KR102366407B1 - 광섬유 분포 온도 연산 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템 - Google Patents
광섬유 분포 온도 연산 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
실시예에 따르면, 입사광을 발생하는 광원; 상기 입사광을 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광스플리터; 상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호를 라만 안티스토크스 산란 신호 및 스토크스 산란 신호를 제외한 신호를 필터링하는 필터부; 상기 필터부를 통과한 라만 안티스토크스 산란 신호 및 스토크스 산란 신호 검출하기 위한 광검출기; 및 검출된 라만 안티스토크스 산란 신호 및 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호의 누적 평균을 연산하여 상기 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성하는 연산장치를 포함하며, 상기 연산장치는 상기 분포 온도 데이터의 변화율을 이용하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템를 제공한다.
Description
본 발명의 일실시예는 광섬유 분포 온도 연산 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템 에관한 것이다.
광섬유의 후방 산란광을 이용하여 측정된 피측정 광섬유의 분포 온도를 이용하기 위한 기술, 즉, 분포 온도 시스템(DTS, Distributed Temperature Sensor)이 널리 이용되고 있다.
특히, 최근 들어, 전력수요의 지속적인 증가는 송전선로 증설에 대한 필요성을 수반하며, 도심지에서의 송전선로는 민원 및 환경적인 요인으로 인하여 지중케이블로 신설되거나 기설 가공선로를 지중케이블로 대체되는 추세에 있고, 지중 케이블의 모니터링 시스템 구축을 위해서, DTS 시스템이 이용되고 있다.
케이블의 온도측정 수단으로서 DTS 시스템은 기존의 포인트 센서가 한 지점의 온도만을 측정할 수 있는 한계를 갖는데 비하여 광섬유가 설치된 전구간의 온도를 측정할 수 있으므로 광섬유가 케이블과 동시에 설치될 경우 케이블의 전 구간 온도를 측정하여 그 값을 모니터링 시스템에서 활용할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 온도 분포 데이터에 대한 연산 성능을 개선한 광섬유 분포 온도 연산 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 온도 분포 데이터의 정확도를 향상시킨 광섬유 분포 온도 연산 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템을 제공하는데 있다.
실시예에 따르면, 입사광을 발생하는 광원; 상기 입사광을 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광 스플리터; 상기 광스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호 중 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 제외한 신호를 필터링하는 필터부; 상기 필터부를 통과한 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호 검출하기 위한 광 검출기; 및 검출된 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호의 누적 평균을 연산하여 상기 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성하는 연산 장치를 포함하며, 상기 연산 장치는 상기 분포 온도 데이터의 변화율을 이용하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템를 제공한다.
상기 연산장치는 특정 지점의 복수개의 계측 신호를 이용하여 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 생성하는 제1처리부; 상기 복수개의 계측 신호 중 일부의 신호를 필터링하는 샘플링 버퍼; 및 상기 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 이용하여 상기 샘플링 버퍼의 크기를 조절하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 제2처리부를 포함할 수 있다.
상기 제2처리부는 하기 수학식 1에 따라 상기 샘플링 버퍼의 크기를 조절할 수 있다.
[수학식 1]
(수학식 1에서, A는 샘플링 버퍼의 크기이고, A0는 샘플링 버퍼의 기준 크기이고, Tmin은 분포밀도에 따른 온도의 하위 X%값이고, Tmax은 분포밀도에 따른 온도의 상위 Y%값이고, Tavg1은 Tmin과 Tmax의 중간값이고, Tavg2는 분포밀도에 따른 온도의 평균값이다, X 및 Y는 100미만의 실수이다)
상기 제2처리부는 상기 분포 온도 데이터의 변화율이 기 설정 시간 동안 기 설정 변화율 이하를 유지하는 경우에 적용되는 샘플링 버퍼의 크기를 상기 샘플링 버퍼의 기준 크기로 설정할 수 있다.
