KR200379892Y1 - 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템에 관한 것으로서, 특히 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser : VCSEL)를 이용하여 광을 발생하여 광섬유를 통해 전달하는 광원과; 상기 광원의 광섬유와 용융 접합되어 상기 광원으로부터 발생된 광을 분배시키고, 되돌아온 광들을 결합시키는 광 분배기와; 동일한 길이를 가지는 두 경로의 광섬유를 사용하여 해당 감시 영역의 경계 부위에 설치되며, 상기 광 분배기와 용융 접합되어 상기 광 분배기로부터 분배된 광들을 경로를 통해 전달하고, 되돌아오는 광들을 상기 광 분배기로 전달하는 감지부와; 상기 감지부의 광섬유들에 부착되어 상기 광들을 반사하는 반사 수단과; 상기 반사 수단들로부터 반사되어 상기 광 분배기에서 결합되는 광을 검출하여 전기신호로 변환하는 광 검출기; 및 상기 광 검출기로부터 출력된 전기신호를 분석하여 침입 여부를 확인하고 침입시 이를 알리는 알람을 유무선을 통하여 전송 하는 기능을 수행하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기와 같은 본 고안에 따르면 광원을 저가로 구현할 수 있으며, 광 신호의 처리 비용을 대폭 감소시킬 수 있고, 두 팔을 가지는 간섭계 구조를 사용하므로 한 시스템이 감당할 수 있는 감지영역이 대폭 확장되며, 모든 전자회로를 중앙통제 국사내에 설치 가능하므로 제품의 안정성이 확보되고 유지보수가 용이하다는 등의 장점으로 인하여 일상 생활에 쉽게 응용될 수 있으며, 예를들면 인삼밭, 송이밭, 공장 등에 매설 및 포설하여 대지감지기 또는 울타리 감지기로써의 역할을 수행할 수 있다.
Description
본 고안은 침입 감지시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 저가의 광원을 개발하고, 광원의 신호처리의 비용을 대폭 감소시키도록 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템에 관한 것이다.
현재 공장이나 물류단지, 공공기관 등의 보안수요가 증가하고 있지만 이를 감당할 경비인력의 높은 인건비 등으로 인하여 과학 방호 등으로 인건비를 줄이면서도 보다 높은 수준의 경비 서비스를 제공받고자 하는 수요가 증가하는 추세이다. 공공기관이나 공장에서는 현재까지 현실적이며 경제적인 대안이 제시되지 않아 이를 대체할 기술을 갖는 제품이 개발된다면 그 수요는 무한할 것으로 판단된다.
그러나, 일반적으로 사용되는 포인트(Point) 센서는 좁은 면적을 담당하기에는 적합하나, 넓은 공장이나 공공기관의 철조망 등을 경비하기에는 아주 많은 수량의 센서가 필요하게 되어 경제성이 상대적으로 떨어지는 경향이 있었다. 수km에서 수십km에 걸친 긴 울타리를 경비하는데는 라인 형태의 센서가 적합한 것으로 알려져 있고, 이에 대응하는 센서로 광섬유를 이용한 센서가 가장 적합한 것으로 판단된다. 광섬유는 정보통신 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있으며, 온도, 압력, 인장, 전류, 회전운동, 그리고 화학조성 등의 매우 다양한 물리화학적 현상을 측정하는 센서로도 대단히 유용하며, 외부의 전자파에 의한 간섭이나 혼신(混信)이 없고, 소형·경량으로서 굴곡에도 강하며, 광섬유의 재료인 유리의 원료는 대단히 풍부하므로 효용도가 높다.
그리하여, 이러한 광섬유를 이용한 센서 제품들이 현재 국내외로 연구되어지고 있고, 광섬유를 이용한 광 침입자 감시 시스템이 개발되었다.
