KR102585772B1 - 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템은, 상이한 파장을 사용하는 복수의 측정광 펄스를 발생하는 복수의 광원과, 상기 복수의 측정광 펄스를 일정치 증폭시키는 광증폭기와, 상기 복수의 광원 각각에 대해, 상기 측정광 펄스의 발생 타이밍을 상이하게 규정하는 복수의 코드를 생성하는 펄스 발생기와, 상기 복수의 코드에 따라 각기 상이한 타이밍에 발생되는 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 일정한 주기로 상기 광증폭기에 입력하는 광결합기와, 상기 광증폭기에 의해 증폭되어 출력된 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스를, 광순환기를 통하여, 온도 감지 광섬유에 입사시키는 필터와, 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 온도 감지 광섬유에서 발생되어 상기 광순환기를 통해 수신되는 산란광을, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리하는 라만 필터, 및 상기 라만 필터에 의해 분리된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 처리하여, 상기 온도 감지 광섬유에 대한 감지 온도를 산출하는 신호처리기를 포함한다.

Description

파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR SENSING DISTRIBUTED TEMPERATURE USING A PLURALITY OF LIGHT PULSES WITH DIFFERENT WAVELENGTHS}

본 발명은 분포형 온도 감지(Distributed Temperature Sensing, DTS) 시스템에 연관되며, 보다 특정하게는 상이한 파장의 복수의 광펄스를 활용한 온도 감지 광섬유에 대한 동시적인 온도 측정 및 온도 기울기의 자동 보정이 가능한 분포형 온도 감지 시스템에 연관된다.

특허문헌 1에 개시된 종래의 분포형 온도감지(DTS) 시스템에서는 감지 광섬유에 고출력 광 펄스를 입력한 후, 후방 산란된 빛에서 라만 파워를 계측하여, 빛이 산란된 위치의 온도를 측정하고 있다.

후방 산란되는 빛의 신호대 잡음비(SNR)를 향상시키고 측정 거리를 증가시키기 위해, 광섬유로 입력되는 광 펄스의 파워를 높이고 측정 시간을 충분히 늘릴 필요가 있다.

고출력 광 펄스를 생성하기 위해 광증폭을 사용할 경우, 광 펄스의 파워를 너무 높이면, 온도를 감지하는 광섬유에서 유도 라만 산란(Stimulated Raman Scattering)이 발생하여 정확한 온도 측정을 하기 어려울 수 있다. 특히, 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber)는 다중 모드 광섬유(Multi Mode Fiber)보다 낮은 파워에서 유도 라만 산란이 발생한다.

따라서 통상적으로 단일 모드 광섬유를 이용한 DTS 시스템에서는 코딩 기법을 사용하여 신호대 잡음비(SNR)를 향상시키고 있다(비특허문헌 1. 참조). 일례로 Cyclic Simplex 코드를 사용할 경우, 코드 길이를 L이라고 하면, 신호대 잡음비(SNR)는 (L+1)/(2√L)가 된다.

이처럼 펄스 광원에 코딩 기법을 적용할 경우, EDFA 광증폭기로 입력되는 펄스 주기가 일정하지 못하므로 EDFA의 과도응답 특성(펄스 발생 시간 간격에 따라 증폭률이 달라짐)이 발생하는데 이는 디코딩 결과에 노이즈로 작용한다. EDFA 과도응답 특성을 개선하기 위해서는 EDFA에 일정한 주기로 펄스를 입력할 필요가 있다.

이에 따라 비특허문헌 2에 개시된 종래의 DTS 시스템에서는, 온도 감지용 펄스를 발생하는 제1 광원 이외에 제2 광원을 추가하고, 제1 광원과 상보적(complementary)인 코드 열을 제2 광원에 적용하여 EDFA광증폭기에 항상 일정한 주기로 펄스가 입력되도록 하고, EDFA광증폭기의 출력에 필터를 두어 제1 광원의 펄스만 온도 감지 광섬유에 입력하고, 제2 광원의 펄스는 소멸되도록 함으로써, EDFA광증폭기의 과도응답 특성을 개선하고 있다.

또한, 라만 산란에 의해 발생하는 스토크스 광과 안티-스토크스 광의 파장은 펌핑(pumping) 파장에 대하여 대략 +/- 80~100nm로 달라지는 특성을 나타낸다. 스토크스 광은 더 긴 파장에서 나타나고, 안티-스토크스 광은 더 짧은 파장에서 나타나며, 광섬유에서 손실은 짧은 파장에서 더 크다. 안티-스토크스 광과 스토크스 광의 파워의 비율을 계산하면 광섬유 길이에 대하여 일정한 기울기를 보인다. 이 비율을 이용하여 온도를 계산하므로 실제 온도와 다르게 광섬유 길이에 대해서 일정한 온도 기울기를 보인다.

이를 이용하여 비특허문헌 3에 개시된 종래의 DTS 시스템에서는, 2개의 펌핑 광원을 마련하고, 각각의 펌핑 광원의 파장 간격을 충분히 넓게 선정하여, 펌핑 광원1과 펌핑 광원2의 스토크스 산란광 파장이 동일하고, 펌핑 광원2와 펌핑 광원1의 안티-스토크스 산란광 파장이 동일해지도록 함으로써, 스토크스 산란광 및 안티-스토크스 산란광의 파장 차이에 기인한 손실차를 보상하고 있다.

[특허문헌 1] 한국 공개특허 10-2012-0013597

[비특허문헌 1] M. A. Soto et al., "Advanced cyclic coding technique for long-range Raman DTS systems with meter-scale spatial resolution over standard SMF," SENSORS, 2011 IEEE, 2011, pp. 878-881, doi: 10.1109/ICSENS.2011.6127331. [비특허문헌 2] F. R. Bassan et al., "Raman-based distributed temperature sensor using simplex code and gain controlled EDFA", Proceedings Volume 9634, 24th International Conference on Optical Fibre Sensors; 96346P (2015) [비특허문헌 3] Kwang Suh and Chung Lee, "Auto-correction method for differential attenuation in a fiber-optic distributed-temperature sensor," Opt. Lett. 33, 1845-1847 (2008)

종래의 DTS 시스템에서는 EDFA광증폭기의 과도응답 특성을 개선하기 위해, 제1 광원 이외에 제2 광원을 추가해, 제1 광원의 상보 열을 제2 광원에 적용하여 EDFA광증폭기에 항상 일정한 주기로 펄스가 입력되도록 한 후, EDFA광증폭기의 출력단의 필터를 통해 상보 열인 제2 광원의 펄스를 제거해 제1 광원의 펄스만 온도 감지에 사용하고 있지만, 본 발명에서는, 제2 광원의 펄스(상보 열)를 제거하지 않고 코드 열로서 제1 광원의 펄스와 함께 사용함으로써, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성을 개선하는 동시에, 경제적으로 온도 감지를 수행 가능한 분포형 온도 감지 시스템을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는, 제1 광원과 제2 광원의 파장을 선정시, 제1 광원의 파장이 제2 광원의 라만 산란 스토크스 파장 대역에 포함되고, 제2 광원의 파장이 제1 광원의 라만 산란 안티-스토크스 파장 대역에 포함되도록 하여, 제1 광원과 제2 광원을 상보 관계의 펄스 열로 운용함으로써, 단일 모드 광섬유를 이용하는 분포형 온도 감지 시스템에서의 라만 산란에 의해 발생되는 두 스토크스 성분과 안티-스토크스 성분의 파장차이에 기인한 손실차를 효과적으로 자동 보정 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

