KR20160005847A - 변형률과 온도를 동시 측정하기 위한 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서 및 그 센싱 방법 - Google Patents

변형률과 온도를 동시 측정하기 위한 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서 및 그 센싱 방법 Download PDF

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KR20160005847A KR1020140084592A KR20140084592A KR20160005847A KR 20160005847 A KR20160005847 A KR 20160005847A KR 1020140084592 A KR1020140084592 A KR 1020140084592A KR 20140084592 A KR20140084592 A KR 20140084592A KR 20160005847 A KR20160005847 A KR 20160005847A
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권일범
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Abstract

본 발명은 광섬유 브래그 격자와 라만 광섬유 시간영역반사계 센서를 통합 구현함으로써 하나의 광섬유 라인을 이용하여 변형률과 온도를 동시 측정할 수 있는 센서 시스템 및 그 센싱 방법에 관한 것이다. 빛을 발생시키는 광원; 및 피측정물에 배치되고, 내부로 상기 빛이 진행하는 광섬유;가 구비된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서에 있어서, 본 발명의 일례와 관련된 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서는, 상기 피측정물과 관련된 변형률 및 온도를 측정하기 위한 제어기; 상기 광섬유에 배치되고, 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 브래그 파장(Bragg Wavelength)의 빛을 반사시키는 광섬유 브래그 격자; 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛을 이용하여 제 1 데이터를 생성하고, 상기 제 1 데이터를 상기 제어기로 전달하는 광학 스펙트럼 분석기; 및 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 상기 광섬유 내부에서 산란되는 라만 산란광을 이용하여 제 2 데이터를 생성하고, 상기 제 2 데이터를 상기 제어기로 전달하는 광수신기;를 포함하되, 상기 피측정물의 변형에 따라 상기 브래그 파장이 변화되어 상기 광섬유 브래그 격자로부터 반사되는 빛의 파장이 이동되고, 상기 광학 스펙트럼 분석기는 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장 이동량을 감지하여 상기 제 1 데이터를 생성하며, 상기 제어기는 상기 제 1 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 변형률을 측정하고, 상기 제 2 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 온도를 측정할 수 있다.

Description

변형률과 온도를 동시 측정하기 위한 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서 및 그 센싱 방법{Fiber Optic Raman OTDR with Fiber Bragg Gratings for Simultaneous Measurement of Temperature and Strain and Method for Sensing thereof}
본 발명은 광섬유 브래그 격자와 라만 광섬유 시간영역반사계 (OTDR: Optical Time Domain Reflectometry) 센서를 통합 구현함으로써 하나의 광섬유 라인을 이용하여 변형률과 온도를 동시 측정할 수 있는 센서 시스템 및 그 센싱 방법에 관한 것이다.
최근, 광섬유 센서를 이용하여 구조물 모니터링에 적용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 광섬유를 이용한 센서는 구조가 단순하고 광섬유 라인을 물리량으로 측정하는 감지부로 사용하는 분포형 측정을 구현할 수 있어서 교량, 터널, 건물과 같은 시설의 실시간 감시용으로 사용될 수 있다.
도 1은 이러한 광섬유의 일반적인 구조를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광섬유는 일반적으로 광섬유 중심인 코어(core) 부분, 중심을 보호하는 클래딩(cladding) 부분과 피복 부분으로 이루어져 있다. 코어와 클래딩의 주성분은 유리로 구성되어 있으며, 이러한 주요 구성인 코어와 클래딩을 보호하기 위하여 폴리머(polymer)나 아크릴레이트(acrylate) 등을 사용하여 클래딩 표면을 피복한다.
일반적으로, 광섬유의 후방 산란광을 이용하여 피측정물에 배치된 광섬유의 분포 온도를 측정하는 원리는 다음과 같다.
광원의 광펄스를 광섬유에 입사시키면 광섬유 내에서 산란광이 발생하게 되고, 이 산란광 중 일부는 피측정 광섬유의 입사단으로 귀환하여 후방 산란광을 형성하게 된다.
이러한 후방 산란광의 대부분은 입사광과 동일한 파장을 갖는 레일리 산란광(Rayleigh scattering light)이며, 미소하게는 라만 산란에 의해 파장이 시프트된 라만 산란광(Raman scattering light)도 포함되어 있다. 일반적으로 레일리 산란광은 그 강도가 입사광의 1/100 정도이며, 라만 산란은 레일리 산란의 1/10,000 정도의 매우 미약한 빛으로서 입사광에 대하여 파장이 장파장쪽으로 시프트한 스톡스광(stokes light)과 단파장쪽으로 시프트한 안티스톡스광(anti-stokes light)이 포함되어 있다.
이러한 라만 산란은 광섬유 내에 입사한 광이 실리카 분자와 충돌하여 발생하는 산란이다. 실리카 분자는 온도에 따라서 활동량이 달라지므로 온도에 의존한 산란광 량의 변화가 나타나게 된다.
따라서, 스톡스광과 안티스톡스광의 강도의 비를 구하게 되면 광섬유의 길이방향의 온도 분포를 구할 수 있게 되는데, 이때 안티스톡스광만 온도의 영향을 받으며, 스톡스광은 산란량을 측정하여 광원의 표류를 보상하기 위하여 측정된다.
이와 같은 원리에 의해 광섬유의 후방 산란광으로부터 라만 산란광을 분리, 추출하여 광섬유의 분포온도를 측정하기 위해서는 광섬유 분포 온도 센서가 필수적이다.
