KR20160150458A - 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템 - Google Patents

브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템에 관한 것으로서, 주파수가 가변되는 광을 출사하는 주파수 가변 광원과, 광원에서 출력되는 신호를 제1분할신호와 제2분할신호로 분할하는 메인 광분할기와, 입력단을 통해 입력된 제1분할신호를 센싱 광섬유에 출력하고, 센싱 광섬유에서 반사된 광을 제1출력단을 통해 출력하는 광써큘레이터와, 메인 광분할기에서 출력되는 제2분할신호를 전송하는 기준광섬유와, 기준 광섬유 상에 결합되어 제2분할신호를 변조한 변조신호를 생성하여 출력하는 광변조부와, 메인 광분할기로부터 기준광섬유 및 광변조부를 경유하여 전송된 변조신호와 제1출력단을 통해 출력되는 신호를 커플링하여 출력하는 제1광커플러와, 제1광커플러에서 출력되는 신호에 대해 브릴루앙 산란신호에 대응되게 설정된 대역의 신호를 필터링하여 출력하는 필터와, 필터를 거쳐 출력되는 신호를 검출하는 광검출부와, 변조신호의 주파수가 가변되게 광변조부를 제어하면서 광검출부에서 출력되는 신호로부터 센싱광섬유에 대해 측정하고자 하는 물리량을 산출하는 측정부를 구비한다. 이러한 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템에 의하면, 센싱광섬유로부터 산란된 브릴루앙 산란신호의 수신감도를 높여 측정할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템{optical sensor system}
본 발명은 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 브릴루앙 산란 신호의 취득감도를 높일 수 있도록 된 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템에 관한 것이다.
광주파수영역 반사측정(OFDR) 시스템은 빛의 반사광을 이용하여 광섬유의 길이, 절단위치(fault position), 색분산(chromatic dispersion), 편광모드분산(polarization mode dispersion), 손실(loss) 등을 측정하는 시스템이다.
OFDR시스템은 광시간영역반사측정(OTDR : optical time domain reflectometry) 시스템보다 분해능이 좋고 동적범위(dynamic range)가 넓어서 광통신과 광센서 분야에 응용되고 있다.
이러한 OFDR시스템은 국내 공개특허 제10-2006-0102801호 등 다양하게 게시되어 있다.
한편, 광섬유에서 반사되는 산란광은 레일레이 산란광과 브릴루앙 산란광이 있으며, 레일레이 산란광은 브릴루앙 산란광에 비해 신호의 세기는 크지만 고주파로서 광검출기로 측정이 쉽지 않아 브릴루앙 산란광의 수집감도를 높일 수 있는 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 센싱광섬유로부터 발생되는 브릴루앙 산란광에 대한 수신 감도를 높일 수 있는 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템은 주파수가 가변되는 광을 출사하는 주파수 가변 광원과; 상기 광원에서 출력되는 신호를 제1분할신호와 제2분할신호로 분할하는 메인 광분할기와; 입력단을 통해 입력된 상기 제1분할신호를 센싱 광섬유에 출력하고, 상기 센싱 광섬유에서 반사된 광을 제1출력단을 통해 출력하는 광써큘레이터와; 상기 메인 광분할기에서 출력되는 제2분할신호를 전송하는 기준광섬유와; 상기 기준 광섬유 상에 결합되어 상기 제2분할신호를 변조한 변조신호를 생성하여 출력하는 광변조부와; 상기 메인 광분할기로부터 상기 기준광섬유 및 상기 광변조부를 경유하여 전송된 변조신호와 상기 제1출력단을 통해 출력되는 신호를 커플링하여 출력하는 제1광커플러와; 상기 제1광커플러에서 출력되는 신호에 대해 브릴루앙 산란신호에 대응되게 설정된 대역의 신호를 필터링하여 출력하는 필터와; 상기 필터를 거쳐 출력되는 신호를 검출하는 광검출부와; 상기 변조신호의 주파수가 가변되게 상기 광변조부를 제어하면서 상기 광검출부에서 출력되는 신호로부터 상기 센싱광섬유에 대해 측정하고자 하는 물리량을 산출하는 측정처리부;를 구비한다.