종래의 DTS 시스템에서는 복수의 온도 감지 광섬유의 온도를 측정하기 위해서는 광순환기와 각각의 온도 감지 광섬유 사이에 1x2 광스위치를 구비하여, 스위치 전환에 의해 시분할로 각각의 온도 감지 광섬유의 온도 감지를 수행하므로 온도 감지(측정)에 소요되는 시간이 온도 감지 광섬유의 수에 비례해 증가하게 되지만, 본 발명에서는, 광스위치를 이용하지 않고 복수의 온도 감지 광섬유에 대해 온도 감지를 한 번에 수행하여, 측정에 소요되는 시간을 종래의 DTS 시스템에 비해 1/2로 줄이는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템은, 상이한 파장을 사용하는 복수의 측정광 펄스를 발생하는 복수의 광원과, 상기 복수의 측정광 펄스를 일정치 증폭시키는 광증폭기와, 상기 복수의 광원 각각에 대해, 상기 측정광 펄스의 발생 타이밍을 상이하게 규정하는 복수의 코드를 생성하는 펄스 발생기와, 상기 복수의 코드에 따라 각기 상이한 타이밍에 발생되는 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 일정한 주기로 상기 광증폭기에 입력하는 광결합기와, 상기 광증폭기에 의해 증폭되어 출력된 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스를, 광순환기를 통하여, 온도 감지 광섬유에 입사시키는 필터와, 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 온도 감지 광섬유에서 발생되어 상기 광순환기를 통해 수신되는 산란광을, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리하는 라만 필터, 및 상기 라만 필터에 의해 분리된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 처리하여, 상기 온도 감지 광섬유에 대한 감지 온도를 산출하는 신호처리기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법은, 펄스 발생기에서, 상이한 파장을 사용하는 복수의 광원 각각에 대해, 측정광 펄스의 발생 타이밍을 상이하게 규정하는 복수의 코드를 생성하는 단계와, 광결합기에서, 상기 복수의 코드에 따라, 상기 복수의 광원으로부터 각기 상이한 타이밍에 발생되는 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 일정한 주기로 광증폭기에 입력하는 단계와, 필터에서, 상기 광증폭기에 의해 증폭되어 출력된 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스를, 광순환기를 통하여, 온도 감지 광섬유에 입사시키는 단계와, 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 온도 감지 광섬유에서 발생된 산란광이, 상기 광순환기를 통해 라만 필터에 수신되면, 상기 라만 필터에서, 상기 수신된 산란광을, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리하는 단계, 및 신호처리기에서, 상기 라만 필터에 의해 분리된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 처리하여, 상기 온도 감지 광섬유에 대한 감지 온도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제2 광원의 펄스(상보 열)를 제거하지 않고 코드 열로서 제1 광원의 펄스와 함께 사용함으로써, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성을 개선하는 동시에, 경제적으로 온도 감지를 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 광원의 파장이 제2 광원의 라만 산란 스토크스 파장 대역에 포함되고, 제2 광원의 파장이 제1 광원의 라만 산란 안티-스토크스 파장 대역에 포함되도록 제1 광원과 제2 광원의 파장을 선정하여, 제1 광원과 제2 광원을 상보 관계의 펄스 열로 운용함으로써, 두 산란광의 파장차이에 기인한 손실차를 효과적으로 자동 보정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 복수의 온도 감지 광섬유에 대해 온도 감지를 한 번에 수행하여, 측정에 소요되는 시간을 종래의 DTS 시스템에 비해 1/2로 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템의 일 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템의 다른 구성을 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템에서, Cyclic Simplex Code의 일례로 7비트 코드 열과 상보 열 및 코드 열과 상보 열의 조합을 시간 흐름에 따라 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템에서, 광섬유의 거리와 파워 레벨에 따른 스토크스 트레이스를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템에서, 복수의 광원에 의한 레일리 산란과 라만 산란의 파장 분포를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템(100)은, 펄스 발생기(111), 복수의 광원(112), 광결합기(113), 광증폭기(114), 필터(115), 광순환기(116), 라만 필터(121), 광감지기(122), 광스위치(123), 데이터 수집장치(124), 신호처리기(125) 및 온도 감지 광섬유(130)를 포함하여 구성할 수 있다.

여기서, 펄스 발생기(111), 복수의 광원(112), 광결합기(113), 광증폭기(114), 및 필터(115)는, 본 발명의 분포형 온도 감지 시스템(100)에서 온도 감지 광섬유(130)에서의 감지 온도 산출을 위해 파장이 상이한 복수의 측정광 펄스를 발생하는 발생부(110)를 구성한다.

또한, 라만 필터(121), 광감지기(122), 광스위치(123), 데이터 수집장치(124), 신호처리기(125)는, 온도 감지 광섬유(130)로부터 발생되는 상기 복수의 측정광 펄스에 대한 산란광을 수신하여, 온도 감지 광섬유(130)에서의 감지 온도의 산출 처리에 이용하는 본 발명의 분포형 온도 감지 시스템(100)에서 수신부(120)를 구성한다.

발생부(110)에서는, 코딩 기법으로 통상 잘 알려진 Cyclic Simplex Code를 사용하여 복수의 광원(112)에 대해 사전에 결정한 코드 비트를 측정 거리(예, 20km)를 왕복이동하는 시간 동안에 균등하게 적용하여 각기 상이한 타이밍에 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를 발생하고, 수신부(120)에서는, 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스가 입사된 온도 감지 광섬유(130)로부터 후방 산란된 산란광을 일정 시간 간격으로 고속으로 수집하여, 감지 온도를 산출한다.

펄스 발생기(111)는, 복수의 광원(112) 각각에 대해, 측정광 펄스의 발생 타이밍을 상이하게 규정하는 복수의 코드를 생성한다.

일례로 펄스 발생기(111)는 Cyclic Simplex Code 기법에 의해, '1'과 '0'으로 이루어진 복수 비트의 제1 코드(예, 7비트의 코드 열 '1011100')를 생성할 수 있다.

또한, 펄스 발생기(111)는 상기 제1 코드 내의 '1'을 '0'으로 변경하고, 상기 제1 코드 내의 '0'을 '1'로 변경함으로써, 상기 제1 코드와 상보적(Complementary)인 관계를 가지는 복수 비트의 제2 코드(예, 7비트의 코드 열 '0100011')를 생성할 수 있다.

복수의 광원(112)은 상기 복수의 코드에 따라 각기 상이한 타이밍에 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를 발생한다.

복수의 광원(112)이 2개의 제1 광원 및 제2 광원으로 이루어진 경우, 상기 제1 코드의 코딩에 의해, 상기 복수의 광원(112) 중 제1 광원이 구동되고, 상기 제2 코드의 코딩에 의해, 상기 복수의 광원(112) 중 제2 광원이 구동될 수 있다.

상기 제1 광원은 상기 제1 코드(예, '1011100') 내 각 비트의 값이 '1'이 되는 타이밍(예, 7비트 중 1, 3, 4, 5번째 비트)에서 제1 측정광 펄스를 발생하고, 제2 광원은 상기 제2 코드(예, '0100011') 내 각 비트의 값이 '1'이 되는 타이밍(예, 7비트 중 2, 6, 7번째 비트)에 제2 측정광 펄스를 발생할 수 있다.

즉, 제1 광원에서 측정광 펄스를 방출하는 타이밍이 제2 광원과 중첩되지 않도록, 펄스 발생기(111)는 제1 광원에서의 측정광 펄스의 발생 타이밍을 규정하는 제1 코드에 대한 상보 코드(Complementary code)를, 제2 광원에서의 측정광 펄스의 발생 타이밍을 규정하는 제2 코드로서 생성할 수 있다.

제1 코드 내에서, 측정광 펄스의 방출 타이밍이 되는 비트 값이 1'이 되는 비트의 위치는, 제2 코드 내에서, 측정광 펄스의 방출 타이밍이 되는 비트 값이 1'이 되는 비트의 위치와 중첩되지 않으며, 따라서 상기 제1 광원과 상기 제2 광원에서는 각기 상이한 타이밍에 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를 발생시킬 수 있다.

복수의 광원(112)은 상이한 파장을 사용하여 복수의 측정광 펄스를 발생한다.

일례로 복수의 광원(112)이 2개의 제1 광원 및 제2 광원으로 이루어진 경우, 제1 광원이 사용하는 파장1과 제2 광원이 사용하는 파장2 간 파장 차이가 대략 80nm 정도가 되도록, 사전에 파장1과 파장2가 설정될 수 있다.

이처럼 복수의 광원(112) 각각에 일정한 파장 차이를 가지도록 설정된 파장을 이용하면, 후술하는 광증폭기(114)에 의해 필터(115)에 입력된 제1 광원으로부터의 제1 측정광 펄스와 제2 광원으로부터의 제2 측정광 펄스를 분리하여, 2개의 제1 온도 감지 광섬유와 제2 온도 감지 광섬유에 각각 입사시키는 것이 가능해진다.

또한 온도 감지 광섬유에 제1 측정광 펄스가 입사함에 따라 발생되는 라만 산란광 중 스토크스 성분(ST)은 제1 광원의 펌핑 파장과 약 +100nm 정도의 파장 차이가 있고, 상기 라만 산란광 중 안티-스토크스 성분(AS)은 제1 광원의 펌핑 파장과 약 -100nm 정도의 파장 차이를 보이는 점을 이용하면, 후술하는 제1 라만 필터와 제2 라만 필터에서, 수신된 산란광을 제1 스토크스 산란광(ST) 및 제1 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리하여, 각 광감지기에 입력하는 것이 가능해진다.

광결합기(113)는 상기 복수의 코드에 따라 각기 상이한 타이밍에 발생되는 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 일정한 주기로 광증폭기(114)에 입력한다.

광증폭기(114)는 상기 복수의 측정광 펄스를 일정치 증폭시켜 출력한다. 광증폭기(114)는 파장 대역이 80nm 이상인 wide-band EDFA 광증폭기에 의해 구현될 수 있다.

종래의 1개의 광원을 사용하는 DTS 시스템에서는, 1개의 광원에서 발생된 측정광 펄스가 EDFA 광증폭기에 입력되는 주기가 도 4a와 같이 일정하지 않아서 EDFA 광증폭기의 증폭률이 달라지는 과도응답 특성을 나타내는 문제가 있었다. 이에 비해 복수의 광원(112)을 사용하는 본 발명의 분포형 온도 감지 시스템(100)에서는, 제1 측정광 펄스와 상이한 타이밍에 발생되는 제2 측정광 펄스를 이용하여, 광증폭기(114)에 입력되는 제1 및 제2 측정광 펄스의 입력 주기를 도 4c와 같이 일정하게 유지할 수 있고, 이를 통해 광증폭기(114)의 증폭률을 균일하게 유지할 수 있다.

필터(115)는, 광증폭기(114)에 의해 증폭되어 출력된 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스를, 광순환기(116)를 통하여, 온도 감지 광섬유(130)에 입사시킨다.

즉, 필터(115)는, 광증폭기(114)의 증폭률을 균일하게 유지하기 위해 이용된 상기 제2 광원으로부터의 제2 측정광 펄스를, 종래의 DTS 시스템에서와 같이 광증폭기(114)의 출력으로부터 제거하지 않고, 상기 제1 측정광 펄스와 함께 온도 감지 광섬유(130)에 입사시켜, 감지 온도의 산출에 이용할 수 있다.