이러한 광 침입자 감지 시스템은 광섬유를 이용하여 침입 여부를 판별하는 것으로, 군부대의 경계지역, 공항, 발전소 등에 설치되어 침입자로부터의 시설 보호 등을 목적으로 한다. 이러한 시스템은 경계 인원을 절감할 수 있고, 내재된 광섬유를 통한 안정된 통신 수단을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
침입감지센서 종류로는 광섬유형 센서, 적외선 센서, 열선 센서, 초음파센서, 마이크로웨이브 센서, 전계형 센서 등이 있으며, 이중 광섬유형 센서는 광섬유를 이용하여 센서를 구성하는 방법에 따라 여러 종류가 있는데 광섬유의 파단으로 인한 광의 전달 유무를 이용하는 방법과 광의 편광을 이용하는 방법 및 간섭을 이용하는 방법 등이 있다.
이 중 일반적으로 제품화되어 있는 광섬유형 센서로는 광 스페클(Speckle)을 이용한 방법과 OTDR을 이용한 방법, 다이렉트 검출법(Direct detection)등이 주로 사용되고 있다. 여기에서, 스페클이란 가간섭성을 가지는 광이 광섬유를 통과할 때 광섬유 끝단의 단면을 조사하면 전파되어온 광들의 간섭현상으로 인하여 광의 밝고 어두운 무늬가 나타나게 된다. 이 무늬들은 외부에서 인가된 압력에 따라 그 문양이 바뀌어 광 강도가 변하게 되는데 이 현상을 이용하여 침입자 감시를 위한 광섬유 스페클 센서로 활용할 수 있다. 스페클 현상은 그 특성 상 매우 정밀한 측정에 많이 응용되고 있는데, 특히, 현재는 광섬유 미소 밴딩의 측정이나, 비틀림각, 축응력, 인장력 및 진동 등의 측정 및 감지에 사용되고 있다.
그리고, 광 스페클을 이용한 방법은 멀티모드 광섬유를 통해 연속파 형태로 전달되는 광의 일부를 차단하고, 나머지 통과된 광의 간섭에 의한 스페클 또는 광의 파워를 측정하여 침입여부를 판단한다.
또한, 광섬유를 이용한 침입자 감지 방법으로 분포형과 다중화형이 있는데, 다중화형 침입감지 기술은 Sagnac, Mach-Zender, Fabry-Perot 간섭계 어레이(array)를 이용하여 개발되어지고 있고, 분포형 침입감지 기술은 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer), 편광 현상 및 스페클 변화를 이용하여 개발되어 지고 있다.
상기에서 언급한 광 스페클 방법을 이용한 침입자 감시 시스템은 실용신안등록 제0340703호에 개시되었다.
도 1은 종래의 광 스페클 방법을 이용한 침입자 감지 시스템의 개념도이다. 도면중 미설명 부호인 9는 침입감지신호이다.
도 1을 참조하면, 레이저를 발생하는 반도체 레이저(1)와, 센서로 사용되는 다중모드 광섬유(2)와, 광커넥터와 광커넥터 결합스리브를 사용하여 구현된 공간필터(3)와, 수신된 스페클 패턴(pattern)을 전기신호로 바꾸기 위한 수광소자(4)와, 수신된 전기신호를 필요한 전압값 까지 증폭시키는 증폭기(5)와, 전기신호내의 잡음성분을 제거하기 위한 필터(filter)(6)와, 전기신호를 정류 및 평활하는 정류기 및 평활기(7)와, 펄스를 만드는 비교기(8)로 구성된다.
이러한 침입자 감지 시스템의 동작을 살펴보면, 반도체 레이저(1)로부터 출력되는 레이저광은 다중모드 광섬유(2)를 통하면서 두 개의 광섬유 코어(core) 축을 특정 거리만큼 띄어놓은 공간필터(3)를 통하여 수광소자(4)에서 전기신호로 변환된다. 다중모드 광섬유(2)에 침입자 등에 의한 외부 충격으로 다중모드 광섬유(2)가 흔들리면 다중모드 광섬유(2) 내의 스페클 패턴이 변화하게 되고 이렇게 변형된 레이저광이 본 고안에 의한 광 커넥터와 광 커넥터 결합 스리브를 사용하여 구현된 공간필터(3)를 통하면 스페클 패턴에 따라 변화된 광 출력을 얻게 된다. 이렇게 침입자 등에 의한 외부 충격으로 변화하는 광 출력을 수광소자(4)에서 전기신호로 변환한 후 증폭기(5)에서 증폭하고 필터(6)에서 잡음신호를 걸러낸 후 정류기 및 평활기(7)에서 정류 및 여과하고, 비교기(8)에서 기준 전압 값보다 클 때만 펄스파형을 출력하게 하면 다양한 펄스폭을 갖는 펄스형태인 침입자감지신호(9)들이 생성되게 된다.
