KR101356986B1 - A raman sensor system for fiber distributed temperature measurment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위와 같은 종래의 DTS 시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 특허 문헌 1과는 달리 AWG를 이용함으로써, PLC 패키징의 장점을 살리면서 고가의 광섬유 회전자의 별도 제작해야할 필요를 없앨 수 있는 DTS 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 언급된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광섬유의 후방 산란광을 이용한 광섬유 분포 온도 센서 시스템이 제공된다. 상기 광섬유 분포 온도 센서 시스템은 입사광을 발생하는 광원; 상기 입사광을 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광스플리터; 및 상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기하기 위한 AWG(Arrayed waveguide grating)를 포함할 수 있다. The present invention is to solve the problems of the conventional DTS system as described above, unlike the conventional patent document 1, by using the AWG, it is possible to eliminate the need to separately manufacture the expensive optical fiber rotor while taking advantage of the PLC packaging. It is to provide a DTS system.
In order to solve the above-mentioned problems, according to an embodiment of the present invention, an optical fiber distribution temperature sensor system using the back scattered light of the optical fiber is provided. The optical fiber distribution temperature sensor system includes a light source for generating incident light; An optical splitter for incident the incident light into the optical fiber to be measured and outputting a backscattered signal generated in the optical fiber to be measured by the incident light; And an arrayed waveguide grating (AWG) for branching the backscattered signal output from the optical splitter into an anti-stalk scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal.
Description
본 발명은 광섬유 분포 온도 측정용 라만 센서 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로 AWG(Arrayed aveguid grating)를 이용하여 광섬유 분포 온도를 측정하기 위한 것이다. The present invention relates to a Raman sensor system for measuring the optical fiber distribution temperature, and more specifically, to measure the optical fiber distribution temperature using an arrayed aveguid grating (AWG).
광섬유의 후방 산란광을 이용하여 측정된 피측정 광섬유의 분포 온도를 이용하기 위한 기술, 즉, 분포 온도 시스템(DTS, Distributed Temperature Sensor)이 널리 이용되고 있다. Background Art A technique for using a distribution temperature of an optical fiber measured by using backscattered light of an optical fiber, that is, a distributed temperature system (DTS) has been widely used.
특히, 최근 들어, 전력수요의 지속적인 증가는 송전선로 증설에 대한 필요성을 수반하며, 도심지에서의 송전선로는 민원 및 환경적인 요인으로 인하여 지중케이블로 신설되거나 기설 가공선로를 지중케이블로 대체되는 추세에 있고, 지중 케이블의 모니터링 시스템 구축을 위해서, DTS 시스템이 이용되고 있다. In particular, in recent years, the continuous increase in electric power demand is accompanied by the need for transmission line expansion, and transmission lines in urban areas are being replaced by underground cables due to civil complaints and environmental factors or replacing existing overhead lines with underground cables. In order to construct a monitoring system for underground cables, a DTS system is used.
케이블의 온도측정 수단으로서 DTS 시스템은 기존의 포인트 센서가 한 지점의 온도만을 측정할 수 있는 한계를 갖는데 비하여 광섬유가 설치된 전구간의 온도를 측정할 수 있으므로 광섬유가 케이블과 동시에 설치될 경우 케이블의 전 구간 온도를 측정하여 그 값을 모니터링 시스템에서 활용할 수 있다. As a means of measuring the temperature of the cable, the DTS system can measure the temperature between the bulbs where the optical fiber is installed, whereas the existing point sensor can only measure the temperature of one point. The temperature can be measured and its value used in the monitoring system.
광섬유의 후방 산란광을 이용하여 피측정 광섬유의 분포 온도를 측정하는 원리는 아래와 같다. The principle of measuring the distribution temperature of the optical fiber under measurement using the back scattered light of the optical fiber is as follows.
