KR101493985B1 - distributed optical fiber sensor - Google Patents

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김명진
황성환
이우진
정은주
노병섭
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한국광기술원
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Abstract

The present invention relates to an optical pulse variable distributed optical fiber sensor including a pulse light generator outputting pulse light, an optical switch allowing the pulse light input through an input terminal to be output through a plurality of output channels, an optical coupler connected to the respective output channels of the optical switch and outputting the light input through the output channels through a relay terminal, a non-linear optical fiber provided between the output channel of the optical switch and the optical coupler and expanding the pulse width of the pulse light by inducing a group delay in the pulse light input, an optical circulator outputting light output through the relay terminal of the optical coupler to a sensing terminal and outputting scattered light reversely input from the sensing terminal to a detecting terminal, a sensing optical fiber connected to the sensing terminal of the optical circulator and disposed to extending to a sensing area, a wavelength filter allowing light to pass which has a wavelength bandwidth set with respect to the light output from the detecting terminal of the optical circulator, an optical detection unit detecting the light output from the wavelength filter, and a signal processing unit controlling the driving of the pulse light generator and the optical switch and calculating the physical quantity to be measured from a signal output from the optical detection unit. According to the present invention, the pulse width of the pulse light can be adjusted by the non-linear optical fiber and can be selectively applied to the sensing optical fiber, and thus the measured resolution with respect to the physical quantity to be measured can be adjusted.

Description

광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서{distributed optical fiber sensor} ≪ RTI ID = 0.0 > [0001] < / RTI > A distributed optical fiber sensor

본 발명은 분포형 광섬유 센서에 관한 것으로서, 상세하게는 광펄스의 폭을 가변시켜 센싱 광섬유에 인가할 수 있도록 된 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a distributed optical fiber sensor, and more particularly, to an optical pulse variable dispersion type optical fiber sensor that can be applied to a sensing optical fiber by varying the width of the optical pulse.

광섬유 센서는 광섬유 내의 코어의 굴절율을 변화시켜 제작한 광섬유 격자 격자 센서가 있다. 그런데, 광섬유 격자 센서는 격자가 새겨진 부분만 센서의 역할을 하기 때문에 넓은 영역에 걸쳐 이용하기에는 한계가 있다.The optical fiber sensor has a fiber grating lattice sensor fabricated by changing the refractive index of a core in an optical fiber. However, the optical fiber grating sensor has a limit to be used over a wide area because the portion engraved with the grating serves as a sensor.

이에 반해 분포형 광섬유 센서로서 산란형 센서는 펄스 광원을 사용하여 광섬유에 작용하는 물리량에 따른 광섬유 내부의 후방 산란광을 측정함으로써 장거리 센싱이 가능하다.On the other hand, as the distributed optical fiber sensor, the scattering type sensor can detect long distance by measuring the back scattering light inside the optical fiber according to the physical quantity acting on the optical fiber by using the pulse light source.

이러한 산란형 센서로는 레일레이(Rayleigh) 산란형 광섬유 센서, 라만(Raman) 산란형 광섬유 센서, 브릴루앙(Brillouin) 산란형 광섬유 센서 등이 있다. Such scattering type sensors include Rayleigh scattering type optical fiber sensor, Raman scattering type optical fiber sensor, and Brillouin scattering type optical fiber sensor.

레일레이 산란형 광섬유 센서는 펄스광이 광섬유 내부를 진행하는 중 광섬유의 밀도의 불균일 분포에 기인하여 발생하는 산란광을 측정하는 센서로, 펄스광의 세기에 비례하는 후방 산란광을 얻을 수 있다. The Rayleigh scattering type optical fiber sensor measures the scattered light generated due to the nonuniform distribution of the density of the optical fiber while the pulse light travels inside the optical fiber, and the back scattering light proportional to the intensity of the pulse light can be obtained.

라만 산란형 광섬유 센서와 브릴루앙 산란형 광섬유 센서는 모두 비선형 광산란을 이용하는 센서이다. The Raman scattering type optical fiber sensor and the Brillouin scattering type optical fiber sensor are nonlinear light scattering sensors.

