 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(120)에 의해 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 가우시안 함수피팅을 통해 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 산출하며, 중심파장의 변화량을 측정함으로써 구조물의 물리량을 측정하는 기능을 하며, 광 스펙트로미터(130)로 주기적으로 광 스펙트럼을 측정하도록 신호를 발생시키는 제어 및 신호 검출 시스템(170)으로 구성된다. Referring to FIG. 1, a high speed physical quantity measuring system based on an optical spectrometer according to the present invention includes a broadband light source 100; The light output from the broadband light source 100 is incident on an optical fiber to which fiber Bragg gratings (FBGs) 120 having different reflection wavelengths are connected, and have different reflection wavelengths. An optical coupler 101 for causing the light 131 reflected by the optical fiber Bragg gratings FBG to enter the optical spectrometer 130; The broadband light source 100 is input from the optical coupler 101 and provides the reflected light (reflection spectrum) to measure physical quantities such as temperature, strain, etc. for a plurality of points of a structure (tunnel, bridge, building). Optical fiber Bragg gratings 120 having different reflected wavelengths; An optical spectrometer 130, which measures the reflection spectra of the optical fiber Bragg gratings reflected through the optical coupler 101 at high speed; Light reflected from the optical fiber Bragg gratings (FBG) 120 having different reflection wavelengths by acquiring a plurality of digital signals output from the optical spectrometer 130 in real time and arranging the measurement results according to the order of light wavelengths. A digital signal processing unit (FPGA) for generating optical spectrum data of a field 140; And the optical spectral data of the light reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBG) 120 having different reflection wavelengths provided from the digital signal processor (FPGA) 140 through Gaussian function fitting to obtain the center wavelength of the optical fiber Bragg gratings. It calculates and measures the physical quantity of the structure by measuring the amount of change in the center wavelength, it is composed of a control and signal detection system 170 for generating a signal to periodically measure the light spectrum with the optical spectrometer (130).

광대역 광원(100)으로부터 출력된 빛은 광 커플러(101)를 통해 각기 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)(120)들이 연결되어 있는 광섬유(optical fiber)로 입사된다.The light output from the broadband light source 100 is incident through the optical coupler 101 to an optical fiber to which fiber Bragg gratings (FBGs) 120 having different reflection wavelengths are connected.

광섬유 브래그 격자(FBG)(120)는 광 스펙트로미터(130)가 측정할 수 있는 파장 범위 내에서 일정한 파장간격을 유지하며 복수개로 구성한다.The optical fiber Bragg grating (FBG) 120 maintains a constant wavelength interval within the wavelength range that can be measured by the optical spectrometer 130 and constitutes a plurality.

서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)들(120)에 의해 반사된 빛(131)은 광 커플러(101)를 통해 광 스펙트로미터(130)에 입사된다.Light 131 reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBGs) 120 having different reflection wavelengths is incident on the optical spectrometer 130 through the optical coupler 101.

광 스펙트로미터(optical spectrometer)(130)는 상기 광 스펙트로미터로 입사되는 빛, 즉 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)들(120)에 의해 반사된 빛(131)이 특정 공간에 도달하게 하는 광 회절격자(132); 광 회절격자(132)를 통해 분산된 각 파장의 빛의 반사를 위한 거울(133); 거울(133)로부터 빛이 도달하는 공간에 병렬로 위치되고, 광섬유 브래그 격자들의 반사 스펙트럼을 측정하는 다수의 광 수신 다이오드(134); 각각의 광 수신 다이오드(134)로부터 수신된 광전류를 전압으로 변환시키는 다수의 광전류/전압 변환 증폭기(135); 및 다수의 광전류/전압 변환 증폭기(135)로부터 출력된 전압에 해당하는 복수개의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 다수의 아날로그/디지털 신호변환기(ADC)(136)로 구성된다. 다른 실시예로서, 도 3에서와 같이, 광 스펙트로미터(330A)는, 광섬유 브래그 격자들(320)의 반사 스펙트럼을 수신하여 각 파장의 빛을 채널별로 나누어 분할하여 다수의 광수신 다이오드(photo diode)(332A)로 제공하는 다중파장분할장치(AWG:Arrayed Waveguide Grating)(331A); 다중파장분할장치(331A)의 각 채널에 연결되어 광섬유 브래그 격자들의 반사 스펙트럼을 측정하는 다수의 광 수신 다이오드(332A); 각각의 광 수신 다이오드(332A)로부터 수신된 광 전류를 전압으로 변환시키는 다수의 광전류/전압 변환 증폭기(333A); 및 다수의 광전류/전압 변환 증폭기로부터 출력된 전압에 해당하는 복수개의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 다수의 아날로그/디지털 신호변환기(ADC)(334A)를 포함하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 광 스펙트로미터의 측정 분해능 향상을 위해, 도 3의 광 스펙트로미터(330B)와 같이, 입력 단에 위치한 광 분기부(Splitter)(331B)를 더 포함하고, 광 분기부(331B)를 통해 복수개의 다중파장분할장치(AWG:Arrayed Waveguide Grating)(332B)를 사용할 수 있다.The optical spectrometer 130 is a light incident to the optical spectrometer, that is, the light 131 reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBG) 120 having a different reflection wavelength reaches a specific space Optical diffraction grating 132; A mirror 133 for reflecting light of each wavelength dispersed through the optical diffraction grating 132; A plurality of light receiving diodes 134 positioned in parallel in the space where light arrives from the mirror 133 and measuring the reflection spectra of the optical fiber Bragg gratings; A plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers 135 for converting the photocurrent received from each photoreception diode 134 into a voltage; And a plurality of analog / digital signal converters (ADCs) 136 for converting a plurality of analog signals corresponding to voltages output from the plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers 135 into digital signals. As another embodiment, as shown in FIG. 3, the optical spectrometer 330A receives the reflection spectra of the optical fiber Bragg gratings 320, divides the light of each wavelength into channels, and divides the light of each wavelength into channels. Arrayed Waveguide Grating (AWG) 331A provided to 332A); A plurality of light receiving diodes 332A connected to respective channels of the multi-wavelength splitter 331A for measuring the reflection spectra of the optical fiber Bragg gratings; A plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers 333A for converting the photocurrent received from each light receiving diode 332A into a voltage; And a plurality of analog / digital signal converters (ADCs) 334A for converting a plurality of analog signals corresponding to voltages output from the plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers into digital signals. Preferably, the optical splitter further includes an optical splitter 331B positioned at an input terminal, such as the optical spectrometer 330B of FIG. 3, to improve the measurement resolution of the optical spectrometer. By using a plurality of multi-wavelength splitter (AWG: Arrayed Waveguide Grating) (332B) can be used.

