KR20090079614A - Optical fiber sensor system using brillouin backscattering, optical ground wire management system including the same, and method for monitoring optical fiber - Google Patents

Optical fiber sensor system using brillouin backscattering, optical ground wire management system including the same, and method for monitoring optical fiber Download PDF

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Abstract

An optical fiber sensor system, and a system and a method for managing an optical ground wire are provided to obtain measurement result at short time and realize a simple frequency control circuit for acquiring a brillouin transition frequency. An optical fiber sensor system(200) includes a light source unit, a branch unit, an optical fiber unit, an optical modulating unit, a reflector, an optical detecting unit and an optical fiber amplifying unit. The light source unit(210) outputs a pulse light having predetermined output level and line width. The branch unit divides the light outputted from the light source unit into a first light and a second light. The optical fiber unit(230) generates a back light. The optical modulating unit(241,242) modulates the divided first light into a pump light and modulates the divided second light into a probe light. A mixed light is created from the modulated pump light and probe light and is outputted to one end of the optical fiber unit. The reflector(250) reflects the mixed light at an end portion of the optical fiber unit. The optical detecting unit(270) detects the back light generated at the optical fiber unit in order to monitor the state of the optical fiber unit. The optical fiber amplifying unit(260) amplifies the mixed light such that the modulated pump light and the modulated probe light should be alternated with time difference.

Description

브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템, 이를 포함하는 광섬유복합가공지선 관리 시스템 및 그 방법{optical fiber sensor system using brillouin backscattering, optical ground wire management system including the same, and method for monitoring optical fiber}Optical fiber sensor system using brillouin scattering phenomena, optical fiber composite processing line management system including the same and method thereof optical fiber sensor system using brillouin backscattering, optical ground wire management system including the same, and method for monitoring optical fiber}

본 발명은 광섬유 센서 시스템, 광섬유복합가공지선 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브릴루앙 산란현상을 이용하여 광섬유로부터 발생하는 후방광을 처리하여 상기 광섬유에 대한 상태정보를 추출 가능한 광섬유 센서 시스템, 광섬유복합가공지선 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber sensor system, an optical fiber composite processing line management system, and a method thereof, and more particularly, an optical fiber capable of extracting state information of the optical fiber by processing a back light generated from the optical fiber using a Brillouin scattering phenomenon. The present invention relates to a sensor system, an optical fiber composite processing line management system, and a method thereof.

광섬유를 이용한 센서는 그 크기가 작아서 측정 대상물의 표면에 부착하거나 땅 속에 매설하기가 용이하다. 또한 광섬유는 재질이 유리이므로 내부식성이 우수하며, 전자기파의 영향을 받지 않는다. 특히 브릴루앙을 이용한 광섬유 센서 시스템은 광섬유의 전체길이를 센서의 감지부로 사용하므로 분포형 물리량을 측정하는 우수한 센서로 광섬유 센서만이 이러한 분포형 물리량을 측정하는 기술을 담당할 수 있다. Sensors using optical fibers are small and easy to attach to the surface of the object or to bury them in the ground. In addition, since optical fiber is made of glass, it has excellent corrosion resistance and is not affected by electromagnetic waves. In particular, the optical fiber sensor system using Brillouin uses the entire length of the optical fiber as the sensing unit of the sensor. Therefore, only an optical fiber sensor can be in charge of a technique for measuring the distributed physical quantity.

광섬유 센서는 간섭형, 파장형, 및 산란형 센서 등이 있으며, 이 중 산란형 광섬유 센서는 다른 형태에서 구현하지 못하는 광섬유 내부를 진행하는 펄스 광을 이용하여 광섬유 외부에서 작용하는 물리량에 따라 변화하는 광섬유 내부의 후방광을 측정하여 장거리 광섬유 전체의 분포 물리량을 측정하는 것이 가능하다. 이러한 산란형 광섬유 센서의 종류로는 레일레이(Rayleigh) 산란형 센서, 라만(Raman) 산란형 센서, 및 브릴루앙(Brillouin) 산란형 센서 등이 있고, 이 중 광섬유 브릴루앙 산란형 센서는 외부에서 작용하는 변형률 및 온도 모두에 민감하게 반응하는 브릴루앙 천이 주파수 값에 따라 후방광의 크기가 변하여 다양한 분포형 물리량의 측정이 가능하다.Optical fiber sensors include interference type, wavelength type, and scattering type sensor. Among them, scattering type optical fiber sensor changes according to the physical quantity acting on the outside of the optical fiber by using pulsed light traveling inside the optical fiber which cannot be realized in other types. It is possible to measure the distributed physical quantity of the entire long-distance optical fiber by measuring the back light inside the optical fiber. Such scattering optical fiber sensors include a Rayleigh scattering sensor, a Raman scattering sensor, and a Brillouin scattering sensor, among which an optical fiber Brillouin scattering sensor is used from the outside. According to the Brillouin transition frequency value which is sensitive to both the acting strain and the temperature, the size of the back light is changed, and various distributed physical quantities can be measured.

도 1은 종래의 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템의 대략적인 구성을 도시한 것이다.1 illustrates a schematic configuration of a fiber optic sensor system using a conventional Brillouin scattering phenomenon.

도 1을 참조하면, 테스트 광섬유(130)의 양단에서 펌프 광(110)과 프로브 광(120)을 배치하여 테스트 광섬유(130)에 광을 입사시켜, 펌프 광(110)과 주파수 스위핑 된 프로브 광(120)의 주파수차이가 테스트 광섬유(130)의 브릴루앙 천이 주파수 차이와 일치하도록 광주파수를 조정하면 펌프 광(110)은 유도 브릴루앙 산란에 의해 프로브 광(120)으로 광에너지 변환을 하며, 이에 따라 프로브 광(120)은 테스트 광섬유(130) 내에서 브릴루앙 광 증폭을 하게 된다. 증폭된 프로브 광 신호는 광검출기(PD)에 의해서 전기적 신호로 변환되며 상기 전기적 신호를 분석하게 된다. 그러나 종래의 광섬유 브릴루앙 산란형 센서 시스템은 측정 결과를 얻기 위해 매우 긴 시간을 필요로 하는 단점을 가지고 있는 문제점이 있었다. 또한, 브릴루앙 천이 주파수를 획득하기 위해 주파수를 제어하는 복잡한 회로를 필요로 하여 고가의 장비로 구현되는 문제점도 있었다.Referring to FIG. 1, the pump light 110 and the probe light 120 are disposed at both ends of the test optical fiber 130 to inject light into the test optical fiber 130, and the pump light 110 and the frequency swept probe light. When the frequency difference of 120 adjusts the optical frequency to match the Brillouin transition frequency difference of the test optical fiber 130, the pump light 110 converts the optical energy into the probe light 120 by induced Brillouin scattering. Accordingly, the probe light 120 amplifies the Brillouin light in the test optical fiber 130. The amplified probe optical signal is converted into an electrical signal by a photodetector PD and the electrical signal is analyzed. However, the conventional optical fiber Brillouin scattering sensor system has a problem in that it takes a very long time to obtain a measurement result. In addition, there is a problem in that it is implemented as expensive equipment by requiring a complex circuit that controls the frequency to obtain the Brillouin transition frequency.

