KR102257884B1 - Optical fiber sensor system for measuring 3 components vibration of seismic profiling and method for measuring 3 components vibration using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지반의 구조, 물성, 매장물의 탐지에 사용되는 물리탐사방법 중 탄성파 탐사에 관한 것으로서, 특히 광섬유 센서 케이블을 이용한 탄성파 탐사기술에 관한 것이다. The present invention relates to seismic exploration among physical exploration methods used to detect structures, properties, and deposits of a ground, and in particular, to seismic exploration technology using an optical fiber sensor cable.
발생시킨 탄성파가 지하 지층에서 반사되거나 또는 굴절되어 되돌아오는 신호를 수신기로 기록하여, 지하 지질구조나 암석의 물리적 특성을 규명하는 탐사를 말한다. 지하에 매장되어 있는 석유, 가스, 광물 자원을 탐사하는데 사용되거나, 지하에 매설된 케이블 등을 탐사하는 엔지니어링 목적으로 사용되기도 한다.It refers to an exploration in which the generated seismic wave is reflected or refracted from an underground layer and returned by a receiver to determine the physical characteristics of the underground geological structure or rock. It is used for exploring oil, gas and mineral resources buried underground, or for engineering purposes to explore cables buried underground.
도 1은 해상 탄성파 탐사 및 육상 탄성파 탐사(a)와 시추공을 이용한 수직 탄성파 탐사(b)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a diagram for explaining offshore seismic exploration and terrestrial seismic exploration (a) and vertical seismic exploration using boreholes (b).
도 1을 참고하면, 기존의 탄성파 탐사는 수신기, 즉 지오폰(geophone) 또는 하이드로폰(hydrophone)을 지반 또는 해수면에 일렬로 또는 매트릭스 형태로 삽입설치하고, 특정 지점에서 인위적으로 진동(source)을 발생시켜 지오폰이나 하이드로폰으로 수신되는 신호를 분석하여 탐사를 수행하였다. Referring to FIG. 1, in the conventional seismic survey, a receiver, that is, a geophone or hydrophone, is inserted and installed in a line or in a matrix form on the ground or sea level, and artificially generates a vibration (source) at a specific point. It was generated by analyzing the signal received by the geophone or hydrophone to conduct the exploration.
최근에는 지오폰이나 하이드로폰을 대신하여 광섬유를 수신기로 수직 탄성파 탐사에 이용하는 방법이 제시되고 있다. 광섬유를 이용한 자료획득 시스템 구조가 도 2에 도시되어 있다. Recently, a method of using an optical fiber as a receiver for vertical seismic survey in place of a geophone or hydrophone has been proposed. The structure of the data acquisition system using optical fiber is shown in FIG. 2.
도 2를 참고하면, 광섬유 센서를 이용한 수직 탄성파 탐사에서는 광섬유를 지반에 밀착되게 설치하고, 광원-광변조기-서큘레이터를 통해 광신호(레이저)를 송출한다. 광신호는 광섬유를 따라 순방향으로 진행하지만, 광이 지나가는 광섬유의 각 지점(연속적)에서는 광의 산란에 의하여 거꾸로 반사되어 돌아오는 반사신호가 존재한다. 즉 광섬유를 전파하던 광은 광섬유 내 분자와 충돌하면서 산란이 일어나 역방향으로 반사신호를 발생시키는 것이다. Referring to FIG. 2, in vertical seismic survey using an optical fiber sensor, an optical fiber is installed in close contact with the ground, and an optical signal (laser) is transmitted through a light source, an optical modulator, and a circulator. The optical signal travels forward along the optical fiber, but at each point (continuous) of the optical fiber through which the light passes, there is a reflected signal that is reflected backwards and returned by the scattering of light. In other words, the light propagating through the optical fiber collides with molecules in the optical fiber and scatters to generate a reflected signal in the reverse direction.
서큘레이터에서는 되돌아오는 반사신호(역산란광)를 광검출기 쪽으로 가이드한다. 아날로그 형태의 반사신호는 디지털 신호로 변환되어 프로세서에서 분석하게 된다. The circulator guides the reflected signal (backscattered light) back toward the photodetector. The reflected signal in analog form is converted into a digital signal and analyzed by the processor.
정상상태에서는 반사신호가 일정한 패턴을 보이는데, 외부에서 탄성파를 인가하면 지하에서 반사 또는 굴절된 탄성파가 광섬유에 작용하여, 산란(레일리 산란 등)의 크기, 진동수 및 위상이 변화하므로 반사신호는 정상상태와는 다른 패턴을 보이게 된다. 즉, 탄성파의 인가에 의하여 반사신호의 패턴이 다르게 나타난다. 이렇게 탄성파의 존재, 탄성파의 진폭, 진동수 등에 따라 반사신호의 패턴이 다르게 나타나는 점을 이용하여 지진을 확인하거나, 지반의 구조를 해석할 수 있다. In the normal state, the reflected signal shows a certain pattern.When an external elastic wave is applied, the reflected or refracted elastic wave acts on the optical fiber, and the size, frequency, and phase of the scattering (Raily scattering, etc.) change, so the reflected signal is in a steady state. It shows a different pattern than that. That is, the pattern of the reflected signal appears differently by the application of the acoustic wave. In this way, by using the fact that the pattern of the reflected signal appears differently depending on the presence of the elastic wave, the amplitude of the elastic wave, the frequency, etc., it is possible to confirm the earthquake or analyze the structure of the ground.
기존의 지오폰이나 하이드로폰을 이용한 탄성파 탐사에서는 도 1에 도시된 바와 같이 수신기를 일정 간격으로 배치(multi-poiny array)하여 수신기가 있는 지점에서만 굴절파, 반사파를 수신할 수 있었지만, 광섬유 센서를 이용하면 광섬유의 모든 지점(distributed)에서 반사신호를 얻을 수 있다. 즉 지오폰이나 하이드로폰들이 연속적으로 배치되어 있는 것과 동일한 효과가 발생한다. 광섬유 센서는 최소 0.25m 단위로 공간분해능을 가지는 바 기존에 단속적으로 배치되던 지오폰이나 하이드로폰에 비하여 고밀도의 탐사결과를 획득할 수 있다. In the conventional seismic survey using geophones or hydrophones, as shown in FIG. 1, the receivers were arranged at regular intervals (multi-poiny array) to receive refracted waves and reflected waves only at the point where the receiver is located. If used, the reflected signal can be obtained at any point (distributed) of the optical fiber. In other words, the same effect occurs as geophones or hydrophones are arranged in a row. Since the optical fiber sensor has a spatial resolution in units of at least 0.25m, it is possible to obtain high-density exploration results compared to the existing intermittently deployed geophones or hydrophones.
또한 광섬유 센서는 전자기적 간섭에 영향을 받지 않으므로 기존의 코일 및 전자기 유도 방식의 지오폰에 비해 전기적 잡음으로부터 자유롭다. 또한 광을 이용함에 따라 최대 50km(1kHz sample/S)까지 광역 스케일에 신호 수집이 가능해 기존의 탄성파 탐사에 비하여 경제적이며 효율적이다. In addition, since the optical fiber sensor is not affected by electromagnetic interference, it is free from electrical noise compared to the conventional coil and electromagnetic induction geophone. In addition, by using light, it is possible to collect signals on a wide scale of up to 50km (1kHz sample/S), which is more economical and efficient than conventional seismic surveys.
한편, 종래의 탄성파 탐사에서는 도 3에 도시된 바와 같은 3성분 지오폰을 사용하여 진동의 여부는 물론 진동의 방향성까지 측정할 수 있다. 3성분 진동측정은 탄성파 탐사에서 매우 중요하다. 즉 3성분 측정을 통해 지층 내 한 지점에서의 실체적 탄성파(P-/S-파) 거동을 입체적으로 파악함으로써, 지층의 암석학적 특성, 암상 및 파쇄대의 이방성, 유체포화도의 영향을 보다 정밀하게 분석할 수 있기 때문이다. 또한 지진을 기록하고 분석함으로써 지진의 규모와 단층면해(focal mechanism) 규명, 진원 결정을 위해서는 P-파, S-파 및 코다(coda)의 3성분 측정이 필수적이다. Meanwhile, in the conventional seismic survey, a three-component geophone as shown in FIG. 3 can be used to measure not only the presence of vibration, but also the direction of the vibration. The three-component vibration measurement is very important in seismic survey. In other words, by three-dimensionally grasping the behavior of real seismic waves (P-/S-waves) at one point in the stratum through three-component measurement, the effect of the petrological properties of the stratum, the anisotropy of the rock formations and crushed zones, and the fluid saturation is more precise. Because it can be analyzed. In addition, three-component measurements of P-wave, S-wave, and coda are essential to determine the magnitude and focal mechanism of the earthquake by recording and analyzing the earthquake, and to determine the origin.