일 예로, 공개특허공보 제10-2009-0001405호에는 감지 광섬유에서 발생하는 후방 산란광 중 라만 산란광과 브릴루앙 산란광을 측정하는 분포 광섬유 센서 시스템이 개시되어 있다.For example, in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0001405, a distributed optical fiber sensor system for measuring Raman scattered light and Brillouin scattered light in backward scattered light generated in a sensing optical fiber is disclosed.

라만 산란은 광섬유 내에서 빛이 전달될 때 분자 진동에 의하여 후방 산란 신호가 발생하는 현상을 지칭한다.Raman scattering refers to a phenomenon in which backscattering signals are generated by molecular vibration when light is transmitted in an optical fiber.

이때, 분자의 진동은 열적인 변화에 의해서만 변화하므로, 라만 산란형 광섬유 센서는 대부분 온도 센서로 사용되고 있다. At this time, since the vibration of the molecule changes only by a thermal change, the Raman scattering type optical fiber sensor is mostly used as a temperature sensor.

브릴루앙 산란형 광섬유 센서는, 외부에서 작용하는 온도 또는 응력 등에 따라 광섬유 고유의 브릴루앙 주파수 값이 변화하는데, 이러한 브릴루앙 주파수의 변화량을 구하여 외부 물리량 변화를 측정하는 센서이다. The Brillouin scattering type optical fiber sensor changes the Brillouin frequency value inherent to the optical fiber depending on temperature or stress acting from the outside, and is a sensor for measuring the change of the external physical quantity by measuring the change amount of Brillouin frequency.

광섬유 내에 발생하는 브릴루앙 산란은 빛이 광섬유 내에 진행할 때 음파와 결합하여 후방 산란 신호를 만드는 현상을 지칭하는데, 이러한 후방 산란 신호는 광섬유가 위치한 환경에 비례하므로 이를 이용하여 온도 및/또는 응력의 변화량을 측정할 수 있다.Brillouin scattering in the optical fiber refers to the phenomenon that the backscattering signal is combined with the sound wave when the light propagates in the optical fiber, and this backscattering signal is proportional to the environment in which the optical fiber is located, so that the change in temperature and / Can be measured.

그런데, 종래의 분포형 광섬유센서는 펄스광의 펄스폭에 의해 센싱 분해능이 결정되고, 이러한 분해능을 필요에 따라 조정할 수 있는 기능을 제공하지 못하는 단점이 있다.However, the conventional distributed optical fiber sensor has a disadvantage in that the sensing resolution is determined by the pulse width of the pulse light, and the function of adjusting the resolution as needed can not be provided.