종래의 라만 센서 시스템은 라만 현상을 이용하여 거리별 온도를 측정한다. 일반적인 라만 센서 시스템은 전원공급부, 레이저 다이오드, 펄스발생기, 광섬유 순환기, 라만 산란 측정 필터, 광검출기, 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Converter) 등을 포함한 형태로 구성된다.
펄스 변조되어 레이저 다이오드에서 발생한 입사광이 광섬유에 전송되면 거리에 따라 후방 산란되어 돌아오는 빛은 입사광과 시간 차이가 발생하게 된다. 이와 같이 펄스 형태의 입력 광신호는 광섬유 내부를 진행하면서 후방으로 보내는 산란광 신호를 만드는데, 이 후방 산란광이 어디에서 돌아오고 있는지를 알 수 있도록 빠른 시간에 측정하면 광섬유의 임의의 위치에서의 산란광 신호의 크기를 알아낼 수 있게 된다.
광섬유로부터 발생되어 되돌아오는 반사 및 산란 신호는 라만 필터를 이용하여 서로 다른 파장을 갖는 신호로 구분하게 된다. 이 라만 필터는 입력되는 빛이 연결되는 입력 광섬유 포트와 출력되는 빛을 내보내는 3개의 광섬유 포트로 이루어져 있다.
레이저 다이오드에서 발생한 입사광과 동일한 파장을 갖는 레일리 산란 신호는 레일리 산란 파장 영역의 광섬유 포트에서 수신하게 되며, 온도 변화에 따른 변화 신호를 측정할 수 있는 안티스톡스 산란 신호 및 스톡스 산란 신호는 안티스톡스 산란 파장 영역의 광섬유 포트 및 스톡스 산란 파장 영역의 광섬유 포트에서 수신하게 된다. 산란파장 영역에서 수신된 각각의 레일리 산란 신호, 안티스톡스 산란 신호 및 스톡스 산란 신호는 광검출기에서 각각 감지되며, 감지된 신호는 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환된다.
그러나, 종래의 기술에 의하면 분포 온도와 변형률을 동시에 측정하기 위해서는 2개의 감지 광섬유 라인 및 센서 시스템을 사용하여야 했기 때문에 센싱 구조가 복잡하였으며 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 단일의 광섬유 라인을 이용하여 온도와 변형률을 동시 측정함으로써 경제적이면서 복잡성을 해소할 수 있는 센싱 시스템의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1288493호 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0120032호
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광섬유 브래그 격자와 라만 광섬유 시간영역반사계 센서를 통합 구현함으로써 하나의 광섬유 라인을 이용하여 변형률과 온도를 동시 측정할 수 있는 시스템 및 그 센싱 방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광섬유 증폭기에 의하여 발생된 기저광을 다점 변형률 감지가 가능한 광섬유 브래그 격자에 의한 변형률 측정에 이용함으로써 감지 광섬유의 효율적인 이용이 가능한 센서 시스템 및 그 센싱 방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 분포 온도 측정을 위한 라만 광섬유 시간영역반사계 센서를 동시에 구동하여 온도를 측정함으로써 비용을 절감할 수 있고 복잡성을 줄일 수 있는 센서 시스템 및 그 센싱 방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
빛을 발생시키는 광원; 및 피측정물에 배치되고, 내부로 상기 빛이 진행하는 광섬유;가 구비된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서에 있어서, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서는, 상기 피측정물과 관련된 변형률 및 온도를 측정하기 위한 제어기; 상기 광섬유에 배치되고, 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 브래그 파장(Bragg Wavelength)의 빛을 반사시키는 광섬유 브래그 격자; 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛을 이용하여 제 1 데이터를 생성하고, 상기 제 1 데이터를 상기 제어기로 전달하는 광학 스펙트럼 분석기; 및 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 상기 광섬유 내부에서 산란되는 라만 산란광을 이용하여 제 2 데이터를 생성하고, 상기 제 2 데이터를 상기 제어기로 전달하는 광수신기;를 포함하되, 상기 피측정물의 변형에 따라 상기 브래그 파장이 변화되어 상기 광섬유 브래그 격자로부터 반사되는 빛의 파장이 이동되고, 상기 광학 스펙트럼 분석기는 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장 이동량을 감지하여 상기 제 1 데이터를 생성하며, 상기 제어기는 상기 제 1 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 변형률을 측정하고, 상기 제 2 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 광원에서 발생된 빛을 증폭하여 상기 광섬유 내부로 조사하는 광섬유 증폭기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원에서 발생된 빛은 펄스를 포함하고, 상기 광섬유 증폭기에 의하여 증폭된 빛은 증폭된 펄스 및 기저광을 포함하며, 상기 증폭된 펄스는 제 1 대역을 갖고, 상기 기저광은 상기 제 1 대역을 포함하는 제 2 대역을 가질 수 있다.
또한, 상기 광섬유 브래그 격자의 상기 브래그 파장은, 상기 제 1 대역을 제외한 상기 제 2 대역 내의 파장을 이용할 수 있다.
또한, 상기 광수신기는, 상기 증폭된 빛 중 상기 제 1 대역을 이용하여 상기 라만 산란광을 감지할 수 있다.