실시예에 따르면, 후방 산란 신호 검출기에서 검출된 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호의 누적 평균을 연산하여 상기 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성하는 연산 장치에 있어서, 상기 연산 장치는 상기 분포 온도 데이터의 변화율을 이용하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 광섬유 분포 온도 연산 장치를 제공한다.
실시예에 따르면, 후방 산란 신호 검출기로부터 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호를 전달받는 단계; 상기 계측 신호의 누적 평균을 연산하는 단계; 상기 누적 평균을 이용하여 상기 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성하는 단계; 상기 분포 온도 데이터의 변화율을 이용하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 단계를 포함하는 광섬유 분포 온도 연산 방법을 제공한다.
실시예에 따르면, 전술한 광섬유 분포 온도 연산 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체를 제공한다.
본 발명인 광섬유 분포 온도 연산 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템은 온도 분포 데이터에 대한 연산 성능을 개선할 수 있다.
또한, 온도 분포 데이터의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도1은 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 계측 시스템의 개념도이다.
도2는 실시예에 따른 연산 장치의 구성 블록도이다.
도3 내지 도5는 실시예에 따른 제1처리부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도6 내지 도9는 실시예에 따른 제2처리부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도10은 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 연산 방법의 순서도이다.
도2는 실시예에 따른 연산 장치의 구성 블록도이다.
도3 내지 도5는 실시예에 따른 제1처리부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도6 내지 도9는 실시예에 따른 제2처리부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도10은 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 연산 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 계측 시스템의 개념도이다. 도1을 참조하면, 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 계측 시스템(10)은 펄스 발생기(17), 입사광을 발생하는 광원(11), 입사광을 피측정 광섬유(1)로 입사하고, 입사광에 의해 피측정 광섬유 상기(1)에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광 스플리터(12), 광 스플리터(12)로부터 출력된 후방 산란 신호 중 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 제외한 신호를 필터링하는 필터부(13, 14), 필터부(13, 14)를 통과한 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 검출하기 위한 광 검출기(15, 16) 및 검출된 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호의 누적 평균을 연산하여 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성하는 연산 장치(20)를 포함할 수 있다.
펄스 발생기(17)로부터 광원(11)의 광펄스를 피측정 광섬유(1)에 입사시키면 광섬유(1)내에서 산란광이 발생하게 되고, 이 산란광 중 일부는 피측정 광섬유(1)의 입사단으로 귀환하여 후방 산란광을 형성하게 된다. 이러한 후방 산란광의 대부분은 입사광과 동일한 파장을 갖는 레일리 산란광(Rayleigh scattering light)이며, 미소하게는 라만 산란에 의해 파장이 시프트 된 라만 산란광(Raman scattering light)도 포함될 수 있다. 일반적으로 레일리 산란광은 그 강도가 입사광의 1/100 정도이며, 라만 산란은 레일리 산란의 1/10,000 정도의 매우 미약한 빛으로서 입사광에 대하여 파장이 장파장쪽으로 시프트한 스토크스광(stokes light)과 단파장쪽으로 시프트한 안티스토크스광(anti-stokes light)이 포함되어 있다.
이러한 라만 산란은 광섬유(1) 내에 입사한 광이 실리카 분자와 충돌하여 발생하는 산란이다. 실리카 분자는 온도에 따라서 활동량이 달라지므로 온도에 의존한 산란량의 변화가 나타나게 된다. 즉, 스토크스광과 안티스토크스 광의 강도는 절대 온도에 의존한다. 따라서, 스토크스광과 안티스토크스광의 강도의 비를 구하게 되면 피측정 광섬유의 길이방향의 온도 분포를 구할 수 있게 되는데, 이때 안티스토크스 광만 온도의 영향을 받으며, 스토크스 광은 산란량을 측정하여 광원(10)의 표류를 보상하기 위하여 측정된다.
광원(10)에서 발생한 입사광이 피측정 광섬유(1)에 전송되면 거리에 따른 빛의 지연이 일어나게 된다.