한편, 펄스광의 펄스폭을 전자회로를 통해 구현하는 방안을 고려해볼 수 있으나, 이 경우 펄스폭을 가변하기 위해 요구되는 전자회로에 의해 구조가 복잡해지는 단점이 있다.On the other hand, a method of implementing the pulse width of pulse light through an electronic circuit can be considered, but in this case, there is a disadvantage that the structure is complicated by an electronic circuit required for varying the pulse width.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 센싱 광섬유에 대한 분해능을 다양하게 조정할 수 있으면서도 광학적으로 펄스폭을 가변시켜 구조를 단순화 할 수 있는 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide an optical pulse variable dispersion type optical fiber sensor capable of variously adjusting a resolution for a sensing optical fiber, There is a purpose.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서는 펄스광을 출력하는 펄스광 생성기와; 입력단을 통해 입력된 상기 펄스광을 복수의 출력 채널을 통해 출력할 수 있도록 된 광스위치와; 상기 광스위치의 출력채널 각각과 접속되어 상기 출력채널을 통해 입력된 광을 중계단을 통해 출력하는 광커플러와; 상기 광스위치의 출력채널과 상기 광커플러 사이에 마련되며 입력된 펄스광의 그룹지연을 유도하여 상기 펄스광의 펄스폭을 확장시키는 비선형 광섬유와; 상기 광커플러의 중계단을 통해 출력되는 광을 센싱단으로 출력하고, 상기 센싱단에서 역으로 입력되는 산란광을 검출단으로 출력하는 광서큘레이터와; 상기 광서큘레이터의 센싱단과 접속되어 센싱 영역으로 연장되게 설치된 센싱 광섬유와; 상기 광서큘레이터의 검출단에서 출력되는 광에 대해 설정된 파장대역의 광을 통과시키는 파장필터와; 상기 파장필터에서 출력되는 광을 검출하는 광검출부와; 상기 펄스광 생성기와 상기 광스위치의 구동을 제어하고, 상기 광검출부에서 출력되는 신호로부터 측정대상 물리량을 산출하는 신호 처리부;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical pulse variable optical fiber sensor including: a pulse light generator for outputting pulse light; An optical switch for outputting the pulse light inputted through an input terminal through a plurality of output channels; An optical coupler connected to each of output channels of the optical switch and outputting light input through the output channel through a relay terminal; A nonlinear optical fiber provided between the output channel of the optical switch and the optical coupler and extending a pulse width of the pulse light by inducing a group delay of input pulse light; An optical circulator for outputting light output through a relay terminal of the optical coupler to a sensing terminal and outputting scattered light input from the sensing terminal to a sensing terminal; A sensing optical fiber connected to a sensing end of the optical circulator and extending to a sensing area; A wavelength filter for passing light in a predetermined wavelength band with respect to light output from a detection end of the optical circulator; A photodetector for detecting light output from the wavelength filter; And a signal processing unit for controlling the driving of the pulse light generator and the optical switch and for calculating a measurement target physical quantity from a signal output from the optical detection unit.

상기 펄스광 생성기는 상기 신호 처리부에 제어되어 펄스 레이저 광을 출사하는 레이저 광원;이 적용된다.And the pulse light generator is a laser light source controlled by the signal processing unit and emitting pulse laser light.

또한, 상기 비선형 광섬유는 편광유지 광섬유, 이중 클래딩 광섬유, 광자결정 광섬유, 테이퍼링 광섬유 중 어느 하나가 적용된 것이 바람직하다.The nonlinear optical fiber may be a polarization maintaining optical fiber, a double cladding optical fiber, a photonic crystal optical fiber, or a tapered optical fiber.

더욱 바람직하게는 상기 광스위치의 출력채널에 각각 접속된 상기 비선형 광섬유의 연장길이는 상호 다르게 적용된다.More preferably, the extension lengths of the nonlinear optical fibers respectively connected to the output channels of the optical switch are differently applied.

또한, 상기 광스위치의 어느 하나의 출력채널에는 상기 펄스광 생성기에서 생성된 펄스광을 그대로 전송하도록 상기 비선형 광섬유가 적용되지 않는다.In addition, the nonlinear optical fiber is not applied to the output channel of any one of the optical switches so that the pulse light generated by the pulse optical generator is transmitted as it is.

상기 파장필터는 상기 센싱광섬유로부터 역으로 진행되는 라만 산란광, 브릴루앙 산란광, 레일레이 산란광 중 적어도 하나를 통과시킬 수 있는 것이 적용된다.Wherein the wavelength filter is capable of passing at least one of Raman scattering light, Brillouin scattering light, and Rayleigh scattering light traveling inversely from the sensing optical fiber.

본 발명에 따른 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서에 의하면, 비선형 광섬유에 의해 펄스광의 펄스폭을 조정하여 센싱 광섬유로 선택적으로 인가할 수 있어 측정대상 물리량에 대한 측정 분해능을 조정할 수 있는 장점을 제공한다.According to the optical pulse variable optical fiber sensor of the present invention, the pulse width of the pulse light can be adjusted by the nonlinear optical fiber and selectively applied to the sensing optical fiber, thereby providing an advantage of adjusting the measurement resolution for the physical quantity to be measured.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서를 나타내 보인 도면이다.FIG. 1 is a view showing an optical pulse variable distribution type optical fiber sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, an optical pulse variable distributed optical fiber sensor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서를 나타내 보인 도면이다.FIG. 1 is a view showing an optical pulse variable distribution type optical fiber sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서(100)는 레이저 광원(110), 광스위치(120), 기준 광섬유(131), 복수개의 비선형 광섬유(130a 내지 130n), 광커플러(140), 광서큘레이터(150), 센싱 광섬유(160), 파장필터(170), 광검출부(180), 신호처리부(190)를 구비한다.1, an optical pulse variable optical fiber sensor 100 according to the present invention includes a laser light source 110, an optical switch 120, a reference optical fiber 131, a plurality of nonlinear optical fibers 130a to 130n, A coupler 140, a broadcaster 150, a sensing optical fiber 160, a wavelength filter 170, a photodetector 180, and a signal processor 190.

