KR102590280B1 - 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법 - Google Patents

분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102590280B1
KR102590280B1 KR1020210075503A KR20210075503A KR102590280B1 KR 102590280 B1 KR102590280 B1 KR 102590280B1 KR 1020210075503 A KR1020210075503 A KR 1020210075503A KR 20210075503 A KR20210075503 A KR 20210075503A KR 102590280 B1 KR102590280 B1 KR 102590280B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
scattered light
optical fiber
signal
output
Prior art date
Application number
KR1020210075503A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220166579A (ko
Inventor
김명진
정효영
김봉진
손천명
전미정
Original Assignee
한국광기술원
한전케이디엔주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국광기술원, 한전케이디엔주식회사 filed Critical 한국광기술원
Priority to KR1020210075503A priority Critical patent/KR102590280B1/ko
Publication of KR20220166579A publication Critical patent/KR20220166579A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102590280B1 publication Critical patent/KR102590280B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G01K15/005—Calibration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type

Abstract

본 발명은 분포형 광섬유 온도 측정장치에 관한 것으로서, 광원에서 출사되는 광을 출력단으로 출력하고, 출력단에서 역으로 입사되는 산란광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와, 출력단을 제1접속단과 제2접속단 중 어느 하나로 접속시키는 광스위치와, 제1접속단과 제2접속단과 접속되어 연장된 센싱 광섬유와, 센싱광섬유의 일부영역을 제어신호에 대응되는 온도로 유지시킬 수 있도록 된 온도유지 챔버와, 검출단에서 출력되는 산란광에 대해 레일레이 산란광, 스톡스 라만산란광 및 안티스톡스 라만산란광을 각각 필터링하여 분리 출력하는 필터부와, 필터부에서 출력되는 레일레이 산란광, 스톡스 라만산란광 및 안티스톡스 라만산란광을 검출하여 출력하는 제1 내지 제3광검출기와, 온도 보정모드에서 온도 유지 챔버가 설정된 기준온도가 유지되도록 제어하고, 제1접속단에 접속되게 광스위치를 제어하여 제1 내지 제3광검출기로부터 수신된 제1 내지 제3신호와, 제2접속단에 접속되게 광스위치를 제어하여 제1 내지 제3광검출기로부터 수신된 제4 내지 제6신호를 이용하여 산란광에 대한 섭동치 및 거리에 따른 감쇠계수를 산출하고, 온도 측정모드에서는 센싱광섬유에서 산란되어 역으로 수신된 신호에 대해 제2광검출기와 제3광검출기에서 측정된 신호에 섭동치 및 감쇠계수를 보상하여 생성한 보상 신호를 반영하여 온도를 산출하는 처리 유니트를 구비한다.

Description

분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법{apparatus for measuring distribution temperature by using optical fiber and method of correction temperature thereof}
본 발명은 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법에 관한 것으로서, 상세하게는 광원에서 출력되는 광의 변동에 대응하여 온도를 보정하여 산출할 수 있도록 지원하는 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법에 관한 것이다.
광섬유를 10 km 내외의 장거리에 걸쳐 설치하여 운영하는 분포형 광섬유 센서는 국내 등록특허 제10-1223105호 등 다양하게 게시되어 있다.
이러한 분포형 광섬유 센서는 광섬유 내 산란현상을 이용하며, 이때 광섬유 케이블의 특정 위치에 작용하는 물리량에 따라 다르게 반사되어 돌아오는 광섬유 내 후방 산란광의 세기를 측정하는 것으로 온도 이외에도 변형 등 다양한 물리량을 검출하도록 구축될 수 있다.
광섬유의 후방 산란광을 이용하여 온도를 측정하도록 지원하는 장치는 국내 등록특허 제10-1356986호 등 다양하게 개시되어 있다.