또한, OTDR을 이용한 방법은 광섬유가 외부의 영향으로 휘거나 절단되었을 때 광섬유를 통하여 반사되는 광의 세기를 검출하고, 다이렉트 검출법은 광의 세기 변화만을 감지하여 외부 물리량을 검출한다.
그러나, 현재 제품에 활용되고있는 상기와 같은 대표적인 세 가지 기술은 광 스펙클(speckle)을 이용하여 광 신호의 동적인 성분 변화를 측정하는 방법, 광 손실의 정적인 변화를 측정하는 방식, 그리고 OTDR을 이용하여 변화부분을 측정하는 방식이 있으나, 모두 거짓 경보율이 높다는 단점이 있다.
먼저, 광 스펙클을 이용하여 침입자를 감지하는 시스템은 다중모드 광섬유를 통해 연속파(continuous wave)형태로 전달되는 광의 일부를 차단하고, 나머지 통과된 광의 간섭에 의한 스펙클 또는 광의 파워를 측정하여 침입여부를 판단한다. 그러나, 이 시스템은 침입자에 의한 동적인 변화 성분만을 감지하므로 주위의 변화에 민감하다는 단점이 있다. 또한 시스템 구조상 광원과 광검출부가 서로 감지용 광섬유의 반대편에 짝을 이루어 위치하여야 하므로 동일한 감시영역에 대하여 제안된 간섭방식보다 대략 두배 정도의 하드웨어가 요구된다는 단점이 있다.
다른 광 침입자 감지 방법으로는 광섬유의 휨(bending)이나 절단 시에 발생되는 광손실을 감지하는 OTDR방식이 있는 데, 일반적으로 광섬유의 휨에 대하여 광검출기에서 검출되는 변화가 미약하여서 침입감지에 둔감하다는 단점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광원을 저가로 구현할 수 있으며, 광 신호의 처리 비용을 대폭 감소시킬 수 있고, 두 팔을 가지는 간섭계 구조를 사용하므로 한 시스템이 감당할 수 있는 감지영역이 대폭 확장되며, 모든 전자회로를 중앙통제 국사내에 설치 가능하므로 제품의 안정성이 확보되고 유지보수가 용이하다는 등의 장점으로 인하여 일상 생활에 쉽게 응용될 수 있으며, 예를들면 인삼밭, 송이밭, 공장 등에 매설 및 포설하여 대지감지기 또는 울타리 감지기로서의 역할을 수행할 수 있도록 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은,
광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지 시스템에 있어서, 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser : VCSEL)를 이용하여 광을 발생하여 광섬유를 통해 전달하는 광원과; 상기 광원의 광섬유와 용융 접합되어 상기 광원으로부터 발생된 광을 분배시키고, 되돌아온 광들을 결합시키는 광 분배기와; 일정한 길이를 가지고 해당 감시 영역의 경계 부위에 설치되는 광섬유로 이루어지고, 상기 광 분배기와 접합되어 상기 광 분배기로부터 분배된 광을 패스를 통해 전달하고, 되돌아오는 광을 상기 광 분배기로 전달하는 감지부와; 상기 감지부의 광섬유에 부착되는 상기 광을 반사하는 반사 수단과; 상기 반사 수단을 통해 반사되어 상기 광 분배기에서 출력되는 광을 검출하여 전기신호로 변환하는 광 검출기; 및 상기 광 검출기로부터 출력된 전기신호를 분석하여 침입 감지를 확인하고 침입을 알리는 알람을 유무선 전송 기능을 수행하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 광원의 광섬유는 단일 모드 또는 다중 모드중 선택된 어느 하나의 형태로 형성된다.
