KR102042812B1 - Identical weak FBG interrogation system based on amplification of chromatic opticalpath difference - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광섬유 브래그 격자열 센서의 측정에 관한 것으로, 구체적으로 능동 모드 잠금을 이용한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 시스템과 센서의 민감도를 향상시킬 수 있도록 한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to measurement of an optical fiber Bragg grating sensor, and in particular, an optical path difference between a redundant optical fiber Bragg grating sensor system using active mode locking and a duplicated optical fiber Bragg grating sensor which can improve the sensitivity of the sensor. It relates to augmentation-based measurement system.
광섬유 브래그 격자 센서(FBG; fiber Bragg grating)는 광섬유 코어 내부에 주기적인 굴절률 변화를 가진 브래그 격자 구조를 가지며 그 특정 주기에 해당하는 파장인 브래그 파장(Bragg wavelength)을 반사한다.The fiber Bragg grating (FBG) has a Bragg grating structure with periodic refractive index changes inside the optical fiber core and reflects the Bragg wavelength, which is the wavelength corresponding to that particular period.
상기 브래그 파장은 브래그 격자 구조의 외부 물리적 변화에 따라 변화하는 특성을 갖는다.The Bragg wavelength has a characteristic that changes with an external physical change of the Bragg grating structure.
상기 광섬유 브래그 격자 센서의 특성은 브래그 격자 구조 혹은 그 주변의 외부 물리량 또는 물리적 변화 정도를 측정하는 광섬유 브래그 격자 센서 측정 시스템에 응용된다.The characteristics of the optical fiber Bragg grating sensor is applied to the optical fiber Bragg grating sensor measurement system for measuring the degree of physical change or the external physical quantity or physical change around the Bragg grating structure.
한편, 광섬유 브래그 격자 센서는 단일 센서를 이용한 측정뿐만 아니라, 단일 광섬유에 복수개의 광섬유 브래그 격자 센서를 제작하여 복수개의 지점에서 물리적 변화량을 동시에 측정할 수 있는 광섬유 브래그 격자열 센서에 응용된다.On the other hand, the optical fiber Bragg grating sensor is applied to the optical fiber Bragg grating sensor that can measure the amount of physical change at a plurality of points simultaneously by manufacturing a plurality of optical fiber Bragg grating sensor in a single optical fiber as well as measurement using a single sensor.
상기 광섬유 브래그 격자열 센서는 일반적으로 서로 다른 브래그 파장으로 제작되며 각각의 브래그 파장을 측정하는 것을 통해서 복수개의 지점에서 물리적 변화량을 동시에 측정하는 파장기반 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템에 응용된다.The optical fiber Bragg grating sensor is generally manufactured with different Bragg wavelengths and is applied to a wavelength-based fiber Bragg grating sensor sensor system that simultaneously measures the amount of physical change at a plurality of points by measuring each Bragg wavelength.
한편, 상기 파장기반 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템은 광원의 제한된 파장 대역폭으로 인하여 측정이 가능한 광섬유 브래그 격자의 개수가 적고 각기 다른 브래그 파장으로 분리하여 제작되기 때문에 제조 단가가 높은 등의 단점을 가진다.On the other hand, the wavelength-based optical fiber Bragg grating sensor measurement system has a disadvantage in that the manufacturing cost is high, because the number of optical fiber Bragg gratings that can be measured due to the limited wavelength bandwidth of the light source is small and manufactured by separating different Bragg wavelengths.
상기 광섬유 브래그 격자열 센서에서 동일한 브래그 파장으로 복수개의 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서는 서로 다른 브래그 파장을 가지는 광섬유 브래그 격자열 센서에 비해서 제작 시간이 빠르고 제조 단가가 낮다.In the optical fiber Bragg grating sensor, a plurality of overlapping optical fiber Bragg grating sensors with the same Bragg wavelength are faster in manufacturing time and lower in manufacturing cost than the optical fiber Bragg grating sensors having different Bragg wavelengths.
한편, 상기 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서는 모든 센서가 동일한 브래그 파장을 가지기 때문에 일반적인 파장기반 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템에 응용하기에 어려움이 있다.On the other hand, the overlapped optical fiber Bragg grating sensor is difficult to apply to a general wavelength-based fiber Bragg grating sensor measurement system because all the sensors have the same Bragg wavelength.
일반적으로 능동 모드 잠금 기술은 공진기 내에 광자의 일주시간을 정수배로 나눈 주기를 가지는 주기적인 전기 신호를 가하여 짧은 광 펄스(optical pulse)를 만드는 광원 기술이다.In general, active mode locking technology is a light source technology that generates a short optical pulse by applying a periodic electric signal having a period of dividing the diurnal time of photons by an integer multiple in the resonator.
이때에 발진되는 출력광 펄스의 세기는 전기 신호의 주기가 광자의 일주시간의 정수배에 해당하는 모드잠금 조건을 만족할 때에 가장 극대화되는 특성을 갖는다. The intensity of the output light pulse oscillated at this time has the characteristic of maximizing when the period of the electric signal satisfies the mode locking condition corresponding to the integral multiple of the diurnal time.
일반적인 능동 모드 잠금을 이용한 공진기 길이 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.The principle of resonator length measurement using a general active mode lock is explained as follows.
도 1은 능동 모드 잠금의 원리를 나타낸 구성도이고, 도 2는 능동 모드 잠금을 이용한 공진기 길이 측정 원리를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing the principle of the active mode lock, Figure 2 is a block diagram showing the principle of resonator length measurement using the active mode lock.
