KR101268115B1 - Multi channel physical quantity high speed measuerment system of using optical spectrometer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자기파의 영향을 받지 않는 빛을 이용하여 거대 구조물(터널, 교량, 건축물 등)의 온도, 스트레인등과 같은 물리량을 고속으로 측정하기 위한 시스템으로 광 스펙트로미터를 사용하는 것을 특징으로 하며, 광대역 광원, 광섬유 브래그 격자 센서 어레이, 광 스펙트로미터, 광 스펙트로미터로부터 출력되는 아날로그 광 신호를 디지털로의 변환을 위한 디지털 신호 처리부, 광 커플러, 광원의 펄스 구동을 위한 광원의 주입전류 변조회로, 측정 신호의 분석을 위한 제어 및 신호 처리부를 포함하되, 상기 광 커플러는 병렬구조의 다채널로 구현하는 것을 특징으로 하는 광 스펙트로미터 기반 다채널 물리량 고속 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention is characterized by using an optical spectrometer as a system for measuring physical quantities such as temperature and strain of a large structure (tunnel, bridge, building, etc.) at high speed using light that is not affected by electromagnetic waves. Digital signal processor for converting analog optical signal output from broadband light source, optical fiber Bragg grating sensor array, optical spectrometer, optical spectrometer into digital, optical coupler, injection current modulation circuit of light source for pulse driving of light source, measurement Including a control and signal processor for the analysis of the signal, the optical coupler is an optical spectrometer-based multi-channel physical quantity high-speed measurement system, characterized in that implemented in a multi-channel of parallel structure.

Description

광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템{MULTI CHANNEL PHYSICAL QUANTITY HIGH SPEED MEASUERMENT SYSTEM OF USING OPTICAL SPECTROMETER}MULTI CHANNEL PHYSICAL QUANTITY HIGH SPEED MEASUERMENT SYSTEM OF USING OPTICAL SPECTROMETER

본 발명은 전자기파의 영향을 받지 않는 빛을 이용하여 거대 구조물(터널, 교량, 건축물 등)의 온도, 스트레인 등과 같은 물리량을 광 스펙트로미터를 사용하여 측정하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스펙트럼의 고속 측정을 위해 시간분할 다중처리 방식을 적용하며, 병렬구조의 다채널로 시스템을 구성함으로써 복수 지점에 대한 물리량을 고속으로 측정하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for measuring physical quantities such as temperature, strain, and the like of large structures (tunnels, bridges, buildings, etc.) using light that is not affected by electromagnetic waves. The present invention relates to a system for measuring a physical quantity at a plurality of points at high speed by applying a time division multiplexing method for a high speed measurement and configuring a system with a parallel channel.

종래 기술에는 미국의 ‘OPTICAL SPECTROMETER WITH IMPROVED GEOMETRY AND DATA PROCESSING FOR MONITORING FIBER OPTICAL BRAGG GRATING’가 있다.The prior art includes the US OPTICAL SPECTROMETER WITH IMPROVED GEOMETRY AND DATA PROCESSING FOR MONITORING FIBER OPTICAL BRAGG GRATING.

상기 종래 기술은 광 스펙트로미터를 기반으로 하며 시간영역 다중화 처리(TDM) 방식을 적용하여, 복수개의 파장으로 구성되어 있는 광섬유 브래그 격자 센서 어레이를 직렬의 형태로 복수개를 연결하여 물리량을 고속으로 측정하는 시스템을 예시하고 있다.The conventional technology is based on an optical spectrometer and applies a time domain multiplexing (TDM) method to measure physical quantities at high speed by connecting a plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays composed of a plurality of wavelengths in series. The system is illustrated.

하지만, 종래 기술은 광 펄스 구현을 위한 별도의 전기광학 변조기가 필요하고, 복수개의 센서 어레이를 직렬로 연결하기 때문에 센서 신호의 분간을 위해 어레이 사이에 길이지연 광섬유가 설치되어야 하기 때문에 센서의 설치가 용이하지 않은 단점이 있다.However, the prior art requires a separate electro-optic modulator for implementing optical pulses, and because a plurality of sensor arrays are connected in series, a length-delay optical fiber must be installed between the arrays for the separation of sensor signals. There is a disadvantage that is not easy.

또한, 첫번째 센서 어레이에 의해 특정 파장의 빛이 반사된 빛이 두 번째 이상의 센서 어레이에 입사하게 되기 때문에 복수개의 센서 어레이가 동일한 파장으로 구성되어 있을 경우 두 번째 이상의 센서 어레이의 반사 스펙트럼 신호는 왜곡이 발생하여 측정 정확도 및 민감도가 감소하게 되는 단점이 있다.In addition, since the light reflected by the light of a specific wavelength by the first sensor array is incident on the second or more sensor array, when the plurality of sensor arrays are configured with the same wavelength, the reflected spectral signal of the second or more sensor array is distorted. There is a disadvantage that the measurement accuracy and sensitivity is reduced.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이를 사용하여 물리량을 측정하기 위해, 고속으로 신호처리가 가능한 광 스펙트로미터를 사용하여 병렬구조의 다채널로 시스템을 구성함으로써 센서 어레이의 스펙트럼 신호의 왜곡을 발생시키지 않는 물리량 측정 시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above-mentioned problems is to provide a multi-channel system of parallel structure using an optical spectrometer capable of signal processing at high speed in order to measure a physical quantity using a plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays. The present invention provides a physical quantity measurement system that does not cause distortion of a spectral signal of a sensor array.

본 발명의 또 다른 목적은, 센서 어레이 사이에 신호의 분간을 위한 길이지연 광섬유를 시스템의 내부에 기 설치될 수 있도록 하여 센서의 설치가 용이하도록 하며 광원의 직접 전류 변조를 이용하여 광펄스를 생성함으로써 별도의 전기광학 변조기의 사용이 필요하지 않는 물리량 측정 시스템을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to facilitate the installation of a sensor by providing a length-delay optical fiber for differentiation of a signal between sensor arrays in a system, and to generate an optical pulse using direct current modulation of a light source. This provides a physical quantity measurement system that does not require the use of a separate electro-optic modulator.