온도 감지 광섬유(130)에서는 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 산란광이 발생되고, 상기 산란광이 광순환기(116)를 통해 라만 필터(121)에 수신된다.

라만 필터(121)는 수신된 산란광을, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리한다.

신호처리기(125)는, 라만 필터(121)에 의해 분리된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 처리하여, 온도 감지 광섬유(130)에 대한 감지 온도를 산출한다.

일례로 필터(115)에서 상기 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 동일한 온도 감지 광섬유(130)에 입사시킬 경우, 도 3에 도시된 분포형 온도 감지 시스템(100, 300)에서와 같이, 온도 감지 광섬유(130)에서 발생된 산란광으로부터 분리된 상기 제1 측정광 펄스에 대한 스토크스(ST) 산란광과 상기 제2 측정광 펄스에 대한 안티-스토크스(AS) 산란광을 이용하여, 온도 감지 광섬유(130)의 길이에 따른 온도 기울기가 자동 보정된 온도를 측정하는 것이 가능해진다.

이 경우 필터(115)는, 제1 광원 및 제2 광원에 각각 설정된 파장 1, 2에 따라, 광증폭기(114)의 출력으로부터 상기 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를 분리하는 단일의 파장 분할기에 의해 구현될 수 있다.

도 3을 참조하면, 필터(115, 301)는, 광증폭기(114, 206)에 의해 증폭되어 출력된 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스를, 광순환기(116, 302)를 통하여, 동일한 온도 감지 광섬유(130, 303)에 입사시키고, 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 온도 감지 광섬유(130, 303)에서 발생되는 산란광이 광순환기(116, 302)를 통해 라만 필터(121, 304)에 수신되면, 라만 필터(121, 304)는 수신된 산란광을, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리한다.

제1 광감지기(122, 305)는, 라만 필터(121, 304)에 의해 상기 산란광에서 분리된 상기 스토크스 산란광(ST)을 전기신호로 변환하고, 제2 광감지기(122, 306)는, 라만 필터(121, 304)에 의해 상기 산란광에서 분리된 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 전기신호로 변환하고, 데이터 수집장치(124, 218)는 상기 전기신호로 변환된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을, 디지털신호로 변환하고, 신호처리기(125, 219)는, 상기 디지털신호로 변환된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 구동 시 이용한 제1 코드('1011100')와 상기 제2 코드('0100011')에 의해 디코딩하여, 상기 온도 감지 광섬유에서의 감지 온도를 산출할 수 있다.

여기서, 광순환기(116, 302)를 통해 라만 필터(121, 304)에 수신되는 산란광에는, 상기 제1 측정광 펄스의 입사에 따라 온도 감지 광섬유(130, 303)에서 발생된 제1 산란광과, 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 온도 감지 광섬유(130, 303)에서 발생된 제2 산란광이 포함될 수 있다.

라만 필터(121, 304)의 스토크스 성분(ST)의 투과 파장 대역에는, 제2 광원에 설정된 파장이 포함되지 않도록 하고, 라만 필터(121, 304)의 안티스토크스 성분(AS)의 투과 파장 대역에는, 제1 광원에 설정된 파장이 포함되지 않도록 사전에 정해질 수 있다.

이 경우, 라만 필터(121, 304)에 수신된 상기 제1 산란광과 상기 제2 산란광 중에서, 제1 광감지기(122, 305)에 입력할 스토크스 산란광(ST)은, 상기 제1 광원으로부터의 제1 측정광 펄스의 입사에 따라 수신된 상기 제1 산란광으로부터 추출되고, 제2 광감지기(122, 306)에 입력할 안티-스토크스 산란광(AS)은, 상기 제2 광원으로부터의 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 수신된 상기 제2 산란광으로부터 추출될 수 있다.

다시 말해, 라만 필터(121, 304)는 수신된 상기 제1 산란광과 상기 제2 산란광 중, 상기 제2 산란광 내의 스토크스 산란광(ST)을 필터링한 후, 상기 제1 산란광 내의 스토크스 산란광(ST)을, 제1 광감지기(122, 305)에 입력하고, 수신된 상기 제1 산란광과 상기 제2 산란광 중, 상기 제1 산란광 내의 안티-스토크스 산란광(AS)을 필터링한 후, 상기 제2 산란광 내의 안티-스토크스 산란광(AS)을, 제2 광감지기(122, 306)에 입력할 수 있다.

이후 신호처리기(125, 219)는, 제1 광감지기(122, 305)에 입력된 상기 제1 산란광 내의 스토크스 산란광(ST)을, 상기 제1 광원의 구동시 이용한 상기 제1 코드('1011100')에 의해 디코딩하고, 제2 광감지기(122, 306)에 입력된 상기 제2 산란광 내의 안티-스토크스 산란광(AS)을, 상기 제2 광원의 구동시 이용한 상기 제2 코드('0100011')에 의해 디코딩할 수 있다.

신호처리기(125, 219)는, 디코딩된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 이용하여, 1개의 온도 감지 광섬유(130, 303)에서의 길이에 따른 온도 기울기가 보정된 감지 온도를 산출할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는, 제1 광원과 제2 광원의 파장을 선정시, 제1 광원의 파장이 제2 광원의 라만 산란 스토크스 파장 대역에 포함되고, 제2 광원의 파장이 제1 광원의 라만 산란 안티-스토크스 파장 대역에 포함되도록 하여, 제1 광원과 제2 광원을 상보 관계의 펄스 열로 운용함으로써, 단일 모드 광섬유를 이용하는 분포형 온도 감지 시스템에서의 라만 산란에 의해 발생되는 두 스토크스 성분과 안티-스토크스 성분의 파장차이에 기인한 손실차가 자동으로 보정된 온도 측정이 가능해진다.

다른 일례로 필터(115)에서 상기 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 상이한 제1 온도 감지 광섬유 및 제2 온도 감지 광섬유에 입사시킬 경우, 도 2에 도시된 분포형 온도 감지 시스템(100, 200)에서와 같이, 제1 및 제2 온도 감지 광섬유에서 발생되는 각각의 산란광을 이용해, 한번의 동작으로 2개의 온도 감지 광섬유의 온도를 동시에 측정하는 것이 가능해진다.

이 경우, 필터(115)는 제1 광원에 설정된 파장 1에 따라 광증폭기(114)의 출력으로부터 상기 제1 측정광 펄스를 분리하는 제1 파장 분할기와, 제2 광원에 설정된 파장 2에 따라 광증폭기(114)의 출력으로부터 상기 제2 측정광 펄스를 분리하는 제2 파장 분할기가 결합된 형태로 구성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 필터(115, 207)의 상기 제1 파장 분할기는, 광증폭기(114, 206)의 증폭된 출력으로부터, 제1 광원(112, 203)에 설정된 파장1을 사용하는 상기 제1 측정광 펄스를 분리하고, 분리된 상기 제1 측정광 펄스를 제1 광순환기(116, 208)를 통하여, 제1 온도 감지 광섬유(130, 209)에 입사시킬 수 있다.

또한 필터(115, 207)의 상기 제2 파장 분할기는, 광증폭기(114, 206)의 증폭된 출력으로부터, 제2 광원(112, 204)에 설정된 파장을 사용하는 상기 제2 측정광 펄스를 분리하고, 분리된 상기 제2 측정광 펄스를 제2 광순환기(116, 210)를 통하여, 제2 온도 감지 광섬유(130, 211)에 입사시킬 수 있다.

라만 필터(121)는, 제1 광순환기(116, 208)와 연결된 제1 라만 필터(213)와, 제2 광순환기(116, 210)와 연결된 제2 라만 필터(212)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 라만 필터(213)는, 제1 광원(112, 203)에 의해 생성된 상기 제1 측정광 펄스의 입사에 따라, 제1 온도 감지 광섬유(130, 209)에서 발생된 제1 산란광이, 제1 광순환기(116, 208)를 통해 수신되면, 상기 수신된 제1 산란광을, 제1 스토크스 산란광(ST) 및 제1 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리할 수 있다.

제2 라만 필터(212)는, 제2 광원(112, 204)에 의해 생성된 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라, 제2 온도 감지 광섬유(130, 211)에서 발생된 제2 산란광이, 제2 광순환기(116, 210)를 통해 수신되면, 상기 수신된 제2 산란광을, 제2 스토크스 산란광(ST) 및 제2 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리할 수 있다.

제1 광감지기(122, 217)는, 제1 라만 필터(213)에 의해 상기 제1 산란광에서 분리되어, 광스위치(123, 215)를 통해 시분할로 수신되는 상기 제1 스토크스 산란광(ST) 및 제1 안티-스토크스 산란광(AS)을, 전기신호로 변환한다.

제2 광감지기(122, 216)는, 제2 라만 필터(212)에 의해 상기 제2 산란광에서 분리되어, 광스위치(123, 214)를 통해 시분할로 수신되는 상기 제2 스토크스 산란광(ST) 및 제2 안티-스토크스 산란광(AS)을, 전기신호로 변환한다.

데이터 수집장치(124, 218)는 상기 전기신호로 변환된 상기 제1 스토크스 산란광(ST), 제1 안티-스토크스 산란광(AS), 상기 제2 스토크스 산란광(ST) 및 제2 안티-스토크스 산란광(AS)을, 디지털신호로 변환한다.