능동 모드 잠금이란, 도 1에서와 같이, 외부에서 가해진 주기적인 전기신호를 통해 공진기의 이득값을 제어하여 강한 세기의 광 펄스를 만들어 내는 기술을 의미한다.Active mode locking, as shown in Figure 1, refers to a technique for generating a strong pulse of light intensity by controlling the gain value of the resonator through a periodic electrical signal applied from the outside.
전기신호의 주파수와 빛이 공진기를 회전하는 주파수가 일치될 때 모드 잠금이 일어나고, 이때의 주파수를 공진주파수라하고, 공진주파수는 공진기의 길이에 의해 결정된다.The mode lock occurs when the frequency of the electric signal and the frequency at which the light rotates are coincident, and the frequency is called a resonant frequency, and the resonant frequency is determined by the length of the resonator.
이와 같은 능동 모드 잠금을 이용한 공진기 길이 측정 원리는 다음과 같다.The principle of resonator length measurement using the active mode locking is as follows.
도 2에서와 같이, 능동 모드 잠금이 일어나면 광출력의 세기가 증가한다.As in FIG. 2, when the active mode locking occurs, the intensity of the light output increases.
능동 모드 잠금은 공진주파수에서 일어나고, 공진주파수는 공진기의 길이에 의해 결정된다.Active mode locking occurs at the resonant frequency, which is determined by the length of the resonator.
외부전기신호의 주파수를 변화시켜가면서 발진되는 광세기가 최대가 되는 주파수를 측정하면 공진주파수를 알 수 있고, 공진기의 길이가 변화하게 되면 공진주파수가 변화하는데, 공진주파수의 변화를 측정하여 공진기의 길이를 측정할 수 있다.By measuring the frequency of the maximum oscillation light intensity while changing the frequency of the external electrical signal, the resonant frequency can be known. When the length of the resonator changes, the resonant frequency changes. The length can be measured.
종래 기술의 파장기반 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The wavelength-based optical fiber Bragg grating sensor measurement system of the prior art will be described in detail.
도 3과 도 4는 종래 기술의 파장기반 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템의 구성도이다.3 and 4 are configuration diagrams of a wavelength-based optical fiber Bragg grating sensor measurement system of the prior art.
종래 기술의 파장기반 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템은 브래그 파장의 파장 차이를 통해서 각각의 센서를 구분하는 것으로, 동일한 반사파장을 가지고 있는 센서를 서로 구분할 수 없는 문제가 있다.The wavelength-based optical fiber Bragg grating sensor measurement system of the prior art distinguishes each sensor through the wavelength difference of the Bragg wavelength, and there is a problem in that the sensors having the same reflected wavelength cannot be distinguished from each other.
종래 기술의 RF 사인파형 기반 능동 모드 잠금을 이용한 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템이 서로 다른 브래그 파장으로 이루어진 격자열의 경우에는 각각의 센서가 모드 잠금 스펙트럼을 통해 구분이 가능하다.In the case of a lattice train having a different Bragg wavelength, the optical fiber Bragg lattice sensor measuring system using the RF sine wave-based active mode locking of the prior art can distinguish each sensor through the mode lock spectrum.
하지만, 종래 기술의 RF 사인파형 기반 능동 모드 잠금을 이용한 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템이 모두 동일한 브래그 파장을 가지는 경우에는 중복 광섬유 브래그 격자열 센서가 모드 잠금 스펙트럼을 통해 구분이 불가하다.However, when the optical fiber Bragg grating train sensor system using the conventional RF sine wave based active mode locking has the same Bragg wavelength, the redundant fiber Bragg grating train cannot be distinguished through the mode lock spectrum.
이와 같은 RF 사인파형 기반 능동 모드 잠금을 이용한 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템은 주파수 분해능이 나쁘기 때문에 중복된 광섬유 브래그 격자열 내부의 센서들 사이의 연속적인 내부 반사로 인한 그림자 효과(shadow effect)를 효과적으로 억제하지 못하는 문제가 있다.The optical fiber Bragg grating sensor measurement system using this RF sine wave based active mode locking has a poor frequency resolution, effectively eliminating the shadow effect caused by continuous internal reflections between the sensors inside the overlapped fiber Bragg grating. There is a problem that cannot be suppressed.
또한, 종래 기술의 능동 모드 잠금을 이용한 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템은 센서의 물리적 변화량에 따른 공진주파수 변화에 민감도 한계로 인하여 미세한 변화를 측정하는데 한계가 있다.In addition, the optical fiber Bragg grating sensor measurement system using the active mode locking of the prior art has a limitation in measuring the minute change due to the sensitivity limit to the change in the resonant frequency according to the physical change amount of the sensor.
따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 새로운 방식의 능동 모드 잠금을 이용한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 시스템과 센서의 민감도 향상을 위한 기술 개발이 요구된다.Accordingly, there is a need to develop a technology for improving the sensitivity of the redundant fiber Bragg grating train sensor system and the sensor using a new mode of active mode locking to solve this problem.
본 발명은 종래 기술의 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 능동 모드 잠금을 이용한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 시스템과 센서의 민감도를 향상시킬 수 있도록 한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problem of the conventional optical fiber Bragg grating sensor measurement system of the prior art, the duplicated optical fiber Bragg grating sensor system using active mode locking to improve the sensitivity of the sensor and the duplicated fiber Bragg An object of the present invention is to provide a measurement system based on optical path difference enhancement of a lattice thermal sensor.
본 발명은 주기적인 전기 펄스 신호를 통해 동일한 반사 파장을 가진 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로를 측정하며 색분산 반사부를 통해 외부 물리적 변화에 따른 광경로 변화를 증대시킬 수 있도록 한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention measures the optical path of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor having the same reflection wavelength through the periodic electric pulse signal, and the overlapped optical fiber to increase the optical path change due to external physical change through the chromatic dispersion reflection unit It is an object of the present invention to provide an optical path difference-based measurement system of Bragg grating sensors.