한편, 광섬유에 인가되는 광원의 파워 및 중심파장은 시간의 경과에 따라 변동될 수 있고, 이러한 변동편차를 반영하여 온도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 센싱광섬유에 입사되는 광의 변동성을 보상하여 온도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분포형 광섬유 온도 측정장치는 광을 출사하는 광원과; 상기 광원에서 출사되어 입력단을 통해 입력된 광을 출력단을 통해 출력하고, 상기 출력단에서 역으로 입사되는 산란광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와; 상기 광써큘레이터의 출력단을 제1접속단과 제2접속단 중 어느 하나로 접속시키는 광스위치와; 일단이 상기 제1접속단과 접속되어 있고 타단이 상기 제2접속단과 접속되어 연장된 센싱 광섬유와; 상기 센싱광섬유의 일부영역을 제어신호에 대응되는 온도로 유지시킬 수 있도록 된 온도유지 챔버와; 상기 검출단에서 출력되는 산란광에 대해 레일레이 산란광, 스톡스 라만산란광 및 안티스톡스 라만산란광을 각각 필터링하여 분리 출력하는 필터부와; 상기 필터부에서 출력되는 레일레이 산란광을 검출하여 출력하는 제1광검출기와; 상기 필터부에서 출력되는 스톡스 라만산란광을 검출하여 출력하는 제2광검출기와; 상기 필터부에서 출력되는 안티스톡스 라만산란광을 검출하여 출력하는 제3광검출기와; 온도 보정모드에서 상기 온도 유지 챔버가 설정된 기준온도가 유지되도록 제어하고, 상기 센싱광섬유가 상기 제1접속단에 접속되게 상기 광스위치를 제어하여 상기 제1 내지 제3광검출기로부터 수신된 제1 내지 제3신호와, 상기 센싱광섬유가 상기 제2접속단에 접속되게 상기 광스위치를 제어하여 상기 제1 내지 제3광검출기로부터 수신된 제4 내지 제6신호를 이용하여 상기 센싱 광섬유로부터 역으로 진행하는 산란광에 대한 섭동치 및 거리에 따른 감쇠계수를 산출하고, 온도 측정모드에서는 상기 센싱광섬유에서 산란되어 역으로 수신된 신호에 대해 상기 제2광검출기와 상기 제3광검출기에서 측정된 신호에 상기 섭동치 및 감쇠계수를 보상하여 생성한 보상 신호를 반영하여 온도를 산출하는 처리 유니트;를 구비한다.
바람직하게는 상기 온도유지 챔버는 상기 센싱광섬유에 대해 연장방향(x)을 따라 제1기준위치(xch1)와 제2기준위치(xch2)에 대해 제어신호에 대응되는 온도로 동일하게 유지시킬 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분포형 광섬유 온도 측정장치의 온도 보정방법은 가. 상기 온도 유지 챔버가 설정된 기준온도가 유지되도록 제어하고, 상기 센싱광섬유가 상기 제1접속단에 접속되게 상기 광스위치를 제어하여 상기 제1 내지 제3광검출기로부터 수신된 제1 내지 제3신호와, 상기 센싱광섬유가 상기 제2접속단에 접속되게 상기 광스위치를 제어하여 상기 제1 내지 제3광검출기로부터 수신된 제4 내지 제6신호를 수신하는 단계와; 나. 상기 제1 내지 제3광검출기로부터 수신되는 신호로부터 광변동 섭동치 및 거리에 따른 감쇠계수를 산출하는 단계와; 다. 측정모드에서 상기 제2 및 제3광검출기로부터 수신된 신호에 대해 상기 섭동치 및 감쇠계수를 보상한 보정치를 적용하여 온도를 산출하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 분포형 광섬유 온도 측정장치에 의하면, 온도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 분포형 광섬유 온도 측정장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 광섬유센서로부터 생성되는 역산란광의 세기를 거리에 따라 나타내 보인 그래프이고,
도 3은 도 2의 라만 산란광에 대해 보정 과정을 거친 결과를 설명하기 위한 채널별 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 분포형 광섬유 온도 측정장치를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 분포형 광섬유 온도 측정장치(100)는 광원(110), 광써큘레이터(120), 광스위치(130), 센싱 광섬유(140), 온도유지 챔버(150), 필터부(160), 제1 내지 제3광검출기(171 내지 173), 처리부(181) 및 출력부(183)를 구비한다.
광원(110)은 처리부(181)에 제어되어 광을 출사한다.
광써큘레이터(120)는 광원(110)에서 출사되어 입력단(120a)을 통해 입력된 광을 출력단(120b)을 통해 출력하고, 출력단(120b)에서 역으로 입사되는 광을 검출단(120c)으로 출력한다.
광스위치(130)는 처리부(181)에 제어되어 광써큘레이터(120b)의 출력단(120b)을 제1접속단(131)과 제2접속단(132) 중 어느 하나로 접속시킨다.