신호처리기(125, 219)는, 상기 디지털신호로 변환된 상기 제1 스토크스 산란광(ST) 및 상기 제1 안티-스토크스 산란광(AS)을, 제1 광원(112, 203)의 구동시 이용한 상기 제1 코드('1011100')에 의해 디코딩하여, 제1 온도 감지 광섬유(130, 209)에 대한 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) 트레이스를 복원하고, 상기 복원된 OTDR 트레이스를 이용하여 제1 온도 감지 광섬유(130, 209)에서의 감지 온도를 산출할 수 있다.

또한 신호처리기(125, 219)는, 상기 디지털신호로 변환된 상기 제2 스토크스 산란광(ST) 및 상기 제2 안티-스토크스 산란광(AS)을, 상기 제2 광원의 구동시 이용한 상기 제2 코드('0100011')에 의해 디코딩하여, 제2 온도 감지 광섬유(130, 211)에 대한 OTDR 트레이스를 복원하고, 상기 복원된 OTDR 트레이스를 이용하여 제2 온도 감지 광섬유(130, 211)에서의 감지 온도를 산출할 수 있다.

종래의 DTS 시스템에서는 EDFA광증폭기의 과도응답 특성을 개선하기 위해, 제1 광원 이외에 제2 광원을 추가해, 제1 광원의 상보 열을 제2 광원에 적용하여 EDFA광증폭기에 항상 일정한 주기로 펄스가 입력되도록 한 후, EDFA광증폭기의 출력단의 필터를 통해 상보 열인 제2 광원의 펄스를 제거해 제1 광원의 펄스만 온도 감지에 사용하고 있지만, 본 발명에서는, 제2 광원의 펄스(상보 열)를 제거하지 않고 코드 열로서 제1 광원의 펄스와 함께 사용함으로써, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성을 개선하는 동시에, 한번의 동작으로 2개의 온도 감지 광섬유의 온도를 동시에 측정할 수 있어, 효율적으로 온도 감지를 수행할 수 있다.

또한 종래의 DTS 시스템에서는 복수의 온도 감지 광섬유의 온도를 측정하기 위해서는 광순환기와 각각의 온도 감지 광섬유 사이에 1x2 광스위치를 구비하여, 스위치 전환에 의해 시분할로 각각의 온도 감지 광섬유의 온도 감지를 수행하므로 온도 감지(측정)에 소요되는 시간이 온도 감지 광섬유의 수에 비례해 증가하게 되지만, 본 발명에서는, 광스위치를 이용하지 않고 복수의 온도 감지 광섬유에 대해 온도 감지를 한 번에 수행하여, 측정에 소요되는 시간을 종래의 DTS 시스템에 비해 1/2로 줄일 수 있다.

도 2에는, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성의 개선에 사용된 제2 광원(204)의 펄스를 제거하지 않고, 제1 광원(203)의 펄스와 함께 2개의 온도 감지 광섬유의 온도 감지에 각각 사용하여, 한번의 동작으로 2개의 온도 감지 광섬유의 온도를 동시에 감지할 수 있는 분포형 온도 감지 시스템(200)이 도시된다.

도 2는 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템의 일 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 분포형 온도 감지 시스템(200)은 펄스 발생기(201, 202), 광원(203, 204), 광결합기(205), 광증폭기(206), 필터(207), 광순환기(208, 210), 온도 감지 광섬유(209, 211), 라만 필터(212, 213), 광스위치(214, 215), 광감지기(216, 217), 데이터 수집장치(218), 및 신호 처리기(219)를 포함하여 구성할 수 있다.

펄스 발생기(201)는 펄스 코딩 기법의 일례로 'Cyclic Simplex Code'를 적용해 생성한 코드 열(예, 7비트 코드 열 '1011100')에 의해, 제1 광원으로서 광원(203)을 구동한다.

광원(203)은 코드 열('1011100')에 의해 코딩된 펄스를 발생시키고, 발생된 펄스 열은 광결합기(205)를 통하여 광증폭기(206)에 입력된다.

광증폭기(206)는 'EDFA 광증폭기'로 구현되는 경우, 상기 코드 열('1011100')에 의해 코딩된 펄스 열이 광증폭기(206)에 입력되는 펄스 주기가 일정하지 않음에 따라 광증폭기(206)에서 과도응답이 발생할 수 있다.

분포형 온도 감지 시스템(200)은 광증폭기(206)의 과도응답 특성을 개선하기 위해, 광원(203) 이외에 제2 광원으로서 광원(204)을 추가로 구비한다.

펄스 발생기(202)는 광원(203)을 구동하는 상기 코드 열('1011100')과 상보적 관계인 코드 열(예, '0100011')(이하, '상보 열'이라고 한다)에 의해 광원(204)을 구동하고, 이에 따라 광원(204)은 상기 상보 열('0100011')에 의해 코딩된 펄스를 발생시킨다. 광결합기(205)는, 광원(203, 204)으로부터 입력된 각각의 펄스를 결합하여 광증폭기(206)에 입력한다. 이에 따라 광증폭기(206)에는 균일한 시간 간격으로 펄스가 입력된다.

이처럼 본 발명의 분포형 온도 감지 시스템(200)에서는, 신호대 잡음비(SNR) 향상을 위해 펄스 코딩 기법을 사용하고, 광증폭기(206)로서 EDFA 광증폭기를 사용할 경우에, 펄스 발생기(201) 및 광원(203) 이외에 추가적으로 펄스 발생기(202) 및 광원(204)을 마련하여, 광증폭기(206)에 일정한 주기로 펄스가 입력되도록 할 수 있어, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성을 개선할 수 있다.

광증폭기(206)는 광결합기(205)에 의해 결합되어 입력된 펄스를 일정치 증폭시켜 필터(207)에 입력한다. 광증폭기(206)는 파장 대역이 80nm 이상인 wide-band EDFA 광증폭기에 의해 구현될 수 있다.

도 2에서의 광원1(203)과 광원2(204)의 파장은, EDFA 광증폭기(206)의 이득 파장 범위에 포함되면서, 광원1(203)의 스토크스 성분의 파장과 광원2(204)의 스토크스 성분의 파장이 중첩되지 않고, 광원1(203)의 안티-스토크스 성분의 파장과 광원2(204)의 안티-스토크스 성분의 파장이 중첩되지 않도록, 사전에 정해질 수 있다.

이때 광증폭기(206)는, 증폭된 펄스를 필터(207)에 입력시, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성 개선을 위해 이용했던 제2 광원인, 광원(204)으로부터의 펄스를 상기 증폭된 펄스로부터 제거하는 처리 없이 필터(207)에 입력하여, 광원(203, 204)으로부터의 펄스를 2개의 온도 감지 광섬유(209, 211)의 온도 측정에 사용되도록 할 수 있다.

필터(207)는, 광증폭기(206)로부터 입력된 펄스 내 포함되는 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 성분을 제거한 후, 광원(203)의 피크 파장(이하, '파장1')에 해당하는 펄스를 광순환기(208)에 입력하고, 광원(204)의 피크 파장(이하, '파장2')에 해당하는 펄스를 광순환기(210)에 입력한다.

여기서 필터(207)는 EDFA ASE로부터 광원(203)과 광원(204)을 각각 분리하는 파장 분할기로 구현될 수도 있고, EDFA ASE로부터 광원(203)만 분리하는 제1 파장 분할기와 광원(204)만 분리하는 제2 파장 분할기가 결합된 형태로 구현될 수도 있다.

광순환기(208)에 입력된 광원(203)의 '파장1'에 해당하는 펄스는 온도 감지 광섬유(209)에 입사되고, 광순환기(210)에 입력된 광원(204)의 '파장2'에 해당하는 펄스는 온도 감지 광섬유(211)에 입사된다.

상기 펄스가 입사된 온도 감지 광섬유(209)에서는 입사 방향과 반대되는 후방으로 라만 산란에 의해 발생된 산란광이 광순환기(208)를 거쳐 라만 필터(213)로 입력된다. 마찬가지로, 온도 감지 광섬유(211)에서도 상기 펄스의 입사 방향과 반대되는 후방으로 라만 산란에 의해 발생된 산란광이 광순환기(210)를 거쳐 라만 필터(212)로 입력된다. 상기 산란광은, 라만 필터(212)와 라만 필터(213)에 의해 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 각각 분리된다.

도 2에서, 광원(203) 및 광원(204)에서 사용하는 파장은, EDFA 광증폭기로 구현되는 광증폭기(206)의 이득 파장 범위 내에 속하면서, 광원(203)의 스토크스 산란광(ST)의 파장과 광원(204)의 스토크스 산란광(ST)의 파장이 서로 중첩되지 않고, 광원(203)의 안티-스토크스 산란광(AS)의 파장과 광원(204)의 안티-스토크스 산란광(AS)의 파장이 서로 중첩되지 않도록 정해진다.

이를 이용하여, 라만 필터(212)와 라만 필터(213)는, 광순환기(208)와 광순환기(210)로부터 각각 입력되는 산란광으로부터, 스토크스 산란광(ST)과 안티-스토크스 산란광(AS)을 필터링하여, 광스위치(214, 215)를 통해 광감지기(216)와 광감지기(217)로 입력한다. 일례로 광스위치(214, 215)는 상기 스토크스 산란광(ST)과 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 스위칭 전환에 의해 시분할로 구분해서 광감지기(216)와 광감지기(217)에 입력할 수 있다.