이에 따라 펄스 형태의 입력 광신호는 후방 거리 분해능을 갖는 산란 신호로 만들어진다. 광섬유(1)로부터 발생된 산란 신호는 광 스플리트(12)를 이용하여 서로 다른 파장을 갖는 산란 신호로 구분하게 된다. 광원(11)에서 발생한 입사광과 동일한 파장을 갖는 레일리 산란 신호는 레일리 산란영역에서 수신하게 되며, 온도 변화에 따른 변화 신호를 측정할 수 있는 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호는 각각 라만 안티스토크스 산란영역 및 라만 스토크스 산란영역에서 수신하게 된다. 산란영역에서 수신된 각각의 레일리 산란 신호, 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호는 필터부(13, 14)를 통하여 필터링 되어 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호가 광검출기(15, 16)에서 각각 검출된다. 검출된 신호는 아날로그-디지털 변환기(미도시)에 의해 디지털 신호로 변환된다.
도 1의 (b)는 피측정 광섬유에서 발생하는 후방 산란 신호를 파장 대역에서 나타낸 것으로, 분포 온도를 측정하기 위해 사용되는 광섬유 분포 온도 계측 시스템(10)은 온도의 영향을 많이 받는 라만 안티스토크스 신호를 이용하여 신호를 감지한다. 라만 안티스토크스 신호의 파장은 입력 주파수에서 10THz 높은 영역에서 발생한다.
필터부(13, 14)는 박막(thin film) 구조 또는 fused coupler 등으로 제작할 수 있으며 입력포트와 출력포트로 구성될 수 있다. 필터부(13, 14)에서의 신호의 흐름은 광원(10)에서 발생한 입사광이 광섬유(1) 회전자를 통하여 피측정 광섬유(1)로 전송되며, 이에 따라 발생된 산란 신호가 필터부(13, 14)의 공통단자를 통하여 입력되어, 레일리 산란 신호, 라만 스토크스 산란 신호 및 라만 안티스토크스 산란 신호로 분리되어 투과된다. 이 투과된 산란 신호가 각각의 광 검출기(15, 16)에 의해 감지되고 아날로그-디지털 변환을 통해 디지털 신호로 변환되어 연산 장치(20)로 출력될 수 있다.
연산 장치(20)는 분포 온도 데이터의 변화율을 이용하여 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절할 수 있다.
도2는 실시예에 따른 연산 장치의 구성 블록도이다. 도2를 참조하면, 실시예에 따른 연산 장치(20)는 제1처리부(21), 샘플링 버퍼(22) 및 제2처리부(25)를 포함할 수 있다.
샘플링 버퍼(22)는 복수개의 계측 신호 중 일부의 신호를 필터링할 수 있다. 샘플링 버퍼(22)는 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호 중 일부의 데이터를 필터링한 후, 누적 연산에 적용되기 위한 계측 신호를 선별할 수 있다. 샘플링 버퍼(22)는 그 크기에 따라 필터링 대상 계측 신호가 결정될 수 있으며, 이하 설명하는 바와 같이 제2처리부(25)에 의하여 크기가 조절될 수 있다. 샘플링 버퍼(22)는 라만 안티스토크스 산란 신호용 제1샘플링 버퍼(23) 및 라만 스토크스 산란 신호용 제2샘플링 버퍼(24)를 포함할 수 있다.
제1처리부(21)는 특정 지점의 복수개의 계측 신호를 이용하여 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 생성할 수 있다. 도3 내지 도5는 실시예에 따른 제1처리부(21)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도3에서 X축은 거리이고, Y축은 온도를 나타내며, 거리에 따른 계측 신호의 온도 분포를 그래프로 표시하고 있다. 도3에서 내부가 비어있는 삼각형 표시는 라만 스토크스 산란 신호를 나타내고, 내부가 채워진 삼각형 표시는 라만 안티스토크스 산란 신호를 나타낸다.