레이저 광원(LD)(110)은 펄스광을 출력하는 펄스광 생성기로서 적용된 것으로서, 신호 처리부(190)에 제어되어 펄스광을 출력한다.The laser light source (LD) 110 is applied as a pulse light generator for outputting pulse light, and is controlled by the signal processing unit 190 to output pulse light.

광스위치(120)는 신호 처리부(190)에 제어되어 입력단(121)을 복수개의 출력채널과 선택적으로 접속할 수 있게 되어 있다. The optical switch 120 is controlled by the signal processing unit 190 to selectively connect the input terminal 121 to a plurality of output channels.

이러한 광스위치(120)는 레이저 광원(110)에서 출사되어 입력단(121)을 통해 입력된 펄스광을 입력단(121)과 접속된 출력 채널을 통해 펄스광을 출력한다.The optical switch 120 outputs pulsed light output from the laser light source 110 and input through the input terminal 121 through an output channel connected to the input terminal 121.

광커플러(140)는 광스위치(120)의 출력채널(ch1 내지 chn) 각각과 접속되어 출력채널을 통해 입력된 광을 중계단(142)을 통해 출력한다.The optical coupler 140 is connected to each of the output channels (ch1 to chn) of the optical switch 120 and outputs the light inputted through the output channel through the relay terminal 142. [

기준 광섬유(131)는 광스위치(120)의 제1출력채널(ch1)과 광커플러(140)에 사이에 접속되어 레이저 광원(110)에서 생성된 펄스광을 그대로 광커플러(140)에 전송하도록 일반 광섬유 예를 들면 단일 모드 광섬유가 적용된다.The reference optical fiber 131 is connected between the first output channel ch1 of the optical switch 120 and the optical coupler 140 to transmit the pulse light generated by the laser light source 110 to the optical coupler 140 as it is General optical fiber, for example single mode fiber, is applied.

비선형 광섬유(130a 내지 130n)들은 광스위치(120)의 제2 내지 제n 출력채널과 광커플러(140) 사이에 각각 접속되어 있다.The nonlinear optical fibers 130a to 130n are connected between the second to nth output channels of the optical switch 120 and the optical coupler 140, respectively.

비선형 광섬유(130a 내지 130n)는 광스위치(120)를 통해 입력된 펄스광의 그룹지연(group delay)을 유도하여 펄스광의 펄스폭을 확장시킨다.The nonlinear optical fibers 130a to 130n induce a group delay of the pulse light inputted through the optical switch 120 to expand the pulse width of the pulse light.

이러한 비선형 광섬유(130a 내지 130n)는 편광유지 광섬유, 이중 클래딩 광섬유, 광자결정 광섬유, 테이퍼링 광섬유 중 어느 하나가 적용될 수 있다.The nonlinear optical fibers 130a to 130n may be any one of a polarization maintaining optical fiber, a double cladding optical fiber, a photonic crystal optical fiber, and a tapered optical fiber.

여기서 광자결정 광섬유는 에어홀이 다수개 길이방향을 따라 형성된 구조를 말하고, 테이퍼링 광섬유는 길이방향을 따라 클래딩이 코어쪽으로 외경이 축소되게 형성된 테이퍼 부분을 갖는 구조를 말한다.Here, the photonic crystal optical fiber refers to a structure in which a plurality of air holes are formed along the longitudinal direction, and the tapered optical fiber has a tapered portion whose cladding is formed to have a reduced outer diameter toward the core along the longitudinal direction.

