KR20210089905A - 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블 - Google Patents

분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블 Download PDF

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KR20210089905A
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Abstract

본 발명은 음향 센싱 루즈 튜브 및 온도 센싱 루즈 튜브를 동시에 구비하여 음향 변화 및 온도 변화를 센싱하는 광케이블에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광케이블은, 중심 인장선; 레일레이 산란(Rayleigh scattering)을 활용하여 음향 변화를 센싱하기 위한 2심 이상의 싱글 모드 광섬유를 루즈 튜브(loose tube) 형태로 내장하는 음향 센싱 루즈 튜브; 라만 산란(Raman scattering)을 활용하여 온도 변화를 센싱하기 위한 2심 이상의 멀티 모드 광섬유를 루즈 튜브 형태로 내장하는 온도 센싱 루즈 튜브; 상기 중심 인장선, 음향 센싱 루즈 튜브 및 온도 센싱 루즈 튜브를 둘러싸는 내측 시스; 내측 시스의 외측에 배치되는 철선 외장; 및 철선 외장을 둘러싸는 외측 시스를 포함한다.

Description

분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블{OPTICAL CABLE FOR DISTRIBUTED ACOUSTIC SENSING AND DISTRIBUTED TEMPERATURE SENSING}
본 발명은 분산 음향 센싱(distributed acoustic sensing) 및 분산 온도 센싱(distributed temperature sensing)을 위한 광케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 음향 센싱 루즈 튜브 및 온도 센싱 루즈 튜브를 동시에 구비하여 음향 변화 및 온도 변화를 센싱하는 광케이블에 관한 것이다.
광케이블은 광섬유를 케이블 내에 구비하여 광섬유를 통한 광신호의 교환이 가능하도록 하는 것으로서, 전력 또는 통신 등의 분야에서 널리 활용되고 있다. 뿐만 아니라, 광케이블은 광의 산란 특성에 기초하여 광케이블이 포설된 영역에서의 음향 내지 진동의 변화, 또는 온도의 변화 등을 감지하기 위한 센싱 수단으로도 활용될 수 있다.
광케이블이 센싱 수단으로 활용되는 경우, 센싱용 광케이블은 전력/통신선 또는 가스 파이프라인을 따라 포설될 수 있고, 전력/통신선 또는 가스 파이프라인에 외부 요인으로 인한 간섭(TPI, third party interference)이 발생하는 경우 센싱용 광케이블에 의해 TPI가 감지될 수 있다. 이와 같은 광케이블을 통한 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱은 센싱 대상의 일부분에 대해서만 센서가 배치되는 점 센서 개념의 센싱 방식 대비 TPI의 발생이 센싱되지 못하고 누락되는 비율을 현저하게 감소시킬 수 있다.
광케이블을 활용한 센싱에 관한 특허문헌으로서, 광섬유 음향센서에 관한 한국 등록특허공보 제10-1817295호, 및 상수도관 누수 및 파손 감시 시스템에 관한 한국 등록특허공보 제10-0803377호 등이 참조될 수 있다.
한편, 광케이블이 포설되는 센싱 대상의 주변에서 발생하는 이벤트를 보다 정밀하게 분석하여 TPI 센싱의 정확도를 향상시키기 위해서는, 광케이블을 활용하여 광케이블 주변의 음향 내지 진동 변화, 또는 온도 변화를 개별적으로 센싱하는 것보다는, 광케이블 주변의 다양한 변화들을 복합적으로 센싱하는 것이 요구될 수 있다.
또한, 일반적이지 않은 환경, 예를 들면 극저온이나 고온 환경에서도 광케이블을 통한 센싱이 수행 가능하도록 광케이블의 활용성을 향상시키기 위해서는, 센싱을 위한 광케이블의 구조를 개선하는 것이 요구될 수 있다.