아울러, 광섬유복합가공지선(OPGW, Optical Ground Wire)과 같은 공공의 이익에 관계하는 시설인 경우, 상기 광섬유복합가공지선의 단선 사고를 예방하여 이를 관리하기 위한 시스템이 필요함에도 불구하고, 상기 광섬유복합가공지선을 관리하기 위한 관리시스템의 경우 단거리인 경우에 한하여 적용되는 한계를 가지고 있었다.In addition, in the case of a facility related to public interest, such as an optical ground wire (OPGW), even if a system for preventing and managing the disconnection of the optical fiber composite processing wire is needed, the optical fiber composite The management system for managing overhead lines has limitations that apply only to short distances.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 측정 결과를 얻기 위한 시간이 짧고, 브릴루앙 천이 주파수를 획득하기 위한 주파수 제어 회로가 복잡하지 아니한 브릴루앙 산란현상을 이용하는 광섬유 센서 시스템, 광섬유복합가공지선 관리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to improve the prior art as described above, the optical fiber sensor system using a Brillouin scattering phenomenon that the time for obtaining a measurement result is short, and the frequency control circuit for acquiring a Brillouin transition frequency is not complicated. An object of the present invention is to provide an optical fiber composite processing line management system and a method thereof.

본 발명의 또 다른 목적은 장거리의 광섬유복합가공지선의 분포형 물리량의 측정이 가능한 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템, 광섬유복합가공지선 관리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an optical fiber sensor system, an optical fiber composite processing line management system, and a method using a Brillouin scattering phenomenon capable of measuring a distributed physical quantity of a long distance optical fiber composite processing land line.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템에 있어서, 선정된(predetermined) 출력과 선정된 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하는 광원부; 상기 광원부로부터 출력되는 상기 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 분기부; 후방광을 발생시키는 광섬유; 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하고, 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하며, 상기 변조된 펌프 광 및 상기 변조된 프로브 광으로부터 혼합광을 생성하여, 상기 혼합광을 상기 광섬유의 일단으로 출력하는 광변조부; 상기 광섬유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 리플렉터; 및 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 감지하여 상기 광섬유의 상태를 모니터링하는 광검출부를 포함하고, 상기 광변조부는 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 단일 코어로 결합하여 상기 혼합광을 생 성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object and to solve the problems of the prior art, the present invention is a fiber sensor system using a Brillouin scattering phenomenon, the light source unit for outputting a pulsed light having a predetermined (predetermined) output and a predetermined line width; A branching unit which splits the light output from the light source unit into first light and second light; An optical fiber for generating back light; Modulating the branched first light into pump light, modulating the branched second light into probe light, and generating mixed light from the modulated pump light and the modulated probe light, thereby converting the mixed light into the optical fiber. An optical modulator outputting one end of the light modulator; A reflector reflecting the mixed light at an end of the optical fiber; And a light detector configured to detect a back light generated by the optical fiber and monitor a state of the optical fiber, wherein the optical modulator combines the first light and the second light into a single core to generate the mixed light. An optical fiber sensor system is provided.

본 발명의 상기 혼합광은 상기 변조된 펌프광과 상기 변조된 프로브 광이 시간 차이를 갖고 교번하여 진행하며, 본 발명의 광섬유 센서 시스템은 상기 혼합광을 증폭하는 광섬유증폭부를 더 포함할 수 있다.In the mixed light of the present invention, the modulated pump light and the modulated probe light alternately proceed with a time difference, and the optical fiber sensor system of the present invention may further include an optical fiber amplifier configured to amplify the mixed light.

본 발명의 광섬유 센서 시스템의 상기 광변조부는 상기 프로브 광의 주파수를 선정된 간격으로 스위핑(sweeping) 증가시켜 상기 프로브 광을 변조시키는 신호발생기를 더 포함할 수 있고, 상기 광변조부는 상기 제1 광을 펄스 발생기 신호로 진폭 변조하여 상기 펌프 광을 생성시키고, 상기 제2 광을 정현파로 변조하여 상기 프로브 광을 생성하며, 상기 프로브 광의 주파수는 10GHz~12GHz 범위일 수 있다.The optical modulator of the optical fiber sensor system may further include a signal generator configured to modulate the probe light by sweeping the frequency of the probe light at predetermined intervals, wherein the optical modulator comprises the first light. The pump light is generated by amplitude modulation with a pulse generator signal, and the probe light is generated by modulating the second light with a sine wave, and the frequency of the probe light may be in the range of 10 GHz to 12 GHz.

본 발명의 일측에 따르면, 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템에 있어서, 고출력의 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하는 광원부; 상기 광원부로부터 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 분기부; 후방광을 발생시키는 광섬유; 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하는 제1 광변조부; 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하는 제2 광변조부; 제1 광변조부를 통해 변조된 상기 펌프 광 및 제2 광변조부를 통해 변조된 상기 프로브 광을 수신하여 혼합광을 생성하고, 상기 혼합광을 증폭하며, 상기 혼합광을 상기 광섬유의 일단으로 출력하는 광섬유증폭부; 상기 광섬유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 리플렉터; 및 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 감지하여 상기 광섬유의 상태를 모니터링하는 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템이 제공된다.According to one aspect of the invention, the optical fiber sensor system using a Brillouin scattering phenomenon, the light source unit for outputting pulsed light having a high output line width; A branching part that splits light from the light source part into first light and second light; An optical fiber for generating back light; A first light modulator for modulating the branched first light into pump light; A second light modulator for modulating the branched second light into probe light; Receiving the pump light modulated through the first light modulator and the probe light modulated through the second light modulator, generating mixed light, amplifying the mixed light, and outputting the mixed light to one end of the optical fiber Optical fiber amplifier; A reflector reflecting the mixed light at an end of the optical fiber; And a light detector configured to detect the back light generated by the optical fiber and monitor the state of the optical fiber.

본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 광섬유복합가공지선(OPGW, Optical Ground Wire) 관리 시스템에 있어서, 브릴루앙 산란현상을 이용하여 광섬유로부터 발생하는 후방광을 처리하여 상기 광섬유에 대한 디지털화된 후방광의 데이터를 출력하는 하나 이상의 광섬유 센서 시스템부; 상기 디지털화된 후방광에 대한 상기 데이터를 수신하여 상기 광섬유복합가공지선에 대한 상태 정보를 포함하는 모니터링 정보를 저장하는 관리서버; 및 상기 관리서버로부터 상기 모니터링 정보를 수신하여, 저장하며, 상기 관리서버를 제어 및 관리하는 중앙서버를 포함하고, 상기 광섬유 센서 시스템부는, 선정된(predetermined) 출력과 선정된 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하는 광원부; 상기 광원부로부터 출력되는 상기 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 분기부; 후방광을 발생시키는 광섬유; 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하고, 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하며, 상기 변조된 펌프 광 및 상기 변조된 프로브 광으로부터 혼합광을 생성하여 상기 광섬유의 일단으로 출력하는 광변조부; 상기 광섬유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 리플렉터; 및 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 감지하여 상기 광섬유의 상태를 모니터링하는 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유복합가공지선 관리 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, in the optical ground wire (OPGW) management system, by using the Brillouin scattering phenomenon to process the back light generated from the optical fiber of the digitized back light for the optical fiber At least one optical fiber sensor system unit for outputting data; A management server that receives the data for the digitized back light and stores monitoring information including state information about the fiber optic composite processing line; And a central server for receiving and storing the monitoring information from the management server, and controlling and managing the management server, wherein the optical fiber sensor system unit includes pulsed light having a predetermined output and a predetermined line width. A light source unit for outputting; A branching unit which splits the light output from the light source unit into first light and second light; An optical fiber for generating back light; Modulating the branched first light into pump light, modulating the branched second light into probe light, and generating mixed light from the modulated pump light and the modulated probe light to output to one end of the optical fiber. Light modulator; A reflector reflecting the mixed light at an end of the optical fiber; And a light detector configured to detect the back light generated by the optical fiber and monitor a state of the optical fiber.

