KR102652916B1 - 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법 - Google Patents

분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102652916B1
KR102652916B1 KR1020210161153A KR20210161153A KR102652916B1 KR 102652916 B1 KR102652916 B1 KR 102652916B1 KR 1020210161153 A KR1020210161153 A KR 1020210161153A KR 20210161153 A KR20210161153 A KR 20210161153A KR 102652916 B1 KR102652916 B1 KR 102652916B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
section
interest
signal
light
sensing
Prior art date
Application number
KR1020210161153A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230075001A (ko
Inventor
정효영
김영호
김희운
김명진
기송도
이헌수
김상중
유민우
박수연
Original Assignee
한국광기술원
한국철도공사
주식회사 에니트
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, 한국철도공사, 주식회사 에니트 filed Critical 한국광기술원
Priority to KR1020210161153A priority Critical patent/KR102652916B1/ko
Publication of KR20230075001A publication Critical patent/KR20230075001A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102652916B1 publication Critical patent/KR102652916B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35383—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques
    • G01D5/35393—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques using frequency division multiplexing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 분포형 광섬유 음향센서에 관한 것으로서, 광을 출사하는 광원부와, 광원부에서 출사되어 입력단으로 입력된 광을 센싱단으로 출력하고, 센싱단에서 역으로 진행하는 광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와, 센싱단에 접속되어 측정대상 영역에 분포되게 설치된 센싱광섬유와, 광써큘레이터의 검출단에서 출력되는 레일레이 역산란광을 검출하는 광검출부와, 센싱광섬유 전체 영역에 대한 음향신호를 검출하는 전구간검출모드에서는 광원부에서 기준 임펄스광이 출력되게 제어하여 광검출부로부터 수신된 기준 임펄스 응답신호를 저장하고, 센싱광섬유에 대해 관심구간으로 설정된 영역에 대해서만 필터링된 파인 응답신호를 얻는 관심구간검출모드에서는 기준 임펄스 응답신호에 관심구간 필터링 함수가 반영된 관심구간필터링 광신호가 광원부에서 출력되게 제어하여 광검출부에서 관심구간에 대응하여 출력되는 파인 응답신호로부터 센싱광섬유의 관심구간에 대한 음향신호를 처리하는 제어유니트를 구비한다.

Description

분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법{Fiber-Optic Distributed Acoustic Sensor and measuring method thereof}
본 발명은 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법에 관한 것으로서, 상세하게는 관심구간에 대한 음향신호의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있도록 된 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법에 관한 것이다.
광섬유를 10km 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..
이러한 분포형 광섬유 센서 중 레일레이(Rayleigh) 산란을 이용하는 광섬유 음향센서(DAS: Distributed Acoustic Sensor)가 있다.
광섬유 음향센서는 광섬유 내부를 진행하는 광으로부터 광섬유의 밀도의 불균일 분포에 기인하여 발생하는 산란광을 측정하는 센서로, 펄스광의 세기에 비례하는 후방 산란광을 얻을 수 있다.
그런데, 단발 형태의 펄스광을 송출하는 광섬유 음향센서의 경우 잡음에 의한 측정정밀도가 떨어질 수 있어 신호대 잡음비를 더욱 향상시키면서 관심구간에 대한 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 센싱광섬유의 일부 관심구간에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있도록 지원하는 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분포형 광섬유 음향센서는 광을 출사하는 광원부와; 상기 광원부에서 출사되어 입력단으로 입력된 광을 센싱단으로 출력하고, 상기 센싱단에서 역으로 진행하는 광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와; 상기 센싱단에 접속되어 측정대상 영역에 분포되게 설치된 센싱광섬유와; 상기 광써큘레이터의 검출단에서 출력되는 레일레이 역산란광을 검출하는 광검출부와; 상기 센싱광섬유 전체 영역에 대한 음향신호를 검출하는 전구간검출모드에서는 상기 광원부에서 기준 임펄스광이 출력되게 제어하여 상기 광검출부로부터 수신된 기준 임펄스 응답신호를 저장하고, 상기 센싱광섬유에 대해 관심구간으로 설정된 영역에 대해서만 필터링된 파인 응답신호를 얻는 관심구간검출모드에서는 상기 기준 임펄스 응답신호에 관심구간 필터링 함수가 반영된 관심구간필터링 광신호가 상기 광원부에서 출력되게 제어하여 상기 광검출부에서 관심구간에 대응하여 출력되는 파인 응답신호로부터 상기 센싱광섬유의 관심구간에 대한 음향신호를 처리하는 제어유니트;를 구비한다.
