KR102558823B1 - 분포형 변형 감지 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 방법이 개시된다. 개시된 방법은, 광섬유로 광을 출력하는 단계 - 상기 광섬유는 기준 감지 광섬유 및 상기 기준 감지 광섬유로부터 연장되는 감지 광섬유를 포함하며, 상기 기준 감지 광섬유는 외부 환경 보호 케이스의 내부에 수용됨 -, 상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계, 및 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

분포형 변형 감지 시스템 및 그 방법{DISTRIBUTED STRAIN SENSING SYSTEM AND METHOD THEREOF}
아래의 개시는 광섬유를 이용하여 변형률을 감지하는 기술에 관한 것이다.
터널, 교량, 댐, 고층 빌딩, 해저 전력 케이블, 비행체 등 다양한 엔지니어링 분야의 구조물과 관련하여 그 온도 및 변형률의 분포를 모니터할 필요가 있다. 이를 위해 대상 구조물의 광범위한 영역을 커버하는 센서들을 사용할 필요가 있는데, 광섬유 센서(optical fiber sensors)가 이러한 요구를 충족시킬 수 있다. 광섬유를 센서로 사용하여 대상 구조물에서의 변형률을 측정하는 시스템으로서 분포형 변형 감지 시스템(Distributed Strain Sensing System)이 알려져 있다. 분포형 변형 감지 시스템은 고감도의 변형률 측정이 가능하고 다수의 지점에서의 분포형 감지가 가능하고 전자기 간섭에 영향을 덜 받으며 배치가 용이하다는 이점을 가지고 있다.
본 개시에 의해 해결하고자 하는 과제는 광원 변화에 따른 오차 보정이 가능한 분포형 변형 감지 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 개시에 의해 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 특징에 따르면 분포형 변형 감지 시스템(Distributed Strain Sensing System)이 제공된다. 본 분포형 변형 감지 시스템은, 광을 방사하도록 구성된 광원(light source) - 상기 광원은 상기 광원으로부터 방사되는 광을 변조하도록 구성된 광변조기(optical modulator)를 포함함 -, 제1 포트 내지 제3 포트를 구비하는 광순환기(optical circulator) - 상기 광순환기는 상기 제1 포트에서 상기 광원으로부터 방사되는 광을 입력받아 상기 제2 포트로 출력하도록 구성됨 -, 상기 광순환기의 제2 포트에 접속된 광섬유(optical fiber) - 상기 광섬유는 상기 광순환기의 제2 포트에 접속된 기준 감지 광섬유(standard sensing optical fiber) 및 상기 기준 감지 광섬유로부터 연장되는 감지 광섬유(sensing optical fiber)를 포함하며, 상기 기준 감지 광섬유는 외부 환경 보호 케이스의 내부에 수용됨 -, 상기 광순환기의 제3 포트에 접속된 광수신기, 및 상기 광수신기에 접속된 광원 오차 보정기(optical source error compensator)를 포함할 수 있다. 상기 광순환기는 상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광(Rayleigh scattered light)을 상기 제2 포트에서 입력받아 상기 제3 포트로 출력하도록 구성되고, 상기 광수신기는 상기 광 순환기의 제3 포트로 출력되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하도록 구성되고, 상기 광원 오차 보정기는 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광변조기는, 상기 광원으로부터 특정 주기를 갖는 광 펄스들의 트레인(train of light pulses)이 방사되게 상기 광원으로부터 방사되는 광을 변조하도록 더 구성되고, 상기 광변조기는, 상기 광 펄스들이 첫 번째 광 주파수(optical frequency)로부터 N번째 광 주파수까지의 N개의 광 주파수를 차례로 그리고 반복적인 방식으로 가지게 상기 광원으로부터 방사되는 광을 변조하도록 더 구성된다. 여기서 상기 N은 자연수이다.
일 실시예에서, 상기 광순환기의 제3 포트로 출력되는 레일리 산란광은, 상기 광 펄스들의 각각이 상기 광순환기의 제2 포트로 출력되는 것에 응답하여 한 번씩 출력되고, 상기 광수신기는, 상기 광 순환기의 제3 포트로 출력되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 광섬유의 서로 다른 지점들에서 반사되는 산란광들의 세기들을 나타내는 산란광 세기 분포 파형을 제공하도록 더 구성되고, 상기 광 펄스들이 상기 광순환기의 제2 포트로 출력되는 것에 응답하여 각각 제공되는 산란광 세기 분포 파형들은 상기 광순환기의 제2 포트로 출력되는 광 펄스들의 광 주파수들과 각각 연관되어 있다.
일 실시예에서, 상기 광수신기는, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광수신기는, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제1 기준 세기로서 식별하고, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 상기 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 상기 제1 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하고 상기 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제1 정합 광 주파수(matched optical frequency)로서 결정하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광수신기는, 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제1 정합 광 주파수를 이용하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광수신기는, 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식 - 여기서 는 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 상기 첫 번째 광 주파수와 상기 제1 정합 광 주파수 간의 차이를 나타냄 - 을 이용하여 제공하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광수신기는, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 상기 N번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하고 상기 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 상기 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하고 상기 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 상기 특정 지점과 관련하여 이전에 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광수신기는, 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식 - 여기서 는 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 상기 주파수 시프트 값을 나타냄 - 을 이용하여 제공하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광수신기는 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 출력하며, 상기 광원 오차 보정기는 상기 출력되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 상기 광원 변화에 따른 오차를 보정하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들 중 어느 하나의 지점에서의 변형률 측정값 또는 상기 기준 감지 광섬유의 지점들에서의 변형률 측정값들의 평균값을 상기 광원 변화에 따른 오차로서 결정하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제2 기준 세기로서 식별하고, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 상기 제2 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하고 상기 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제2 정합 광 주파수(matched optical frequency)로서 결정하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제2 정합 광 주파수를 이용한다.
