KR101944282B1 - 광섬유를 이용한 비상상황 모니터링 시스템 - Google Patents

광섬유를 이용한 비상상황 모니터링 시스템 Download PDF

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KR101944282B1
KR101944282B1 KR1020180007964A KR20180007964A KR101944282B1 KR 101944282 B1 KR101944282 B1 KR 101944282B1 KR 1020180007964 A KR1020180007964 A KR 1020180007964A KR 20180007964 A KR20180007964 A KR 20180007964A KR 101944282 B1 KR101944282 B1 KR 101944282B1
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이채민
박성한
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주식회사 두리번테크
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Abstract

본 발명은 광섬유로 이루어진 선로에 가해지는 충격 및 진동의 종류를 반사광의 2차원적 라우에 회절무늬 패턴을 통해 분석하여 광선로에 가해지는 충격의 종류를 모니터링 하는 비상상황 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 동일한 파장과 동일한 위상을 갖는 펄스광인 제1 광신호와 제2 광신호를 생성하는 발광부와, 상기 분광기에서 분기된 제1 광신호가 진행하는 광경로의 종단부로서 제1 광신호를 반사시키는 제1 종단반사부와, 상기 분광기에서 분기된 제2 광신호가 진행하는 광경로의 종단부로서 제2 광신호를 반사시키는 제2 종단반사부와, 상기 제1 광신호 및 제2 광신호를 결합하여 분석신호를 형성하는 결합기와, 상기 결합기에서 형성된 분석신호를 감지하는 수광부를 포함하고, 상기 제1 광신호와 제2 광신호의 광경로는 광섬유로 형성되며, 상기 제1 광신호가 진행하는 광경로는 모니터링 대상에 설치되고, 상기 수광부에서 감지한 분석신호의 라우에 회절무늬를 분석하여 상기 제1 광신호의 광경로 상에서의 이벤트 발생여부, 이벤트 발생 위치 및 이벤트의 종류를 판별하는 제어부를 더 포함하는 비상상황 모니터링 시스템을 제공한다.

Description

광섬유를 이용한 비상상황 모니터링 시스템{MONITORING SYSTEM FOR EMERGENCY SITUATION USING OPTICAL FIBER}
본 발명은 광반사 측정방식을 이용한 비상상황 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 특히, 광섬유로 이루어진 선로에 가해지는 충격 및 진동의 종류를 반사광의 2차원적 라우에 회절무늬 패턴을 통해 분석하여 광선로에 가해지는 충격의 종류를 모니터링 하는 비상상황 모니터링 시스템에 관한 것이다.
광반사 측정 방식을 이용한 보안 시스템은 광섬유로 이루어진 광선로에 외력이 가해지는 경우 해당 지점의 광섬유에는 굴절율 변화가 생기고 이로 인한 빛의 세기가 변화되는 원리를 이용하는 것이다. 외부 충격에 의한 빛의 굴절율 변화는 반사광을 형성하고, 이 반사광이 발생 지점과 광원의 거리에 따라 세기가 달라지는 것을 이용하여 외력이 작용한 위치를 결정하는 기술이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 보안 시스템에 이용되는 광반사 측정 방식은 광원인 발광소자(10, 발광다이오드)에서 출력된 광펄스 신호(S1)가 광섬유의 종단(60)에서 반사된 후 반사신호(S2)가 커플러(30)를 통해 빛이 조사되면 광전류가 발생하는 수광소자(20, 포토다이오드)로 안내되는 광경로를 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광경로가 길면 길수록 수광소자(20)에서 측정되는 빛의 세기는 감소하게 된다. 따라서 광섬유의 임으의 위치에 충격이 가해지면, 종단(60)에 비해 짧은 위치에서 반사광이 발생하여 반사신호의 파형을 변화시키고 빛의 세기가 변화한다. 따라서 빛의 세기를 측정하거나 반사파의 위상을 측정하여 파형 변화 발생 위치를 측정하여 이벤트가 발생한 지점의 위치를 측정하는 방식이었다.