여기광원의 광펄스를 피측정 광섬유에 입사시키면 광섬유내에서 산란광이 발생하게 되고, 이 산란광 중 일부는 피측정 광섬유의 입사단으로 귀환하여 후방 산란광을 형성하게 된다. 이러한 후방 산란광의 대부분은 입사광과 동일한 파장을 갖는 레일리 산란광(Rayleigh scattering light)이며, 미소하게는 라만 산란에 의해 파장이 시프트된 라만 산란광(Raman scattering light)도 포함되어 있다. 일반적으로 레일리 산란광은 그 강도가 입사광의 1/100 정도이며, 라만 산란은 레일리 산란의 1/10,000 정도의 매우 미약한 빛으로서 입사광에 대하여 파장이 장파장쪽으로 시프트한 스토크스광(stokes light)과 단파장쪽으로 시프트한 안티스토크스광(anti-stokes light)이 포함되어 있다.When the light pulse of the excitation light source is incident on the optical fiber to be measured, scattered light is generated in the optical fiber, and some of the scattered light is returned to the incident end of the optical fiber to be measured to form backscattered light. Most of these backscattered light are Rayleigh scattering light having the same wavelength as the incident light, and also includes Raman scattering light whose wavelength is shifted slightly by Raman scattering. In general, Rayleigh scattered light is about 1/100 of the incident light, and Raman scattered light is very weak about 1 / 10,000 of Rayleigh scattered light, and Stokes light with short wavelength shifted toward the incident light toward short wavelength. Shifted anti-stokes light is included.
이러한 라만 산란은 광섬유 내에 입사한 광이 실리카 분자와 충돌하여 발생하는 산란이다. 실리카 분자는 온도에 따라서 활동량이 달라지므로 온도에 의존한 산란량의 변화가 나타나게 된다. 즉, 스토크스광과 안티스토크스광의 강도는 절대온도에 의존한다. 따라서, 스토크스광과 안티스토크스광의 강도의 비를 구하게 되면 피측정 광섬유의 길이방향의 온도 분포를 구할 수 있게 되는데, 이때 안티스토크스광만 온도의 영향을 받으며, 스토크스광은 산란량을 측정하여 광원의 표류를 보상하기 위하여 측정된다.Such Raman scattering is scattering generated when light incident on the optical fiber collides with the silica molecules. Since silica molecules have different amounts of activity depending on the temperature, a change in scattering amount depends on temperature. In other words, the intensity of the stokes light and the anti-stokes light depends on the absolute temperature. Therefore, when the ratio of the intensity of the stokes light and the anti-stokes light is obtained, the temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured can be obtained. In this case, only the anti-stokes light is affected by the temperature, and the stokes light measures the scattering amount. Measured to compensate for drifting of
상기와 같은 원리에 의해, 피측정 광섬유의 후방 산란광으로부터 라만 산란광을 분리, 추출하여 광섬유의 분포 온도를 측정하기 위해서는 광섬유 분포 온도 센서가 필수적이다.According to the above principle, an optical fiber distribution temperature sensor is essential to measure the distribution temperature of the optical fiber by separating and extracting the Raman scattered light from the back scattered light of the optical fiber under measurement.
종래의 라만 센서 시스템이 도 1에 도시되어 있는데, 이를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.A conventional Raman sensor system is shown in FIG. 1, which will be described below with reference to this.
도 1에 도시된 라만 센서 시스템은 라만 현상을 이용하여 거리별 온도를 측정한다. 일반적인 라만 센서 시스템(10)은 펄스 변조된 광원(13)과 광섬유 회전자(14), 라만 산란 측정 필터(이하, 라만 필터라 함; 16), 광 검출기(17), ADC(Analog to Digital Converter) 등을 포함한 형태로 구성된다. The Raman sensor system shown in FIG. 1 uses a Raman phenomenon to measure temperature for each distance. A typical Raman
상기 광원(13)에서 발생한 입사광이 피측정 광섬유(15)에 전송되면 거리에 따른 빛의 지연이 일어나게 된다. 이에 따라 펄스 형태의 입력 광신호는 후방 거리 분해능을 갖는 산란 신호로 만들어진다. 상기 광섬유(15)로부터 발생된 산란 신호는 상기 라만 필터(16)를 이용하여 서로 다른 파장을 갖는 산란 신호로 구분하게 된다. 상기 광원(13)에서 발생한 입사광과 동일한 파장을 갖는 레일리 산란 신호는 레일리 산란영역(B)에서 수신하게 되며, 온도 변화에 따른 변화 신호를 측정할 수 있는 안티스토크스 산란 신호 및 스토크스 산란 신호는 안티스토크스 산란영역(A) 및 스토크스 산란영역(C)에서 수신하게 된다. 상기 산란영역(A, B, C)에서 수신된 각각의 레일리 산란 신호, 안티스토크스 산란 신호 및 스토크스 산란 신호는 광검출기(17)에서 각각 감지되며, 상기 감지된 신호는 아날로그-디지털 변환기(ADC, 18)에 의해 디지털 신호로 변환된다. When the incident light generated by the
도 2는 도 1의 피측정 광섬유에서 발생하는 후방 산란 신호를 파장 대역에서 나타낸 것으로, 분포 온도를 측정하기 위해 사용되는 라만 센서 시스템은 온도의 영향을 많이 받는 안티스토크스 신호를 이용하여 신호를 감지한다. 안티스토크스의 파장은 입력 주파수에서 10THz 높은 영역에서 발생한다.FIG. 2 illustrates a backscattered signal generated in the optical fiber of FIG. 1 in a wavelength band, and a Raman sensor system used to measure a distribution temperature senses a signal using an anti-stokes signal that is heavily influenced by temperature. do. Anti-Stokes wavelengths occur in the 10THz region above the input frequency.
