KR20030095522A - 이중 평균화 연산 출력을 갖는 광섬유 분포온도측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유에 펄스형 광을 입사하여 생기는 산란광 중에 광섬유 주변 온도에 반응하는 파장신호와 광 펄스 입사 후 되돌아오는 산란광의 시간차를 이용하여 광섬유 주변의 온도를 측정하는 광섬유를 이용한 분포온도 측정 장치에 관한 것으로 연산 시간을 단축함과 동시에 정밀한 온도 측정이 가능하도록 이중 평균화 연산 출력 기능을 특징으로 하는 광섬유 분포온도 측정 장치이다.

Description

이중 평균화 연산 출력을 갖는 광섬유 분포온도측정 장치 {Fiber optic distributed temperature measurement equipment using dual average operation output}

본 발명은 광섬유를 센서로 이용하여 라만 산란광을 이용한 광섬유 분포 온도측정 장치에 관한 것이다.

라만 산란광을 이용한 광섬유 선형온도 측정장치는 광섬유 한쪽 끝에 파장 λo의 레이저 펄스 광을 입사하면 광섬유 내에서는 λs의 스토크스광과 λas의 안티스토크스광, 2가지 성분의 라만 산란광이 발생된다. 이 두 가지 파장의 진폭 비율이 순수히 온도의 함수이고 광섬유 내에 거리 L인 곳으로부터 되돌아 오는 산란광을 광 펄스를 입력한 끝으로 되돌아오는 시간은 광섬유 내에 빛의 속도를 알고 있어서 산란광이 발생한 위치를 계산함으로써 광섬유가 깔려있는 상태에 광섬유 주변의 온도 분포를 측정하는 장치이다.

스토크스광과 안티스토크스광의 후방 산란광의 측정은 광섬유의 손실 및 파단점 측정에 사용되는 OTDR ( Optical Time Domain Reflectometer) 과 같은 측정방법으로 측정한다. 이러한 라만 산란광을 이용한 광섬유 온도 측정 장치를 이용한 분포 온도 측정장치는 전력케이블의 길이방향 온도분포를 측정할 수 있어 송전 용량 제어등에 이용되기도 하고 케이블의 열화등에 의해서 생기는 부분적인 고열 발열 장소를 감지한다. 또한 각종 플랜트의 생산 라인과 설비의 온도 제어, 빌딩과 터널, 공동구 등의 화재 검지용으로 사용되어 화재 발생 위치를 알 수 있다.

광섬유 온도 분포 측정 장치는 미세한 산란광을 이용하여 온도를 측정하므로 산란광을 검출하기 위하여 평균화 회로를 이용하여 랜덤 잡음을 제거 한다. 평균화 연산은 일반적으로 고속 연산을 위해 하드웨어 평균화 연산 후 저속으로 소프트웨어 평균화 연산을 하는 이중화 방식이다. 즉 하드웨어 평균화 연산 결과를 다시 소프트 평균화 연산을 하여 최종 평균화 결과를 산출하고 그 결과를 이용하여 온도를계산해 낸다. 따라서 광섬유 분포 온도 측정장치는 온도 연산 결과를 출력하는 연산 속도와 측정된 온도의 정밀도가 반비례하는 관계가 있어 사용하고자 하는 용도에 따라 정밀한 온도 측정을 위해서는 오랜 연산시간이 필요하고 빠른 온도 측정을 해야 하는 경우에는 온도의 정밀도가 낮아진다. 따라서 화재 검지와 같이 빠른 온도 측정을 하면 온도의 정밀도가 낮아지는 단점이 발생한다. 본 고안에서는 온도 연산 출력 방법을 새롭게 고안하여 빠른 온도 측정과 함께 정밀한 온도 측정을 동시에 병행 연산이 가능한 것을 특징으로 하는 라만 산란광을 이용한 광섬유 분포온도 측정 장치를 제공하는데 있다.