그러나 이와 같은 보안시스템은 빛의 세기만을 기준으로 이벤트의 발생여부를 판단하기 때문에, 바람이나 비와 같은 보안과 무관한 외력에 대해서도 반응할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 외력의 종류를 판단할 수 없기 때문에 빛의 세기가 레퍼런스(예컨대, 종단 반사신호 세기 또는 파형형상)와 다른 경우 매번 이벤트 발생으로 간주하여 확인하여야 하는 문제점이 있다.
따라서 효율적인 보안 점검을 위하여 외력의 종류와 위치를 구분할 수 있는 보안시스템의 도입이 필요한 실정이다.
등록특허 제10-0523941호
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 이벤트에 의하여 발생한 반사신호를 통해 변화한 신호의 세기와 위상변화에 따른 라우에 회절무늬를 감지하여 해당 이벤트의 종류와 위치를 판별할 수 있는 광섬유를 이용한 비상상황 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 동일한 파장과 동일한 위상을 갖는 펄스광인 제1 광신호와 제2 광신호를 생성하는 발광부와, 상기 분광기에서 분기된 제1 광신호가 진행하는 광경로의 종단부로서 제1 광신호를 반사시키는 제1 종단반사부와, 상기 분광기에서 분기된 제2 광신호가 진행하는 광경로의 종단부로서 제2 광신호를 반사시키는 제2 종단반사부와, 상기 제1 광신호 및 제2 광신호를 결합하여 분석신호를 형성하는 결합기와, 상기 결합기에서 형성된 분석신호를 감지하는 수광부를 포함하고, 상기 제1 광신호와 제2 광신호의 광경로는 광섬유로 형성되며, 상기 제1 광신호가 진행하는 광경로는 모니터링 대상에 설치되고, 상기 수광부에서 감지한 분석신호의 라우에 회절무늬를 분석하여 상기 제1 광신호의 광경로 상에서의 이벤트 발생여부, 이벤트 발생 위치 및 이벤트의 종류를 판별하는 제어부를 더 포함하는 비상상황 모니터링 시스템을 제공한다.
상기 발광부는 단일 파장의 펄스 레이저를 방출하는 레이저발광부와 상기 레이저발광부에서 방출된 펄스 레이저를 제1 광신호와 제2 광신호로 분리하는 분광기를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 발광부의 레이저 펄스를 생성하기 위한 프로그램이 내장된 FPGA와, 상기 FPGA 프로그램에 따라 펄스신호를 생성하는 신호발생부와, 상기 레이저 발광부에 연결되며, 상기 신호발생부의 펄스신호에 대응하는 레이저 펄스를 구동하는 레이저 구동부를 더 포함하는 하는 것이 바람직하다.
상기 수광부에서 감지한 상기 분석신호의 라우에 회절무늬를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기에서 증폭된 라우에 회절무늬를 디지털화하는 AD 컨버터와, 상기 디지털화된 상기 라우에 회절무늬를 데이터를 저장하는 저장소를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 저장소에 저장된 상기 데이터를 이용하여 상기 제1 광신호의 광경로 상에서의 이벤트 발생여부, 이벤트 발생 위치 및 이벤트의 종류를 판별할 수 있다.
상기 저장소에는 외력이 작용하지 않은 경우의 분석신호의 라우에 회절무늬인 레퍼런스 패턴과, 외력의 종류와 위치를 변경시키면서 실험을 통해 미리 작성된 외력의 종류와 위치에 따른 상기 분석신호의 라우에 회절무늬인 인덱스 패턴이 저장되고, 상기 제어부는, 상기 분석신호의 라우에 회절무늬인 실시간 패턴을 상기 레퍼런스 패턴과 비교하여 상기 실시간 패턴이 상기 레퍼런스 패턴과 상이한 경우 이벤트 발생으로 판별하고, 상기 실시간 패턴을 상기 인덱스 패턴과 비교하여 가장 유사도가 높은 인덱스 패턴의 이벤트 위치와 종류로 상기 제1 광섬유 상에서의 이벤트의 위치와 종류를 판별할 수 있다.