특허문헌 1: 한국 등록특허공보 제10-1817295호 특허문헌 2: 한국 등록특허공보 제10-0803377호
본 발명으로부터 해결하고자 하는 기술적 과제는, 음향 내지 진동 변화 또는 온도 변화와 같은 광케이블 주변의 다양한 변화들에 대한 복합적인 센싱이 가능하도록 하고, 극저온이나 고온 환경에서도 광케이블을 통한 센싱이 가능하도록 하는 광케이블의 개선된 구조를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 중심 인장선; 레일레이 산란(Rayleigh scattering)을 활용하여 음향 변화를 센싱하기 위한 2심 이상의 싱글 모드 광섬유를 루즈 튜브(loose tube) 형태로 내장하는 음향 센싱 루즈 튜브; 라만 산란(Raman scattering)을 활용하여 온도 변화를 센싱하기 위한 2심 이상의 멀티 모드 광섬유를 루즈 튜브 형태로 내장하는 온도 센싱 루즈 튜브; 상기 중심 인장선, 상기 음향 센싱 루즈 튜브 및 상기 온도 센싱 루즈 튜브를 둘러싸는 내측 시스; 상기 내측 시스의 외측에 배치되는 철선 외장; 및 상기 철선 외장을 둘러싸는 외측 시스를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 상기 음향 센싱 루즈 튜브 및 온도 센싱 루즈 튜브가 각각 독립적으로 요변성(thixotropic) 충전재를 추가로 내장한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 상기 싱글 모드 광섬유의 코팅층의 적어도 일부 및 멀티 모드 광섬유의 코팅층이 각각 독립적으로 폴리이미드(polyimide)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 상기 광케이블의 동작 온도가 -180℃ 이상 내지 300℃ 이하이다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 상기 싱글 모드 광섬유의 코팅층의 두께 및 멀티 모드 광섬유의 코팅층의 두께는 각각 독립적으로 10㎛ 이상 내지 15㎛ 이하이다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 상기 싱글 모드 광섬유의 코팅층이 하나 이상의 층으로 구성된다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 상기 싱글 모드 광섬유가 G.652.D의 표준 규격을 만족한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 라만 산란은 1450㎚ 및 1650㎚의 파장에서 발생하고, 상기 멀티 모드 광섬유는 1450㎚, 1550㎚ 및 1650㎚의 파장에서 0.5dB/km 이하의 광손실 특성을 갖는다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 적어도 하나의 필러를 더 포함하고, 상기 내측 시스는 중심 인장선, 음향 센싱 루즈 튜브, 온도 센싱 루즈 튜브 및 적어도 하나의 필러를 둘러싼다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 단면의 지름이 15.8㎜ 이하이고, 길이당 질량은 460kg/km 이하이다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블은, 단면의 지름이 D인 경우, 최소 벤딩 반경(minimum bending radius)이 부하시에 30D이고 무부하시에 20D이다.
본 발명에 따른 광케이블은, 광케이블에 음향 변화를 센싱하기 위한 음향 센싱 루즈 튜브 및 온도 변화를 센싱하기 위한 온도 센싱 루즈 튜브가 모두 구비될 수 있으므로, 광케이블에 의해 음향 변화 및 온도 변화가 모두 센싱될 수 있어, TPI가 감지되는 정밀도가 향상될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광케이블은, 싱글 모드 광섬유의 코팅층 및 멀티 모드 광섬유의 코팅층의 구성 성분이 적절하게 설정될 수 있으므로, 극저온이나 고온 환경에서도 광케이블을 통한 센싱이 수행될 수 있다.
도 1은, 일부 실시예에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱이 수행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 일부 실시예에 따른 광케이블을 구성하는 요소들을 나타내는 광케이블의 단면도이다.
도 3은, 일부 실시예에 따른 광케이블의 규격을 설명하기 위한 표를 나타내는 도면이다.