상기 종래 문제점을 해결하고 본 발명에 따른 목적을 해결하기 위한 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템은 동일파장으로 구성된 복수개의 광섬유 브래그(bragg) 격자 센서 어레이를 이용하여 여러 지점의 물리량을 측정하는 측정 시스템에 있어서, 광대역 광원을 사용하는 광원(light source)과; 광 펄스 발생을 위한 상기 광원의 전류를 직접 펄스 형태로 변조하여 주입하는 주입전류 변조회로와; 상기 광원으로부터 출력된 광 펄스의 광 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성하기 위한 광 커플러와; 상기 광 커플러의 각 채널 별 시간지연을 발생시키기 위한 길이지연 광섬유와 물리량 측정을 위한 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이와; 상기 각 채널의 브래그 격자 센서 어레이에 입사시켜 반사되는 광 스펙트럼을 고속으로 측정하는 광 스펙트로미터와; 상기 광 스펙트로미터로부터 출력되는 아날로그 광 신호를 디지털로 변환하는 디지털 신호 처리부; 및 넓은 대역폭을 가지는 광 펄스를 상기 각 채널의 브래그 격자 센서 어레이에 입사시켜 반사되어 광 스펙트로미터에 입사되어 측정되는 각 채널에 연결된 광섬유 브래그 격자 센서 어레이 스펙트럼 신호를 분석하여 물리량을 측정하는 제어 및 신호 처리부;으로 구성하는 것을 특징으로 한다.The optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measuring system according to the first embodiment of the present invention for solving the above-mentioned problems and solving the object according to the present invention comprises a plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays having the same wavelength. A measuring system for measuring physical quantities at various points using a light source, the light source using a broadband light source; An injection current modulation circuit for directly modulating and injecting a current of the light source for generating an optical pulse into a pulse shape; An optical coupler for constructing an optical path of the optical pulses output from the light source into multiple channels in parallel; A plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays for measuring length delay optical fibers for generating time delays for each channel of the optical coupler and physical quantity measurements; An optical spectrometer incident to the Bragg grating sensor array of each channel to measure the reflected light spectrum at high speed; A digital signal processor for converting an analog optical signal output from the optical spectrometer into digital; And a control and signal for measuring a physical quantity by analyzing an optical pulse having a wide bandwidth and entering the Bragg grating sensor array of each channel, reflecting the light and then entering the optical spectrometer, and analyzing a spectrum signal of an optical fiber Bragg grating sensor array connected to each channel. It is characterized by comprising a processing unit.

본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템에 있어서, 상기 광 스펙트로미터는 광섬유 브래그 격자에서 반사된 광을 회절(回折)하는 광 회절 격자와, 상기 광 회절 격자에 의해 회절된 광을 광 수신 다이오드로 유도하는 거울과, 광 수신 다이오드와 증폭기 및 신호 변환기를 포함하여 상기 광을 수신하고 디지털 신호로 변환하는 광 수신 다이오드 어레이로 구성하는 것을 특징으로 한다.In the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to the first embodiment of the present invention, the optical spectrometer is an optical diffraction grating for diffracting the light reflected from the optical fiber Bragg grating, and the optical diffraction grating And a light receiving diode array for receiving the light and converting the light diffracted by the mirror into a light receiving diode, the light receiving diode, an amplifier, and a signal converter and converting the light into a digital signal.

본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템에 있어서, 상기 광 스펙트로미터는 분해능과 측정 파장범위의 확장을 위한 수단으로서, 광 분기부(splitter)와, 복수개의 다중파장 분할 장치(Arrayed Waveguide Grating)와, 광 수신 다이오드와 증폭기 및 신호 변환기를 포함하여 상기 광을 수신하고 디지털 신호로 변환하는 광 수신 다이오드 어레이로 구성하는 것을 특징으로 한다.In the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to the first embodiment of the present invention, the optical spectrometer is a means for extending the resolution and the measurement wavelength range, and includes an optical splitter and a plurality of multiple Arrayed waveguide grating, and includes a light receiving diode array including a light receiving diode, an amplifier and a signal converter to receive and convert the light into a digital signal.

본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템에 있어서, 상기 광원과 광 커플러 사이에는 광대역광으로부터 출력된 빛을 펄스로 변조하는 전기광학 변조기가 구비되는 것을 특징으로 한다.In the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to the first embodiment of the present invention, an electro-optic modulator is provided between the light source and the optical coupler to modulate light output from broadband light into pulses. .

본 발명의 제2실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템은 동일파장으로 구성된 복수개의 광섬유 브래그(bragg) 격자 센서 어레이를 이용하여 여러 지점의 물리량을 측정하는 측정 시스템에 있어서, 광대역 광원을 사용하는 복수개의 제1, 2광원(light source)과; 광 펄스 발생을 위한 상기 광원의 전류를 직접 펄스 형태로 변조하여 주입하는 복수개의 제1, 2주입전류 변조회로와; 상기 광원으로부터 출력된 광 펄스의 광 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성하기 위한 광 커플러와; 상기 광 커플러의 각 채널 별 시간지연을 발생시키기 위한 길이지연 광섬유와 물리량 측정을 위한 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이와; 상기 각 채널의 브래그 격자 센서 어레이에 입사시켜 반사되는 광 스펙트럼을 고속으로 측정하는 광 스펙트로미터와; 상기 광 스펙트로미터로부터 출력되는 아날로그 광 신호를 디지털로 변환하는 디지털 신호 처리부; 및 넓은 대역폭을 가지는 광 펄스를 상기 각 채널의 브래그 격자 센서 어레이에 입사시켜 반사되어 광 스펙트로미터에 입사되어 측정되는 각 채널에 연결된 광섬유 브래그 격자 센서 어레이 스펙트럼 신호를 분석하여 물리량을 측정하는 제어 및 신호 처리부;으로 구성하는 것을 특징으로 한다.The optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measuring system according to the second embodiment of the present invention is a broadband measurement system for measuring physical quantities at various points using a plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays having the same wavelength. A plurality of first and second light sources using a light source; A plurality of first and second injection current modulation circuits for directly modulating and injecting a current of the light source for generating an optical pulse into a pulse shape; An optical coupler for constructing an optical path of the optical pulses output from the light source into multiple channels in parallel; A plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays for measuring length delay optical fibers for generating time delays for each channel of the optical coupler and physical quantity measurements; An optical spectrometer incident to the Bragg grating sensor array of each channel to measure the reflected light spectrum at high speed; A digital signal processor for converting an analog optical signal output from the optical spectrometer into digital; And a control and signal for measuring a physical quantity by analyzing an optical pulse having a wide bandwidth and entering the Bragg grating sensor array of each channel, reflecting the light and then entering the optical spectrometer, and analyzing a spectrum signal of an optical fiber Bragg grating sensor array connected to each channel. It is characterized by comprising a processing unit.