또한, 상기 제어유니트는 상기 기준 임펄스광 또는 상기 관심구간 필터링 광신호에 대응되는 파형신호를 생성하여 상기 광원부에 출력하는 주파수 복합신호 생성부와; 상기 전구간 검출모드에서는 상기 기준 임펄스광에 대응되는 파형신호가 생성되게 상기 주파수 복합신호 생성부를 제어하고, 상기 관심구간 검출모드에서는 상기 관심구간 필터링 광신호에 대응되는 파형 신호가 생성되게 상기 주파수 복합신호 생성부를 제어하며, 상기 광검출부에서 출력되는 신호를 처리하는 신호처리부;를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제어유니트는 상기 전구간 검출모드에서 검출된 기준 임펄스 응답신호로부터 설정된 이벤트에 대응되는 음향신호가 발생된 구간에 대해 관심구간으로 설정하고, 설정된 관심구간에 대해 상기 관심구간 검출모드를 수행한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분포형 광섬유 음향센서의 음향 측정방법은 가. 상기 광원부에서 기준 임펄스광이 출력되게 제어하여 상기 광검출부로부터 상기 센싱광섬유 전체 영역에 대한 기준 임펄스 응답신호를 수신하여 저장하는 단계와; 나. 상기 센싱광섬유의 일부 영역에 대해서만 필터링된 파인 응답신호를 상기 광검출부로부터 얻도록 상기 센싱광섬유에 대해 관심구간을 설정하는 단계와; 다. 상기 기준 임펄스 응답신호에 상기 관심구간에 해당하는 관심구간 필터링 함수가 반영된 관심구간필터링 광신호가 상기 광원부에서 출력되게 제어하는 단계와; 라. 상기 광검출부에서 출력되는 파인 응답신호를 수신하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법에 의하면, 센싱광섬유의 분포영역 중 관심구간에 대한 필터링된 응답신호를 얻을 수 있어 관심구간에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 분포형 광섬유 음향센서를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 분포형 광섬유 음향센서의 관심구간 음향측정 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 3은 도 1의 센싱광섬유의 관심구간에 대해 응답신호를 얻기 위해 적용되는 관심구간 필터링 함수를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 분포형 광섬유 음향센서를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 분포형 광섬유 음향센서(100)는 광원부(110), 광써큘레이터(120), 센싱광섬유(130), 광검출부(140), 제어유니트(160) 및 출력부(180)를 구비한다.
광원부(110)는 제어유니트(160)로부터의 제어신호에 대응하는 광을 출사한다.
광원부(110)는 광원(112) 및 파형발생부(114)로 구축되어 있다.
광원(112)은 파형발생부(114)에서 출력되는 파형에 대응되는 광을 출력한다.
파형발생부(114)는 제어유니트(160)의 주파수 복합신호 생성부(161)에서 출력되는 파형신호에 대응되는 파형의 광이 출사되게 광원(112)을 구동한다.
광써큘레이터(120)는 광원부(110)에서 출사되어 입력단(120a)으로 입력된 광을 센싱단(120b)으로 출력하고, 센싱단(120b)에서 역으로 진행하는 광을 검출단(120c)으로 출력한다.
센싱광섬유(130)는 광써큘레이터(120)의 센싱단(120b)에 접속되어 측정대상 영역에 분포되게 설치되어 있다.
센싱광섬유(130)는 음향신호를 수신하여 진단에 이용하기 위한 시설물 예를 들면, 변압기, 수전반 및 배전반과 같은 함체 내부의 장착대상 요소들에 장착될 수 있다.
광검출부(140)는 광써큘레이터(120)의 검출단(120c)에서 출력되는 레일레이 역산란광을 검출하여 전기적 신호로 출력한다. 여기서 레일레이 역산란광은 센싱광섬유(130)에서 입사된 펄스광에 대응되어 산란되어 역으로 진행되어 센싱단(120b) 및 검출단(120c)을 통해 출력되는 광신호이다.