일 실시예에서, 상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 아래의 수학식 - 여기서 는 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 상기 첫 번째 광 주파수와 상기 제2 정합 광 주파수 간의 차이를 나타냄 - 을 이용하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 상기 N번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하고 상기 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하고 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련하여 이전에 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 아래의 수학식 - 여기서 는 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 상기 주파수 시프트 값을 나타냄 - 을 이용하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들에서 레일리 산란광 보다 높은 반사율을 가진 광을 반사시키도록 하기 위해 상기 기준 감지 광섬유에 광 반사 포인트가 삽입되어 있다.
본 개시의 다른 특징에 따르면 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 광섬유로 광을 출력하는 단계 - 상기 광섬유는 기준 감지 광섬유 및 상기 기준 감지 광섬유로부터 연장되는 감지 광섬유를 포함하며, 상기 기준 감지 광섬유는 외부 환경 보호 케이스의 내부에 수용됨 -, 상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계, 및 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광섬유로 광을 출력하는 단계는, 상기 광섬유로 특정 주기를 갖는 광 펄스들의 트레인을 방사하는 단계를 포함하고, 상기 광섬유로 특정 주기를 갖는 광 펄스들의 트레인을 방사하는 단계는, 상기 광 펄스들이 첫 번째 광 주파수로부터 N번째 광 주파수까지의 N개의 광 주파수를 차례로 그리고 반복적인 방식으로 가지도록 상기 광 펄스들의 트레인을 방사하는 단계를 포함하고, 상기 N은 자연수이다.
일 실시예에서, 상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 광섬유로 상기 광 펄스들의 각각이 방사되는 것에 응답하여 한 번씩 레일리 산란광을 수신하는 단계, 및 상기 한 번씩 수신되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 광섬유의 서로 다른 지점들에서 반사되는 산란광들의 세기들을 나타내는 산란광 세기 분포 파형을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 광섬유로 상기 광 펄스들이 방사되는 것에 응답하여 각각 제공되는 산란광 세기 분포 파형들은 상기 광 펄스들의 광 주파수들과 각각 연관되어 있다.
일 실시예에서, 상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제1 기준 세기로서 식별하는 단계, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 상기 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 상기 제1 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하는 단계, 및 상기 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제1 정합 광 주파수로서 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제1 정합 광 주파수를 이용하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제1 정합 광 주파수를 이용하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식 - 여기서 는 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 상기 첫 번째 광 주파수와 상기 제1 정합 광 주파수 간의 차이를 나타냄 - 을 이용하여 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 상기 N번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하는 단계, 상기 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 상기 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하는 단계, 및 상기 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 상기 특정 지점과 관련하여 이전에 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식 - 여기서 는 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 상기 주파수 시프트 값을 나타냄 - 을 이용하여 제공하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 상기 광원 변화에 따른 오차를 보정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 상기 광원 변화에 따른 오차를 보정하는 단계는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들 중 어느 하나의 지점에서의 변형률 측정값을 상기 광원 변화에 따른 오차로서 결정하는 단계, 또는 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계 및 상기 변형률 측정값들의 평균값을 상기 광원 변화에 따른 오차로서 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제2 기준 세기로서 식별하는 단계, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 상기 제2 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하는 단계, 및 상기 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제2 정합 광 주파수로서 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는, 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제2 정합 광 주파수를 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제2 정합 광 주파수를 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는, 아래의 수학식 - 여기서는 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 상기 첫 번째 광 주파수와 상기 제2 정합 광 주파수 간의 차이를 나타냄 - 을 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 상기 N번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하는 단계, 상기 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하는 단계, 및 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련하여 이전에 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는, 아래의 수학식 - 여기서 는 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 상기 주파수 시프트 값을 나타냄 - 을 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계를 더 포함한다.
개시된 실시예들에 따르면 분포형 변형 감지 시스템을 이용하여 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공함에 있어서 광원 변화에 따른 오차 보정이 가능하다는 기술적 효과가 있다.