도 4는, 일부 실시예에 따른 광케이블이 포설되는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 이하에서의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 개시에 따른 권리범위를 제한하거나 한정하기 위한 것은 아니다. 본 개시에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 개시에 따른 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시에 관한 기술 분야에서 널리 사용되는 일반적인 용어로 기재되었으나, 본 개시에서 사용되는 용어의 의미는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 새로운 기술의 출현, 심사기준 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 일부 용어는 출원인에 의해 임의로 선정될 수 있고, 이 경우 임의로 선정되는 용어의 의미가 상세하게 설명될 것이다. 본 개시에서 사용되는 용어는 단지 사전적 의미만이 아닌, 명세서의 전반적인 맥락을 반영하는 의미로 해석되어야 한다.
본 개시에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 와 같은 용어는 명세서에 기재되는 구성 요소들 또는 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 일부 구성 요소들 또는 단계들은 포함되지 않는 경우, 및 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함되는 경우 또한 해당 용어로부터 의도되는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 본 개시에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 대해서는 자세한 설명이 생략된다.
도 1은, 일부 실시예에 따른 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱이 수행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 광섬유 내부에서 발생하는 광 산란의 형태 및 이를 이용하여 음향 변화(진동 변화) 및 온도 변화를 감지하는 과정을 설명하기 위한 그래프(10)가 도시되어 있다. 그래프(10)에서, 가로축은 광의 파장(λ)을 나타낼 수 있고, 세로축은 광의 세기(intensity)를 나타낼 수 있다.
광섬유 내부에 일정한 파장의 펄스광이 주입되는 경우 광섬유 내부에서 펄스광의 산란이 발생할 수 있으며, 이와 같은 광섬유 내부에서의 광 산란은 레일레이 산란(Rayleigh scattering), 라만 산란(Raman scattering) 및 브릴루앙 산란(Brillouin scattering)과 같이 크게 3가지로 구분될 수 있다.
레일레이 산란의 경우, 광섬유 내부에 입사되는 입사광의 파장(λ0)과 동일한 파장에서 산란이 발생할 수 있다. 따라서 레일레이 산란의 경우 산란광의 파장은 입사광의 파장(λ0)과 동일할 수 있다. 레일레이 산란에서의 산란광의 세기는 주변 진동에 의해 변동할 수 있다.
즉, 센싱용 광케이블이 포설된 영역의 주변에서 진동 내지 음향이 발생하는 경우, 레일레이 산란의 산란광 세기가 변동할 수 있으므로, 레일레이 산란의 산란광 세기를 이용하여 주변에서 진동 내지 음향이 발생하는지 여부가 감지될 수 있다.
라만 산란의 경우, 광섬유 내부에 입사되는 입사광의 파장(λ0)과는 상이한 파장에서 산란이 발생할 수 있다. 그래프(10)를 참조하면, 입사광의 파장(λ0)에 대하여, 라만 스토크스(Raman Stokes) 대역 및 라만 안티 스토크스(Raman anti-Stokes) 대역에서 산란이 발생할 수 있다.
라만 산란이 발생하는 경우, 라만 안티 스토크스 대역의 산란광의 세기는 주변 온도(T)의 변화에 따라 함께 변화할 수 있다. 이와 달리, 라만 스토크스 대역의 산란광의 세기는 주변 온도(T)의 변화에 영향을 받지 않을 수 있다. 따라서, 안티 스토크스 대역의 산란광 세기 및 스토크스 대역의 산란광 세기를 비교함으로써 광케이블의 주변 온도(T)의 변화를 감지하는 것이 가능할 수 있다.
브릴루앙 산란의 경우, 주변 온도(T) 및 스트레인(ε) 변화에 의해 산란이 발생하는 파장 대역이 변화할 수 있다. 브릴루앙 산란은 주변 온도(T) 및 스트레인(ε)의 복합적인 작용으로 발생하므로, 브릴루앙 산란의 정확한 분석을 위해서는 신호의 분리 해석이 요구될 수 있다.
도 2는, 일부 실시예에 따른 광케이블을 구성하는 요소들을 나타내는 광케이블의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 광케이블(100)은 중심 인장선(110), 음향 센싱 루즈 튜브(120), 온도 센싱 루즈 튜브(130), 내측 시스(140), 철선 외장(150) 및 외측 시스(160)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 광케이블(100)에는 도 2에 도시된 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있다. 예를 들면, 광케이블(100)은 적어도 하나의 필러(170), 흡습사(180), 내측 래핑 테이프(191) 및 외측 래핑 테이프(192) 등을 더 포함할 수도 있다.