본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템에서 광섬유의 상태를 모니터링하는 방법에 있어서, 분기부가 광원부에서 출력되는 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 단계; 광변조부가 상기 분기된 제1 광 및 상기 분기된 제2 광으로부터 펌프 광 및 프로브 광으로 구성된 혼합광을 생성하는 단계; 상기 혼합광을 상기 광섬유의 일단으로 출력하고, 리플렉터가 상기 광섬 유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 단계; 광검출부가 상기 광섬유로 입사하는 상기 혼합광과 상기 리플렉터를 통해 반사된 상기 혼합광에 의한 후방광을 검출하는 단계; 상기 후방광으로부터 상기 광섬유의 브릴루앙 천이 주파수를 추출하고, 상기 브릴루앙 천이 주파수를 통해 상기 광섬유의 상태 정보를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모니터링 방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, the method for monitoring the state of the optical fiber in the optical fiber sensor system using the Brillouin scattering phenomenon, the branching step of splitting the light output from the light source to the first light and the second light; A light modulator generating mixed light including pump light and probe light from the branched first light and the branched second light; Outputting the mixed light to one end of the optical fiber, and a reflector reflecting the mixed light at the end of the optical island; Detecting a back light by the mixed light incident to the optical fiber and the mixed light reflected through the reflector; And extracting a Brillouin transition frequency of the optical fiber from the back light and processing state information of the optical fiber through the Brillouin transition frequency.

본 발명의 광섬유 모니터링 방법에서의 상기 광변조부가 상기 분기된 제1 광 및 상기 분기된 제2 광으로부터 혼합광을 생성하는 상기 단계는, 상기 분기된 제1 광을 상기 펌프 광으로 변조하고, 상기 분기된 제2 광을 상기 프로브 광으로 변조하며, 상기 변조된 펌프 광 및 상기 변조된 프로브 광으로부터 혼합광을 생성하는 단계일 수 있다.In the optical fiber monitoring method of the present invention, the step of generating the mixed light from the branched first light and the branched second light in the optical modulator, modulating the branched first light into the pump light, And modulating the branched second light into the probe light and generating mixed light from the modulated pump light and the modulated probe light.

본 발명에 의하면, 측정 결과를 얻기 위한 시간이 짧고, 브릴루앙 천이 주파수를 획득하기 위한 주파수 제어 회로가 복잡하지 아니한 브릴루앙 산란현상을 이용하는 광섬유 센서 시스템, 광섬유복합가공지선 관리 시스템 및 그 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided an optical fiber sensor system, an optical fiber composite processing line management system, and a method using a Brillouin scattering phenomenon in which a time for obtaining a measurement result is short and a frequency control circuit for obtaining a Brillouin transition frequency is not complicated. do.

또한, 본 발명에 의하면 장거리의 광섬유복합가공지선의 분포형 물리량의 측정이 가능한 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템, 광섬유복합가공지선 관리 시스템 및 그 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided an optical fiber sensor system, an optical fiber composite processing line management system, and a method using a Brillouin scattering phenomenon capable of measuring a distributed physical quantity of a long distance optical fiber composite processing land line.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템, 광섬유복합가공지선 관리 시스템, 및 그 방법을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an optical fiber sensor system, an optical fiber composite processing line management system, and a method using a Brillouin scattering phenomenon according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terminology used herein is a term used to properly express a preferred embodiment of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or a custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 광섬유 센서 시스템의 구성요소를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating components of an optical fiber sensor system according to an exemplary embodiment of the present invention.

광섬유의 브릴루앙 산란은 광이 물질 중에 생긴 음파와 상호 작용하여 입사광의 주파수와 다른 주파수로 산란하는 현상으로 이 주파수의 차를 브릴루앙 천이 주파수 변화라고 하며 상기 주파수는 상기 광섬유의 재료에 크게 의존할 뿐 아니라 광섬유에 인가되는 변형률에 따라서 변화한다. 본 발명의 광섬유 센서 시스템은 상술한 브릴루앙 산란현상을 이용하여 브릴루앙 천이 주파수 변화에서 취득될 수 있는 광섬유의 분포형 물리량 및 온도 등을 측정한다. Brillouin scattering of an optical fiber is a phenomenon in which light interacts with sound waves generated in a material and scatters at a frequency different from that of incident light. The difference between these frequencies is called a Brillouin transition frequency change, and the frequency is highly dependent on the material of the optical fiber. In addition, it varies depending on the strain applied to the optical fiber. The optical fiber sensor system of the present invention measures the distributed physical quantity and temperature of the optical fiber that can be acquired at the Brillouin transition frequency change using the Brillouin scattering phenomenon described above.

도 2를 참조하면, 본 발명의 광섬유 센서 시스템(200)은 광원부(210), 분기부(220), 광섬유(230), 광변조부(240), 리플렉터(reflector)(250), 및 광검출부(270)를 포함한다.2, the optical fiber sensor system 200 of the present invention includes a light source unit 210, a branch unit 220, an optical fiber 230, an optical modulator 240, a reflector 250, and a photodetector unit. 270.

광원부(210)는 선정된 출력과 선정된 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하고, 분기 부(220)는 광원부(210)로부터 출력되는 상기 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기한다. 광원부(210)는 레이저 다이오드(LD)일 수 있으며, 상기 레이저 다이오드는 고출력의 선정된 선폭을 갖는 펄스 광의 방출이 가능하다.The light source unit 210 outputs pulsed light having a predetermined output and a predetermined line width, and the branch unit 220 splits the light output from the light source unit 210 into the first light and the second light. The light source unit 210 may be a laser diode LD, and the laser diode may emit pulsed light having a predetermined line width of high power.