상기 광 스펙트로미터(optical spectrometer)는 광 회절격자(132)와 광 수신 다이오드(134)로 구성되어 있으며, 상기 광 회절격자(132)에 의해 각 파장의 빛이 도달하는 위치에 광 수신 다이오드(134)를 위치시키는 것을 특징으로 한다. The optical spectrometer is composed of an optical diffraction grating 132 and an optical receiving diode 134, and the optical receiving diode 134 is positioned at a position where light of each wavelength is reached by the optical diffraction grating 132. )).

광 스펙트로미터(130)는 광 회절격자(132)를 통해 분산된 각 파장의 빛을 거울(133)을 통해 특정 공간에 도달하게 하며, 빛이 도달하는 공간에 광 수신 다이오드(134)를 위치시켜 광섬유 브래그 격자들의 반사 스펙트럼을 측정하고, 다수의 광전류/전압 변환 증폭기(135)에 의해 병렬로 구성된 각각의 광 수신 다이오드(134)에 광전류를 전압으로 변환하여 아날로그/디지털 신호변환기(ADC)(136)로 입력한다. 다수의 아날로그/디지털 신호변환기(ADC)(136)는 반도체 소자를 이용하여 변환된 전압에 해당하는 복수개의 아날로그 신호를 동시에 디지털 신호로 변환한다.The optical spectrometer 130 allows light of each wavelength dispersed through the optical diffraction grating 132 to reach a specific space through the mirror 133, and places the light receiving diode 134 in the space where the light reaches. Measuring the reflection spectra of the optical fiber Bragg gratings, converting the photocurrent into a voltage in each of the photo receiving diodes 134 configured in parallel by a plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers 135 to convert the analog / digital signal converter (ADC) 136. ). A plurality of analog / digital signal converters (ADCs) 136 convert a plurality of analog signals corresponding to the converted voltages using a semiconductor device into digital signals at the same time.

디지털 신호 처리부(FPGA)(140)는 광 스펙트로미터(130)로부터 출력되는 복수개의 디지털 신호를 실시간으로 획득하고 빛의 파장의 순서에 따라 측정 결과를 정렬함으로써 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(120)로부터 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 생성한다.The digital signal processing unit (FPGA) 140 obtains a plurality of digital signals output from the optical spectrometer 130 in real time and arranges the measurement results according to the order of the wavelengths of light, thereby forming optical fiber Bragg gratings having different reflection wavelengths. Generates light spectral data of light reflected from (FBG) 120.

제어 및 신호검출 시스템(170)은 디지털 신호 처리부(FPGA)(140)로부터 제공된 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(120)에 의해 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 가우시안 함수피팅을 통해 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 산출하여 변화량을 측정함으로써 구조물의 물리량을 측정하며, 광 스펙트로미터(130)로 주기적으로 광 스펙트럼을 측정하도록 신호를 발생시켜준다.The control and signal detection system 170 performs Gaussian function fitting of light spectral data of light reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBG) 120 having different reflection wavelengths provided from the digital signal processor (FPGA) 140. By measuring the central wavelength of the optical fiber Bragg grating through the measurement of the amount of change to measure the physical quantity of the structure, and generates a signal to periodically measure the light spectrum with the optical spectrometer (130).

제어 및 신호검출 시스템(170)은 광섬유 브래그 격자들의 반사스펙트럼을 고속으로 측정하고, 측정된 스펙트럼 데이터 중 피크를 중심으로 인접한 몇 개의 데이터를 이용하여 가우시안 함수 피팅 또는 무게중심 계산을 통해 구조물의 물리량을 고속으로 측정한다. The control and signal detection system 170 measures the reflection spectra of the optical fiber Bragg gratings at high speed, and calculates the physical quantity of the structure through Gaussian function fitting or center of gravity calculation using several adjacent data centered around the peaks of the measured spectral data. Measure at high speed.

광섬유 브래그 격자(FBG)를 이용하여 물리적 변화에 따른 광섬유 브래그 격자 반사스펙트럼의 변화를 고속으로 측정하는 시스템은 기본적으로 광대역 광원(100), 광 커플러(101), 광 스펙트로미터(130) 그리고 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)들(130)로 구성되며, 광 회절격자(132)와 다수의 광수신 다이오드(134)를 구비하는 광 스펙트로미터(광 스펙트럼 분석기)(130)를 사용하여 광 회절격자에 의해 각 파장의 빛이 도달하는 위치에 광수신 다이오드(134)를 위치시키고, 광수신 다이오드(134)로부터 출력되는 광전류를 전압으로 변환하는 광전류/전압 변환 증폭기(135)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 반도체 소자(ADC)를 각각 광수신 다이오드(photo diode)(134)에 연결하여 아날로그/디지털 신호 변환기(ADC)(136)에 의해 복수개의 광 출력 아날로그 신호를 동시에 디지털 신호로 변환하여 고속으로 광섬유 브래그 격자의 반사 스펙트럼을 측정한다.A system for rapidly measuring the change in the optical fiber Bragg grating reflection spectrum according to physical change using the fiber Bragg grating (FBG) is basically a broadband light source 100, optical coupler 101, optical spectrometer 130 and different It is composed of optical fiber Bragg gratings (FBGs) 130 having a reflected wavelength, and using an optical spectrometer (optical spectrum analyzer) 130 having an optical diffraction grating 132 and a plurality of light receiving diodes 134. An optical current / voltage conversion amplifier 135 for positioning the photoreceiving diode 134 at a position where light of each wavelength reaches by the optical diffraction grating and converting the photocurrent output from the photoreception diode 134 into a voltage, and an analog A plurality of optical outputs are provided by an analog / digital signal converter (ADC) 136 by connecting a semiconductor device (ADC) for converting a signal into a digital signal, respectively, to a photo diode 134. Converting the analog signal into a digital signal at the same time by a high speed by measuring the reflection spectra of the fiber Bragg grating.

