KR20050074053A - Otdr system and method for detecting positions of multiple landslides - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광섬유 케이블을 이용하여 산사태 발생 및 사면 붕괴 시 발생되는 징후를 효과적으로 검출할 수 있는 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템에 관한 것이다. 이 목적을 위하여 본 발명에 따른 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템은, 소정의 펄스 주기와 펄스 폭을 갖는 전기적 펄스 신호를 생성하는 펄스 발생 수단과; 상기 펄스 발생 수단에서 생성된 전기적 펄스 신호에 따라 펄스 광을 출력하는 레이저 다이오드와; 상기 레이저 다이오드에서 상기 펄스 주기로 강한 펄스 광을 광섬유에 커플링시키고, 상기 광섬유의 특성에 의해 후방으로 산란된 펄스 광을 출력하는 커플링 수단과; 상기 커플링 수단으로부터 펄스 광의 광 파워를 측정하고, 측정된 광 파워를 전기적인 신호로 변환하는 광 검출기와; 상기 광 검출기에서 출력되는 전기적인 신호를 증폭하는 증폭기와; 2개의 입출력 채널을 가지며, 상기 증폭기에서 증폭된 전기 신호를, 최대 300MHz의 샘플링 속도 내에서 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터와; 상기 AD 컨버터의 2개의 입출력 채널을 통해 입력받은 디지털 신호를 저장하는 한편, 디지털 신호의 평균화 및 신호의 분석을 수행하여 분석 데이터를 외부 디스플레이로 출력하며, 상기 분석 데이터에 따라 펄스폭과 펄스 주기를 조절하기 위한 제어 신호와, 샘플링 속도를 조절하기 위한 설정 신호를 출력하는, 신호 처리부를 포함한다. The present invention relates to an OTR measurement system for detecting a landslide occurrence position that can effectively detect signs occurring during landslide occurrence and slope collapse using an optical fiber cable. For this purpose, a landslide occurrence position OTR measurement system according to the present invention comprises: pulse generating means for generating an electric pulse signal having a predetermined pulse period and pulse width; A laser diode for outputting pulsed light according to the electrical pulse signal generated by the pulse generating means; Coupling means for coupling strong pulsed light to the optical fiber at the pulse period in the laser diode and outputting pulsed light scattered backward by the characteristics of the optical fiber; A photo detector for measuring the optical power of pulsed light from the coupling means and converting the measured optical power into an electrical signal; An amplifier for amplifying the electrical signal output from the photo detector; An AD converter having two input / output channels and converting the electrical signal amplified by the amplifier into a digital signal within a sampling rate of up to 300 MHz; While storing the digital signals received through the two input and output channels of the AD converter, averaging the digital signals and analyzing the signals to output the analysis data to an external display, the pulse width and the pulse period in accordance with the analysis data And a signal processor for outputting a control signal for adjusting and a setting signal for adjusting the sampling rate.

Description

산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 OTDR 계측 시스템 및 방법{OTDR SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING POSITIONS OF MULTIPLE LANDSLIDES}OTDR system and method for detecting the occurrence of landslides OTDR system and method for detecting the location of landslides

본 발명은 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템에 관한 것으로, 특히, 첨단 소재인 광섬유 센서를 사용하여 산사태의 발생 징후를 사전에 신속하고 정확하게 검출함으로써 자연 재해를 최소화할 수 있는 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an OTR measurement system for detecting a landslide occurrence position. In particular, a landslide occurrence position detection OTRD system capable of minimizing a natural disaster by detecting the occurrence of landslides in advance quickly and accurately by using an advanced fiber optic sensor. It relates to a measurement system.

광섬유를 이용하여 산사태를 계측하는 기법은 전 세계적으로 기술 개발이 아직 초기 단계에 있다. 현재 사용되는 광섬유 센서로는 여러 가지가 있으며, 대표적인 것으로는 FRB(Fiber Bragg Grating) 센서, 분포형 광섬유(Distributed Fiber Optic) 센서, MDM(Macro Distortion Monitor) 시스템이 있다. 여기서 분포형 광섬유 센서로는 Rayleigh 산란형 OTDR(일반적인 OTDR), Brillouin 산란형 OTDR (BOTDR), 및 Raman 산란형 OTDR(ROTDR)이 있다. Techniques for measuring landslides using fiber optics are still in the early stages of technological development worldwide. There are several optical fiber sensors currently used, and representative examples include fiber bragg grating (FRB) sensors, distributed fiber optic sensors, and macro distortion monitor (MDM) systems. The distributed optical fiber sensors include Rayleigh scattering OTDR (common OTDR), Brillouin scattering OTDR (BOTDR), and Raman scattering OTDR (ROTDR).

일반적으로, 이 OTDR(Optical Time Domain Reflectometry) 방식은 1976년 처음 보고된 이후 구조물 계측분야에 많이 적용되고 있는 기법이다. 이 OTDR 방식의 주요 응용 대상은 광섬유 통신망에서 결함을 찾거나 진행광의 감쇠를 감시하는 것이다. OTDR 방식은 펄스 광원으로부터 광섬유로 입사된 빛의 후방 산란을 이용한다. 광섬유를 진행하는 빛은 광섬유 코어 굴절률의 미세한 변동으로 인해 레일리 산란(Rayleigh scattering)을 일으킨다. 또한, 광섬유의 불연속 지점, 연결부, 끊어진 곳 등에서 빛의 반사가 일어난다. OTDR 방식의 구성에서 후방 산란광의 출력 P(z)는 광섬유에서 산란이 일어난 지점의 위치 z에 대하여 하기 식 1과 같이 기술된다.In general, this optical time domain reflectometry (OTR) method has been widely applied in the field of structural measurement since it was first reported in 1976. The main application of this OTR system is to find defects in the fiber optic communication network or to monitor the attenuation of the propagation light. The ODT method uses backscattering of light incident from the pulsed light source into the optical fiber. Light propagating through the fiber causes Rayleigh scattering due to the slight variation in the fiber core refractive index. In addition, light reflection occurs at discontinuous points, connections, and breaks in the optical fiber. The output P (z) of the backscattered light in the OTR system is described as in Equation 1 below with respect to the position z at which the scattering occurs in the optical fiber.

[식 1][Equation 1]

위의 식 1에서 S(z)는 산란광 중 후방 산란되는 비율을 의미하며, αs(z)는 광섬유의 감쇠 계수이다. 또한, Vg는 빛의 그룹 속도(group velocity)이며 αf와 αb는 각각 광섬유의 전후방 방향으로의 감쇠 계수로서, 일반적으로 같은 값을 갖는다( αf= αb = α ). 빛의 반사 위치(z)는, 신호의 출발 후 도달 시간이 2t라 할 때, z = tVg 의 관계를 갖는다.In Equation 1, S (z) is the ratio of backscattered scattered light, and α s (z) is the attenuation coefficient of the optical fiber. In addition, V g is the group velocity of light and α f and α b are the attenuation coefficients in the front and rear directions of the optical fiber, respectively, and have the same value (α f = α b = α). The reflection position z of light has a relationship of z = tV g when the arrival time after the start of the signal is 2t.

한편, 감쇠 계수와 후방 산란 비율이 일정할 때 감지되는 후방 산란광의 출력은 다음 식 2와 같이 시간에 대한 지수 함수 형태로 나타난다.On the other hand, the output of the backscattered light detected when the attenuation coefficient and the backscattering ratio are constant is expressed in the form of an exponential function with time as shown in Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

여기서, 광섬유의 상태가 일정한 경우 A1과 B1은 상수 값이다.Here, when the state of the optical fiber is constant, A 1 and B 1 are constant values.

이 OTDR 방식은 산란계수 αs와 후방 산란 비율 s가 일정할 때 감쇠계수 α의 변화를 감지할 수 있다. 이러한 조건 하에서 감지되는 후방 산란광의 출력은 하기 식 3과 같다.This OTR system can detect a change in the attenuation coefficient α when the scattering coefficient α s and the backscattering ratio s are constant. The output of backscattered light detected under these conditions is as shown in Equation 3 below.

[식 3][Equation 3]

위의 식 3에서 A2는 상수이다.In Equation 3 above, A 2 is a constant.

한편, 감지 신호의 변화율을 감쇠계수에 비례한다. 또는 α와 S가 일정할 때 다음 식 4와 같이 αs의 변화를 확인할 수도 있다.Meanwhile, the rate of change of the detection signal is proportional to the attenuation coefficient. Alternatively, when α and S are constant, the change in α s may be confirmed as in Equation 4.