여기에서 또한, 상기 광원은 원통형으로 양단이 개구된 형태의 케이스와; 캔(Can)타입으로 형성되어 상기 케이스의 저면에 부착되어 광을 발생하는 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩과; 상기 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩의 발광부 상면에 부착되는 볼렌즈; 및 상기 볼렌즈로부터 초점거리만큼 이격되어 있으며 부착된 광섬유로 광을 전달하는 광 커넥터로 구성된다.
여기에서 또, 상기 감지부의 광섬유는 광 손실을 고려하여 상기 광원의 광 커넥터에 부착된 광섬유와 동일한 것으로 사용되며, 단일 모드 광섬유로 구성되거나 또는 다중 모드 광섬유로 구성된다.
여기에서 또, 상기 반사 수단은 상기 감지부의 광섬유 끝단에 부착되는 미러 또는 광섬유의 단면을 박막 코팅하여 형성된 반사막이다.
여기에서 또, 상기 신호처리부는 상기 광 검출기로부터 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기와; 상기 증폭기를 통과한 신호중 일정 대역 이하의 신호를 제거하는 고역 통과 필터와; 상기 고역 통과 필터를 통해 필터링된 신호를 정류시키는 전파 정류기와; 상기 전파 정류기로부터 출력되는 신호중 잡음 성분을 포함하여 일정 대역의 이상의 신호를 제거하는 저역 통과 필터와; 상기 저역 통과 필터로부터 출력되는 입력 신호와 기준 신호를 비교하여 입력 신호가 기준 신호보다 크면 신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기로 기준 신호인 발진 신호를 제공하는 발진기; 및 상기 비교기로부터 신호가 출력되면 침입이 있음을 알리는 비상 신호를 외부로 출력함과 동시에 경보를 발생하는 경보기로 구성된다.
여기에서 또, 상기 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템은 상기 경보기로부터 출력되는 상기 비상 신호를 유, 무선을 통해 수신할 경우 카메라를 통해 감시 지역을 촬영하여 디지털 신호로 변환 후 하드디스크에 압축, 저장하는 디지털 영상 저장장치(Digital Video Recorder : DVR)를 더 포함한다.
이하, 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 광원의 구성을 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 신호처리부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템(100)은, 광원(110)과, 광 분배기(120)와, 감지부(130)와, 반사 수단(140)과, 광 검출기(150)와, 신호 처리부(160) 및 디지털 영상 저장장치(170)로 구성된다.
먼저, 광원(110)은 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser : VCSEL)를 이용하여 광을 발생하여 광섬유(111)를 통해 전달한다.
이러한 광원(110)은 도 3에 도시된 바와 같이 원통형으로 양단이 개구된 형태의 케이스(113)와, 저면에 리드가 형성되고, 조사부의 측면에 실드가 형성된 캔(Can)타입으로 형성되어 케이스(113)의 저면에 부착되어 광을 발생하는 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩(115)과, 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩(115)의 발광부 상면에 부착되는 볼렌즈(117)와, 볼렌즈(117)로부터 초점거리만큼 이격되어 있으며 부착된 광섬유(111)로 광을 전달하는 광 커넥터(119)로 구성된다. 여기에서, 광원(110)의 광섬유(111)는 단일 모드 또는 다중 모드중 선택된 어느 하나의 형태로 형성된다.