이에 광섬유 센서를 이용한 분포형 센싱 시스템에서도 방향성 탐사에 대한 연구가 진행되고 있다. 도 3에 도시된 육상 지오폰의 경우 3개의 방향에 일치시켜서 코일을 설치하여 진동의 방향성을 측정할 수 있지만, 광섬유 센서는 광케이블이 길게 배치되는 형태이므로, 3성분(X축, Y축, Z축) 진동을 별도로 측정하는 것이 구조적으로 용이하지 않다는 문제점이 있다. Accordingly, research on directional sensing is underway even in a distributed sensing system using an optical fiber sensor. In the case of the terrestrial geophone shown in FIG. 3, the direction of vibration can be measured by installing a coil in accordance with three directions, but the optical fiber sensor is in the form of a long optical cable, so three components (X-axis, Y-axis, Z There is a problem that it is not structurally easy to measure the axis) vibration separately.
이러한 어려움으로 인해, 현재 광섬유 센서를 이용한 3성분 진동 측정에 대한 기술적 개념만 도출된 상태이며, 상용화는 이루어지지 않았다. Due to these difficulties, only the technical concept for the three-component vibration measurement using the optical fiber sensor has been derived, and commercialization has not been made.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 광섬유를 이용한 분포형 센서를 통해 진동을 측정할 뿐만 아니라, 진동의 방향성까지 측정 가능한 광섬유 센서시스템 및 이를 이용한 3성분 진동 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide an optical fiber sensor system capable of not only measuring vibration through a distributed sensor using an optical fiber, but also measuring the direction of vibration, and a three-component vibration measuring method using the same. .
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, another object of the present invention that is not specified will be additionally considered within a range that can be easily deduced from the following detailed description and effects thereof.
따른 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템은, 광을 송출하는 광원; 미리 설정된 각도 간격으로 상호 이격되며, 상기 광원으로부터 송출된 광이 각각 전파되면서 역산란광을 생성하는 복수의 광섬유센서; 상기 광섬유센서로부터 생성된 역산란광을 복수의 갈래로 나누는 광분할기; 서로 다른 상기 광섬유센서로부터 생성된 역산란광을 상호 결합하여, 서로 다른 상기 광섬유센서를 연결하는 직선방향의 방향성 광신호를 만드는 광결합기; 및 상기 방향성 광신호를 처리하여 상기 직선방향의 진동을 측정하는 신호처리부;를 포함하는 것에 특징이 있다. According to the optical fiber sensor system for measuring the three-component vibration, a light source for transmitting light; A plurality of optical fiber sensors spaced apart from each other at predetermined angular intervals and generating back-scattered light while each of the light transmitted from the light source propagates; An optical splitter that divides the back-scattered light generated from the optical fiber sensor into a plurality of branches; An optical coupler that combines the back-scattered light generated from the different optical fiber sensors with each other to generate a directional optical signal in a linear direction connecting the different optical fiber sensors; And a signal processor configured to process the directional optical signal to measure the vibration in the linear direction.
본 발명에 따르면, 상기 광섬유센서 중 어느 하나는 상기 광섬유센서의 길이방향에 대한 진동을 측정하기 위한 것으로서, 상기 광분할기와 광결합기 사이에 연결되어 상기 광분할기에서 분할된 일부의 역산란광을 전파하는 딜레이 광섬유케이블을 더 구비하며,According to the present invention, any one of the optical fiber sensors is for measuring vibration in the longitudinal direction of the optical fiber sensor, and is connected between the optical splitter and the optical coupler to propagate some of the back-scattered light divided by the optical splitter. Further provided with a delay fiber optic cable,
상기 딜레이 광섬유센서를 통과한 역산란광과 상기 광분할기에서 분할된 역산란광이 상기 광결합기에서 다시 결합되어 상기 광섬유센서의 길이방향에 대한 방향성 광신호를 형성할 수 있다. The back-scattered light passing through the delay optical fiber sensor and the back-scattered light divided by the optical splitter may be combined again in the optical coupler to form a directional optical signal in the longitudinal direction of the optical fiber sensor.
본 발명의 일 예에서, 상기 광섬유센서는 A센서, B센서 및 C센서로 3개 마련되어, 상기 B센서를 기준으로 상기 A센서와 C센서가 서로 90도 각도 간격으로 배치되며, 상기 B센서 및 C센서에서 생성된 역산란광에 의하여 형성된 방향성 광신호에 의하여 X축방향 진동을 측정하며, 상기 A센서와 B센서에서 생성된 역산란광에 의하여 형성된 방향성 광신호에 의하여, 상기 X축방향과 직교하는 Y축방향의 진동을 측정한다. 또한, 상기 A센서와 C센서에서 생성된 역산란광에 의하여 형성된 방향성 광신호에 의하여, 상기 X축방향 및 Y축방향 사이의 XY축 진동을 측정가능하다. In an example of the present invention, the optical fiber sensor is provided with three A sensor, a B sensor, and a C sensor, and the A sensor and the C sensor are arranged at 90 degrees apart from each other based on the B sensor, and the B sensor and Vibration in the X-axis direction is measured by a directional optical signal generated by the back-scattered light generated by the C sensor, and orthogonal to the X-axis direction by a directional optical signal formed by the back-scattered light generated by the A and B-sensors. Measure the vibration in the Y-axis direction. In addition, it is possible to measure the XY axis vibration between the X-axis direction and the Y-axis direction by a directional optical signal formed by the back-scattered light generated by the A sensor and the C sensor.
더 나아가, 본 예에서 상기 광섬유센서는 D센서가 더 마련되며, 상기 D센서는 상기 X축 및 Y축과 각각 직교하는 Z축 방향의 진동을 측정하기 위한 것으로서, 상기 광분할기와 광결합기 사이에 연결되어 상기 광분할기에서 분할된 일부의 역산란광을 전파하는 딜레이 광섬유케이블을 더 구비하며, 상기 딜레이 광섬유케이블을 통과한 역산란광과 상기 광분할기에서 분할된 역산란광이 상기 광결합기에서 다시 결합되어 상기 Z축 방향에 대한 방향성 광신호를 형성하는 것이 바람직하다. Further, in this example, the optical fiber sensor is further provided with a D sensor, and the D sensor is for measuring vibrations in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and Y-axis, and between the optical splitter and the optical coupler. Further comprising a delay optical fiber cable connected to propagate a portion of the back-scattered light divided by the optical splitter, and the back-scattered light passing through the delayed optical fiber cable and the back-scattered light divided by the optical splitter are recombined in the optical combiner, and the It is preferable to form a directional optical signal in the Z-axis direction.
본 발명의 일 예에서, 상기 복수의 광섬유센서는 하나의 케이블 내에 설치되며, 상기 케이블과 광섬유센서들 사이는 빈 공간이 없도록 충진재에 의하여 채워져 있는 것이 바람직하다. In an example of the present invention, it is preferable that the plurality of optical fiber sensors are installed in one cable, and are filled with a filler so that there is no empty space between the cable and the optical fiber sensors.
본 발명의 일 예에서, 상기 광원으로부터 송출된 광을 복수의 갈래로 분할하여 상기 복수의 광섬유센서로 송출하는 광분할기를 더 구비하는 것이 바람직하다. In an example of the present invention, it is preferable to further include an optical splitter for dividing the light transmitted from the light source into a plurality of prongs and transmitting the light to the plurality of optical fiber sensors.
본 발명에 따르면, 상기 신호처리부는 방향성 광신호의 위상 변화를 검출하여 방향성 진동을 측정한다. 보다 구체적으로 상기 신호처리부는 방향성 광신호를 120 ° 위상차이가 나도록 3개로 분할하는 광분할기와, 3갈래로 분할된 방향성 광신호를 검출하는 복수의 광검출기를 구비하는 것이 바람직하다. According to the present invention, the signal processing unit measures directional vibration by detecting a phase change of a directional optical signal. More specifically, it is preferable that the signal processing unit includes an optical splitter for dividing the directional optical signal into three so as to have a phase difference of 120°, and a plurality of photodetectors for detecting the directional optical signal divided into three branches.
본 발명에 따르면, 상기 방향성 진동의 측정은 특정 방향에서의 일측과 타측에서 인가되는 진동을 각각 측정가능하다. According to the present invention, the measurement of the directional vibration can measure vibrations applied from one side and the other side in a specific direction, respectively.
또한, 상기 광섬유센서는 상하방향으로 지반에 형성된 관측공에 삽입설치되어, 상하방향의 진동, 상기 상하방향과 직교하는 평면상에서 상호 수직한 X축과 Y축의 진동을 측정가능하다. In addition, the optical fiber sensor is inserted into the observation hole formed in the ground in the vertical direction, and the vibration in the vertical direction and the vibration of the X-axis and the Y-axis perpendicular to each other on a plane orthogonal to the vertical direction can be measured.