도 1은 분포형 변형 감지 시스템(Distributed Strain Sensing System)의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 분포형 변형 감지 시스템을 이용하여 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 3은 감지 광섬유의 지점들에서의 변형률 측정값들을 제공하는 방법의 제1 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 4는 감지 광섬유의 지점들에서의 변형률 측정값들을 제공하는 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 5는 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 방법의 제1 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 6은 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 개시의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
"제1" 또는 "제2" 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, "제1 구성요소"는 "제2 구성요소"로 명명될 수 있고, 유사하게 "제2 구성요소"는 "제1 구성요소"로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 분포형 변형 감지 시스템(Distributed Strain Sensing System)의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 분포형 변형 감지 시스템(100)은 광을 방사하도록 구성된 광원(light source, 110)을 포함할 수 있다. 광원(110)은 광원(110)으로부터 방사되는 광을 변조하도록 구성된 광변조기(optical modulator)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 광변조기는, 광원(110)으로부터 특정 주기를 갖는 광 펄스들의 트레인(train of light pulses)이 방사되게 광원(110)으로부터 방사되는 광을 변조하도록 구성된다. 일 실시예에서, 광변조기는, 광 펄스들이 첫 번째 광 주파수(optical frequency)( )로부터 N번째 광 주파수()까지의 N개의 광 주파수를 차례로 그리고 반복적인 방식으로 가지게 상기 광원으로부터 방사되는 광을 변조하도록 더 구성된다. 이러한 광변조기의 실시예에 따르면, 광원(110)은 첫 번째 광 주파수()를 갖는 광 펄스부터 N번째 광 주파수()를 갖는 광 펄스까지를 차례로 방사한 후 다시 첫 번째 광 주파수()를 갖는 광 펄스부터 N번째 광 주파수()를 갖는 광 펄스까지를 차례로 방사하는 식으로 첫 번째 광 주파수()를 갖는 광 펄스부터 N번째 광 주파수()를 갖는 광 펄스까지를 차례로 방사하는 것을 반복하게 된다. 이하의 설명에서는, 광 펄스들의 광 주파수가 첫 번째 광 주파수()에서 N번째 광 주파수()까지 변하는 주기를 광 주파수 반복 주기로 칭하기로 한다. 일 실시예에서, N은 수십 또는 수백에 이르는 자연수이다.
분포형 감지 시스템(100)은 제1 포트(122) 내지 제3 포트(126)를 구비하는 광순환기(optical circulator, 120) 및 광순환기(120)의 제2 포트(124)에 접속된 광섬유(optical fiber, 130)를 더 포함할 수 있다. 광순환기(120)는 입력되는 광을 정해진 방향으로만 통과시키는 기능을 수행할 수 있다. 광순환기(120)는 제1 포트(122)에서 광원(110)으로부터 방사되는 광을 입력받아 제2 포트(124)로 출력하고 제2 포트(124)로 입력되는 광을 제3 포트(126)로 출력하도록 구성될 수 있다. 광섬유(130)는 광순환기(120)의 제2 포트(124)에 접속된 기준 감지 광섬유(standard sensing optical fiber, 140) 및 기준 감지 광섬유(140)로부터 연장되는 감지 광섬유(sensing optical fiber, 150)를 포함할 수 있다. 감지 광섬유(150)는 터널, 해저 전략 케이블 등의 구조물에 삽설되거나 함께 연장되어 설치되어 해당 구조물에서의 변형률을 측정할 수 있도록 해준다. 감지 광섬유(150)에서의 변형률을 측정함으로써 해당 구조물에서의 변형률을 측정하는 것이 가능하다. 예컨대, 감지 광섬유(15)의 10km 지점에서 감지 광섬유(150)가 받는 변형률을 측정함으로써 10km 지점에서 해당 구조물이 받는 변형률을 측정할 수 있다. 감지 광섬유(150)는 적용 대상 구조물에 따라 수십에서 수백 km까지 그 연장되는 길이가 달라질 수 있으나, 감지 광섬유(150)가 연장될 수 있는 길이가 이에 한정되는 것이 아님을 인식하여야 한다. 기준 감지 광섬유(140)는 본 개시에 따라 감지 광섬유(150)에서의 변형률 측정값에 있어서의 광원 변화에 따른 오차를 보정할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 외부 충격과 외부 온도 변화 등의 외부 환경 요인으로부터 격리될 수 있도록 외부 환경 보호 케이스(145)의 내부에 수용될 수 있다. 일 실시예에서, 기준 감지 광섬유(140)는 감지 광섬유(150) 앞단에서 20-50m가량 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 외부 환경 보호 케이스(145)의 외부에 온도 센서, 환경 변수 센서 등을 설치하여 운용자로 하여금 외부 환경 보호 케이스(145) 내부의 온도 변화를 확인하고 기준 감지 광섬유(140)에 대한 환경 변수를 확인할 수 있도록 할 수 있다. 일 실시예에서, 외부 환경 보호 케이스(145)는 알루미늄 재질로 형성된다. 일 실시예에서, 기준 감지 광섬유(140)의 지점들에서 레일리 산란광(Rayleigh scattered light) 보다 높은 반사율을 가진 광을 반사시키도록 하기 위해 기준 감지 광섬유(140)에 광 반사 포인트(147)가 삽입된다.
광순환기(120)의 제2 포트(124)로 광 펄스들이 출력되면 광섬유(130)의 지점들에서 후방으로 레일리 산란광(Rayleigh scattered light)이 반사되고 반사된 레일리 산란광은 광순환기(120)의 제2 포트(124)로 다시 입력되어 광순환기(120)의 제3 포트(126)로 출력된다. 광순환기(120)의 제3 포트(126)로 출력되는 레일리 산란광은 광 펄스들의 각각이 광순환기(120)의 제2 포트(124)로 출력되는 것에 응답하여 한 번씩 출력될 수 있다.