또한, 상기 광수신기는, 빛의 세기를 디지털 데이터로 변환하는 고속 A/D 컨버터;를 더 포함하되, 상기 광수신기는 상기 라만 산란광의 세기를 감지하고, 상기 고속 A/D 컨버터는 감지된 상기 라만 산란광의 세기를 상기 제 2 데이터로 변환할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 제 2 데이터를 기 설정된 수치 이상 수집하고, 수집된 상기 제 2 데이터의 라만 산란광의 세기를 평균화하여 상기 피측정물의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 광섬유에 설치되고, 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛 및 상기 라만 산란광을 포함하는 제 1 광신호를 수신하는 광섬유 순환기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광섬유 순환기로부터 상기 제 1 광신호를 전달받고, 상기 제 1 광신호 중 일부 대역인 제 2 광신호를 상기 광학 스펙트럼 분석기로 전달하며, 상기 제 1 광신호 중 일부 대역인 제 3 광신호를 상기 광수신기로 전달하는 라만 필터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 광신호의 대역과 상기 제 3 광신호의 대역은 상이할 수 있다.
또한, 상기 라만 산란광은 상기 광섬유의 복수의 지점에서 각각 산란된 빛을 포함하고, 상기 제어기는 상기 광섬유의 복수의 지점에 대응하는 상기 피측정물의 복수의 위치에서의 온도를 측정하여 상기 피측정물의 위치에 따른 분포 온도를 계측할 수 있다.
또한, 상기 광섬유 브래그 격자는 상기 광섬유의 제 1 지점에 배치되고, 상기 제어기에 의하여 측정된 변형률은 상기 광섬유의 상기 제 1 지점에 대응하는 상기 피측정물의 제 1 위치에서의 변형률이다.
한편, 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 상기 광섬유 내부에서 산란되는 라만 산란광을 이용하여 피측정물의 온도를 측정하는 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법에 있어서, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법은, 광원에서 상기 빛을 발생시키는 제 1 단계; 상기 빛이 상기 피측정물에 배치된 상기 광섬유 내부로 진행하는 제 2 단계; 상기 광섬유에 배치된 광섬유 브래그 격자에 의하여 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 브래그 파장(Bragg Wavelength)의 빛이 반사되는 제 3 단계; 광학 스펙트럼 분석기가 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛을 이용하여 제 1 데이터를 생성하는 제 4 단계; 상기 광학 스펙트럼 분석기가 상기 제 1 데이터를 제어기로 전달하는 제 5 단계; 및 상기 제어기가 상기 제 1 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 변형률을 측정하는 제 6 단계;를 포함하되, 상기 피측정물의 변형에 따라 상기 브래그 파장이 변화되어 상기 광섬유 브래그 격자로부터 반사되는 빛의 파장이 이동되고, 상기 제 4 단계에서 상기 광학 스펙트럼 분석기는 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장 이동량을 감지하여 상기 제 1 데이터를 생성하며, 광수신기는 상기 라만 산란광을 이용하여 제 2 데이터를 생성하고, 상기 제 2 데이터를 상기 제어기로 전달하며, 상기 제어기는 상기 제 2 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계 사이에는, 상기 광섬유 증폭기가 상기 광원에서 발생된 빛을 증폭하여 상기 광섬유 내부로 조사하는 제 1-2 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 단계의 상기 광원에서 발생된 빛은 펄스를 포함하고, 상기 제 1-2 단계의 상기 광섬유 증폭기에 의하여 증폭된 빛은 증폭된 펄스 및 기저광을 포함하며, 상기 증폭된 펄스는 제 1 대역을 갖고, 상기 기저광은 상기 제 1 대역을 포함하는 제 2 대역을 가질 수 있다.
한편, 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있고, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체에 있어서, 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 상기 광섬유 내부에서 산란되는 라만 산란광을 이용하여 피측정물의 온도를 측정하는 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 상기 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법은, 광원에서 상기 빛을 발생시키는 제 1 단계; 상기 빛이 상기 피측정물에 배치된 상기 광섬유 내부로 진행하는 제 2 단계; 상기 광섬유에 배치된 광섬유 브래그 격자에 의하여 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 브래그 파장(Bragg Wavelength)의 빛이 반사되는 제 3 단계; 광학 스펙트럼 분석기가 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛을 이용하여 제 1 데이터를 생성하는 제 4 단계; 상기 광학 스펙트럼 분석기가 상기 제 1 데이터를 제어기로 전달하는 제 5 단계; 및 상기 제어기가 상기 제 1 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 변형률을 측정하는 제 6 단계;를 포함하되, 상기 피측정물의 변형에 따라 상기 브래그 파장이 변화되어 상기 광섬유 브래그 격자로부터 반사되는 빛의 파장이 이동되고, 상기 제 4 단계에서 상기 광학 스펙트럼 분석기는 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장 이동량을 감지하여 상기 제 1 데이터를 생성하며, 광수신기는 상기 라만 산란광을 이용하여 제 2 데이터를 생성하고, 상기 제 2 데이터를 상기 제어기로 전달하며, 상기 제어기는 상기 제 2 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 온도를 측정할 수 있다.
본 발명은 광섬유 브래그 격자와 라만 광섬유 시간영역반사계 센서를 통합 구현함으로써 하나의 광섬유 라인을 이용하여 변형률과 온도를 동시 측정할 수 있는 시스템 및 그 센싱 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 광섬유 증폭기에 의하여 발생된 기저광을 다점 변형률 감지가 가능한 광섬유 브래그 격자에 의한 변형률 측정에 이용함으로써 감지 광섬유의 효율적인 이용이 가능한 센서 시스템 및 그 센싱 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 분포 온도 측정을 위한 라만 광섬유 시간영역반사계 센서를 동시에 구동하여 온도를 측정함으로써 비용을 절감할 수 있고 복잡성을 줄일 수 있는 센서 시스템 및 그 센싱 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명과 관련한 광섬유의 일반적인 구조를 나타낸다.