힌편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 광섬유센서를 이용한 3성분 진동 측정방법은, 시추공에 삽입된 2개의 광섬유센서에 각각 광을 전파시키면서, 각 광섬유센서로부터 역산란광을 발생시키는 단계; 상기 2개의 광섬유센서로부터 각각 생성된 역산란광을 상호 결합시켜, 2개의 광섬유센서를 연결하는 직선 방향의 진동 정보가 포함된 방향성 광신호를 생성하는 단계; 상기 방향성 광신호의 위상 변화를 검출하여 방향성 진동을 측정하는 단계;를 포함하는 것에 특징이 있다. Hinpyeon, a three-component vibration measurement method using an optical fiber sensor to achieve the object of the present invention, while propagating light to each of the two optical fiber sensors inserted in the borehole, generating back-scattered light from each optical fiber sensor; Generating a directional optical signal including vibration information in a linear direction connecting the two optical fiber sensors by combining back-scattered light generated from the two optical fiber sensors with each other; And measuring a directional vibration by detecting a phase change of the directional optical signal.
또한 3개의 광섬유센서를 이용하여 동일 평면 상의 2개의 방향(예컨대 상호 직교하는 X축 및 Y축)에 대한 진동을 측정할 수 있다. 즉 본 발명에서는 3개의 광섬유센서를 시추공에 설치하되, 중앙에 배치된 광섬유센서를 기준으로 2개의 광섬유센서가 상호 직교하게 시추공에 배치된 상태에서, 상기 3개의 광섬유센서에 각각 광을 전파시키면서, 각 광섬유센서로부터 역산란광을 발생시키는 단계; 상기 3개의 광섬유센서로부터 각각 생성된 역산란광을 2개씩 상호 결합시켜, 2개의 광섬유센서를 연결하는 직선 방향의 진동 정보가 포함된 방향성 광신호를 생성하는 단계; 상기 방향성 광신호의 위상 변화를 검출하여 방향성 진동을 측정하는 단계;를 포함한다. In addition, it is possible to measure vibrations in two directions on the same plane (eg, an X-axis and a Y-axis that are orthogonal to each other) using three optical fiber sensors. That is, in the present invention, three optical fiber sensors are installed in the borehole, and in a state in which the two optical fiber sensors are disposed in the borehole orthogonally to each other based on the optical fiber sensor disposed in the center, while propagating light to each of the three optical fiber sensors, Generating back-scattered light from each optical fiber sensor; Generating a directional optical signal including vibration information in a linear direction connecting the two optical fiber sensors by combining two back-scattered light generated from each of the three optical fiber sensors with each other; And measuring a directional vibration by detecting a phase change of the directional optical signal.
본 발명의 일 예에서, 적어도 하나의 상기 광섬유센서에서 발생한 역산란광을 복수로 분할한 후, 분할된 역산란광을 다른 광섬유센서에서 발생한 역산란광과 결합시켜 상기 방향성 광신호를 생성할 수 있다. In an example of the present invention, after dividing the back-scattered light generated by at least one optical fiber sensor into a plurality, the divided back-scattered light may be combined with the back-scattered light generated by another optical fiber sensor to generate the directional optical signal.
특히, 상기 방향성 광신호를 120° 위상차를 갖는 3개의 광신호로 분할한 후, 상기 3개의 광신호의 광세기(optical power) 및 DCM 위상 변화(phase difference)를 검출한다. In particular, after dividing the directional optical signal into three optical signals having a phase difference of 120°, optical power and DCM phase difference of the three optical signals are detected.
광섬유 센싱 기술 분야에서 방향성 진동을 측정하는 것은 기술적 난제로 여겨지고 있고 이에 대한 해결책이 제시되지 못하고 있는 여건에서, 본 발명은 방향성 진동 측정에 대한 이론적 방법뿐만 아니라 구체적인 시스템을 제공한다는데 큰 의의가 있다. In the field of optical fiber sensing technology, measuring directional vibration is considered to be a technical challenge, and a solution to the directional vibration has not been proposed, and the present invention has great significance in providing a concrete system as well as a theoretical method for measuring directional vibration.
본 발명에 따른 광섬유센서를 이용한 3성분 진동 측정방법 및 센서시스템은 복수의 광섬유센서에서 생성된 역산란광을 상호 결합시켜 진동의 방향성을 측정할 수 있다는 이점이 있다. The three-component vibration measurement method and sensor system using an optical fiber sensor according to the present invention has the advantage of measuring the direction of vibration by combining back-scattered light generated by a plurality of optical fiber sensors with each other.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if it is an effect not explicitly mentioned herein, it is added that the effect described in the following specification and its provisional effect expected by the technical features of the present invention are treated as described in the specification of the present invention.
도 1은 탄성파 탐사의 원리를 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도 2는 광섬유 센서를 이용한 탄성파 자료획득 시스템의 구성(구조)를 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도 3은 방향성 탐사를 위한 종래의 3성분 지오폰의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 3성분 측정을 위한 광섬유 센서시스템이 관측공에 설치된 상태를 나타내기 위한 개략적 도면이다.
도 5는 도 4의 A-A선 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 광섬유 센서시스템의 주요 부분을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 광섬유센서에 인가된 진동에 의한 위상 변화 요인을 설명하기 위한 것이다.
도 8은 복수의 광섬유센서에서 생성된 역산란광을 결합한 방향성 광신호를 이해 진동의 방향성 측정을 설명하기 위한 것이다.
도 9 및 도 10은 신호처리부를 설명하기 위한 것이다.
도 11은 DCM(Differential and Cross-Multiply) 방식으로 위상을 분리하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 진동의 여부 및 방향에 따라 2개의 광섬유의 길이변화, 방향성 광신호의 광세기 변화 및 위상 변화를 설명하기 위한 것이다.
도 14는 3성분 진동 여부에 따른 방향성 광신호의 위상변화를 정리한 표이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.1 is a schematic diagram for explaining the principle of seismic exploration.
2 is a schematic diagram for explaining the configuration (structure) of an acoustic wave data acquisition system using an optical fiber sensor.
3 is a photograph of a conventional three-component geophone for directional exploration.
4 is a schematic diagram illustrating a state in which an optical fiber sensor system for three-component measurement according to an example of the present invention is installed in an observation hole.
5 is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4.
6 is a view for explaining a main part of the optical fiber sensor system according to an example of the present invention.
7 is for explaining a phase change factor due to vibration applied to the optical fiber sensor.
8 is for explaining the measurement of the direction of vibration by understanding the directional optical signal that combines back-scattered light generated by a plurality of optical fiber sensors.
9 and 10 are for explaining the signal processing unit.
11 is a diagram for describing phase separation in a DCM (Differential and Cross-Multiply) method.
12 and 13 are for explaining a change in length of two optical fibers, a change in light intensity of a directional optical signal, and a change in phase according to the presence and direction of vibration.
14 is a table summarizing the phase change of a directional optical signal according to whether or not three-component vibrations are present.
※ The accompanying drawings reveal that they are exemplified by reference for an understanding of the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명은 탄성파 탐사를 위한 광섬유 센서시스템에 관한 것이다. 광섬유센서를 지표면이나 지중에 수평하게 포설하는 형태를 배제하지는 않지만, 지반을 천공하여 상하방향으로 형성된 관측공 또는 시추공에 광섬유를 삽입하는 형태로 주로 사용된다. 인위적으로 진동을 발생시켜 지반의 구조, 에너지자원의 매장량 및 이산화탄소의 저장 여부를 조사하는 좁은 의미의 탄성파 탐사는 물론, 지진 등 지중 진동을 관측하는데 사용한다. The present invention relates to an optical fiber sensor system for seismic survey. It is not excluded that the optical fiber sensor is installed horizontally on the ground or underground, but it is mainly used in the form of inserting an optical fiber into an observation hole or a borehole formed in the vertical direction by drilling the ground. It is used to observe underground vibrations such as earthquakes, as well as seismic surveys in a narrow sense to investigate the structure of the ground, reserves of energy resources, and whether carbon dioxide is stored by artificially generating vibrations.
광섬유 센서를 이용한 탄성파 탐사는 현재 연구개발 초기 단계에 있으며, 정확성과 효율성을 높이기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. Seismic survey using optical fiber sensors is currently in the early stages of research and development, and various attempts are being made to increase accuracy and efficiency.
본 발명에서는 특히 광섬유 센싱에 의하여 진동의 방향성을 측정하는 것에 착안하였으며, 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 케이블 시스템을 개발하기에 이르렀다. In the present invention, in particular, focusing on measuring the direction of vibration by optical fiber sensing, it has come to develop an optical fiber sensor cable system for measuring three-component vibration.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 시스템에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an optical fiber sensor system for measuring three-component vibration according to an example of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.However, in describing the present invention, a detailed description will be omitted if it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscure as matters that are obvious to those skilled in the art with respect to known functions related to the present invention.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 3성분 측정을 위한 광섬유 센서시스템이 관측공에 설치된 상태를 나타내기 위한 개략적 도면이며, 도 5는 도 4의 A-A선 개략적 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 예에 따른 광섬유 센서시스템의 주요 부분을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a schematic diagram showing a state in which an optical fiber sensor system for three-component measurement according to an example of the present invention is installed in an observation hole, FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4, and FIG. 6 is an exemplary embodiment of the present invention. It is a diagram for explaining the main parts of the optical fiber sensor system according to the example.