분포형 감지 시스템(100)은 광순환기(120)의 제3 포트(126)에 접속된 광수신기(160)를 더 포함할 수 있다. 광수신기(160)는 광 순환기(120)의 제3 포트(126)로 출력되는 레일리 산란광에 기초하여 감지 광섬유(150)에서의 변형률 측정값을 제공하도록 구성될 수 있다. 광수신기(160)는 광 순환기(120)의 제3 포트(1260)로 출력되는 레일리 산란광에 기초하여 광섬유의 서로 다른 지점들에서 반사되는 산란광들의 세기들을 나타내는 산란광 세기 분포 파형을 제공하도록 더 구성될 수 있다. 광 펄스들이 광순환기(120)의 제2 포트(124)로 출력되는 것에 응답하여 각각 제공되는 산란광 세기 분포 파형들은 광순환기(120)의 제2 포트(124)로 출력되는 광 펄스들의 광 주파수들과 각각 연관되어 있다. 광수신기(160)는 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하도록 더 구성될 수 있다. 광수신기(160)는 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하기 위하여 이하에서 설명하는 두 가지 실시예에 따라 작동될 수 있다. 그러나 광수신기(160)가 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하기 위하여 작동되는 실시예가 이에 제한되는 것이 아님을 인식하여야 한다.
제1 실시예
광수신기(160)는 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제1 기준 세기로서 식별하고, 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형(이전의 광 주파수 반복 주기에서 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형)을 검사하여 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 제1 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하고 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제1 정합 광 주파수(matched optical frequency)로서 결정하도록 더 구성될 수 있다. 현재의 광 주파수 반복 주기에서 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 이전의 광 주파수 반복 주기에서 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기와 달라졌다면 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서 변형이 발생하였다는 것을 나타내는 것이고, 이러한 변형을 정량화하는 것이 제1 정합 광 주파수라고 할 수 있다. 제1 정합 광 주파수가 첫 번째 광 주파수()에서 멀어질수록 그리고 N번째 광 주파수()에 가까워질수록 변형률이 크다는 것을 나타낸다.
광수신기(160)는 첫 번째 광 주파수() 및 제1 정합 광 주파수를 이용하여 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하도록 더 구성될 수 있다. 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값()은, 아래의 수학식 1로 표현되는 바와 같이 광원이 주는 영향, 즉 광원 변화에 따른 오차를 포함할 수 있다.
여기서는 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 광원이 주는 영향을 나타내고, 은 인장력에 따른 변형을 나타내고, 는 온도에 따른 변형을 나타낸다.
광수신기(160)는 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값()을 아래의 수학식 2를 이용하여 제공하도록 더 구성될 수 있다.
여기서 는 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 첫 번째 광 주파수와 제1 정합 광 주파수 간의 차이를 나타낸다.
제2 실시예
광수신기(160)는 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 N번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하고 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하도록 구성될 수 있다. 여기서 특정 지점과 관련된 광 주파수 산란광 세기 분포 파형은 광순환기(120)의 제2 포트(124)로 첫 번째 광 주파수()를 가진 광 펄스를 출력하여 감지 광섬유(150)로 방사되도록 함에 따라 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기로부터 광순환기(120)의 제2 포트(124)로 N 번째 광 주파수()를 가진 광 펄스를 출력하여 감지 광섬유(150)로 방사되도록 함에 따라 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기까지를 모두 취합하여 구성한 파형이라 할 수 있다. 광수신기(160)는 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 특정 지점과 관련하여 이전의 광 주파수 반복 주기에서 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트(frequency shift) 값을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 여기서 주파수 시프트 값은 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 특정 지점과 관련하여 이전의 광 주파수 반복 주기에서 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형이 매칭되도록 하기 위하여 특정 지점과 관련하여 이전의 광 주파수 반복 주기에서 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 기준으로 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 광 주파수 축을 따라 시프트 시켜야하는 값이라 할 수 있다.
광수신기(160)는 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식 3을 이용하여 제공하도록 더 구성될 수 있다.
여기서 는 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 주파수 시프트 값을 나타낸다.
분포형 변형 감지 시스템(100)은 광수신기(160)에 접속된 광원 오차 보정기(optical source error compensator, 170)를 더 포함할 수 있다. 광원 오차 보정기(170)는 감지 광섬유(150)에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하도록 구성될 수 있다. 광원 변화에 따른 오차는 광원(110)으로부터 방사되는 광 펄스의 전력이나 광 주파수가 시간에 따라 바뀜에 따라 달라질 수 있는 오차일 수 있다. 광원(110)으로부터 방사되는 광 펄스의 전력이나 광 주파수가 시간에 따라 바뀌게 되면 감지 광섬유(150)로부터 후방으로 반사되어 돌아오는 레일리 산란광의 세기도 그에 따라 바뀌게 되기 때문이다. 광원 오차 보정기(170)는 광수신기(160)에서 출력되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하도록 더 구성될 수 있다. 광원 오차 보정기(170)는 기준 감지 광섬유(140)의 지점들 중 어느 하나의 지점에서의 변형률 측정값 또는 기준 감지 광섬유(140)의 지점들에서의 변형률 측정값들의 평균값을 광원 변화에 따른 오차로서 결정하도록 더 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이 기준 감지 광섬유(140)는 외부 환경 보호 케이스(145) 내부에 위치하고 있어 외부 환경 요인으로부터 격리되어 있으므로 외부 환경에 영향을 받지 않는 레일리 산란광을 반사키시고, 따라서 기준 감지 광섬유(140)에서의 변형률은, 아래의 수학식 4로 나타낸 바와 같이 인장력에 따른 변형 성분과 온도에 따른 변형 성분을 포함하고 있지 않기 때문이다.