본 발명은 펄스 형태의 파형을 통한 광이득 제어를 통해 중복된 광섬유 브래그 격자열에서 발생하는 연쇄 반사 효과를 억제하고 공진 주파수 스펙트럼에서의 분해능을 향상시킬 수 있도록 한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, the optical fiber Bragg lattice sensor of overlapping optical fiber Bragg grating sensor can be suppressed by improving the gain in the overlapped optical fiber Bragg grating train and improving the resolution in the resonant frequency spectrum through the optical gain control through the waveform of pulse shape. The purpose is to provide a roca increase-based measurement system.
본 발명은 감지부에서 생긴 미세한 차이가 색분산 반사부를 통해 증대되면서 매우 민감하게 측정할 수 있도록 한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical path difference enhancement-based measurement system of an overlapped optical fiber Bragg grating sensor that enables a very sensitive measurement as the minute difference generated by the detection unit is increased through the chromatic dispersion reflection unit.
본 발명은 레이저 공진 구조의 센서 시스템을 통해서 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서에서 발생하는 그림자 효과로 인한 신호세기 감소를 최소화할 수 있도록 한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides an optical path difference-based measurement system for overlapping optical fiber Bragg grating sensors that minimizes signal strength reduction due to the shadow effect generated by the overlapping optical fiber Bragg grating sensors. The purpose is to provide.
본 발명은 고속의 디지털 데이터 획득이 가능한 디지타이저 또는 DAQ를 필요로 하지 않는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an optical path difference enhancement based measurement system of a redundant optical fiber Bragg grating sensor that does not require a digitizer or a DAQ capable of high-speed digital data acquisition.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 모두 동일한 브래그 파장을 갖는 중복된 광섬유 브래그 격자열 구조를 갖고, 외부 물리량 변화에 따라 반사광의 파장이 변화하는 광섬유 브래그 격자를 포함하는 감지부;상기 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 광경로 변화 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor according to the present invention for achieving the above object has a duplicated optical fiber Bragg grating array structure having all the same Bragg wavelength, reflected light according to the change of external physical quantity A sensing unit including an optical fiber Bragg grating whose wavelength is varied; an optical path changing unit reflecting light between a maximum reflection wavelength and a minimum reflection wavelength in an operating range of the detection unit and generating different optical paths according to the wavelength of the reflected light It characterized by including.
여기서, 감지부는, 동일한 브래그 파장을 갖는 광섬유 브래그 격자 센서(FBG; fiber Bragg grating)들이 서로 다른 거리에 위치하여 중복된 광섬유 브래그 격자열 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.Here, the sensing unit is characterized in that the optical fiber Bragg grating sensors (FBG) having the same Bragg wavelength is positioned at different distances to form a duplicated fiber Bragg grating sequence structure.
그리고 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은, 전기신호의 중심 주파수가 변화함에 따라 출력되는 광세기변화를 통해 감지부의 공진주파수를 측정하고, 감지부가 이루는 복수 개의 공진주파수 측정을 통해 광섬유 브래그 격자열의 광경로 분포를 측정하는 것을 특징으로 한다.The optical path difference-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor measures the resonant frequency of the detector by changing the light intensity output as the center frequency of the electrical signal changes, and measures the resonant frequencies of the detector. It is characterized by measuring the optical path distribution of the optical fiber Bragg grating column through.
그리고 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은, 펄스 형태의 전기신호의 중심 주파수가 변화함에 따라 출력되는 광세기변화를 통해 감지부의 공진주파수를 측정하고, 감지부의 반사광의 파장 변화에 따른 광경로 변화 측정을 통해 광섬유 브래그 격자의 외부 물리량 변화를 측정하는 것을 특징으로 한다.The optical path difference-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor measures the resonance frequency of the detector by changing the intensity of the light output as the center frequency of the pulse-shaped electrical signal changes, and the wavelength of the reflected light of the detector. It is characterized by measuring the change in the external physical quantity of the optical fiber Bragg grating by measuring the optical path change according to the change.
그리고 광경로 변화 수단은, 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 색분산 반사부인 것을 특징으로 한다.The light path changing means may be a color dispersion reflecting unit that reflects light between the maximum reflection wavelength and the minimum reflection wavelength in the operating range of the detection unit and generates different light paths according to the wavelength of the reflected light.
그리고 색분산 반사부는, 처프 광도파 브래그 격자 소자(Chirped Waveguide Bragg Grating)인 것을 특징으로 한다.The chromatic dispersion reflection unit is a chirped waveguide Bragg grating element.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 동일한 반사 파장을 가지는 중복된 광섬유 브래그 격자 복수 개가 직렬로 위치한 중복된 광섬유 브래그 격자열을 포함하는 감지부;중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;상기 감지부의 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 색분산 반사부;를 포함하고, 전기신호의 중심 주파수가 변화함에 따라 출력되는 광세기변화를 통해 감지부의 공진주파수를 측정하고, 감지부의 반사광의 파장 변화에 따른 광경로 변화 측정을 통해 광섬유 브래그 격자의 외부 물리량 변화를 측정하는 것을 특징으로 한다.The optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention for achieving another object includes a plurality of overlapping optical fiber Bragg grating train in series with a plurality of overlapping optical fiber Bragg grating having the same reflection wavelength An electric signal generator for generating a periodic electric signal having a change in the center frequency; an optical gain controlled by the electric signal received from the electric signal generator; And a chromatic dispersion reflector for generating another optical path, including measuring the resonance frequency of the detector by changing the intensity of the light output as the center frequency of the electrical signal changes, and changing the optical path according to the wavelength change of the reflected light of the detector. It is characterized by measuring the change in the external physical quantity of the optical fiber Bragg grating through the measurement.