[식 4][Equation 4]

엄밀하게는 α값이 일반적으로 αs에 대해 변화하는데, 식 4의 지수 함수 내부의 적분 값이 작다면 그 오차는 줄어들게 된다.Strictly, the value of α generally changes with respect to α s . If the integral value inside the exponential function in Equation 4 is small, the error is reduced.

수 cm 정도의 점진적인 광섬유 굽힘에 의해서는 광 감쇠가 적게 나타나지만 매우 작은 영역에서의 굽힘이나 꺾임과 같은 미소 굽힘에서는 단일 모드, 다중 모드 광섬유 모두에서 뚜렷한 광 손실이 감지된다. 단일 모드 광섬유에서의 미소 굽힘 손실은 주 모드에서 에너지 손실을 계산하면 되므로 이론적인 해석이 가능하다. 따라서, 간단히 단일 모드 광섬유의 광 감쇠량을 측정하게 되면 굽힘 변형 형상을 정량적으로 알 수 있게 된다. 반면, 다중 모드 광섬유는 그 굽힘 손실 거동을 알기가 어렵다.Incremental optical fiber bending of several centimeters results in less light attenuation, but microscopic bending, such as bending or bending in very small areas, produces significant light loss in both single-mode and multi-mode fiber. The micro bending loss in single mode fiber is theoretically solved by calculating the energy loss in the main mode. Therefore, simply measuring the light attenuation amount of the single mode optical fiber can quantitatively determine the bending deformation shape. On the other hand, multimode fiber is difficult to know its bending loss behavior.

지금까지는 대부분의 경사지면에 대해 특단의 안전대책이 마련되어 있지 않거나, 안전대책이 있는 경우에도 산사태의 발생 위험이 높은 곳에 대해 인공절개면이나 성토사면 또는 산사태의 경사 지면에 배수, 옹벽, 또는 낙석 저지 철망 등 소규모의 안전대책만 일부 사용되고 있는 실정이다. Until now, most of the slopes have no special safety measures, or even if there are safety measures, drainage, retaining walls, or rockfalls are prevented on artificial incisions, embankments, or slopes of landslides where there is a high risk of landslides. Only small scale safety measures such as wire mesh are used.

그러나, 산사태나 낙석에 대한 이러한 안전대책만으로는 국토의 70%가 산지에 해당하고 장마철과 같은 집중호우로 인해 대규모의 산사태가 연례적으로 발생하는 우리나라에서는 적절한 안전대책이라고 할 수 없다. 또 상기와 같은 안전대책이라 하더라도, 경사지면에 있어 경사 지면이나 지하 암반의 특성이나 균열 등을 고려하여 최적의 설치 장소나 설치 방법이 규정되어 있지 않고 당해 시공자의 실무 경험에 의해 적절히 정해지기 때문에, 설치위치와 방법이 부적절하거나 임의로 시공되어 이로 인해 인적·물적 피해가 여전히 발생하는 경우가 많으며, 또한 일단 시공된 안전대책이라 하더라도 이후 시간이나 주변환경의 변화에 대해서 대응하지 못하므로 산사태가 발생한 이후 다시 2차, 3차로 경사지면의 특성에 따른 안전대책을 세워야 하는 문제점이 있다. 한편, 암반의 균열은 아주 미세한 간격으로 시작되어 그 진전되는 속도가 느리기 때문에, 시공시에는 균열의 정도 및 그 진전속도 등을 예측하여 이에 맞는 안전대책을 세우기 어려운 문제점이 있다.However, such safeguards against landslides or rocks are not appropriate safeguards in Korea, where 70% of the land is mountainous and large landslides occur annually due to heavy rainfall such as the rainy season. In addition, even with the above safety measures, the optimal installation location or installation method is not defined in consideration of the characteristics or cracks of the inclined ground or underground rock on the inclined ground, and is determined appropriately by the practical experience of the contractor. Due to the improper or arbitrary installation of the installation location, the human and material damage still occurs because of this, and even the safety measures, once constructed, cannot respond to changes in time or the surrounding environment. There is a problem in that safety measures should be taken according to the characteristics of the second and third slopes. On the other hand, since the crack of the rock is started at very fine intervals and the speed of its progress is slow, it is difficult to predict the degree of crack and the speed of its growth during construction and to establish safety measures accordingly.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 산사태의 발생 우려가 높은 곳에 설치하여 집중 호우나 지진으로 인한 자연 재해를 최소화하기 위하여 광섬유 케이블을 이용하여 특정 산사태 발생 징후나 경사면의 붕괴 징후, 대규모의 산사태의 발생 징후 뿐만 아니라 그 발생 위치를 사전에 정확히 검출할 수 있는 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is installed in a place where there is a high risk of landslides, and in order to minimize natural disasters caused by heavy rains or earthquakes, a specific landslide occurrence sign or a collapse sign of a slope, a large scale It is an object of the present invention to provide an OTR measurement system for landslide occurrence position detection that can accurately detect a landslide occurrence position as well as its occurrence position in advance.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템은, 제어 신호에 따라 소정의 펄스 주기와 펄스 폭을 갖는 전기적 펄스 신호를 생성하는 펄스 발생 수단과; 상기 펄스 발생 수단에서 생성된 전기적 펄스 신호에 따라 고출력 펄스 광을 출력하는 레이저 다이오드와; 상기 레이저 다이오드에서 상기 펄스 주기로 출력되는 강한 펄스 광을 광섬유에 커플링시키고, 상기 광섬유의 특성에 의해 후방으로 산란된 펄스 광을 출력하는 커플링 수단과; 상기 커플링 수단으로부터 입력되는 상기 후방 산란된 펄스 광의 광 파워를 측정하고, 측정된 광 파워를 전기적인 신호로 변환하는 광 검출기와; 상기 광 검출기에서 출력되는 전기적인 신호를 증폭하는 증폭기와; 2개의 입출력 채널을 가지며, 상기 증폭기에서 증폭된 전기 신호를, 소정의 설정 신호에 따라 최대 300MHz의 샘플링 속도에서 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터와; 상기 AD 컨버터의 2개의 입출력 채널을 통해 입력받은 디지털 신호를 저장하는 한편, 상기 채널로부터의 디지털 신호의 평균화 및 신호의 분석을 수행하여 분석 데이터를 외부 디스플레이로 출력하며, 상기 분석 데이터에 따라 펄스폭과 펄스 주기를 조절하는 제어 신호를 상기 펄스 발생 수단으로 출력하며, 샘플링 속도를 조절하는 설정 신호를 상기 AD 컨버터로 출력하는, 신호 처리부를 포함한다. In order to achieve the above object, the landslide occurrence position OTR measurement system according to the present invention comprises: pulse generating means for generating an electric pulse signal having a predetermined pulse period and pulse width in accordance with a control signal; A laser diode for outputting high output pulsed light according to the electrical pulse signal generated by the pulse generating means; Coupling means for coupling the strong pulsed light output from the laser diode in the pulse period to an optical fiber, and outputting pulsed light scattered backward by the characteristics of the optical fiber; A photo detector for measuring the optical power of the backscattered pulsed light input from the coupling means and converting the measured optical power into an electrical signal; An amplifier for amplifying the electrical signal output from the photo detector; An AD converter having two input / output channels and converting the electrical signal amplified by the amplifier into a digital signal at a sampling rate of up to 300 MHz according to a predetermined set signal; While storing the digital signal received through the two input and output channels of the AD converter, and performing the averaging of the digital signal from the channel and the analysis of the signal to output the analysis data to the external display, the pulse width in accordance with the analysis data And a signal processor for outputting a control signal for adjusting a pulse period to the pulse generator and outputting a setting signal for adjusting a sampling rate to the AD converter.

상기와 같은 구성을 포함함으로써, 본 발명은 디지털 신호의 샘플링 속도를 향상시켜 산사태의 발생 징후를 사전에 정확하게 파악할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 이외에 본 발명은 첨단 소재인 광섬유를 이용하여 여러 지점의 변위를 동시에 측정할 수 있기 때문에 산사태 발생 징후를 보다 광범위하게 파악할 수 있다. 산사태의 발생이 없는 경우에도 장기적으로 특정 지역의 산사태의 거동을 지속적으로 파악할 수 있을 뿐만 아니라 그 지역의 지질 특성을 알 수도 있으며, 실시간으로 기록 및 저장하여 향후 지질 조사에 사용할 수 도 있을 것이다. By including the above configuration, the present invention can provide an effect of improving the sampling rate of the digital signal to accurately identify the occurrence of landslides in advance. In addition, the present invention can measure the displacement of several points at the same time by using an advanced optical fiber, it is possible to grasp the signs of landslides more widely. Even in the absence of landslides, long-term assessments of the behavior of landslides in a particular region can be made, as well as the geological characteristics of the area, and can be recorded and stored in real time for future geological surveys.