광원 오차 보정기(170)는 기준 감지 광섬유(140)의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 제공하기 위하여 이하에서 설명하는 두 가지 실시예에 따라 작동될 수 있다. 그러나 광원 오차 보정기(170)가 기준 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하기 위하여 작동되는 실시예가 이에 제한되는 것이 아님을 인식하여야 한다.
제1 실시예
광원 오차 보정기(170)는 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 기준 감지 광섬유(140)의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제2 기준 세기로서 식별하고, 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형(이전의 광 주파수 반복 주기에서 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형)을 검사하여 기준 감지 광섬유(140)의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 제2 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하고 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제2 정합 광 주파수로서 결정하도록 더 구성될 수 있다.
광원 오차 보정기(170)는 첫 번째 광 주파수() 및 제2 정합 광 주파수를 이용하여 기준 감지 광섬유(140)의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 광원 오차 보정기(170)는 아래의 수학식 5를 이용하여 기준 감지 광섬유(140)의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하도록 구성될 수 있다.
여기서 는 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 나타내고, 은 첫 번째 광 주파수()와 제2 정합 광 주파수 간의 차이를 나타낸다.
제2 실시예
광원 오차 보정기(170)는 기준 감지 광섬유(140)의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 N번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 기준 감지 광섬유(140)의 해당 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하고 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 기준 감지 광섬유(140)의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하도록 구성될 수 있다. 광원 오차 보정기(170)는 기준 감지 광섬유(140)의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 기준 감지 광섬유(140)의 해당 지점과 관련하여 이전의 광 주파수 반복 주기에서 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하도록 더 구성될 수 있다.
광원 오차 보정기(170)는 기준 감지 광섬유(140)의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 아래의 수학식 6을 이용하도록 더 구성될 수 있다.
여기서 는 기준 감지 광섬유(140)의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 첫 번째 광 주파수를 나타내고,는 주파수 시프트 값을 나타낸다.
광원 오차 보정기(170)는 기준 감지 광섬유(140)의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값이 결정되면, 전술한 바와 같이 계산된 변형률 측정값들의 평균값을 계산하여 이를 광원 변화에 따른 오차로서 결정하도록 구성될 수 있다. 광원 오차 보정기(170)는 아래의 수학식 7에 따라 감지 광섬유(150)에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하도록 더 구성될 수 있다.
여기서 는 최종 변형률 측정값을 나타낸다.
도 2는 도 1의 분포형 변형 감지 시스템을 이용하여 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
본 방법의 일 실시예는 광원(110)을 이용하여 광섬유(130)로 광을 출력하는 단계(S210)로부터 시작된다. 전술한 바와 같이 광섬유(130)는 기준 감지 광섬유(140) 및 기준 감지 광섬유(140)로부터 연장되는 감지 광섬유(150)를 포함하며, 기준 감지 광섬유(140)는 외부 환경 보호 케이스(145)의 내부에 수용될 수 있다. 광섬유(130)로 출력되는 광은 특정 주기를 갖는 광 펄스들의 트레인일 수 있다. 출력되는 광 펄스들은 첫 번째 광 주파수()로부터 N번째 광 주파수()까지의 N개의 광 주파수를 차례로 그리고 반복적인 방식으로 가질 수 있다. 단계(S220)에서는 광수신기(160)에서 광섬유(130)의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광에 기초하여 감지 광섬유(150)의 지점들에서의 변형률 측정값들을 제공한다. 광수신기(160)는 광섬유(130)로 광 펄스들의 각각이 방사되는 것에 응답하여 한 번씩 레일리 산란광을 수신하는데, 이렇게 한 번씩 수신되는 레일리 산란광에 기초하여 광섬유(130)의 서로 다른 지점들에서 반사되는 산란광들의 세기들을 나타내는 산란광 세기 분포 파형을 제공한다. 광수신기(160)는 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 감지 광섬유(150)의 지점들에서의 변형률 측정값들을 제공한다. 단계(S230)에서는 감지 광섬유(150)의 지점들에서의 변형률 측정값들에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값들을 제공한다.
도 3은 감지 광섬유의 지점들에서의 변형률 측정값들을 제공하는 방법의 제1 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
본 방법의 제1 실시예는 변수 p를 1로 설정하고 변수 P를 감지 광섬유(150)의 지점들의 총 개수로 설정하는 단계(S305)로부터 시작된다. 단계(S310)에서는 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 감지 광섬유(150)의 p번째 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제1 기준 세기로서 식별한다. 단계(S315)에서는 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 p번째 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 제1 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별한다. 단계(S320)에서는 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제1 정합 광 주파수로서 결정한다. 단계(S325)에서는 첫 번째 광 주파수() 및 제1 정합 광 주파수를 이용하여 감지 광섬유(150)의 p번째 지점에서의 변형률 측정값을 제공한다. 본 단계에서는 수학식 2를 이용하여 감지 광섬유(150)의 p번째 지점에서의 변형률 측정값을 제공할 수 있다. 본 단계에서 수학식 2를 이용함에 있어 는 감지 광섬유(150)의 p번째 지점에서의 변형률 측정값을 나타낸다. 단계(S330)에서는 변수 p가 P와 같은지를 검사한다. 단계(S330)에서의 검사 결과 변수 p가 P와 같은 것으로 판단되는 경우 프로세스는 종료된다. 한편 단계(S330)에서의 검사 결과 변수 p가 P와 같지 않은 경우 프로세스는 단계(S335)로 진행하여 변수 p를 1 증가시키고 단계(S310)로 복귀한다.