도면을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템(100, 이하, '광섬유 센서시스템'이라 함)은 지반(g)에 수직방향(경사방향도 포함)으로 형성된 시추공(h)에 광섬유센서케이블(30)을 길게 매설하여 설치한다. 진동에 대한 민감도를 높이기 위하여, 시추공(h)의 내벽에 시멘트(c)로 라이닝을 설치하고, 광섬유센서케이블(30)은 라이닝 내에 매립되도록 한다. 광섬유센서케이블(30)의 상단은 후술할 광원과 연결되며, 광원, 광분할기, 신호처리부 등 다른 시스템요소(90)들은 지상에 설치된다. Referring to the drawings, an optical fiber sensor system (100, hereinafter referred to as'optical fiber sensor system') for measuring a three-component vibration according to an example of the present invention is formed in a vertical direction (including an inclined direction) on the ground (g). The optical
광섬유센서케이블(30)은 복수의 광섬유센서(31,32,33,34)를 구비한다. 본 예에서는 대략 정사각형 형태로 4개 배치되는데, 실시예에 따라서 2~3개 내지는 5개 이상 배치될 수도 있다. 설명의 편의상 4개의 광섬유센서를 각각 A센서(31), B센서(32), C센서(33) 및 D센서(34)로 명명한다. B센서(32)를 기준으로 A센서(31)와 C센서(33)는 상호 직교하게 배치된다. 물론 다른 실시예에서는 이들이 반드시 직교할 필요는 없으며, 목적에 따라 복수의 센서들 사이의 배치는 미리 설정된 각도 간격으로 조정될 수 있다. The optical
본 예에서는 A센서(31)와 B센서(32)에 의하여 수평면 상의 Y축 진동을 측정하고, B센서(32)와 C센서(33)에 의하여 수평면 상에서 Y축과 직교하는 X축 진동을 측정한다. D센서(34)는 독자적으로 X축 및 Y축에 수직한 Z축 방향의 진동을 측정한다. 또한 A센서(31)와 C센서(33)에 의하여 수평면 상에서 X축과 Y축 사이의 XY축 진동을 측정할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다. In this example, the Y-axis vibration on the horizontal plane is measured by the
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 광섬유 센서시스템(100)은 광을 송출하는 광원(10)을 구비한다. 본 실시예에서 광원(10)은 고간섭성 레이저광을 송출한다. 광원(10)의 후단에는 광절연체(11, optical isolator)가 연결되어 광원(10)의 손상을 방지한다. 6, the optical fiber sensor system 100 according to the present invention includes a
광원(10)에서 송출된 광의 세기가 광섬유센서에서 역산란광을 생성하기에 충분하지 않은 경우 광증폭기(12, EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier)를 이용해 광세기를 증폭시킨다. 광증폭기(12)에서는 레이저광의 출력 광파장을 유도방출(stimulated emission)을 통해 증폭시키는 과정에서 자연방출(spontaneous emission) 광이 생성되는데, 이를 ASE 노이즈(Amplified spontaneous emission noise)라 한다. 광증폭기(12)에서 출력된 광은 ASE 밴드패스필터(13, band-pass filter)를 통과하면서 ASE 노이즈가 제거된다. ASE 밴드패스필터(13) 후단에는 SOA(semiconductor optical amplifier) 광스위치(14, optical switch)가 연결되어, 지속파(CW: Continuous Wave) 형태의 레이저광을 광펄스로 변환한다. 광펄스로 변환된 광은 광절연기(15) 및 ASE 밴드패스필터(16)를 통과하여 제1광분할기(20)로 입력된다. When the intensity of light transmitted from the
제1광분할기(20)는 광펄스를 복수의 갈래로 분할하기 위한 것이다. 본 예에서는 1X4 광분할기를 이용해 4개(각 25%의 광세기)로 분리한다. 4개로 분할된 광펄스는 각각 광순환기(21, optical circulator)로 전송된다. 광순환기(21)에는 제1광분할기(20)로부터 광이 입력되는 입력포트(21a), 광섬유센서로 광을 출력하고 입력받는 입출력포트(21b) 및 광섬유센서에서 생성된 역산란광을 신호처리부로 전송하는 출력포트(21c)를 구비한다. The first
4개로 분리된 광펄스는 각각 광순환기를 거쳐 광섬유센서(31,32,33,34)로 유입되어, 광섬유센서를 타고 전파된다. 광펄스가 광섬유센서를 통과하면서 역산란광을 만들어낸다. 즉 광펄스가 지나는 광섬유센서의 각 지점(연속적)에서 광섬유 내 분자와 충돌하면서 이른바 '레일리 산란 역산란광(Rayleigh back scattering)'을 생성하고, 이 역산란광은 광펄스가 진행되는 반대방향으로 전파되어 상기한 광순환기(21)의 입출력포트(21b) 및 출력포트(21c)를 거쳐 도 8에 나타낸 제2광분할기(40)로 전송된다. The optical pulses separated into four are each introduced into the
광섬유센서케이블(30)은 외피(39) 내부에 복수의 광섬유센서(31,32,33,34)가 사전에 설정된 형태로 배치되며, 외피(39)와 광섬유센서(31,32,33,34) 사이에는 내피 또는 충진재(37)에 의하여 완전히 채워져 있다. 이를 통해 지반을 통해 전달되는 진동에 광섬유센서가 민감하게 반응할 수 있다. The optical
역산란광에 의한 진동 측정의 원리를 간단하게 설명한다. The principle of vibration measurement by backscattered light will be briefly explained.
앞에서도 설명하였지만, 분포형 광섬유센서는 광펄스가 광섬유를 진행할 때 레일리 역산란광이 생성되는데, 외부에서 진동이 인가되면 역산란광의 위상이 변화되는 것을 이용하여 진동을 측정한다. 역산란광의 위상 변화의 원인은 도 7에 나타낸 바와 같이 변형률 효과(strain effect), 광탄성 효과(photoelastic effect), 포아송 효과(Poisson effect)로 나눌 수 있다.As described above, in the distributed optical fiber sensor, Rayleigh back-scattered light is generated when the optical pulse travels through the optical fiber. When vibration is applied from the outside, the phase of the back-scattered light is changed to measure the vibration. The causes of the phase change of the backscattered light can be divided into a strain effect, a photoelastic effect, and a Poisson effect, as shown in FIG. 7.
도 7은 광섬유센서에 인가된 진동에 의한 위상 변화 관계를 나타내며, L은 광섬유 길이, n은 광섬유 유효 굴절율, D는 광섬유 코어 직경, β는 광섬유에서의 전파상수(propagation coefficient)를 의미한다.7 shows the relationship of the phase change due to vibration applied to the optical fiber sensor, where L represents the length of the optical fiber, n represents the effective refractive index of the optical fiber, D represents the diameter of the optical fiber core, and β represents the propagation coefficient in the optical fiber.
광탄성 효과는 진동에 의한 광섬유의 유효 굴절율 변화를 의미하고, 싱글모드 광섬유의 유효 굴절율 n0 = 1.4682, 싱글모드 광섬유의 광탄성 효과에 의한 유효 굴절율 변화 Δn = -0.6149 × 10-6/με로 후술할 길이 변화로 인한 위상 변화에 비해 매우 작다. 이에 광탄성 효과에 의한 역산란광의 위상 변화는 무시할 수 있다.The photoelastic effect refers to the change in the effective refractive index of the optical fiber due to vibration, and the effective refractive index of the single mode optical fiber n 0 = 1.4682, and the effective refractive index change Δn = -0.6149 × 10 -6 /με due to the photoelastic effect of the single mode optical fiber will be described later. It is very small compared to the phase change due to the length change. Accordingly, the phase change of the backscattered light due to the photoelastic effect can be neglected.
또한, 포아송 효과는 진동에 의한 광섬유 코어 직경의 변화를 의미하고, 싱글모드 광섬유 코어 직경은 9μm, 영률(Young’s modulus)은 72.37 Gpa로 포아송 효과에 의한 위상 변화는 후술할 길이변화에 의한 위상변화에 비하여 매우 작기 때문에 무시할 수 있다.In addition, the Poisson effect refers to the change in the fiber core diameter due to vibration, and the single mode fiber core diameter is 9 μm and the Young's modulus is 72.37 Gpa. Compared to, it is very small and can be ignored.
변형률 효과는 진동에 의한 광섬유센서의 길이 변화를 의미하며, 길이변화는 역산란광의 위상 변화를 주도하는 요인이다. The strain effect refers to a change in the length of the optical fiber sensor due to vibration, and the change in length is a factor that drives the phase change of the backscattered light.