광검출부(140)에는 검출단(120c)에서 출력되는 광으로부터 레일레이 역산란광을 필터링하는 파장필터와 파장필터에서 출력되는 광의 세기에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 광검출기로 구축될 수 있다.
제어유니트(160)는 전구간 검출모드와 관심구간 검출모드에 대응되는 광이 광원부(110)에서 출사되게 제어하고, 광검출부(140)에서 수신된 음향신호를 처리한다.
제어유니트(160)는 센싱광섬유(130) 전체 영역에 대한 음향신호를 검출하는 전구간검출모드에서는 광원부(110)에서 기준 임펄스광(Pa)이 출력되게 제어하여 광검출부(140)로부터 수신된 기준 임펄스 응답신호(h(t))를 저장하고, 센싱광섬유(130)에 대해 관심구간으로 설정된 영역에 대해서만 필터링된 파인 응답신호(hdesign(t))를 얻는 관심구간검출모드에서는 기준 임펄스 응답신호(h(t))에 관심구간 필터링 함수(gdesign(t))가 반영된 관심구간필터링 광신호(Pb)가 광원부(110)에서 출력되게 제어하여 광검출부(140)에서 관심구간에 대응하여 출력되는 파인 응답신호(hdesign(t))로부터 센싱광섬유(130)의 관심구간에 대한 음향신호를 처리한다.
제어유니트(160)는 주파수 복합신호 생성부(161)와, 신호처리부(170)를 구비한다.
주파수 복합신호 생성부(161)는 기준 임펄스광(Pa) 또는 관심구간 필터링 광신호(Pb)에 대응되는 파형신호를 생성하여 광원부(110)에 출력한다.
여기서, 기준 임펄스광(Pa)은 도 1에 도시된 바와 같이 사각펄스형태의 파형을 갖는 단펄스이며, 관심구간 필터링 광신호(Pb)는 센싱광섬유(130)에 대해 관심구간 이외의 영역에 대해서는 응답신호를 상쇄시키고, 관심구간에 대해서만 응답신호를 생성할 수 있도록 생성된 신호를 말한다.
신호처리부(170)는 센싱광섬유(130)에서 음향에 대응되어 역으로 반사되는 레일레이 역산란광에 대해 광검출부(140)에서 출력되는 신호로부터 센싱광섬유(130)의 위치별 음향신호를 분석처리하고, 분석처리결과를 출력부(180)를 통해 출력한다.
또한, 신호처리부(170)는 전구간 검출모드에서는 기준 임펄스광(Pa)에 대응되는 파형신호가 생성되게 주파수 복합신호 생성부(161)를 제어하고, 관심구간 검출모드에서는 관심구간 필터링 광신호(Pb)에 대응되는 파형 신호가 생성되게 주파수 복합신호 생성부(161)를 제어하며, 광검출부(140)에서 출력되는 신호를 처리한다.
신호처리부(170)는 전구간 검출모드에서 검출된 기준 임펄스 응답신호로부터 설정된 이벤트에 대응되는 음향신호가 발생된 구간에 대해 관심구간으로 설정하고, 설정된 관심구간에 대해 관심구간 검출모드를 수행하도록 구축될 수 있다. 여기서, 이벤트는 수신된 음향신호의 레벨이 설정된 기준 레벨 이상 검출된 경우, 특정 주파수 대역의 음향신호가 수신된 경우 등 진단하고자 하는 환경에 따라 적절하게 적용하면 된다. 이러한 신호 처리부(170)의 측정과정을 도 2를 통해 설명한다.
먼저, 전구간 검출모드용 기준임펄스광(Pa)이 광원부(110)에서 출력되게 제어하고(단계 210), 광검출부(140)로부터 센싱광섬유(130) 전체 영역에 대한 기준 임펄스 응답신호(h(t))를 수신하여 저장한다(단계 220).
이후, 수신된 기준 임펄스 응답신호(h(t))로부터 분석된 음향신호에 설정된 이벤트가 발생했는 지를 판단한다(단계 230). 단계 230에서 이벤트에 대응되는 음향신호가 발생된 영역을 관심구간으로 설정한다(단계 240).