상기 광변조부는 상기 제2분할신호에 대해 11GHz 내지 12GHz 범위내에서 주파수를 변조하도록 된 것이 바람직하다.
또한, 상기 광변조부와 상기 제1광커플러 사이에 마련되어 상기 광변조부에서 출력되는 신호와 상기 센싱광섬유의 종단을 통해 진행되는 광을 합파하여 상기 제1광커플러로 전송하는 제2광커플러;를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템에 의하면, 센싱광섬유로부터 산란된 브릴루앙 산란신호의 수신감도를 높여 측정할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템을 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템을 나타내 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템을 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 센서 시스템(100)은 주파수 가변 광원(120), 서브광분할기(131), 메인 광분할기(133), 광써큘레이터(137), 센싱광섬유(FUT)(140), 광변조기(145), 제1광커플러(150), 필터(160), 광검출기(170), 주파수 모니터링부(180), 측정부(190)를 구비한다.
주파수 가변 광원(120)은 측정부(190)에 제어되어 주파수가 가변되는 광을 출사한다.
서브 광분할기(131)는 주파수 가변 광원(120)에서 출력되는 신호를 측정용과 모니터링용으로 분할하여 출력한다.
메인 광분할기(133)는 주파수 가변 광원(120)에서 서브 광분할기(131)를 거쳐 측정용으로 출력되는 신호를 제1분할신호와 제2분할신호로 분할하여 출력한다.
광서큘레이터(137)는 메인 광분할기(133)로부터 분할된 후 중계광섬유를 거쳐 입력단(137a)을 통해 입력된 제1분할신호를 센싱단(137b)를 통해 센싱 광섬유(140)에 출력하고, 센싱 광섬유(140)에서 반사되어 역으로 센싱단(137b)을 통해 입사된 광을 제1출력단(137c)을 통해 출력한다.
센싱광섬유(140)는 광서큘레이터(137)의 센싱단(137b)에 일단이 접속되어 있다.
도시된 예에서 센싱광섬유(140)의 종단은 오픈 상태로 되어 있고, 브릴루앙 산란신호의 수신감도를 높이기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 타단이 제2광커플러(147)에 접속되게 구축될 수 있다.
여기서 제2광커플러(147)는 광변조부(145)와 제1광커플러(150) 사이에 마련되어 광변조부(145)에서 출력되는 신호와 센싱광섬유(140)의 종단을 통해 진행되는 광을 합파하여 제1광커플러(150)로 전송하도록 되어 있다.
편광제어기(PC)는 인지도(visibility) 향상을 위해 기준광섬유(135)와 센싱광섬유(140)에 적용되어 있다.
기준광섬유(135)는 메인 광분할기(133)에서 출력되는 제2분할신호를 전송하도록 접속되어 있다.
광변조부(145)는 측정부(190)에 제어되며, 기준 광섬유(135) 상에 결합되어 제2분할신호를 주파수가 이동되게 변조한 변조신호를 생성하여 출력할 수 있도록 되어 있다.
광변조부(145)는 브릴루앙 산란신호에 대응되는 변조신호가 생성되도록 구축되어 있다.
참조부호 148은 광변조부에서 변조된 신호가 제2분할신호를 기준으로 동일 주파수 천이값이 양과 음의 방향에서 모두 생성되는 경우 하나를 제거하기 위해 적용된 보조 필터이다.
제1광커플러(150)는 메인 광분할기(133)로부터 기준광섬유(135) 및 광변조부(145)를 거쳐 생성된 변조신호와 광서큘레이터(137)의 제1출력단(137c)을 통해 출력되는 신호를 커플링하여 출력한다.
필터(160)는 제1광커플러(150)에서 출력되는 신호에 대해 브릴루앙 산란신호에 대응되게 설정된 대역의 신호를 필터링하여 출력한다.
광검출기(170)는 필터(160)에서 출력되는 광에 대응되는 전기적 신호를 출력한다.
주파수 모니터링부(180)는 주파수 가변광원(120)에서 출력되는 광의 주파수를 모니터링하기 위해 적용된 것으로 서브광분할기(131)에서 분기된 모니터링용 광을 검출하여 측정부(190)에 출력한다.