상기 저장소는 상기 FPGA와 연결되고, 상기 데이터 제어장치는 상기 FPGA와 이더넷으로 연결되며, 상기 데이터 제어장치는 상기 제어부와 이더넷으로 연결되는 것리 바람직하다.
상기 분광기와 상기 결합기 사이의 제1 광신호의 광경로와 상기 제2 광신호의 광경로의 길이의 차이는 상기 펄스파 파장의 정수배인 것이 바람직하다.
상기 제2 광신호의 광경로의 길이는 광섬유 코일 형태의 광스풀에 의해 조절될 수 있다.
상기 분광기와 상기 결합기 사이의 제1 광신호의 광경로는 상기 펄스광의 파장의 정수배인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 광반사 측정시 반사신호의 2차원적 라우에 회절무늬를 분석하여 변화하는 신호의 세기와 위상에 따른 회절무늬의 패턴에 의해 거리 및 외력의 종류를 구분할 수 있어서 정확한 비상상황 모니터링을 할 수 있고, 작업자가 정확한 정보를 가지고 이벤트에 적절히 대응할 수 있도록 유도할 수 있으며, 작업자의 불필요한 출동을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 광반사 측정방식 비상상황 모니터링 시스템의 개략도,
도 2는 종래의 광반사 측정방식에서 광선로의 길이와 빛의 세기와의 관계를 도시한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 비상상황 모니터링 시스템의 일 실시예 구성을 도시한 블록도,
도 4는 도 3의 시스템에서 발광부에서 수광부까지의 광경로를 확대도시한 도시한 개략도,
도 5는 도 4의 광경로를 통해 외력이 가해지지 않은 상태인 경우 수광부에서 측정되는 반사광의 펄스 신호와 회절무늬를 도시한 도면,
도 6은 도 3의 시스템에서 지점1(P1)에서 이벤트가 발생한 경우 발광부에서 수광부까지의 광경로를 확대도시한 도시한 개략도,
도 7은 도 6의 광경로를 통해 지점1(P1)에 외력이 가해진 상태인 경우 수광부에서 측정되는 반사광의 펄스 신호와 회절무늬를 도시한 도면,
도 8은 도 3의 시스템에서 지점2(P2)에서 이벤트가 발생한 경우 발광부에서 수광부까지의 광경로를 확대도시한 도시한 개략도,
도 9는 도 8의 광경로를 통해 지점2(P1)에 외력이 가해진 상태인 경우 수광부에서 측정되는 반사광의 펄스 신호와 회절무늬를 도시한 도면, 그리고
도 10은 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 비상상황 모니터링 시스템을 통해 감지된 수광부의 회절무늬 패턴을 통해 이벤트가 발생한 지점과 이벤트의 종류를 표준화한 인덱스 목록이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 비상상황 모니터링 시스템의 일 실시예를 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 비상상황 모니터링 시스템은 작업자에게 시스템의 이상여부를 디스플레이하고 알람을 울리거나, 적절한 대응을 위한 매뉴얼을 제공하거나, 다른 장치들의 작동을 제어하는 제어장치(100)와, 수신된 신호들을 변환하거나 제어하는 데이터 제어장치(102), 펄스파를 생성하기 위한 프로그램이 내장된 FPGA(104, Field Programmable Gate Array)와, FPGA 프로그램에 따라 펄스신호를 생성하는 신호발생부(106, Generator)와, 신호발생부의 발생한 신호가 레이저 구동된 후 레퍼런스 신호인 레이저펄스를 출력하는 레이저발광부(110, Laser Diode)와, 레이저 발광부에서 방출되는 레이저를 제1 광신호와 제2 광신호로 분기시키는 분광기(120, 1:2 SPLITTER)와, 분광기(120)에서 분기된 제1 광신호가 진행하는 광경로의 종단부로서 제1 광신호를 반사시키는 제1 종단반사부(130)와, 분광기(120)에서 분기된 제2 광신호가 진행하는 광경로의 종단부로서 제2 광신호를 반사시키는 제2 종단반사부(132)와, 제1 광신호 및 제2 광신호를 조합하는 결합기(140, 1:2 combiner)와, 결합기에서 결합된 광신호를 감지하는 수광부(150, Photo Detector)와, 수광부(150)에서 감지한 광신호가 증폭기를 통해 증폭되어 AD 컨버터를 통해 디지털 변환된 후 저장되며 FPGA에 연결되는 저장소(108, Memory)를 포함한다. 전술한 광경로는 광섬유로 이루어져 제1 및 제2 광신호가 광섬유를 따라 진행한다.