광변조부(240)는 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하고, 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하며, 상기 변조된 펌프 광 및 상기 변조된 프로브 광으로부터 혼합광을 생성하여 광섬유(230)의 일단으로 출력한다. 상기 혼합광에 대해서는 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 시간에 따른 펌프 광 및 프로브 광을 포함하는 혼합광의 광출력을 도시한 것으로서, 도 7을 참조하면, 상기 혼합광은 상기 변조된 펌프광과 상기 변조된 프로브 광이 시간 차이를 갖고 교번하여 진행한다. 구체적으로 광변조부(240)는 상기 제1 광을 펄스 발생기 신호로 진폭 변조하여 상기 펌프 광을 생성시키고, 상기 제2 광을 정현파로 변조하여 상기 프로브 광을 생성한다. 즉, 상기 혼합광은 상기 펌프 광과 상기 프로브 광이 시간 차이를 갖고 함께 교번하여(alternatively) 진행하는 광이다. 상기 변조된 펌프광과 상기 변조된 프로브 광이 교번하여 진행한다 함은 2가지 의미로 이해될 수 있는데, 첫째로 상기 프로브 광이 진행하고 상기 펌프광이 임펄스로 진행할 수 있고, 둘째로, 상기 프로브광과 펌브광이 시간적으로 교번하여 진행하는 경우를 모두 포함한다. 광변조부(240)는 프로브 광의 주파수를 선정된 간격으로 스위핑(sweeping) 증가시켜 상기 프로브 광을 변조시키는 신호발생기(243)를 더 포함할 수도 있다. 신호발생기(243)는 브릴루앙 산란 증폭을 일으키도록 브릴루앙 천이 주파수를 구하기 위하여 선정된 일정한 주파수 범위에서 선정된 간격으 로 주파수를 스위핑 증가시켜 작동하고 상기 프로브 광의 주파수는 10GHz~12GHz 범위일 수 있다. 또한, 본 발명의 광섬유 센서 시스템(200)은 상기 혼합광을 증폭하는 광섬유증폭부(260)를 더 포함할 수도 있다.The light modulator 240 modulates the branched first light into pump light, modulates the branched second light into probe light, and generates mixed light from the modulated pump light and the modulated probe light. Output to one end of the optical fiber 230. The mixed light will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 illustrates light output of mixed light including pump light and probe light according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the mixed light includes the modulated pump light and the modulated probe. Light alternates with time difference. In detail, the light modulator 240 amplitude-modulates the first light into a pulse generator signal to generate the pump light, and modulates the second light into a sine wave to generate the probe light. That is, the mixed light is light in which the pump light and the probe light alternately travel together with a time difference. The modulated pump light and the modulated probe light alternately proceed in two senses. First, the probe light travels and the pump light travels in an impulse. This includes all cases where the pump light alternates with time. The optical modulator 240 may further include a signal generator 243 for modulating the probe light by sweeping the frequency of the probe light at predetermined intervals. The signal generator 243 is operated by sweeping and increasing the frequency at a predetermined interval in a predetermined frequency range selected to obtain a Brillouin scattering amplification to generate a Brillouin scattering amplification, and the probe light frequency may be in the range of 10 GHz to 12 GHz. . In addition, the optical fiber sensor system 200 of the present invention may further include an optical fiber amplifier 260 for amplifying the mixed light.

다시 도 2를 참조하면, 광섬유(230)는 광섬유증폭부(260)를 통과하여 증폭된 혼합광이 진행하면서 후방광을 일으키는 광섬유이다.Referring back to FIG. 2, the optical fiber 230 is an optical fiber that generates a back light while the mixed light amplified through the optical fiber amplifier 260 proceeds.

리플렉터(250)는 광섬유(230)의 종단에서 출력되는 상기 혼합광을 광섬유(230)로 다시 반사시킨다. 반사된 상기 혼합광과 광섬유증폭부(260)를 거쳐 광섬유(230)의 일단으로 출력된 혼합광은 충돌하여 후방광을 발생시키게 된다. 리플렉터(250)는 상기 펌프 광은 통과 시키고, 상기 프로브 광은 반사시키는 FBG(Fiber Bragg Grating)일 수 있다. 또한, 리플렉터(250)는 상기 펌프 광과 상기 프로브 광을 모두 반사 시키는 거울도 될 수 있다. 즉, 반사된 프로브 광과 진행하는 펌프 광이 광섬유 내에서 서로 역방향으로 진행하게 되어 유도 브릴루앙 산란을 발생시킬 수가 있다. The reflector 250 reflects the mixed light output from the end of the optical fiber 230 back to the optical fiber 230. The reflected mixed light and the mixed light output through the optical fiber amplifier 260 to one end of the optical fiber 230 collide with each other to generate rear light. The reflector 250 may be a fiber bragg grating (FBG) that allows the pump light to pass through and reflects the probe light. In addition, the reflector 250 may be a mirror that reflects both the pump light and the probe light. In other words, the reflected probe light and the advancing pump light propagate in opposite directions in the optical fiber to generate induced Brillouin scattering.

상기 FBG는 프로브 광만 반사시킬 수 있는 대역 반사 특성을 갖고, 대역폭은 40pm 를 가질 수 있다. 또한, 상기 FBG는 반사 대역폭이 큰 FBG를 사용할 경우에 펌프 파장에서 통과되고, 프로브 파장에서 반사되는 경우인, 즉 파장에 대한 반사 계수 곡선의 상승이 10 GHz 이내이면 충분하고, 그리고 상기 펌프 광의 파장과 상기 프로브 광의 파장 사이에서 발생되는 것이면 적용될 수 있다. 또한, 상기 프로브 광의 파장의 스캔은 수 백 MHz 이내에서 이루어지고, 상기 프로브 광의 파장 범위 내에서 FBG의 반사율이 균일하지 못할 경우에는, 상기 펌프 광과 상기 프로브 광의 파장 차이에 의해 유도 브릴루앙 산란이 발생되므로, 상기 프로브 광의 파장은 고정시켜놓고, 상기 펌프 광의 파장을 스캔하면 된다.The FBG has a band reflection characteristic capable of reflecting only probe light, and has a bandwidth of 40 pm. In addition, the FBG is sufficient when the FBG having a large reflection bandwidth passes at the pump wavelength and is reflected at the probe wavelength, that is, the rise of the reflection coefficient curve with respect to the wavelength is within 10 GHz, and the wavelength of the pump light is sufficient. And may be applied if it is generated between the wavelength of the probe light. In addition, the scanning of the wavelength of the probe light is performed within several hundred MHz, and when the reflectance of the FBG is not uniform within the wavelength range of the probe light, induced Brillouin scattering is caused by the wavelength difference between the pump light and the probe light. Since the wavelength of the probe light is fixed, the wavelength of the pump light may be scanned.

광검출부(270)는 광섬유(230)에서 발생되는 후방광을 감지하여 광섬유(230)의 상태를 모니터링하게 된다. 이를 위해 광검출부(270)는 광섬유(230)에서 발생되는 후방광을 분기하는 광순환기(271), 상기 분기된 후방광 신호를 후방광 신호 데이터로 변환하는 검출기(272), 및 상기 후방광 신호 데이터로부터 광섬유(230)의 브릴루앙 천이 주파수를 추출하고, 상기 브릴루앙 천이 주파수를 통해 광섬유(230)의 상태 정보를 처리하는 신호처리기(273)를 포함한다. 검출기(272)는 상기 분기된 후방광을 선정된 주기로 샘플링하여 평균화하여 감지한다. 광순환기(271)는 광변조부(240)에서 출력되는 혼합광으로부터 펌프 광은 분기하지 않고, 펌프 광에 의한 상기 혼합 광의 진행방향과 반대방향으로 발생하는 산란 즉 후방광을 분기하여 검출기(272)로 출력한다. 또한, 신호처리기(273)는 선정된 기본 변수, 예를 들어 평균화 횟수, 샘플링 횟수 및 속도, 주파수 조사범위 및 스위핑 단계 주파수에 따라 본 발명의 광섬유 센서 시스템(200)의 전체 동작을 제어하며, 검출기(272)로부터의 일정 주기로 샘플링되어 디지털처리될 수 있는 후방광에 대한 데이터를 수신하여 광섬유의 길이와 브릴루앙 천이 주파수 변화에 대한 신호를 출력한다. 즉, 광검출부(270)는 기 설정된 샘플링 주파수로 광섬유(230)에서 발생되는 후방광을 감지하고, 이를 A/D 변환하여 감지된 후방광 신호를 디지털 신호로 출력한다. The light detector 270 monitors the state of the optical fiber 230 by sensing the back light generated from the optical fiber 230. To this end, the light detector 270 includes an optical circulator 271 for branching back light generated from the optical fiber 230, a detector 272 for converting the branched back light signal into back light signal data, and the back light signal. And a signal processor 273 for extracting a Brillouin transition frequency of the optical fiber 230 from the data and processing state information of the optical fiber 230 through the Brillouin transition frequency. The detector 272 senses the branched back light by sampling and averaging at a predetermined period. The optical circulator 271 does not branch the pump light from the mixed light output from the light modulator 240, and splits scattering, that is, a back light generated in a direction opposite to the advancing direction of the mixed light by the pump light, to detect the detector 272. ) In addition, the signal processor 273 controls the overall operation of the optical fiber sensor system 200 of the present invention according to the selected basic variable, for example, the number of averaging, the number of sampling and the speed, the frequency irradiation range, and the sweeping step frequency. It receives the data about the back light which can be sampled and digitally processed at a certain period from 272 and outputs a signal of the length of the optical fiber and the change of the Brillouin transition frequency. That is, the light detector 270 detects the back light generated from the optical fiber 230 at a preset sampling frequency, and outputs the detected back light signal as a digital signal by A / D conversion.