한편, 비선형 광섬유로서 코어 직경이 일반 광섬유에 비해 매우 작게 2 내지 3㎛인 특수 광섬유가 적용될 수 있음은 물론이다.It is a matter of course that a special optical fiber having a core diameter of 2 to 3 탆 which is much smaller than that of a general optical fiber can be applied as the nonlinear optical fiber.

이러한 비선형 광섬유(130a 내지 130n)는 길이방향에 따라 굴절율 분포가 비선형성을 갖으면서 그룹지연이 발생하게 되고, 그 결과 전송과정에서 최초 입력된 펄스광에 비해 펄스 진폭은 다소 낮아지면서 펄스폭은 확장된다. The nonlinear optical fibers 130a to 130n have a nonlinear refractive index distribution along the length of the nonlinear optical fibers 130a to 130n, resulting in group delay. As a result, the pulse amplitude is somewhat lower than that of the pulse light initially input during transmission, do.

또한, 비선형 광섬유(130a 내지 130n)는 최초 입력된 펄스광에 비해 전송길이가 길어질수록 펄스 진폭은 더욱 감소하고, 펄스폭은 더욱 확장된다.Further, as the transmission length becomes longer as compared with the pulse light initially input to the nonlinear optical fibers 130a to 130n, the pulse amplitude is further reduced and the pulse width is further expanded.

바람직하게는 광스위치(120)의 출력채널에 각각 접속된 비선형 광섬유의 연장길이는 상호 다르게 적용한다. 이 경우 길이 차이를 갖는 비선형 광섬유들 각각에 의해 광커플러(140)를 통해 입사되는 최종 펄스광의 펄스폭이 상호 다르게 된다. Preferably, the extension lengths of the nonlinear optical fibers connected to the output channels of the optical switch 120 are differently applied. In this case, the pulse widths of the final pulse light incident through the optical coupler 140 by the respective nonlinear optical fibers having different lengths are different from each other.

광서큘레이터(150)는 광커플러(140)의 중계단(142)을 통해 출력되어 입력단(151)으로 입력된 광을 센싱단(152)으로 출력하고, 센싱단(152)에서 역으로 입력되는 산란광을 검출단(153)으로 출력한다.The optical circulator 150 outputs the light output through the relay terminal 142 of the optical coupler 140 to the input terminal 151 to the sensing terminal 152 and the light input to the sensing terminal 152 And outputs the scattered light to the detection terminal 153.

센싱 광섬유(160)는 광서큘레이터(150)의 센싱단(152)과 접속되어 센싱 영역으로 연장되게 설치된다.The sensing optical fiber 160 is connected to the sensing end 152 of the optical circulator 150 and extends to the sensing area.

센싱 광섬유(160)의 연장길이는 수백미터 내지 수십킬로미터로 연장될 수 있음은 물론이다.It is a matter of course that the extension length of the sensing optical fiber 160 can be extended from several hundred meters to several tens of kilometers.

센싱 광섬유(160)는 단일 모드 광섬유가 적용될 수 있다. The sensing optical fiber 160 may be a single mode optical fiber.

파장필터(170)는 광서큘레이터(150)의 검출단(153)에서 출력되는 광에 대해 설정된 파장대역의 광을 통과시킨다.The wavelength filter 170 allows light having a wavelength band set for the light output from the detection terminal 153 of the optical circulator 150 to pass therethrough.

파장필터(170)는 센싱광섬유(160)로부터 역으로 진행되는 산란광 중 라만 산란광을 통과하도록 하거나, 브릴루앙 산란광을 통과하도록 하거나 레일레이 산란광을 통과할 수 있는 것을 적용할 수 있다.The wavelength filter 170 may be configured to pass Raman scattering light in scattered light propagating backward from the sensing optical fiber 160, pass through Brillouin scattered light, or pass through the Rayleigh scattered light.

이와는 다르게 파장필터(170)는 센싱광섬유(160)로부터 역으로 진행되는 산란광에 대해 라만 산란광과 브릴루앙 산란광 및 레일레이 산란광을 각각 통과할 수 있는 것이 적용될 수 있음은 물론이다.It is needless to say that the wavelength filter 170 can pass the Raman scattering light, the Brillouin scattering light, and the Rayleigh scattering light to the scattered light proceeding from the sensing optical fiber 160, respectively.