또, 본 발명에 따라, 상기 광섬유는 산사태가 발생될 가능성이 높은 구역에서 산사태 발생 위치를 보다 정밀하게 검출하기 위하여 복수개의 꽈리형상으로 형성되어 있다. Further, according to the present invention, the optical fiber is formed in a plurality of spiral shapes to more accurately detect the landslide occurrence position in a region where landslides are likely to occur.

상기 구성을 더 포함함으로 인해, 광섬유의 형상을 복수개의 꽈리형상으로 만듦으로써, 경사지면의 변위 상태를 보다 정밀하게 검출할 수 있다.By further including the above configuration, by making the shape of the optical fiber into a plurality of spiral shapes, the displacement state of the inclined surface can be detected more precisely.

한편, 본 발명의 구성에서 본 발명은 신호 처리부에 상기 디지털 전기 신호를 인터리빙하는 인터리버를 더 구비하는데, 이 인터리버에 의하여 실시간으로 최대 2GHz 의 샘플링에 해당하는 것과 동일한 분해능을 제공할 수 있다.Meanwhile, in the configuration of the present invention, the present invention further includes an interleaver for interleaving the digital electrical signal in a signal processing unit, and the interleaver may provide the same resolution as that corresponding to sampling of up to 2 GHz in real time.

본 발명의 구성에서, 본 시스템은 상기 신호 처리부의 출력에 연결되어 상기 신호 처리부로부터 경보 신호를 수신하여 산사태가 발생한다는 것을 알리기 위한 경보음을 발생시키기 위한 복수의 스피커를 더 포함하며, 그리고 상기 신호 처리부는, 디지털 신호의 처리 결과에 따라 경미한 산사태가 발생될 것으로 판단한 경우에는 경미한 산사태의 발생을 나타내는 경보 신호를 관리자에게 알리기 위해 관리자의 디스플레이에 출력함과 동시에 경보음을 관리자의 스피커에 발생시키며, 또한 디지털 신호의 처리 결과에 기초하여 광섬유가 커팅된 것이라고 판단한 경우, 대규모 산사태의 위험을 신속히 관리자 및 광섬유가 매설된 주변에 알리기 위해 경보 신호를 관리자의 디스플레이에 디스플레이하고 그 경보음을 관리자의 스피커에 발생시키는 동시에 광섬유가 매설된 지역에 있는 복수의 스피커에도 경보음을 발생시키는데,In the configuration of the present invention, the system further comprises a plurality of speakers connected to the output of the signal processing unit for receiving an alarm signal from the signal processing unit to generate an alarm sound for notifying that a landslide occurs, and the signal If the processing unit determines that a slight landslide will occur according to the digital signal processing result, the processing unit outputs an alarm signal indicating the occurrence of a minor landslide to the manager's display and simultaneously generates an alarm sound to the speaker of the manager. In addition, if it is determined that the optical fiber is cut based on the processing result of the digital signal, an alarm signal is displayed on the manager's display and the alarm sound is displayed on the manager's speaker to promptly notify the manager and the surrounding area where the fiber is buried. At the same time It also generates alarm sound for multiple speakers in the area where the fiber is buried.

이 구성에 의해 본 발명은 실시간으로 산사태의 발생 징후에 의거하여 이 지역에 대한 통행 위험 경고, 주민 통행의 금지, 도로 교통의 통제, 또는 지역 주민의 대피 등을 효과적으로 시행할 수 있으며, 관리자 스피커 및 산사태 주변에 매설된 스피커를 통하여 경보를 발생시킴으로써 재산 피해와 인명 피해에 대비해 미연에 신속하게 대처할 수 있게 하며 또한 이를 인지하지 못한 주변 통행인에게도 효과적으로 산사태의 위험을 사전에 경고할 수 있다. According to this configuration, the present invention can effectively enforce traffic hazard warning, prohibition of resident traffic, control of road traffic, or evacuation of local residents to the area based on the signs of landslides in real time. Alarms can be triggered through loudspeakers buried around the landslides, enabling prompt response to property and casualty damages, as well as effective warning of landslides to neighboring passers-by.

본 발명에 따른 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 방법은, 제어 신호에 따라 소정의 펄스 주기와 펄스 폭을 갖는 전기적 펄스 신호를 생성하는 단계와; 상기 전기 펄스 신호 생성 단계에서 생성된 전기적 펄스 신호에 따라 고출력 펄스 광을 출력하는 단계와; 상기 펄스 광 출력 단계에서 상기 펄스 주기로 출력되는 강한 펄스 광을 광섬유에 커플링시키고, 상기 광섬유의 특성에 의해 후방으로 산란된 펄스 광을 출력하는 단계와; 상기 광섬유로부터 입력되는 상기 후방 산란된 펄스 광의 광 파워를 측정하고, 측정된 광 파워를 전기적인 신호로 AD 변환하는 단계와; 상기 AD 변환된 전기적 신호를 증폭하는 단계와; 상기 증폭된 전기적 신호를, 2개의 입출력 채널을 통해 설정 신호에 따라 최대 300MHz 범위에서 디지털 신호로 변환하는 단계와; 상기 2개의 입출력 채널을 통해 입력받은 디지털 신호를 저장하는 한편, 상기 채널로부터의 디지털 신호의 평균화 및 신호의 분석을 수행하여 분석 데이터를 외부 디스플레이로 출력하며, 상기 분석 데이터에 따라 펄스폭과 펄스주기를 조절하는 제어 신호를 상기 펄스 발생 수단으로 출력하며, 샘플링 속도를 조절하는 설정 신호를 상기 AD 컨버터로 출력하는 신호 처리 단계를 포함하며, 이 구성에 의해 제1항에서와 같은 효과를 제공할 수 있다.A method for detecting the occurrence position of a landslide according to the present invention comprises the steps of: generating an electrical pulse signal having a predetermined pulse period and pulse width according to a control signal; Outputting high power pulsed light according to the electric pulse signal generated in the electric pulse signal generating step; Coupling strong pulsed light output in the pulse period in the pulsed light output step to an optical fiber, and outputting pulsed light scattered backward by the characteristics of the optical fiber; Measuring the optical power of the backscattered pulsed light input from the optical fiber and converting the measured optical power into an electrical signal; Amplifying the AD converted electrical signal; Converting the amplified electrical signal into a digital signal in a range of up to 300 MHz according to a set signal through two input / output channels; While storing the digital signals received through the two input and output channels, averaging the digital signals from the channels and analyzing the signals to output the analysis data to an external display, the pulse width and the pulse period in accordance with the analysis data And a signal processing step of outputting a control signal for adjusting the signal to the pulse generating means, and outputting a setting signal for adjusting the sampling rate to the AD converter, by which the configuration can provide the same effects as in claim 1. have.

본 발명의 구성에서 상기 신호 처리 단계에서, 디지털 신호의 처리 결과값에 따라 토사의 흘러내림과 같은 경미한 산사태가 발생될 것으로 판단한 경우에는, 경미한 산사태의 발생을 나타내는 경보 신호를 관리자에게 알리기 위해 관리자의 디스플레이(180)에 그래프 출력함과 동시에 관리자 스피커(190)에 경보음을 발생시키고, 또한 디지털 신호의 처리 결과에 기초하여 광섬유가 커팅된 것이라고 판단한 경우, 암반의 낙하와 같은 대규모 산사태의 위험을 신속히 관리자 뿐만 아니라 광섬유가 매설된 주변에 알리기 위해, 대규모 산사태가 발생한다는 경보 신호를 관리자의 디스플레이(180)에 디스플레이 함과 함께 관리자 스피커(190)에 경보음을 출력하는 동시에 광섬유가 매설된 주변에 설치된 복수의 스피커(192)에도 경보음을 발생시키는 단계를 포함하며, 이에 의해 제4항의 효과를 제공할 수 있다.In the signal processing step in the configuration of the present invention, if it is determined that a slight landslide, such as the runoff of soil, will occur according to the processing result of the digital signal, the manager may notify an administrator of an alarm signal indicating the occurrence of a slight landslide. When a graph is output to the display 180 and an alarm sound is generated to the manager speaker 190 and it is determined that the optical fiber has been cut based on the processing result of the digital signal, the risk of a large landslide such as falling of a rock can be quickly obtained. In order to notify not only the manager but also the surrounding area where the optical fiber is buried, an alarm signal indicating that a large landslide occurs is displayed on the manager's display 180 and outputs an alarm sound to the manager speaker 190 while installing the nearby optical fiber. Generating an alarm sound to the plurality of speakers 192 as well. It said, whereby it is possible to provide a fourth term effect.