중심 인장선(internal strength member)(110)은 광케이블(100)의 단면에서 중심부에 위치할 수 있다. 중심 인장선(110)은 광케이블(100)에 강도를 부여하기 위한 구성일 수 있고, 중심 인장선(110)에 의해 광케이블(100)이 적절한 형체를 유지할 수 있다.
음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130)는 중심 인장선(110)과 함께 내측 시스(sheath)(140)에 의해 둘러싸일 수 있다. 음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130)는 루즈 튜브(loose tube) 내지 루즈 버퍼 튜브(loose buffer tube)의 형태를 가질 수 있다.
루즈 튜브 내지 루즈 버퍼 튜브는 타이트 버퍼(tight buffer) 형태와는 달리, 버퍼 내부에서 광섬유의 일부 이동이 가능한 형태일 수 있다. 루즈 튜브 형태에 의하면, 내부 광섬유들을 스트레치(stretch)하거나 수축하게 하지 않으면서도 광케이블(100)이 스트레치하거나 수축할 수 있다.
광케이블(100)은 센싱하고자 하는 대상에 따라 다양한 구조로 구현될 수 있다. 브릴루앙 산란을 활용하여 스트레인을 감지하고자 하는 경우가 아닌, 온도 및 음향을 감지하기 위한 경우에는, 루즈 튜브의 형태 및 철선 외장(150)을 갖는 구조로 광케이블(100)을 구현하는 것이 광케이블(100)의 센싱 민감도를 보다 우수하게 확보하면서도 기계적 강도의 측면에서 강건함을 유지할 수 있다.
음향 센싱 루즈 튜브(120)는 2심 이상의 싱글 모드 광섬유(121) 및 요변성(thixotropic) 충전재(122)를 루즈 튜브(loose tube) 형태로 내장할 수 있다. 2심 이상의 싱글 모드 광섬유(121)가 음향 센싱 루즈 튜브(120)의 중심부에 위치할 수 있고, 요변성 충전재(122)에 의해 음향 센싱 루즈 튜브(120)의 잔여 공간이 채워질 수 있다. 따라서, 타이트 버퍼 방식과는 달리, 2심 이상의 싱글 모드 광섬유(121)는 음향 센싱 루즈 튜브(120)의 내부에서 일부 위치 이동이 가능할 수 있다.
싱글 모드 광섬유(121)는 음향 센싱 루즈 튜브(120) 내부에 2심으로 또는 그 이상으로 구비될 수 있다. 싱글 모드 광섬유(121)는 레일레이 산란을 활용하여 음향 변화를 센싱하기 위한 것으로서, 싱글 모드(single mode)로 형성되는 광섬유일 수 있다. 싱글 모드로 형성되는 광섬유는 광섬유 내부를 진행하는 광이 단일 모드만을 갖도록 코어(core) 및 클래딩(cladding)의 상대적인 크기가 정해지는 광섬유를 의미할 수 있다. 멀티 모드로 형성되는 광섬유 대비, 싱글 모드로 형성되는 광섬유는 코어의 지름이 작게 형성될 수 있다.
싱글 모드 광섬유(121)는 G.652.D의 표준 규격을 만족할 수 있다. 싱글 모드 광섬유(121)에서는 1550㎚의 파장을 갖는 광의 레일레이 산란이 발생할 수 있다. 즉, 싱글 모드 광섬유(121)는 1550㎚의 파장을 이용하므로, 1550㎚의 파장에서의 광손실 특성 관리가 요구될 수 있다. 싱글 모드 광섬유(121)의 1550㎚의 파장에서의 광손실 특성 관리는 일반 통신용 관리를 통해 충분히 달성될 수 있다. 따라서, 싱글 모드 광섬유(121)가 G.652.D의 표준 규격을 만족하는 경우 싱글 모드 광섬유(121)의 광손실 특성 요건이 만족될 수 있다.