센싱 광섬유(140)는 일단이 광스위치(130)의 제1접속단(131)과 접속되어 있고 타단이 광스위치(130)의 제2접속단(132)에 접속되어 연장되어 있다.
온도유지챔버(150)는 센싱광섬유(140)의 일부영역을 제어신호에 대응되는 온도로 유지시킬 수 있도록 되어 있다.
온도유지챔버(150)는 센싱광섬유(140)에 대해 연장방향(x)을 따라 제1기준위치(xch1)와 제2기준위치(xch2)에 대해 함께 제어신호에 대응되는 온도로 유지시킬 수 있도록 되어 있다.
필터부(160)는 광써큘레이터(120)의 검출단(120c)에서 출력되는 산란광에 대해 레일레이 산란광, 스톡스 라만산란광 및 안티스톡스 라만산란광을 각각 필터링하여 분리하여 출력한다. 도시된 예에서는 1550nm의 광이 광원(110)에서 출사되었을 때 레일레이 산란광은 1550nm, 스톡스 라만산란광은 1650nm, 안티스톡스 라만산란광은 1450nm가 되고 해당 파장의 광이 각각 필터링 되어 출력되는 경우를 예시하고 있다.
제1광검출기(171)는 필터부(160)에서 출력되는 레일레이 산란광을 검출하여 처리부(181)에 출력한다.
제2광검출기(172)는 필터부(160)에서 출력되는 스톡스 라만산란광을 검출하여 처리부(181)에 출력한다.
제3광검출기(173)는 필터부(160)에서 출력되는 안티스톡스 라만산란광을 검출하여 처리부(180)에 출력한다.
처리부(181)는 조작부(미도시)로부터 온도 보정모드로 설정되거나, 전원이 투입되어 가동되는 초기에 디폴트로 온도 보정모드를 수행하도록 구축되어 온도 보정모드에 해당하면, 온도 유지 챔버(150)가 설정된 기준온도가 유지되도록 제어하고, 센싱광섬유(140)가 제1접속단(131)에 접속되게 광스위치(130)를 제어하여 제1 내지 제3광검출기(171 내지 173)로부터 수신된 제1 내지 제3신호와, 센싱광섬유(140)가 제2접속단(132)에 접속되게 광스위치(130)를 제어하여 제1 내지 제3광검출기(171 내지 173)로부터 수신된 제4 내지 제6신호를 이용하여 센싱 광섬유(140)로부터 역으로 진행하는 산란광신호에 대한 섭동치 및 거리에 따른 감쇠계수를 산란광 종류별로 산출하여 기억부(미도시)에 기록하고, 온도 측정모드에서는 센싱광섬유(140)에서 반사되어 수신된 신호에 대해 제2광검출기(172)와 제3광검출기(173)에서 측정된 신호에 섭동치 및 감쇠계수를 보상하여 생성한 보상 신호를 반영하여 온도를 산출한다.
즉, 처리부(181)는 온도 보정모드에서 제1 내지 제3광검출기(171 내지 173)로부터 수신되는 신호로부터 광변동 섭동치 및 거리에 따른 감쇠계수를 산출하고, 측정모드에서 제2 및 제3광검출기(172)(173)로부터 수신된 신호에 대해 알고 있는 섭동치 및 감쇠계수를 보상한 보정치를 적용하여 온도를 산출한다.
출력부(183)는 처리부(181)에 제어되어 표시대상 정보를 표시하는 표시기 또는 산출된 온도값을 통신망을 통해 관리서버(미도시)로 전송하는 통신부 등 다양한 방식으로 적용될 수 있다. 처리부(181)및 출력부(183)가 처리유니트에 해당한다.
이하에서는 이러한 처리부(181)의 섭동치와 감쇠계수 산출과정 및 이로부터 생성된 보상신호에 의해 온도를 산출하는 과정을 설명한다. 참고로 센싱광섬유(140)에 대해서는 연장방향에 대해 x로 표기하여 설명하고, 제1기준위치는 xch1, 제2기준위치는 xch2로 표기한다.
먼저,
Figure 112021067161873-pat00001
를
Figure 112021067161873-pat00002
번째 계측한 센싱광섬유(130)의 거리 x에 따른 신호 세기 값이라 하고,
Figure 112021067161873-pat00003
는 t번째 측정에서 제1접속단(131)을 통해 측정되는 거리(x)별 라만산란신호(Raman scattering)의 스톡스(Stokes) 신호세기 즉 스톡스 라만 산란신호라 하고, 이하에서는
Figure 112021067161873-pat00004
는
Figure 112021067161873-pat00005
로 줄여서 표기한다.