여기서, 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은, 색분산 공진을 위하여 감지부, 색분산 반사부, 광이득부가 선형적 구조로 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.Here, the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor, characterized in that the sensor, the chromatic reflecting unit, the light gain unit to configure the resonator in a linear structure for chromatic dispersion resonance.
그리고 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은, 색분산 공진을 위하여 감지부, 색분산 반사부, 광이득부가 원형적 구조로 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical path difference increase-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor, characterized in that the sensor, the chromatic reflector, the light gain unit is configured in a circular structure for the resonator.
그리고 상기 광이득부는, 광이득 스펙트럼이 상기 감지부의 반사 파장을 포함하는 것을 특징으로 한다.The light gain unit is characterized in that the light gain spectrum includes the reflection wavelength of the detection unit.
그리고 상기 색분산 반사부는, 상기 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하는 것을 특징으로 한다.The color dispersion reflector may reflect light between a maximum reflection wavelength and a minimum reflection wavelength in an operating range of the detection unit.
그리고 상기 전기신호 발생부는, 펄스 형태의 전기신호를 발생시키며, 그 펄스 신호의 펄스폭은 상기 감지부를 이루는 브래그 격자열 사이의 광경로차이를 광속으로 나눈 값 이하인 것을 특징으로 한다.The electrical signal generator generates a pulsed electrical signal, and the pulse width of the pulse signal is equal to or less than a value obtained by dividing the optical path difference between Bragg grating columns constituting the sensing unit by the speed of light.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor according to the present invention has the following effects.
첫째, 능동 모드 잠금을 이용한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 시스템과 센서의 민감도를 향상시킬 수 있도록 한다.First, the sensitivity of the redundant fiber Bragg grating sensor system and sensor using active mode locking can be improved.
둘째, 주기적인 전기 펄스 신호를 통해 동일한 반사 파장을 가진 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로를 측정하며 색분산 반사부를 통해 외부 물리적 변화에 따른 광경로 변화를 증대시킬 수 있도록 한다.Second, the optical path of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor having the same reflection wavelength is measured through the periodic electric pulse signal, and the optical path change due to the external physical change is increased through the chromatic dispersion reflection unit.
셋째, 펄스 형태의 파형을 통한 광이득 제어를 통해 중복된 광섬유 브래그 격자열에서 발생하는 연쇄 반사 효과를 억제하고 공진 주파수 스펙트럼에서의 분해능을 향상시킨다.Third, the optical gain control through the waveform in the form of pulse suppresses the chain reflection effect generated in the overlapped fiber Bragg grating train and improves the resolution in the resonant frequency spectrum.
넷째, 감지부에서 생긴 미세한 차이가 색분산 반사부를 통해 증대되면서 매우 민감하게 측정할 수 있다.Fourth, it is possible to measure very sensitively as the fine difference generated in the sensing unit is increased through the chromatic dispersion reflecting unit.
다섯째, 레이저 공진 구조의 센서 시스템을 통해서 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서에서 발생하는 그림자 효과로 인한 신호세기 감소를 최소화한다.Fifth, the reduction of signal strength due to the shadow effect generated by the overlapped optical fiber Bragg grating sensor through the laser resonance sensor system is minimized.
여섯째, 고속의 디지털 데이터 획득이 가능한 디지타이저 또는 DAQ를 필요로 하지 않는다.Sixth, high-speed digital data acquisition does not require a digitizer or DAQ.
도 1은 능동 모드 잠금의 원리를 나타낸 구성도
도 2는 능동 모드 잠금을 이용한 공진기 길이 측정 원리를 나타낸 구성도
도 3과 도 4는 종래 기술의 파장기반 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템의 구성도
도 5는 본 발명에 따른 색분산 반사부를 이용한 광경로차 증대기술의 원리를 나타낸 구성도
도 6은 본 발명에 따른 구성 요소별 반사 스팩트럼을 나타낸 구성도
도 7a와 도 7b는 종래 기술의 RF(radio frequency) 사인(sine)파형 기반 능동 모드 잠금을 이용한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템과 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템의 비교 구성도
도 8은 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템의 구성도
도 9는 본 발명에 따른 색분산 반사부의 일 예를 나타낸 구성도1 is a block diagram showing the principle of active mode locking
2 is a block diagram illustrating a principle of resonator length measurement using active mode locking;
3 and 4 is a configuration diagram of a wavelength-based optical fiber Bragg grating sensor measurement system of the prior art
5 is a block diagram showing the principle of the optical path difference enhancement technology using the chromatic dispersion reflector according to the present invention
6 is a block diagram showing a reflection spectrum for each component according to the present invention
7A and 7B are comparisons of a duplicated fiber Bragg grating sensor measurement system using a conventional radio frequency (sine) sine waveform based active mode locking and a duplicated fiber Bragg grating sensor measurement system according to the present invention. Diagram
8 is a block diagram of a redundant optical fiber Bragg grating sensor measurement system according to the present invention
9 is a block diagram showing an example of a color dispersion reflecting unit according to the present invention
이하, 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention will be apparent from the detailed description of each embodiment below.
도 5는 본 발명에 따른 색분산 반사부를 이용한 광경로차 증대기술의 원리를 나타낸 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 구성 요소별 반사 스팩트럼을 나타낸 구성도이다.5 is a block diagram showing the principle of the optical path difference enhancement technology using the chromatic dispersion reflector according to the present invention, Figure 6 is a block diagram showing the reflection spectrum for each component according to the present invention.