(실시예)(Example)

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템을 나타낸 블록도이다. 이 OTDR 계측 시스템은 소정 주기와 폭을 갖는 광 펄스를 출력한 뒤 광 펄스가 되돌아오는 시간과 강도를 측정함으로써 광섬유의 물리적 상태를 계측한다. 본 발명의 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템은, 펄스 발생 수단(110), 레이저 다이오드(Laser Diode)(120), 커플링 수단(130), 광 검출기(Photodetector)(140), 증폭기(Amplifier)(150), 아날로그-디지털 컨버터(Analog Digital Convertor)(160), 및 신호 처리부(170)를 포함하고 있다.1 is a block diagram showing an OTR measurement system for detecting a landslide occurrence position according to an embodiment of the present invention. The ODT measurement system measures the physical state of the optical fiber by outputting light pulses having a predetermined period and width, and then measuring the time and intensity at which the light pulses return. The OTR measurement system for landslide occurrence position detection according to the present invention includes a pulse generating means (110), a laser diode (120), a coupling means (130), a photodetector (140), and an amplifier. 150, an analog-to-digital converter 160, and a signal processor 170.

여기서 펄스 발생 수단(110)은, 신호 처리부(170)로부터의 제어 신호에 따라 소정의 펄스 주기와 펄스 폭을 갖는 전기적 펄스 신호를 생성하여 레이저 다이오드(120)로 출력한다. 이 펄스 발생 수단(110)은 레이저 다이오드(120)의 pump-LD에서 펄스 광을 출력하도록 하는데 필요한 펄스 파형을 만든다. 그리고 펄스 발생 수단(110)은, 출력되는 전기적 펄스 신호가 측정대상 광섬유의 길이, 광섬유의 벤딩의 감쇠량, 벤딩 발생 위치 등의 환경에 따라 적합한 펄스 주기와 펄스 폭을 가지도록 조절할 수 있는 기능을 제공한다. 이러한 기능을 갖는 펄스 발생 수단은 도 2에 도시되어 있다. Here, the pulse generating means 110 generates an electric pulse signal having a predetermined pulse period and pulse width according to the control signal from the signal processing unit 170 and outputs it to the laser diode 120. The pulse generating means 110 produces a pulse waveform necessary for outputting pulsed light from the pump-LD of the laser diode 120. In addition, the pulse generator 110 may provide a function of controlling the output electric pulse signal to have an appropriate pulse period and pulse width according to the environment of the length of the optical fiber to be measured, the amount of attenuation of the bending of the optical fiber, and the bending occurrence position. do. Pulse generating means having this function is shown in FIG.

여기서 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템 내에 장착된 펄스 발생 수단(110)을 개략적으로 나타낸 블록도로서, 제 1 딥스(deep switch)(202), 제 2 딥스(204) 및 제어부(206)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a block diagram schematically showing a pulse generating means 110 mounted in an OTR measurement system for detecting a landslide occurrence position according to an embodiment of the present invention is a first deep switch 202. , The second dips 204 and the controller 206.

상기 펄스 발생 수단(110) 내에 장착된 제 1 딥스(202)는, 신호 처리부(170)의 제어 신호에 응답하여 위치 입력에 따라 펄스 폭을 조절한다. 여기서 상기 제1 딥스(202)는, 바람직하게는, 16 비트(0~215)의 입력값을 갖는다.The first dips 202 mounted in the pulse generating means 110 adjust the pulse width according to the position input in response to the control signal of the signal processing unit 170. Here, the first dips 202 preferably have an input value of 16 bits (0 to 215).

상기 펄스 발생 수단(110) 내에 장착된 제 2 딥스(204)는, 신호 처리부(170)의 제어 신호에 응답하여 위치 입력에 따라 펄스 주기를 조절한다. 여기서 상기 제2 딥스(204)는, 바람직하게는, 16 비트(0~215)의 입력값을 갖는다.The second dips 204 mounted in the pulse generating means 110 adjust the pulse period according to the position input in response to the control signal of the signal processing unit 170. Here, the second dips 204 preferably have an input value of 16 bits (0 to 215).

상기 펄스 발생 수단(110) 내에 장착된 제어부(206)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 응용하여 설계되며, 예를 들어, Altera EPF 10K40RC208-4 칩으로 구현하여 펄스 발생 수단의 CPU로서 사용되는 것이며, 신호 처리부(170)의 제어 신호에 응답하여 미리 결정된 펄스 폭과 펄스 주기를 갖는 전기적 펄스 신호와, 펄스광이 발생하는 시점을 알려주기 위해 동기를 맞추도록 하는 트리거 신호를 출력하는 역할을 한다. The control unit 206 mounted in the pulse generating means 110 is designed by applying a field programmable gate array (FPGA), for example, implemented as an Altera EPF 10K40RC208-4 chip and used as a CPU of the pulse generating means. In response to the control signal of the signal processor 170, the electric pulse signal having a predetermined pulse width and pulse period and a trigger signal for synchronizing to inform the timing point of generating the pulsed light are output.

출력되는 펄스 신호의 펄스주기 및 펄스폭은 이들 딥스(202, 204)의 입력값과 클럭의 동작 속도에 의하여 결정되며, 일예로 펄스주기는 약 20㎲~1.6㎳ 이며, 펄스 폭은 약 10㎱~20㎲의 범위를 가지고 있다. 일 실시예로 FPGA는 VHDL(VHSIC Hardware Description Language) 프로그래밍 언어를 사용하여 아래 표 1과 같이 프로그램을 작성될 수 있다.The pulse period and pulse width of the output pulse signal are determined by the input values of these dips 202 and 204 and the operating speed of the clock. For example, the pulse period is about 20 ms to 1.6 ms and the pulse width is about 10 ms. It has a range of ~ 20㎲. In one embodiment, the FPGA may be programmed as shown in Table 1 below using a VHSIC hardware description language (VHDL) programming language.

[표 1]TABLE 1

위 프로그램에 따라 입력 주기와 펄스 폭에 따른 출력 파형은 일례로 다음 표 2와 같다. According to the above program, the output waveform according to the input period and pulse width is shown in Table 2 as an example.

[표 2]TABLE 2

한편, 펄스 발생 수단(110)으로부터 펄스 신호를 수신한 레이저 다이오드(120)는, 상기 펄스 발생 수단(110)에서 출력한 트리거 신호에 맞춰 전기적 펄스 신호에 따라 커플링 수단(130)으로 강한 펄스 광을 생성하는 기능을 한다. 여기서, 본 발명의 OTDR 장비에서는, 바람직하게, 레이저 다이오드(120)의 광원으로 광파워가 큰 펌프식 레이저 다이오드(Pump-LD)를 사용할 수 있으며, 이러한 펌프식 레이저 다이오드에서 생성된 펄스 광의 중심 파장은 1464㎚, -10㏈에서 약 15㎚의 선폭을 갖는다. 펄스 신호로 변조시키지 않았을 때의 계측 결과의 실례가 표 3에 도시되어 있다.On the other hand, the laser diode 120 receiving the pulse signal from the pulse generating means 110 is strong pulsed light to the coupling means 130 in accordance with the electrical pulse signal in accordance with the trigger signal output from the pulse generating means 110. Function to generate Here, in the ODT device of the present invention, preferably, a pump type laser diode (Pump-LD) having a large optical power may be used as a light source of the laser diode 120, and the center wavelength of the pulsed light generated by the pump type laser diode Has a line width of about 15 nm at 1464 nm and -10 Hz. Table 3 shows an example of the measurement results when the signal is not modulated with a pulse signal.

[표 3]TABLE 3

한편, 커플링 수단(130)은, 광 커플링부(1232)에서 상기 레이저 다이오드(120)에서 주기적으로 출력하는 강한 펄스 광을 광섬유에 커플링시키고, 상기 펄스 광이 진행하는 동안 광섬유의 접합, 벤딩, 커팅, 인장, 압축 등의 광섬유의 특성에 따라 후방 산란된 펄스 광을 광 검출기(140)로 출력하는 역할을 한다. 이 커플링 수단(130)은 광 커넥터(134)를 통하여 광섬유(136)와 커플링된다. Meanwhile, the coupling means 130 couples the strong pulsed light periodically output from the laser diode 120 from the optical coupling part 1232 to the optical fiber, and splicing and bending the optical fiber while the pulsed light proceeds. It outputs the pulsed light scattered back according to the characteristics of the optical fiber, such as cutting, tension, compression, etc. to the photo detector 140. This coupling means 130 is coupled with the optical fiber 136 via the optical connector 134.