도 4는 감지 광섬유의 지점들에서의 변형률 측정값들을 제공하는 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
본 방법의 제2 실시예는 변수 p를 1로 설정하고 변수 P를 감지 광섬유(150)의 지점들의 총 개수로 설정하는 단계(S405)로부터 시작된다. 단계(S410)에서는 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 N번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 감지 광섬유(150)의 p번째 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링한다. 단계(S415)에서는 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 p번째 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공한다. 단계(S420)에서는 p번째 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 p번째 지점과 관련하여 이전의 광 주파수 반복 주기에서 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정한다. 단계(S425)에서는 첫 번째 광 주파수() 및 주파수 시프트 값을 이용하여 감지 광섬유(150)의 p번째 지점에서의 변형률 측정값을 제공한다. 본 단계에서는 수학식 3을 이용하여 감지 광섬유(150)의 p번째 지점에서의 변형률 측정값을 제공할 수 있다. 본 단계에서 수학식 3을 이용함에 있어 는 감지 광섬유(150)의 p번째 지점에서의 변형률 측정값을 나타낸다. 단계(S430)에서는 변수 p가 P와 같은지를 검사한다. 단계(S430)에서의 검사 결과 변수 p가 P와 같은 것으로 판단되는 경우 프로세스는 종료된다. 한편 단계(S430)에서의 검사 결과 변수 p가 P와 같지 않은 경우 프로세스는 단계(S435)로 진행하여 변수 p를 1 증가시키고 단계(S410)로 복귀한다.
도 5는 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 방법의 제1 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
본 방법의 제1 실시예는 변수 sp를 1로 설정하고 변수 SP를 기준 감지 광섬유(140)의 지점들의 총 개수로 설정하는 단계(S505)로부터 시작된다. 단계(S510)에서는 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제2 기준 세기로서 식별한다. 단계(S515)에서는 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 제2 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별한다. 단계(S520)에서는 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제2 정합 광 주파수로서 결정한다. 단계(S525)에서는 첫 번째 광 주파수() 및 제2 정합 광 주파수를 이용하여 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서의 변형률 측정값을 제공한다. 본 단계에서는 수학식 4를 이용하여 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서의 변형률 측정값을 제공할 수 있다. 본 단계에서 수학식 4를 이용함에 있어 는 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서의 변형률 측정값을 나타낸다. 단계(S530)에서는 변수 sp가 SP와 같은지를 검사한다. 단계(S530)에서의 검사 결과 변수 sp가 SP와 같지 않은 경우 프로세스는 단계(S535)로 진행하여 변수 sp를 1 증가시키고 단계(S510)로 복귀한다. 한편 단계(S530)에서의 검사 결과 변수 sp가 SP와 같은 것으로 판단되는 경우 프로세스는 단계(S540)로 진행하여 기준 감지 광섬유(140)의 SP개의 지점에서의 변형률 측정값들의 평균값을 광원 변화에 따른 오차로서 결정한다. 단계(S545)에서는 수학식 7을 이용하여 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값()을 제공한다.
도 6은 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
본 방법의 제2 실시예는 변수 sp를 1로 설정하고 변수 SP를 기준 감지 광섬유(140)의 지점들의 총 개수로 설정하는 단계(S605)로부터 시작된다. 단계(S610)에서는 첫 번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 N번째 광 주파수()와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링한다. 단계(S615)에서는 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공한다. 단계(S620)에서는 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점과 관련하여 이전의 광 주파수 반복 주기에서 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정한다. 단계(S625)에서는 첫 번째 광 주파수() 및 주파수 시프트 값을 이용하여 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서의 변형률 측정값을 제공한다. 본 단계에서는 수학식 6을 이용하여 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서의 변형률 측정값을 제공할 수 있다. 본 단계에서 수학식 6을 이용함에 있어 는 기준 감지 광섬유(140)의 sp번째 지점에서의 변형률 측정값을 나타낸다. 단계(S630)에서는 변수 sp가 SP와 같은지를 검사한다. 단계(S630)에서의 검사 결과 변수 sp가 SP와 같지 않은 경우 프로세스는 단계(S635)로 진행하여 변수 sp를 1 증가시키고 단계(S610)로 복귀한다. 한편 단계(S630)에서의 검사 결과 변수 sp가 SP와 같은 것으로 판단되는 경우 프로세스는 단계(S640)로 진행하여 기준 감지 광섬유(140)의 SP개의 지점에서의 변형률 측정값들의 평균값을 광원 변화에 따른 오차로서 결정한다. 단계(S645)에서는 수학식 7을 이용하여 감지 광섬유(150)의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값()을 제공한다.