입력된 스토크스 산란광(ST)은, 광감지기(216)와 광감지기(217)에서 광전변환에 의해 전기 신호로 변환되고, 변환된 전기 신호는 데이터 수집장치(218)에서 디지털 신호로 변환된 후, 신호 처리기(219)에서 온도 감지 광섬유(209)와 온도 감지 광섬유(211)에 대한 온도 계산시 사용된다.

신호 처리기(219)는, 상기 디지털 신호로 변환된 스토크스 산란광(ST)을, 광원(203)의 구동시 이용된 코드 열('1011100') 및 광원(204)의 구동시 이용된 상보 열('0100011')에 의해 디코딩하여, 온도 감지 광섬유(209)와 온도 감지 광섬유(211)에 대한 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) 트레이스를 복원함으로써, 온도 감지 광섬유(209, 211)에서의 감지 온도를 계산할 수 있다.

이와 같이, 펄스 코딩 기법 및 EDFA 광증폭기를 사용하는 분포형 온도 감지 시스템(200)에서는, 펄스 코딩 기법이 적용되는 광원(203)과 함께, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성을 개선하기 위해 마련한 광원(203)의 상보 열로 구동되는 광원(204)을, 광증폭기(206)의 출력단에서 제거하지 않고, 2개의 온도 감지 광섬유(209, 211)의 온도 감지에 각각 사용함으로써, 한번의 동작으로 2개의 온도 감지 광섬유(209, 211)의 온도를 동시에 측정할 수 있다.

도 3에 도시된 분포형 온도 감지 시스템(300)에서는 코드 열에 의해 구동되는 제1 광원(203)과 함께 상기 코드 열의 상보 열에 의해 구동되는 제2 광원(204)의 펄스를, 1개의 온도 감지 광섬유(303)에 입사시켜, 온도 감지 광섬유(303)의 길이에 따른 온도 기울기가 자동으로 보정된 온도 계산에 활용할 수 있다.

이때 분포형 온도 감지 시스템(300)에서는 온도 계산에 사용되는 스토크스(ST) 성분에 제1 광원(203)에서 산란된 스토크스 광을 사용하고, 안티-스토크스(AS) 성분에 제2 광원(204)에서 산란된 안티-스토크스 광을 사용함으로써, 온도 감지 광섬유(303)의 길이에 따른 온도 기울기를 자동으로 보정할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템의 다른 구성을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 분포형 온도 감지 시스템(300)은 펄스 발생기(201, 202), 광원(203, 204), 광결합기(205), 광증폭기(206), 필터(301), 광순환기(302), 온도 감지 광섬유(303), 라만 필터(304), 광감지기(305, 306), 데이터 수집장치(218), 및 신호 처리기(219)를 포함하여 구성할 수 있다.

도 3의 분포형 온도 감지 시스템(300) 내 펄스 발생기(201, 202), 광원(203, 204), 광결합기(205) 및 광증폭기(206)는, 도 2의 분포형 온도 감지 시스템(200)에서와 마찬가지의 기능을 수행한다.

펄스 발생기(201)는 펄스 코딩 기법의 일례로 'Cyclic Simplex Code'를 적용해 생성한 코드 열(예, 7비트 코드 열 '1011100')에 의해, 제1 광원으로서 광원(203)을 구동한다.

펄스 발생기(202)는 상기 코드 열('1011100')과 상보적 관계인 코드 열(예, '0100011')(이하, '상보 열'이라고 한다)에 의해 광원(204)을 구동한다.

광원(203)은 코드 열('1011100')에 의해 코딩된 펄스를 발생시키고, 광원(204)은 상기 상보 열('0100011')에 의해 코딩된 펄스를 발생시키고, 발생된 펄스 열은 광결합기(205)를 통하여 광증폭기(206)에 입력된다.

이에 따라 광증폭기(206)에는 코드 열에 의해 코딩된 광원(203)으로부터의 펄스와 함께, 상보 열에 의해 코딩된 광원(204)으로부터의 펄스가 입력되므로, 광증폭기(206)에는 균일한 시간 간격으로 펄스가 입력되어, 종래의 광증폭기(206)에서의 과도응답 특성을 개선할 수 있다.

광증폭기(206)는 광결합기(205)에 의해 결합되어 입력된 펄스를 일정치 증폭시켜 필터(207)에 입력한다. 광증폭기(206)는 파장 대역이 80nm 이상인 wide-band EDFA 광증폭기에 의해 구현될 수 있다.

이때 광증폭기(206)는, 증폭된 펄스를 필터(301)에 입력시, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성 개선을 위해 이용했던 제2 광원인, 광원(204)으로부터의 펄스를 상기 증폭된 펄스로부터 제거하는 처리 없이, 필터(301) 및 광순환기(302)를 통해 1개의 온도 감지 광섬유(303)에 입사시켜, 1개의 온도 감지 광섬유(303)의 길이에 따른 온도 기울기가 자동으로 보정된 온도 측정이 가능해지도록 할 수 있다.

구체적으로 광증폭기(206)에 연결된 필터(301)는, 광증폭기(206)에 의해 증폭된 펄스 내 포함되는 ASE 성분을 제거한 후, 광원(203)의 피크 파장(이하, '파장1')에 해당하는 펄스와, 광원(204)의 피크 파장(이하, '파장2')에 해당하는 펄스를 광순환기(302)에 입력한다. 여기서 필터(207)는 EDFA ASE로부터 광원(203)과 광원(204)을 각각 분리하는 파장 분할기에 의해 구현될 수 있다.

광순환기(302)는, 필터(301)에 의해 입력되는 두 파장(파장 1, 2)의 펄스를 1개의 온도 감지 광섬유(303)에 일정 주기로 입사한다.

이에 따라 온도 감지 광섬유(303)에서는 광원(203)에 해당하는 파장1의 펄스가 후방에서 산란하여 제1 산란광이 발생하고, 광원(204)에 해당하는 파장2의 펄스가 후방에서 산란하여 제2 산란광이 발생하고, 발생된 제1 및 제2 산란광이 광순환기(302)를 거쳐 라만 필터(304)로 입력된다.

라만 필터(304)에 입력된 제1 및 제2 산란광은, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리되고, 분리된 스토크스 산란광(ST)이 광감지기(305)에 입력되고, 분리된 안티-스토크스 산란광(AS)이 광감지기(306)에 입력된다.

이때, 스토크스 성분(ST)의 투과 파장 대역에 광원2(204)의 파장이 포함되지 않고, 안티스토크스 성분(AS)의 투과 파장 대역에 광원1(203)의 파장이 포함되지 않도록, 라만 필터(304)의 투과 파장 대역이 사전에 정해질 수 있다.

이에 따라, 라만 필터(304)는 상기 제1 산란광에 포함되는 안티-스토크스 산란광(AS)을 필터링하여, 상기 제1 산란광 내 스토크스 산란광(ST)을 광감지기(305)에 입력하는 동시에, 상기 제2 산란광에 포함되는 스토크스 산란광(ST)을 필터링하여, 상기 제2 산란광 내 안티-스토크스 산란광(AS)을 광감지기(306)에 입력한다.

즉, 광감지기(305)에 입력되는 스토크스 성분의 산란광(ST)에는, 광원(203)의 파장1의 펄스에 의해 발생된 상기 제1 산란광에 의해 생성된 스토크스 산란광(ST)만 포함되며, 광원(204)의 파장2의 펄스에 의해 발생된 상기 제2 산란광에 의해 생성된 스토크스 산란광(ST)은 포함되지 않는다. 따라서 후술하는 신호 처리기(219)에서 스토크스(ST) 성분은, 제1 광원인 광원(203)의 코드 열로 디코딩된다.

또한 광감지기(306)에 입력되는 안티-스토크스 성분의 산란광(AS)에는, 광원(204)의 파장2의 펄스에 의해 발생된 상기 제2 산란광에 의해 생성된 안티-스토크스 산란광(AS)만 포함되며, 광원(203)의 파장1의 펄스에 의해 발생된 상기 제1 산란광에 의해 생성된 안티-스토크스 산란광(AS)은 포함되지 않는다. 따라서 후술하는 신호 처리기(219)에서 안티-스토크스(AS) 성분은, 제2 광원인 광원(204)의 코드 열(즉, 광원(203)의 상보 열)로 디코딩된다.

광감지기(305)에 입력된 스토크스 산란광(ST) 및 광감지기(306)에 입력된 안티-스토크스 산란광(AS)은, 광전변환에 의해 전기 신호로 변환되고, 변환된 전기 신호는, 데이터 수집장치(218)에서 디지털 신호로 변환된 후, 신호 처리기(219)로 전달된다.

신호 처리기(219)는, 데이터 수집장치(218)로부터 전달된 스토크스 산란광(ST)을 제1 광원인 광원(203)의 코드 열로 디코딩하고, 데이터 수집장치(218)로부터 전달된 안티-스토크스 산란광(AS)을 제2 광원인 광원(204)의 코드 열로 디코딩하여, 온도 감지 광섬유(303)에 대한 OTDR 트레이스를 복원함으로써, 온도 감지 광섬유(303)에서의 감지 온도를 계산할 수 있다.