제1 광신호의 반사광은 제1 커플러(160, coupler)에 의해 결합기(140)로 유도되고, 제2 광신호의 반사광은 제2 커플러(162)에 의해 결합기(140)로 유도되어 두 반사광이 결합되며, 이 결합된 광신호가 수광부(150)로 유도되는 광경로를 형성한다. 제2 광신호는 외부로 노출되지 않고 레퍼런스와 동일한 상태로 결합기(140)로 유도되며, 제1 광신호는 모니터링 대상으로 노출된다. 즉, 모니터링 대상에 외력이 가해지면 제1 광신호의 왜곡에 의해 굴절과 반사가 발생한다.
제1 광신호의 광경로의 길이(분광기(120), 제1 종단반사부(130), 및 결합기(140)를 잇는 광경로의 길이)는 제2 광신호의 광경로의 길이(분광기(120), 제2 종단반사부(132) 및 결합기(140)를 잇는 광경로의 길이)와 동일하거나 펄스파 주기의 정수배로 차이가 나야 결합기(140)에서 제1 광신호와 제2 광신호의 반사광들이 결합되더라도 위상차가 발생하지 않는다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 광신호의 길이를 조절하기 위하여 광섬유 코일 형태로 이루어진 광스풀(Photo Spool)을 이용하여 제2 광신호의 광경로의 길이를 조절 할 수 있다.
광스풀은 제1 및 제2 광신호가 결합기(140)에서 위상차가 발생하지 않게 하기 위한 것으로서, 광스풀의 길이는 제1 광신호의 광경로의 길이와 제2 광신호의 광경로의 길이의 차이가 제1 및 제2 광신호의 펄스파 파장의 정수배가 될 수 있다.
또한, 분광기(120)에서 결합기(140)까지 거리는 레이저 발광부(110)에서 방출되는 레이저펄스의 파장의 정수배 인 경우 회절무늬의 개수로서 외력이 발생한 위치를 유추하는데 용이하다.
제어장치는 데이터 제어장치와 이더넷(ethernet)으로 연결되며, 데이터 제어 장치는 FPGA(104)와 이더넷으로 연결되며, FPGA(104)후단부를 센서유닛으로 볼 수 있다.