이상으로 개시된 실시예들에 따르면 분산형 변형 감지 시스템에서의 광원 변화로 인해 발생하는 오차를 정교하게 보정할 수 있고 아울러 동 시스템의 실제 운용에 있어서 실시간으로 지속적으로 광원 오차 보정을 할 수 있게 되는 기술적 효과가 있다. 또한 이상의 실시예들에 따르면 분산형 변형 감지 시스템을 구현함에 있어 별도의 보정용 측정 장치를 추가할 필요가 없어 경제적인 측면에서 이점이 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 분포형 변형 감지 시스템
110: 광원
120: 광순환기
122: 제1 포트
124: 제2 포트
126: 제3 포트
130: 광섬유
140: 기준 감지 광섬유
145: 외부 환경 보호 케이스
147: 광 반사 포인트
150: 감지 광섬유
160: 광수신기
170: 광원 오차 보정기

Claims (34)

  1. 분포형 변형 감지 시스템(Distributed Strain Sensing System)으로서,
    광을 방사하도록 구성된 광원(light source) - 상기 광원은 상기 광원으로부터 방사되는 광을 변조하도록 구성된 광변조기(optical modulator)를 포함함 -,
    제1 포트 내지 제3 포트를 구비하는 광순환기(optical circulator) - 상기 광순환기는 상기 제1 포트에서 상기 광원으로부터 방사되는 광을 입력받아 상기 제2 포트로 출력하도록 구성됨 -,
    상기 광순환기의 제2 포트에 접속된 광섬유(optical fiber) - 상기 광섬유는 상기 광순환기의 제2 포트에 접속된 기준 감지 광섬유(standard sensing optical fiber) 및 상기 기준 감지 광섬유로부터 연장되는 감지 광섬유(sensing optical fiber)를 포함하며, 상기 기준 감지 광섬유는 외부 환경 보호 케이스의 내부에 수용됨 -,
    상기 광순환기의 제3 포트에 접속된 광수신기, 및
    상기 광수신기에 접속된 광원 오차 보정기(optical source error compensator)를 포함하고,
    상기 광순환기는 상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광(Rayleigh scattered light)을 상기 제2 포트에서 입력받아 상기 제3 포트로 출력하도록 구성되고,
    상기 광수신기는 상기 광 순환기의 제3 포트로 출력되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하도록 구성되고,
    상기 광원 오차 보정기는 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하도록 구성되고,
    상기 광변조기는, 상기 광원으로부터 특정 주기를 갖는 광 펄스들의 트레인(train of light pulses)이 방사되게 상기 광원으로부터 방사되는 광을 변조하도록 더 구성되고,
    상기 광변조기는, 상기 광 펄스들이 첫 번째 광 주파수(optical frequency)로부터 N번째 광 주파수까지의 N개의 광 주파수를 차례로 그리고 반복적인 방식으로 가지게 상기 광원으로부터 방사되는 광을 변조하도록 더 구성되는 - 상기 N은 자연수임 -, 분포형 변형 감지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광순환기의 제3 포트로 출력되는 레일리 산란광은, 상기 광 펄스들의 각각이 상기 광순환기의 제2 포트로 출력되는 것에 응답하여 한 번씩 출력되고,
    상기 광수신기는, 상기 광 순환기의 제3 포트로 출력되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 광섬유의 서로 다른 지점들에서 반사되는 산란광들의 세기들을 나타내는 산란광 세기 분포 파형을 제공하도록 더 구성되고,
    상기 광 펄스들이 상기 광순환기의 제2 포트로 출력되는 것에 응답하여 각각 제공되는 산란광 세기 분포 파형들은 상기 광순환기의 제2 포트로 출력되는 광 펄스들의 광 주파수들과 각각 연관되어 있는, 분포형 변형 감지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광수신기는, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광수신기는, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제1 기준 세기로서 식별하고, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 상기 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 상기 제1 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하고 상기 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제1 정합 광 주파수(matched optical frequency)로서 결정하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광수신기는, 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제1 정합 광 주파수를 이용하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광수신기는, 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식

    - 여기서 는 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 상기 첫 번째 광 주파수와 상기 제1 정합 광 주파수 간의 차이를 나타냄 -
    을 이용하여 제공하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 광수신기는, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 상기 N번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하고 상기 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 상기 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하고 상기 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 상기 특정 지점과 관련하여 이전에 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광수신기는, 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식

    - 여기서 는 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 상기 주파수 시프트 값을 나타냄 -
    을 이용하여 제공하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 광수신기는 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 출력하며, 상기 광원 오차 보정기는 상기 출력되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 상기 광원 변화에 따른 오차를 보정하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들 중 어느 하나의 지점에서의 변형률 측정값 또는 상기 기준 감지 광섬유의 지점들에서의 변형률 측정값들의 평균값을 상기 광원 변화에 따른 오차로서 결정하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제2 기준 세기로서 식별하고, 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 상기 제2 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하고 상기 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제2 정합 광 주파수(matched optical frequency)로서 결정하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제2 정합 광 주파수를 이용하는, 분포형 변형 감지 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 아래의 수학식

    - 여기서 는 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 상기 첫 번째 광 주파수와 상기 제2 정합 광 주파수 간의 차이를 나타냄 -
    을 이용하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 상기 N번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하고 상기 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하고 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련하여 이전에 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광원 오차 보정기는, 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하기 위하여 아래의 수학식

    - 여기서 는 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 상기 주파수 시프트 값을 나타냄 -
    을 이용하도록 더 구성되는, 분포형 변형 감지 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 기준 감지 광섬유의 지점들에서 레일리 산란광 보다 높은 반사율을 가진 광을 반사시키도록 하기 위해 상기 기준 감지 광섬유에 광 반사 포인트가 삽입되어 있는, 분포형 변형 감지 시스템.