도 2는 도 1의 광 스펙트로미터를 기반으로 하는 고속 물리량 측정 시스템 구조에서 다중 경로의 브래그 격자 연결을 위해 병렬구조의 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)의 채널을 선택하는 광 스위치(Optical Switch)를 추가로 더 포함하는 다채널 고속 물리량 측정 시스템 구성도이다.FIG. 2 illustrates an optical switch for selecting a channel of an optical fiber Bragg grating (FBG) having different reflection wavelengths in parallel in order to connect Bragg gratings of a multipath in the high-speed physical quantity measurement system structure based on the optical spectrometer of FIG. It is a block diagram of a multi-channel high speed physical quantity measurement system further including an optical switch.

광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템은 도 1의 다채널 고속 물리량 측정 시스템 구조에서 상기 광 커플러(101)와 상기 복수개의 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(120)들 사이에 설치되며, 다채널 구성을 위해 병렬 구조의 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(220)의 채널을 선택하고, 다채널로 구성하기 위해 광 스위치(optical switch)(210)를 추가로 더 포함한다. A structure physical quantity high speed measurement system using an optical spectrometer is provided between the optical coupler 101 and the optical fiber Bragg grating 120 having the plurality of different reflected wavelengths in the multi-channel high speed physical quantity measurement system structure of FIG. 1. A channel of the optical fiber Bragg gratings (FBG) 220 having different reflection wavelengths in parallel for the multi-channel configuration, and an optical switch 210 for the multi-channel configuration. It further includes more.

참고로, 광 스위치(optical switch)는 프리즘 등의 광학 소자를 기계적으로 구동하여 광로(光路)를 절환하고, 광전송로를 직접 절환하거나 광교환기 등에 이용된다. 광 스위치(optical switch)는 전기(자기)광학 효과를 이용하여 외부에서 인가한 전계에 의해 광빔을 ON/OFF하는 장치, 또는 액정 물질의 광학적 성질이 외부로부터 주어지는 전계나 압력 등에 의해 변화하는 현상을 이용한 스위치 등이 있다. For reference, an optical switch is used to mechanically drive an optical element such as a prism to switch optical paths, to directly switch optical transmission paths, or to an optical exchanger. Optical switch (optical switch) is a device that turns on or off the light beam by an electric field applied from the outside by using the electro-magnetic effect, or the phenomenon that the optical properties of the liquid crystal material is changed by an electric field or pressure from the outside, etc. Used switches and the like.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광대역 광원, 광 커플러, 물리량 측정을 위한 복수개의 광섬유 브래그 격자 그리고 광 스펙트로미터로 구성된 구조물 물리량 고속측정 시스템 구성도이다.3 is a block diagram of a structure physical quantity high speed measurement system including a broadband light source, an optical coupler, a plurality of optical fiber Bragg gratings for measuring physical quantities, and an optical spectrometer according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 기반으로 하는 고속 물리량 측정 시스템은 광대역 광원(300); 광대역 광원(300)으로부터 출력된 빛을 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)(320)들이 연결되어 있는 광섬유(optical fiber)에 입사되고, 상기 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)들에 의해 반사된 빛(반사스펙트럼)을 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)에 입사하게 하는 광 커플러(301); 상기 광 커플러(101)로부터 상기 광대역 광원을 입력받고 구조물(터널, 교량, 건축물)의 복수 지점에 대한 온도, 스트레인 등과 같은 물리량을 측정하도록 광섬유 브래그 격자(FBG)들에 의해 반사된 빛을 (반사스펙트럼)을 제공하는 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(320); 상기 광 커플러(301)를 통해 반사된 광섬유 브래그 격자들의 반사스펙트럼을 고속으로 측정하는 광 스펙트로미터(330A 또는 330B); 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)로부터 출력되는 복수개의 디지털 신호를 실시간으로 획득하고 빛의 파장의 순서에 따라 측정 결과를 정렬함으로써 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(320)로부터 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 생성하는 디지털 신호 처리부(FPGA:Field Programmable Gate Array, 현장 프로그래머블 게이트 어레이)(340); 및 디지털 신호 처리부(FPGA)(340)로부터 제공된 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(320)에 의해 반사된 빛(반사 스펙트럼)의 광 스펙트럼 데이터를 가우시안 함수피팅을 통해 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 산출하여 구조물의 물리량을 측정하는 기능을 하며, 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)로 주기적으로 광 스펙트럼을 측정하도록 신호를 발생시키는 제어 및 신호검출 시스템(370)으로 구성된다. A high speed physical quantity measurement system based on an optical spectrometer according to another embodiment of the present invention includes a broadband light source 300; The light output from the broadband light source 300 is incident on an optical fiber to which fiber Bragg gratings (FBG) 320 having different reflection wavelengths are connected, and an optical fiber having the different reflection wavelengths. An optical coupler 301 for causing the light (reflection spectrum) reflected by the Bragg gratings FBG to enter the light spectrometer 330A or 330B; Reflects light reflected by optical fiber Bragg gratings (FBGs) to receive the broadband light source from the optical coupler 101 and to measure physical quantities such as temperature, strain, etc. at multiple points of a structure (tunnel, bridge, building). Optical fiber Bragg gratings 320 having different wavelengths of reflection; An optical spectrometer (330A or 330B) for rapidly measuring reflection spectra of the optical fiber Bragg gratings reflected through the optical coupler 301; Reflection from optical fiber Bragg gratings (FBG) 320 having different reflection wavelengths by acquiring a plurality of digital signals output from the optical spectrometer 330A or 330B in real time and arranging the measurement results in the order of the wavelengths of light. A digital signal processing unit (FPGA: field programmable gate array) 340 for generating light spectrum data of the light; And optical spectral data of light (reflected spectrum) reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBG) 320 having different reflection wavelengths provided from the digital signal processor (FPGA) 340 through Gaussian function fitting. It calculates the central wavelength of the structure to measure the physical quantity of the structure, and consists of a control and signal detection system 370 for generating a signal to periodically measure the light spectrum with the optical spectrometer (330A or 330B).