요변성 충전재(122)는 시간, 압력 등의 요인에 의해 점성이 변화하는 특성을 갖는 레진 등의 충전재를 의미할 수 있다. 싱글 모드 광섬유(121) 및 음향 센싱 루즈 튜브(120) 사이의 공간에 요변성 충전재(122)가 충전되어 있는 경우 루즈 버퍼 튜브의 특성이 발현될 수 있고, 그에 따라 음향 변화 및 온도 변화에 대한 높은 민감도가 달성될 수 있다. 온도 센싱 루즈 튜브(130)에 포함되는 요변성 충전재(132) 또한 요변성 충전재(122)와 동일한 특성을 가질 수 있다.
온도 센싱 루즈 튜브(130)는 2심 이상의 멀티 모드 광섬유(131) 및 요변성 충전재(132)를 루즈 튜브 형태로 내장할 수 있다. 2심 이상의 멀티 모드 광섬유(131)가 온도 센싱 루즈 튜브(130)의 중심부에 위치할 수 있고, 요변성 충전재(132)에 의해 온도 센싱 루즈 튜브(130)의 잔여 공간이 채워질 수 있다. 따라서, 타이트 버퍼 방식과는 달리, 2심 이상의 멀티 모드 광섬유(131)는 온도 센싱 루즈 튜브(130)의 내부에서 일부 위치 이동이 가능할 수 있다.
멀티 모드 광섬유(131)는 온도 센싱 루즈 튜브(130) 내부에 2심으로 또는 그 이상으로 구비될 수 있다. 멀티 모드 광섬유(131)는 라만 산란을 활용하여 온도 변화를 센싱하기 위한 것으로서, 멀티 모드(multimode)로 형성되는 광섬유일 수 있다. 멀티 모드로 형성되는 광섬유는 광섬유 내부를 진행하는 광이 복수의 모드들을 가질 수 있도록 코어 및 클래딩의 상대적인 크기가 정해지는 광섬유를 의미할 수 있다. 싱글 모드로 형성되는 광섬유 대비, 멀티 모드로 형성되는 광섬유는 코어의 지름이 크게 형성될 수 있다.
멀티 모드 광섬유(131)의 라만 산란은 1550㎚ 파장의 입사광에 대하여, 1450㎚의 안티 스토크스 대역 및 1650㎚의 스토크스 대역에서 발생할 수 있다. 즉, 멀티 모드 광섬유(131)는 1450㎚, 1550㎚ 및 1650㎚의 파장을 이용하므로, 1450㎚, 1550㎚ 및 1650㎚의 파장에서의 광손실 특성 관리가 요구될 수 있다.
멀티 모드 광섬유(131)는 1450㎚, 1550㎚ 및 1650㎚의 파장에서 0.5dB/km 이하의 광손실 특성을 가질 수 있다. 이와 같은 수치의 광손실 특성에 의하면 광케이블(100)이 넓은 영역에 걸쳐 포설되더라도, 1450㎚ 및 1650㎚에서 발생하는 라만 산란이 먼 거리에서도 측정될 수 있으므로, 광케이블(100) 주변의 온도 변화를 센싱하는 성능이 개선될 수 있다.
광케이블(100)에는 적어도 하나의 필러(170)가 더 포함될 수 있다. 예를 들면, 광케이블(100)에는 4개의 필러들이 더 포함될 수 있다. 4개의 필러들, 음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130)는 중심 인장선(110)의 외주를 따라 배열될 수 있고, 이들은 다시 내측 시스(140)에 의해 포장될 수 있다. 광케이블(100)에 적어도 하나의 필러(170)가 더 포함되는 경우, 광케이블(100)이 보다 견고하게 형성될 수 있고, 광케이블(100)의 형태가 보다 잘 유지될 수 있다.