또한, 광원(110)은 본 고안에서 사용되는 단파장 레이저 빛을 발생시키는 기능을 수행하는 바, 저가의 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩(115)을 사용하였으나, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니며, 레이저 다이오드 등을 사용하여도 무방하다. 여기에서, 광원으로서 레이저 또는 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩(115)을 각각 사용할 수 있는데, 어느 것을 선택하느냐에 따라 비용 및 간섭계 제작에 영향을 미친다. 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩(115)을 사용할 경우 광원의 가격이 저렴하고, 전원 소비가 적으며, 드라이버 회로가 간단한 장점이 있지만, 간섭계 제작시 가간섭 길이의 한계로 인하여 감지부(130)내의 서로 다른 패스간의 경로차이(광섬유의 길이 차이)가 레이저 다이오드보다 훨씬 적어야 한다는 단점이 있다. 그러나, 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩(115)의 가간섭 길이는 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩 제작시 선폭에 대한 요구주문을 통하여 레이저 다이오드만큼의 효과를 얻을 수 있다.
반대로, 레이저 다이오드의 경우는 서로 다른 패스의 경로차이가 몇cm이하로 유지되면 간섭계 제작이 가능하지만 레이저 다이오드의 자체의 가격이 수만원을 호가하고, 전원 소모량도 크며, 드라이버로써 APC(Automatic Power Controller), ATC(Automatic Temperature Controller) 등의 회로가 첨가되어야 한다.
그리고, 광 분배기(120)는 광원(110)의 광섬유(111)와 용융 접합되어 광원(110)으로부터 발생된 광을 분배시키고, 되돌아온 광들을 결합시킨다. 한편, 광 분배기(120)는 2X2 광섬유 분배기가 사용된다.
또한, 감지부(130)는 광원(110)의 광파워에 따라 수m~수Km의 길이를 가지고, 지중에 매설하거나 담, 철책에 부착하여 지표면 및 월장하여 침입하는 침입자를 감지하도록 해당 감시 영역의 경계 부위에 설치되는 광섬유(131)로 이루어지고, 광 분배기(120)와 용융 접합되어 광 분배기(120)로부터 분배된 광을 패스(133)를 통해 전달하고, 되돌아오는 광을 광 분배기(120)로 전달한다. 여기에서, 감지부(130)의 광섬유(131)는 광원(110)의 광섬유(111)와 동일한 것으로 구성되며, 단일 모드 광섬유 또는 다중 모드 광섬유가 사용된다.
한편, 반사 수단(140)은 감지부(130)의 광섬유(131)에 부착되며 광을 반사하도록 구성된다. 여기에서, 반사 수단(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 감지부(130)의 광섬유(131) 끝단에 부착되는 미러로 형성되거나, 광섬유(131)의 단면을 박막 코팅하여 형성된 반사막을 미러로 사용할 수도 있다.
그리고, 광 검출기(150)는 반사 수단(140)을 통해 반사되어 광 분배기(120)에서 결합후 출력되는 광을 검출하여 전기신호로 변환한다. 여기에서, 광 검출기(150)는 수광 다이오드가 사용되는 것이 바람직하며, 광을 전기신호로 변환시킬 수 있는 어떠한 구성으로도 형성이 가능하다.
또한, 신호 처리부(160)는 광 검출기(150)로부터 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기(161)와, 증폭기(161)를 통과한 신호중 일정 대역의 이하의 신호를 제거하는 고역 통과 필터(162)와, 고역 통과 필터(162)를 통해 필터링된 신호를 전파정류시키는 전파 정류기(163)와, 전파 정류기(163)로부터 출력되는 신호중 잡음 성분을 포함하여 일정 대역 이상의 신호를 제거하는 저역 통과 필터(164)와, 저역 통과 필터(164)로부터 출력되는 입력 신호와 기준 신호를 비교하여 입력 신호가 기준 신호보다 크면 신호를 출력하는 비교기(165)와, 비교기(165)로 기준 신호인 발진 신호를 제공하는 발진기(166)와, 비교기(165)로부터 신호가 출력되면 침입이 있음을 알리는 비상 신호를 외부로 출력함과 동시에 경보를 발생하는 경보기(167)로 구성된다.