도 3의 제1 실시예로 광 스펙트로미터(330A)는 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(320)에 의해 반사된 빛(반사 스펙트럼)을 광 커플러(301)를 통해 수신하여 각 파장의 빛을 채널별로 나누어 분할하여 다수의 광수신 다이오드(photo diode)(332A)로 제공하는 다중파장분할장치(AWG:Arrayed Waveguide Grating)(331A); 다중파장 분할 장치(AWG)(331A)의 각 채널에 연결되고, 다중파장 분할 장치(AWG)(331A)의 각 채널로부터 수신된 광신호의 세기를 측정하는 다수의 광 수신 다이오드(photo diode)(332A); 각각의 광 수신 다이오드(332A)로부터 수신된 광 전류를 전압으로 변환하는 다수의 광전류/전압 변환 증폭기(333A); 및 상기 광전류/전압 변환 증폭기(330A)로부터 출력되는 복수개의 아날로그 신호를 동시에 디지털 신호로 변환하는 다수의 아날로그/디지털 신호 변환기(ADC)(334A)로 구성된다.In the first embodiment of FIG. 3, the optical spectrometer 330A receives the light (reflected spectrum) reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBG) 320 having different reflection wavelengths through the optical coupler 301. An arrayed waveguide grating (AWG) 331A for dividing and dividing light of each wavelength into channels to provide a plurality of photo diodes 332A; A plurality of photodiodes connected to each channel of the multi-wavelength splitter (AWG) 331A and measuring the intensity of the optical signal received from each channel of the multi-wavelength splitter (AWG) 331A ( 332A); A plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers 333A for converting the photocurrent received from each photoreception diode 332A into a voltage; And a plurality of analog / digital signal converters (ADCs) 334A for simultaneously converting a plurality of analog signals output from the photocurrent / voltage conversion amplifier 330A into digital signals.

상기 광 스펙트로미터(330A, 330B)는 다중파장 분할 장치(AWG)와 상기 다중파장 분할 장치(AWG)의 각 채널에 광 수신 다이오드(photo diode)를 연결하여 구성된 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 사용하는 고속 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼 측정 장치를 제공한다. The optical spectrometers 330A and 330B use an optical spectrometer configured by connecting a photodiode to each channel of the multi-wavelength splitter (AWG) and the multi-wavelength splitter (AWG). It provides a high speed optical fiber Bragg grating reflection spectrum measurement apparatus.

상기 광 스펙트로미터(330B)는 입력단에 광 분기부(Splitter)(331B)를 추가로 구성하고, 복수개의 다중파장 분할 장치(AWG)(332B)를 사용하여 상기 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 구성함으로써 스펙트럼 측정 범위와 분해능이 향상된 광 스펙트럼 고속 측정 장치를 제공한다. The optical spectrometer 330B further comprises an optical splitter 331B at an input terminal, and configures the optical spectrometer using a plurality of multi-wavelength splitters (AWG) 332B. This provides an optical spectral high speed measurement apparatus with improved spectral measurement range and resolution.

도 3의 제2 실시예로 광 스펙트로미터(330B)는 광섬유 브래그 격자의 반사스펙트럼 신호를 선로 상에서 둘 이상의 전송로로 분할하는 광 분기부(Splitter)(331B); 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(320)에 의해 반사된 빛(반사 스펙트럼)을 광 커플러(301)를 통해 수신하여 각 파장의 빛을 채널별로 나누어 분할하여 다수의 광수신 다이오드(photo diode)(332A)로 제공하는 복수개의 다중파장분할장치(AWG:Arrayed Waveguide Grating)(332B); 복수개의 다중파장 분할 장치(AWG)(331A)의 각 채널에 연결되고, 다중파장 분할 장치(AWG)(331A)의 각 채널로부터 수신된 광신호의 세기를 측정하는 다수의 광수신 다이오드(photo diode)(333B); 각각의 광 수신 다이오드(333B)로부터 수신된 광전류를 전압으로 변환하는 다수의 광전류/전압 변환 증폭기(370B); 및 상기 광전류/전압 변환 증폭기(370B)로부터 출력되는 복수개의 아날로그 신호를 동시에 디지털 신호로 변환하는 다수의 아날로그/디지털 신호 변환기(ADC)(380B)로 구성된다.In the second embodiment of FIG. 3, the optical spectrometer 330B includes an optical splitter 331B for dividing a reflection spectrum signal of an optical fiber Bragg grating into two or more transmission paths on a line; Receives the light (reflected spectrum) reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBG) 320 having different reflection wavelengths through the optical coupler 301, divides the light of each wavelength into channels and divides the light receiving diodes a plurality of arrayed waveguide gratings (AWGs) 332B provided to a photo diode 332A; A plurality of photo diodes connected to each channel of the plurality of AWGs 331A and measuring the intensity of an optical signal received from each channel of the AWG 331A. ) 333B; A plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers 370B for converting the photocurrent received from each photoreception diode 333B into a voltage; And a plurality of analog / digital signal converters (ADCs) 380B for simultaneously converting a plurality of analog signals output from the photocurrent / voltage conversion amplifier 370B into digital signals.

광대역 광원(330)으로부터 출력된 빛은 광 커플러(301)를 통해 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)(320)가 연결되어 있는 광섬유에 입사된다. The light output from the broadband light source 330 is incident on the optical fiber to which the optical fiber Bragg gratings (FBG) 320 having different reflection wavelengths are connected through the optical coupler 301.

서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Optical Bragg Grating)(320)는 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)가 측정할 수 있는 파장 범위 내에서 일정한 파장간격을 유지하며 복수개로 구성된다. The optical fiber Bragg grating (FBG) 320 having different reflection wavelengths is composed of a plurality of optical fiber Bragg grating (FBG) 320 maintains a constant wavelength interval within the wavelength range that can be measured by the optical spectrometer (330A or 330B).

서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)(320)에 의해 반사된 빛이 광 커플러(301)를 통해 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)로 입사되며, 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)에 입사되는 빛은 파장에 따라 다중파장 분할 장치(AWG)의 출력 채널이 결정되며, 병렬 구조의 각 채널에 광 수신 다이오드(332A)를 연결하여 광섬유 브래그 격자들의 반사 스펙트럼을 측정한다.Light reflected by the optical fiber Bragg grating (FBG) 320 having different reflection wavelengths is incident on the optical spectrometer 330A or 330B through the optical coupler 301 and is incident on the optical spectrometer 330A or 330B. The output light of the multi-wavelength splitting device (AWG) is determined according to the wavelength, and the light receiving diode 332A is connected to each channel of the parallel structure to measure the reflection spectrum of the optical fiber Bragg gratings.