도 4, 도 6 및 도 8은 도 3의 광섬유를 이용한 비상상황 모니터링 시스템에서 레이저발광부(110)에서 수광부(150) 까지의 광센서 부분을 확대도시한 도면이고, 도 5, 6 및 도 9는 각각 도 4, 도 6 및 도 8의 상황에서 수광부(150)에서 수신한 광신호의 라우에 회절무늬의 예들을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 레이저발광부(110)에서 기준신호(S10)가 방출되면 분광기(120)에서 제1 광신호(S20)과 제2 광신호(S22)로 분기된다. 모니터링 대상에 설치된 광섬유를 통해 제1 광신호(S20)가 제1 종단반사부(130)까지 진행한 후 반사되어 제1 반사신호(S30)가 형성되고, 제1 반사신호(S30)는 제1 커플러(160)를 통해 결합기(140)로 유도된다. 제2 광신호(S22)는 제2 종단반사부(132)로 진행한 후 반사되어 제2 반사신호(S32)가 형성되고, 제2 반사신호(S32)는 제2 커플러(162)를 통해 결합기(140)로 유도된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 광신호 및 제1 반사신호(S20, S30)이 진행하는 광경로 상에 외력이 가해지지 않으면, 결합기(140)에서 제1 반사신호(S30)와 제2 반사신호(S32) 위상 및 주파수가 동일한 상태로 결합하여 분석신호(S)를 형성한다. 이 때, 분석신호(S)의 위상차가 발생하지 않은 상태 이므로 분석신호(S)는 기준신호(S10)와 동일한 주파수 및 위상을 가지고 있으며, 신호의 세기도 일정한 수준을 유지하여야 한다. 분석신호(S)의 라우에 회절무늬는 기준신호에 의한 회절무늬와 동일한 위상을 갖는 회절무늬로서, 본 명세서에서는 이와 같이 광경로 상에 아무런 외력이 인가되지 않은 상태에서의 분석신호의 라우에 회절무늬를 레퍼런스 패턴이라고 하며, 도 5에 예시적인 레퍼런스 패턴을 도시하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 지점 1(P1)에서 외력이 인가되면, 지점 1(P1)에서 제1 반사신호(S30′)형성된다. 제1 반사신호(S30′)의 광경로는 현저히 짧아지기 때문에 결합기(130)에 인가되는 제1 반사신호(S30′)의 위상은 제2 반사신호(S32)의 위상과 다를 수 있고, 그 세기 또한 다를 수 있다. 도 7은 제1 반사신호(S30′)와 제2 반사신호(S32)의 결합시 위상차에 의해 형성된 간섭신호의 파형과 이 간섭신호의 라우에 회절무늬를 도시한 것이다. 위상차에 의해 분석신호(S′)의 주기가 짧아졌으며, 회절무늬의 동심원 수가 증가하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 지점 1(P1)과 다른 지점 2(P2)에 외력이 인가되는 경우 제1 반사신호(S30″)의 광경로는 다른 길이를 갖게 되고, 그 세기 또한 다를 수 있다. 도 9는 제1 반사신호(S30″)와 제2 반사신호(S32) 결합시 위상차에 형성된 간섭신호의 파형과, 이 간섭신호의 간섭무늬를 도시한 것이다. 위상차에 의해 분석신호(S″)의 주기가 더욱 짧아 졌으며 간섭무늬의 동심원 수가 더욱 증가하였다.
상기 도면들을 통해 전술한 바와 같이, 이벤트의 위치가 멀어질수록 회절무늬의 동심원의 개수가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 제1 광신호의 광경로 상에 이벤트가 발생하여 외력이 인가된 경우 그 위치 및 세기에 의해 분석신호(S, S′, S″)의 라우에 회절무늬가 달라지기 때문에, 레퍼런스 분석신호(S)와의 차이를 분석하여 이벤트의 종류와 위치 및 외력의 크기를 모니터링 할 수 있다.
즉, 일정한 펄스파 입력에 대하여, 이벤트의 위치나 종류가 일정하면 분석신호(S, S′, S″)는 일정한 라우에 회절무늬를 갖는다. 다시말해 제1 광신호의 광경로 상에 가해지는 이벤트의 위치 및 그 강도에 의해 라우에 회절무늬는 독특한 패턴을 갖게 된다. 본 실시예에서는 이벤트의 위치 및 강도에 따른 라우에 회절무늬의 패턴을 미리 실험을 통해 인덱스화 (이하, '인덱스 패턴' 이라 함) 하여, 메모리(108)에 DB로 저장해 두고, 실시간으로 라우에 회절무늬의 변화를 모니터링 하여 감지된 분석신호(S, S′, S″)의 라우에 회절무늬 (이하, '실시간 패턴' 이라 함)를 레퍼런스 패턴과 비교하여 레퍼런스 패턴과 다른 경우 이벤트 발생을 나타내고, 인덱스 패턴들과의 비교를 통해 유사도가 가장 높은 인덱스 패턴을 찾고, 해당 인덱스 패턴의 이벤트 위치와 강도를 통해 실시간 패턴을 발생시킨 이벤트의 위이와 종류를 판별할 수 있다.
전술한 실시간 패턴과 레퍼런스 패턴 또는 인덱스 패턴과의 비교는 작업자가 수동으로 수행할 수도 있으나, AI를 이용하여 이미지 분석을 통해 실시간 패턴과 유사도가 가장 높은 레퍼런스 패턴 또는 인덱스 패턴을 찾아내도록 FPGA(104)에서 프로그램화 하는 것이 바람직하다.
인덱스 패턴은 동심원 수, 동심원 간격, 무늬의 밝기(빛의 세기 또는 음영의 차이) 등은 다양한 형태를 띌 수 있다.
도 10은 분석신호에 대한 라우에 회절무늬를 분석하여 만든 이벤트의 위치 및 종류에 대한 인덱스 패턴의 일 예이다. 이벤트가 발생하지 않은 경우 레퍼런스 패턴이 감지되어야 한다. 제어부에서는 이벤트가 발생하여 실시간 패턴이 변화하는 경우 도 10과 같은 인덱스 패턴과의 유사도를 판정하여 가장 유사도가 높은 이벤트로 판별할 수 있다.
예컨대, 바람이나 동물의 경우 외력이 일정한 세기로 가해지지 않으므로 회절무늬의 일부 구간의 밝기가 약하게 나타날 수 있다. 비와 같은 경우 전체 구간에서 미소한 외력이 계속적으로 인가되므로 전체적으로 약한 회절무늬가 나타날 수 있다. 또한, 사람이 모니터링 대상지역을 의도적으로 침입 하는 경우 의도적인 외력이 광섬유에 강하게 작용하므로 반사신호의 세기가 일정하고 분석신호에 의한 라우에 회절무늬는 진하게 나타날 수 있다. 도 10에서 1구간은 레이저발광부에서 가까운 구간이고, 2 구간은 상대적으로 먼 구간을 나타낸다. 도 10에서 1구간에 외력이 작용하는 경우 분석신호의 인덱스 패턴에서 레퍼런스 패턴보다 많은 동심원 무늬가 나타났고, 제2 구간에 외력이 작용하는 경우 더욱 많은 동심원을 갖는 인덱스 패턴을 보였다.
도 10의 인덱스는 예시적인 것으로서 회절무늬의 간격이난 강약을 나타내는 패턴이 이에 한정되지는 않고, 구간도 더 세분화하여 나타낼 수 있다.
전술한 바와 같이 제어부에 의해 구동되는 FPGA(104)에 프로그래밍 된 AI의 알고리즘은 저장소(108)에 미리 레퍼런스 패턴과 인덱스 패턴이 저장되고, 분석신호의 실시간 패턴을 저장소(108)에 저장한 후 실시간 패턴을 레퍼런스 패턴 및 인덱스 패턴과 비교하여 가장 유사도가 패턴을 찾아내는 알고리즘이다. 이 알고리즘을 통해 찾아낸 인덱스의 이벤트 조건을 제어장치(100)를 통해 작업자에게 고지하고 필요한 업무 명령을 송출할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가치 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다.