광케이블(100)에는 흡습사(180)가 더 포함될 수 있다. 흡습사(180)는 내측 시스(140) 내부에서 중심 인장선(110), 온도 센싱 루즈 튜브(130) 및 필러(170) 사이의 공간에 배치될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 흡습사(180)는 내측 시스(140) 내부의 임의의 적절한 공간에 위치할 수 있다.
내측 시스(140)는 중심 인장선(110), 음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130)를 둘러쌀 수 있다. 내측 시스(140)에 의해 둘러싸이기에 앞서, 중심 인장선(110), 음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130)는 내측 래핑 테이프(191)에 의해 고정될 수 있다.
철선 외장(150)은 내측 시스(140)의 외측에 배치될 수 있다. 철선 외장(150)은 복수의 철선들로 구성될 수 있고, 복수의 철선들은 내측 시스(140)의 둘레를 따라 배열될 수 있다.
외측 시스(160)는 철선 외장(150)을 둘러쌀 수 있다. 이와 같은 광케이블(100)의 복층 구조에 의하면, 내측 시스(140) 및 외측 시스(160) 사이에 철선 외장(150)이 배치될 수 있다. 철선 외장(150)이 외측 시스(160)로 둘러싸이기 전에, 철선 외장(150)은 외측 래핑 테이프(192)에 의해 고정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130)는 음향 변화 및 온도 변화를 센싱하는 민감도를 높이기 위해 루즈 튜브의 형태로 형성될 수 있다. 광케이블(100)에는 내측 시스(140) 및 외측 시스(160) 사이에 철선 외장(150)이 구비될 수 있으므로, 루즈 튜브의 형태가 채용됨에도 불구하고 광케이블(100)이 높은 기계적 강도를 가질 수 있다.
광케이블(100)은 음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130) 중 어느 하나만을 포함하는 것이 아닌, 음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130)를 모두 포함할 수 있다. 따라서, 광케이블(100)만에 의해서도 광케이블(100) 근방의 음향 변화(진동 변화) 및 온도 변화가 모두 센싱될 수 있다. 따라서, 광케이블(100) 근방에서의 복합적인 상태 변화가 함께 고려될 수 있으므로, TPI와 같은 이벤트가 발생하는 것이 보다 정확하게 감지될 수 있다.
한편, 싱글 모드 광섬유(121)의 코팅층의 적어도 일부 및 멀티 모드 광섬유(131)의 코팅층은 폴리이미드(polyimide)를 포함항 수 있고, 이 경우 상기 광케이블(100)의 동작 온도는 -180℃ 이상 내지 300℃ 이하일 수 있다. 또는, 광케이블(100)이 동작 가능한 온도 범위는 -180℃ 이상 내지 -60℃ 이하일 수 있다. 또는, 광케이블(100)이 동작 가능한 온도 범위는 85℃ 이상 내지 300℃ 이하일 수 있다.
광섬유는 일반적으로 코어 및 클래드를 둘러싸는 코팅층을 가질 수 있다. 광섬유의 코팅층이 어떠한 물질로 구성되는지에 따라 광섬유가 정상적으로 동작 가능한 온도 범위가 변경될 수 있으므로, 광케이블(100)의 동작 온도를 원하는 범위로 설정하기 위하여, 싱글 모드 광섬유(121)의 코팅층 및 멀티 모드 광섬유(131)의 코팅층의 구성 성분이 변경될 수 있다.
싱글 모드 광섬유(121)의 코팅층 및 멀티 모드 광섬유(131)의 코팅층의 구성 성분으로는 폴리이미드가 활용될 수 있다. 폴리이미드는 기존의 광섬유에서 일반적으로 사용되는 아크릴레이트(acrylate) 및 실리콘과 같은 다른 레진 대비 우수한 온도 특성을 가질 수 있다. 즉, -60℃ 이상 내지 85℃ 이하의 일반적인 온도 환경을 벗어나더라도, 폴리이미드가 코팅층으로 구성되는 경우에는 광섬유의 광손실 현상이 방지될 수 있다.