이 경우 상기 상태 정보는 광섬유(230)의 변형률과 같은 분포형 물리량 정보, 및 광섬유(230)의 온도 정보를 포함한다.In this case, the state information includes distributed physical quantity information such as strain of the optical fiber 230, and temperature information of the optical fiber 230.

본 발명의 광섬유 센서 시스템(200)은 펌프 광과 프로브 광이 광섬유의 서로 다른 일단으로 입사하여 발생된 후방광을 감지하는 것이 아니라, 광원부(210)에서 출력된 광을 펌프 광과 프로브 광으로 분기하여, 이를 변조된 상기 펌프 광과 변조된 상기 프로브 광을 단일 코어로 수신하고, 혼합광을 생성하여 광섬유(230) 일단에 입사된 상기 혼합광과 리플렉터(250)를 통해 반사된 상기 혼합광에 의한 후방광을 감지하게 된다. 리플렉터(250)는 상기 펌프 광은 통과 시키고, 상기 프로브 광은 반사시키는 FBG(Fiber Bragg Grating)일 수 있다.The optical fiber sensor system 200 of the present invention does not sense the back light generated when the pump light and the probe light are incident on different ends of the optical fiber, and branch the light output from the light source unit 210 into the pump light and the probe light. Then, it receives the modulated pump light and the modulated probe light as a single core, and generates a mixed light to the mixed light incident on one end of the optical fiber 230 and the mixed light reflected through the reflector 250 By detecting the back light. The reflector 250 may be a fiber bragg grating (FBG) that allows the pump light to pass through and reflects the probe light.

이를 통해 측정 결과를 얻기 위한 시간이 짧고, 브릴루앙 천이 주파수를 획득하기 위한 주파수 제어 회로가 복잡하지 아니한 브릴루앙 산란현상을 이용하는 광섬유 센서 시스템의 제공이 가능하고, 장거리의 광섬유복합가공지선에 대해서도 분포형 물리량의 측정이 가능하다.This makes it possible to provide an optical fiber sensor system using Brillouin scattering which has a short time for obtaining measurement results and a complex frequency control circuit for acquiring a Brillouin transition frequency. The physical quantity can be measured.

도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 광섬유 센서 시스템의 구성요소를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating components of an optical fiber sensor system according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 광섬유 센서 시스템(200)은 고출력의 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하는 광원부(210), 광원부(210)로부터 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 분기부(220), 후방광을 발생시키는 광섬유(230), 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하는 제1 광변조부(241), 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하는 제2 광변조부(242), 제1 광변조부(241)를 통해 변조된 상기 펌프 광 및 제2 광변조부(242)를 통해 변조된 상기 프로브 광을 수신하여 혼합광을 생성하고, 상기 혼합광을 증폭하며, 상기 혼합광을 상기 광섬유 의 일단으로 출력하는 광섬유증폭부(260), 광섬유(230)의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 리플렉터(250), 및 광섬유(230)에서 발생되는 후방광을 감지하여 광섬유(230)의 상태를 모니터링하는 광검출부(270)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the optical fiber sensor system 200 according to another embodiment of the present invention includes a light source unit 210 that outputs pulsed light having a high output line width, and light from the light source unit 210. A branch 220 for splitting into two lights, an optical fiber 230 for generating a back light, a first light modulator 241 for modulating the split first light into a pump light, and probes the split second light. The mixed light is received by receiving the second light modulator 242 that modulates the light, the pump light modulated by the first light modulator 241, and the probe light modulated by the second light modulator 242. An optical fiber amplifier 260 for generating and amplifying the mixed light and outputting the mixed light to one end of the optical fiber, a reflector 250 for reflecting the mixed light at an end of the optical fiber 230, and an optical fiber 230 A photodetector 270 that detects the back light generated from the monitor and monitors the state of the optical fiber 230. It is.

도 3의 광섬유 센서 시스템은, 도 2의 광섬유 센서 시스템(200)의 광변조부(240)를 제외한 나머지 구성요소는 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광섬유 센서 시스템(200)은 광원부(210)로부터 출력된 광을 분기부(220)를 통해 제1 광 및 제2 광으로 분기하고, 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하는 제1 광변조부(241), 및 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하는 제2 광변조부(242)를 포함하여, 상기 펌프 광 및 상기 프로브 광을 혼합광으로 생성한다. 상기 제1 광변조부는 상기 제1광을 펄스 발생기 신호로 진폭 변조하여 상기 펌프 광을 생성시키고, 상기 제2 광변조부는 상기 제2광을 정현파로 변조하여 상기 프로브 광을 생성한다. 광섬유 센서 시스템(200)은 펌프 광과 프로브 광이 광섬유의 서로 다른 일단으로 입사하여 발생된 후방광을 감지하는 것이 아니라, 광원부(210)에서 출력된 광을 펌프 광과 프로브 광으로 분기하여, 이를 변조된 상기 펌프 광과 변조된 상기 프로브 광을 단일 코어로 수신하고, 혼합광을 생성하여 광섬유(230) 일단에 입사된 상기 혼합광과 리플렉터(250)를 통해 반사된 상기 혼합광에 의한 후방광을 감지하며, 광검출부(270)는 기 설정된 샘플링 주파수로 광섬유(230)에서 발생되는 후방광을 감지하고, 이를 A/D 변환하여 감지된 후방광 신호를 디지털 신호로 출력한다. Since the components of the optical fiber sensor system of FIG. 3 are identical except for the optical modulator 240 of the optical fiber sensor system 200 of FIG. 2, detailed description thereof will be omitted. The optical fiber sensor system 200 according to another embodiment of the present invention splits the light output from the light source unit 210 into the first light and the second light through the branch unit 220, and splits the branched first light. A first light modulator 241 for modulating pump light and a second light modulator 242 for modulating the branched second light into probe light, and converting the pump light and the probe light into mixed light. Create The first light modulator generates the pump light by amplitude-modulating the first light into a pulse generator signal, and the second light modulator modulates the second light into a sine wave to generate the probe light. The optical fiber sensor system 200 does not sense the back light generated when the pump light and the probe light are incident to different ends of the optical fiber, and branch the light output from the light source unit 210 into the pump light and the probe light. The modulated pump light and the modulated probe light are received as a single core, and mixed light is generated to generate mixed light and back light by the mixed light reflected through the reflector 250 and the mixed light incident on one end of the optical fiber 230. The light detector 270 detects the back light generated from the optical fiber 230 at a preset sampling frequency, and outputs the detected back light signal as a digital signal by A / D conversion.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유복합가공지선(OPGW, optical Ground Wire) 관리 시스템을 설명하기 위해 도시한 것이다.FIG. 4 is a view illustrating an optical ground wire (OPGW) management system according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면 본 발명의 광섬유복합가공지선 관리 시스템은 광섬유 센서 시스템부(200), 관리서버(300), 및 중앙서버(400)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the optical fiber composite processing line management system of the present invention includes an optical fiber sensor system unit 200, a management server 300, and a central server 400.