본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 주기적인 전기 펄스 신호를 통해 동일한 반사 파장을 가진 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로를 측정하며 색분산 반사부를 통해 외부 물리적 변화에 따른 광경로 변화를 증대시킬 수 있도록 한 것이다.The optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention measures the optical paths of the overlapped optical fiber Bragg grating trains having the same reflected wavelength through periodic electric pulse signals, It is to increase the optical path change due to external physical change.
이를 위하여 본 발명은 펄스 형태의 파형을 통한 광이득 제어를 통해 모두 동일한 브래그 파장을 갖는 중복된 광섬유 브래그 격자열에서 발생하는 연쇄 반사 효과를 억제하고 공진 주파수 스펙트럼에서의 분해능을 향상시키기 위한 구성을 포함할 수 있다.To this end, the present invention includes a configuration for suppressing the chain reflection effect generated in the overlapping optical fiber Bragg grating trains all having the same Bragg wavelength through the optical gain control through the waveform of the pulse shape and to improve the resolution in the resonant frequency spectrum can do.
본 발명은 광경로 변화를 위한 구성으로 색분산 반사부를 포함하는 것으로, 감지부에서 생긴 미세한 차이가 색분산 반사부를 통해 증대되면서 측정 민감도를 높이는 구성을 포함할 수 있다.The present invention includes a chromatic dispersion reflection unit as a configuration for changing the optical path, and may include a configuration in which the minute difference generated by the sensing unit is increased through the chromatic dispersion reflection unit to increase the measurement sensitivity.
본 발명은 레이저 공진 구조의 센서 시스템을 통해서 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서에서 발생하는 그림자 효과로 인한 신호세기 감소를 최소화하기 위한 구성을 포함할 수 있다.The present invention may include a configuration for minimizing the reduction in signal strength due to the shadow effect generated in the overlapped optical fiber Bragg grating train through the sensor system of the laser resonance structure.
본 발명은 전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 감지부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 구성을 포함한다.The present invention includes a configuration for measuring the reflection spectrum for each wavelength of the detection unit by using a change in the degree of mode lock as the center frequency of the electrical signal changes.
본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 모두 동일한 브래그 파장을 갖는 중복된 광섬유 브래그 격자열 구조를 갖고, 외부 물리량 변화에 따라 반사광의 파장이 변화하는 광섬유 브래그 격자를 포함하는 감지부 및 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 광경로 변화 수단을 포함한다.The optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor according to the present invention has an overlapped optical fiber Bragg grating structure having the same Bragg wavelength, and the optical Bragg grating whose wavelength of reflected light changes according to the change of external physical quantity And a light path changing means for reflecting light between the maximum reflected wavelength and the minimum reflected wavelength in an operating range of the sensing unit and the sensing unit, and generating different optical paths according to the wavelength of the reflected light.
도 5a에서와 같이, 광섬유 브래그 격자 센서(FBG; fiber Bragg grating)로 광을 주사하고 돌아오는 반사광을 측정하여 해당 광섬유 브래그 격자 센서(FBG; fiber Bragg grating)까지의 광경로 길이를 알아낼 수 있는데, 중복된 광섬유 브래그 격자열을 구성하는 각각의 광섬유 브래그 격자 센서(FBG; fiber Bragg grating)가 서로 다른 광경로 길이를 가지고 있기 때문에 서로의 구분이 가능하다.As shown in FIG. 5A, the optical path length of the optical fiber Bragg grating (FBG) may be determined by scanning the light with the optical fiber Bragg grating (FBG) and measuring the reflected light returning. Since each fiber Bragg grating (FBG) constituting the overlapped fiber Bragg grating has a different optical path length, it is possible to distinguish each other.
하지만, 이와 같은 FBG들간의 구분은 광섬유에 변형이 가해지는 정도가 미세하여 길이 변화를 측정하는데 한계가 있다.However, such a distinction between FBGs is limited in measuring the change in length because the degree of deformation is applied to the optical fiber is minute.
따라서, 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 도 5b에서와 같이, 동일한 브래그 파장을 갖는 광섬유 브래그 격자 센서(FBG; fiber Bragg grating)들이 서로 다른 거리에 위치하여 중복된 광섬유 브래그 격자열 구조를 이루는 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 광경로 변화 수단을 구비한다.Accordingly, in the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention, as shown in FIG. 5B, the fiber Bragg grating sensors (FBG) having the same Bragg wavelength are positioned at different distances. And a light path changing means for reflecting light between the maximum reflected wavelength and the minimum reflected wavelength in the operating range of the sensing unit forming the overlapped optical fiber Bragg grating structure and generating different optical paths according to the wavelength of the reflected light.
여기서, 광경로 변화 수단은, 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 색분산 반사부인 것이 바람직하다.Here, the optical path changing means is preferably a chromatic dispersion reflecting part that reflects light between the maximum and minimum reflected wavelengths in the operating range of the sensing part and generates different optical paths according to the wavelength of the reflected light.
도 6은 본 발명에 따른 구성 요소별 반사 스펙트럼을 나타낸 구성도이다.6 is a block diagram showing a reflection spectrum of each component according to the present invention.
도 7a와 도 7b는 종래 기술의 RF(radio frequency) 사인(sine)파형 기반 능동 모드 잠금을 이용한 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템과 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템의 비교 구성도이다.7A and 7B are comparisons of a duplicated fiber Bragg grating sensor measurement system using a conventional radio frequency (sine) sine waveform based active mode locking and a duplicated fiber Bragg grating sensor measurement system according to the present invention. It is a block diagram.
그리고 도 8은 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서 측정 시스템의 구성도이다.8 is a block diagram of a redundant optical fiber Bragg grating sensor measurement system according to the present invention.