한편, 이 커플링 수단(130)에 연결되는 광 섬유(136)는 산사태의 위험이 있는 지역에 매설되어, 매설된 지역의 경사면의 붕괴, 대규모 산사태의 발생, 암반의 낙석, 또는 토사의 유실에 따라 벤딩, 커팅, 인장, 또는 압축을 받는다. 이때, 광 섬유(136) 속을 진행하는 펄스 광은 그 지역에서 레일리 산란을 일으켜 일부는 소실되고 일부는 반사하게 된다. 여기서 일 실시예에 따라, 이 광 섬유(136)를 도 3과 같이 지름 phi 의 곡률을 갖는 꽈리 형상이 되도록 매설하면, 내부를 진행 중인 펄스 광의 광 섬유 외부로 소실되는 광량이 크게 일어나므로, 이 광량의 변화를 검출하면, 경사면의 미세한 변위도 정확하게 검출할 수 있게 된다. 이때 나타나는 꽈리형상의 직경 phi 와 광량 감쇠 사이의 관계는 도 4와 같다. 그러므로, 도 4에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 광량 감쇠량을 측정하면 꽈리 형상의 광섬유에 대한 변위 정도를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.On the other hand, the optical fiber 136 connected to the coupling means 130 is buried in an area where there is a risk of landslides, so that the slopes of the buried areas are collapsed, large-scale landslides occur, rockfall or soil loss. Subject to bending, cutting, tensioning, or compression. At this time, the pulsed light propagating through the optical fiber 136 causes Rayleigh scattering in the region, partly lost and partly reflected. According to one embodiment, when the optical fiber 136 is buried so as to have a curved shape having a curvature of diameter phi as shown in FIG. 3, since the amount of light lost to the optical fiber outside of the pulsed light that is traveling inside occurs largely, By detecting the change in the amount of light, it is possible to accurately detect the minute displacement of the inclined surface. The relationship between the diameter phi and the amount of light attenuation that appears at this time is shown in FIG. 4. Therefore, as can be seen in Figure 4, by measuring the amount of light attenuation it is possible to accurately measure the degree of displacement with respect to the fiber-shaped optical fiber.

이제 도 1을 참조하면, 위와 같이 광섬유(136)로부터 후방 산란된 감쇠된 펄스 광은 광 커플링 수단(130)을 거쳐 광 검출기(140)로 입력된다. 여기서 광 검출기(140)는 상기 커플링 수단(130)으로부터 입력된 광 신호의 광 파워를 측정하고, 측정된 광 파워를 전기적인 신호로 변환하여 증폭기(150)에 출력하는 역할을 한다.Referring now to FIG. 1, the attenuated pulsed light scattered back from the optical fiber 136 as described above is input to the photo detector 140 via the optical coupling means 130. Here, the photo detector 140 measures the optical power of the optical signal input from the coupling means 130, converts the measured optical power into an electrical signal and outputs it to the amplifier 150.

한편, 증폭기(150)는, 상기 광 검출기(140)에서 입력된 아날로그 전기 신호를 증폭하여 AD(Analog to Digital) 컨버터(160)에 출력한다.Meanwhile, the amplifier 150 amplifies the analog electric signal input from the photo detector 140 and outputs the amplified analog signal to the analog to digital (AD) converter 160.

또한, AD 컨버터(160)는, 신호 처리부(170)의 설정 신호에 따라 상기 증폭기(150)에서 입력된 아날로그 전기 신호를 디지털 신호로 변환하여 신호 처리부(170)에 출력하는 역할을 한다. 여기서, 상기 AD 컨버터(160)는, 바람직하게는, National Instrument사의 NI5911 PCI를 사용하여 설계될 수 있다. NI5911보드는 아래 표 4와 같이, 샘플링 속도에 따라 각기 다른 양자화 비트를 제공한다. In addition, the AD converter 160 converts the analog electrical signal input from the amplifier 150 into a digital signal according to the set signal of the signal processor 170 and outputs the digital signal to the signal processor 170. Here, the AD converter 160 may be designed using NI5911 PCI of National Instrument. The NI5911 board provides different quantization bits depending on the sampling rate, as shown in Table 4 below.

[표 4]TABLE 4

본 발명의 실시예에서는 AD 컨버터(160)는 최대 300MHz 샘플링이 가능한 2개의 입출력 채널을 가지고 있어, 기존의 경우보다 계측되는 실시간 변위량의 검출 분해능이 3배 정도 개선된 분해능을 제공하여 보다 미세 변위도 효과적으로 검출할 수 있을 뿐아니라 2개의 입출력 채널을 사용하여 여러 지점의 변위를 동시 다발적으로 검출할 수 있다. In the exemplary embodiment of the present invention, the AD converter 160 has two input / output channels capable of sampling up to 300 MHz, and thus provides a resolution improved by three times the detection resolution of the measured real-time displacement compared to the conventional case, thereby providing finer displacement. In addition to effective detection, two input / output channels can be used to simultaneously detect multiple displacements at multiple points.

일반적으로 샘플링 속도는 거리 분해능과 반비례하므로, 샘플링 속도가 향상되면, 거리 분해능이 우수하게 된다. 예를 들어, 100MHz의 샘플링 속도인 경우, 거리 분해능은 1m가 되며, 300MHz 의 경우, 거리 분해능은 30㎝가 되며, 또 2GHz 의 경우, 거리 분해능은 5㎝가 되므로, 샘플링 속도를 향상시키면, 그만큼 광섬유의 변위량도 더 미세하게 검출할 수 있는 것이다. In general, the sampling rate is inversely proportional to the distance resolution. As the sampling rate is improved, the distance resolution is excellent. For example, at a 100 MHz sampling rate, the distance resolution is 1 m, at 300 MHz the distance resolution is 30 cm, and at 2 GHz the distance resolution is 5 cm. The amount of displacement of the optical fiber can also be detected more finely.

또한 본 발명은 신호 처리부(170)에 상기 디지털 전기 신호를 인터리빙하기 위한 인터리버(interleaver)(176)를 구비할 수 있으며, 이 인터리버에서 인터리빙 기법을 사용하여 2GB의 샘플링에 해당하는 것과 동일한 분해능을 제공할 수 있다. In addition, the present invention may include an interleaver 176 for interleaving the digital electrical signal in the signal processing unit 170, which provides the same resolution as that corresponding to 2 GB of sampling using an interleaving technique in the interleaver. can do.

또한 상기 AD 컨버터는 PCI 카드 형태를 취하고 있어 PC 컴퓨터, 즉 신호 처리부(170)와 원활한 데이터 통신이 가능하다. In addition, the AD converter takes the form of a PCI card to enable smooth data communication with a PC computer, that is, the signal processor 170.

한편, 신호 처리부(170)는, 상기 신호 처리부(170)는, 데이터 취득부(171) 및 연산 처리부(172)를 포함하며, 여기에서 상기 AD 컨버터(160)에서 입력받은 디지털 데이터를 저장하는 동시에 디지털 데이터를 처리하며, 이 연산 처리부(172)에서는 상기 디지털 데이터를 평균화시키는 기능, 트리거 기능, 전압 형태의 ㏈ 스케일로 변환하며, 그 결과 데이터를 외부 디스플레이(180)로 출력하는, 외에 상기 펄스 발생 수단(110)으로 제어 신호를 출력하는 역할을 한다. On the other hand, the signal processing unit 170, the signal processing unit 170, includes a data acquisition unit 171 and the operation processing unit 172, at the same time to store the digital data received from the AD converter 160 The digital processing unit 172 converts the digital data into a function of averaging the digital data, a trigger function, and a voltage scale in the form of voltage, and as a result, outputs the data to the external display 180 and generates the pulse. It serves to output the control signal to the means (110).

또한 신호 처리부(170)는, 상기 AD 컨버터(160)로부터 그래픽 프로그래밍 언어(Graphical Programming Language : GPL)를 사용하여 데이터를 취득하고, AD 컨버터의 초기화, 입력 전압 범위, 샘플링 속도 및 레코드 길이(record length)를 설정하는 설정 신호를 상기 ADC(160)로 출력한다.In addition, the signal processor 170 acquires data from the AD converter 160 using a graphical programming language (GPL), and initializes the AD converter, an input voltage range, a sampling rate, and a record length. Outputs a setting signal for setting?) To the ADC 160.