도 3은 박막(thin film) 구조 또는 fused coupler 등으로 제작할 수 있으며 입력포트와 출력포트로 구성되어 있는 도 1의 종래의 일반적인 라만 필터를 보다 상세히 도시하였다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 종래의 일반적인 라만 필터에서의 신호의 흐름은 광원(13)에서 발생한 입사광이 광섬유 회전자(14)를 통하여 피측정 광섬유(15)로 전송되며, 이에 따라 발생된 산란 신호가 상기 라만 필터(16)의 공통단자를 통하여 입력되어, 레일리 산란 신호, 스토크스 산란 신호 및 안티스토크스 산란 신호로 분리되어 투과된다. 이 투과된 산란 신호가 각각의 광 검출기에 의해 감지되고 아날로그-디지털 변환을 통해 디지털 신호로 출력된다.FIG. 3 illustrates in more detail the conventional general Raman filter of FIG. 1, which may be manufactured with a thin film structure or a fused coupler, and is composed of an input port and an output port. 1 and 3, the signal flow in the conventional Raman filter is transmitted to the
도 4는 라만 필터의 파장 특성 및 광섬유 회전자의 파장 특성을 나타내었다. 도 4에 도시된 바와 같이, 일반적인 구조의 라만 센서 시스템의 광섬유 회전자의 파장 특성은 안티스토크스, 레일리, 스토크스의 파장을 모두 수용할 수 있는 파장 특성을 가져야만 한다. 이는 현재 사용되는 라만 센서 시스템의 가장 큰 단점이라 할 수 있다. 이러한 경우, 도 3에 도시된 바와 같은 라만 필터는 공통단자로부터 광 입력 신호를 받아 서로 다른 3개의 파장 영역으로 분리하는 구조이다.4 shows the wavelength characteristics of the Raman filter and the wavelength characteristics of the optical fiber rotor. As shown in FIG. 4, the wavelength characteristic of the optical fiber rotor of the Raman sensor system having a general structure should have a wavelength characteristic that can accommodate all wavelengths of anti-stoke, Rayleigh, and stokes. This is the biggest drawback of Raman sensor systems in use today. In this case, the Raman filter as shown in FIG. 3 has a structure in which an optical input signal is received from a common terminal and separated into three different wavelength regions.
일반적으로, 광섬유 회전자의 대역폭은 대략 50㎚ 정도로 정해져 있다. 따라서, 일반적으로 사용하고 있는 광섬유 회전자는 B와 C 영역의 일부만을 통과할 수 있는 제품들이다. 그러므로, 라만 센서 시스템에 사용할 수 있는 광섬유 회전자는 A, B, C 영역을 모두 통과할 수 있는 특수 제품을 만들어야 한다. 이 경우에 부합되게 특수한 광섬유 회전자를 만들기 위해선, 기존 광섬유 회전자를 만드는 경우 보다 월등히 많은 비용이 소요된다는 문제점이 있다.In general, the bandwidth of the optical fiber rotor is set to about 50 nm. Therefore, commonly used optical fiber rotors are products that can pass only a part of the B and C region. Therefore, fiber optic rotors that can be used in Raman sensor systems must make special products that can pass through the A, B and C regions. In order to make a special optical fiber rotor in accordance with this case, there is a problem that it takes much more expensive than making a conventional optical fiber rotor.