이후, 광원부(110)를 제어하여 설정된 관심구간에 대응되는 관심구간 필터링 광신호가 출력되게 하고(단계 250), 관심구간에 대해 광검출부(140)로부터 수신된 파인응답 신호로 음향을 측정한다(단계 260).
이러한 측정과정은 설정된 측정 주기마다 수행하도록 구축될 수 있다.
한편, 출력부(180)는 전송대상 수신처로 생성정보를 송신하는 통신인터페이스 또는 생성정보를 표시하는 표시부가 적용될 수 있다.
이하에서는 이러한 분포형 광섬유 음향센서(100)의 관심구간 정밀 측정과정을 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 x방향으로 연장된 전체 센싱광섬유(130)에서 관심 구간을
Figure 112021134268900-pat00001
설정한 경우 대응되는 관심시간(t0, t1)은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112021134268900-pat00002
또한, 앞서 설명된 기준 임펄스광(Pa)에 대한 센싱광섬유(130)의 응답신호인 기준 임펄스 응답신호
Figure 112021134268900-pat00003
에 앞서 설명된 관심구간 필터링함수(
Figure 112021134268900-pat00004
)가 컨벌루션(convolution)된 형태의 파인 응답신호(hdesign(t))는
Figure 112021134268900-pat00005
에서만 값을 갖도록
Figure 112021134268900-pat00006
를 적용하면 되고, 이를 반영한 제1조건이 아래의 수학식2로 표현된다.
Figure 112021134268900-pat00007
여기서, ★는 컨벌루션(convolution) 연산자, rect는 도 3에 도시된 바와 같이 to와 t1 사이 구간에서만 1의 값을 갖는 사각함수이다.
상기 수학식2를 푸리에(Fourier)변환을 통해 시간영역에서 응답신호를 주파수 영역의 전달함수로 변경하면 아래의 수학식3과 같이 표현된다.
Figure 112021134268900-pat00008
Figure 112021134268900-pat00009
여기서, F는 푸리에 변환을 의미하고, H(f)는 h(t)에 대해 퓨리에 변환된 함수,
Figure 112021134268900-pat00010
는
Figure 112021134268900-pat00011
에 대해 퓨리에 변환된 함수를 의미한다.
따라서, 관심구간 필터링함수(
Figure 112021134268900-pat00012
)에 대해 주파수 영역에 대해서는 위 수학식 3을 통해 미리 측정한
Figure 112021134268900-pat00013
와, 알고 있는
Figure 112021134268900-pat00014
값을 이용하여
Figure 112021134268900-pat00015
를 산출하고, 이를 시간함수로 변환하여
Figure 112021134268900-pat00016
를 관심구간 필터링함수로 적용하여 앞서 설명된 바와 같은 관심구간 필터링 광신호를 생성하면 된다.
이상에서 설명된 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법에 의하면, 센싱광섬유의 분포영역 중 관심구간에 대한 필터링된 응답신호를 얻을 수 있어 관심구간에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
110: 광원부 120: 광써큘레이터
130: 센싱광섬유 140: 광검출부
160: 제어유니트 180: 출력부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 광을 출사하는 광원부와;
    상기 광원부에서 출사되어 입력단으로 입력된 광을 센싱단으로 출력하고, 상기 센싱단에서 역으로 진행하는 광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와;
    상기 센싱단에 접속되어 측정대상 영역에 분포되게 설치된 센싱광섬유와;
    상기 광써큘레이터의 검출단에서 출력되는 레일레이 역산란광을 검출하는 광검출부와;
    상기 센싱광섬유 전체 영역에 대한 음향신호를 검출하는 전구간검출모드에서는 상기 광원부에서 기준 임펄스광이 출력되게 제어하여 상기 광검출부로부터 수신된 기준 임펄스 응답신호를 저장하고, 상기 센싱광섬유에 대해 관심구간으로 설정된 영역에 대해서만 필터링된 파인 응답신호를 얻는 관심구간검출모드에서는 상기 기준 임펄스 응답신호에 관심구간 필터링 함수가 반영된 관심구간필터링 광신호가 상기 광원부에서 출력되게 제어하여 상기 광검출부에서 관심구간에 대응하여 출력되는 파인 응답신호로부터 상기 센싱광섬유의 관심구간에 대한 음향신호를 처리하는 제어유니트;를 구비하고,
    상기 제어유니트는