즉, 본 발명에서는 진동이 발생할 때 광섬유센서의 길이가 변화하면서 역산란광의 위상이 변화하는 것을 측정하여 진동의 존재를 측정한다. That is, in the present invention, the presence of the vibration is measured by measuring the change in the phase of the backscattered light while the length of the optical fiber sensor changes when the vibration occurs.
더 나아가 본 발명의 핵심적 특징은 진동의 방향성을 측정하는 것이다. 이하에서는 진동의 방향성 측정에 대하여 상세히 설명한다. Furthermore, a key feature of the present invention is to measure the direction of vibration. Hereinafter, measurement of the direction of vibration will be described in detail.
도 8은 복수의 광섬유센서를 이용한 진동의 방향성 측정을 설명하기 위한 것이다. 도 8에서 A, B, C, D는 각각 도 6에서 각 광섬유센서(31,32,33,34)로부터 광순환기(21)를 거쳐 입력된 역산란광을 의미한다. 8 is for explaining the measurement of the direction of vibration using a plurality of optical fiber sensors. In FIG. 8, A, B, C, and D denote back-scattered light input from the
도 8에 도시된 바와 같이, 제2광분할기(40)에서는 광섬유센서로부터 입력된 역산란광을 복수의 갈래(50%씩)로 분할한다. 본 예에서는 광을 2갈래로 분할한다. 예컨대, A센서(31)로부터 입력된 역산란광(A)은 제2광분할기(40)에서 A-1역산란광과 A-2역산란광으로 분할된다. 또한 B센서(32)로부터 입력된 역산란광도 B-1 및 B-2 역산란광으로 분할된다. As shown in FIG. 8, the second
이후, 서로 다른 광섬유센서로부터 생성되어 분할된 역산란광이 광결합기(50)에 의하여 상호 결합된다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, A-1역산란광은 B-1 역산란광과, B-2 역산란광은 C-1 역산란광과 상호 결합된다. 이렇게 서로 다른 광섬유센서로부터 생성된 역산란광이 조합되면, 2개의 광섬유센서를 직선으로 연결하는 방향에 대한 진동 정보를 포함하게 된다. 설명의 편의를 위하여 역산란광이 상호 결합된 형태를 “방향성 광신호”라고 명칭한다. 도 5 내지 도 7을 참고하면, 예컨대 A-1 역산란광과 B-1 역산란광이 결합된 광신호는 Y축 진동에 대한 정보를 포함하며, B-2 역산란광과 C-1 역산란광이 결합된 광신호는 X축 진동 정보를 포함한다. A-2 역산란광과 C-2 역산란광이 결합된 광신호는 XY축 진동 정보를 포함한다. Thereafter, the reverse scattered light generated from different optical fiber sensors and divided are coupled to each other by the
한편, 광섬유센서의 길이방향, 즉 도 6에서의 Z축 방향의 진동 정보는 D센서(34)에 의해서만 측정되는데, D센서(34)에서 입력된 역산란광은 광분할기(40)를 거쳐 D-1 및 D-2 역산란광으로 분할된 후, D-2 역산란광은 딜레이광섬유케이블(35)을 통과하여 시간 지연을 시킨다. 딜레이광섬유케이블(35)의 길이는 역산란광의 펄스폭에 의해서 결정되는데, 본 예에서는 대략 10m 정도로 형성한다. D-1 역산란광은 제2광분할기(40)를 거쳐 시간 지연 없이 바로 광결합기(50)로 입력되지만, D-2 역산란광은 딜레이광섬유케이블(35)에서 시간 지연 후에 광결합기(50)로 입력되어, 상호 결합됨으로써 Z축 정보를 포함하는 광신호를 형성한다. On the other hand, vibration information in the longitudinal direction of the optical fiber sensor, that is, in the Z-axis direction in FIG. 6 is measured only by the
한편, 광결합기(50)에서 송출된 광신호는 크기가 매우 작아 후술할 신호검출부(60)에서 측정이 어려운 바 광증폭기(61, EDFA)를 이용해 광세기를 증폭시키기고 광절연체(62)와 ASE 밴드패스필터(63)를 이용해 ASE 노이즈 성분을 제거한다. 도 8의 말단에 “y-axis vibration”은 광결합기(50)에서 만들어진 Y축 방향성 광신호이며, 각각 X축 방향성 광신호, XY축 방향성 광신호 및 Z축 방향성 광신호를 나타낸다. On the other hand, since the optical signal transmitted from the
신호처리부(70)에 대하여 설명한다. The
신호처리부(70)는 방향성 광신호의 위상 변화를 검출하여 방향성 진동을 측정한다. 이에 대해서 상세히 설명한다. The
도 8에 표시한 4가지 축 진동 정보를 위상변화로 검출하기 위한 신호처리부의 구조를 도 9 및 도 10에 도시하였다. The structure of the signal processing unit for detecting the four axis vibration information shown in FIG. 8 as a phase change is shown in FIGS. 9 and 10.
도 9에 도시된 신호처리부는 광신호처리 분야에서 널리 활용되고 있는 '마이켈슨 간섭계'에 기반한 것이다. 즉 방향성 광신호는 광순환기(71)의 입력단(71a)으로 들어와서 입출력단(71b)을 통해 제3광분할기(72)로 송출된다. 제3광분할기(72)는 광신호를 3갈래로 분할한다. 분할된 2갈래의 광은 FRM(73, Faraday rotating mirror)으로 입력되며, 나머지 한 갈래의 광신호는 N.C(74, none connection)로 입력되는데, 이 광은 사용하지 않는다. FRM은 polarization fading 현상에 의한 측정 오차를 줄이기 위해 사용되었다. FRM으로 입력된 광신호는 거울에서 반사되어 출력되는 과정을 거치며, 입력 광신호 대비 90° 편광 회전된 광을 출력시킨다. FRM에서 반사된 광은 다시 제3광분할기(72)를 통해 3갈래로 분기된 후, 2개의 광검출기(75, 76, PD: Photo Detector)로 입력되고, 나머지 한 갈래의 광신호는 광순환기(71)의 입출력단(71b) 및 출력단(71c)을 토해 다른 하나의 광검출기(77)로 전달된다. 세 개의 광검출기(75,76,77)로 입력된 광은 제3광분할기(72)의 동작 특성으로 인해 120° 위상차를 갖는다. The signal processing unit shown in FIG. 9 is based on a'Michelson interferometer' which is widely used in the field of optical signal processing. That is, the directional optical signal enters the
도 10도 도 9와 유사한 구조인데, 방향성 광신호가 광순환기(71)를 통해 FRM으로 유입되고, 120° 위상차를 가지고 제3광분할기(72)에서 분할되어 3개의 광검출기(75,76,77)로 각각 입력된다. Fig. 10 is a structure similar to that of Fig. 9, in which a directional optical signal is introduced into the FRM through the
세 개의 광검출기(75,76,77)에서는 방향성 광신호(역산란광)을 측정해, 도 11에 나타낸 DCM(Differential and Cross-Multiply) 방식으로 위상을 분리한다.The three
즉, 세 개의 광검출기(75,76,77)에서 출력되는 신호는 FPGA(fast processor unit)에서 DCM 위상복조를 수행한다. DCM 위상복조 방법은 [Koo, K. P., A. B. Tveten, and A. Dandridge. "Passive stabilization scheme for fiber interferometers using (3× 3) fiber directional couplers." Applied Physics Letters 41.7 (1982): 616-618] 및 [Masoudi, Ali, and Trevor P. Newson. "Analysis of distributed optical fibre acoustic sensors through numerical modelling." Optics express 25.25 (2017): 32021-32040]에 기술된 바와 같이 본 기술분야에서 활용되고 있다. That is, the signals output from the three
3개의 광검출기 PD1, PD2, PD3으로 입력된 신호(I1, I2, I3)는 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다. The signals (I 1 , I 2 , I 3 ) input to the three photodetectors PD1, PD2, and PD3 can be expressed as the following equation.
(여기서, A는 DC성분, B는 신호크기, φ는 위상, t는 시간이다)(Where A is the DC component, B is the signal amplitude, φ is the phase, and t is the time)
PD1, PD2, PD3 측정 신호의 DC 성분(A)는 다음과 같은 수식을 통해 계산할 수 있다.The DC component (A) of the PD1, PD2, and PD3 measurement signals can be calculated through the following equation.
DC 성분을 제거한 PD1, PD2, PD3 측정 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.The PD1, PD2, and PD3 measurement signals from which the DC component has been removed can be expressed as follows.
도 11의 N과 M은 다음과 같이 계산된다. N and M in FIG. 11 are calculated as follows.
따라서, N과 M의 비를 통해 φ(t)'를 구하고 이를 적분함으로서 위상 검출이 가능하다.Therefore, phase detection is possible by obtaining φ(t)' through the ratio of N and M and integrating it.
위상 검출을 통한 방향성 진동 측정을 물리적 현상을 중심으로 다시 설명한다. The measurement of directional vibration through phase detection will be described again, focusing on physical phenomena.