도 2는 광섬유 브래그 격자 센서의 구성 및 탐촉자의 격자 부분을 간략하게 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 광섬유 브래그 격자 센서에 입력된 신호, 통과된 신호 및 반사된 신호를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 광섬유 증폭기에 의하여 증폭된 펄스와 기저광의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 적용될 수 있는 광섬유 브래그 격자에 의하여 반사된 파장의 일례를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 브래그 파장의 변화에 따른 변형률 측정의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 적용될 수 있는 안티스톡스 산란광의 변화에 따른 온도 측정의 일례를 나타낸다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서를 이용하여 변형률 및 온도를 감지하는 방법의 일례와 관련된 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일 실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<광섬유 브래그 격자의 구성>
교량이나 건물 등과 같은 대형 구조물의 경우 시간이 지나게 되면 노후가 일어나게 되므로 구조물의 감시와 보수 점검이 필수적이다.
현재 건축물이 받는 하중이나 변형 정도를 측정하는 데 전자식 변형률 게이지(예: 스트레인 게이지)를 많이 사용하고 있다. 전자식 변형률 게이지의 경우 감도가 매우 뛰어나고 오랜 기간 사용이 되어 왔기 때문에 신뢰도 또한 높다. 하지만 이 센서는 전자파에 매우 취약하다는 단점이 있다. 한 예로 한강대교에 설치된 전자식 변형률 게이지가 낙뢰에 의해 전부 장애가 발생한 것은 이러한 단점을 극명하게 보여주는 것이라 할 수 있다.
이러한 전자파의 단점을 극복하기 위해서 전자파의 영향을 받지 않는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating, FBG) 센서를 이용할 수 있다.
광섬유 코어에는 클래딩보다 굴절률을 높이기 위하여 보통 게르마늄(Ge) 물질이 첨가되는데, 이 물질이 실리카 유리에 안착하는 과정에서 구조 결함이 생길 수 있다. 이 경우 광섬유 코어에 강한 자외선을 조사하면, Ge의 결합구조가 변형되면서 광섬유의 굴절률이 변화된다.
광섬유 브래그 격자는 이러한 현상을 이용하여 광섬유 코어의 굴절률을 주기적으로 변화시킨 것을 말한다. 이 격자는 브래그 조건(Bragg condition)을 만족하는 파장만을 반사하고, 그 외의 파장은 그대로 투과시키는 특징을 갖는다.
광섬유 브래그 격자 센서는 간섭 무늬의 에너지 분포에 따라 코어의 굴절률을 주기적으로 변조하여 특정 파장(브래그 파장, Bragg Wavelength)의 빛을 반사시키는 광섬유 소자이다.
도 2는 광섬유 브래그 격자 센서의 구성 및 탐촉자의 격자 부분을 간략하게 나타내고, 도 3a 내지 도 3c는 광섬유 브래그 격자 센서에 입력된 신호, 통과된 신호 및 반사된 신호를 개략적으로 나타낸다.
광섬유 브래그 격자는 도 2와 같은 구조 및 동작 특성을 갖는다. 코어의 주기적인 굴절률 변화는 브래그 격자의 역할을 하게 된다.
브래그 격자에 광대역 광을 입사시키면 아래의 수학식 1과 같은 브래그 조건에 해당하는 파장의 빛은 보강간섭을 일으켜 브래그 격자 부위에서 반사되며 나머지 파장의 빛은 통과하게 된다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 브래그 파장이고,
Figure pat00003
는 유효 굴절률(core effective reffractive index)로서 빛이 브래그 격자의 한 주기를 진행할 때의 평균 굴절률을 나타내며,
Figure pat00004
는 코어에 새겨진 브래그 격자의 주기를 나타낸다.
상기 수학식 1에서 볼 수 있듯이, 격자에서 반사되는 빛의 브래그 파장(
Figure pat00005
)은 유효 굴절률(
Figure pat00006
)과 격자 주기(
Figure pat00007
)의 함수이다. 그리고 유효 굴절률과 격자의 주기는 변형률의 함수이므로, 광섬유 브래그 격자가 외란에 의하여 변형이 가해지면 브래그 파장이 바뀌게 된다.
변화된 브래그 파장을 정밀하게 측정한다면 광섬유 격자에 가해지는 변형률을 계산할 수 있으며, 피측정물에 대한 스트레인은 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
여기서,
Figure pat00009
는 광탄성 상수로서 대략 0.22의 값을 갖는다.
상기 수학식 2를 이용하면 FGB를 변형률 센서로 사용할 수 있으며, 상기 수학식 2에 나타난 바와 같이 이 변형률은 파장의 변화량을 정확히 측정하면 구할 수 있다.
FBG 센서는 전자파 간섭에 무관하고 센서 다중화가 용이하며 내부식성이 뛰어나 장기계측에 적합하다. 최근 교량이나 터널과 같은 토목구조물의 구조건전성 모니터링이나 사면 모니터링, 선체 응력 모니터링 등 다양한 분야에 응용되고 있다.