    상기 기준 임펄스광 또는 상기 관심구간 필터링 광신호에 대응되는 파형신호를 생성하여 상기 광원부에 출력하는 주파수 복합신호 생성부와;
    상기 전구간 검출모드에서는 상기 기준 임펄스광에 대응되는 파형신호가 생성되게 상기 주파수 복합신호 생성부를 제어하고, 상기 관심구간 검출모드에서는 상기 관심구간 필터링 광신호에 대응되는 파형 신호가 생성되게 상기 주파수 복합신호 생성부를 제어하며, 상기 광검출부에서 출력되는 신호를 처리하는 신호처리부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유 음향센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어유니트는
    상기 전구간 검출모드에서 검출된 기준 임펄스 응답신호로부터 설정된 이벤트에 대응되는 음향신호가 발생된 구간에 대해 관심구간으로 설정하고, 설정된 관심구간에 대해 상기 관심구간 검출모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유 음향센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 관심구간 필터링 함수(
    Figure 112021134268900-pat00017
    )는
    아래의 제1조건을 만족하고,
    Figure 112021134268900-pat00018

    여기서,
    Figure 112021134268900-pat00019
    는 상기 기준 임펄스 응답신호이고, t0 및 t1은 관심구간
    Figure 112021134268900-pat00020
    에 대응하는 관심 시간이며, ★는 컨벌루션(convolution) 연산자 이고, rect는 to와 t1 사이 관심구간에서만 1의 값을 갖는 사각함수이며,
    상기 신호처리부는 상기 제1조건을 이용하여 알고 있는 상기 기준 임펄스 응답신호와 사각함수 값을 이용하여 상기 관심구간 필터링 함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유 음향센서.
  5. 광을 출사하는 광원부와, 상기 광원부에서 출사되어 입력단으로 입력된 광을 센싱단으로 출력하고, 상기 센싱단에서 역으로 진행하는 광을 검출단으로 출력하는 광써큘레이터와, 상기 센싱단에 접속되어 측정대상 영역에 분포되게 설치된 센싱광섬유와, 상기 광써큘레이터의 검출단에서 출력되는 레일레이 역산란광을 검출하는 광검출부와, 상기 광검출부에서 출력되는 신호로부터 상기 센싱 광섬유가 설치된 영역의 음향을 측정하는 제어유니트를 구비하는 분포형 광섬유 음향센서의 음향 측정방법에 있어서,
    가. 상기 광원부에서 기준 임펄스광이 출력되게 제어하여 상기 광검출부로부터 상기 센싱광섬유 전체 영역에 대한 기준 임펄스 응답신호를 수신하여 저장하는 단계와;
    나. 상기 센싱광섬유의 일부 영역에 대해서만 필터링된 파인 응답신호를 상기 광검출부로부터 얻도록 상기 센싱광섬유에 대해 관심구간을 설정하는 단계와;
    다. 상기 기준 임펄스 응답신호에 상기 관심구간에 해당하는 관심구간 필터링 함수가 반영된 관심구간필터링 광신호가 상기 광원부에서 출력되게 제어하는 단계와;
    라. 상기 광검출부에서 출력되는 파인 응답신호를 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유 음향센서의 음향 측정방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 관심구간 필터링 함수(
    Figure 112021134268900-pat00021
    )는
    아래의 제1조건을 만족하고,
    Figure 112021134268900-pat00022

    여기서,
    Figure 112021134268900-pat00023
    는 상기 기준 임펄스 응답신호이고, t0 및 t1은 관심구간
    Figure 112021134268900-pat00024
    에 대응하는 관심 시간이며, ★는 컨벌루션(convolution) 연산자 이고, rect는 to와 t1 사이 구간에서만 1의 값을 갖는 사각함수이며, 상기 제1조건을 이용하여 알고 있는 기준 임펄스 응답신호와 사각함수 값을 이용하여 상기 관심구간 필터링 함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유 음향센서의 음향측정방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 나단계는 상기 기준 임펄스 응답신호로부터 설정된 이벤트에 대응되는 음향신호가 발생된 구간에 대해 관심구간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 분포형 광섬유 음향센서의 음향측정방법.