광검출부(180)는 파장필터(170)에서 출력되는 광을 검출하여 신호처리부(180)에 제공한다.The optical detector 180 detects the light output from the wavelength filter 170 and provides the detected light to the signal processor 180.

신호 처리부(190)는 펄스광이 출력되도록 레이저 광원(110)을 스위칭 온/오프 제어하고, 설정된 출력채널로 광이 전송되도록 광스위치(120)의 구동을 제어하고, 광검출부(180)에서 출력되는 신호로부터 센싱 광섬유(160)의 연장 길이방향에 대한 위치별로 측정대상 물리량을 산출한다.The signal processor 190 controls on / off switching of the laser light source 110 to output pulsed light, controls driving of the optical switch 120 to transmit light to the set output channel, The physical quantity to be measured is calculated for each position of the sensing optical fiber 160 in the longitudinal direction of the sensing optical fiber 160.

신호 처리부(190)에서 산란광에 대한 광세기를 이용하여 측정대상 물리량 즉, 온도 또는 스트레인을 산출하는 방식은 공지되어 있어 상세한 설명은 생략한다.A method of calculating the physical quantity to be measured, that is, the temperature or strain, using the light intensity of the scattered light in the signal processing unit 190 is known, and a detailed description will be omitted.

일 예로서, 레이저 광원(110)에서 출력되는 펄스광의 펄스폭이 시간단위로 1나노초(nano second)이고 이에 대응한 분해능이 10cm이고, 100나노초인 경우 10m인 경우 100나노초의 펄스폭의 광을 생성하는 비선형 광섬유를 통해 주기적으로 측정대상 물리량을 측정하다가, 설정된 특정값이 검출되면, 분해능을 높여 보다 짧은 펄스폭의 광을 생성하는 비선형 광섬유 또는 기준 광섬유를 통해 펄스광을 전송하고 측정하도록 신호처리부(190)가 구축될 수 있다.For example, when the pulse width of the pulsed light output from the laser light source 110 is 1 nano second in terms of time and the resolution corresponding thereto is 10 cm and when the pulse width is 100 nm, the pulse width of 100 nanoseconds Linear optical fiber or a reference optical fiber for generating a light having a shorter pulse width by increasing the resolution when the set specific value is detected, and for transmitting and measuring the pulse light through the nonlinear optical fiber or the reference optical fiber, (190) can be constructed.

조작부(195)는 광스위치(120)의 출력채널을 선택하거나 출력채널의 순환시퀀스를 설정하도록 구축될 수 있다.The operation unit 195 may be constructed to select the output channel of the optical switch 120 or to set the circulation sequence of the output channel.

출력부(192)는 신호처리부(190)에 의해 산출된 측정값을 표시하는 표시부 또는 측정값을 설정된 통신주소로 전송하는 통신부가 적용될 수 있다.The output unit 192 may be a display unit for displaying measured values calculated by the signal processing unit 190 or a communication unit for transmitting measured values to a set communication address.

이상에서 설명된 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서(100)는 광펄스 폭을 가변적으로 적용할 수 있으면서도 광스위치의 출력채널 변경 조작만으로 간단히 수행할 수 있은 장점을 제공한다.The optical pulse variable-dispersion-type optical fiber sensor 100 described above can provide an advantage that the optical pulse width can be variably applied and can be simply performed by changing the output channel of the optical switch.