광섬유 센서 시스템부(200)는 브릴루앙 산란현상을 이용하여 광섬유로부터 발생하는 후방광을 처리하여 상기 광섬유에 대한 디지털화된 후방광의 데이터를 출력한다. 상기 광섬유복합가공지선은 지리적 또는 기능적 위치로 인하여 하나 이상으로 이루어질 수 있고, 이에 따라 광섬유 센서 시스템부(200)도 하나 이상으로 구성될 수 있다. 상기 광섬유복합가공지선은 송전선로를 낙뢰로부터 보호하기 위하여 송전철탑 상부에 설치한 가공지선 내에 광섬유 케이블을 내장하여 정보통신 기능을 겸하도록 한 광섬유 복합가공지선으로서, 가공송전선로의 보호의 역할뿐 아니라 가공지선에 광섬유를 내장하여 광다중신호 전송 기능까지 첨가한 케이블이다. 또한, 전술한 바와 같이 광섬유 센서 시스템부(200)는, 선정된(predetermined) 출력과 선정된 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하는 광원부, 상기 광원부로부터 출력되는 상기 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 분기부, 후방광을 발생시키는 광섬유, 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하고, 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하며, 상기 변조된 펌프 광 및 상기 변조된 프로브 광으로부터 혼합광을 생성하여 상기 광섬유의 일단으로 출력하는 광변조부, 상기 광섬유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 리플렉터, 및 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 감지하여 상기 광섬유의 상태를 모니터링하는 광검출부를 포함한다.The optical fiber sensor system unit 200 processes the back light generated from the optical fiber by using a Brillouin scattering phenomenon to output data of the digitized back light for the optical fiber. The optical fiber composite processing ground line may be formed of one or more due to a geographical or functional location, and thus, the optical fiber sensor system unit 200 may also be formed of one or more. The optical fiber composite processing ground wire is an optical fiber composite processing ground wire which has a fiber optic cable embedded in a processing ground line installed above the transmission tower in order to protect the transmission line from lightning strikes, and serves as an information communication function. It is a cable that adds optical signal transmission function by embedding optical fiber in overhead wire. In addition, as described above, the optical fiber sensor system unit 200 includes a light source unit for outputting pulsed light having a predetermined output and a predetermined line width, and the light output from the light source unit as the first light and the second light. A diverging branch, an optical fiber for generating back light, modulating the branched first light into pump light, modulating the branched second light into probe light, from the modulated pump light and the modulated probe light An optical modulator for generating mixed light and outputting the mixed light to one end of the optical fiber, a reflector reflecting the mixed light at an end of the optical fiber, and a light detector for detecting a state of the rear light generated by the optical fiber to monitor the state of the optical fiber Include.

관리 서버(300)는 상기 디지털화된 후방광에 대한 상기 데이터를 수신하여 상기 광섬유복합가공지선에 대한 상태 정보를 포함하는 모니터링 정보를 저장한다. 또한 상기 상태 정보를 포함하는 모니터링 정보를 중앙서버(400)에 전송하여 중앙서버(400)가 상기 광섬유복합가공지선에 대한 종합적인 관리를 할 수 있도록 한다.The management server 300 receives the data for the digitized back light and stores the monitoring information including the state information for the optical fiber composite processing line. In addition, the monitoring information including the status information is transmitted to the central server 400 so that the central server 400 can comprehensively manage the optical fiber composite processing line.

중앙서버(400)는 관리서버(300)로부터 상태 정보를 포함하는 상기 모니터링 정보를 수신하고, 상기 모니터링 정보를 저장하여 관리서버(300)를 제어 및 관리한다. 또한, 중앙서버(400)는 상기 모니터링 정보를 저장하기 위한 데이터베이스(도시되지 아니함)를 더 포함할 수 있다. 상술한 광섬유복합가공지선 관리 시스템에 의하여 상기 광섬유복합가공지선의 분포형 물리량 정보를 모니터링하여 공공의 이익과 관련된 송전선로의 단선사고 등을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 광섬유복합가공지선 관리 시스템에 설정된 일정한 임계치 이상으로 송전선로에 이상이 발생하였을 경우, 이에 대한 모니터링 정보에 기인하여 단선사고를 미연에 방지할 수 있다.The central server 400 receives the monitoring information including the status information from the management server 300, stores the monitoring information, and controls and manages the management server 300. In addition, the central server 400 may further include a database (not shown) for storing the monitoring information. By monitoring the optical fiber composite processing line information distributed physical quantity information of the optical fiber composite processing line management system described above, it is possible to prevent the disconnection of the transmission line related to the public interest in advance. That is, when an error occurs in the transmission line above a certain threshold value set in the optical fiber composite processing line management system, disconnection accident can be prevented due to the monitoring information.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템에서 광섬유의 상태를 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of monitoring a state of an optical fiber in an optical fiber sensor system using a Brillouin scattering phenomenon according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 우선, 분기부가 광원부에서 출력되는 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기한다(단계(S510)). 이후, 광변조부가 상기 분기된 제1 광 및 상기 분기된 제2 광으로부터 펌프 광 및 프로브 광으로 구성된 혼합광을 생성한다(단계(S520)). 구체적으로는 상기 분기된 제1 광을 상기 펌프 광으로 변조하고, 상기 분기된 제2 광을 상기 프로브 광으로 변조하며, 상기 변조된 펌프 광 및 상기 변조된 프로브 광으로부터 혼합광을 생성한다. 또한, 상기 프로브 광의 주파수를 선정된 간격으로 스위핑 증가시켜 상기 프로브 광을 변조한다. 다음으로, 상기 혼합광 을 상기 광섬유의 일단으로 출력하고, 리플렉터가 상기 광섬유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시킨다(단계(S530)). 다음으로, 광검출부가 상기 광섬유로 입사하는 상기 혼합광과 상기 리플렉터를 통해 반사된 상기 혼합광에 의한 후방광을 검출한다(단계(S540)). 이 때 상기 분기된 후방광을 선정된 주기로 샘플링하여 감지한다. 상기 후방광으로부터 상기 광섬유의 브릴루앙 천이 주파수를 추출하고, 상기 브릴루앙 천이 주파수를 통해 상기 광섬유의 상태 정보를 처리한다(단계(S550)). 즉, 본 발명의 모니터링 방법은 펌프 광과 프로브 광이 광섬유의 서로 다른 일단으로 입사하여 발생된 후방광을 감지하는 것이 아니라, 상기 광원부에서 출력된 광을 펌프 광과 프로브 광으로 분기하여, 이를 변조된 상기 펌프 광과 변조된 상기 프로브 광을 단일 코어로 수신하고, 혼합광을 생성하여 광섬유 일단에 입사된 상기 혼합광과 상기 리플렉터를 통해 반사된 상기 혼합광에 의한 후방광을 감지하며, 광검출부는 기 설정된 샘플링 주파수로 광섬유에서 발생되는 후방광을 감지하고, 이를 A/D 변환하여 감지된 후방광 신호를 디지털 신호로 출력하여 광섬유의 상태를 모니터링한다. Referring to FIG. 5, first, the branching unit splits the light output from the light source unit into the first light and the second light (step S510). Thereafter, the light modulator generates mixed light including pump light and probe light from the branched first light and the branched second light (step S520). Specifically, modulate the branched first light into the pump light, modulate the branched second light into the probe light, and generate mixed light from the modulated pump light and the modulated probe light. Further, the probe light is modulated by sweeping the frequency of the probe light at predetermined intervals. Next, the mixed light is output to one end of the optical fiber, and a reflector reflects the mixed light at the end of the optical fiber (step S530). Next, the photodetector detects the back light due to the mixed light incident to the optical fiber and the mixed light reflected through the reflector (step S540). At this time, the branched back light is detected by sampling at a predetermined period. The Brillouin transition frequency of the optical fiber is extracted from the back light, and the state information of the optical fiber is processed through the Brillouin transition frequency (step S550). That is, the monitoring method of the present invention does not sense the back light generated when the pump light and the probe light are incident on different ends of the optical fiber, and splits the light output from the light source into the pump light and the probe light, and modulates it. Receives the pump light and the modulated probe light as a single core, generates a mixed light to detect the back light by the mixed light incident on one end of the optical fiber and the mixed light reflected through the reflector, the light detector The sensor detects the back light generated from the optical fiber at the preset sampling frequency, and A / D converts it to output the detected back light signal as a digital signal to monitor the state of the optical fiber.