주파수 모니터링부(180)는 입사된 모니터링용 광을 분할하여 제1경로와 제1경로보다 경로가 길게 형성된 제2경로를 통해 진행시킨 후 다시 합파한 간섭광을 검출하여 출력하도록 구축될 수 있다.
주파수 모니터링부(180)를 통해 출력되는 신호는 측정부(190)의 주파수 선형화 동기 신호로 이용된다.
측정부(190)는 광변조부(145)를 통해 출력되는 변조신호의 주파수를 조정하면서 광검출기(170)에서 출력되는 신호로부터 센싱광섬유(140)에 대해 측정하고자 하는 물리량 예를 들면, 온도 또는 스트레인을 산출한다.
이러한 센서 시스템(100)은 광변조부(145)에 의해 브릴루앙 산란 주파수에 대응되는 주파수 신호로 변조하여 제1광커플러(150)에 제공하도록 되어 있어, 제1광커플러(150)에서는 수십MHz 대역으로 주파수가 쉬프트된 브릴루앙 산란신호를 취득할 수 있다.
일 예로서, 1550nm의 광을 1 내지 5THz/s 정도의 주파수 가변속도로 가변하면서 1km 이내의 길이로 설치된 센싱 광섬유(140)에 전송하는 경우 고유적으로 11GHz 정도에 해당하는 브릴루앙 산란신호가 발생되며, 센싱광섬유(140)에서 발생되는 브릴루앙 산란신호는 광변조부(145)에 의해 생성된 신호에 의해 기준광섬유(135)와 센싱광섬유(140)의 산란위치에 대응한 경로차이에 해당하는 주파수 변화량에 대응되게 수십Mhz 신호대역을 주파수가 낮아짐으로써 광검출기의 검출이 가능하다.
이상에서 설명된 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템에 의하면, 센싱광섬유로부터 산란된 브릴루앙 산란신호의 수신감도를 높여 측정할 수 있는 장점을 제공한다.
120: 주파수 가변 광원 133: 메인 광분할기
137: 광써큘레이터 140: 센싱광섬유
145: 광변조부 150: 제1광커플러
160: 필터 190: 측정부

Claims (3)

  1. 주파수가 가변되는 광을 출사하는 주파수 가변 광원과;
    상기 광원에서 출력되는 신호를 제1분할신호와 제2분할신호로 분할하는 메인 광분할기와;
    입력단을 통해 입력된 상기 제1분할신호를 센싱 광섬유에 출력하고, 상기 센싱 광섬유에서 반사된 광을 제1출력단을 통해 출력하는 광써큘레이터와;
    상기 메인 광분할기에서 출력되는 제2분할신호를 전송하는 기준광섬유와;
    상기 기준 광섬유 상에 결합되어 상기 제2분할신호를 변조한 변조신호를 생성하여 출력하는 광변조부와;
    상기 메인 광분할기로부터 상기 기준광섬유 및 상기 광변조부를 경유하여 전송된 변조신호와 상기 제1출력단을 통해 출력되는 신호를 커플링하여 출력하는 제1광커플러와;
    상기 제1광커플러에서 출력되는 신호에 대해 브릴루앙 산란신호에 대응되게 설정된 대역의 신호를 필터링하여 출력하는 필터와;
    상기 필터를 거쳐 출력되는 신호를 검출하는 광검출부와;
    상기 변조신호의 주파수가 가변되게 상기 광변조부를 제어하면서 상기 광검출부에서 출력되는 신호로부터 상기 센싱광섬유에 대해 측정하고자 하는 물리량을 산출하는 측정처리부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광변조부는 상기 제2분할신호에 대해 11GHz 내지 12GHz 범위내에서 주파수를 변조하도록 된 것을 특징으로 하는 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광변조부와 상기 제1광커플러 사이에 마련되어 상기 광변조부에서 출력되는 신호와 상기 센싱광섬유의 종단을 통해 진행되는 광을 합파하여 상기 제1광커플러로 전송하는 제2광커플러;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 브릴루앙 산란기반 분포형 광섬유 센서 시스템.
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