상기 감지 온도 계산시 사용되는 스토크스 산란광(ST)과 안티-스토크스 산란광(AS)은, 광원(203) 및 광원(204)의 펄스가 동일한 경로를 거쳐 온도 감지 광섬유(303)에 입사된 후 라만 산란에 의해 발생되기 때문에, 광원(203) 및 광원(204)이 사용하는 두 파장(파장 1, 2)에 대한 손실이 스토크스 산란광(ST)과 안티-스토크스 산란광(AS)에 있어서 동일하게 적용된다. 즉, 스토크스 산란광(ST)과 안티-스토크스 산란광(AS)의 파장 차이에 기인한 손실차는 무시 가능하다.

도 3의 분포형 온도 감지 시스템(300)에서는 도 2와 유사하게 광원(203)을 Cyclic Simplex Code를 적용한 코드 열로 구동하고, 광원(204)을 코드 열의 상보에 해당되는 상보 열로 운용한다. 광원(203, 204)으로부터 발생되는 두 펄스 열은 EDFA 증폭기(206)에 의해 증폭된 후 필터(301)를 거쳐 1개의 온도 감지 광섬유(303)로 입사되고, 온도 감지 광섬유(303)에서 라만 산란에 의해 후방으로 산란광이 발생한다.

상기 산란광에는, 광원(203)의 펄스에 의한 레일리 산란광(P1), 스토크스 라만 산란광(P1ST), 및 안티-스토크스 라만 산란광(P1AS)과, 광원(204)의 펄스에 의한 레일리 산란광(P2), 스토크스 라만 산란광(P2ST) 및 안티-스토크스 라만 산란광(P2AS)이 포함된다. 라만 산란광 파장은, 광원(203) 및 광원(204)의 펌핑광 파장으로부터 +/- 100nm의 범위에서 펌핑 파장에 따라 상이하다.

도3의 라만 필터(304)는 스토크스 단자(ST)의 투과 파장 대역에 제2 광원인 광원(204)의 파장이 포함되지 않으며, 안티스토크스 단자(AS)의 투과 파장 대역에 제1 광원인 광원(203)의 파장이 포함되지 않는다.

이 경우, 본 발명의 분포형 온도 감지 시스템(300)에서는 1개의 온도 감지 광섬유(303)에 대해 제1 광원(203)의 펄스 열과 상보 열인 제2 광원(204)의 펄스를 이용하여 온도 기울기가 자동 보정된 온도값을 측정할 수 있다.

이는, 제1 광원(203)의 파장1과 제2 광원(204)의 파장2를 선정하는데 있어서, 제1 광원(203)의 스토크스 산란광과 제2 광원(204)의 파장을 중첩시키면, 제2 광원(204)의 안티-스토크스 산란광과 제1 광원(203)의 스토크스 산란광이 발생 과정에서 동일한 손실을 경험하므로 파장차에 기인한 손실차가 자동 보상되는 점을 이용한 것이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템에서, Cyclic Simplex Code의 일례로 7비트 코드 열과 상보 열 및 코드 열과 상보 열의 조합을 시간 흐름에 따라 도시한 그래프이다.

도 4a에는, 7비트 코드 열('1011100') 및 그에 따른 제1 광원의 펄스 방출 타이밍이 도시되고, 도 4b에는, 7 비트 코드 열('1011100')에 대한 상보 열('0100011') 및 그에 따른 제2 광원의 펄스 방출 타이밍이 도시되고, 도 4c에는 파장이 상이한 제1 광원의 펄스와 제2 광원의 펄스가 결합되어 균일한 시간 간격으로 방출되는 펄스 방출 타이밍이 도시된다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 온도 측정에 사용되는 제1 광원의 7 비트 코드 열은, 도 4a와 같이 '1011100'로 정해지고, 제2 광원의 코드 열은, 도 4b와 같이 제1 광원의 코드 열('1011100')과 상보 관계의 코드 열인 '0100011'로 정해지고, 코드 열과 상보 열에서 비트의 값이 '1'일 때 펄스가 방출된다.

즉, 코드 열('1011100')에 따라 펄스가 방출되는 제1 광원의 펄스 열과, 코드 열('0100011')에 따라 펄스가 방출되는 제2 광원의 펄스 열은, 상보 관계로 운영되어, EDFA 광증폭기에 입력된다. 그러면 도 4c와 같이, 제1 광원 및 제2 광원에서 방출되는 펄스의 열이 균일한 주기로 EDFA광증폭기에 입력되므로, EDFA광증폭기의 증폭률이 균일하게 유지된다.

통상의 DTS시스템에서는, EDFA 광증폭기의 출력단에 필터를 두어, 제2 광원의 펄스 열을 제거하고, 증폭된 제1 광원의 펄스 열만 온도 감지 광섬유에 입력해 온도 측정에 사용하였다.

하지만 본 발명에서는 상기 필터의 투과 파장에, 제1 광원의 파장1 외에, 제2 광원의 파장2를 더 포함시킴으로써, 제1 광원의 파장1의 펄스와 제2 광원의 파장2의 펄스를 모두 이용하여, 1)2개의 온도 감지 광섬유의 온도 측정을 동시에 수행하거나, 2)1개의 온도 감지 광섬유의 길이에 따른 온도 기울기가 자동으로 보정된 온도 계산에 활용할 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템에서 광섬유의 거리(Distance)와 파워 레벨(Power level)에 따른 스토크스 트레이스를 도시한 그래프이다.

도 5a 내지 도 5d에는, 라만 산란에 의해 발생된 스토크스 산란광(ST)에 대한 스토크스 트레이스가 도시된다. 온도 감지 광섬유의 길이는 11km이며, 전체 측정 거리는 20km로 설정된다.

도 5a에는 단일 펄스를 사용할 때 데이터 수집장치에 입력된 스토크스 트레이스가 도시되고, 광섬유 거리가 증가할수록 파워가 지수적으로 감소하다가, 광섬유의 종단(대략 8km) 지점에서 파워가 '0'으로 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

도 5b에는 7비트 코드 열에 의한 디코딩 전의 스토크스 트레이스가 도시되고, 7비트 코드 열('1011100')을 측정 거리(20km) 왕복 이동 시간을 비트 길이로 균등 배할하여, 비트 값이 '1'일 때에만 펄스가 방출되며, 해당 펄스가 방출된 시점에 파워가 상승하는 것을 확인할 수 있다.

도 5c에는 7비트 코드 열('1011100')에 대한 상보 열('0100011')에 의한 스토크스 트레이스(디코딩 전)가 도시되고, 7비트 상보 열('0100011')을 측정 거리(20km) 왕복 이동 시간을 비트 길이로 균등 배할하여, 비트 값이 '1'일 때에만 펄스가 방출되며, 해당 펄스가 방출된 시점에 파워가 상승하는 것을 확인할 수 있다.

도 5d에는, 도 5b에 도시된 7비트 코드 열로 코딩된 스토크스 트레이스를 디코딩하고, 스케일 팩터를 적용하여 원본 트레이스로 복원한 결과가 도시되며, 이는 도 5a에 도시된 단일 펄스에 의한 스토크스 트레이스와 유사한 형태로, 광섬유 거리가 증가할수록 파워가 지수적으로 감소하다가, 광섬유의 종단(대략 11km) 지점에서 파워가 '0'으로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 도 5d 에 도시된 트레이스와 도 5a 에 도시된 트레이스의 노이즈 진폭을 비교하면, 도 5d에 도시된 트레이스의 노이즈 진폭이 개선된 것을 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템에서, 복수의 광원에 의한 레일리 산란과 라만 산란의 파장 분포를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템에서는, 코드 열에 의해 광원1로부터 방출되는 펄스와, 상보 열에 의해 광원2로부터 방출되는 펄스가 EDFA 광증폭기에 균일한 주기로 입력되고, EDFA 광증폭기에 의해 증폭된 광원1로부터의 펄스와 광원2로부터의 펄스가 온도 감지 광섬유에 입사하면, 온도 감지 광섬유에서는 라만 산란에 의해 후방으로 산란광이 발생하게 된다.

상기 산란광에는, 파장1을 사용하는 광원1의 펄스에 의한 레일리 산란광(P1), 스토크스 라만 산란광(P1ST), 및 안티-스토크스 라만 산란광(P1AS)이 포함되고, 파장1과 상이한 파장2를 사용하는 광원2의 펄스에 의한 레일리 산란광(P1), 스토크스 라만 산란광(P1ST), 및 안티-스토크스 라만 산란광(P1AS)이 포함된다.

광원1의 레일리 산란광(P1)의 파장은, 광원1의 펌핑 파장과 동일하고, 광원2의 레일리 산란광(P2)의 파장은, 광원2의 펌핑 파장과 동일하다.

한편 라만 산란광 파장은, 광원1 및 광원 2의 펌핑광 파장으로부터 대략 +/- 100nm의 범위에서 펌핑 파장에 따라 상이하다. 라만 산란광 중 스토크스 성분(ST)은 펌핑 파장과 약 +100nm 정도의 파장 차이가 있으며, 라만 산란광 중 안티-스토크스 성분(AS)은 펌핑 파장과 약 -100nm 정도의 파장 차이를 보인다.

다시 말해, 광원1의 라만 스토크스 성분의 파장은, 광원1의 펌핑광 파장과 동일한 광원1의 레일리 산란 파장 보다 약 +100nm 정도 크다. 광원2의 라만 안티-스토크스 성분의 파장은, 광원2의 펌핑광 파장과 동일한 광원2의 레일리 산란 파장 보다 약 -100nm 정도 작다.