도4 및 도5를 참조하면, 제1처리부(21)는 도3의 S지점에서 측정된 소정 시간동안의 계측 신호를 정리하여 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 생성하였다. 제1처리부(21)는 S지점에서 측정된 소정 시간 동안의 계측 신호를 온도에 따라 정렬한 후, 정렬된 계측 신호의 개수에 따라 분포 밀도 데이터를 생성하였다.
제2처리부(25)는 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 이용하여 샘플링 버퍼(22)의 크기를 조절하여 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절할 수 있다. 도6은 광섬유의 온도 분포 데이터의 분포 밀도 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도6을 참조하면, 광섬유의 온도가 일정한 경우 광섬유 분포 온도 계측 시스템에서 계측되는 후방 산란 신호의 분포 밀도 데이터는 가우시안 분포도와 유사하게, 최대/최소값의 중간 지점에 가장 높은 분포도를 가진 피크 지점이 형성된다. 그러나, 광섬유의 온도가 상승하거나 또는 하강하게 되면 피크 지점은 이동하게 된다. 즉, 온도 데이터 축을 기준으로, 온도 상승시 피크 지점은 우측으로 편향하게 되고, 온도 하강시 피크 지점은 좌측으로 편향하게 된다.
도7을 참조하면, 실시예에 따른 제2처리부(25)는 온도 변화에 따라 피크 지점이 이동하는 현상을 반영하여 샘플링 버퍼(22)의 크기를 조절함으로써 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절할 수 있다.
제2처리부(25)는 하기 수학식 2에 따라 샘플링 버퍼(22)의 크기를 조절할 수 있다.
[수학식 2]
제2처리부(25)는 분포 온도 데이터의 변화율이 기 설정 시간 동안 기 설정 변화율 이하를 유지하는 경우에 적용되는 샘플링 버퍼(22)의 크기를 샘플링 버퍼(22)의 기준 크기로 설정할 수 있다. 샘플링 버퍼(22)의 기준 크기는 일정 시간 동안 소정 범위의 온도가 유지되는 상태에서 산출된 온도 분포 밀도 데이터에 따라 설정될 수 있다.
수학식 2에서, A는 샘플링 버퍼의 크기이고, A0는 샘플링 버퍼의 기준 크기이고, Tmin은 분포밀도에 따른 온도의 하위 X%값이고, Tmax은 분포밀도에 따른 온도의 상위 Y%값이고, Tavg1은 Tmin과 Tmax의 중간값이고, Tavg2는 분포밀도에 따른 온도의 평균값이다, X 및 Y는 100미만의 실수이다.
수학식 2에서 X 및 Y는 90으로 설정될 수 있다. 따라서, Tmin은 분포밀도에 따른 온도의 하위 90%값이고, Tmax은 분포밀도에 따른 온도의 상위 90%값으로 설정될 수 있다.
수학식 2에서 Tavg1은 가우시안 분포에 따라 추정되는 분포밀도에 따른 온도의 기대 평균값으로 정의할 수 있다. 또한, Tavg2는 계측 신호의 분포 밀도 데이터에 따른 온도의 실제 평균값으로 정의할 수 있다.
즉, 제2처리부(25)는 기대 평균값과 실제 평균값의 비율에 따라 연산되는 변수를 샘플링 버퍼의 기준 크기에 곱하여 샘플링 버퍼의 크기를 조절할 수 있다.
도8을 참조하면, 제2처리부(25)는 크기가 조절된 샘플링 버퍼에 따라 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하여 누적 평균을 연산할 수 있다. 누적 평균 결과는 거리(X축)에 따른 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호의 온도(Y축)로 표시될 수 있다.