도 5를 참조하면, 종래의 특허 문헌 1(한국 공개 특허 공보 제10-2010-0042773호)에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 레일리 산란 영역 신호, 스토크스 산란영역 신호 및 안티스토크스 산란영역 신호로 분리하여 투과시킬 수 있는 라만 필터(55)를 마련함으로써, 광섬유 회전자는 중심 파장인 레일리 산란영역만을 수용할 수 있더라도 문제가 없는 DTS 시스템을 개시하고 있다. Referring to FIG. 5, the conventional patent document 1 (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0042773) uses a Rayleigh scattering area signal and a Stokes scattering signal to generate a backscattered signal generated from an optical fiber under measurement to solve the above problem. By providing a Raman
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다. The following description provides a simplified description of one or more embodiments in order to provide a basic understanding of embodiments of the invention. This section is not a comprehensive overview of all possible embodiments and is not intended to identify key elements or to cover the scope of all embodiments of all elements. Its sole purpose is to present the concept of one or more embodiments in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.
본 발명은 위와 같은 종래의 DTS 시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 특허 문헌 1과는 달리 AWG를 이용함으로써, PLC 패키징의 장점을 살리면서 고가의 광섬유 회전자의 별도 제작해야할 필요를 없앨 수 있는 DTS 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to solve the problems of the conventional DTS system as described above, unlike the conventional patent document 1, by using the AWG, it is possible to eliminate the need to separately manufacture the expensive optical fiber rotor while taking advantage of the PLC packaging. It is to provide a DTS system.
상기 언급된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광섬유의 후방 산란광을 이용한 광섬유 분포 온도 센서 시스템이 제공된다. 상기 광섬유 분포 온도 센서 시스템은 입사광을 발생하는 광원; 상기 입사광을 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광스플리터; 및 상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기하기 위한 AWG(Arrayed waveguide grating)를 포함할 수 있다. In order to solve the above-mentioned problems, according to an embodiment of the present invention, an optical fiber distribution temperature sensor system using the back scattered light of the optical fiber is provided. The optical fiber distribution temperature sensor system includes a light source for generating incident light; An optical splitter for incident the incident light into the optical fiber to be measured and outputting a backscattered signal generated in the optical fiber to be measured by the incident light; And an arrayed waveguide grating (AWG) for branching the backscattered signal output from the optical splitter into an anti-stalk scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal.
또한, 상기 광원은 중심 파장이 980nm, 1064nm, 또는 1550nm일 수 있다. In addition, the light source may have a center wavelength of 980 nm, 1064 nm, or 1550 nm.
또한, 상기 광섬유 분포 온도 센서 시스템은 상기 AWG로부터 분기된 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호를 각각 검출하기 위한 광검출기를 더 포함할 수 있다. The optical fiber distribution temperature sensor system may further include a photodetector for detecting an anti-stokes scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal respectively branched from the AWG.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광섬유의 후방 산란광을 이용한 광섬유 분포 온도 센서 시스템이 제공된다. 상기 광섬유 분포 온도 센서 시스템은 광원으로부터의 입사광의 일부를 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광스플리터; 및 상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기하기 위한 AWG(Arrayed waveguide grating)를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, an optical fiber distribution temperature sensor system using backscattered light of an optical fiber is provided. The optical fiber distribution temperature sensor system includes: an optical splitter for inputting a part of the incident light from the light source into the optical fiber to be measured, and outputting a backscattered signal generated in the optical fiber to be measured by the incident light; And an arrayed waveguide grating (AWG) for branching the backscattered signal output from the optical splitter into an anti-stalk scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal.
또한, 상기 광스플리터는 광섬유 회전자일 수 있다. In addition, the optical splitter may be an optical fiber rotor.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광섬유의 후방 산란광을 이용한 광섬유 분포 온도 센서 시스템이 제공된다. 상기 광섬유 분포 온도 센서 시스템은 광원으로부터의 입사광의 일부를 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광섬유 회전자; 및 상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기하기 위한 AWG(Arrayed waveguide grating)를 포함할 수 있다.
According to still another embodiment of the present invention, an optical fiber distribution temperature sensor system using backscattered light of an optical fiber is provided. The optical fiber distribution temperature sensor system includes an optical fiber rotor for inputting a part of the incident light from the light source into the optical fiber under measurement, and outputting a backscattered signal generated in the optical fiber under measurement by the incident light; And an arrayed waveguide grating (AWG) for branching the backscattered signal output from the optical splitter into an anti-stalk scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal.
위와 같은 본원 발명의 구성에 따르면, 본 발명은 PLC 패키징의 장점을 활용하면서 고품질의 DTS 시스템을 저가 및 소형로 제작할 수 있다는 효과를 제공할 수 있다. According to the configuration of the present invention as described above, the present invention can provide the effect that the high-quality DTS system can be manufactured at low cost and small size while taking advantage of the PLC packaging.