구체적으로, FGB 탐촉자 시스템(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 광원(12), 연결기(14) 및 파장 검출기(16) 등으로 구성되며, 이들은 광섬유로 연결되어 있다.
여기서 확대된 도면에서 알 수 있듯이, 광섬유의 브래그 격자 센서 부분은 소정 길이만큼 브래그 격자가 새겨져 있다. 광원(12)에서 광섬유를 통해 조사된 빛 중 브래그 격자에 반사되는 반사빛의 브래그 파장을 측정하고, 그 브래그 파장의 변화에 기한 피측정물(예: 교량이나 건물 등과 같은 대형 구조물)의 변형 정도를 알 수 있다.
도 3a와 같은 파장을 갖는 빛이 광원(12)에서 생성되어 브래그 격자를 통과하게 되면, 도 3b와 같이 브래그 파장 부근 영역이 반사되어 없어진 형태가 된다. 파장 검출기(16)에서는 도 3c와 같이 반사된 브래그 파장을 갖는 빛을 수신할 수 있으며, 도 3c의 점선으로 도시된 것과 같이 스트레인에 의하여 반사되는 브래그 파장이 변화될 수 있다.
<광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 구성>
이하에서는, 본 발명이 제안하고자 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 구성을 도 4 내지 도 8을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 구성을 나타내고, 도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 광섬유 증폭기에 의하여 증폭된 펄스와 기저광의 일례를 나타내며, 도 6은 본 발명에 적용될 수 있는 광섬유 브래그 격자에 의하여 반사된 파장의 일례를 나타내고, 도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 브래그 파장의 변화에 따른 변형률 측정의 일례를 나타내며, 도 8은 본 발명에 적용될 수 있는 안티스톡스 산란광의 변화에 따른 온도 측정의 일례를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서는 광원(110), 광섬유 증폭기(120), 광섬유 순환기(circulator, 122), 라만 필터(124), 광학 스펙트럼 분석기(130), 광수신기(140), 제어기(150), 광섬유 브래그 격자(160) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 연결선 중 얇은 선은 광신호가 흐를 수 있는 광섬유(102)를 나타내고, 굵은 선은 전기신호가 흐를 수 있는 전기신호선(104)을 나타낸다.
단, 도 4에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서(100)가 구현될 수도 있다.
광원(110)은 펄스 다이오드 레이저(112), DC 전력공급장치(114) 및 전기 펄스 발생기(116) 등으로 구성된다.
펄스 다이오드 레이저(112)는 빛을 발생시키는 발광소자로서 DC 전력공급장치(114)에 의하여 전력을 공급받아 구동된다. 펄스 다이오드 레이저(112) 외에 발광다이오드, 유기EL소자, 무기EL소자, 다파장 램프 등과 같은 발광소자가 이용될 수도 있다. 제어기(150)의 제어에 의하여 전기 펄스 발생기(116)가 펄스신호를 발생시키면 펄스 다이오드 레이저(112)는 상기 펄스신호에 대응하는 펄스광을 생성할 수 있다.
상기 광원(110)에서 발생된 빛은 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)와 같은 광섬유 증폭기(120)에 의하여 증폭된다. 광섬유 증폭기(120)에 의하여 증폭된 빛에는 기저광이 발생하게 되며, 도 5에 도시된 것과 같이 증폭된 빛은 증폭된 펄스 및 기저광을 포함하게 된다.
도 5를 참조하면, 광원(110)에서 나온 펄스광이 증폭된 부분과 연속적으로 형성된 기저광(Amplified Spontaneous Emission, ASE)이 나타난 것을 확인할 수 있다. 증폭된 펄스는 제 1 대역(예를 들어, 1540㎚ ~ 1560㎚)을 갖고, 연속적으로 형성된 기저광은 상기 제 1 대역을 포함하는 제 2 대역(예를 들어, 1525㎚ ~ 1580㎚)을 갖는다.
다시 도 4를 참조하면, 광섬유 증폭기(120)에 의하여 증폭된 빛은 광섬유 순환기(122)를 통과하게 된다. 광섬유 순환기(122)는 피측정 광섬유로부터 분지되어 분지경로를 형성하는 광섬유와 연결되며, 상기 분지경로를 형성하는 광섬유는 라만 필터(124) 등과 연결되어 있다.
광섬유 순환기(122)는 광원(110)으로부터 진행되는 빛은 그대로 피측정 광섬유 측으로 전달시킨다. 또한, 광섬유 순환기(122)는 광섬유 브래그 격자(160)가 배치된 피측정 광섬유에서 반사되는 반사광이나 피측정 광섬유에서 산란되는 라만 산란광을 수신하며, 이를 분지경로로 전달하여 라만 필터(124) 측으로 전송시킬 수 있다.
라만 필터(124)는 광섬유 순환기(122)로부터 광섬유 브래그 격자(160)에서 반사되는 빛 및 상기 라만 산란광을 포함하는 광신호를 수신한다. 라만 필터(124)는 펄스광의 파장대역을 포함하는 제 1 대역에 해당하는 빛을 출력하는 광섬유 포트에 의하여 광학 스펙트럼 분석기(130)와 연결되며, 라만 안티스톡스 산란광 광섬유 포트에 의하여 광수신기(140)와 연결된다.