이에 따라 도 6에 도시한 것처럼, 광원1의 레일리 산란 파장과 광원2의 라만산란 안티-스토크스 성분의 파장이 근접하게 되고, 광원2의 레일리 산란 파장과 광원1의 라만산란 스토크스 성분의 파장이 근접하게 된다.

본 발명에서는 광원1과 광원2의 라만 산란광이 근접한 파장이지만 분리 가능하고, 광원2와 광원1의 라만 산란광이 근접한 파장이지만, 분리 가능하도록 광원1과 광원2의 파장을 설정(파장 차이 약 80nm)하고, 라만 필터의 투과 파장 대역을 조절하여, 스토크스 단자에는 광원1에 의한 스토크스 광(P1ST)만 출력되고 안티-스토크스 단자에는 광원2에 의한 안티-스토크스(P2AS)만 출력되도록 한다.

또한 본 발명에서는 광원1의 펄스 열과 광원2의 펄스 열은 상보 관계로 운용되어, 두 광원의 펄스가 동시에 출력되지 않으므로, 산란광은 시간에 따라 구분된다.

스토크스 광(P1ST)의 펌핑광(광원1)의 파장은 안티-스토크스 (P2AS)와 유사하고, 안티-스토크스(P2AS)의 펌핑광(광원2)의 파장은 스토크스(P1ST)와 유사하므로, 두 라만 산란광은 그 발생 과정에서 두 파장에 대한 광손실을 동일하게 경험하므로, 파장 차이에 기인한 손실차는 무시 가능하다.

따라서 본 발명의 DTS 시스템에서는 광섬유 한쪽만 연결된 Single-ended 구성임에도 불구하고, 광섬유 양쪽 모두 연결된 Double-ended 구성과 같이 광섬유 길이에 따른 온도 기울기가 자동 보정되는 효과를 얻을 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.

본 실시예에 따른 파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법은, 상술한 분포형 온도 감지 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다.

도 7을 참조하면, 단계(710)에서 분포형 온도 감지 시스템(100) 내의 펄스 발생기(111)는 상이한 파장을 사용하는 복수의 광원에 대해, 측정광 펄스의 발생 타이밍을 상이하게 규정하는 복수의 코드를 생성한다.

일례로 분포형 온도 감지 시스템(100)은 'Cyclic Simplex Code' 기법을 적용하여, 제1 광원의 구동시 이용할 7비트 코드 열(예, 1011100)을 생성하고, 제2 광원의 구동시 이용할 7비트 코드 열로서, 상기 제1 광원의 코드 열과 상보관계를 가지는 코드 열(예, '0100011')(이하, '상보 열'이라고 한다)을 생성함으로써, 제1 광원과 제2 광원에서의 제1 및 제2 측정광 펄스의 방출 타이밍이 상이해지도록 할 수 있다.

단계(720)에서 분포형 온도 감지 시스템(100) 내의 광결합기(113)는 복수의 코드(코드 열 및 상보 열)에 따라 상이한 타이밍에 발생되는 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 일정 주기로 광증폭기에 입력한다.

이에 따라 분포형 온도 감지 시스템(100)에서는 광증폭기에 입력되는 제1 및 제2 측정광 펄스의 입력 주기를 도 4c와 같이 일정하게 유지할 수 있고, 이를 통해 광증폭기의 증폭률을 균일하게 유지하여, 기존의 DTS 시스템에서의 EDFA 광증폭기의 과도응답 특성을 개선할 수 있다.

단계(730)에서 분포형 온도 감지 시스템(100) 내의 필터(115)는, 상기 광증폭기에 의해 증폭되어 출력된 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 측정대상의 온도 감지 광섬유에 입사시킨다.

일례로 필터(115)는 단일의 파장 분할기에 의해 구현되어, 상기 광증폭기의 출력으로부터 제1 광원 및 제2 광원에 각각 설정된 파장 1, 2에 따라 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를 분리하고, 분리된 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를 동일한 온도 감지 광섬유에 입사시킬 수 있다. 이 경우, 온도 감지 광섬유의 길이에 따른 온도 기울기가 자동 보정된 온도를 측정 가능하다.

다른 일례로 필터(115)는 제1 파장 분할기와, 제2 파장 분할기가 결합된 형태로 구성될 수 있고, 제1 파장 분할기와 제2 파장 분할기에 의해 각각 분리된 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를 상이한 온도 감지 광섬유에 입사시켜, 한번의 동작으로 2개의 온도 감지 광섬유의 온도를 동시에 측정하는데 활용할 수 있다.

단계(740)에서 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스가 온도 감지 광섬유에 입사됨에 따라, 상기 온도 감지 광섬유의 입사 방향과 반대되는 후방으로 산란광이 발생된다.

상기 산란광에는, 상기 제1 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 온도 감지 광섬유에서 발생된 제1 산란광과, 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 온도 감지 광섬유에서 발생된 제2 산란광이 포함될 수 있다.

상기 제1 산란광에는 스토크스(ST) 성분의 산란광 및 안티-스토크스(AS) 성분의 산란광이 포함되고, 상기 제2 산란광에도 스토크스(ST) 성분의 산란광 및 안티-스토크스(AS) 성분의 산란광이 포함될 수 있다.

단계(750)에서 상기 분포형 온도 감지 시스템(100) 내의 라만 필터(121)는 상기 온도 감지 광섬유의 후방으로 발생된 산란광이 수신되면, 수신된 산란광을, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리한다.

단계(760)에서 상기 분포형 온도 감지 시스템(100)은 분리된 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)을 처리하여, 온도 감지 광섬유에서의 감지 온도를 산출한다.

도 2를 참조하면, 온도 감지 광섬유(209)에 입사된 제1 측정광 펄스에 대한 제1 산란광이 라만 필터(121, 213)에 수신되면, 라만 필터(121, 213)에 의해 상기 제1 산란광으로부터 분리된 스토크스 산란광(ST)와 안티-스토크스 산란광(AS)은, 광스위치(215)를 통해 광감지기(217)에 전달되고, 광감지기(217) 및 데이터 수집장치(218)에 의해 디지털의 전기신호로 변환된다. 이후 신호처리기(219)에서 디지털의 전기신호로 변환된 스토크스 산란광(ST)와 안티-스토크스 산란광(AS)은 제1 광원(203)의 구동시 이용된 7비트 코드 열(예, '1011100')에 의해 디코딩되어, 제1 온도 감지 광섬유(209)에서의 감지 온도가 산출된다.

마찬가지로, 온도 감지 광섬유(211)에 입사된 제2 측정광 펄스에 대한 제2 산란광이 라만 필터(121, 212)에 수신되면, 라만 필터(121, 212)에 의해 상기 제2 산란광으로부터 분리된 스토크스 산란광(ST)와 안티-스토크스 산란광(AS)은, 광스위치(214)를 통해 광감지기(216)에 전달되고, 광감지기(216) 및 데이터 수집장치(218)에 의해 디지털의 전기신호로 변환된다. 이후 신호처리기(219)에서 디지털의 전기신호로 변환된 스토크스 산란광(ST)와 안티-스토크스 산란광(AS)은, 제2 광원(204)의 구동시 이용된 7비트 상보 열(예, '0100011')에 의해 디코딩되어, 제2 온도 감지 광섬유(211)에서의 감지 온도가 산출된다.

이에 따라, 한번의 동작으로 2개의 온도 감지 광섬유(209, 211)에서의 감지 온도가 동시에 측정된다.

도 3을 참조하면, 1개의 온도 감지 광섬유(303)에 입사된 제1 측정광 펄스 및 제2 측정광 펄스에 대한 제1 산란광 및 제2 산란광이 라만 필터(121, 304)에 수신되면, 라만 필터(121, 304)에 설정된 스토크스 성분(ST)의 투과 파장 대역 및 안티스토크스 성분(AS)의 투과 파장 대역에 따라, 광감지기(305)에는 상기 제1 산란광에서 분리된 스토크스 성분(ST)이 입력되고, 광감지기(306)에는 상기 제2 산란광에서 분리된 안티스토크스 성분(AS)이 입력되고, 광감지기(305, 306)와 데이터 수집장치(218)에 의해 디지털의 전기신호로 변환된다. 이후 신호처리기(219)에서 상기 제1 산란광의 스토크스 성분(ST)이 제1 광원(203)의 구동시 이용된 7비트 코드 열(예, '1011100')에 의해 디코딩되고, 상기 제2 산란광의 안티스토크스 성분(AS)이 제2 광원(204)의 구동시 이용된 7비트 상보 열(예, '0100011')에 의해 디코딩되고, 이를 이용하여, 온도 감지 광섬유(303)의 길이에 따른 온도 기울기가 자동 보정된 온도값이 산출된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 제2 광원의 펄스(상보 열)를 제거하지 않고 코드 열로서 제1 광원의 펄스와 함께 사용함으로써, EDFA 광증폭기의 과도응답 특성을 개선하는 동시에, 경제적으로 온도 감지를 수행할 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 광원의 파장이 제2 광원의 라만 산란 스토크스 파장 대역에 포함되고, 제2 광원의 파장이 제1 광원의 라만 산란 안티-스토크스 파장 대역에 포함되도록 제1 광원과 제2 광원의 파장을 선정하여, 제1 광원과 제2 광원을 상보 관계의 펄스 열로 운용함으로써, 두 산란광의 파장차이에 기인한 손실차를 효과적으로 자동 보정할 수 있다. 본 발명에 따르면, 복수의 온도 감지 광섬유에 대해 온도 감지를 한 번에 수행하여, 측정에 소요되는 시간을 종래의 DTS 시스템에 비해 1/2로 줄일 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

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 장치에 영구적으로 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 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 청구범위의 범위에 속한다.