도1. 본 발명의 광섬유 분포 온도 측정 장치의 온도 연산 순서도

도2. 기존 광섬유 분포 온도 측정 장치의 온도 연산 순서도

도3. 광섬유 선형 분포 온도 측정 장치 구성도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호설명

도면3에서 1은 레이저 펄스 발생회로, 2는 광분파기, 3은 센서용 광섬유, 4는 수광부, 5는 평균화회로, 6은 데이터 처리회로

본 발명의 광섬유 선형 분포온도 측정 장치는 센서용 펄스 광원을 갖는 라만 산란광을 이용한 광섬유 선형 분포온도 측정 장치를 센서용 광섬유에 연결하여 정밀온도 측정을 위하여 진행하는 평균화 연산 중간 중간에 온도를 출력함으로써 고속 온도 출력과 함께 정밀 온도 측정이 가능하도록 이중화 평균화 출력 기능을 특징으로 하는 것이다.

도면과 실시 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도3는 광섬유 선형 분포온도 측정 장치의 구성도로 분포 온도를 측정하는 주장치 21,센서용 광섬유 3으로 구성되어 진다.

주장치21은 센서용 펄스광원 1와 광원과 후방 산란광을 나누고 후방 라만 산란광 중에서 스토크스광 성분과 안티스토크스광 성분을 분리 출력하는 광분파기2와 두파장의 신호를 수광하는 수광 회로 4, 수광 신호를 평균화 처리하는 평균화 회로 5, 평균화 처리된 데이터를 처리하여 온도를 계산해 내는 데이터 처리회로 6으로 구성된다.

주장치21및 구체적인 선형온도분포 측정 방법은 아래와 같다.

센서용 광섬유3에서 발생한 후방 산란광은 광분파기2를 거쳐서 중심파장 λas과 λs의 두 파장으로 후방 산란광을 분리하여 각각 수광 회로 4를 통해 전기 신호로 변환된다. 수광 회로 4에 의해 전기신호로 바뀌어진 신호는 평균화 회로 5에 의해서 OTDR측정법으로 연산하기 위한 fas(t)와 fs(t)신호로 연산 될 신호를 출력한다. 온도 교정 기능이 부가된 데이터 처리 회로 6은 평균화 회로 5로부터 얻은 함수fas(t) / fs(t)의 연산을 수행하고 양 함수의 비가 순수 온도에 비례한다는 것과 광섬유 내에 거리 L에서 되돌아오는 후방 산란광이 광 펄스가 입력된 광섬유 편단으로 되돌아 오는 시간은 광섬유 내에서의 빛의 속도를 Co라면, 펄스 입력 후 2L /Co 의 시간이 걸리는 것을 이용하여 거리에 따른 온도분포를 연산하여 포설된 광섬유의 분포 온도를 얻는다. 이 과정에서 평균화 연산은 기본 평균화 연산을 n회 하고 그 결과를 다시 N회 평균화 연산하여 온도를 계산 한다. n회 연산 결과는 빠른 기간 내에 온도 측정이 가능하나 온도에 대한 오차가 크고, 다시 N회 평균화 연산 한 결과는 온도 정밀도는 좋으나 측정시간이 N배 길어진다. 이러한 연산 과정을 도식화 한 것이 그림2이다. 그림2에 a)는 고속 연산을 하는 경우의 온도 측정 방법이고 그림2에 b)는 정밀온도 계측을 위한 온도 측정 방법이다. 일반적으로 용도에따라 그림a)나 b)의 방법으로 온도 측정이 되도록 설정되어 운영되나 본 고안 은 그림1과 같이 n회의 고속 연산 결과를 마칠 때 마다 고속 연산 출력을 하고 그 결과를 N회 누적 평균하여 정밀 온도 측정 결과를 다시 출력함으로써 고속응답과 정밀 온도 측정이 동시에 가능하다.

본 발명은 고속 평균화 작업 결과를 이용하여 온도 측정을 고속으로 함과 동시에 그 연산 결과를 이용하여 계산된 온도 출력하고 다시 누적 평균화 하여 정밀한 온도 출력이 가능하여 하나의 장비로 빠른 응답과 정밀 온도 측정이 가능하다.

Claims (1)

1. 라만 산란광을 이용한 광섬유 분포온도 측정 장치에서 고속 평균화 결과를 이용하여 빠른 온도 출력을 하고 그 출력을 다시 평균화 함으로써 정밀 온도 출력이 가능한 이중 평균화 출력 방식