110: 레이저 광원 120: 광스위치
131: 기준 광섬유 130a 내지 130n: 비선형 광섬유
140: 광커플러 150: 광서큘레이터
160: 센싱 광섬유 170: 파장필터
180: 광검출부 190: 신호처리부110: laser light source 120: optical switch
131: reference optical fiber 130a to 130n: nonlinear optical fiber
140: optical coupler 150: broadcaster
160: sensing optical fiber 170: wavelength filter
180: optical detector 190: signal processor

Claims (6)

펄스광을 출력하는 펄스광 생성기와;
입력단을 통해 입력된 상기 펄스광을 복수의 출력 채널을 통해 출력할 수 있도록 된 광스위치와;
상기 광스위치의 출력채널 각각과 접속되어 상기 출력채널을 통해 입력된 광을 중계단을 통해 출력하는 광커플러와;
상기 광스위치의 출력채널과 상기 광커플러 사이에 마련되며 입력된 펄스광의 그룹지연을 유도하여 상기 펄스광의 펄스폭을 확장시키는 비선형 광섬유와;
상기 광커플러의 중계단을 통해 출력되는 광을 센싱단으로 출력하고, 상기 센싱단에서 역으로 입력되는 산란광을 검출단으로 출력하는 광서큘레이터와;
상기 광서큘레이터의 센싱단과 접속되어 센싱 영역으로 연장되게 설치된 센싱 광섬유와;
상기 광서큘레이터의 검출단에서 출력되는 광에 대해 설정된 파장대역의 광을 통과시키는 파장필터와;
상기 파장필터에서 출력되는 광을 검출하는 광검출부와;
상기 펄스광 생성기와 상기 광스위치의 구동을 제어하고, 상기 광검출부에서 출력되는 신호로부터 측정대상 물리량을 산출하는 신호 처리부;를 구비하고,
상기 비선형 광섬유는 편광유지 광섬유, 이중 클래딩 광섬유, 광자결정 광섬유, 테이퍼링 광섬유 중 어느 하나가 적용되며,
상기 광스위치의 출력채널에 각각 접속된 상기 비선형 광섬유의 연장길이는 상호 다르게 적용되어 있고,
상기 파장필터는
상기 센싱광섬유로부터 역으로 진행되는 라만 산란광, 브릴루앙 산란광, 레일레이 산란광 중 적어도 하나를 통과시킬 수 있는 것이 적용된 것을 특징으로 하는 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서.A pulse light generator for outputting pulse light;
An optical switch for outputting the pulse light inputted through an input terminal through a plurality of output channels;
An optical coupler connected to each of output channels of the optical switch and outputting light input through the output channel through a relay terminal;
A nonlinear optical fiber provided between the output channel of the optical switch and the optical coupler and extending a pulse width of the pulse light by inducing a group delay of input pulse light;
An optical circulator for outputting light output through a relay terminal of the optical coupler to a sensing terminal and outputting scattered light input from the sensing terminal to a sensing terminal;
A sensing optical fiber connected to a sensing end of the optical circulator and extending to a sensing area;
A wavelength filter for passing light in a predetermined wavelength band with respect to light output from a detection end of the optical circulator;
A photodetector for detecting light output from the wavelength filter;
And a signal processing unit for controlling driving of the pulse light generator and the optical switch and calculating a measurement target physical quantity from a signal output from the optical detection unit,
The nonlinear optical fiber may be one of a polarization maintaining optical fiber, a double cladding optical fiber, a photonic crystal optical fiber, and a tapered optical fiber.
The extension lengths of the nonlinear optical fibers respectively connected to the output channels of the optical switches are differently applied,
The wavelength filter
Wherein at least one of Raman scattering light, Brillouin scattering light, and Rayleigh scattering light propagating backward from the sensing optical fiber is passed through the optical fiber. 제1항에 있어서, 상기 펄스광 생성기는
상기 신호 처리부에 제어되어 펄스 레이저 광을 출사하는 레이저 광원;이 적용된 것을 특징으로 하는 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서.The apparatus of claim 1, wherein the pulse light generator
And a laser light source that is controlled by the signal processing unit and emits a pulsed laser light is applied to the optical pulse variable optical fiber sensor. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 광스위치의 어느 하나의 출력채널에는 상기 펄스광 생성기에서 생성된 펄스광을 그대로 전송하도록 상기 비선형 광섬유가 적용되지 않은 것을 특징으로 하는 광학적 펄스 가변형 분포형 광섬유 센서.The optical pulse variable dispersion type optical fiber sensor according to claim 1, wherein the nonlinear optical fiber is not applied to any output channel of the optical switch so as to transmit the pulse light generated by the pulse optical generator as it is. 삭제delete
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