도9를 참조하면, 제2처리부(25)는 누적 평균 결과를 이용하여 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성할 수 있다. 제2처리부(25)는 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)의 원리를 이용하여 광원 입사후 후방 산란광이 되돌아 오는 시간을 계산함으로써 레이저 펄스가 반사된 지점의 거리를 산출하고, 라만효과(Raman Effect)를 이용하여 온도 분포 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 라만 효과에 따르면 후방 산란광 에서 파장의 변화, 즉 진동수의 변화는 산란할 때 입사광의 광자 에너지에다 진동·회전 양자 에너지가 추가 또는 제거되어 나타난 것이다. 따라서, 진동·회전의 양자에너지가 열 에너지에 비해 클 때는 물질에서 그 양자에너지가 빛에너지로 변환될 확률이 매우 적다. 따라서 빛에너지를 물질에 빼앗겨 스토크스선만이 관측된다. 또한, 물질의 온도가 높은 경우에는 입사광보다 짧은 파장의 산란광을 일으킬 수 있다. 제2처리부(25)는 이러한 라만 효과를 적용하여 검출된 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호와 입사광의 파장 대역을 비교함으로써 피측정 광섬유의 거리별 온도 분포 데이터를 생성할 수 있다.
라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호는 신호의 크기가 작아서 정확한 분포 온도 데이터를 얻기 위해서는 수천개의 ADC 계측 결과의 누적 평균 데이터를 이용하여야 한다. 이와 같이 수천개의 계측 신호가 누적 평균 연산에 이용되어 연산 속도가 저하되는 것을 방지하기 위하여 연산 장치(20)는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 한정할 수 있다.
실시예에 따른 연산 장치(20)는 실시간으로 변화하는 분포 온도 데이터의 변화율을 반영하여 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절함으로써 연산 속도를 개선할 수 있으며, 연산 부하를 감소킬 수 있다.
또한, 최근 계측 신호만을 이용하여 분포 온도 데이터를 연산함으로써 분포 온도 데이터의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도10은 실시예에 따른 광섬유 분포 온도 연산 방법의 순서도이다.
도10을 참조하면, 먼저 연산 장치는 후방 산란 신호 검출기로부터 라만 안티스토크스 산란 신호 및 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호를 전달받는다. 후방 산란 신호 검출기는 펄스 발생기, 광원, 광 스플리터, 필터부 및 광 검출기를 포함하여 구성될 수 있다(S1001).
다음으로, 연산 장치는 계측 신호의 누적 평균을 연산한다(S1002).
다음으로, 연산 장치는 누적 평균을 이용하여 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성한다(S1003).
다음으로, 연산 장치는 특정 지점의 복수개의 계측 신호를 이용하여 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 생성한다(S1004).
다음으로, 연산 장치는 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 이용하여 샘플링 버퍼의 크기를 조절하여 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절한다(S1005).
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 광섬유 분포 온도 계측 시스템
11: 광원
12: 광 스플리터
13, 14: 필터부
15, 16: 광 검출기
17: 펄스 발생기
20: 연산 장치
21: 제1처리부
22: 샘플링 버퍼
25: 제2처리부
11: 광원
12: 광 스플리터
13, 14: 필터부
15, 16: 광 검출기
17: 펄스 발생기
20: 연산 장치
21: 제1처리부
22: 샘플링 버퍼
25: 제2처리부
Claims (12)
- 입사광을 발생하는 광원;
상기 입사광을 피측정 광섬유로 입사하고, 상기 입사광에 의해 상기 피측정 광섬유에서 발생된 후방 산란 신호를 출력하기 위한 광 스플리터;
상기 광 스플리터로부터 출력된 후방 산란 신호 중 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 제외한 신호를 필터링하는 필터부;
상기 필터부를 통과한 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호 검출하기 위한 광검출기; 및
검출된 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호의 누적 평균을 연산하여 상기 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성하는 연산 장치를 포함하며,
상기 연산 장치는 상기 분포 온도 데이터의 변화율을 이용하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하며,
상기 연산장치는 특정 지점의 복수개의 계측 신호를 이용하여 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 생성하는 제1처리부;
상기 복수개의 계측 신호 중 일부의 신호를 필터링하는 샘플링 버퍼; 및
상기 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 이용하여 상기 샘플링 버퍼의 크기를 조절하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 제2처리부를 포함하며,
상기 제2처리부는 하기 수학식 3에 따라 상기 샘플링 버퍼의 크기를 조절하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템.