상술한 목적 및 관련된 목적을 달성하기 위해서, 하나 이상의 실시예들이 아래에서 설명되고, 특히 청구항에서 특정되는 특징들을 포함한다. 하기 설명 및 관련 도면은 이러한 실시예들의 예시적인 양상들을 보다 상세히 설명한다. 이러한 양상들은 단지 일 예일 뿐이며, 다양한 변형이 가능함을 당업자는 잘 이해할 수 있을 것이다. 또한, 제시된 실시예들은 이러한 실시예들 및 이러한 실시예들의 균등물 모두를 포함하는 것으로 해석된다. To the accomplishment of the foregoing and related ends, the one or more embodiments comprise the features hereinafter described and particularly pointed out in the claims. The following description and the annexed drawings set forth in further detail certain illustrative aspects of these embodiments. Those skilled in the art will appreciate that these aspects are merely exemplary and that various modifications are possible. Furthermore, the presented embodiments are construed to include both these embodiments and equivalents of such embodiments.
관습에 따라 도면의 다양한 특징들은 실측에 따라 도시되지 않을 수 있다. 따라서, 다양한 특징들의 치수들은 간명성을 위하여 임의로 확대되거나 감소될 수 있다. 또한, 도면의 일부가 간명성을 위해 단순화될 수 있다. 따라서, 도면은 제시된 장치(예를 들어 디바이스) 또는 방법의 모든 컴포넌트들을 도시하지 않을 수도 있다. 마지막으로, 유사한 도면번호들이 상세한 설명 및 도면 전반에서 유사한 특징들을 나타내는데 사용될 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 구조의 라만 센서 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2는 도 1의 피측정 광섬유에서 발생하는 후방 산란 신호의 파장 대역도이다.
도 3은 도 1의 종래의 일반적인 구조의 라만 필터의 상세도이다.
도 4는 도 1의 라만 필터의 파장 특성 및 도 1의 광섬유 회전자의 파장 특성 도시도이다.
도 5는 종래의 특허 문헌 1의 실시예에 따른 라만 센서 시스템의 개략적 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 측정용 라만 센서 시스템의 개략적 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 측정용 라만 센서 시스템의 AWG의 상세도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터의 파장 대역도이다. According to convention, various features of the drawings may not be shown by actual measurement. Thus, the dimensions of the various features may optionally be enlarged or reduced for simplicity. Also, some of the figures may be simplified for simplicity. Accordingly, the drawings may not show all components of the presented device (e.g., device) or method. Finally, like reference numerals may be used to indicate similar features throughout the description and drawings.
1 is a schematic configuration diagram of a conventional Raman sensor system.
FIG. 2 is a wavelength band diagram of a backscattered signal generated in the optical fiber to be measured in FIG. 1.
3 is a detailed view of a Raman filter of the conventional general structure of FIG.
4 is a diagram illustrating wavelength characteristics of the Raman filter of FIG. 1 and wavelength characteristics of the optical fiber rotor of FIG. 1.
5 is a schematic configuration diagram of a Raman sensor system according to an embodiment of the conventional patent document 1;
6 is a schematic configuration diagram of a Raman sensor system for measuring optical fiber distribution temperature according to an embodiment of the present invention.
7 is a detailed view of the AWG of the Raman sensor system for measuring the optical fiber distribution temperature according to an embodiment of the present invention.
8 is a wavelength band diagram of simulation data according to an embodiment of the present invention.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이어그램 형태로 제시된다. Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing embodiments.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 측정용 라만 센서 시스템의 개략적 구성도이다. 6 is a schematic configuration diagram of a Raman sensor system for measuring optical fiber distribution temperature according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 센서 시스템은 광섬유 분포 온도 펄스 변조된 입사광을 발생하는 광원(601); 상기 입사광을 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광스플리터(602); 및 상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기하기 위한 AWG(Arrayed waveguide grating)(603)를 포함할 수 있다. Optical fiber distribution temperature sensor system according to an embodiment of the present invention includes a
광원(601)은 예를 들어, 중심 파장이 980nm, 1064nm 또는 1550m일 수 있다. 광원(601)에서 발생된 입사광은 광스플리터(602)로 입사되고, 그 일부 또는 전부가 피측정 광섬유로 입사될 수 있다. 광스플리터(602)는 광을 분기하기 위한 커플러일 수 있거나 또는 광 경로를 전환하기 위한 광섬유 회전자일 수 있다. The
피측정 광섬유로 입사된 입사광은 거리에 따른 빛의 지연이 일어나게 되고, 후방 거리 분해능을 갖는 산란 신호로 만들어진다. 피측정 광섬유로부터 발생된 산란 신호는 광스플리터(602)에 입사되고, 광스플리터(602)에 의해 AWG(603)에 입사된다. Incident light incident on the optical fiber to be measured causes a delay of light with distance, and is made of a scattering signal having a rear distance resolution. The scattering signal generated from the optical fiber under measurement is incident on the
AWG(603)는 광스플리터(602)로부터 입사된 후방 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기할 수 있다. AWG(603)에 대해서는 도 7을 참조하여 다시 설명된다. The
AWG(603)로부터 분기된 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호는 각각 복수의 광검출기들(604, 605 및 606)에서 검출될 수 있다. 도 6을 참조하면, 광검출기(604)는 안티스토크스 산란 신호를 검출하기 위한 것이고, 광검출기(605)는 레일리 산란 신호를 검출하기 위한 것이고, 광검출기(606)는 스토크스 산란 신호를 검출하기 위한 것이다. 또한, 본원 발명의 다른 실시예에 따르면 AWG(603)로부터 분기된 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호는 단일 검출기에 의해 검출된 후 각각의 산란 신호로 분리될 수도 있다. 광검출기의 숫자는 예시일 뿐 이에 제한되지 않는다. The anti-stokes scattering signal, Rayleigh scattering signal, and Stokes scattering signal branched from the
광검출기로부터 검출된 신호는 아날로그-디지털 변환기(도시 안됨)에 의해 디지털 신호로 변환될 수 있다. The signal detected from the photodetector can be converted into a digital signal by an analog-to-digital converter (not shown).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 측정용 라만 센서 시스템의 AWG의 상세도이다. 7 is a detailed view of the AWG of the Raman sensor system for measuring the optical fiber distribution temperature according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, AWG는 하나의 입력단과 세 개의 출력단(701, 702, 703)을 포함할 수 있다. 하나의 입력단으로 광스플리터(602)로부터 산란 신호가 입사된다. AWG로 입력된 산란 신호를 세 개의 출력단(701, 702, 703)을 통하여 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기될 수 있다. 예를 들어, 제 1 출력단(701)은 안티스토크스 산란 신호를 출력할 수 있고, 제 2 출력단(702)은 레일리 산란 신호를 출력할 수 있고, 제 3 출력단(703)은 스토크스 산란 신호를 출력할 수 있다. Referring to FIG. 7, the AWG may include one input terminal and three
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터의 파장 대역도이다. 8 is a wavelength band diagram of simulation data according to an embodiment of the present invention.
도 8은 1064nm의 중심 파장을 가지는 광원으로부터의 입사광이 AWG를 거쳤을 때 분기된 산란 신호의 파장 대역도를 도시한다. 1064nm의 중심 파장을 가지는 광원으로부터의 입사광은 1064nm의 중심 파장을 가지는 레일리 산란 신호로 분기될 수 있다. 또한, 1064nm로부터 좌로 약 40nm 시프트된 형태의 안티스토크스 산란 신호 및 1064nm로부터 우로 약 40nm 시프트된 형태의 스토크스 산란 신호가 또한 분기될 수 있다. 8 shows a wavelength band diagram of a scattered signal branched when incident light from a light source having a center wavelength of 1064 nm passes through the AWG. Incident light from a light source having a center wavelength of 1064 nm may be branched into a Rayleigh scattering signal having a center wavelength of 1064 nm. In addition, the anti-Stokes scattering signal in the form of about 40 nm shifted from 1064 nm to the left and the Stokes scattering signal in the form of about 40 nm shifted from 1064 nm to the right may also be branched.
또한, 광원은 980nm의 중심파장을 가질 수도 있는바, AWG는 광원으로부터의 입사광을 980nm의 레일리 산란 신호, 940m의 안티스토크스 산란 신호, 및 1020nm의 스토크스 산란 신호로 분기할 수 있다. In addition, the light source may have a center wavelength of 980 nm, and the AWG may branch the incident light from the light source into a 980 nm Rayleigh scattering signal, a 940 m anti-Stokes scattering signal, and a 1020 nm Stokes scattering signal.