외부 진동은 광섬유의 길이 변화를 수반한다. 광섬유에 진동이 인가되는 경우 광섬유의 길이는 늘어나게 되고, 힘이 제거되면 원상태로 복원된다. 외부 진동에 의한 광섬유의 반응이 길이가 줄어드는 형태는 나타나지 않기 때문에 단일 광섬유로 방향성 진동 측정이 어렵다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 광섬유쌍을 간섭시켜 방향성 진동을 측정한다.External vibration is accompanied by a change in the length of the optical fiber. When vibration is applied to the optical fiber, the length of the optical fiber increases, and when the force is removed, it is restored to its original state. It is difficult to measure directional vibration with a single optical fiber because the response of the optical fiber due to external vibration does not decrease in length. To solve this problem, in the present invention, directional vibration is measured by interfering with a pair of optical fibers.
도 12는 진동에 따른 두 개의 광섬유센서의 임의의 지점에서의 길이 변화, 두 개의 광섬유센서에서 생성된 역산란광을 상호 결합시켜 방향성 광신호를 형성한 후의 3개의 광검출기(PD1,PD2,PD3)로 각각 분할 입력된 광신호의 광세기변화 및 DCM 위상 검출 결과를 나타낸 것이다. 도 12에서 두 개의 광섬유센서는 예컨대 A센서와 B센서이며, A-1 역산란광과 B-1 역산란광을 결합하여 Y축 방향성 광신호를 만들어서 광검출기로 입력한 경우이다. 즉, Y축 진동을 측정하기 위한 것이다. 12 shows three photodetectors (PD1, PD2, PD3) after forming a directional optical signal by combining length change of two optical fiber sensors at an arbitrary point according to vibration and back-scattered light generated by two optical fiber sensors. It shows the optical intensity change and DCM phase detection result of each divided input optical signal. In FIG. 12, two optical fiber sensors are, for example, A sensor and B sensor, and a Y-axis directional optical signal is created by combining A-1 back-scattered light and B-1 back-scattered light and inputted to the photodetector. That is, it is for measuring Y-axis vibration.
임의의 지점에서 인가되는 진동에 대한 광신호의 반응 예시는 다음과 같다.An example of the response of an optical signal to vibration applied at an arbitrary point is as follows.
(a)는 A센서와 B센서에 모두 진동이 인가되지 않은 안정된 상태를 나타낸다. 따라서 두 개의 광섬유센서는 길이 변화는 없으며, 3개의 광검출기에는 일정한 광세기가 입력되고, DCM 방식으로 검출한 위상은 일정한 값을 갖는다.(a) shows a stable state in which no vibration is applied to both sensor A and sensor B. Therefore, there is no change in length of the two optical fiber sensors, a constant light intensity is input to the three photodetectors, and the phase detected by the DCM method has a constant value.
(b)는 A센서는 진동에 의한 길이 변화가 발생하고 B센서에는 일정한 길이가 유지되는 상태를 나타낸다. 예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이 Y축을 따라 Q방향으로 진동이 인가되면, 광섬유센서 케이블은 Q방향에서 인가된 진동에 의해 길이 변화가 발생하고, 광섬유센서 케이블 중심축을 기준으로 진동방향과 먼 A센서(31)는 길이 변화가 크지만, 상대적으로 광섬유 센서 케이블 중심축에서 진동 방향에 가까운 B센서(32)의 길이 변화는 A센서(31)는 길이 변화에 비해 상대적으로 작게 나타나게 된다. 따라서 3개의 광검출기로 입력되는 각각의 광신호의 광세기는 최초 시점을 기준으로 실선과 파선-점선은 감소하고 점선은 증가하는 패턴을 보이게 되며, DCM 방식으로 위상을 검출하면 위상이 증가되는 값이 측정된다.(b) shows a state in which the length of the sensor A changes due to vibration and the length of the sensor B is maintained. For example, as shown in FIG. 13, when vibration is applied in the Q direction along the Y axis, the length of the optical fiber sensor cable changes due to the vibration applied in the Q direction, and A far from the vibration direction based on the central axis of the optical fiber sensor cable. Although the
(c)는 Y축을 따라 K방향에서 진동이 인가된 경우이다. 광섬유센서 케이블은 K방향에서 인가된 진동에 의해 길이 변화가 발생하고, 광섬유센서 케이블 중심축을 기준으로 진동 방향과 먼 B센서(32)는 길이가 증가하지만, 상대적으로 광섬유 센서 케이블 중심축에서 진동 방향에 가까운 A센서(31)의 길이 변화는 B센서(32)의 길이 변화에 비해 상대적으로 작게 나타나게 된다. 3개의 광검출기로 입력되는 광세기는 최초 시점을 기준으로 점선과 실선은 감소하고 점-파선은 증가하는 패턴을 보이게 되며, DCM 방식으로 위상을 검출하면 위상이 감소되는 값이 측정된다.(c) is the case where vibration is applied in the K direction along the Y axis. The length of the optical fiber sensor cable changes due to the vibration applied in the K direction, and the length of the
(d)는 A센서(31)와 B센서(32) 모두 일정한 길이 변화가 발생하는 상태를 나타낸다. 앞에서와 같이 K 또는 Q 방향으로만 진동이 인가된 경우라면 진동의 감쇄로 인하여 (d)와 같은 패턴이 나올 수 없다. 그러나, X축의 R방향을 따르는 진동이 인가된 경우에는 A센서와 B센서가 함께 진동으로 인한 길이 변화가 발생하기 때문에 위와 같은 패턴이 나올 수 있다. 두 광섬유에 발생한 길이 변화가 같기 때문에 3개의 PD로 입력되는 광세기 변화는 발생하지 않으며, 따라서 DCM 방식으로 검출한 위상도 일정한 값을 갖는다.(d) shows a state in which a constant length change occurs in both the
진동 방향에 따른 간섭시키는 광섬유 쌍과 그에 따른 출력 신호 예시 및 위상 변화를 도 14의 표에 나타내었다. 여기서 진동 방향은 광섬유센서의 특정 방향에서 진동이 인가되는 상황를 나타내며, 광섬유 쌍은 서로 간섭시키는 역산란광 출력 광섬유 쌍, 출력 신호 예시는 도 12에 나타낸 광섬유의 길이 변화와 PD 입력 광세기광, DCM으로 검출되는 위상변화를 의미한다.An example of an interfering optical fiber pair according to the vibration direction and an example of an output signal and a phase change thereof are shown in the table of FIG. 14. Here, the vibration direction represents a situation in which vibration is applied in a specific direction of the optical fiber sensor, and the optical fiber pair is an optical fiber pair that outputs back-scattered light interfering with each other, and an example of the output signal is the length change of the optical fiber shown in FIG. It means the detected phase change.
예를 들어 x 방향에서 진동이 인가되는 경우에 광섬유 쌍 A-1 & B-1의 경우 도 12의 (d)와 같이 두 광섬유에 동일한 길이 변화가 발생하며, 따라서 위상 변화는 없다. B-2 & C-1의 경우 도 12의 (c)와 같이 B-2에 비해 C-1의 광섬유 길이 변화가 더 많이 발생하며, 따라서 위상은 감소한다. A-2 & C-2의 경우도 B-2 & C-1와 동일한 반응을 보인다.For example, when vibration is applied in the x direction, the optical fiber pair A-1 & B-1 causes the same length change in the two optical fibers as shown in FIG. 12D, and thus there is no phase change. In the case of B-2 & C-1, the optical fiber length change of C-1 occurs more than that of B-2 as shown in FIG. 12(c), and thus the phase decreases. In the case of A-2 & C-2, it shows the same reaction as B-2 & C-1.
-x 방향에서 진동이 인가되는 경우에 광섬유 쌍 A-1 & B-1의 경우 도 12의 (d)과 같이 두 광섬유에 동일한 길이 변화가 발생하며, 따라서 위상 변화는 없다. B-2 & C-1의 경우 도 12의 (b)와 같이 B-2의 광섬유 길이변화가 C-1보다 더 많이 발생하며, 따라서 위상은 증가한다. A-2 & C-2의 경우도 B-2 & C-1와 동일한 반응을 보인다.When vibration is applied in the -x direction, in the case of the optical fiber pair A-1 & B-1, the same length change occurs in the two optical fibers as shown in (d) of FIG. 12, and thus there is no phase change. In the case of B-2 & C-1, the optical fiber length change of B-2 occurs more than that of C-1, as shown in FIG. 12(b), and thus the phase increases. In the case of A-2 & C-2, it shows the same reaction as B-2 & C-1.
y 방향과 -y 방향에서 인가된 진동에 의한 광섬유 길이 변화 및 위상의 변화는 앞선 x 방향 예시와 동일함으로 생략한다.Changes in the length and phase of the optical fiber due to vibrations applied in the y and -y directions are the same as in the previous examples in the x direction, and thus are omitted.