도 6은 본 발명에 의한 광섬유복합가공지선 관리 시스템에서의 광섬유복합가공지선의 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of managing an optical fiber composite processing line in the optical fiber composite processing line management system according to the present invention.

도 6을 참조하면, 광섬유 센서 시스템이 선로의 상태 정보에 관한 데이터를 관리서버로 전송한다(단계(S610)). 이후 상기 관리서버가 상기 데이터를 수신 및 분석하여 상기 데이터가 선정된 임계치를 초과하는 지를 판단하여(단계(S620)), 상기 데이터가 상기 광섬유복합가공지선이 수용 가능한 임계치를 초과하는 경우(단 계(S630))에는, 관리자에게 선로가 이상 있음을 경고하고(단계(S640)), 상기 관리서버는 중앙서버로 상기 데이터 및 경고 정보를 전송한다(단계(S650)). 상기 중앙서버는 상기 데이터 또는 경고 정보를 수신하여 데이터베이스화하여 저장한다(단계(S660)). 반면, 상기 관리서버가 상기 데이터를 수신 및 분석하여 상기 데이터가 선정된 임계치를 초과하는 지를 판단하여(단계(S620)), 상기 데이터가 상기 광섬유복합가공지선이 수용 가능한 임계치를 초과하지 아니하는 경우(단계(S630))에는, 상기 관리서버는 상기 데이터를 상기 중앙서버로 전송하고, 상기 중앙서버는 상기 데이터를 수신하여 데이터베이스화하여 저장한다(단계(S660)).Referring to FIG. 6, the optical fiber sensor system transmits data regarding state information of a line to a management server (step S610). Thereafter, the management server receives and analyzes the data to determine whether the data exceeds a predetermined threshold (step S620), and when the data exceeds a threshold acceptable to the optical fiber composite processing line (step S620). At step S630, the manager warns that there is an abnormal track (step S640), and the management server transmits the data and the warning information to the central server (step S650). The central server receives the data or the alert information and stores it in a database (step S660). On the other hand, if the management server receives and analyzes the data to determine whether the data exceeds a predetermined threshold (step S620), and the data does not exceed the threshold acceptable to the optical fiber composite processing line. In step S630, the management server transmits the data to the central server, and the central server receives and stores the data in a database (step S660).

본 발명에 따른 광섬유 상태 모니터링 방법 및 광섬유복합가공지선의 관리 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속 선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 계층으로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The optical fiber condition monitoring method and the optical fiber composite processing line management method according to the present invention can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. The medium may be a transmission medium such as an optical or metal line, a waveguide, or the like including a carrier wave for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, or the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software layers to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

도 1은 종래의 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템의 대략적인 구성을 도시한 것이다.1 illustrates a schematic configuration of a fiber optic sensor system using a conventional Brillouin scattering phenomenon.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 광섬유 센서 시스템의 구성요소를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating components of an optical fiber sensor system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 광섬유 센서 시스템의 구성요소를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating components of an optical fiber sensor system according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유복합가공지선(OPGW, optical Ground Wire) 관리 시스템을 설명하기 위해 도시한 것이다.FIG. 4 is a view illustrating an optical ground wire (OPGW) management system according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템에서 광섬유의 상태를 모니터링하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of monitoring a state of an optical fiber in an optical fiber sensor system using a Brillouin scattering phenomenon according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명에 의한 광섬유복합가공지선 관리 시스템에서의 광섬유복합가공지선의 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of managing an optical fiber composite processing line in the optical fiber composite processing line management system according to the present invention.

도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 시간에 따른 펌프 광 및 프로브 광을 포함하는 혼합광의 광출력을 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates light output of mixed light including pump light and probe light according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

210: 광원부 220: 분기부210: light source portion 220: branch portion

230: 광섬유 240: 광변조부230: optical fiber 240: light modulator

241: 제1 광변조부 242: 제2 광변조부241: first light modulator 242: second light modulator

243: 신호발생기 250: 리플렉터243: signal generator 250: reflector

260: 광섬유증폭부 270: 광검출부260: optical fiber amplifier 270: light detector

271: 광순환기 272: 검출기271: optical circulator 272: detector

273: 신호처리기 300: 관리서버273: signal processor 300: management server

400: 중앙서버400: central server

Claims (12)