100: 제어장치 102: 데이터 제어장치
104: FPGA 106: 신호발생부
110: 레이저발광부 120: 분광기
130, 132: 제1, 제2 종단반사부 140: 결합기
150: 수광부 160, 162: 제1, 제2 커플러
S10: 기준신호 S20: 제1 광신호
S22: 제2 광신호 S30, S30′, S30″: 제1 반사신호
S32, S32′S32″: 제2 반사신호 S, S′, S″:분석신호

Claims (9)

  1. 동일한 파장과 동일한 위상을 갖는 펄스광인 제1 광신호와 제2 광신호를 생성하는 발광부와,
    상기 제1 광신호가 진행하는 광경로의 종단부로서 제1 광신호를 반사시키는 제1 종단반사부와,
    제2 광신호가 진행하는 광경로의 종단부로서 제2 광신호를 반사시키는 제2 종단반사부와,
    상기 제1 광신호 및 제2 광신호를 결합하여 분석신호를 형성하는 결합기와,
    상기 결합기에서 형성된 분석신호를 감지하는 수광부를 포함하고,
    상기 제1 광신호와 제2 광신호의 광경로는 광섬유로 형성되며, 상기 제1 광신호가 진행하는 광경로는 모니터링 대상에 설치되고,
    상기 수광부에서 감지한 분석신호의 라우에 회절무늬를 분석하여 상기 제1 광신호의 광경로 상에서의 이벤트 발생여부, 이벤트 발생 위치 및 이벤트의 종류를 판별하는 제어부를 더 포함하는
    비상상황 모니터링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광부는 단일 파장의 펄스 레이저를 방출하는 레이저발광부와 상기 레이저발광부에서 방출된 펄스 레이저를 제1 광신호와 제2 광신호로 분리하는 분광기를 구비하는 비상상황 모니터링 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 발광부의 레이저 펄스를 생성하기 위한 프로그램이 내장된 FPGA와,
    상기 FPGA 프로그램에 따라 펄스신호를 생성하는 신호발생부와,
    상기 레이저 발광부에 연결되며, 상기 신호발생부의 펄스신호에 대응하는 레이저 펄스를 구동하는 레이저 구동부
    를 더 포함하는 비상상황 모니터링 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수광부에서 감지한 상기 분석신호의 라우에 회절무늬를 증폭하는 증폭기와,
    상기 증폭기에서 증폭된 라우에 회절무늬를 디지털화하는 AD 컨버터와,
    상기 디지털화된 상기 라우에 회절무늬를 데이터로 저장하는 저장소를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 저장소에 저장된 상기 데이터를 이용하여 상기 제1 광신호의 광경로 상에서의 이벤트 발생여부, 이벤트 발생 위치 및 이벤트의 종류를 판별하는
    비상상황 모니터링 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 저장소에는 외력이 작용하지 않은 경우의 분석신호의 라우에 회절무늬인 레퍼런스 패턴과, 외력의 종류와 위치를 변경시키면서 실험을 통해 미리 작성된 외력의 종류와 위치에 따른 상기 분석신호의 라우에 회절무늬인 인덱스 패턴이 저장되고,
    상기 제어부는, 상기 분석신호의 라우에 회절무늬인 실시간 패턴을 상기 레퍼런스 패턴과 비교하여 상기 실시간 패턴이 상기 레퍼런스 패턴과 상이한 경우 이벤트 발생으로 판별하고, 상기 실시간 패턴을 상기 인덱스 패턴과 비교하여 최고 유사도를 갖는 인덱스 패턴의 이벤트 위치와 종류로 상기 제1 광신호의 광경로 상에서의 이벤트의 위치와 종류를 판별하는
    비상상황 모니터링 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분광기와 상기 결합기 사이의 제1 광신호의 광경로와 상기 제2 광신호의 광경로의 길이의 차이는 상기 펄스 파장의 정수배인
    비상상황 모니터링 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 광신호의 광경로의 길이는 광섬유 코일 형태의 광스풀에 의해 조절되는 비상상황 모니터링 시스템.
  9. 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분광기와 상기 결합기 사이의 제1 광신호의 광경로는 상기 펄스광의 파장의 정수배인 비상상황 모니터링 시스템.

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