한편, 디지털 영상 저장장치(Digital Video Recorder : DVR)(170)는 경보기(167)와 유, 무선을 통해 연계되며, 비상 신호가 발생되면 해당 지역의 영상을 촬영하여 저장한다. 여기에서, 비상 신호는 디지털 영상 저장장치(170)뿐만 아니라 유, 무선 통신망을 통하여 중앙관리자에게 통보될 수도 있다.
이하, 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 동작을 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 광 분배기의 광 분배 과정을 기능적으로 간략하게 설명하기 위한 설명도이고, 도 6은 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 감지부 진동에 대한 출력 파형을 나타낸 그래프이다.
먼저, 광원으로부터 발생된 광이 광 분배기를 통해 반사 수단에 의해 반사되어 광 검출기로 입력되는 과정을 설명한다.
광원(110)으로부터 발생한 광은 광섬유(111)를 통해 광 분배기(120)로 전달되는 데, 광 분배기(120)로 입사된 광은 광 분배기(120) 내부의 빔 스프리터(Beam splitter)(121)와 동일한 기능에 의해 두 부분으로 분할된다.
그리고, 분할된 광선중 하나는 광 분배기(120) 내부의 상부 고정 거울(123)에서 다시 반사되어 빔 스프리터(121)로 되돌아와 다시 둘로 분할되어 일부는 반사되어 다시 광원으로 향하고, 일부는 투과하여 광 검출기(150)에 도달된다.
한편, 처음에 빔 스프리터(121)를 투과한 광은 감지부의 제 1패스와, 제 2패스를 통해 감지부(130)의 광섬유(131) 끝단에 부착된 반사 수단(140)인 미러에서 반사되어 다시 제 1패스(133-1)와, 제 2패스(133-2)를 통해 빔 스프리터(121)로 돌아와 또 다시 둘로 분할되어 일부는 반사하여 광 검출기(150)에 도달하고, 투과한 광은 광원(110)으로 향한다.
그리하여, 고정된 상부 고정 거울(123)과 반사 수단(140)을 각각 경유한 광들은 경로차에 의한 위상차가 발생하기 때문에 광 검출기(150) 상에 간섭 패턴을 형성하게 된다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩(115)에서 발생된 광은 볼렌즈(117)를 통해 광섬유(111)로 집속되어 광 분배기(120)에서 광 파워가 1/2씩 나뉘어진 다음 감지부(130)의 제 1패스(133-1)와 제 2패스(133-2)를 통해 진행된다.
이때, 제 1패스(133-1)와, 제 2패스(133-2)에 경로차 ΔL 이 존재하면 이로 인하여 반사 수단(140)에서 반사되어 돌아오는 두 광간에 위상차 Δφ가 존재하게 되며, 두 광은 다시 광 분배기(120)를 통하여 결합된 후 광 검출기(150)로 출력된다. 그리고, 위상차가 2π의 정수배가 되면 최대 출력이 감지된다.
광 검출기(150)를 통해 검출된 신호는 증폭기(161)를 통해 일정 레벨 증폭된 후, 고역 통과 필터(162)를 통해 불필요한 신호가 제거된 상태로 전파 정류기(163)로 입력된다.
그러면, 전파 정류기(163)를 통하여 전파 정류된 신호가 저역 통과 필터(164)에서 포락선 검파되어 비교기(165)로 입력되면, 비교기(165)는 저역 통과 필터(164)로부터 출력되는 신호와 발진기(166)로부터 입력되는 발진 신호, 즉 기준 신호를 비교하여 입력 신호가 기준 신호보다 크면 경보신호를 경보기(167)로 출력한다.
경보기(167)는 비교기(165)로부터 신호가 입력되면 침입이 있음을 알리는 비상 신호를 유, 무선을 통하여 외부로 전송함과 동시에 침입을 알리는 경보를 발생한다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 진동이나 압력 등이 가해져 위상차가 변하게 되면 순간적으로 이에 따른 비교기(165)의 출력도 변화하게 되고, 경보기(167)에서 이를 검출하여 물체의 침입을 감지할 수 있다.