또한, 사용환경 및 요구에 따라, 싱글 모드 광섬유(121)의 코팅층 및 멀티 모드 광섬유(131)의 코팅층에는 폴리이미드 및 폴리이미드 이외의 다른 레진이 적용된 복수의 코팅층을 갖는 구조도 구현될 수 있다.
싱글 모드 광섬유(121)의 코팅층 및 멀티 모드 광섬유(131)의 코팅층은 다양한 두께로 형성될 수 있다. 싱글 모드 광섬유(121)의 코팅층 및 멀티 모드 광섬유(131)의 코팅층의 두께는 광케이블(100)의 구조 및 사양이 변경되는 경우 그에 따라 수치가 일부 조정될 수 있다. 예를 들면, 싱글 모드 광섬유(121)의 코팅층 및 멀티 모드 광섬유(131)의 코팅층의 두께는 각각 독립적으로 5㎛ 이상 내지 30㎛ 이하일 수 있다. 또는, 싱글 모드 광섬유(121)의 코팅층 및 멀티 모드 광섬유(131)의 코팅층의 두께는 각각 독립적으로 10㎛ 이상 내지 15㎛ 이하일 수 있다.
도 3은, 일부 실시예에 따른 광케이블의 규격을 설명하기 위한 표를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 광케이블(100)의 구조 및 구체적인 수치들을 나타내는 표(30)가 도시되어 있다. 표(30)를 참조하면, 광케이블(100)에 포함되는 광섬유들의 개수, 광케이블(100)의 지름, 길이당 무게 및 최소 벤딩 반경(minimum bending radius) 등이 확인될 수 있다.
표(30)를 참조하면, 광케이블(100)의 각각의 튜브에, 즉 음향 센싱 루즈 튜브(120) 및 온도 센싱 루즈 튜브(130) 각각에는 2심의 싱글 모드 광섬유(121) 및 2심의 멀티 모드 광섬유(131)가 포함될 수 있다. 다만 전술한 바와 같이, 싱글 모드 광섬유(121) 및 멀티 모드 광섬유(131)가 2심으로 구비되는 것은 예시일 뿐, 싱글 모드 광섬유(121) 및 멀티 모드 광섬유(131) 중 적어도 하나가 3심 이상으로 구비될 수도 있다.
표(30)를 참조하면, 광케이블(100)의 크기에 관한 수치로서, 공칭 케이블 지름(nominal cable diameter) 및 길이당 무게가 도시되어 있다. 예시적인 수치로서, 광케이블(100)의 단면의 지름은 15.8㎜ 이하일 수 있고, 광케이블(100)의 길이당 질량은 460kg/km 이하일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 광케이블(100)의 구조 또는 성분의 변경에 따라 광케이블(100)의 크기에 관한 수치에 일부 변동이 있을 수 있다.
표(30)를 참조하면, 광케이블(100)의 최소 벤딩 반경(minimum bending radius)에 관한 수치가 도시되어 있다. 최소 벤딩 반경은 광케이블(100)에 손상을 주지 않으면서 광케이블(100)을 구부릴 수 있는 최소한의 곡률 반경을 의미할 수 있다. 예를 들면, 광케이블(100)의 단면의 지름이 D인 경우, 광케이블(100)의 최소 벤딩 반경은 부하시에 30D이고 무부하시에 20D일 수 있다. 마찬가지로, 광케이블(100)의 최소 벤딩 반경 또한 광케이블(100)의 구조 또는 성분의 변경에 따라 그 수치에 일부 변동이 있을 수 있다.
도 4는, 일부 실시예에 따른 광케이블이 포설되는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 가스 파이프라인 센싱(41)의 경우 광케이블(100)이 포설되는 형태 및 전력/통신선 센싱(42)의 경우 광케이블(100)이 포설되는 형태가 도시되어 있다.
가스 파이프라인 센싱(41)의 경우, 지하 또는 해저에 매설되어 있는 가스 파이프라인의 상측에 광케이블(100)이 포설될 수 있다. 이와 같은 형태로 광케이블(100)이 포설되는 경우 가스 파이프라인으로부터 누설이 발생하거나, TPI가 발생하는 등의 이벤트 발생시에 광케이블(100)이 음향 변화(진동 변화) 및 온도 변화를 센싱하는 것이 보다 용이해질 수 있다.