KR1020210161153A 2021-11-22 2021-11-22 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법 KR102652916B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210161153A KR102652916B1 (ko) 2021-11-22 2021-11-22 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210161153A KR102652916B1 (ko) 2021-11-22 2021-11-22 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230075001A KR20230075001A (ko) 2023-05-31
KR102652916B1 true KR102652916B1 (ko) 2024-03-29

Family

ID=86543420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210161153A KR102652916B1 (ko) 2021-11-22 2021-11-22 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102652916B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016021689A1 (ja) 2014-08-07 2016-02-11 古河電気工業株式会社 光ファイバセンサ、地震探査方法、石油、天然ガス貯留層分布の計測方法、歪み検知方法および地層の割れ目位置特定方法
KR101817295B1 (ko) * 2016-07-20 2018-01-10 한국광기술원 온도 측정 지원형 광섬유 음향센서
KR102048459B1 (ko) * 2018-05-21 2019-11-25 한국과학기술연구원 이벤트 고속 검출 및 정밀 측정이 가능한 이중 브릴루앙 분포형 광섬유 센싱 시스템 및 브릴루앙 산란을 사용한 센싱 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3054074A1 (en) * 2017-02-22 2018-08-30 Cmte Development Limited Optical acoustic sensing system and method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016021689A1 (ja) 2014-08-07 2016-02-11 古河電気工業株式会社 光ファイバセンサ、地震探査方法、石油、天然ガス貯留層分布の計測方法、歪み検知方法および地層の割れ目位置特定方法
KR101817295B1 (ko) * 2016-07-20 2018-01-10 한국광기술원 온도 측정 지원형 광섬유 음향센서
KR102048459B1 (ko) * 2018-05-21 2019-11-25 한국과학기술연구원 이벤트 고속 검출 및 정밀 측정이 가능한 이중 브릴루앙 분포형 광섬유 센싱 시스템 및 브릴루앙 산란을 사용한 센싱 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230075001A (ko) 2023-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102292621B (zh) 分布式光纤感测中的改进
US9702975B2 (en) Lidar measuring system and lidar measuring method
US10634551B2 (en) Reflectometric vibration measurement system and relative method for monitoring multiphase flows
EP2435796B1 (en) Optical sensor and method of use
EP3477266B1 (en) Distributed acoustic sensing device using different coherent interrogating light patterns, and corresponding sensing method
US10330525B2 (en) Optical fiber vibration measurement system in multiphase flows with related method to monitor multiphase flows
KR101817295B1 (ko) 온도 측정 지원형 광섬유 음향센서
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
US10365354B2 (en) Multi-target laser distance meter
CN102589593A (zh) 相位敏感式光时域反射传感系统及方法
US9726546B2 (en) Distributed optical sensing with two-step evaluation
CN110518969B (zh) 一种光缆振动的定位装置及方法
US20160258808A1 (en) Distributed optical sensing devices and methods performing a measurement
JPH0663872B2 (ja) 分布温度センサ
KR102652916B1 (ko) 분포형 광섬유 음향센서 및 그 음향측정방법
CN116772742B (zh) 一种连铸方坯振痕深度测量方法
JP7256631B2 (ja) 距離測定装置
JP2010528309A (ja) 媒体中の化合物の光学遠隔検出方法
RU2583060C1 (ru) Способ измерения температурного распределения в объекте и устройство для его осуществления
JP3222970U (ja) 分布型光ファイバセンサ
KR102394748B1 (ko) 코드신호 기반 광섬유 음향센서
KR102590280B1 (ko) 분포형 광섬유 온도 측정장치 및 그 온도 보정방법
KR102700559B1 (ko) 광섬유기반 침입감지 장치
CN110518968B (zh) 一种光缆振动的定位装置及方法
RU2686401C1 (ru) Фотоэлектрический способ определения средней концентрации и среднего размера частиц пыли

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