광 스텍트로미터(330A 또는 330B)는 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)(320)에 의해 반사된 빛이 광 커플러(301)를 통해 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)에 입사되는 빛은 파장에 따라 출력 채널이 결정되는 다중파장 분할 장치(AWG); 병렬로 구성된 각각의 광 수신 다이오드(332A)에 연결되는 광전류를 전압으로 변환시키는 광전류/전압 변환 증폭기(333A); 광전류/전압 변환 증폭기(333A)로부터 출력된 전압에 해당하는 복수개의 아날로그 신호를 고속으로 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 신호 변환기(ADC)(334A)로 구성된다. The light spectrometer 330A or 330B is configured such that light reflected by the optical fiber Bragg grating (FBG) 320 having different reflection wavelengths is incident on the light spectrometer 330A or 330B through the optical coupler 301. Light is a multi-wavelength splitting device (AWG) in which the output channel is determined according to the wavelength; A photocurrent / voltage conversion amplifier 333A for converting a photocurrent connected to each of the light receiving diodes 332A configured in parallel to a voltage; An analog / digital signal converter (ADC) 334A converts a plurality of analog signals corresponding to the voltage output from the photocurrent / voltage conversion amplifier 333A into digital signals at high speed.

도 1의 제1 실시예의 기존 광 스펙트로미터(optical spectrometer)(130)는 광 회절격자(132)와 빛의 반사를 위한 거울(133), 병렬로 이루어진 다수의 광 수신 다이오드(134), 광전류/전압 변환 증폭기(135), 아날로그/디지털 신호변환기(ADC)(136)로 구성되는데 반해, 제2 실시예의 광 스펙트로미터(330B)는 광 스펙트로미터(330B)의 분해능 및 측정 범위향상을 위해 광분기부(Spilitter)(331B), 복수개의 다중파장분할 장치(AWG)(332B)를 더 추가로 구성하여, 다수의 광 수신 다이오드(134), 광전류/전압 변환 증폭기(135), 및 아날로그/디지털 신호변환기(ADC)(136)를 포함하여 광 스펙트로미터를 구성하였다. The conventional optical spectrometer 130 of the first embodiment of FIG. 1 includes an optical diffraction grating 132 and a mirror 133 for reflection of light, a plurality of light receiving diodes 134 formed in parallel, and photocurrent / In contrast to the voltage conversion amplifier 135 and the analog / digital signal converter (ADC) 136, the optical spectrometer 330B of the second embodiment includes an optical splitter for improving the resolution and measurement range of the optical spectrometer 330B. (Spilitter) 331B, a plurality of multi-wavelength splitters (AWGs) 332B are further configured to include a plurality of light receiving diodes 134, photocurrent / voltage conversion amplifiers 135, and analog / digital signal converters. (ADC) 136 was configured to construct a light spectrometer.

디지털 신호 처리부(FPGA)(340)는 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)로부터 출력되는 복수개의 디지털 신호를 실시간으로 획득하고 빛의 파장의 순서에 따라 측정 결과를 정렬함으로써 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(320)로부터 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 생성한다.The digital signal processing unit (FPGA) 340 obtains a plurality of digital signals output from the optical spectrometers 330A or 330B in real time and arranges the measurement results according to the order of the wavelengths of light, thereby having different optical wave Braggs. Generate light spectral data of light reflected from the gratings (FBG) 320.

제어 및 신호검출 시스템(370)은 디지털 신호 처리부(FPGA)(340)로부터 제공된 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(320)에 의해 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터 중 피크를 중심으로 인접한 몇 개의 데이터를 이용하여 가우시안 함수피팅을 통해 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 산출함으로써 구조물의 물리량 측정기능을 하며, 광 스펙트로미터(330A 또는 330B)로 주기적으로 광 스펙트럼을 측정하도록 신호를 발생시켜준다.The control and signal detection system 370 focuses on the peaks of the light spectral data of the light reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBG) 320 having different reflection wavelengths provided from the digital signal processing unit (FPGA) 340. It calculates the physical quantity of the structure by calculating the center wavelength of the fiber Bragg gratings by using Gaussian function fitting using several adjacent data, and generates a signal to periodically measure the light spectrum with the optical spectrometer (330A or 330B). .

도 4는 도 3에서 다중 경로의 브래그 격자 연결을 위해 광 스위치(Optical Switch)를 포함하는 다채널 고속 물리량 측정 시스템 구성도이다.FIG. 4 is a block diagram of a multi-channel high speed physical quantity measurement system including an optical switch for connecting a multi-path Bragg grating in FIG. 3.

도 3의 다채널 고속 물리량 측정 시스템 구조에서 상기 광 커플러(401)와 상기 복수개의 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(420) 사이에 위치되며, 다채널 구성을 위해 병렬 구조의 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(220)이 연결되어 있는 채널을 선택하고, 다채널로 구성하기 위한 광 스위치(optical switch)(410)를 추가로 더 포함하였다. In the multi-channel high speed physical quantity measurement system structure of FIG. 3, the optical coupler 401 and the optical fiber Bragg gratings 420 having a plurality of different reflected wavelengths are positioned, and different reflections of parallel structures for a multi-channel configuration are provided. It further includes an optical switch 410 for selecting a channel to which the optical fiber Bragg gratings (FBG) 220 having a wavelength is connected and configuring the multi-channel.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 기반으로 하는 고속 물리량 측정 시스템은 광대역 광원(400); 광대역 광원(400)으로부터 출력된 빛을 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)(320)들이 연결되어 있는 광섬유(optical fiber)에 입사되고, 상기 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)들에 의해 반사된 빛을 광 스펙트로미터(430A 또는 430B)에 입사하게 하는 광 커플러(401); 광 커플러(401)와 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)(420) 사이에 설치되고, 병렬 구조의 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)들의 채널을 선택하는 광 스위치(Optical Switch)(410); 상기 광 커플러(401)로부터 상기 광대역 광원(400)을 입력받고 구조물(터널, 교량, 건축물)의 복수 지점에 대한 온도, 스트레인 등과 같은 물리량을 측정하도록 상기 반사된 빛(반사스펙트럼)을 제공하는 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(420); 상기 광 커플러(401)를 통해 반사된 광섬유 브래그 격자들의 반사스펙트럼을 고속으로 측정하고, 측정된 스펙트럼 데이터 중 피크를 중심으로 인접한 몇 개의 데이터를 이용하여 가우시안 함수 피팅 또는 무게중심 계산을 통해 구조물의 물리량을 고속으로 측정하는 광 스펙트로미터(430A 또는 430B); 광 스펙트로미터(430A 또는 430B)로부터 출력되는 복수개의 디지털 신호를 실시간으로 획득하고 빛의 파장의 순서에 따라 측정 결과를 정렬함으로써 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(420)로부터 반사된 빛의 광스펙트럼 데이터를 생성하는 디지털 신호 처리부(FPGA:Field Programmable Gate Array, 현장 프로그래머블 게이트 어레이)(440); 및 디지털 신호 처리부(FPGA)(440)로부터 제공된 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들(FBG)(420)에 의해 반사된 빛의 광스펙트럼 데이터를 가우시안 함수피팅을 통해 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 산출하는 기능을 하며, 광 스펙트로미터(430A 또는 430B)로 주기적으로 광스펙트럼을 측정하도록 신호를 발생시키는 제어 및 신호 검출 시스템(470)으로 구성된다. A high speed physical quantity measurement system based on an optical spectrometer according to another embodiment of the present invention includes a broadband light source 400; The light output from the broadband light source 400 is incident on an optical fiber to which fiber Bragg gratings (FBG) 320 having different reflection wavelengths are connected, and the optical fiber having the different reflection wavelengths. An optical coupler 401 for causing light reflected by the Bragg gratings FBG to enter the light spectrometer 430A or 430B; An optical switch installed between the optical coupler 401 and the optical fiber Bragg grating (FBG) 420 having different reflection wavelengths and selecting a channel of the optical fiber Bragg gratings (FBG) having different reflection wavelengths in parallel. Switch 410; The broadband light source 400 is input from the optical coupler 401 to provide the reflected light (reflection spectrum) to measure physical quantities such as temperature, strain, etc. for a plurality of points of a structure (tunnel, bridge, building). Optical fiber Bragg gratings 420 having different reflected wavelengths; Measures the spectra of the optical fiber Bragg gratings reflected by the optical coupler 401 at high speed, and uses physical data adjacent to the peaks of the measured spectral data to calculate the physical quantity of the structure through Gaussian function fitting or weight center calculation. An optical spectrometer 430A or 430B for measuring the high speed; Reflection from optical fiber Bragg gratings (FBG) 420 having different reflection wavelengths by acquiring a plurality of digital signals output from the optical spectrometer 430A or 430B in real time and arranging the measurement results according to the order of the wavelengths of light. A digital signal processing unit (FPGA) for generating optical spectrum data of the generated light (FPGA) 440; And the optical spectrum data of the light reflected by the optical fiber Bragg gratings (FBG) 420 having different reflection wavelengths provided from the digital signal processing unit (FPGA) 440 through Gaussian function fitting to obtain the center wavelength of the optical fiber Bragg gratings. And a control and signal detection system 470 that generates a signal to periodically measure the light spectrum with an optical spectrometer 430A or 430B.

상기 제어 및 신호 검출 시스템(470)은 고속으로 측정된 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼에서 피크를 중심으로 인접한 몇 개의 데이터를 상기 디지털 신호 처리부(FPGA)를 이용하여 가우시안 함수 피팅 또는 무게 중심계산을 통해 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼의 중심파장을 고속으로 측정함으로써 구조물의 복수지점에 대한 온도, 스트레인 등과 같은 물리량의 변화를 고속으로 측정하는 것을 특징으로 한다. The control and signal detection system 470 uses a digital signal processing unit (FPGA) to extract several adjacent data centered around the peaks of the optical fiber Bragg grating reflection spectrum measured by Gaussian function fitting or center of gravity calculation. By measuring the central wavelength of the grating reflection spectrum at high speed, it is possible to measure the change in physical quantity such as temperature, strain, etc. at multiple points of the structure at high speed.

상기 제어 및 신호 검출 시스템(470)은 고속으로 측정된 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼에서 피크를 중심으로 인접한 몇 개의 데이터를 상기 디지털 신호 처리부(FPGA)를 이용하여 가우시안 함수 피팅 또는 무게 중심계산을 통해 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼의 중심파장을 고속으로 측정함으로써 구조물의 복수지점에 대한 온도, 스트레인 등과 같은 물리량의 변화를 고속으로 측정하는 것을 특징으로 한다.The control and signal detection system 470 uses a digital signal processing unit (FPGA) to extract several adjacent data centered around the peaks of the optical fiber Bragg grating reflection spectrum measured by Gaussian function fitting or center of gravity calculation. By measuring the central wavelength of the grating reflection spectrum at high speed, it is possible to measure the change in physical quantity such as temperature, strain, etc. at multiple points of the structure at high speed.

도 5는 본 발명에서 제안한 광 스펙트로미터를 이용해 측정된 광섬유 브래그 격자 반사스펙트럼 데이터를 이용하여 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)의 반사스펙트럼의 중심파장을 계산하기 위한 가우시안 함수 피팅과 무게중심 계산을 나타낸 구성도이다.5 is a Gaussian for calculating the center wavelength of the reflection spectrum of an optical fiber Bragg grating (FBG) having different reflection wavelengths using the optical fiber Bragg grating reflection spectrum data measured using the optical spectrometer proposed in the present invention. This diagram shows the function fitting and the center of gravity calculation.

측정된 광 스펙트럼의 데이터에서 가장 큰 값을 가지는 지점을 좌우로 특정 개수의 데이터를 취득하며, 취득된 데이터를 1로 평준화하여 가우시안 함수피팅 또는 무게중심을 계산하게 된다. 도 5의 우측 상단의 경우, 취득된 데이터의 가우시안 함수 피팅의 결과를 점선으로 표시하고 있으며 가운데의 점선은 광섬유 브래그 격자의 중심파장의 위치를 나타낸다. 도 5의 우측 하단의 경우 취득된 데이터의 무게중심계산에 의한 광섬유브래그 격자(FBG)의 중심파장의 위치를 점선으로 나타내고 있다A specific number of data is obtained from left and right of the point having the largest value in the measured light spectrum data, and the obtained data is equalized to 1 to calculate a Gaussian function fitting or center of gravity. In the upper right of FIG. 5, the result of the Gaussian function fitting of the acquired data is shown by the dotted line, and the dotted line in the center shows the position of the center wavelength of the optical fiber Bragg grating. In the lower right of Fig. 5, the position of the center wavelength of the optical fiber Bragg grating (FBG) by the center of gravity of the acquired data is indicated by a dotted line.

본 발명의 실시예의 광 스펙트로미터는 두 가지의 종류로 구성하였다. 하나는 광 회절격자와 다수의 광수신 다이오드를 사용하여 구성하는 방식과, 다중파장분할장치(AWG)와 다수의 광수신 다이오드를 이용하여 광 스펙트로미터를 구성한다. The optical spectrometer of the embodiment of the present invention was composed of two types. One uses an optical diffraction grating and a plurality of light-receiving diodes, and an optical spectrometer is formed by using a multi-wavelength splitter (AWG) and a plurality of light-receiving diodes.