전력/통신선 센싱(42)의 경우, 지하 또는 해저에 매설되어 있는 전력/통신선의 근방에 광케이블(100)이 포설될 수 있다. 전력/통신선 센싱(42)의 경우에는 광케이블(100)이 전력/통신선과 분리된 형태로 포설되는 분리형 및 광케이블(100)이 전력/통신선과 바인딩(binding)된 형태로 포설되는 결합형이 모두 가능할 수 있다.
이상에서 본 개시의 실시예들이 상세하게 설명되었으나 본 개시에 따른 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에 기재되어 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시에 따른 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 광케이블 110: 중심 인장선
120: 음향 센싱 루즈 튜브 121: 싱글 모드 광섬유
122: 요변성 충전재 130: 온도 센싱 루즈 튜브
131: 멀티 모드 광섬유 132: 요변성 충전재
140: 내측 시스 150: 철선 외장
160: 외측 시스 170: 적어도 하나의 필러
180: 흡습사 191: 내측 래핑 테이프
192: 외측 래핑 테이프

Claims (11)

  1. 분산 음향 센싱 및 분산 온도 센싱을 위한 광케이블에 있어서,
    중심 인장선;
    레일레이 산란(Rayleigh scattering)을 활용하여 음향 변화를 센싱하기 위한 2심 이상의 싱글 모드 광섬유를 루즈 튜브(loose tube) 형태로 내장하는 음향 센싱 루즈 튜브;
    라만 산란(Raman scattering)을 활용하여 온도 변화를 센싱하기 위한 2심 이상의 멀티 모드 광섬유를 루즈 튜브 형태로 내장하는 온도 센싱 루즈 튜브;
    상기 중심 인장선, 상기 음향 센싱 루즈 튜브 및 상기 온도 센싱 루즈 튜브를 둘러싸는 내측 시스;
    상기 내측 시스의 외측에 배치되는 철선 외장; 및
    상기 철선 외장을 둘러싸는 외측 시스를 포함하는, 광케이블.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 센싱 루즈 튜브 및 온도 센싱 루즈 튜브는 각각 독립적으로 요변성(thixotropic) 충전재를 추가로 내장하는, 광케이블.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱글 모드 광섬유의 코팅층의 적어도 일부 및 멀티 모드 광섬유의 코팅층은 각각 독립적으로 폴리이미드(polyimide)를 포함하는, 광케이블.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광케이블의 동작 온도는 -180℃ 이상 내지 300℃ 이하인, 광케이블.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 싱글 모드 광섬유의 코팅층의 두께 및 멀티 모드 광섬유의 코팅층의 두께는 각각 독립적으로 10㎛ 이상 내지 15㎛ 이하인, 광케이블.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱글 모드 광섬유의 코팅층은 하나 이상의 층으로 구성되는, 광케이블.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱글 모드 광섬유는 G.652.D의 표준 규격을 만족하는, 광케이블.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 라만 산란은 1450㎚ 및 1650㎚의 파장에서 발생하고,
    상기 멀티 모드 광섬유는 1450㎚, 1550㎚ 및 1650㎚의 파장에서 0.5dB/km 이하의 광손실 특성을 갖는, 광케이블.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광케이블은 적어도 하나의 필러를 더 포함하고,
    상기 내측 시스는 상기 중심 인장선, 상기 음향 센싱 루즈 튜브, 상기 온도 센싱 루즈 튜브 및 상기 적어도 하나의 필러를 둘러싸는, 광케이블.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광케이블의 단면의 지름은 15.8㎜ 이하이고,
    상기 광케이블의 길이당 질량은 460 kg/km 이하인, 광케이블.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광케이블의 단면의 지름이 D인 경우, 상기 광케이블의 최소 벤딩 반경(minimum bending radius)은 부하시에 30D이고 무부하시에 20D인, 광케이블.
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