구체적으로 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 도 8에서와 같이, 중심주파수가 변화하는 주기적인 펄스형태의 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부(81)와, 상기 전기신호 발생부(81)로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부(82)와, 모두 동일한 브래그 파장을 갖는 중복된 광섬유 브래그 격자열 구조를 갖고, 외부 물리량 변화에 따라 반사광의 파장이 변화하는 광섬유 브래그 격자를 포함하는 감지부(83)를 포함한다.Specifically, the optical path difference-increasing-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention, as shown in Figure 8, the
이와 같은 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 광검출기(85)를 통하여 펄스 형태의 전기신호의 중심 주파수가 변화함에 따라 출력되는 광세기변화를 통해 감지부(83)의 공진주파수를 측정하고, 감지부(83)가 이루는 복수 개의 공진주파수 측정을 통해 광섬유 브래그 격자열의 광경로 분포를 측정하는 것이다.The optical path difference-increasing-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention is a sensing unit through the light intensity change is output as the center frequency of the pulse-shaped electrical signal through the
본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 도 8에서와 같이, 중심주파수가 변화하는 주기적인 펄스형태의 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부(81)와, 상기 전기신호 발생부(81)로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부(82)와, 모두 동일한 브래그 파장을 갖는 중복된 광섬유 브래그 격자열 구조를 갖고, 외부 물리량 변화에 따라 반사광의 파장이 변화하는 광섬유 브래그 격자를 포함하는 감지부(83)와, 감지부(83)의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 색분산 반사부(84)를 포함하는 것이다.The optical path difference-increasing-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention includes an
이와 같은 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 광검출기(85)를 통하여 펄스 형태의 전기신호의 중심 주파수가 변화함에 따라 출력되는 광세기변화를 통해 감지부(83)의 공진주파수를 측정하고, 감지부(83)의 반사광의 파장 변화에 따른 광경로 변화 측정을 통해 광섬유 브래그 격자의 외부 물리량 변화를 측정하는 것이다.The optical path difference-increasing-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention is a sensing unit through the light intensity change is output as the center frequency of the pulse-shaped electrical signal through the
여기서, 상기 광이득부(82)는 광이득 스펙트럼이 상기 감지부(83)의 반사 파장을 포함한다.Here, the
그리고 상기 전기신호 발생부(81)는 펄스 형태의 전기신호를 발생시키며, 그 펄스 신호의 펄스폭은 상기 감지부(83)를 이루는 브래그 격자열 사이의 광경로차이를 광속으로 나눈 값 이하이다.The
그리고 색분산 반사부(84)는 입사광과 출사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생하여 공진시키는 것으로, 어레이 광도파 격자 소자(Array Waveguide Grating), 프리즘(Prism), 회절격자(Grating), 처프 광도파 브래그 격자 소자(Chirped Waveguide Bragg Grating), 볼륨 브래그 격자 소자(Volume Bragg Grating), 분산 보상 광 섬유(Dispersion Compensation Optical Fiber)중 어느 하나 혹은 다수를 포함하고, 이로 제한되지 않는다.In addition, the
본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템의 일 예에서는 색분산 반사부(84)를 처프 광도파 브래그 격자 소자(Chirped Waveguide Bragg Grating)로 구성한다.In an example of the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention, the
도 9는 본 발명에 따른 색분산 반사부의 일 예를 나타낸 구성도이다.9 is a configuration diagram showing an example of the color dispersion reflecting unit according to the present invention.
도 9는 처프 광도파 브래그 격자 소자(Chirped Waveguide Bragg Grating)이며, 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하는 것을 특징으로 하며 광의 파장차이에 따라 광경로차를 만들어 내는 것이다.9 is a chirped waveguide bragg grating element, which reflects light between a maximum reflection wavelength and a minimum reflection wavelength in an operating range of a sensing unit, and generates an optical path difference according to a wavelength difference of light. will be.
그리고 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은, 색분산 공진을 위하여 감지부(83), 색분산 반사부(84), 광이득부(82)가 선형적 구조로 공진기를 구성한다.In addition, in the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention, the
그리고 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은, 색분산 공진을 위하여 감지부(83), 색분산 반사부(84), 광이득부(82)가 원형적 구조로 공진기를 구성한다.In addition, in the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention, the
도 6은 본 발명에 따른 구성 요소별 반사 스펙트럼을 나타낸 것으로, 전기신호 발생부(81)로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부(82)의 파장, 외부 물리량 변화에 따라 반사광의 파장이 변화하는 광섬유 브래그 격자를 포함하는 감지부(83)의 파장, 감지부(83)의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 색분산 반사부(84)의 파장을 비교한 것이다.FIG. 6 illustrates reflection spectra of each component according to the present invention, and reflects light according to a wavelength of an
이상에서 설명한 본 발명에 따른 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템은 모두 동일한 브래그 파장을 갖는 중복된 광섬유 브래그 격자열 구조를 갖고, 외부 물리량 변화에 따라 반사광의 파장이 변화하는 광섬유 브래그 격자를 포함하는 감지부 및 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 광경로 변화 수단을 포함하는 것이다.The optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating train according to the present invention described above has a duplicated fiber Bragg grating train structure having the same Bragg wavelength, and the wavelength of the reflected light changes according to the change of external physical quantity. And a light path changing means for reflecting light between the maximum reflected wavelength and the minimum reflected wavelength in the operating range of the sensing portion including the optical fiber Bragg grating and generating different optical paths according to the wavelength of the reflected light.