마찬가지로
Figure 112021067161873-pat00006
는 t번째 측정에서 제1접속단(131)을 통해 측정되는 센싱광섬유(140)의 거리(x)별 라만산란신호(Raman sacattering)의 안티스톡스(anti-Stokes) 신호(안티스톡스 라만산란신호) 세기 이고, 이하에서는
Figure 112021067161873-pat00007
는
Figure 112021067161873-pat00008
로 줄여서 표기한다.
또한,
Figure 112021067161873-pat00009
는 t번째 측정에서 제1접속단(131)을 통해 측정되는 거리(x)별 레일레이산란신호(Rayleigh scattering)의 신호세기이고, 이하에서는
Figure 112021067161873-pat00010
는
Figure 112021067161873-pat00011
로 줄여서 표기한다.
마찬가지로
Figure 112021067161873-pat00012
는 제2접속단(132)을 통해 측정한 신호의 세기를 의미한다.
한편, 파장별 거리감쇠 계수
Figure 112021067161873-pat00013
는 파장
Figure 112021067161873-pat00014
의 함수로 표현가능하다. 또한,
Figure 112021067161873-pat00015
는 아래의 수학식1로 추정가능하다고 알려져 있다.
Figure 112021067161873-pat00016
여기서
Figure 112021067161873-pat00017
는 보정상수이다.
이 수식은 감쇠계수 추정에 사용된다.
위 수학식1로부터
Figure 112021067161873-pat00018
값을 산출하면 감쇠계수를 산출할 수 있음을 알수 있다.
또한, 안티스톡스(Anti-Stokes), 스톡스(Stokes), 레일레이(Rayleigh) 파장 각각에 대한 감쇠계수는 각각 위 수학식1에 파장값을 넣어서 계산 가능하다.
즉,
Figure 112021067161873-pat00019
한편, 각 산란광의 신호세기는 아래의 수학식 2로 표현할 수 있다.
Figure 112021067161873-pat00020
Figure 112021067161873-pat00021
Figure 112021067161873-pat00022
여기서
Figure 112021067161873-pat00023
는 거리별 온도에 영향을 받아 달라지는 신호세기 성분이고,
Figure 112021067161873-pat00024
는 시간에 따라 흔들리는 광의 섭동치(fluctuation) 이고, n은 노이즈 성분을 의미한다. 제1 및 제2기준위치인
Figure 112021067161873-pat00025
지점은 같은 온도 값을 설정했기 때문에 온도에 영향을 받는 신호 세기도 동일하다. 즉,
Figure 112021067161873-pat00026
이다.
따라서, 제1기준위치(xch1) 및 제2기준위치(xch2)에 대한 각 산란광의 신호세기 값을 취득하고, 이를 앞서 설명된 섭동치와 감쇠계수로 보상하는 과정을 거치면 원하는 보상신호를 획득할 수 있다.
즉, 광스위치(130)가 제1접속단(131)에 접속된 상태에서 제1광검출기(171)를 통해 수신되는 제1신호 중 제1기준위치(xch1) 및 제2기준위치(xch2)에 대한 레일레이 산란신호는
Figure 112021067161873-pat00027
로 측정되고, 광스위치(130)가 제2접속단(132)에 접속된 상태에서 제1광검출기(171)를 통해 수신되는 제4신호 중 제1기준위치(xch1) 및 제2기준위치(xch2)에 대한 레일레이 산란신호는
Figure 112021067161873-pat00028
로 측정된다.
마찬가지로, 광스위치(130)가 제1접속단(131)에 접속된 상태에서 제3광검출기(173)를 통해 수신되는 제3신호 중 제1기준위치(xch1) 및 제2기준위치(xch2)에 대한 안티스톡스 라만산란신호는
Figure 112021067161873-pat00029
로 측정되고, 광스위치(130)가 제2접속단(132)에 접속된 상태에서 제3광검출기(173)를 통해 수신되는 제6신호 중 제1기준위치(xch1) 및 제2기준위치(xch2)에 대한 안티스톡스 라만산란신호는
Figure 112021067161873-pat00030
로 측정된다. 또한, 마찬가지로, 광스위치(130)가 제1접속단(131)에 접속된 상태에서 제2광검출기(172)를 통해 수신되는 제2신호 중 제1기준위치(xch1) 및 제2기준위치(xch2)에 대한 스톡스 라만산란신호는
Figure 112021067161873-pat00031
로 측정되고, 광스위치(130)가 제2접속단(132)에 접속된 상태에서 제2광검출기(172)를 통해 수신되는 제5신호 중 제1기준위치(xch1) 및 제2기준위치(xch2)에 대한 스톡스 신호는
Figure 112021067161873-pat00032
로 측정된다.