또한, 광원은 1550nm의 중심파장을 가질 수도 있는바, AWG는 광원으로부터의 입사광을 1550nm의 레일리 산란 신호, 1510m의 안티스토크스 산란 신호, 및 1590nm의 스토크스 산란 신호로 분기할 수 있다. In addition, the light source may have a center wavelength of 1550 nm, and the AWG may branch the incident light from the light source into a 1550 nm Rayleigh scattering signal, a 1510 m anti-Stokes scattering signal, and a 1590 nm Stokes scattering signal.
이와 같이 AWG를 사용하여 피측정 광섬유로부터의 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기함으로써, 광섬유 분포 온도 측정용 시스템을 저가로 간단하게 제작할 수 있다. In this way, by using the AWG, the scattering signal from the optical fiber to be measured is branched into an anti-stokes scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal, so that the system for measuring the optical fiber distribution temperature can be easily manufactured at low cost.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (5)
입사광을 발생하는 광원;
상기 입사광을 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광스플리터;
상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기하기 위한 AWG(Arrayed waveguide grating); 및
상기 AWG로부터 분기된 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호를 각각 검출하기 위한 광검출기
를 포함하고,
상기 광원으로부터의 입사광은 중심 파장이 980nm, 1064nm 또는 1550nm이며,
상기 AWG는 상기 후방 산란 신호를 각 중심 파장에 해당하는 레일리 산란 신호, 각 중심 파장보다 40nm 짧은 파장을 가지는 안티스토크스 산란 신호 및 각 중심 파장보다 40nm 긴 파장을 가지는 스토크스 산란신호로 분기하는, 광섬유의 후방 산란광을 이용한 광섬유 분포 온도 센서 시스템.An optical fiber distribution temperature sensor system using backscattered light of an optical fiber,
A light source generating incident light;
An optical splitter for incident the incident light into the optical fiber to be measured and outputting a backscattered signal generated in the optical fiber to be measured by the incident light;
An arrayed waveguide grating (AWG) for branching the backscattered signal output from the optical splitter into an anti-stokes scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal; And
A photodetector for detecting an anti-stalk scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal respectively branched from the AWG
Lt; / RTI >
The incident light from the light source has a center wavelength of 980 nm, 1064 nm or 1550 nm,
The AWG branches the backscattering signal into a Rayleigh scattering signal corresponding to each center wavelength, an anti-stalk scattering signal having a wavelength 40 nm shorter than each center wavelength, and a Stokes scattering signal having a wavelength 40 nm longer than each center wavelength. Optical fiber distribution temperature sensor system using backscattered light of optical fiber.
광원으로부터의 입사광의 일부를 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광스플리터; 및
상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호를 안티스토크스 산란 신호, 레일리 산란 신호, 및 스토크스 산란 신호로 분기하기 위한 AWG(Arrayed waveguide grating)
를 포함하고,
상기 광원으로부터의 입사광은 중심 파장이 980nm, 1064nm 또는 1550nm이며,
상기 AWG는 상기 후방 산란 신호를 각 중심 파장에 해당하는 레일리 산란 신호, 각 중심 파장보다 40nm 짧은 파장을 가지는 안티스토크스 산란 신호 및 각 중심 파장보다 40nm 긴 파장을 가지는 스토크스 산란신호로 분기하고,
상기 광스플리터는 광섬유 회전자인, 광섬유의 후방 산란광을 이용한 광섬유 분포 온도 센서 시스템.
An optical fiber distribution temperature sensor system using backscattered light of an optical fiber,
An optical splitter for inputting a part of the incident light from the light source into the optical fiber to be measured, and outputting a backscattered signal generated in the optical fiber to be measured by the incident light; And
Arrayed waveguide grating (AWG) for branching the backscattered signal output from the optical splitter into an anti-stokes scattering signal, a Rayleigh scattering signal, and a Stokes scattering signal
Lt; / RTI >
The incident light from the light source has a center wavelength of 980 nm, 1064 nm or 1550 nm,
The AWG splits the backscattering signal into a Rayleigh scattering signal corresponding to each center wavelength, an anti-stalk scattering signal having a wavelength 40 nm shorter than each center wavelength, and a Stokes scattering signal having a wavelength 40 nm longer than each center wavelength.
The optical splitter is an optical fiber rotor, optical fiber distribution temperature sensor system using the back scattered light of the optical fiber.
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