상기 신호 처리부(170)는, 바람직하게는, 분석 결과를 그래프로 출력하는데, 상기 입력받은 광 신호에 대한 전압 형태의 결과 값을 dB 스케일로 그래프로 표시할 수 있다. 이를 위해 상기 신호 처리부(170)는, 바람직하게는, National Instrument 사의 LabVIEW6i를 이용하여 구현할 수 있다. 예를 들어 그 결과 값의 일예는 아래 표 5와 같다.The signal processor 170 preferably outputs an analysis result as a graph, and may display the result value in the form of a voltage with respect to the received optical signal in a dB scale. For this purpose, the signal processor 170 may be implemented using LabVIEW 6i of National Instrument. For example, an example of the result is shown in Table 5 below.

[표 5]TABLE 5

위 표 5를 보면, 광섬유의 거리에 따른 후방 산란된 펄스 광의 전압 ㏈ 스케일을 잘 알 수 있다. 여기에서, 양의 피크를 이루는 부분은 후방 산란이 많은 곳으로 대표적으로 광 커넥터 부분, 광섬유 접합 부분, 크랙 발생 부분, 광섬유 말단이며, 펄스 광의 ㏈ 스케일이 크게 감소된 부분은 투과 손실이 생긴 부분으로서 대표적으로 광섬유의 벤딩(bending) 부분, 크랙(crack) 부분, 및 커팅(cutting) 부분 등에서 나타난다. 여기서, 광 커넥터 부분, 광섬유 접합 부분, 또는 광섬유 말단에서 일어나는 후방 산란은 검출된 시간과 거리에 의해 표 5에서 쉽게 확인될 수 있다. 이 표 5를 통해 특정 지역에 매설된 광섬유에서 발생되는 후방 산란된 광 ㏈ 스케일의 변동 상태를 살펴보면, 광섬유에 발생된 물리적 변화를 정확하게 검출할 수 있다. Looking at Table 5 above, it can be seen that the voltage ㏈ scale of the back scattered pulsed light according to the distance of the optical fiber. Here, the part that forms a positive peak is a lot of backscattering, and is typically an optical connector part, an optical fiber splicing part, a crack generating part, and an optical fiber end part, and a part where the shock scale of pulsed light is greatly reduced is a part where a transmission loss occurs. Representatively, it appears in the bending part, the crack part, the cutting part, etc. of an optical fiber. Here, the backscattering occurring at the optical connector portion, the optical fiber splicing portion, or the optical fiber end can be easily identified in Table 5 by the detected time and distance. In Table 5, the variation of the backscattered optical beam scale generated in the optical fiber embedded in a specific area can be accurately detected to detect the physical change in the optical fiber.

예를 들어, 만약 매설된 광섬유가 산사태나 경사면의 변위에 의해 벤딩되거나 크랙이 발생하거나 또는 커팅되는 등 물리적 변화를 받는 경우에는 새로운 후방 산란된 펄스 광의 전압 ㏈ 스케일에 큰 낙차를 유발할 것이다. 광섬유가 매설된 곳에 토사의 흘러내림이나 일부 암석의 낙하가 일어나면 광섬유가 벤딩될 수 있으며, 이때에는 전압 스케일에 큰 낙차가 나타나는 것이다. 한편 광섬유가 매설된 곳에 거대한 암반의 낙하하거나 대규모의 산사태가 발생하는 경우에는 매설된 광섬유가 커팅될 수 있으며, 이 경우에는, 커팅된 부분을 투과하여 펄스 광이 대부분 손실되므로 검출되는 광의 전압 낙차가 매우 크게 나타날 것이다. 그 일례가 다음 표 6에 나타나 있다. For example, if an embedded fiber is subjected to physical changes such as bending, cracking, or cutting due to landslides or displacement of slopes, it will cause a large drop in the voltage ㏈ scale of the new backscattered pulsed light. Where the fiber is buried, soil runoff or some rock falls can cause the fiber to bend, with large drops in the voltage scale. On the other hand, in the case where the massive rock falls or a large landslide occurs in the place where the optical fiber is buried, the embedded optical fiber may be cut. In this case, since the pulsed light is mostly lost through the cut portion, the voltage drop of the detected light may be reduced. Will appear very large. An example is shown in Table 6 below.

[표 6]TABLE 6

위 경우, 광섬유 케이블에 약 3kg의 하중이 가해지는 경우, 커팅되는 것을 알 수 있다. 검출되는 전압 낙차가 크게 나타나는 이상 지역에서는 광섬유가 커팅된 것으로 판단할 수 있고, 이 때에는 암반의 낙하나 대규모의 산사태가 일어난 것으로 판단한다. 그러므로, 광섬유 케이블이 커팅되기 전에 경보를 울려 대처하게 한다면 재해를 사전에 방지할 수 있을 것이다. In the above case, when a load of about 3kg is applied to the optical fiber cable, it can be seen that the cut. In the abnormal region where the detected voltage drop is large, it may be determined that the optical fiber has been cut, and in this case, it is determined that the rock falls or a large landslide occurs. Therefore, if the alarm is triggered before the fiber cable is cut, the disaster can be prevented in advance.

구체적으로, 이러한 산사태가 일어날 때, 본 시스템(100)은 상기 신호 처리부의 출력에 연결되어 상기 신호 처리부의 경보 신호를 수신하여 산사태가 발생한다는 것을 관리자에게 및 광섬유가 매설된 주변에 신속히 알리기 위해 경보음을 발생시키기 위한 복수의 스피커(190, 192)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 신호 처리부(170)는, 위 표 5와 표 6에서 디지털 신호의 처리 결과값에 따라 토사의 흘러내림과 같은 경미한 산사태가 발생될 것으로 판단한 경우에는 경미한 산사태의 발생을 나타내는 경보 신호를 관리자에게 알리기 위해 관리자의 디스플레이(180)에 그래프 출력함과 동시에 관리자 스피커(190)에 경보음을 발생시킬 수 있고, 또한 디지털 신호의 처리 결과에 기초하여 광섬유가 커팅된 것이라고 판단한 경우, 암반의 낙하와 같은 대규모 산사태의 위험을 신속히 관리자 뿐만 아니라 광섬유가 매설된 주변에 알리기 위해 그 경보 신호를 관리자의 디스플레이(180)에 디스플레이 하면서 경보음을 관리자 스피커(190)에 발생시킴과 동시에 광섬유가 매설된 주변에 설치된 복수의 스피커(192)에도 경보음을 발생시키는 기능을 수행한다. Specifically, when such a landslide occurs, the system 100 is connected to the output of the signal processing section to receive an alarm signal of the signal processing section to alert the manager and to promptly notify the administrator that a landslide is occurring. The apparatus may further include a plurality of speakers 190 and 192 for generating sound. More specifically, the signal processing unit 170, in Table 5 and Table 6, when it is determined that a slight landslide, such as the runoff of soil in accordance with the processing result of the digital signal, an alarm signal indicating the occurrence of a slight landslide In order to notify the manager of the graph display on the manager's display 180 and at the same time can generate an alarm sound to the manager speaker 190, and if it is determined that the optical fiber is cut based on the processing result of the digital signal, The alarm signal is displayed on the manager's display 180 to promptly notify the manager as well as the manager of the large landslides, such as a fall, in the surrounding area where the fiber is buried. It also performs a function of generating an alarm sound to the plurality of speakers 192 installed in the vicinity.

상술한 본 발명의 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the ODT measurement system for detecting a landslide occurrence position of the present invention described above is as follows.