브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템에 있어서,In the optical fiber sensor system using Brillouin scattering phenomenon, 선정된(predetermined) 출력과 선정된 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하는 광원부;A light source unit for outputting pulsed light having a predetermined output and a predetermined line width; 상기 광원부로부터 출력되는 상기 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 분기부;A branching unit which splits the light output from the light source unit into first light and second light; 후방광을 발생시키는 광섬유;An optical fiber for generating back light; 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하고, 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하며, 상기 변조된 펌프 광 및 상기 변조된 프로브 광으로부터 혼합광을 생성하여, 상기 혼합광을 상기 광섬유의 일단으로 출력하는 광변조부;Modulating the branched first light into pump light, modulating the branched second light into probe light, and generating mixed light from the modulated pump light and the modulated probe light, thereby converting the mixed light into the optical fiber. An optical modulator outputting one end of the light modulator; 상기 광섬유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 리플렉터; A reflector reflecting the mixed light at an end of the optical fiber; 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 감지하여 상기 광섬유의 상태를 모니터링하는 광검출부; 및A light detector for sensing a state of the optical fiber by sensing the back light generated from the optical fiber; And 상기 변조된 펌프광과 상기 변조된 프로브 광이 시간 차이를 갖고 교번하는 상기 혼합광을 증폭하는 광섬유 증폭부를 포함하고,An optical fiber amplifier configured to amplify the mixed light in which the modulated pump light and the modulated probe light alternate with time, 상기 광변조부는 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 단일 코어로 결합하여 상기 혼합광을 생성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.And the optical modulator is configured to combine the first light and the second light into a single core to generate the mixed light. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광변조부는The optical modulator 상기 제1 광을 펄스 발생기 신호로 진폭 변조하여 상기 펌프 광을 생성시키고, 상기 제2 광을 정현파로 변조하여 상기 프로브 광을 생성시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.And modulating the first light into a pulse generator signal to generate the pump light, and modulating the second light into a sine wave to generate the probe light. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광변조부는The optical modulator 상기 프로브 광의 주파수를 선정된 간격으로 스위핑(sweeping) 증가시켜 상기 프로브 광을 변조시키는 신호발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.And a signal generator for modulating the probe light by sweeping the frequency of the probe light at predetermined intervals. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광검출부는,The light detector, 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 분기하는 광순환기와,An optical circulator for branching back light generated from the optical fiber; 상기 분기된 후방광을 감지하고, 감지된 후방광 신호를 후방광 신호 데이터로 변환하는 검출기A detector for detecting the branched back light and converting the detected back light signal into back light signal data 상기 후방광 신호 데이터로부터 상기 광섬유의 브릴루앙 천이 주파수를 추출하고 상기 브릴루앙 천이 주파수를 통해 상기 광섬유의 상태 정보를 처리하는 신호처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.And a signal processor extracting a Brillouin transition frequency of the optical fiber from the back light signal data and processing state information of the optical fiber through the Brillouin transition frequency. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 검출기는 상기 분기된 후방광을 선정된 주기로 샘플링하여 감지하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.And the detector detects the branched back light by sampling at a predetermined period. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 상태 정보는 상기 광섬유의 분포형 물리량 정보, 및 광섬유의 온도 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.The state information includes distribution type physical quantity information of the optical fiber, and temperature information of the optical fiber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리플렉터는 FBG(Fiber Bragg Grating)이고, 상기 펌프 광은 통과 시키고, 상기 프로브 광은 반사시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.The reflector is a fiber bragg grating (FBG), the pump light passes, and the probe light, characterized in that for reflecting the probe light. 브릴루앙 산란현상을 이용한 광섬유 센서 시스템에 있어서,In the optical fiber sensor system using Brillouin scattering phenomenon, 고출력의 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하는 광원부;A light source unit for outputting pulsed light having a high output line width; 상기 광원부로부터 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 분기부;A branching part that splits light from the light source part into first light and second light; 후방광을 발생시키는 광섬유;An optical fiber for generating back light; 상기 분기된 제1 광을 펄스 발생기 신호로 진폭 변조하여 상기 펌프 광을 생성시키는 제1 광변조부;A first light modulator for amplitude-modulating the branched first light into a pulse generator signal to generate the pump light; 상기 분기된 제2 광을 정현파로 변조하여 상기 프로브 광을 생성시키는 제2 광변조부;A second light modulator for generating the probe light by modulating the branched second light into a sinusoidal wave; 상기 제1 광변조부를 통해 변조된 상기 펌프 광 및 상기 제2 광변조부를 통해 변조된 상기 프로브 광을 수신하여 혼합광을 생성하고, 상기 혼합광을 증폭하며, 상기 혼합광을 상기 광섬유의 일단으로 출력하는 광섬유증폭부;Receives the pump light modulated through the first light modulator and the probe light modulated through the second light modulator, generates mixed light, amplifies the mixed light, and converts the mixed light into one end of the optical fiber. An optical fiber amplifier for outputting; 상기 광섬유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 리플렉터; 및A reflector reflecting the mixed light at an end of the optical fiber; And 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 감지하여 상기 광섬유의 상태를 모니터링하는 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.And a light detector configured to detect the back light generated by the optical fiber and monitor a state of the optical fiber. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제2 광변조부는The second optical modulator 상기 프로브 광의 주파수를 선정된 간격으로 스위핑(sweeping) 증가시켜 상기 프로브 광을 변조시키는 신호발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.And a signal generator for modulating the probe light by sweeping the frequency of the probe light at predetermined intervals. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 광검출부는,The light detector, 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 분기하는 광순환기; An optical circulator for branching back light generated from the optical fiber; 상기 분기된 후방광을 선정된 주기로 샘플링하여 감지하고, 감지된 후방광 신호를 후방광 신호 데이터로 변환하는 검출기; 및A detector for sampling and branching the branched back light at a predetermined period and converting the detected back light signal into back light signal data; And 상기 후방광 신호 데이터로부터 상기 광섬유의 브릴루앙 천이 주파수를 추출 하고 상기 브릴루앙 천이 주파수를 통해 상기 광섬유의 상태 정보를 처리하는 신호처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 시스템.And a signal processor extracting a Brillouin transition frequency of the optical fiber from the back light signal data and processing state information of the optical fiber through the Brillouin transition frequency. 광섬유복합가공지선(OPGW, Optical Ground Wire) 관리 시스템에 있어서,In the optical fiber ground (OPGW) management system, 브릴루앙 산란현상을 이용하여 광섬유로부터 발생하는 후방광을 처리하여 상기 광섬유에 대한 디지털화된 후방광의 데이터를 출력하는 하나 이상의 광섬유 센서 시스템부;At least one optical fiber sensor system unit for processing the back light generated from the optical fiber by using a Brillouin scattering phenomenon to output data of the digitized back light for the optical fiber; 상기 디지털화된 후방광에 대한 상기 데이터를 수신하여 상기 광섬유복합가공지선에 대한 상태 정보를 포함하는 모니터링 정보를 저장하는 관리서버; 및A management server that receives the data for the digitized back light and stores monitoring information including state information about the fiber optic composite processing line; And 상기 관리서버로부터 상기 모니터링 정보를 수신 및 저장하며, 상기 관리서버를 제어 및 관리하는 중앙서버를 포함하고,Receiving and storing the monitoring information from the management server, including a central server for controlling and managing the management server, 상기 광섬유 센서 시스템부는,The optical fiber sensor system unit, 선정된(predetermined) 출력과 선정된 선폭을 갖는 펄스 광을 출력하는 광원부;A light source unit for outputting pulsed light having a predetermined output and a predetermined line width; 상기 광원부로부터 출력되는 상기 광을 제1 광 및 제2 광으로 분기하는 분기부;A branching unit which splits the light output from the light source unit into first light and second light; 후방광을 발생시키는 광섬유;An optical fiber for generating back light; 상기 분기된 제1 광을 펌프 광으로 변조하고, 상기 분기된 제2 광을 프로브 광으로 변조하며, 상기 변조된 펌프 광 및 상기 변조된 프로브 광으로부터 혼합광을 생성하여 상기 광섬유의 일단으로 출력하는 광변조부;Modulating the branched first light into pump light, modulating the branched second light into probe light, and generating mixed light from the modulated pump light and the modulated probe light to output to one end of the optical fiber. Light modulator; 상기 광섬유의 종단에서 상기 혼합광을 반사시키는 리플렉터; 및A reflector reflecting the mixed light at an end of the optical fiber; And 상기 광섬유에서 발생되는 후방광을 감지하여 상기 광섬유의 상태를 모니터링하는 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유복합가공지선 관리 시스템.And a light detecting unit configured to detect a back light generated from the optical fiber and monitor a state of the optical fiber. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 중앙서버는 상기 모니터링 정보를 저장하기 위한 데이터베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유복합가공지선 관리 시스템.The central server further comprises a database for storing the monitoring information optical fiber composite processing line management system.
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KR101358942B1 (en) * 2012-09-13 2014-02-07 한국과학기술연구원 Distributed optical fiber sensor and method for resolution enhancement in distributed optical fiber sensor

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