이와 같은 본 발명은 외부 물리적 변화에 따른 광경로 변화를 증대시킬 수 있어, 펄스 형태의 파형을 통한 광이득 제어를 통해 모두 동일한 브래그 파장을 갖는 중복된 광섬유 브래그 격자열에서 발생하는 연쇄 반사 효과를 억제하고 공진 주파수 스펙트럼에서의 분해능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention can increase the optical path change according to the external physical change, thereby suppressing the chain reflection effect generated in the overlapped optical fiber Bragg grating trains all having the same Bragg wavelength through the control of light gain through the pulse-shaped waveform. This is to improve the resolution in the resonant frequency spectrum.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention as described above.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the described embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope are included in the present invention. It should be interpreted.
81. 전기신호 발생부 82. 광이득부
83. 감지부 84. 색분산 반사부
85. 광검출기81.
83.
85. Photodetector
Claims (12)
상기 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로 변화를 광섬유 브래그 격자 위치에 따른 광경로 변화보다 더 증대되도록 발생시키는 광경로 변화 수단;을 포함하고,
상기 광경로 변화 수단에 의해 위치 변화에 의한 광경로 변화보다 반사광의 파장 변화에 의한 광경로 변화를 더 증대하여 전기신호의 중심 주파수가 변화함에 따라 출력되는 광세기변화를 통해 감지부의 공진주파수를 측정하고, 감지부가 이루는 복수 개의 공진주파수 측정을 통해 복수 개의 중복된 광섬유 브래그 격자열의 광경로가 서로 다른 거리에 위치하는 분포 측정을 하는 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.A plurality of optical fiber Bragg grating sensors (FBG) having the same Bragg wavelength are located at different distances, and have an overlapping optical fiber Bragg grating structure, and an optical Bragg grating whose wavelength of reflected light changes according to an external physical quantity change. Detecting unit comprising a;
An optical path changing means for reflecting light between the maximum and minimum reflected wavelengths in the operating range of the sensing unit and generating a different optical path change according to the wavelength of the reflected light more than the optical path change depending on the position of the optical fiber Bragg grating; Including;
The optical path change means increases the optical path change due to the wavelength change of the reflected light rather than the optical path change due to the position change, and measures the resonance frequency of the detector through the light intensity change outputted as the center frequency of the electric signal changes. The optical path difference of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor is characterized by measuring the distribution of the optical paths of the plurality of overlapped optical fiber Bragg grating trains located at different distances by measuring the plurality of resonance frequencies of the sensing unit. Measuring system.
펄스 형태의 전기신호의 중심 주파수가 변화함에 따라 출력되는 광세기변화를 통해 감지부의 공진주파수를 측정하고,
감지부의 반사광의 파장 변화에 따른 광경로 변화 측정을 통해 광섬유 브래그 격자의 외부 물리량 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.According to claim 1, Optical path difference increase based measurement system of the optical fiber Bragg grating sensor,
Measure the resonant frequency of the sensing unit by changing the intensity of the light output as the center frequency of the pulse-shaped electrical signal changes,
An optical path difference enhancement-based measurement system of an overlapped optical fiber Bragg grating train, characterized in that for measuring the change in the external physical quantity of the optical fiber Bragg grating by measuring the optical path change according to the wavelength change of the reflected light of the detector.
감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하며 이 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로를 발생시키는 색분산 반사부인 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.The method of claim 1, wherein the light path changing means,
The optical path difference of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor, which is a chromatic dispersion reflector that reflects light between the maximum and the minimum reflected wavelengths in the operating range of the detector and generates different optical paths according to the wavelength of the reflected light. Augmentation-based measurement system.
처프 광도파 브래그 격자 소자(Chirped Waveguide Bragg Grating)인 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.The method of claim 5, wherein the chromatic dispersion reflection unit,
An optical path difference enhancement-based measurement system of a redundant optical fiber Bragg grating sensor, which is a chirped waveguide bragg grating element.
중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;
상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;
상기 감지부의 반사광의 파장에 따라 서로 다른 광경로 변화를 광섬유 브래그 격자 위치의 광경로 변화보다 더 증대되도록 발생시키는 색분산 반사부;를 포함하고,
상기 색분산 반사부에 의해 위치 변화에 의한 광경로 변화보다 반사광의 파장 변화에 의한 광경로 변화를 더 증대하여 전기신호의 중심 주파수가 변화함에 따라 출력되는 광세기변화를 통해 감지부의 공진주파수를 측정하고, 감지부가 이루는 복수 개의 반사광의 파장 변화에 따른 각각의 광경로 변화 측정을 통해 복수 개의 중복된 광섬유 브래그 격자열의 각각의 광경로 변화 측정을 통해 서로 다른 거리에 위치하는 각각의 광섬유 브래그 격자의 외부 물리량 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.A detector comprising a plurality of optical fiber Bragg gratings (FBG) having the same reflection wavelength and including a plurality of overlapped optical fiber Bragg grating rows in which a plurality of overlapping optical fiber Bragg gratings are positioned in series at different distances;
An electrical signal generator for generating a periodic electrical signal whose central frequency changes;
An optical gain control unit configured to control light gain by the electrical signal received from the electrical signal generator;
And a chromatic dispersion reflector for generating a different optical path change according to a wavelength of reflected light of the sensing unit so as to increase more than the optical path change at a position of an optical fiber Bragg grating.
The resonant frequency of the detector is measured by changing the light intensity output by changing the center frequency of the electric signal by increasing the optical path change due to the wavelength change of the reflected light rather than the optical path change due to the positional change by the chromatic dispersion reflector. The outside of each optical fiber Bragg grating positioned at different distances by measuring the optical path change of the plurality of overlapping optical fiber Bragg grating trains by measuring the optical path change according to the wavelength change of the plurality of reflected light beams formed by the detector. An optical path difference enhancement-based measurement system of a duplicated fiber Bragg grating sensor, characterized by measuring a change in physical quantity.