먼저, 펄스 발생 수단(110)에서 펄스 신호를 레이저 다이오드(120)로 출력하면, 레이저 다이오드(120)는 커플링 수단(130)내의 광섬유에 펄스광을 출력한다. 이 때, 외부 요인에 의해 광섬유가 산사태 등의 발생 징후에 의해 물리적으로 교란되면, 광의 각 모드는 다른 모드로 전이가 일어나서 각 모드간 광 파워의 배분이 달라지게 된다. 또 물리적으로 교란된 광은 후방으로 반사하거나 또는 전방으로 투과하며, 후방 산란된 펄스 광이 광섬유를 따라 되돌아온다. 이때 커플링 수단(130)은 되돌아온 광 파워를 광 검출기(140)로 출력한다. 후방 산란되어 출력된 광 파워는 광 검출기(140) 및 증폭기(150)에 의해 전기적인 신호로 변환되며 증폭되어, AD 컨버터(160)에 입력된다. 이후에, AD 컨버터(160)는 최대 300MHz의 샘플링 속도로 2개의 입출력 채널을 통해 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하고, 이후 신호 처리부(170)는 변환된 디지털 데이터를 디스플레이(180)에 예를 들어 그래프로 출력하여 표시하거나 또는 광섬유 커팅과 같이 급박한 산사태의 발생이 있는 경우 산사태가 발생하였음을 직접 알리는 경보 신호를 복수의 스피커(190, 192)에 발신하며 이때 복수의 스피커(192)는 관리자 및 산사태 발생 주변을 통행하는 사람들에게 경보음을 울리게 된다.First, when the pulse generating means 110 outputs a pulse signal to the laser diode 120, the laser diode 120 outputs pulsed light to the optical fiber in the coupling means 130. At this time, when the optical fiber is physically disturbed due to the occurrence of landslides or the like due to external factors, each mode of light transitions to another mode, and the distribution of optical power between the modes is changed. In addition, the physically disturbed light is reflected back or transmitted forward, and the back scattered pulsed light is returned along the optical fiber. At this time, the coupling means 130 outputs the returned optical power to the photo detector 140. The back scattered and output optical power is converted into an electrical signal by the photo detector 140 and the amplifier 150, amplified, and input to the AD converter 160. Thereafter, the AD converter 160 converts the signal amplified through the two input / output channels into a digital signal at a sampling rate of up to 300 MHz, and then the signal processor 170 converts the converted digital data into the display 180. For example, when the output is displayed as a graph or an urgent landslide such as an optical fiber is cut, an alarm signal directly indicating that the landslide has occurred is transmitted to the plurality of speakers 190 and 192, wherein the plurality of speakers 192 are managers. And alarms to people who pass around the landslide occurrence.

이에 의해 본 발명은 실시간으로 산사태의 발생 징후에 의거하여 이 지역에 대한 통행 위험 경고, 주민 통행의 금지, 도로 교통의 통제, 또는 지역 주민의 대피 등을 효과적으로 수행할 수 있으며, 관리자 스피커 및 산사태 발생 지역에 매설된 스피커를 통하여 경보를 발함으로써 재산 재해 및 인명 피해를 신속하게 대처할 수 있게 하며 미처 인지하지 못한 주변 통행인에게도 효과적으로 산사태의 위험을 경고할 수 있다. As a result, the present invention can effectively carry out warning of traffic hazards to the area, prohibition of resident traffic, control of road traffic, or evacuation of local residents based on the signs of landslides occurring in real time. Alerts can be issued through local loudspeakers to quickly respond to property disasters and casualties, and can effectively warn neighboring pedestrians of the risk of landslides.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 산사태 발생 검출용 OTDR 계측 시스템이 예를 들어 설명되어 있지만, 본 발명은, 이 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.As described above, the OTR measurement system for landslide occurrence detection has been described as an example according to the present invention, but the present invention is within the scope not departing from the technical idea of the present invention for those skilled in the art. Since various substitutions, modifications, and changes may be made within the scope of the present invention, it is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings.

전술한 바와 같이, 본 발명은 첨단 소재인 광섬유를 사용하며 300MHz 샘플링에서 2개의 입출력 채널을 사용하는 것에 의해, 디지털 신호의 샘플링 속도를 향상시켜 산사태의 발생 징후를 사전에 정확하게 파악할 수 있는 외에 여러 지점의 변위를 동시에 측정할 수 있기 때문에 산사태 발생 징후를 보다 광범위하게 파악할 수 있다. 본 발명은 산사태의 위험이 있는 지역에 광섬유의 형상을 복수개의 꽈리 형상으로 만듦으로써 경사지면의 변위 상태를 보다 정밀하게 검출할 수 있으며, 긴급한 경우 복수의 스피커를 통해 경보음을 울리게 함으로써 실시간으로 산사태의 발생 징후에 의거하여 이 지역에 대한 통행 위험 경고, 주민 통행의 금지, 도로 교통의 통제, 또는 지역 주민의 대피 등을 선택적으로 시행할 수 있어, 재산 피해 및 인명 피해를 최소로 할 수 있는 이점과 동시에 PCI 카드를 사용하여 실시간으로 자동화된 분석으로 사용자가 편리하게 사용할 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention uses an advanced optical fiber and by using two input and output channels at 300MHz sampling, it is possible to improve the sampling rate of the digital signal to accurately identify the occurrence of landslides in advance, and at various points. Since the displacement of can be measured simultaneously, signs of landslides can be identified more extensively. The present invention can detect the displacement state of the inclined surface more precisely by making the shape of the optical fiber in the area of the risk of landslides, and in case of emergency, landslides in real time by making alarm sound through a plurality of speakers. According to the signs of occurrence, warning of traffic hazards in this area, prohibition of pedestrian traffic, control of road traffic, or evacuation of local residents can be implemented selectively, which can minimize the damage to property and life. At the same time, there is an advantage that the user can conveniently use the automated analysis in real time using a PCI card.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템을 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing an OTR measurement system for detecting a landslide occurrence position according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템에 장착된 펄스 발생 수단을 나타낸 블록도,FIG. 2 is a block diagram showing pulse generating means mounted to an OTR measurement system for detecting a landslide occurrence position according to an embodiment of the present invention; FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 산사태 발생 위치 검출용 OTDR 계측 시스템와 함께 사용되는, 경사면에 매설되는 꽈리형상의 광섬유를 예시하는 도면.FIG. 3 is a diagram illustrating a spiral optical fiber embedded in an inclined surface, which is used in conjunction with an OTR measurement system for detecting a landslide occurrence position according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 4는 도 3에서 도시된 꽈리형상의 광섬유의 직경에 대한 후방 산란된 광량 감쇠율을 도시하는 그래프.FIG. 4 is a graph showing the backscattered light amount attenuation rate with respect to the diameter of the logical optical fiber shown in FIG. 3; FIG.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

110 : 펄스 발생 수단 120 : 레이저 다이오드110: pulse generating means 120: laser diode

130 : 커플링 수단 140 : 광 검출기130 coupling means 140 light detector

150 : 증폭기 160 : AD 컨버터150: amplifier 160: AD converter

170 : 신호 처리부 170: signal processing unit

Claims (8)