따라서, 제1 및 제2기준위치(Xch1, Xch2)에 대한 알고 있는 위치 정보 및 유지 온도 정보를 이용하여 보상신호를 산출하면 된다.
한편, 온도 변환 공식은 아래의 수학식 3으로 알려져 있다.
Figure 112021067161873-pat00033
여기서,
Figure 112021067161873-pat00034
,
Figure 112021067161873-pat00035
는 스톡스(Stokes)와 안티스톡스(anti-Stokes)의 신호 세기이고,
Figure 112021067161873-pat00036
,
Figure 112021067161873-pat00037
는 광원(110)에서 출사되는 광의 중심 주파수 천이와 변동 주파수 천이이다. 따라서,
Figure 112021067161873-pat00038
는 스톡스(Stokes)의 주파수 천이에 해당하고
Figure 112021067161873-pat00039
는 안티스톡스(Anti-Stokes)의 주파수 천이에 해당하며, h는 플랑크(Plank) 상수, kB는 볼쯔만(Boltzmann) 상수이다.
따라서, 위 수학식3으로부터 아래의 온도 추정식을 얻을 수 있다.
Figure 112021067161873-pat00040
따라서, 기준 온도값을 설정한 제1 및 제2기준위치(xch1, xch2)인 두 지점에 대하여 T(xch1), T(xch2)와 Istokes(xch1), Ianti-stokes(xch2)로 연립방정식을 풀어서 a, b를 산출한 후 온도 측정시에는 수학식 4에 산출된 a, b 값과 측정된
Figure 112021067161873-pat00041
,
Figure 112021067161873-pat00042
를 대입하면 되는데, 여기서 실제환경에서 시간에 지남에 따라 흔들리는 광원(110)의 불안정성 및 센싱광섬유(140)가 거리감쇠 영향을 받기 때문에 이를 보정하여 순수하게 온도에 영향을 주는 성분만을 추출하는 작업이 필요하다.
즉, 수학식 4에서
Figure 112021067161873-pat00043
,
Figure 112021067161873-pat00044
에 대해 보정된 값을 적용하여 온도를 산출하면 되고, 보정치를 산출하는 과정을 이하에서 설명한다.
먼저,
Figure 112021067161873-pat00045
를
Figure 112021067161873-pat00046
에 대입하여 레일레이 산란광에 대한 감쇠계수 추정치(
Figure 112021067161873-pat00047
)를 아래의 수학식 5에 의해 산출한다.
Figure 112021067161873-pat00048
여기서,
Figure 112021067161873-pat00049
는 제1 및 제2기준위치(Xch1, Xch2)에 대한 실제 측정값이며, 제1 및 제2기준위치(Xch1, Xch2)는 알고 있는 값이므로 감쇠계수 추정치(
Figure 112021067161873-pat00050
)는 바로 산출할 수 있다.
다음으로 산출된 감쇠계수 추정치(
Figure 112021067161873-pat00051
)로부터 수학식1을 이용하여 R0 값을 계산한다.
즉,
Figure 112021067161873-pat00052
또한, 같은 방식으로 안티스톡스 및 스톡스 감쇠계수
Figure 112021067161873-pat00053
,
Figure 112021067161873-pat00054
를 산출한다.
이후, 산출된
Figure 112021067161873-pat00055
Figure 112021067161873-pat00056
를 적용하여 아래의 수학식 6 및 7의 관계식을 통해
Figure 112021067161873-pat00057
,
Figure 112021067161873-pat00058
계산한다.
Figure 112021067161873-pat00059
Figure 112021067161873-pat00060
여기서,
Figure 112021067161873-pat00061
는 알고 있는 값이므로 섭동치(fluctuation 계수)의 추정치
Figure 112021067161873-pat00062
는 아래의 수학식 8과 같이 구할 수 있다.
Figure 112021067161873-pat00063
동일한 과정으로
Figure 112021067161873-pat00064
를 계산한다.