색분산 공진을 위하여 감지부, 색분산 반사부, 광이득부가 선형적 구조로 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.The system of claim 7, wherein the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor
An optical path difference-increasing-based measurement system of an overlapping optical fiber Bragg grating sensor, characterized in that the sensing unit, the chromatic reflecting unit, and the optical gain unit constitute a resonator in a linear structure for chromatic dispersion resonance.
색분산 공진을 위하여 감지부, 색분산 반사부, 광이득부가 원형적 구조로 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.The system of claim 7, wherein the optical path difference enhancement-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor
An optical path difference-increasing-based measurement system of an overlapped optical fiber Bragg grating sensor, characterized in that the sensing unit, the chromatic reflecting unit, and the optical gain unit constitute a resonator in a circular structure for chromatic dispersion resonance.
광이득 스펙트럼이 상기 감지부의 반사 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.The method of claim 7, wherein the light gain unit,
The optical path difference increase-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor, characterized in that the light gain spectrum includes the reflection wavelength of the sensing unit.
상기 감지부의 동작범위에서 최대 반사파장과 최소 반사파장 사이의 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.The method of claim 7, wherein the chromatic dispersion reflection unit,
The optical path difference increase-based measurement system of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor, characterized in that for reflecting light between the maximum reflection wavelength and the minimum reflection wavelength in the operating range of the detection unit.
펄스 형태의 전기신호를 발생시키며, 그 펄스 신호의 펄스폭은 상기 감지부를 이루는 브래그 격자열 사이의 광경로차이를 광속으로 나눈 값 이하인 것을 특징으로 하는 중복된 광섬유 브래그 격자열 센서의 광경로차 증대기반 측정 시스템.
The method of claim 7, wherein the electrical signal generator,
Generates an electrical signal in the form of a pulse, and the pulse width of the pulse signal is the optical path difference of the overlapped optical fiber Bragg grating sensor, characterized in that the optical path difference between the Bragg grating trains forming the sensing unit is less than the value divided by the speed of light Based measurement system.
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| KR (1) | KR102042812B1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210098196A (en) | 2020-01-31 | 2021-08-10 | 부산대학교 산학협력단 | Duplicated Fiber Bragg Grating Arrays Measuring System and Method for Measuring the Same |
| CN114459513A (en) * | 2021-12-15 | 2022-05-10 | 国网山东省电力公司济南供电公司 | Power cable hole plugging monitoring device and method |
| KR20220114314A (en) * | 2021-02-08 | 2022-08-17 | 부산대학교 산학협력단 | System and Method for Measuring Continuous Distribution External Force using Discrete Distributed Fiber Bragg Grating |
| KR20230144319A (en) | 2022-04-07 | 2023-10-16 | 부산대학교 산학협력단 | Distributed tactile sensor system based on resonance frequency multiplexing and method for measuring using the same |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140086118A (en) | 2012-12-28 | 2014-07-08 | 전자부품연구원 | FBG Sensor System and Optical Signal Processing Module thereof |
| KR20160099991A (en) * | 2015-02-13 | 2016-08-23 | 부산대학교 산학협력단 | Oscillation wavelength variable light source apparatus and measuring device using the same |
| KR20170075920A (en) | 2015-12-23 | 2017-07-04 | 한국원자력연구원 | method of measuring using FBG sensor |
| KR101833968B1 (en) | 2016-09-21 | 2018-03-02 | 부산대학교 산학협력단 | Apparatus for Measuring Reflection Spectral according to Wavelength based on Dispersion Medium and Measurement System for Using the same |
-
2018
- 2018-10-24 KR KR1020180127562A patent/KR102042812B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140086118A (en) | 2012-12-28 | 2014-07-08 | 전자부품연구원 | FBG Sensor System and Optical Signal Processing Module thereof |
| KR20160099991A (en) * | 2015-02-13 | 2016-08-23 | 부산대학교 산학협력단 | Oscillation wavelength variable light source apparatus and measuring device using the same |
| KR20170075920A (en) | 2015-12-23 | 2017-07-04 | 한국원자력연구원 | method of measuring using FBG sensor |
| KR101833968B1 (en) | 2016-09-21 | 2018-03-02 | 부산대학교 산학협력단 | Apparatus for Measuring Reflection Spectral according to Wavelength based on Dispersion Medium and Measurement System for Using the same |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210098196A (en) | 2020-01-31 | 2021-08-10 | 부산대학교 산학협력단 | Duplicated Fiber Bragg Grating Arrays Measuring System and Method for Measuring the Same |
| KR102414178B1 (en) * | 2020-01-31 | 2022-06-28 | 부산대학교 산학협력단 | Duplicated Fiber Bragg Grating Arrays Measuring System and Method for Measuring the Same |
| KR20220114314A (en) * | 2021-02-08 | 2022-08-17 | 부산대학교 산학협력단 | System and Method for Measuring Continuous Distribution External Force using Discrete Distributed Fiber Bragg Grating |
| KR102454495B1 (en) * | 2021-02-08 | 2022-10-14 | 부산대학교 산학협력단 | System and Method for Measuring Continuous Distribution External Force using Discrete Distributed Fiber Bragg Grating |
| CN114459513A (en) * | 2021-12-15 | 2022-05-10 | 国网山东省电力公司济南供电公司 | Power cable hole plugging monitoring device and method |
| KR20230144319A (en) | 2022-04-07 | 2023-10-16 | 부산대학교 산학협력단 | Distributed tactile sensor system based on resonance frequency multiplexing and method for measuring using the same |
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