Z축은 기존에도 광섬유센서를 이용하여 진동 측정이 가능하므로, 이에 대해서는 자세한 설명은 생략한다. Since the Z-axis can also measure vibration using an optical fiber sensor, a detailed description thereof will be omitted.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 X축으로 연결된 두 개의 광섬유센서(B센서-C센서)의 역산란광을 결합한 X축 방향성 광신호를 분석하여 위상 변화를 검출하고, 마찬가지로 Y축으로 연결된 두 개의 광섬유센서(A센서-B센서)의 역산란광을 결합한 Y축 방향성 광신호의 위상 변화를 검출하여, 이들을 종합 분석함으로써 어느 방향(X축의 좌측 또는 우측, Y축의 상측 또는 하측)에서 진동이 인가되었는지를 파악할 수 있다. As described above, in the present invention, in the present invention, the phase change is detected by analyzing an X-axis directional optical signal that combines the reverse scattered light of two optical fibers connected by the X-axis (sensor B-sensor C), and similarly, two optical fibers connected by the Y-axis. By detecting the phase change of the Y-axis directional optical signal combined with the back-scattered light of the sensor (Sensor A-B) and analyzing them comprehensively, it is possible to determine in which direction (left or right side of the X axis, upper or lower side of the Y axis) the vibration was applied. I can grasp it.
광섬유센서를 이용한 진동의 측정은 지금까지 길이방향(Z축)에 대해서만 가능하였고, 수평방향에서의 X축 및 Y축 진동을 측정하는 것은 어려움이 있었다. 특히 기존에는 하나의 광섬유센서를 기하학적 형태, 예컨대 코일 형태 등으로 감아서 방향성 진동을 측정하려는 시도들이 있었으나 유의미한 성과를 얻지 못하였다. 본 발명에서는 복수의 광섬유센서를 이용하여 X,Y,Z축의 3성분 방향성 진동을 측정할 수 있는 방법을 제시한다는 점에 매우 큰 의미가 있다.Measurement of vibration using a fiber optic sensor has been possible so far only in the longitudinal direction (Z axis), and it has been difficult to measure the X-axis and Y-axis vibration in the horizontal direction. In particular, in the past, there have been attempts to measure directional vibration by winding one optical fiber sensor in a geometric shape, such as a coil shape, but no meaningful results have been obtained. In the present invention, it is of great significance in that it proposes a method for measuring the three-component directional vibration of the X, Y, and Z axes by using a plurality of optical fiber sensors.
해당 기술분야에서 기술적 난제로 여겨지는 방향성 진동 측정의 이론적 개념과, 물리적 측정시스템을 제공함으로써, 본 방향성 진동 측정기술이 더욱 정교하고 신뢰성있게 발전할 수 있는 기반을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. By providing the theoretical concept of directional vibration measurement and a physical measurement system, which is considered a technical challenge in the relevant technical field, it is expected that this directional vibration measurement technology will be able to provide the basis for more sophisticated and reliable development.
지금까지 복수의 광섬유센서는 하나의 케이블 내에 설치된 형태이고, 광섬유센서가 시추공의 시멘트 라이닝 내에 매설된 형태를 예로 들어 설명하였다. 그러나 이미 완성된 시추공의 경우 라이닝 내에 광섬유센서를 매설할 수 없다. 이에 본 발명의 다른 예에서는 복수의 광섬유를 시추공의 둘레방향을 따라 미리 설정된 각도 간격, 예컨대 90° 간도 간격으로 배치하고, 각 광섬유센서를 시추공의 공벽에 밀착시켜 센싱을 수행할 수도 있으며, 도 5와 같은 광섬유센서 케이블을 지표면, 또는 해저면에 매설함으로써 육상, 해상 탄성파 탐사에 적용해 3성분 진동 측정이 가능한다.Up to now, a plurality of optical fiber sensors are installed in a single cable, and the optical fiber sensor is buried in a cement lining of a borehole, as an example. However, in the case of a borehole that has already been completed, the fiber optic sensor cannot be embedded in the lining. Accordingly, in another example of the present invention, a plurality of optical fibers may be arranged at predetermined angular intervals, such as 90° intervals along the circumferential direction of the borehole, and sensing may be performed by placing each optical fiber sensor in close contact with the hole wall of the borehole. By embedding the same fiber optic sensor cable on the ground or sea floor, it is possible to measure three-component vibration by applying it to seismic surveys on land and sea.
또한 본 실시예에서는 Z축 진동을 측정하기 위하여 별도의 D센서를 마련하였지만, 예컨대 A센서나 B센서에서 입력된 역산란광을 4개로 나눈 후, 2개는 X축 및 Y축 진동을 측정하는데 사용하고, 나머지 2개는 Z축 정보를 측정하는데 사용할 수 있다. 또한 A센서 및 B센서로부터 입력된 역산란광을 각각 3개로 분할한 후, 2개씩은 X축 및 Y축 진동 측정에 활용하고, 나머지 한 개씩은 Z축 진동 정보를 활용하는데 사용할 수 있다. 즉 Z축 정보를 측정하기 위하여 반드시 별도의 독립 D센서가 필요한 것은 아니며, 다른 광섬유센서의 역산란광을 이용할 수도 있다. 다만 역산란광을 3개 이상으로 분할하기 위해서는 광세기가 충분해야 하는 조건이 만족되어야 한다. In addition, in this embodiment, a separate D sensor is provided to measure the Z-axis vibration, but for example, after dividing the backscattered light input from the A sensor or the B sensor into four, two are used to measure the X-axis and Y-axis vibrations. And, the other two can be used to measure the Z-axis information. In addition, after dividing the back-scattered light input from sensor A and sensor B into three, each of them can be used for measuring X-axis and Y-axis vibration, and the other one can be used to utilize Z-axis vibration information. That is, a separate independent D sensor is not necessarily required to measure the Z-axis information, and the back-scattered light of another optical fiber sensor may be used. However, in order to divide the back-scattered light into three or more, the condition that the light intensity must be sufficient must be satisfied.
본 발명은 육상의 수직 관측공에서 주료 사용하지만, 육상(지표 및 지중)에서 광섬유센서를 수평하게 포설하는 탐사 및 해상탐사에서도 사용할 수 있다는 것을 첨언한다. It should be noted that the present invention is mainly used in vertical observation holes on land, but can also be used in exploration and marine exploration in which optical fiber sensors are installed horizontally on land (surface and underground).
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한번 첨언한다.The scope of protection of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the scope of protection of the present invention may not be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention pertains.
100 …3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템
10 …광원, 20 … 제1광분할기
30 …광섬유센서케이블 31 …A센서
32 …B센서, 33 …C센서
34 …D센서 35 …지연광섬유케이블
40 …제2광분할기 50 …광결합기
70 …신호처리부 73 …FRM
75,76,77 …광검출기 100… Fiber optic sensor system for three-component vibration measurement
10… Light source, 20… First optical splitter
30… Fiber
32… B sensor, 33… C sensor
34… D-
40… Second
70…
75,76,77… Photodetector
Claims (17)
미리 설정된 각도 간격으로 상호 이격되며, 상기 광원으로부터 송출된 광이 각각 전파되면서 역산란광을 생성하는 복수의 광섬유센서;
서로 다른 상기 광섬유센서로부터 생성된 역산란광을 상호 결합하여, 서로 다른 상기 광섬유센서를 연결하는 직선방향의 방향성 광신호를 만드는 광결합기; 및
상기 방향성 광신호를 처리하여 상기 직선방향의 진동을 측정하는 신호처리부;를 포함하며,
상기 광섬유센서는 상하방향으로 지반에 형성된 관측공에 삽입설치되어,
상하방향의 진동, 상기 상하방향과 직교하는 평면상에서 상호 수직한 X축과 Y축의 진동을 측정가능한 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템.A light source that transmits light;
A plurality of optical fiber sensors spaced apart from each other at predetermined angular intervals and generating back-scattered light while each of the light transmitted from the light source propagates;
An optical coupler that combines the back-scattered light generated from the different optical fiber sensors with each other to generate a directional optical signal in a linear direction connecting the different optical fiber sensors; And
Including; a signal processing unit for processing the directional optical signal to measure the vibration in the linear direction,
The optical fiber sensor is inserted and installed in the observation hole formed in the ground in the vertical direction,
Optical fiber sensor system for three-component vibration measurement, characterized in that it is possible to measure the vibration in the vertical direction and the vibration of the X-axis and Y-axis perpendicular to each other on a plane perpendicular to the vertical direction.
상기 광섬유센서로부터 생성된 역산란광을 복수의 갈래로 나누는 광분할기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템The method of claim 1,
An optical fiber sensor system for measuring three-component vibration, further comprising an optical splitter that divides the backscattered light generated from the optical fiber sensor into a plurality of branches.