또한, 일반적으로 온도변화, 바람 등에 의한 패스간의 경로차 변화로 인하여 나타나는 출력신호는 진폭이 작고 낮은 주파수를 보이지만, 순간적인 진동이나 압력 등에 의한 출력신호는 진폭이 크고 높은 주파수로 변하게 된다. 따라서, 원하지 않는 외부환경 영향 즉, 온도변화나 바람 등에 의한 노이즈는 고역 통과 필터(162)에 의해 제거됨으로써 일정 레벨 이상의 높은 주파수와 크기를 가지는 출력신호만 감지하여 순간적인 진동, 압력 및 물체의 침입을 감지할 수 있다.
그리고, 경보기(167)는 음성적, 시각적 효과를 통해 침입을 외부로 알리고, 유, 무선을 통해 디지털 영상 저장장치(170)와 연계하여 디지털 영상 저장장치(Digital Video Recorder : DVR)(170)에서 해당 지역의 영상이 촬영되도록 한다.
따라서, 본 고안은 낮은 제조원가로 높은 민감도를 지니고 있으며, 시스템이 간단하고, 두 팔을 가지는 간섭계 구조를 사용하므로 한 시스템이 감당할 수 있는 감지영역이 대폭 확장되며, 모든 전자회로를 중앙통제 국사내에 설치 가능하므로 제품의 안정성이 확보되고 유지보수가 용이하다는 등의 장점으로 인하여 적용분야가 광범위하다.
또한, 본 고안은 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩을 광원으로 사용함으로 전력소모가 적어 건전지로의 구동도 가능하여 이동성이 보장되는 효과도 있다.
또, 본 고안은 침입감지시 출력된 신호를 유, 무선을 통하여 알람 및 디지털 영상 저장장치와 연계가 가능하므로 수천만원을 호가하는 외국산 제품을 대치함은 물론 무한한 신규수요를 창출할 수 있어 국내시장에서의 수입대체 효과에 기여할 것으로 기대된다.
상기와 같이 구성되는 본 고안인 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템에 따르면, 광원을 저가로 구현할 수 있으며, 광 신호의 처리 비용을 대폭 감소시킬 수 있고, 두 팔을 가지는 간섭계 구조를 사용하므로 한 시스템이 감당할 수 있는 감지영역이 대폭 확장되며, 모든 전자회로를 중앙통제 국사내에 설치 가능하므로 제품의 안정성이 확보되고 유지보수가 용이하다는 등의 장점으로 인하여 일상 생활에 쉽게 응용될 수 있으며, 예를들면 인삼밭, 송이밭, 공장 등에 매설 및 포설하여 대지감지기 또는 울타리 감지기로써의 역할을 수행할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 본 고안은, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니다.
도 1은 종래의 광 스페클 방법을 이용한 침입자 감지 시스템의 개념도,
도 2는 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 광원의 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 신호처리부의 구성을 나타낸 블록도,
도 5는 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 광 분배기의 광 분배 과정을 간략하게 설명하기 위한 설명도,
도 6은 본 고안에 따른 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템의 진동에 의한 출력 파형을 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110 : 광원115 : 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩
120 : 광 분배기 130 : 감지부
140 : 반사 수단150 : 광 검출기
160 : 신호 처리부170 : 디지털 영상 저장장치
Claims (7)
- 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지 시스템에 있어서,단파장 수직 공진 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser : VCSEL)를 이용하여 광을 발생하여 광섬유를 통해 전달하는 광원과;상기 광원의 광섬유와 용융 접합되어 상기 광원으로부터 발생된 광을 분배시키고, 되돌아온 광들을 결합시키는 광 분배기와;동일한 길이를 가지는 두 경로의 광섬유를 사용하여 해당 감시 영역의 경계 부위에 설치되며, 상기 광 분배기와 용융 접합되어 상기 광 분배기로부터 분배된 광들을 경로를 통해 전달하고, 되돌아오는 광들을 상기 광 분배기로 전달하는 감지부와;상기 감지부의 광섬유에 부착되어 상기 광을 반사시키는 반사 수단과;상기 반사 수단을 통해 반사된 후 상기 광 분배기에서 결합되어 출력되는 광을 검출하여 전기신호로 변환하는 광 검출기; 및상기 광 검출기로부터 출력된 전기신호를 분석하여 침입 감지 여부를 확인한 후 침입시 유, 무선 전송을 통하여 이를 알리는 알람을 전달하는 기능을 수행하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 광원은,원통형으로 양단이 개구된 형태의 