  18. 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 방법으로서,
    광섬유로 광을 출력하는 단계 - 상기 광섬유는 기준 감지 광섬유 및 상기 기준 감지 광섬유로부터 연장되는 감지 광섬유를 포함하며, 상기 기준 감지 광섬유는 외부 환경 보호 케이스의 내부에 수용됨 -,
    상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계, 및
    상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 광섬유로 광을 출력하는 단계는, 상기 광섬유로 특정 주기를 갖는 광 펄스들의 트레인을 방사하는 단계를 포함하고,
    상기 광섬유로 특정 주기를 갖는 광 펄스들의 트레인을 방사하는 단계는, 상기 광 펄스들이 첫 번째 광 주파수로부터 N번째 광 주파수까지의 N개의 광 주파수를 차례로 그리고 반복적인 방식으로 가지도록 상기 광 펄스들의 트레인을 방사하는 단계를 포함하고,
    상기 N은 자연수인, 변형률 측정값 제공 방법.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서,
    상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는,
    상기 광섬유로 상기 광 펄스들의 각각이 방사되는 것에 응답하여 한 번씩 레일리 산란광을 수신하는 단계, 및
    상기 한 번씩 수신되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 광섬유의 서로 다른 지점들에서 반사되는 산란광들의 세기들을 나타내는 산란광 세기 분포 파형을 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 광섬유로 상기 광 펄스들이 방사되는 것에 응답하여 각각 제공되는 산란광 세기 분포 파형들은 상기 광 펄스들의 광 주파수들과 각각 연관되어 있는, 변형률 측정값 제공 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광섬유의 지점들에서 후방으로 반사되는 레일리 산란광에 기초하여 상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계를 더 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는,
    상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제1 기준 세기로서 식별하는 단계,
    상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 상기 특정 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 상기 제1 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하는 단계, 및
    상기 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제1 정합 광 주파수로서 결정하는 단계를 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제1 정합 광 주파수를 이용하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계를 더 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제1 정합 광 주파수를 이용하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식

    - 여기서 는 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 상기 첫 번째 광 주파수와 상기 제1 정합 광 주파수 간의 차이를 나타냄 -
    을 이용하여 제공하는 단계를 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는,
    상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 상기 N번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하는 단계,
    상기 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 상기 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하는 단계, 및
    상기 특정 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 상기 특정 지점과 관련하여 이전에 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하는 단계를 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 아래의 수학식

    - 여기서 는 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 상기 주파수 시프트 값을 나타냄 -
    을 이용하여 제공하는 단계를 더 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 감지 광섬유에서의 변형률 측정값에서 광원 변화에 따른 오차를 보정하여 최종 변형률 측정값을 제공하는 단계는, 상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 상기 광원 변화에 따른 오차를 보정하는 단계를 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제공되는 산란광 세기 분포 파형들을 분석하여 상기 감지 광섬유의 특정 지점에서의 변형률 측정값에서 상기 광원 변화에 따른 오차를 보정하는 단계는,
    상기 기준 감지 광섬유의 지점들 중 어느 하나의 지점에서의 변형률 측정값을 상기 광원 변화에 따른 오차로서 결정하는 단계, 또는
    상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계 및 상기 변형률 측정값들의 평균값을 상기 광원 변화에 따른 오차로서 결정하는 단계를 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는,
    상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기를 제2 기준 세기로서 식별하는 단계,
    상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 이전에 제공된 N개의 연속되는 산란광 세기 분포 파형을 검사하여 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광의 세기가 상기 제2 기준 세기와 매칭되는 산란광 세기 분포 파형을 식별하는 단계, 및
    상기 식별된 산란광 세기 분포 파형과 연관된 광 주파수를 제2 정합 광 주파수로서 결정하는 단계를 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는, 상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제2 정합 광 주파수를 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 첫 번째 광 주파수 및 상기 제2 정합 광 주파수를 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는, 아래의 수학식

    - 여기서 는 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 은 상기 첫 번째 광 주파수와 상기 제2 정합 광 주파수 간의 차이를 나타냄 -
    을 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계를 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는,
    상기 첫 번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형 내지 상기 N번째 광 주파수와 연관된 산란광 세기 분포 파형에서 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서 반사되는 산란광 세기들을 샘플링하는 단계,
    상기 샘플링된 산란광 세기들을 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 제공하는 단계, 및
    상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형을 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점과 관련하여 이전에 제공된 광 주파수별 산란광 세기 분포 파형과 비교하여 주파수 시프트 값을 결정하는 단계를 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계는, 아래의 수학식

    - 여기서 는 상기 기준 감지 광섬유의 해당 지점에서의 변형률 측정값을 나타내고, 는 상기 첫 번째 광 주파수를 나타내고, 는 상기 주파수 시프트 값을 나타냄 -
    을 이용하여 상기 기준 감지 광섬유의 지점들의 각각에서의 변형률 측정값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 변형률 측정값 제공 방법.
  34. 제18항 및 제20항 내지 제33항의 방법 중 어느 하나의 방법을 실행하기 위한, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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