라만 필터(124)는 수신된 광신호를 광학 스펙트럼 분석기(130)와 광수신기(140)로 전달한다. 광학 스펙트럼 분석기(130)로 전달되는 광신호와 광수신기(140)로 전달되는 광신호는 서로 다른 대역을 갖는다. 예를 들어, 광학 스펙트럼 분석기(130)로 전달되는 광신호는 1520㎚ 내지 1580㎚의 범위의 대역으로 브래그 격자 센서의 파장이동을 확인하기 위하여 사용되며, 광수신기(140)로 전달되는 광신호는 1420㎚ 내지 1480㎚의 범위의 대역으로 라만 안티스톡스 산란광의 크기를 측정하기 위해 사용된다..
광학 스펙트럼 분석기(130)에 수신된 신호는 도 6과 같은 형태를 가질 수 있다. 도 6은 브래그 파장이 각각 1530.06㎚ 및 1535.02㎚인 두 개의 광섬유 브래그 격자(160)를 사용한 실시례를 도시한 것이다.
도 6에 도시된 것과 같이, 광섬유 브래그 격자(160)의 브래그 파장은 펄스광의 파장과 겹치지 않도록 설정된다. 즉, 광섬유 브래그 격자(160)의 브래그 파장은 기저광의 대역인 제 1 대역을 제외한 제 2 대역 상에 존재한다. 따라서, 광섬유 브래그 격자(160)의 반사 파장이 라만 산란광에 영향을 끼치지 않게 할 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같이, 피측정물의 변형에 따라 광섬유 브래그 격자(160)에서 반사되는 브래그 파장이 변화될 수 있으며, 광학 스펙트럼 분석기(130)는 수신된 광신호를 이용하여 반사된 빛의 파장 변화를 인식할 수 있다. 광학 스펙트럼 분석기(130)는 이러한 빛의 파장 변화에 대응하여 변형률 신호를 생성하며, 상기 변형률 신호를 제어기(150)로 전달한다.
광수신기(140)는 광검출기(142), 전류 증폭기(144), 전압 증폭기(146), 고속 A/D 변환기(148) 등으로 구성될 수 있다.
광검출기(142)는 광흡수에 의한 반도체 내에서 반송자 생성을 이용한 반도체 광검출기 중 다이오드형 광검출소자가 이용될 수 있다. 광검출기(142)의 일례로 APD(Avalanche Photo Diode)가 사용될 수 있다. 상기 APD는 라만 산란 광신호 중에서 안티스톡스 광신호를 검출하여 전기신호로 변환시킨다. 여기서, APD는 반사된 후방산란 광신호를 반복 검출하여 평균값을 산출한다.
광수신기(140)에 수신된 신호는 도 8과 같은 형태를 가질 수 있다. 도 8에서 가로축의 거리는 데이터를 받은 시간에 대응된다. 예를 들어, 펄스 1m는 10㎱에 대응될 수 있다.
광수신기(140)에 수신된 신호는 펄스의 영향만 고려할 수 있도록 연속적인 기저광이 제거된다.
광수신기(140)는 수신된 라만 산란광의 광 세기를 인식하며, 고속 A/D 변환기(148)를 거치면서 디지털 데이터로 변환된다. 이 산란광의 세기에 상응하는 데이터는 제어기(150)로 전달된다.
제어기(150)는 피측정물의 변형률 및 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 제어기(150)는 광학 스펙트럼 분석기(130)에서 생성된 브래그 파장 이동량으로부터 환산식을 사용하여 피측정물의 변형률을 측정할 수 있고, 광수신기(140)에서 생성된 산란광 신호들을 고속 A/D 변환기(148)를 거쳐 수집한 이후에 수천 번의 신호를 받아서 평균화 처리를 한 후, 온도 환산식을 사용하여 피측정물의 온도를 측정할 수 있다.
제어기(150)에서 측정되는 변형률은 광섬유 브래그 격자(160)가 배치된 부분의 변형률이 되며, 제어기(150)에서 측정되는 온도는 피측정물의 위치에 따른 분포 온도가 될 수 있다.
<광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법>
이하에서는, 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 본 발명이 제안하고자 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법을 설명한다. 도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서를 이용하여 변형률 및 온도를 감지하는 방법의 일례와 관련된 순서도이다.
도 9a를 참조하면, 먼저, 펄스 광원(110)에서 빛이 발생되고, 상기 빛은 증폭을 위하여 광섬유 증폭기(120)로 입력된다(S10).
상기 광원(110)의 동작은 제어기(150)의 제어에 의하여 트리거된다. 즉, 제어기(150)의 제어에 의하여 전기 펄스 발생기(116)가 펄스신호를 발생시키며, 상기 펄스신호에 따라 펄스 다이오드 레이저(112)는 소정의 펄스를 포함하는 빛을 발생시킨다.
이어서, 광섬유 증폭기(120)가 광원(110)에서 발생된 빛을 증폭하여 광섬유(102) 내부로 조사하며, 상기 빛은 피측정물에 배치된 광섬유(102) 내부로 진행한다(S20).
상기 광섬유 증폭기(120)의 증폭에 의하여 펄스광이 증폭될 뿐만 아니라 기저광이 발생된다. 상기 기저광은 증폭된 펄스보다 넓은 대역을 갖는다.
이어서, 광섬유(102) 내부를 진행하는 빛은 브래그 격자(160)에 의한 반사광 및 산란에 의한 라만 산란광이 발생한다(S30).