케이스와;캔(Can)타입으로 형성되어 상기 케이스의 저면에 부착되어 광을 발생하는 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩과;상기 단파장 수직 공진 표면 발광 레이저칩의 발광부 상면에 부착되는 볼렌즈; 및상기 케이스의 상면에서 상기 볼렌즈로부터 초점거리만큼 이격되어 있으며 부착된 다중모드 또는 단일모드 광섬유로 광을 전달하는 광 커넥터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 감지부의 광섬유는,상기 광원의 광섬유와 동일하며 형태에 따라 단일 모드 광섬유로 구성되거나 또는 다중 모드 광섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사 수단은,상기 감지부의 광섬유 끝단에 부착되는 미러 또는 광섬유의 단면을 박막 코팅하여 형성된 반사막인 것을 특징으로 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 신호처리부는,상기 광 검출기로부터 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기와;상기 증폭기를 통과한 신호중 일정 대역 이하의 신호를 제거하는 고역 통과 필터와;상기 고역 통과 필터를 통해 필터링된 신호를 전파 정류시키는 전파 정류기와;상기 전파 정류기로부터 출력되는 신호중 잡음 성분을 포함하여 일정 대역 이상의 신호를 제거하는 저역 통과 필터와;상기 저역 통과 필터로부터 출력되는 입력 신호와 기준 신호를 비교하여 입력 신호가 기준 신호보다 크면 신호를 출력하는 비교기와;상기 비교기로 기준 신호인 발진 신호를 제공하는 발진기; 및상기 비교기로부터 신호가 출력되면 침입 사실을 외부로 알리기 위하여 비상 신호를 출력함과 동시에 경보를 발생하는 경보기로 구성되는 것을 특징으로 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템.
- 제 5 항에 있어서,상기 경보기에 더 부가하여, 상기 경보기로부터 비상 신호가 입력됨에 따라 카메라를 통해 감시지역을 촬영하여 디지털 신호로 변환하고, 하드디스크에 압축, 저장하는 디지털 영상 저장장치(Digital Video Recorder : DVR)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 광원과 상기 광검출부, 상기 신호처리부 및 디지털 영상 저장을 위한 하드디스크는 중앙통제 국사내에 위치하여 전원공급, 항온항습 및 유지보수가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템.
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|---|---|---|---|
| KR20-2004-0036342U KR200379892Y1 (ko) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR200379892Y1 true KR200379892Y1 (ko) | 2005-03-24 |
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ID=49297384
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| KR20-2004-0036342U KR200379892Y1 (ko) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | 광의 마이켈슨 간섭구조를 이용한 침입 감지시스템 |
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| KR (1) | KR200379892Y1 (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100678685B1 (ko) * | 2006-02-01 | 2007-02-02 | (주)에프에스씨 | 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지장치 |
| KR100678684B1 (ko) | 2006-02-01 | 2007-02-02 | (주)에프에스씨 | 단일모드 광섬유를 이용한 침입자 감지방법 |
| KR100715986B1 (ko) | 2006-09-22 | 2007-05-08 | (주)폼가드 | 광케이블 보안펜스 감시방법 및 시스템 |
| KR100842174B1 (ko) * | 2006-11-06 | 2008-06-27 | 이금석 | 광섬유격자센서를 이용한 침입체 감지 장치 및 방법 |
| KR102579161B1 (ko) * | 2022-12-20 | 2023-09-15 | 주식회사 두잇 | Ai 기반 자율 주둔지 방호 시스템 |
-
2004
- 2004-12-22 KR KR20-2004-0036342U patent/KR200379892Y1/ko not_active IP Right Cessation
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