100, 200. 300: 분포형 온도 감지 시스템
110: 발생부
111, 201, 202: 펄스 발생기
112, 203, 204: 광원
113, 205: 광결합기
114, 206: 광증폭기
115, 207, 301: 필터
116, 208, 210, 302: 광순환기
120: 수신부
121, 212, 213, 304: 라만 필터
122, 216, 217, 305, 306: 광감지기
123, 214, 215: 광스위치
124, 218: 데이터 수집장치
125, 219: 신호처리기
130, 209, 211, 303: 온도 감지 광섬유

Claims (10)

1. 상이한 파장을 사용하는 복수의 측정광 펄스를 발생하는, 제1 광원과 제2 광원을 포함하는 복수의 광원;
   상기 복수의 측정광 펄스를 일정치 증폭시키는 광증폭기;
   상기 복수의 광원 각각에 대해, 상기 측정광 펄스의 발생 타이밍을 상이하게 규정하는 복수의 코드를 생성하는 펄스 발생기;
   상기 복수의 코드에 따라 각기 상이한 타이밍에 발생되는 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 일정한 주기로 상기 광증폭기에 입력하는 광결합기;
   상기 광증폭기에 의해 증폭되어 출력된 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스를, 광순환기를 통하여, 온도 감지 광섬유에 입사시키는 필터;
   상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 온도 감지 광섬유에서 발생되어 상기 광순환기를 통해 수신되는 산란광을, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리하는 라만 필터; 및
   상기 라만 필터에 의해 분리된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 처리하여, 상기 온도 감지 광섬유에 대한 감지 온도를 산출하는 신호처리기
   를 포함하고,
   상기 필터는, 제1 파장 분할기와 제2 파장 분할기가 결합된 형태로 구성되고,
   상기 제1 파장 분할기는,
   상기 광증폭기의 증폭된 출력으로부터, 상기 제1 광원에 설정된 파장을 사용하는 상기 제1 측정광 펄스를 분리하고, 분리된 상기 제1 측정광 펄스를 제1 광순환기를 통하여, 제1 온도 감지 광섬유에 입사시키고,
   상기 제2 파장 분할기는,
   상기 광증폭기의 증폭된 출력으로부터, 상기 제2 광원에 설정된 파장을 사용하는 상기 제2 측정광 펄스를 분리하고, 분리된 상기 제2 측정광 펄스를 제2 광순환기를 통하여, 제2 온도 감지 광섬유에 입사시키는
   파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 펄스 발생기는,
   Cyclic Simplex Code 기법에 의해, '1'과 '0'으로 이루어진 복수 비트의 제1 코드를 생성하고,
   상기 제1 코드의 코딩에 의해, 상기 제1 광원을 구동하여, 상기 제1 코드 내 각 비트의 값이 '1'이 되는 타이밍에, 상기 제1 광원으로부터 상기 제1 측정광 펄스가 발생되도록 하는
   파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 펄스 발생기는,
   상기 제1 코드 내의 '1'을 '0'으로 변경하고, 상기 제1 코드 내의 '0'을 '1'로 변경함으로써, 상기 제1 코드와 상보적(Complementary)인 관계를 가지는 복수 비트의 제2 코드를 생성하고,
   상기 제2 코드의 코딩에 의해, 상기 제2 광원을 구동하여, 상기 제2 코드 내 각 비트의 값이 '1'이 되는 타이밍에, 상기 제2 광원으로부터 상기 제2 측정광 펄스가 발생되도록 하는
   파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제3항에 있어서,
   상기 라만 필터는, 상기 제1 광순환기와 연결된 제1 라만 필터와, 상기 제2 광순환기와 연결된 제2 라만 필터를 포함하여 구성되고,
   상기 제1 라만 필터는,
   상기 제1 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 제1 온도 감지 광섬유에서 발생되어 상기 제1 광순환기를 통해 수신되는 제1 산란광을, 제1 스토크스 산란광(ST) 및 제1 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리하고,
   상기 제2 라만 필터는,
   상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 제2 온도 감지 광섬유에서 발생되어 상기 제2 광순환기를 통해 수신되는 제2 산란광을, 제2 스토크스 산란광(ST) 및 제2 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리하는
   파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 분포형 온도 감지 시스템은,
   상기 제1 라만 필터에 의해 상기 제1 산란광에서 분리되어, 광스위치를 통해 시분할로 수신되는 상기 제1 스토크스 산란광(ST) 및 제1 안티-스토크스 산란광(AS)을, 전기신호로 변환하는 제1 광감지기;
   상기 제2 라만 필터에 의해 상기 제2 산란광에서 분리되어, 광스위치를 통해 시분할로 수신되는 상기 제2 스토크스 산란광(ST) 및 제2 안티-스토크스 산란광(AS)을, 전기신호로 변환하는 제2 광감지기; 및
   상기 제1 광감지기와 상기 제2 광감지기에 의해 상기 전기신호로 변환된 상기 제1 스토크스 산란광(ST), 제1 안티-스토크스 산란광(AS), 상기 제2 스토크스 산란광(ST) 및 제2 안티-스토크스 산란광(AS)을, 디지털신호로 변환하는 데이터 수집장치
   를 더 포함하고,
   상기 신호처리기는,
   상기 디지털신호로 변환된 상기 제1 스토크스 산란광(ST) 및 상기 제1 안티-스토크스 산란광(AS)을, 상기 제1 광원의 구동시 이용한 상기 제1 코드에 의해 디코딩하여, 상기 제1 온도 감지 광섬유에 대한 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) 트레이스를 복원하고, 상기 복원된 OTDR 트레이스를 이용하여 상기 제1 온도 감지 광섬유에서의 감지 온도를 산출하고,
   상기 디지털신호로 변환된 상기 제2 스토크스 산란광(ST) 및 상기 제2 안티-스토크스 산란광(AS)을, 상기 제2 광원의 구동시 이용한 상기 제2 코드에 의해 디코딩하여, 상기 제2 온도 감지 광섬유에 대한 OTDR 트레이스를 복원하고, 상기 복원된 OTDR 트레이스를 이용하여 상기 제2 온도 감지 광섬유에서의 감지 온도를 산출하는
   파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 시스템.
9. 펄스 발생기에서, 상이한 파장을 사용하는, 제1 광원과 제2 광원을 포함하는 복수의 광원 각각에 대해, 측정광 펄스의 발생 타이밍을 상이하게 규정하는 복수의 코드를 생성하는 단계;
   광결합기에서, 상기 복수의 코드에 따라, 상기 복수의 광원으로부터 각기 상이한 타이밍에 발생되는 제1 측정광 펄스와 제2 측정광 펄스를, 일정한 주기로 광증폭기에 입력하는 단계;
   필터에서, 상기 광증폭기에 의해 증폭되어 출력된 상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스를, 광순환기를 통하여, 온도 감지 광섬유에 입사시키는 단계;
   상기 제1 측정광 펄스와 상기 제2 측정광 펄스의 입사에 따라 상기 온도 감지 광섬유에서 발생된 산란광이, 상기 광순환기를 통해 라만 필터에 수신되면, 상기 라만 필터에서, 상기 수신된 산란광을, 스토크스 산란광(ST) 및 안티-스토크스 산란광(AS)으로 분리하는 단계; 및
   신호처리기에서, 상기 라만 필터에 의해 분리된 상기 스토크스 산란광(ST) 및 상기 안티-스토크스 산란광(AS)을 처리하여, 상기 온도 감지 광섬유에 대한 감지 온도를 산출하는 단계
   를 포함하고,
   상기 필터는, 제1 파장 분할기와 제2 파장 분할기가 결합된 형태로 구성되고,
   상기 제1 파장 분할기는,
   상기 광증폭기의 증폭된 출력으로부터, 상기 제1 광원에 설정된 파장을 사용하는 상기 제1 측정광 펄스를 분리하고, 분리된 상기 제1 측정광 펄스를 제1 광순환기를 통하여, 제1 온도 감지 광섬유에 입사시키고,
   상기 제2 파장 분할기는,
   상기 광증폭기의 증폭된 출력으로부터, 상기 제2 광원에 설정된 파장을 사용하는 상기 제2 측정광 펄스를 분리하고, 분리된 상기 제2 측정광 펄스를 제2 광순환기를 통하여, 제2 온도 감지 광섬유에 입사시키는
   파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 코드를 생성하는 단계는,
    Cyclic Simplex Code 기법에 의해, '1'과 '0'으로 이루어진 복수 비트의 제1 코드를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 코드 내의 '1'을 '0'으로 변경하고, 상기 제1 코드 내의 '0'을 '1'로 변경함으로써, 상기 제1 코드와 상보적인 관계를 가지는 복수 비트의 제2 코드를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 광원은,
    상기 제1 코드의 코딩에 의해 구동되고, 상기 제1 코드 내 각 비트의 값이 '1'이 되는 타이밍에, 상기 제1 측정광 펄스를 발생하고,
    상기 제2 광원은,
    상기 제2 코드의 코딩에 의해 구동되고, 상기 제2 코드 내 각 비트의 값이 '1'이 되는 타이밍에, 상기 제2 측정광 펄스를 발생하는
    파장이 상이한 복수의 광펄스를 이용한 분포형 온도 감지 방법.

Images