반사광은 광섬유(102) 내부를 진행하는 빛 중 브래그 파장의 빛이 광섬유 브래그 격자(160)에 의하여 반사되어 발생하며, 브래그 파장 이외의 나머지 빛은 광섬유 브래그 격자(160)를 그대로 통과한다.
광섬유 브래그 격자(160) 주변에 변형이 발생하는 경우에는 브래그 파장이 변화하므로, 상기 S30 단계에서 반사되는 빛의 파장이 변화하게 된다.
이어서, 광섬유 순환기(122)는 되돌아오는 빛을 수집한다(S40). 즉, 광섬유 순환기(122)는 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛 및 라만 산란광을 포함하는 제 1 광신호를 수신하며, 이를 분지경로 상에 연결된 라만 필터(124)로 전달한다.
이어서, 라만 필터(124)는 광섬유 브래그 격자(160)에서 반사된 브래그 파장의 빛과 광섬유(102) 내부에서 산란된 라만 산란광을 포함하는 상기 제 1 광신호를 수신하며, 제 1 광신호를 분할하여 광학 스펙트럼 분석기(130)과 광수신기(140)에 전달한다(S50).
광학 스펙트럼 분석기(130) 측으로 전달되는 광신호는 레일레이 산란광 대역에 해당하고, 광수신기(140) 측으로 전달되는 광신호는 라만 산란광 대역에 해당한다.
도 9b는 광학 스펙트럼 분석기(130)에 의한 변형률 측정을 나타내는 순서도이고, 도 9c는 광수신기(140)에 의한 온도 측정을 나타내는 순서도이다.
도 9b를 참조하면, 광학 스펙트럼 분석기(130)는 광섬유 브래그 격자(160)에서 반사되는 빛의 파장 이동(shift), 즉 브래그 격자의 파장 이동을 감지한다(S61a). 광학 스펙트럼 분석기(130)는 감지된 브래그 격자의 파장 이동량을 포함하는 제 1 데이터를 생성하며, 이를 제어기(150)로 전달한다.
제어기(150)는 광학 스펙트럼 분석기(130)로부터 전송된 제 1 데이터를 이용하여 피측정물의 변형률을 측정한다(S62a). 이때, 제어기(150)는 상기 제 1 데이터에 포함된 브래그 격자의 파장이동량으로부터 환산식을 사용하여 피측정물의 변형률을 측정할 수 있다.
광섬유 브래그 격자(160)가 다수 개 배치된 경우에는 각 위치에서의 변형률 측정이 가능하다.
한편, 도 9c를 참조하면, 광수신기(140)는 광섬유(102)에서 산란된 라만 산란광의 세기를 감지할 수 있으며, 광수신기(140)의 고속 A/D 컨버터(148)는 감지된 라만 산란광의 세기를 디지털 데이터인 제 2 데이터로 변환한다(S61b). 상기 제 2 데이터는 제어기(150)로 전달된다.
제어기(150)는 광수신기(140)로부터 전송된 제 2 데이터를 이용하여 피측정물의 온도를 측정한다(S62b). 이때, 제어기(150)는 상기 제 2 데이터에 포함된 라만 산란광의 세기로부터 환산식을 사용하여 피측정물의 온도를 측정할 수 있다.
다수의 지점에서 반사되는 라만 산란광을 이용하면 위치에 따른 분포 온도를 측정할 수 있다.
한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행할 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시례들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시례들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시례들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서
102: 광섬유
104: 전기신호선
110: 광원
120: 광섬유 증폭기
122: 광섬유 순환기
124: 라만 필터
130: 광학 스펙트럼 분석기
140: 광수신기
150: 제어기
160: 광섬유 브래그 격자

Claims (16)

  1. 빛을 발생시키는 광원; 및 피측정물에 배치되고, 내부로 상기 빛이 진행하는 광섬유;가 구비된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서에 있어서,
    상기 피측정물과 관련된 변형률 및 온도를 측정하기 위한 제어기;
    상기 광섬유에 배치되고, 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 브래그 파장(Bragg Wavelength)의 빛을 반사시키는 광섬유 브래그 격자;
    상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛을 이용하여 제 1 데이터를 생성하고, 상기 제 1 데이터를 상기 제어기로 전달하는 광학 스펙트럼 분석기; 및
    상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 상기 광섬유 내부에서 산란되는 라만 산란광을 이용하여 제 2 데이터를 생성하고, 상기 제 2 데이터를 상기 제어기로 전달하는 광수신기;를 포함하되,
    상기 피측정물의 변형에 따라 상기 브래그 파장이 변화되어 상기 광섬유 브래그 격자로부터 반사되는 빛의 파장이 이동되고, 상기 광학 스펙트럼 분석기는 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장 이동량을 감지하여 상기 제 1 데이터를 생성하며,
    상기 제어기는 상기 제 1 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 변형률을 측정하고, 상기 제 2 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원에서 발생된 빛을 증폭하여 상기 광섬유 내부로 조사하는 광섬유 증폭기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광원에서 발생된 빛은 펄스를 포함하고,
    상기 광섬유 증폭기에 의하여 증폭된 빛은 증폭된 펄스 및 기저광을 포함하며,
    상기 증폭된 펄스는 제 1 대역을 갖고, 상기 기저광은 상기 제 1 대역을 포함하는 제 2 대역을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광섬유 브래그 격자의 상기 브래그 파장은,
    상기 제 1 대역을 제외한 상기 제 2 대역 내의 파장을 이용하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 광수신기는,
    상기 증폭된 빛 중 상기 제 1 대역을 이용하여 상기 라만 산란광을 감지하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광수신기는,
    빛의 세기를 디지털 데이터로 변환하는 고속 A/D 컨버터;를 더 포함하되,
    상기 광수신기는 상기 라만 산란광의 세기를 감지하고,