산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 시스템에 있어서, A system for detecting a location of occurrence of a landslide, 제어 신호에 따라 소정의 펄스 주기와 펄스 폭을 갖는 전기적 펄스 신호를 생성하는 펄스 발생 수단(110)과;Pulse generating means (110) for generating an electrical pulse signal having a predetermined pulse period and pulse width in accordance with the control signal; 상기 펄스 발생 수단(110)에서 생성된 전기적 펄스 신호에 따라 고출력 펄스 광을 출력하는 레이저 다이오드(120)와; A laser diode (120) for outputting high output pulsed light according to the electrical pulse signal generated by the pulse generating means (110); 상기 레이저 다이오드(120)에서 상기 펄스 주기로 출력되는 강한 펄스 광을 광섬유에 커플링시키고, 상기 광섬유의 특성에 의해 후방으로 산란된 펄스 광을 출력하는 커플링 수단(130)과; Coupling means (130) for coupling the strong pulsed light output from the laser diode (120) in the pulse period to an optical fiber and outputting pulsed light scattered backward by the characteristics of the optical fiber; 상기 커플링 수단(130)으로부터 입력되는 상기 후방 산란된 펄스 광의 광 파워를 측정하고, 측정된 광 파워를 전기적인 신호로 변환하는 광 검출기(140)와; A photo detector (140) for measuring the optical power of the backscattered pulsed light input from the coupling means (130) and converting the measured optical power into an electrical signal; 상기 광 검출기(140)에서 출력되는 전기적인 신호를 증폭하는 증폭기(150)와;An amplifier (150) for amplifying the electrical signal output from the photo detector (140); 2개의 입출력 채널을 가지며, 상기 증폭기(150)에서 증폭된 전기 신호를, 소정의 설정 신호에 따라 최대 300MHz의 샘플링 속도 내에서 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터(160)와; An AD converter (160) having two input / output channels and converting the electric signal amplified by the amplifier (150) into a digital signal at a sampling rate of up to 300 MHz according to a predetermined set signal; 상기 AD 컨버터(160)의 2개의 입출력 채널을 통해 입력받은 디지털 신호를 저장하는 한편, 상기 채널로부터의 디지털 신호의 평균화 및 신호의 분석을 수행하여 분석 데이터를 외부 디스플레이(180)로 출력하며, 상기 분석 데이터에 따라 펄스 폭과 펄스 주기를 조절하는 제어 신호를 상기 펄스 발생 수단(110)으로 출력하며, 샘플링 속도를 조절하는 설정 신호를 상기 AD 컨버터(160)로 출력하는, 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는, While storing the digital signal received through the two input and output channels of the AD converter 160, and averaging the digital signal from the channel and analyzing the signal to output the analysis data to the external display 180, And a signal processor for outputting a control signal for adjusting a pulse width and a pulse period to the pulse generating means 110 and for outputting a setting signal for adjusting a sampling rate to the AD converter 160 according to analysis data. Characterized by 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 시스템.System for detecting location of landslides. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유(132)는 산사태 발생 위치를 보다 정밀하게 검출하기 위하여 복수개의 꽈리형상(300)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 시스템.2. The system of claim 1, wherein the optical fiber (132) is formed of a plurality of tree shapes (300) to detect the landslide occurrence position more precisely. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 신호 처리부(170)에 상기 전기적 신호를 인터리빙 하는 인터리버(176)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 시스템.3. The system according to claim 1 or 2, further comprising an interleaver (176) for interleaving the electrical signal in the signal processor (170). 제 3 항에 있어서, 본 시스템(100)은 상기 신호 처리부의 출력에 연결되어 상기 신호 처리부(170)의 경보 신호를 수신하여 산사태가 발생한다는 것을 알리기 위한 경보음을 발생시키는 복수의 스피커(190, 192)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 시스템. According to claim 3, The system 100 is connected to the output of the signal processing unit of the plurality of speakers 190, which generates an alarm sound to notify that the landslide occurs by receiving the alarm signal of the signal processing unit 170, And 192). 제 4 항에 있어서, 상기 신호 처리부(170)는, 디지털 신호의 처리 결과값에 따라 토사의 흘러내림과 같은 경미한 산사태가 발생될 것으로 판단한 경우에는, 경미한 산사태의 발생을 나타내는 경보 신호를 관리자의 디스플레이(180)에 그래프 출력함과 동시에 관리자의 스피커(190)에 경보음을 발생시키고, 또한 디지털 신호의 처리 결과에 기초하여 광섬유가 커팅된 것이라고 판단한 경우, 암반의 낙하와 같은 대규모 산사태의 위험을 신속히 관리자 뿐만 아니라 광섬유가 매설된 주변에 알리기 위해, 대규모 산사태가 발생한다는 경보 신호를 관리자의 디스플레이(180)에 디스플레이 함과 동시에 관리자 스피커(190)에 경보음을 발생시키고, 또한 광섬유가 매설된 주변에 설치된 복수의 스피커(192)에도 경보음을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 시스템. According to claim 4, wherein the signal processing unit 170, if it is determined that a slight landslide, such as runoff of the soil according to the processing result value of the digital signal, an alarm signal indicating the occurrence of a minor landslide, the display of the manager When outputting a graph to the 180 and generating an alarm sound to the speaker 190 of the manager and determining that the optical fiber has been cut based on the processing result of the digital signal, the risk of a large-scale landslide, such as a rock fall, can be quickly obtained. In order to notify not only the manager but also the surrounding area where the optical fiber is buried, an alarm signal indicating a large landslide occurs on the manager's display 180 and at the same time generates an alarm sound to the manager speaker 190, and also the surrounding area where the optical fiber is buried. The occurrence of an avalanche, characterized by generating an alarm sound to the plurality of speakers 192 provided. A system for detecting value. 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 방법에 있어서, In the method for detecting the occurrence position of landslides, 제어 신호에 따라 소정의 펄스 주기와 펄스 폭을 갖는 전기적 펄스 신호를 생성하는 단계와;Generating an electrical pulse signal having a predetermined pulse period and a pulse width according to the control signal; 상기 전기 펄스 신호 생성 단계에서 생성된 전기적 펄스 신호에 따라 고출력 펄스 광을 출력하는 단계와; Outputting high power pulsed light according to the electric pulse signal generated in the electric pulse signal generating step; 상기 펄스 광 출력 단계에서 상기 펄스 주기로 출력되는 강한 펄스 광을 광섬유에 커플링시키고, 상기 광섬유의 특성에 의해 후방으로 산란된 펄스 광을 출력하는 단계와; Coupling strong pulsed light output in the pulse period in the pulsed light output step to an optical fiber, and outputting pulsed light scattered backward by the characteristics of the optical fiber; 상기 광섬유로부터 입력되는 상기 후방 산란된 펄스 광의 광 파워를 측정하고, 측정된 광 파워를 전기적인 신호로 AD 변환하는 단계와; Measuring the optical power of the backscattered pulsed light input from the optical fiber and converting the measured optical power into an electrical signal; 상기 AD 변환된 전기적 신호를 증폭하는 단계와;Amplifying the AD converted electrical signal; 상기 증폭된 전기적 신호를, 2개의 입출력 채널을 통해 설정 신호에 따라 최대 300MHz 범위에서 디지털 신호로 변환하는 단계와; Converting the amplified electrical signal into a digital signal in a range of up to 300 MHz according to a set signal through two input / output channels; 상기 2개의 입출력 채널을 통해 입력받은 디지털 신호를 저장하는 한편, 상기 채널로부터의 디지털 신호의 평균화 및 신호의 분석을 수행하여 분석 데이터를 외부 디스플레이(180)로 출력하며, 상기 분석 데이터에 따라 펄스폭과 펄스 주기를 조절하는 제어 신호를 상기 펄스 발생 수단(110)으로 출력하며, 샘플링 속도를 조절하는 설정 신호를 상기 AD 컨버터로 출력하는 신호 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, While storing the digital signals received through the two input and output channels, averaging the digital signals from the channels and analyzing the signals to output the analysis data to the external display 180, the pulse width in accordance with the analysis data And a signal processing step of outputting a control signal for adjusting a pulse period to the pulse generating means 110 and outputting a setting signal for adjusting a sampling rate to the AD converter. 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 방법.Method for detecting the location of a landslide. 제 6 항에 있어서, 본 시스템(100)은 상기 신호 처리부의 출력에 연결되어 상기 신호 처리부(170)의 경보 신호를 수신하여 산사태가 발생한다는 것을 알리기 위한 경보음을 발생시키는 복수의 스피커(190, 192)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 방법.According to claim 6, The system 100 is connected to the output of the signal processing unit of the plurality of speakers 190, which generates an alarm sound to notify that the landslide occurs by receiving the alarm signal of the signal processing unit 170, And 192). 제 7 항에 있어서, 상기 신호 처리 단계에서, 디지털 신호의 처리 결과값에 따라 토사의 흘러내림과 같은 경미한 산사태가 발생될 것으로 판단한 경우에는, 경미한 산사태의 발생을 나타내는 경보 신호를 관리자에게 알리기 위해 관리자의 디스플레이(180)에 그래프 출력함과 동시에 관리자 스피커(190)에 경보음을 발생시키고, 또한 디지털 신호의 처리 결과에 기초하여 광섬유가 커팅된 것이라고 판단한 경우, 암반의 낙하와 같은 대규모 산사태의 위험을 신속히 관리자 뿐만 아니라 광섬유가 매설된 주변에 알리기 위해, 대규모 산사태가 발생한다는 경보 신호를 관리자의 디스플레이(180)에 디스플레이 함과 함께 관리자 스피커(190)에 경보음을 출력하는 동시에 광섬유가 매설된 주변에 설치된 복수의 스피커(192)에도 경보음을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 산사태의 발생 위치를 검출하기 위한 방법. 8. The method of claim 7, wherein in the signal processing step, when it is determined that a slight landslide, such as a runoff of soil, is generated according to the processing result of the digital signal, the manager is to notify the manager of an alarm signal indicating the occurrence of a slight landslide. In addition to outputting a graph on the display 180 and generating an alarm sound in the manager speaker 190 and determining that the optical fiber has been cut based on the processing result of the digital signal, the risk of a large landslide, such as a rock fall, is determined. In order to quickly notify not only the manager but also the surroundings of the optical fiber, an alarm signal indicating that a large landslide occurs is displayed on the manager's display 180 and an alarm sound is output to the manager speaker 190 while the optical fiber is buried nearby. It also generates an alarm sound to a plurality of speakers 192 installed It is a method for detecting the location of occurrence of a landslide.
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