상기 광섬유센서 중 어느 하나는 상기 광섬유센서의 길이방향에 대한 진동을 측정하기 위한 것으로서, 상기 광분할기와 광결합기 사이에 연결되어 상기 광분할기에서 분할된 일부의 역산란광을 전파하는 딜레이 광섬유케이블을 더 구비하며,
상기 딜레이 광섬유센서를 통과한 역산란광과 상기 광분할기에서 분할된 역산란광이 상기 광결합기에서 다시 결합되어 상기 광섬유센서의 길이방향에 대한 방향성 광신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템. The method of claim 2,
Any one of the optical fiber sensors is for measuring vibration in the longitudinal direction of the optical fiber sensor, and further includes a delay optical fiber cable connected between the optical splitter and the optical coupler to propagate some of the back-scattered light divided by the optical splitter. Equipped,
For three-component vibration measurement, characterized in that the back-scattered light passing through the delay optical fiber sensor and the back-scattered light divided by the optical splitter are combined again in the optical coupler to form a directional optical signal in the longitudinal direction of the optical fiber sensor. Fiber optic sensor system.
상기 광섬유센서는 A센서, B센서 및 C센서로 3개 마련되어, 상기 B센서를 기준으로 상기 A센서와 C센서가 서로 90도 각도 간격으로 배치되며,
상기 B센서 및 C센서에서 생성된 역산란광에 의하여 형성된 방향성 광신호에 의하여 X축방향 진동을 측정하며,
상기 A센서와 B센서에서 생성된 역산란광에 의하여 형성된 방향성 광신호에 의하여, 상기 X축방향과 직교하는 Y축방향의 진동을 측정하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 시스템. The method of claim 2,
The optical fiber sensor is provided with three A sensor, a B sensor, and a C sensor, the A sensor and the C sensor are arranged at 90 degrees angled apart from each other based on the B sensor,
The vibration in the X-axis direction is measured by a directional optical signal formed by the back-scattered light generated by the B sensor and the C sensor,
Optical fiber sensor system for three-component vibration measurement, characterized in that for measuring the vibration in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction by means of a directional optical signal formed by the back-scattered light generated by the A sensor and the B sensor.
상기 A센서와 C센서에서 생성된 역산란광에 의하여 형성된 방향성 광신호에 의하여, 상기 X축방향 및 Y축방향 사이의 XY축 진동을 측정하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서 시스템. The method of claim 4,
Optical fiber sensor system for three-component vibration measurement, characterized in that measuring the XY-axis vibration between the X-axis direction and the Y-axis direction by a directional optical signal generated by the back-scattered light generated by the A sensor and the C sensor.
상기 광섬유센서는 D센서가 더 마련되며,
상기 D센서는 상기 X축 및 Y축과 각각 직교하는 Z축 방향의 진동을 측정하기 위한 것으로서, 상기 광분할기와 광결합기 사이에 연결되어 상기 광분할기에서 분할된 일부의 역산란광을 전파하는 딜레이 광섬유케이블을 더 구비하며,
상기 딜레이 광섬유케이블을 통과한 역산란광과 상기 광분할기에서 분할된 역산란광이 상기 광결합기에서 다시 결합되어 상기 Z축 방향에 대한 방향성 광신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템. The method of claim 5,
The optical fiber sensor is further provided with a D sensor,
The D sensor is for measuring vibrations in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis and Y-axis, respectively, and is connected between the optical splitter and the optical coupler to propagate some of the back-scattered light divided by the optical splitter. Further provided with a cable,
Optical fiber sensor for three-component vibration measurement, characterized in that the back-scattered light passing through the delayed optical fiber cable and the back-scattered light divided by the optical splitter are combined again in the optical coupler to form a directional optical signal in the Z-axis direction system.
상기 복수의 광섬유센서는 하나의 케이블 내에 설치되며, 상기 케이블과 광섬유센서들 사이는 빈 공간이 없도록 충진재에 의하여 채워져 있는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템. The method of claim 1,
The optical fiber sensor system for three-component vibration measurement, characterized in that the plurality of optical fiber sensors are installed in one cable, and filled with a filler so that there is no empty space between the cable and the optical fiber sensors.
상기 광원으로부터 송출된 광을 복수의 갈래로 분할하여 상기 복수의 광섬유센서로 송출하는 광분할기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템. The method of claim 1,
An optical fiber sensor system for three-component vibration measurement, further comprising an optical splitter for dividing the light transmitted from the light source into a plurality of prongs and transmitting it to the plurality of optical fiber sensors.
상기 신호처리부는 방향성 광신호의 위상 변화를 검출하여 방향성 진동을 측정하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템. The method of claim 1,
The optical fiber sensor system for three-component vibration measurement, characterized in that the signal processing unit measures a directional vibration by detecting a phase change of a directional optical signal.
상기 신호처리부는
방향성 광신호를 120 ° 위상차이가 나도록 3개로 분할하는 광분할기와,
3갈래로 분할된 방향성 광신호를 검출하는 복수의 광검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템.The method of claim 9,
The signal processing unit
An optical splitter that divides the directional optical signal into three so that there is a 120° phase difference,
An optical fiber sensor system for measuring three-component vibration, comprising a plurality of photodetectors for detecting a directional optical signal divided into three branches.
상기 방향성 진동의 측정은 특정 방향에서의 일측과 타측에서 인가되는 진동을 각각 측정가능한 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템.The method of claim 1,
The measurement of the directional vibration is an optical fiber sensor system for three-component vibration measurement, characterized in that it is possible to measure the vibration applied from one side and the other side in a specific direction, respectively.
상기 광원은 고간섭성 레이저를 송출하는 광원인 것을 특징으로 하는 3성분 진동 측정을 위한 광섬유 센서시스템. The method of claim 1,
The optical fiber sensor system for three-component vibration measurement, characterized in that the light source is a light source that transmits a highly coherent laser.
시추공에 삽입된 2개의 광섬유센서에 각각 광을 전파시키면서, 각 광섬유센서로부터 역산란광을 발생시키는 단계;
상기 2개의 광섬유센서로부터 각각 생성된 역산란광을 상호 결합시켜, 2개의 광섬유센서를 연결하는 직선 방향의 진동 정보가 포함된 방향성 광신호를 생성하는 단계;
상기 방향성 광신호의 위상 변화를 검출하여 방향성 진동을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유센서를 이용한 3성분 방향성 진동 측정방법. As a method of using the optical fiber sensor system according to claim 1,
Generating back-scattered light from each optical fiber sensor while propagating light to each of the two optical fiber sensors inserted in the borehole;
Generating a directional optical signal including vibration information in a linear direction connecting the two optical fiber sensors by combining back-scattered light generated from the two optical fiber sensors with each other;
Measuring a directional vibration by detecting a phase change of the directional optical signal; 3-component directional vibration measuring method using an optical fiber sensor comprising a.
3개의 광섬유센서를 시추공에 설치하되, 중앙에 배치된 광섬유센서를 기준으로 2개의 광섬유센서가 상호 직교하게 시추공에 배치된 상태에서,
상기 3개의 광섬유센서에 각각 광을 전파시키면서, 각 광섬유센서로부터 역산란광을 발생시키는 단계;
상기 3개의 광섬유센서로부터 각각 생성된 역산란광을 2개씩 상호 결합시켜, 2개의 광섬유센서를 연결하는 직선 방향의 진동 정보가 포함된 방향성 광신호를 생성하는 단계;
상기 방향성 광신호의 위상 변화를 검출하여 방향성 진동을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유센서를 이용한 3성분 방향성 진동 측정방법. As a method of using the optical fiber sensor system according to claim 1,
Three optical fiber sensors are installed in the borehole, but based on the optical fiber sensor arranged in the center, the two optical fiber sensors are arranged in the borehole in a mutually orthogonal manner,
Generating back-scattered light from each optical fiber sensor while propagating light to each of the three optical fiber sensors;
Generating a directional optical signal including vibration information in a linear direction connecting the two optical fiber sensors by combining two back-scattered light generated from each of the three optical fiber sensors with each other;
Measuring a directional vibration by detecting a phase change of the directional optical signal; 3-component directional vibration measuring method using an optical fiber sensor comprising a.
적어도 하나의 상기 광섬유센서에서 발생한 역산란광을 복수로 분할한 후, 분할된 역산란광을 다른 광섬유센서에서 발생한 역산란광과 결합시켜 상기 방향성 광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광섬유센서를 이용한 3성분 방향성 진동 측정방법. The method of claim 15,
Three-component directionality using an optical fiber sensor, characterized in that after dividing the back-scattered light generated by at least one optical fiber sensor into a plurality, and combining the divided back-scattered light with the back-scattered light generated by another optical fiber sensor to generate the directional optical signal. How to measure vibration.
상기 방향성 광신호를 120° 위상차를 갖는 3개의 광신호로 분할한 후, 상기 3개의 광신호의 광세기(optical power) 및 DCM 위상 변화(phase difference)를 검출하는 것을 특징으로 하는 광섬유센서를 이용한 3성분 방향성 진동 측정방법.
The method of claim 14 or 15,
After dividing the directional optical signal into three optical signals having a phase difference of 120°, optical power and DCM phase difference of the three optical signals are detected. Three-component directional vibration measurement method.
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