이후, 측정값인
Figure 112021067161873-pat00065
,
Figure 112021067161873-pat00066
,
Figure 112021067161873-pat00067
에 각각 보정치인
Figure 112021067161873-pat00068
,
Figure 112021067161873-pat00069
,
Figure 112021067161873-pat00070
를 곱해주어 왜곡에 대한 보정을 하고 순수하게 온도에 영향을 주는 성분
Figure 112021067161873-pat00071
만을 추출한다.
이러한 과정은 Ich2에 대해 동일한 작업을 수행하여 기존
Figure 112021067161873-pat00072
,
Figure 112021067161873-pat00073
,
Figure 112021067161873-pat00074
값과 평균치를 산출한다.
또한,
Figure 112021067161873-pat00075
,
Figure 112021067161873-pat00076
,
Figure 112021067161873-pat00077
계산하여
Figure 112021067161873-pat00078
,
Figure 112021067161873-pat00079
,
Figure 112021067161873-pat00080
를 보정한다.
이러한 과정은 제1접속단(131)과 제2접속단(132)에 대해 반복하면서
Figure 112021067161873-pat00081
값이 1e-3 오차범위 안으로 수렴할 때까지 수행한다.
마지막으로 최종 추출한
Figure 112021067161873-pat00082
,
Figure 112021067161873-pat00083
를 측정모드시 온도산출 관계식에 적용하여 온도로 변환하면 된다. 즉, 마지막으로 최종 추출한
Figure 112021067161873-pat00084
,
Figure 112021067161873-pat00085
를 수학식 4의 해당부분에 삽입하여 온도를 산출하면 된다.
이러한 보정과정에 대해 제1접속단(131)에 광스위치(130)가 접속된 상태에서 제1 내지 제3광검출기(171 내지 173)에서 섭동 및 거리에 다른 감쇠에 의해 도 2에 도시된 바와 같은 신호가 출력된 경우 제1접속단(131)에 광스위치(130)가 접속된 상태와 제2접속단(132)에 광스위치(130)가 각각 접속된 상태에서의 측정 신호 및 보상신호 및 산출된 온도에 대해 거리별로 나타낸 신호가 도 3에 도시되어 있다.
이상에서 설명된 분포형 광섬유 온도 측정장치에 의하면, 온도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
110: 광원 120: 광써큘레이터
130: 광스위치 140: 센싱 광섬유
150: 온도유지 챔버 160: 필터부
171 내지 173: 제1 내지 제3광검출기
181: 처리부 183: 출력부

Claims (4)

  1. 광을 출사하는 광원과;
    상기 광원에서 출사되어 입력단을 통해 입력된 광을 출력단을 통해 출력하고, 상기 출력단에서 역으로 입사되는 산란광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와;
    상기 광써큘레이터의 출력단을 제1접속단과 제2접속단 중 어느 하나로 접속시키는 광스위치와;
    일단이 상기 제1접속단과 접속되어 있고 타단이 상기 제2접속단과 접속되어 연장된 센싱 광섬유와;
    상기 센싱광섬유의 일부영역을 제어신호에 대응되는 온도로 유지시킬 수 있도록 된 온도유지 챔버와;
    상기 검출단에서 출력되는 산란광에 대해 레일레이 산란광, 스톡스 라만산란광 및 안티스톡스 라만산란광을 각각 필터링하여 분리 출력하는 필터부와;
    상기 필터부에서 출력되는 레일레이 산란광을 검출하여 출력하는 제1광검출기와;
    상기 필터부에서 출력되는 스톡스 라만산란광을 검출하여 출력하는 제2광검출기와;
    상기 필터부에서 출력되는 안티스톡스 라만산란광을 검출하여 출력하는 제3광검출기와;
    온도 보정모드에서 상기 온도 유지 챔버가 설정된 기준온도가 유지되도록 제어하고, 상기 센싱광섬유가 상기 제1접속단에 접속되게 상기 광스위치를 제어하여 상기 제1 내지 제3광검출기로부터 수신된 제1 내지 제3신호와, 상기 센싱광섬유가 상기 제2접속단에 접속되게 상기 광스위치를 제어하여 상기 제1 내지 제3광검출기로부터 수신된 제4 내지 제6신호를 이용하여 상기 센싱 광섬유로부터 역으로 진행하는 산란광에 대한 섭동치 및 거리에 따른 감쇠계수를 산출하고, 온도 측정모드에서는 상기 센싱광섬유에서 산란되어 역으로 수신된 신호에 대해 상기 제2광검출기와 상기 제3광검출기에서 측정된 신호에 상기 섭동치 및 감쇠계수를 보상하여 생성한 보상 신호를 반영하여 온도를 산출하는 처리 유니트;를 구비하고,
    상기 온도유지 챔버는 상기 센싱광섬유에 대해 연장방향(x)을 따라 제1기준위치(xch1)와 제2기준위치(xch2)에 대해 제어신호에 대응되는 온도로 동일하게 유지시킬 수 있도록 되어 있고,
    안티스톡스 라만 산란광 신호에 대한 섭동치(
    Figure 112023102617781-pat00086
    )를
    Figure 112023102617781-pat00087
    에 의해 산출하고,
    여기서,
    Figure 112023102617781-pat00088
    이고, 안티스톡스 감쇠계수(
    Figure 112023102617781-pat00089
    )는
    Figure 112023102617781-pat00090
    이며,
    Figure 112023102617781-pat00091
    는 노이즈 성분이며,
    Figure 112023102617781-pat00092
    는 상기 센싱광섬유의 거리별 온도에 영향을 받아 달라지는 신호세기 성분인 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유 온도 측정장치.