서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG)는 광 스펙트로미터가 측정할 수 있는 파장 범위 내에서 일정한 파장 간격을 유지하며 복수개로 구성한다.Fiber Bragg gratings (FBGs) having different reflection wavelengths are composed of a plurality of optical fibers having a constant wavelength interval within a wavelength range that can be measured by the spectrometer.

광 스펙트로미터에 있는 광 수신 다이오드에 광전류를 전압으로 변환시키기 위한 광전류/전압 변환 증폭기와, 아날로그신호를 디지털 신호로 변환을 위한 반도체 소자를 각각 연결하여 복수개의 아날로그 광 신호를 동시에 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 신호 변환기(ADC)를 사용하여 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼의 고속측정이 가능하다. A photocurrent / voltage conversion amplifier for converting a photocurrent into a voltage and a semiconductor device for converting an analog signal into a digital signal are respectively connected to a light receiving diode in the optical spectrometer to convert a plurality of analog optical signals into digital signals simultaneously. Analog-to-digital signal converters (ADCs) enable high-speed measurement of fiber Bragg grating reflection spectra.

측정된 반사 스펙트럼 데이터 중 피크를 중심으로 인접한 몇 개의 데이터를 획득하고, 가우시안 함수 피팅 또는 무게중심을 고속으로 계산하여 구조물의 복수지점에 대한 구조물(터널, 교량, 건축물)의 온도, 스트레인 등과 같은 물리량을 고속으로 측정한다.From the measured reflection spectrum data, we obtain several adjacent data centered around the peak and calculate the Gaussian function fitting or the center of gravity at high speed, so that the physical quantity such as temperature and strain of the structure (tunnel, bridge, building) for multiple points of the structure Measure at high speed.

광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템의 다채널 구성을 위해 광 스위치(optical switch)를 추가로 구성한다. Optical switches are further configured for multichannel configurations of structure physical quantity high-speed measurement systems using optical spectrometers.

측정 원리는 다음과 같다.The measuring principle is as follows.

광원으로부터 출력되는 광대역 폭을 가지는 빛을 광 커플러를 통해 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들이 연결되어 있는 광섬유에 입사시킨다. 서로 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자에 의해 특정 파장의 빛이 반사되며 광 커플러를 통해 광 스펙트로미터에 입사된다. Light having a broadband width output from the light source is incident on an optical fiber to which optical fiber Bragg gratings having different reflection wavelengths are connected through an optical coupler. Light of a specific wavelength is reflected by the optical fiber Bragg grating having different reflection wavelengths and is incident on the optical spectrometer through the optical coupler.

광 스펙트로미터로부터 입력되는 복수개의 아날로그 신호를 동시에 디지털 신호로 변환하여 고속으로 광섬유 브래그 격자의 반사 스펙트럼을 측정하게 된다.By simultaneously converting a plurality of analog signals input from the optical spectrometer to a digital signal to measure the reflection spectrum of the optical fiber Bragg grating at high speed.

측정된 광섬유 브래그 격자들의 반사 스펙트럼은 연속적인 데이터가 아니기 때문에 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 정밀하게 측정할 수 없다. 이를 해결하기 위해 측정된 스펙트럼에서 피크를 중심으로 인접한 몇 개의 데이터를 획득하고, 디지털 신호 처리부(FPGA)에 의해 광 스펙트로미터로부터 출력되는 복수개의 디지털 신호를 사용하여 고속으로 광섬유 브래그 격자의 반사 스펙트럼의 가우시안 함수 피팅 또는 무게중심을 계산하여, 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 정밀하게 그리고 고속으로 측정하여 구조물의 물리량을 측정 할 수 있게 하였다.Since the reflected spectra of the measured optical fiber Bragg gratings are not continuous data, it is impossible to accurately measure the center wavelength of the optical fiber Bragg gratings. To solve this problem, several adjacent data are obtained from the measured spectrum around the peak, and a plurality of digital signals outputted from the optical spectrometer by the digital signal processing unit (FPGA) are used to obtain the reflection spectrum of the optical fiber Bragg grating at high speed. Gaussian function fitting or center of gravity was calculated to measure the physical wavelength of the structure by measuring the center wavelength of the fiber Bragg gratings accurately and at high speed.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims In the present invention can be carried out by various modifications or variations.

100: 광대역 광원 101: 광 커플러
120: λ1,λ2,λ3 파장을 가지는 복수개의 광섬유 브래그 격자
130: 광 스펙트로미터 140: 디지털 신호 처리부(FPGA)
170: 제어 및 신호 검출 시스템100: broadband light source 101: optical coupler
120: A plurality of optical fiber Bragg gratings having λ 1 , λ 2 , λ 3 wavelength
130: optical spectrometer 140: digital signal processing unit (FPGA)
170: control and signal detection system

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템에 있어서,
광대역 광원;
상기 광대역 광원으로부터 출력된 빛을 각기 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)들이 연결되어 있는 광섬유(optical fiber)에 입사되고, 상기 각기 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들에 의해 반사된 빛(반사스펙트럼)을 광 스펙트로미터에 입사하게 하는 광 커플러;
상기 광 커플러로부터 상기 광대역 광원을 입력받고 구조물(터널, 교량, 건축물)의 복수 지점에 대한 물리량을 측정하도록, 상기 반사된 빛(반사스펙트럼)을 제공하는 상기 각기 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들;
상기 광 커플러를 통해 반사된 광섬유 브래그 격자들의 반사스펙트럼을 고속으로 측정하는 광 스펙트로미터;
상기 광 스펙트로미터로부터 출력되는 복수개의 디지털 신호를 실시간으로 획득하고 빛의 파장의 순서에 따라 측정 결과를 정렬함으로써 상기 각기 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들로부터 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 생성하는 디지털 신호 처리부(FPGA:Field Programmable Gate Array, 현장 프로그래머블 게이트 어레이); 및
상기 디지털 신호 처리부(FPGA)로부터 제공된 상기 각기 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들에 의해 반사된 빛의 광 스펙트럼 데이터를 가우시안 함수 피팅을 통해 광섬유 브래그 격자들의 중심파장을 산출하여 변화량을 측정함으로써 물리량 측정이 가능하며, 광 스펙트로미터로 주기적으로 광 스펙트럼을 측정하도록 신호를 발생시키는 제어 및 신호 검출 시스템;
을 포함하는 광 스펙트로미터를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템.In a structure physical quantity high speed measurement system using an optical spectrometer,
Broadband light source;
The light output from the broadband light source is incident on an optical fiber to which fiber Bragg gratings (FBGs) having different reflection wavelengths are connected, and by the fiber Bragg gratings having different reflection wavelengths. An optical coupler for causing reflected light (reflection spectrum) to enter the optical spectrometer;
Fiber Bragg gratings having different reflected wavelengths for receiving the reflected light (reflection spectrum) to receive the broadband light source from the optical coupler and to measure physical quantities for multiple points of a structure (tunnel, bridge, building). ;
An optical spectrometer for measuring the reflection spectrum of the optical fiber Bragg gratings reflected through the optical coupler at high speed;
Acquiring a plurality of digital signals outputted from the optical spectrometer in real time and generating optical spectral data of light reflected from the optical fiber Bragg gratings having different reflection wavelengths by arranging the measurement results according to the order of the wavelengths of the light. A digital signal processor (FPGA: Field Programmable Gate Array); And
Physical quantity measurement by calculating the central wavelength of the optical fiber Bragg gratings by Gaussian function fitting of the optical spectral data of the light reflected by the optical fiber Bragg gratings having different reflection wavelengths provided from the digital signal processor (FPGA) A control and signal detection system capable of generating a signal to periodically measure the light spectrum with an optical spectrometer;
Structure physical quantity high speed measurement system using an optical spectrometer comprising a. 제4항에 있어서,
상기 광섬유 브래그 격자들이 채널별로 복수개 구비되며,
상기 광 커플러와 복수개의 광섬유 브래그 격자들 사이에 설치되되, 상기 복수개의 광섬유 브래그 격자들과 병렬 구조로 연결되어, 채널별 광섬유 브래그 격자들을 선택하는 광 스위치(Optical Switch)를 더 포함하는 광 스펙트로미터를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템. 5. The method of claim 4,
A plurality of optical fiber Bragg gratings are provided for each channel,
An optical spectrometer installed between the optical coupler and the plurality of optical fiber Bragg gratings, and connected in parallel with the plurality of optical fiber Bragg gratings, and an optical switch to select the optical fiber Bragg gratings for each channel; Structure physical quantity high speed measurement system using 제4항에 있어서,
상기 광 스펙트로미터는,
상기 각기 다른 반사파장을 가지는 광섬유 브래그 격자들에 의해 반사된 빛(반사 스펙트럼)을 상기 광 커플러를 통해 수신하여 각 파장의 빛을 채널별로 나누어 분할하여 다수의 광수신 다이오드(photo diode)로 제공하는 다중파장분할장치(AWG:Arrayed Waveguide Grating);
상기 다중파장 분할 장치(AWG)의 각 채널에 연결되고, 상기 다중파장 분할 장치(AWG)의 각 채널로부터 수신된 광신호의 세기를 측정하는 다수의 광수신 다이오드(photo diode);
상기 각각의 광 수신 다이오드로부터 수신된 광 전류를 전압으로 변환하는 다수의 광전류/전압 변환 증폭기; 및
상기 광전류/전압 변환 증폭기로부터 출력되는 복수개의 아날로그 신호를 동시에 디지털 신호로 변환하는 다수의 아날로그/디지털 신호 변환기(ADC);
를 포함하는 광 스펙트로미터를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템.5. The method of claim 4,
The optical spectrometer,
Receiving light (reflection spectrum) reflected by the optical fiber Bragg gratings having different reflection wavelengths through the optical coupler and dividing the light of each wavelength by channel to provide a plurality of photo-receiving diodes (photo diodes) An arrayed waveguide grating (AWG);
A plurality of photo-receiving diodes connected to each channel of the multi-wavelength splitting device (AWG) and measuring the intensity of an optical signal received from each channel of the multi-wavelength splitting device (AWG);
A plurality of photocurrent / voltage conversion amplifiers for converting the photocurrent received from each of the photo receiving diodes into voltage; And
A plurality of analog / digital signal converters (ADCs) for simultaneously converting a plurality of analog signals output from the photocurrent / voltage conversion amplifier into digital signals;
Structure physical quantity high speed measurement system using an optical spectrometer comprising a. 제4항에 있어서,
상기 광 스펙트로미터는,
다중파장 분할 장치(AWG)와 상기 다중파장 분할 장치(AWG)의 각 채널에 광 수신 다이오드(photo diode)를 연결하여 구성된 광 스펙트로미터(optical spectrometer)를 사용하는 고속 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼 측정 장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 광 스펙트로미터를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템. 5. The method of claim 4,
The optical spectrometer,
A high-speed optical fiber Bragg grating reflection spectrum measurement apparatus using an optical spectrometer configured by connecting a multi-wavelength splitter (AWG) and a photodiode to each channel of the multi-wavelength splitter (AWG) Structure physical quantity high-speed measurement system using an optical spectrometer, characterized in that provided. 제7항에 있어서,
상기 광 스펙트로미터는,
입력 단에 광 분기부(Splitter)를 추가로 구성하고, 복수개의 다중파장 분할 장치(AWG)를 사용하여 상기 광 스펙트로미터를 구성함으로써 스펙트럼 측정 범위 또는 분해능이 향상된 광 스펙트럼 고속 측정 장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 광 스펙트로미터를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템. The method of claim 7, wherein
The optical spectrometer,
By providing an optical splitter at an input stage and configuring the optical spectrometer using a plurality of multi-wavelength splitters (AWGs) to provide an optical spectral high speed measuring apparatus having an improved spectral measurement range or resolution. Structure physical quantity high speed measurement system using optical spectrometer. 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 광섬유 브래그 격자들이 채널별로 복수개 구비되며,
상기 광 커플러와 복수개의 광섬유 브래그 격자들 사이에 설치되되, 상기 복수개의 광섬유 브래그 격자들과 병렬 구조로 연결되어, 채널별 광섬유 브래그 격자들을 선택하는 광 스위치(Optical Switch)를 더 포함하는 광 스펙트로미터를 사용한 구조물 물리량 고속 측정 시스템.
. 9. The method according to claim 7 or 8,
A plurality of optical fiber Bragg gratings are provided for each channel,
An optical spectrometer installed between the optical coupler and the plurality of optical fiber Bragg gratings, and connected in parallel with the plurality of optical fiber Bragg gratings, and an optical switch to select the optical fiber Bragg gratings for each channel; Structure physical quantity high speed measurement system using
.
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