본 발명의 제2실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템에 있어서, 상기 제1, 2광원에 광섬유 브래그 격자 센서 어레이를 연결할 수 있는 채널의 수를 복수개로 구성하며, 제1, 2광원과 연결되어 있는 채널에 동일 길이의 길이지연 광섬유가 삽입된 것을 특징으로 한다.In the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to the second embodiment of the present invention, the number of channels that can connect the optical fiber Bragg grating sensor array to the first, second light source comprises a plurality of channels, The length-delay optical fiber of the same length is inserted into a channel connected to the two light sources.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템의 경우, 전자기파의 영향을 받지 않는 빛을 이용하여 거대 구조물(터널, 교량, 건축물 등)의 온도, 스트레인등과 같은 물리량을 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이를 사용하여 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to an embodiment of the present invention, the temperature, strain, etc. of a large structure (tunnel, bridge, building, etc.) using light that is not affected by electromagnetic waves The physical quantity as described above can be measured using a plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템은 병렬구조의 다채널로 시스템을 구성하여 센서 어레이의 스펙트럼 신호의 왜곡이 발생하지 않아 측정 정확도 및 민감도를 향상시킬 수 있다.In addition, the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to an embodiment of the present invention can configure the multi-channel system of the parallel structure does not cause distortion of the spectral signal of the sensor array can improve the measurement accuracy and sensitivity .

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템은 센서 어레이 사이에 신호의 분간을 위한 길이지연 광섬유를 시스템의 내부에 기 설치하여 구조물에 센서를 설치하는 중간 중간에 길이지연 광섬유의 추가 설치가 필요 없도록 하여 센서의 설치가 용이하게 하였으며 광원의 직접 전류 변조를 이용하여 광펄스를 생성함으로써 별도의 전기광학 변조기의 사용이 필요하지 않기 때문에 시스템 제작 비용이 저렴한 효과를 가진다.In addition, the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to an embodiment of the present invention has a length in the middle of installing a sensor in the structure by installing a length delay optical fiber for the separation of signals between the sensor array in the interior of the system The installation of the sensor is easy by eliminating the need for additional delay fiber, and since the optical pulse is generated by direct current modulation of the light source, the use of a separate electro-optic modulator does not require a system manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 분기부(splitter)와 복수개의 다중파장 분할 장치(Arrayed Waveguide Grating)를 포함한 광 스펙트로미터 를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광대역 광으로부터 출력된 빛을 펄스로 변조하는 전기광학 변조기를 더 구비한 광원을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템의 시간 영역에서 광 스펙트로미터에 입사되는 채널별 광신호(각 채널별 길이지연 광섬유의 길이가 다르기 때문에 각 채널에서 광섬유 브래그 격자에 의해 반사된 빛은 시간적 차이를 두고 광 스펙트로미터에 도달하게 된다.)를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템의 시간 영역에서 광원의 펄스 구동과 광 스펙트로미터에 입사되는 각 채널별 광신호(길이지연 광섬유와 광펄스 발생의 시간적 차이 때문에 각 채널에 연결되어 있는 광섬유 브래그 격자에 의해 반사된 빛은 시간적 차이를 두고 광 스펙트로미터에 순차적으로 도달하게 된다.)를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1, 2실시 예에 따라 측정된 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼을 이용하여 중심파장을 계산(gaussian 함수 피팅, 무게중심계산)한 그래프를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating an optical spectrometer including an optical splitter and a plurality of arrayed waveguide gratings according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a light source further comprising an electro-optic modulator for modulating light output from broadband light into pulses according to a first embodiment of the present invention.
4 is an optical signal for each channel incident on the optical spectrometer in the time domain of the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measuring system according to the first embodiment of the present invention (because the length of each channel length delay optical fiber is different, each channel The light reflected by the optical fiber Bragg grating at reaches the optical spectrometer with time difference.
5 is a diagram illustrating an optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measuring system according to a second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view illustrating pulse driving of a light source and an optical signal for each channel incident to an optical spectrometer (length delayed optical fiber and optical pulse generation) in a time domain of an optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measurement system according to an exemplary embodiment of the present invention. Due to the time difference of the light reflected by the optical fiber Bragg grating connected to each channel will reach the optical spectrometer sequentially with a time difference.
FIG. 7 is a graph illustrating a center wavelength calculated (gaussian function fitting, center of gravity calculation) using optical fiber Bragg grating reflection spectra measured according to the first and second embodiments of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 분기부(splitter)와 복수개의 다중파장 분할 장치(Arrayed Waveguide Grating)를 포함한 광 스펙트로미터를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 광대역광으로부터 출력된 빛을 펄스로 변조하는 전기광학 변조기를 더 구비한 광원을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템의 시간 영역에서 광 스펙트로미터에 입사되는 채널별 광신호(각 채널별 길이지연 광섬유의 길이가 다르기 때문에 각 채널에서 광섬유 브래그 격자에 의해 반사된 빛은 시간적 차이를 두고 광 스펙트로미터에 도달하게 된다.)를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 제1, 2실시 예에 따라 측정된 광섬유 브래그 격자 반사 스펙트럼을 이용하여 중심파장을 계산(gaussian 함수 피팅, 무게중심계산)한 그래프를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is an optical splitter (splitter) and a plurality of multiple wavelengths according to a first embodiment of the present invention 3 illustrates an optical spectrometer including an arrayed waveguide grating, and FIG. 3 illustrates a light source further including an electro-optic modulator for modulating light output from broadband light into pulses according to a first embodiment of the present invention. 4 is an optical signal for each channel incident on the optical spectrometer in the time domain of the optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measuring system according to the first embodiment of the present invention. Therefore, the light reflected by the optical fiber Bragg grating in each channel reaches the optical spectrometer with time difference.), FIG. FIG. 2 is a graph showing a center wavelength calculated (gaussian function fitting, center of gravity calculation) using optical fiber Bragg grating reflection spectra measured according to the first and second embodiments of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템은 광 회절 격자와 광 수신 다이오드 어레이로 구성된 고속 광 스펙트로미터(101)를 사용하며, 광원(100)에 주입되는 전류를 펄스형태로 직접 변조하는 회로(주입전류 변조회로, 108)를 이용하여 광펄스를 생성하고 시간분할 다중화 처리 방식을 이용하는 병렬구조의 다채널 고속 물리량 측정 시스템을 나타낸다.As shown in FIG. 1, the optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measuring system according to the first embodiment of the present invention uses a high speed optical spectrometer 101 including an optical diffraction grating and an optical receiving diode array. A multi-channel high-speed physical quantity measurement system having a parallel structure using an optical pulse generation circuit (injection current modulation circuit 108) that directly modulates a current injected into the pulse 100 in a pulse form and employs a time division multiplexing scheme.

여기에서 각 채널(CH 1, 2, 3 등)에 연결되는 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)는 광 스펙트로미터(101)로 측정 가능한 파장 범위내에 있는 서로 다른 파장을 가지는 복수개의 광섬유 브래그 격자로 구성되며 광섬유 브래그 격자 센서는 특정 파장의 빛을 반사시키는 역할을 하며 센서에 가해지는 물리적 변화에 따라 반사되는 빛의 파장이 변화하는 원리를 이용하여 물리량을 측정하게 된다.Here, the optical fiber Bragg grating sensor array 107 connected to each channel (CH 1, 2, 3, etc.) is composed of a plurality of optical fiber Bragg gratings having different wavelengths within a wavelength range that can be measured by the optical spectrometer 101. The optical fiber Bragg grating sensor reflects light of a specific wavelength and measures physical quantity using the principle that the wavelength of reflected light changes according to the physical change applied to the sensor.

광대역 광원(100), 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107), 광 스펙트로미터(101), 광 커플러(104), 광원의 펄스 구동을 위한 주입전류 변조회로(108), 광 아날로그 신호를 디지털 신호로의 변환을 위한 디지털 신호 처리부(102), 측정 신호의 분석을 위한 제어 및 신호 처리부(103)로 시스템이 구성된다.Broadband light source 100, a plurality of optical fiber Bragg grating sensor array 107, optical spectrometer 101, optical coupler 104, injection current modulation circuit 108 for pulse driving the light source, optical analog signal digital signal The system consists of a digital signal processor 102 for conversion into a control, a control and signal processor 103 for analysis of a measurement signal.

광 스펙트럼의 고속측정을 위해 광 스펙트로미터(101)의 각각의 광 수신 다이오드에 광 전류/전압 변환 증폭기와 아날로그 신호를 디지털 신호로 변화하는 신호 변환기(반도체 소자)를 각각 연결하여 아날로그 신호를 병렬적으로 디지털화하도록 하며, 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)를 사용하여 물리량을 고속으로 측정하기 위해 광 스펙트로미터(101)에 입사되는 광 신호를 시간 영역에서 분석하는 시간영역다중화 처리 방식을 적용한다.For high-speed measurement of the optical spectrum, an analog signal is connected in parallel by connecting a photocurrent / voltage conversion amplifier and a signal converter (semiconductor element) that converts an analog signal into a digital signal to each optical receiving diode of the optical spectrometer 101. In order to measure physical quantity at high speed using a plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays 107, a time domain multiplexing method of analyzing an optical signal incident on the optical spectrometer 101 in a time domain is applied. .

이는 측정 시스템의 채널을 병렬구조의 다채널로 구성함으로써, 각 채널에 길이지연 광섬유를 시스템 내부에 사전 설치가 가능하며, 각 채널의 광 경로를 복수개로 구성되기 때문에,It is possible to pre-install the length-delay fiber in each channel by configuring the channels of the measurement system in parallel with multiple channels, and because the optical path of each channel is composed of a plurality of channels,

이때, 측정되는 스펙트럼 신호를 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)별로 분간하기 위해 삽입하는 길이지연 광섬유(105, 106)를 시스템의 내부에 사전 설치함으로써, 구조물에 센서를 설치하는 중간 중간에 길이지연 광섬유의 추가 설치가 필요 없도록 하여 센서의 설치가 용이하게 하였다. 또한 광원(100)의 직접 전류 변조를 이용하여 광 펄스를 생성함으로써 별도의 전기광학 변조기의 사용이 필요하지 않기 때문에 시스템 제작 비용이 저렴한 효과를 가진다.At this time, length delay optical fibers 105 and 106 are inserted into the system to insert the measured spectrum signals for discriminating the optical fiber Bragg grating sensor arrays 107 into the system. The installation of the sensor is facilitated by eliminating the need for additional installation. In addition, since the optical pulse is generated by using the direct current modulation of the light source 100, the use of a separate electro-optic modulator is not required, so the system manufacturing cost is low.

또한, 서로 다른 파장으로 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)를 구성하며 동일한 센서 어레이를 복수개 사용하는 경우 스펙트럼 신호의 왜곡이 발생하게 되는데 채널별로 서로 다른 광 경로를 구성하기 때문에 이러한 왜곡 현상을 발생하지 않아 물리량 측정에 대한 측정 정확도 및 민감도를 향상시키는 장점이 있다.In addition, when the optical fiber Bragg grating sensor array 107 is configured with different wavelengths and a plurality of the same sensor arrays are used, distortion of the spectral signal is generated. Since the optical paths are configured differently for each channel, such distortion does not occur. There is an advantage to improve the measurement accuracy and sensitivity for the physical quantity measurement.

본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템의 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.The measuring principle of the optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measuring system according to the first embodiment of the present invention is described as follows.

광원(100)의 주입 전류를 직접 변조하여 광 펄스를 생성 후 광 커플러(104)를 통해 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)가 연결되어 있는 각 채널에 입사시킨다. 각 채널에 입사된 광대역 광원은 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)에 의해 특정 파장의 빛이 반사되며 반사된 빛은 다시 광 커플러(104)를 통해 광 스펙트로미터(101)로 입사하게 된다.The injection current of the light source 100 is directly modulated to generate an optical pulse, and then enters each channel to which the optical fiber Bragg grating sensor array 107 is connected through the optical coupler 104. The broadband light source incident on each channel reflects light of a specific wavelength by the optical fiber Bragg grating sensor array 107, and the reflected light is incident to the optical spectrometer 101 through the optical coupler 104.

광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)가 연결되는 채널은 광 커플러(104)를 사용하여 각 채널별로 서로 다른 광 경로로 구성되며 각 채널에 서로 다른 길이지연 광섬유(105, 106)가 연결되어 있기 때문에 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)에 의해 반사되어 광 커플러(104)를 통해 광 스펙트로미터(101)에 입사 되는 빛의 도달 시간은 각 채널별로 시간적 차이를 발생하게 된다. 도 4는 각 채널별로 도달하는 빛의 시간적 흐름을 나타낸다. 따라서 광 스펙트로미터(101)에 도달하는 빛을 시간영역에서 분석하는 시간영역 다중처리 방식을 적용하여 각 채널에 연결되어 있는 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107)의 반사 스펙트럼 및 중심파장을 측정함으로써 복수 지점에 대한 물리량을 고속으로 측정할 수 있게 된다. 이때 중심파장의 계산은 도 7에 도시한 바와 같이 가우시안 함수 피팅 또는 무게중심의 계산을 이용한다.The channel to which the optical fiber Bragg grating sensor array 107 is connected is composed of different optical paths for each channel by using the optical coupler 104 and because different length delayed optical fibers 105 and 106 are connected to each channel. The arrival time of light reflected by the Bragg grating sensor array 107 and incident on the optical spectrometer 101 through the optical coupler 104 generates a time difference for each channel. 4 shows the temporal flow of light reaching each channel. Therefore, by applying the time-domain multiprocessing method to analyze the light reaching the optical spectrometer 101 in the time domain, a plurality of points are measured by measuring the reflection spectrum and the center wavelength of the optical fiber Bragg grating sensor array 107 connected to each channel. The physical quantity with respect to can be measured at high speed. At this time, the calculation of the center wavelength uses a Gaussian function fitting or calculation of the center of gravity as shown in FIG.

이러한, 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템은 도 2에 도시한 바와 같이 분해능과 측정 파장범위의 확장을 위한 수단으로서, 광 분기부(splitter)와 복수개의 다중파장 분할 장치(Arrayed Waveguide Grating)와 광 수신 다이오드와 증폭기 및 신호 변환기를 포함하고 상기 광을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 다중파장 분할 장치와 광 수신 다이오드 어레이로 구성하는 광 스펙트로미터(401)로 구현하는 것 또한 가능하다.The optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measuring system according to the first exemplary embodiment of the present invention is a means for extending the resolution and the wavelength range as shown in FIG. 2, and includes a splitter and a plurality of optical splitters. An optical spectrometer 401 comprising an arrayed waveguide grating, an optical receiving diode, an amplifier, and a signal converter, and comprising a multi-wavelength splitting device and an optical receiving diode array for receiving and converting the light into a digital signal. It is also possible to implement.

그리고, 본 발명의 제1실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템은 도 3에 도시한 바와 같이 광원(100)과 광 커플러(104) 사이에는 광대역광으로부터 출력된 빛을 펄스로 변조하는 전기광학 변조기(301)를 더 구비하는 것이 가능하다.In the optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measuring system according to the first exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, light output from broadband light is pulsed between the light source 100 and the optical coupler 104. It is possible to further include an electro-optic modulator 301 for modulating.

도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템의 시간 영역에서 광원의 펄스 구동과 광 스펙트로미터에 입사되는 각 채널별 광신호(길이지연 광섬유와 광펄스 발생의 시간적 차이 때문에 각 채널에 연결되어 있는 광섬유 브래그 격자에 의해 반사된 빛은 시간적 차이를 두고 광 스펙트로미터에 순차적으로 도달하게 된다.)를 나타낸 도면이다.5 is a view showing an optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to a second embodiment of the present invention, Figure 6 is a view of the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measurement system according to a second embodiment of the present invention Optical signal for each channel incident on the pulse spectrometer and light spectrometer in the time domain (due to the time difference between the delayed optical fiber and the generation of optical pulses, the light reflected by the optical fiber Bragg grating connected to each channel has a time difference The optical spectrometer is sequentially reached.).

도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 제2실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템은 복수개의 제1, 2광원(201a, 202a)을 사용하고 각 채널(CH 1, 2, 3, 4)에 동일한 길이의 길이지연 광섬유(105a)를 사용하며, 시간분할 다중화 처리 방식을 이용하는 병렬구조의 다채널 고속 물리량 측정 시스템을 나타낸다.As shown in FIG. 5, the optical spectrometer-based multi-channel high-speed physical quantity measuring system according to the second embodiment of the present invention uses a plurality of first and second light sources 201a and 202a and each channel CH 1, 2, A parallel multi-channel high speed physical quantity measurement system using the length-delay optical fiber 105a of the same length for 3 and 4, and using the time division multiplexing processing method is shown.

복수개의 광대역 제1, 2광원(201a, 202a), 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107a), 광 스펙트로미터(101a), 광 커플러(203a, 204a, 205a), 각 광원의 펄스 구동을 위한 제1, 2주입전류 변조회로(206a, 207a), 광 아날로그 신호를 디지털 신호로의 변환을 위한 디지털 신호 처리부(102a), 측정 신호의 분석을 위한 제어 및 신호 처리부(103a)로 시스템이 구성되어 있으며 각 채널에 연결되는 길이지연 광섬유(105a)는 동일한 길이로 구성된다.A plurality of wideband first and second light sources 201a and 202a, a plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays 107a, an optical spectrometer 101a, an optical coupler 203a, 204a, and 205a, and a pulse drive for each light source. The system is composed of one and two injection current modulation circuits 206a and 207a, a digital signal processor 102a for converting an optical analog signal into a digital signal, and a control and signal processor 103a for analyzing a measurement signal. The length delayed optical fiber 105a connected to each channel has the same length.

또한 각각의 광대역 제1, 2광원(201a, 202a)에서 발생하는 광 펄스 발생 시점은 시간적 차이를 두고 발생한다.In addition, optical pulse generation points generated in each of the wideband first and second light sources 201a and 202a are generated with a time difference.

본 발명의 제2실시 예에 따른 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템의 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.The measuring principle of the optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measuring system according to the second embodiment of the present invention is described as follows.

제1광원(201a)의 주입전류를 제1주입전류 변조 회로(206a)를 통해 펄스로 구동시켜 광펄스를 발생시키며, 출력된 광 펄스는 광 커플러(203a)를 통해 각각 채널1(CH 1)과 채널2(CH 2)에 입사하게 된다. 각 채널에 연결되어 있는 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107a)에 의해 특정 파장의 빛이 반사하게 되며 반사된 빛은 다시 광 커플러(203a, 205a)를 통해 광 스펙트로미터(101a)에 입사하게 된다. 이때 채널2에는 길이지연 광섬유(105)가 삽입되어 있기 때문에 채널1과 2에서 반사된 빛이 광 스펙트로미터(101a)에 입사 되는 시간은 길이지연 광섬유(105a)의 시간차이만큼 발생하게 된다. 다시 제2광원(202a)의 주입전류를 제2주입전류 변조 회로(207a)를 통해 펄스로 구동시켜 광펄스를 발생 시키며, 출력된 광 펄스는 광 커플러(204a)를 통해 각각 채널3(CH 3)과 채널4(CH 4)에 입사하게 된다. 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107a)에 의해 특정 파장의 빛이 반사하고 다시 광 커플러(204a, 205a)를 통해 광 스펙트로미터(101a)에 입사하게 된다. 이때 채널4에는 길이지연 광섬유(105a)가 삽입되어 있기 때문에 채널3과 4에서 반사된 빛이 광 스펙트로미터(101a)에 입사되는 시간은 길이지연 광섬유의 시간차이만큼 발생하게 된다. 결과적으로 각 채널에 연결되어 있는 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107a)에 의해 반사된 빛은 시간적 차이를 발생하며 광 스펙트로미터(101a)에 입사 된다. 도 6은 2개의 광원을 구동하는 경우 각 채널의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107a)에 의해 반사되어 광 스펙트로미터(101a)에 입사되는 빛의 시간적 흐름을 나타낸다. 따라서 광 스펙트로미터(101a)에 도달하는 빛을 시간영역에서 분석하는 시간영역 다중처리 방식을 적용하여 각 채널에 연결되어 있는 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(107a)의 반사 스펙트럼 및 중심파장을 측정함으로써 복수 지점에 대한 물리량을 고속으로 측정할 수 있게 된다.The injection current of the first light source 201a is driven by a pulse through the first injection current modulation circuit 206a to generate an optical pulse, and the output optical pulses are respectively channel 1 (CH 1) through the optical coupler 203a. And channel 2 (CH 2). Light of a specific wavelength is reflected by the optical fiber Bragg grating sensor array 107a connected to each channel, and the reflected light is incident on the optical spectrometer 101a through the optical couplers 203a and 205a. At this time, since the length delay optical fiber 105 is inserted into the channel 2, the time when the light reflected from the channels 1 and 2 is incident on the optical spectrometer 101a is generated by the time difference of the length delay optical fiber 105a. Again, the injection current of the second light source 202a is driven by a pulse through the second injection current modulation circuit 207a to generate an optical pulse, and the output optical pulses are each channel 3 (CH 3) through the optical coupler 204a. ) And channel 4 (CH 4). Light of a specific wavelength is reflected by the optical fiber Bragg grating sensor array 107a and then incident on the optical spectrometer 101a through the optical couplers 204a and 205a. At this time, since the length delay optical fiber 105a is inserted into the channel 4, the time when the light reflected from the channels 3 and 4 is incident on the optical spectrometer 101a is generated by the time difference of the length delay optical fiber. As a result, the light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor array 107a connected to each channel generates a time difference and is incident on the optical spectrometer 101a. 6 illustrates the temporal flow of light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor array 107a of each channel when the two light sources are driven, and incident on the light spectrometer 101a. Therefore, by applying the time-domain multiprocessing method to analyze the light reaching the optical spectrometer 101a in the time domain, a plurality of points are measured by measuring the reflection spectrum and the center wavelength of the optical fiber Bragg grating sensor array 107a connected to each channel. The physical quantity with respect to can be measured at high speed.

이상에서와 같이 본 발명의 제1, 2실시 예에서는 각각 채널별로 독립된 광경로를 구성하기 위하여 병렬구조의 다채널로 물리량 측정 시스템을 구성하여 센서 어레이의 스펙트럼 신호의 왜곡이 발생하지 않아 측정 정확도 및 민감도를 향상시킬 수 있으며, 측정되는 스펙트럼 신호를 어레이별로 분간하기 위해 삽입하는 길이지연 광섬유를 시스템의 내부에 사전 설치함으로써, 구조물에 센서를 설치하는 중간중간에 길이지연 광섬유의 추가 설치가 필요 없도록 하여 센서의 설치가 용이하게 하였다. 또한, 광원의 직접 전류 변조를 이용하여 광펄스를 생성함으로써 별도의 전기광학 변조기의 사용이 필요하지 않기 때문에 시스템 제작 비용이 저렴한 효과를 가지며 복수개의 광원을 사용하는 경우 동일한 길이의 길이지연 광섬유를 사용하기 때문에 시스템의 제작이 용이한 장점이 있다.As described above, in the first and second embodiments of the present invention, in order to configure independent optical paths for each channel, a multi-channel physical quantity measuring system is configured in parallel to prevent distortion of the spectral signal of the sensor array so that measurement accuracy and Sensitivity can be improved, and the length-delay fiber that is inserted in order to distinguish the measured spectral signal by array is pre-installed inside the system, eliminating the need for additional installation of the length-delay fiber in the middle of installing the sensor in the structure. Installation of the sensor was facilitated. In addition, since the use of a direct current modulation of the light source to generate the optical pulse does not require the use of a separate electro-optic modulator, the system manufacturing cost is inexpensive, and in the case of using a plurality of light sources using the same length delay fiber Since there is an advantage that the system is easy to manufacture.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims that follow.

100 : 광원
101, 101a, 401 : 광 스펙트로미터
102, 102a : 디지털 신호 처리부
103, 103a : 제어 및 신호 처리부
104 : 광 커플러
105, 105a : 광섬유(길이 : Xm)
106 : 광섬유(길이 : Ym)
107, 107a : 광섬유 브래그 격자 센서 어레이
108 : 주입전류 변조회로
201a : 제1광원
202a : 제2광원
203a, 204a, 205a : 광 커플러
206a : 제1주입전류 변조회로
207a : 제2주입전류 변조회로
301 : 전기광학 변조기100: Light source
101, 101a, 401: optical spectrometer
102, 102a: digital signal processing unit
103, 103a: control and signal processing unit
104: optical coupler
105, 105a: optical fiber (length: Xm)
106: optical fiber (length: Ym)
107, 107a: Fiber Bragg Grating Sensor Array
108: injection current modulation circuit
201a: first light source
202a: second light source
203a, 204a, 205a: optical coupler
206a: first injection current modulation circuit
207a: second injection current modulation circuit
301: Electro-optic Modulator

Claims (7)

광대역 광원을 사용하고 광 펄스를 출력하는 광원,
상기 광원에 연결되어 상기 광원으로부터 출력된 상기 광 펄스가 바로 입력되고, 상기 광원으로부터 출력된 상기 광 펄스의 광 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성하는 광 커플러,
상기 광 커플러에 직접 연결되어 있고, 채널별로 서로 다른 시간 지연을 발생시키는 적어도 하나의 길이지연 광섬유,
상기 광 커플러에 직접 연결된 채널과 연결되어 있고, 상기 광 커플러를 통해 채널을 거쳐 입사되는 광 펄스의 빛을 반사시켜 상기 광 커플러로 입사시키는 제1 광섬유 브래그 격자 센서 어레이,
상기 적어도 하나의 길이지연 광섬유에 연결된 채널과 연결되어 있고, 상기 적어도 하나의 길이지연 광섬유를 통해 입사되는 광 펄스의 빛을 반사시켜 상기 광 커플러로 입사시키는 제2 광섬유 브래그 격자 센서 어레이,
상기 광 커플러와 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 브래그 격자 센서 어레이에 의해 반사된 빛이 입력되어 광 스펙트럼을 측정하는 광 스펙트로미터, 그리고
상기 광 스펙트로미터와 연결되어 있고, 광대역폭을 가지는 광 펄스를 상기 각 채널을 통해 상기 제1 및 제2 브래그 격자 센서 어레이에 입사시켜 반사되어 상기 광 스펙트로미터로 입사되어 측정되는 각 채널에 연결된 상기 제1 및 제2 광섬유 브래그 격자 센서 어레이의 스펙트럼 신호를 분석하여 물리량을 측정하는 제어 및 신호 처리부
를 포함하고,
상기 광 스펙트로미터는 상기 제1 및 제2 광섬유 브래그 격자 센서 어레이에서 반사된 광을 회절(回折)하는 광 회절 격자, 상기 광 회절 격자에 의해 회절된 광을 광 수신 다이오드로 유도하는 거울, 그리고 광 수신 다이오드, 증폭기 및 신호 변환기를 포함하여 상기 광을 수신하고 디지털 신호로 변환하는 광 수신 다이오드 어레이를 포함하는
광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템.A light source using a broadband light source and outputting a light pulse,
An optical coupler connected to the light source and directly inputting the optical pulses output from the light source, and configured to form an optical path of the optical pulses output from the light source in a multi-channel form in parallel;
At least one length delayed optical fiber directly connected to the optical coupler and generating a different time delay for each channel;
A first optical fiber Bragg grating sensor array connected to a channel directly connected to the optical coupler and reflecting light of an optical pulse incident through the channel through the optical coupler to be incident to the optical coupler;
A second optical fiber Bragg grating sensor array connected to a channel connected to the at least one length delay optical fiber and reflecting light of an optical pulse incident through the at least one length delay optical fiber to be incident to the optical coupler;
An optical spectrometer connected to the optical coupler and receiving light reflected by the first and second Bragg grating sensor arrays to measure an optical spectrum, and
The optical pulses connected to the optical spectrometer and incident to the first and second Bragg grating sensor arrays through the respective channels by a light pulse having a wide bandwidth and connected to the respective optical channels measured and incident on the optical spectrometer Control and signal processing unit for measuring the physical quantity by analyzing the spectral signal of the first and second optical fiber Bragg grating sensor array
Lt; / RTI >
The optical spectrometer includes an optical diffraction grating diffracting the light reflected by the first and second optical fiber Bragg grating sensor arrays, a mirror that guides the light diffracted by the optical diffraction grating to a light receiving diode, and light A light receiving diode array including a receiving diode, an amplifier and a signal converter to receive and convert the light into a digital signal;
Optical spectrometer-based multichannel high speed physical quantity measurement system. 삭제delete 제 1항에서,
상기 광 스펙트로미터는 분해능과 측정 파장범위의 확장을 위한 수단으로서, 광 분기부(splitter), 복수개의 다중파장 분할 장치(Arrayed Waveguide Grating), 그리고 광 수신 다이오드와 증폭기 및 신호 변환기를 포함하여 상기 광을 수신하고 디지털 신호로 변환하는 광 수신 다이오드 어레이를 포함하는 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템.The method of claim 1,
The optical spectrometer is a means for extending the resolution and measurement wavelength range, and includes the optical splitter, a plurality of arrayed waveguide gratings, and an optical receiving diode, an amplifier, and a signal converter. An optical spectrometer-based multichannel high speed physical quantity measurement system comprising an optical receiving diode array for receiving and converting the signal into a digital signal. 제 1항에 있어서,
상기 광원에 주입되는 전류를 펄스(pulse) 형태로 변조하여 상기 광원에 주입하여, 상기 광원에서 상기 광 펄스를 출력하도록 하는 주입전류 변조회로를 더 포함하는 광 스펙트로미터 기반 다채널 물리량 고속 측정 시스템.The method of claim 1,
And an injection current modulation circuit for modulating a current injected into the light source into a pulse shape and injecting the light into the light source to output the light pulse from the light source. 각각 광대역 광원을 사용하고 각각 광 펄스를 출력하는 제1 및 제 2 광원,
상기 제1 및 제2 광원에 각각 연결되어 상기 제1 및 제2 광원으로부터 각각 출력된 상기 광 펄스가 바로 입력되고, 상기 제1 및 제2 광원으로부터 출력된 상기 광 펄스의 광 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성하는 복수의 광 커플러,
상기 복수의 광 커플러의 각 채널 별 시간지연을 발생시키기 위한 복수의 길이지연 광섬유,
채널을 통해 상기 복수의 광 커플러와 상기 복수의 길이지연 광섬유에 각각 연결되어 있고, 채널을 통해 입사되는 빛을 반사시키는 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이,
상기 각 채널의 상기 복수의 브래그 격자 센서 어레이에서 반사되는 빛이 입력되어 광 스펙트럼을 측정하는 광 스펙트로미터, 그리고
상기 광 스펙트로미터와 연결되어 있고, 광대역폭을 가지는 광 펄스를 상기 각 채널을 통해 상기 복수의 브래그 격자 센서 어레이에 입사시켜 반사되어 상기 광 스펙트로미터로 입사되어 측정되는 각 채널에 연결된 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이의 스펙트럼 신호를 분석하여 물리량을 측정하는 제어 및 신호 처리부
를 포함하는 광 스펙트로미터 기반 다채널 고속 물리량 측정 시스템.First and second light sources respectively using broadband light sources and outputting light pulses,
The light pulses respectively connected to the first and second light sources and output from the first and second light sources are directly input, and the light paths of the light pulses output from the first and second light sources are parallel. A plurality of optical couplers composed of multiple channels,
A plurality of length delay optical fibers for generating time delays for each channel of the plurality of optical couplers;
A plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays connected to the plurality of optical couplers and the plurality of length delayed optical fibers through channels and reflecting light incident through the channels;
An optical spectrometer for inputting light reflected from the Bragg grating sensor array of each channel to measure an optical spectrum, and
The plurality of optical fibers connected to the optical spectrometer and connected to each channel measured by reflecting light pulses having a wide bandwidth through the plurality of Bragg grating sensor arrays through the respective channels and incident on the optical spectrometer Control and signal processing unit for measuring the physical quantity by analyzing the spectral signal of the Bragg grating sensor array
Optical spectrometer-based multi-channel high speed physical quantity measurement system comprising a. 제5항에서,
상기 제1 및 제2 광원에 각각 복수의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이를 연결하는 채널의 수를 복 수개 구비하고, 상기 제1 및 제2 광원과 각각 연결되어 있는 채널에 동일 길이의 길이지연 광섬유가 연결되는 광 스펙트로미터 기반 다채널 물리량 고속 측정 시스템.The method of claim 5,
A plurality of channels are provided to connect the plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays to the first and second light sources, respectively, and length-delay optical fibers of the same length are connected to the channels connected to the first and second light sources, respectively. Optical spectrometer-based multichannel physical quantity high speed measurement system. 제5항에서,
상기 제1 광원에 주입되는 전류를 펄스(pulse) 형태로 변조하여 상기 제1 광원에 주입하여 상기 제1 광원에서 상기 광 펄스를 출력하도록 하는 제1 주입전류 변조회로와 상기 제2 광원에 주입되는 전류를 펄스 형태로 변조하여 상기 제2 광원에 주입하여 상기 제2 광원에서 상기 광 펄스를 출력하도록 하는 제2 주입전류 변조회로를 더 포함하는 광 스펙트로미터 기반 다채널 물리량 고속 측정 시스템.The method of claim 5,
A first injection current modulating circuit and a second injection source for modulating a current injected into the first light source into a pulse shape and injecting the injection into the first light source to output the optical pulse from the first light source And a second injection current modulation circuit for modulating a current into a pulse shape and injecting the second light source to output the optical pulse from the second light source.
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