[수학식 3]
(수학식 3에서, A는 샘플링 버퍼의 크기이고, A0는 샘플링 버퍼의 기준 크기이고, Tmin은 분포밀도에 따른 온도의 하위 X%값이고, Tmax은 분포밀도에 따른 온도의 상위 Y%값이고, Tavg1은 Tmin과 Tmax의 중간값이고, Tavg2는 분포밀도에 따른 온도의 평균값이다, X 및 Y는 100미만의 실수이다)
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2처리부는 상기 분포 온도 데이터의 변화율이 기 설정 시간 동안 기 설정 변화율 이하를 유지하는 경우에 적용되는 샘플링 버퍼의 크기를 상기 샘플링 버퍼의 기준 크기로 설정하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템.
- 후방 산란 신호 검출기에서 검출된 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호의 누적 평균을 연산하여 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성하는 연산 장치에 있어서,
상기 연산 장치는 상기 분포 온도 데이터의 변화율을 이용하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하며,
상기 연산 장치는 특정 지점의 복수개의 계측 신호를 이용하여 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 생성하는 제1처리부;
상기 복수개의 계측 신호 중 일부의 신호를 필터링하는 샘플링 버퍼; 및
상기 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 이용하여 상기 샘플링 버퍼의 크기를 조절하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 제2처리부를 포함하며,
상기 제2처리부는 하기 수학식 4에 따라 상기 샘플링 버퍼의 크기를 조절하는 광섬유 분포 온도 연산 장치.
[수학식 4]
(수학식 4에서, A는 샘플링 버퍼의 크기이고, A0는 샘플링 버퍼의 기준 크기이고, Tmin은 분포밀도에 따른 온도의 하위 X%값이고, Tmax은 분포밀도에 따른 온도의 상위 Y%값이고, Tavg1은 Tmin과 Tmax의 중간값이고, Tavg2는 분포밀도에 따른 온도의 평균값이다, X 및 Y는 100미만의 실수이다)
- 삭제
- 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 제2처리부는 상기 분포 온도 데이터의 변화율이 기 설정 시간 동안 기 설정 변화율 이하를 유지하는 경우에 적용되는 샘플링 버퍼의 크기를 상기 샘플링 버퍼의 기준 크기로 설정하는 광섬유 분포 온도 연산 장치.
- 후방 산란 신호 검출기로부터 라만 안티스토크스 산란 신호 및 라만 스토크스 산란 신호를 포함하는 계측 신호를 전달받는 단계;
상기 계측 신호의 누적 평균을 연산하는 단계;
상기 누적 평균을 이용하여 피측정 광섬유의 분포 온도 데이터를 생성하는 단계;
상기 분포 온도 데이터의 변화율을 이용하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 단계를 포함하며,
상기 샘플링 데이터 개수를 조절하는 단계는,
특정 지점의 복수개의 계측 신호를 이용하여 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 온도에 따른 분포 밀도 데이터를 이용하여 샘플링 버퍼의 크기를 조절하여 상기 누적 평균 연산에 적용되는 계측 신호의 샘플링 데이터 개수를 조절하는 단계를 포함하며,
상기 샘플링 버퍼의 크기는 하기 수학식 5에 따라 조절되는 광섬유 분포 온도 연산 방법.
[수학식 5]
(수학식 5에서, A는 샘플링 버퍼의 크기이고, A0는 샘플링 버퍼의 기준 크기이고, Tmin은 분포밀도에 따른 온도의 하위 X%값이고, Tmax은 분포밀도에 따른 온도의 상위 Y%값이고, Tavg1은 Tmin과 Tmax의 중간값이고, Tavg2는 분포밀도에 따른 온도의 평균값이다, X 및 Y는 100미만의 실수이다)
- 삭제
- 삭제
- 제9항의 광섬유 분포 온도 연산 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
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| KR1020200069001A KR102366407B1 (ko) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | 광섬유 분포 온도 연산 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 광섬유 분포 온도 계측 시스템 |
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