    상기 고속 A/D 컨버터는 감지된 상기 라만 산란광의 세기를 상기 제 2 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 2 데이터를 기 설정된 수치 이상 수집하고, 수집된 상기 제 2 데이터의 라만 산란광의 세기를 평균화하여 상기 피측정물의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유에 설치되고, 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛 및 상기 라만 산란광을 포함하는 제 1 광신호를 수신하는 광섬유 순환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광섬유 순환기로부터 상기 제 1 광신호를 전달받고, 상기 제 1 광신호 중 일부 대역인 제 2 광신호를 상기 광학 스펙트럼 분석기로 전달하며, 상기 제 1 광신호 중 일부 대역인 제 3 광신호를 상기 광수신기로 전달하는 라만 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 광신호의 대역과 상기 제 3 광신호의 대역은 상이한 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 라만 산란광은 상기 광섬유의 복수의 지점에서 각각 산란된 빛을 포함하고,
    상기 제어기는 상기 광섬유의 복수의 지점에 대응하는 상기 피측정물의 복수의 위치에서의 온도를 측정하여 상기 피측정물의 위치에 따른 분포 온도를 계측하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 브래그 격자는 상기 광섬유의 제 1 지점에 배치되고,
    상기 제어기에 의하여 측정된 변형률은 상기 광섬유의 상기 제 1 지점에 대응하는 상기 피측정물의 제 1 위치에서의 변형률인 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서.
  13. 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 상기 광섬유 내부에서 산란되는 라만 산란광을 이용하여 피측정물의 온도를 측정하는 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법에 있어서,
    광원에서 상기 빛을 발생시키는 제 1 단계;
    상기 빛이 상기 피측정물에 배치된 상기 광섬유 내부로 진행하는 제 2 단계;
    상기 광섬유에 배치된 광섬유 브래그 격자에 의하여 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 브래그 파장(Bragg Wavelength)의 빛이 반사되는 제 3 단계;
    광학 스펙트럼 분석기가 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛을 이용하여 제 1 데이터를 생성하는 제 4 단계;
    상기 광학 스펙트럼 분석기가 상기 제 1 데이터를 제어기로 전달하는 제 5 단계; 및
    상기 제어기가 상기 제 1 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 변형률을 측정하는 제 6 단계;를 포함하되,
    상기 피측정물의 변형에 따라 상기 브래그 파장이 변화되어 상기 광섬유 브래그 격자로부터 반사되는 빛의 파장이 이동되고, 상기 제 4 단계에서 상기 광학 스펙트럼 분석기는 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장 이동량을 감지하여 상기 제 1 데이터를 생성하며,
    광수신기는 상기 라만 산란광을 이용하여 제 2 데이터를 생성하고, 상기 제 2 데이터를 상기 제어기로 전달하며,
    상기 제어기는 상기 제 2 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 단계 및 상기 제 2 단계 사이에는,
    상기 광섬유 증폭기가 상기 광원에서 발생된 빛을 증폭하여 상기 광섬유 내부로 조사하는 제 1-2 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1 단계의 상기 광원에서 발생된 빛은 펄스를 포함하고,
    상기 제 1-2 단계의 상기 광섬유 증폭기에 의하여 증폭된 빛은 증폭된 펄스 및 기저광을 포함하며,
    상기 증폭된 펄스는 제 1 대역을 갖고, 상기 기저광은 상기 제 1 대역을 포함하는 제 2 대역을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자가 통합된 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법.
  16. 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있고, 상기 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체에 있어서,
    광섬유 내부를 진행하는 빛 중 상기 광섬유 내부에서 산란되는 라만 산란광을 이용하여 피측정물의 온도를 측정하는 상기 라만 광섬유 시간영역반사계 센서의 센싱 방법은,
    광원에서 상기 빛을 발생시키는 제 1 단계;
    상기 빛이 상기 피측정물에 배치된 상기 광섬유 내부로 진행하는 제 2 단계;
    상기 광섬유에 배치된 광섬유 브래그 격자에 의하여 상기 광섬유 내부를 진행하는 빛 중 브래그 파장(Bragg Wavelength)의 빛이 반사되는 제 3 단계;
    광학 스펙트럼 분석기가 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛을 이용하여 제 1 데이터를 생성하는 제 4 단계;
    상기 광학 스펙트럼 분석기가 상기 제 1 데이터를 제어기로 전달하는 제 5 단계; 및
    상기 제어기가 상기 제 1 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 변형률을 측정하는 제 6 단계;를 포함하되,
    상기 피측정물의 변형에 따라 상기 브래그 파장이 변화되어 상기 광섬유 브래그 격자로부터 반사되는 빛의 파장이 이동되고, 상기 제 4 단계에서 상기 광학 스펙트럼 분석기는 상기 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장 이동량을 감지하여 상기 제 1 데이터를 생성하며,
    광수신기는 상기 라만 산란광을 이용하여 제 2 데이터를 생성하고, 상기 제 2 데이터를 상기 제어기로 전달하며,
    상기 제어기는 상기 제 2 데이터에 기반하여 상기 피측정물의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
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