  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
KR1020210075503A 2021-06-10 2021-06-10 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법 KR102590280B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210075503A KR102590280B1 (ko) 2021-06-10 2021-06-10 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210075503A KR102590280B1 (ko) 2021-06-10 2021-06-10 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220166579A KR20220166579A (ko) 2022-12-19
KR102590280B1 true KR102590280B1 (ko) 2023-10-17

Family

ID=84535403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210075503A KR102590280B1 (ko) 2021-06-10 2021-06-10 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102590280B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111307322A (zh) * 2019-12-09 2020-06-19 北京航天控制仪器研究所 一种基于环形光路的分布式光纤温度传感系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101356986B1 (ko) * 2012-05-11 2014-02-05 주식회사 피피아이 광섬유 분포 온도 측정용 라만 센서 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111307322A (zh) * 2019-12-09 2020-06-19 北京航天控制仪器研究所 一种基于环形光路的分布式光纤温度传感系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220166579A (ko) 2022-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6525308B1 (en) Apparatus and method for wavelength detection with fiber bragg grating sensors
KR101040032B1 (ko) 광학적 ｆｍｃｗ 후방 산란 측정 시스템의 캘리브레이팅
JP4008470B2 (ja) 光ファイバの偏波モード分散の測定方法及びその測定装置
US7874725B2 (en) Optical fiber temperature distribution measuring apparatus, method for measuring optical fiber temperature distribution, and optical fiber temperature distribution measuring system
US10018517B2 (en) Optical fiber temperature distribution measuring device
US7813046B2 (en) Wavelength monitored and stabilized source
CN103278185B (zh) 基于校准光纤光栅的腔衰荡光纤光栅传感解调装置
EP2977734B1 (en) Optical fiber temperature distribution measuring device
US9726546B2 (en) Distributed optical sensing with two-step evaluation
CN103890537A (zh) 用于干涉仪的检测器电路
KR101465788B1 (ko) 분포형 이중코어 광섬유 센서시스템
CN110579227A (zh) 时分/波分复用的光纤光栅分布式传感系统及方法
CN210400422U (zh) 时分/波分复用的光纤光栅分布式传感系统
CN107991267B (zh) 波长捷变的可调谐半导体激光吸收光谱气体检测装置及方法
CN105092085A (zh) 基于带校正的双耦合结构单模错位光纤测量温度的方法
KR102590280B1 (ko) 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법
CA2639463C (en) Spectrally stabilized broadband optical source
US9952067B2 (en) Systems and methods for optical measurements using multiple beam interferometric sensors
CN110887527A (zh) 一种分布式光纤湿度和温度同时检测装置及检测方法
KR101480101B1 (ko) 광섬유 브래그 격자 센서 시스템
JP4274007B2 (ja) 波長分析装置
KR102652916B1 (ko) 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법
KR101703960B1 (ko) 주파수 가변 기반 분포형 광섬유 센서 시스템
CN113218428B (zh) 一种具有可追踪校准的光纤光栅传感器测量系统
JPH1048065A (ja) ブリルアン周波数シフト分布測定方法および装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant