KR20220060308A - optical fiber sensing apparatus using pulse light and sensing method thereof - Google Patents

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KR20220060308A
KR20220060308A KR1020200146168A KR20200146168A KR20220060308A KR 20220060308 A KR20220060308 A KR 20220060308A KR 1020200146168 A KR1020200146168 A KR 1020200146168A KR 20200146168 A KR20200146168 A KR 20200146168A KR 20220060308 A KR20220060308 A KR 20220060308A
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김명진
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김효종
이주영
최영국
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Abstract

The present invention relates to an optical fiber grating sensing apparatus using tunable pulsed light and a sensing method thereof. The sensing apparatus comprises: a tunable pulsed light generator for outputting pulsed light having a tunable wavelength; an optical circulator which transmits the pulsed light input through an input terminal to an output terminal and outputs sensing light reversely input from the output terminal through a detection terminal; sensing optical fibers having one end connected to the output terminal of the optical circulator, and a plurality of unit gratings formed at equal intervals to be spaced apart from each other in a length direction of the optical fiber; a sensing light detector for detecting the sensing light output from the detection terminal; and a measurer which controls the tunable pulsed light generator so that the wavelength of the pulsed light output from the tunable pulsed light generator is varied, and measures the physical quantity of an object to be measured for each installation position of the unit grating from a signal output from the sensing light detector. The unit grating applies a reflectance of 0.5/100 to 3/100 of light of a wavelength corresponding to a reflection condition with respect to incident light. The optical fiber grating sensing apparatus using tunable pulsed light and the sensing method thereof can support the measurement of a target physical quantity while further expanding the number of gratings which can be applied to the optical fiber acceptably, thereby expanding the number of measurement points.

Description

파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치 및 그 센싱 방법{optical fiber sensing apparatus using pulse light and sensing method thereof} Optical fiber grating sensing apparatus using pulse light and sensing method thereof

본 발명은 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치 및 그 센싱 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 직렬상으로 배치 가능한 격자수를 확장할 수 있도록 된 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치 및 그 센싱 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber grating sensing device and a sensing method using tunable pulsed light, and more particularly, to an optical fiber grating sensing device using tunable pulsed light to expand the number of grids that can be arranged in series, and sensing the same. it's about how

광섬유격자는 온도 또는 스트레인(Strain)의 크기가 변화되면 광섬유격자로부터 반사되는 광신호의 파장이 변화한다. 따라서, 광섬유격자로부터 반사된 광의 파장변화를 측정하여 그 파장의 변화량으로부터 어떤 크기의 외부 온도, 스트레인, 압력 등의 물리량이 가해졌는지를 측정하는 데 이용할 수 있다.In the optical fiber grating, when the temperature or the size of strain is changed, the wavelength of the optical signal reflected from the optical fiber grating changes. Therefore, it is possible to measure the wavelength change of the light reflected from the optical fiber grating and use it to measure what size physical quantity such as external temperature, strain, and pressure is applied from the change in wavelength.

이러한 광섬유격자를 이용한 온도, 스트레인과 같은 물리량을 측정하는 장치는 국내 등록특허 제10-1203700호 등 다양하게 게시되어 있다.Devices for measuring physical quantities such as temperature and strain using such an optical fiber grating have been published in various ways, such as Korean Patent Registration No. 10-1203700.

그런데, 종래의 광섬유격자를 적용한 측정장치는 대부분 광섬유 격자로부터 반사된 파장의 변화를 검출하기 위해 광대역 광원과 스펙트로미터와 같은 고가의 장비를 적용하여야 하는 단점이 있다.However, most conventional measuring devices to which an optical fiber grating is applied have disadvantages in that expensive equipment such as a broadband light source and a spectrometer must be applied to detect a change in wavelength reflected from the optical fiber grating.

또한, 광대역 광원 또는 파장의 조정이 가능한 튜너블 레이저의 파장범위가 최대 100nm 정도인 것을 감안할 때 광섬유에 직렬상으로 상호 이격되게 어레이되는 격자의 허용가능 개수는 격자당 3~5nm의 파장을 할당할 경우 20 내지 30수준으로 제한되는 단점이 있다. In addition, considering that the wavelength range of a broadband light source or a tunable laser with adjustable wavelength is about 100 nm, the allowable number of gratings arranged to be spaced apart from each other in series on the optical fiber is 3 to 5 nm wavelength per grating. There is a disadvantage that the case is limited to 20 to 30 levels.

따라서, 광섬유에 허용가능하게 적용할 수 있는 격자의 수를 더욱 확장하면서도 목표하는 물리량의 측정을 지원할 수 있는 구조가 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a structure capable of supporting the measurement of a target physical quantity while further expanding the number of gratings that can be permissibly applied to an optical fiber.

본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 광섬유에 허용가능하게 적용할 수 있는 격자의 수를 더욱 확장하면서도 목표하는 물리량의 측정을 지원할 수 있는 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치 및 그 센싱 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above requirements, and optical fiber grating sensing using tunable pulsed light that can support the measurement of a target physical quantity while further expanding the number of gratings that can be permissibly applied to an optical fiber An object of the present invention is to provide an apparatus and a sensing method thereof.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치는 제어신호에 따라 파장이 가변되는 펄스광을 출력하는 파장가변 펄스광생성부와; 상기 파장가변 펄스광생성부에서 출력되어 입력단으로 입력되는 펄스광을 출력단에 전송하고, 상기 출력단에서 역으로 입력되는 센싱광을 검출단을 통해 출력하는 광써큘레이터와; 상기 광써큘레이터의 출력단에 일단이 접속되며 중심 반사파장이 동일하게 형성된 단위 격자가 광섬유의 길이방향을 따라 측정포인트 간격으로 상호 이격되게 다수 형성된 센싱광섬유와; 상기 검출단에서 출력되는 센싱광을 검출하는 센싱광 검출부와; 상기 파장가변 펄스광 생성부에서 출력되는 펄스광의 파장이 가변되게 상기 파장가변 펄스광 생성부를 제어하고, 상기 센싱광 검출부에서 출력되는 신호로부터 상기 단위격자의 설치 위치별 측정대상 물리량을 측정하는 측정부;를 구비하고, 상기 단위 격자는 입사된 광에 대해 반사조건에 해당하는 파장의 광의 반사율이 0.5/100 내지 3/100인 것을 적용한다.In order to achieve the above object, an optical fiber grating sensing device using tunable pulsed light according to the present invention comprises: a tunable pulsed light generator for outputting pulsed light whose wavelength is variable according to a control signal; an optical circulator for transmitting the pulsed light output from the tunable pulse light generator and inputted to an input terminal to an output terminal, and outputting sensing light reversely input from the output terminal through a detection terminal; a sensing optical fiber having one end connected to the output end of the optical circulator and having a unit grid having the same central reflection wavelength formed to be spaced apart from each other at intervals of measurement points along the length direction of the optical fiber; a sensing light detection unit detecting the sensing light output from the detection stage; A measuring unit for controlling the tunable pulsed light generating unit so that the wavelength of the pulsed light output from the tunable pulsed light generating unit is variable, and measuring a physical quantity to be measured for each installation position of the unit grid from a signal output from the sensing light detecting unit ; and, the unit grid has a reflectance of 0.5/100 to 3/100 of light having a wavelength corresponding to the reflection condition with respect to the incident light.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 센싱광섬유에 직렬상으로 형성된 상기 단위 격자의 개수는 30 내지 200개가 적용된다.According to one aspect of the present invention, the number of the unit grids formed in series on the sensing optical fiber is 30 to 200 are applied.

또한, 상기 파장가변 펄스광생성부는 상기 측정부로부터의 구동전류의 조정에 의해 출력광의 파장이 가변되는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원에서 출력되는 광을 증폭하고 펄스형태로 출력하는 반도체 광증폭기(SOA)로 구축될 수 있다.In addition, the wavelength tunable pulse light generator includes: a laser light source whose wavelength of output light is variable by adjustment of a driving current from the measuring unit; It may be constructed as a semiconductor optical amplifier (SOA) amplifying the light output from the laser light source and outputting it in the form of a pulse.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치의 센싱방법은 가. 상기 파장가변 펄스광생성부에서 설정된 파장의 펄스광이 반복적으로 출력되게 제어하고 펄스광 출력횟수를 카운팅 하는 단계와; 나. 상기 가 단계를 카운팅된 출력횟수가 목표 반복횟수에 도달하였는지를 판단하는 단계와; 다. 상기 나 단계에서 목표 횟수에 도달한 것으로 판단되면 현재 파장이 설정된 최종 이동파장인지를 판단하는 단계와; 라. 상기 다단계에서 최종 이동파장이 아닌것으로 판단되면 펄스광의 파장이 설정된 이동 패턴에 따라 이동되게 설정하고 상기 가 단계로 복귀하는 단계;를 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, the sensing method of the optical fiber grating sensing device using the tunable pulsed light according to the present invention is a. controlling the pulsed light having a set wavelength to be repeatedly output by the variable-wavelength pulsed light generator and counting the number of pulsed light output; me. determining whether the number of output times counted in step A has reached a target number of repetitions; all. determining whether the current wavelength is a set final moving wavelength when it is determined that the target number has been reached in step B; la. and setting the wavelength of the pulsed light to be moved according to the set movement pattern when it is determined that the wavelength is not the final movement wavelength in the multi-step, and returning to step (a).

본 발명에 따른 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치 및 그 센싱 방법에 의하면, 광섬유에 허용가능하게 적용할 수 있는 격자의 수를 더욱 확장하면서도 목표하는 물리량의 측정을 지원할 수 있어 측정 포인트 개수를 확장할 수 있는 장점을 제공한다. According to the optical fiber grating sensing device and the sensing method using tunable pulsed light according to the present invention, it is possible to support the measurement of a target physical quantity while further expanding the number of gratings that can be permissibly applied to the optical fiber, thereby reducing the number of measurement points. It has the advantage of being extensible.

도 1은 본 발명에 따른 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 센싱광섬유에 형성된 단위격자들로부터 반사되는 신호의 예를 파장별로 비교해 나타내 보인 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 센싱과정을 나타내 보인 플로우도이다.1 is a view showing an optical fiber grating sensing device using tunable pulsed light according to the present invention;
FIG. 2 is a view showing examples of signals reflected from unit grids formed in the sensing optical fiber of FIG. 1 by wavelength compared to each other;
3 is a flowchart illustrating a sensing process according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치 및 그 센싱 방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, an optical fiber grating sensing device and a sensing method using tunable pulsed light according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치를 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing an optical fiber grating sensing device using tunable pulsed light according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치(100)는 파장가변 펄스광생성부(110), 광분배기(130), 광써큘레이터(140), 센싱광섬유(150), 센싱광 검출부(170), 기준광검출부(175), 측정부(180)를 구비한다.1, an optical fiber grating sensing device 100 using a tunable pulsed light according to the present invention includes a tunable pulsed light generator 110, an optical splitter 130, an optical circulator 140, and a sensing optical fiber ( 150 ), a sensing light detection unit 170 , a reference light detection unit 175 , and a measurement unit 180 .

파장가변 펄스광생성부(110)는 측정부(180)의 제어신호에 따라 파장이 가변되는 펄스광을 출력한다.The tunable pulsed light generator 110 outputs pulsed light whose wavelength is variable according to the control signal of the measurement unit 180 .

파장가변 펄스광생성부(110)는 레이저 광원(111)과, 반도체 광증폭기(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)(115)를 구비한다.The tunable pulsed light generator 110 includes a laser light source 111 and a semiconductor optical amplifier (SOA) 115 .

레이저 광원(111)은 측정부(180)로부터의 구동전류의 조정에 의해 출력광의 파장이 가변되는 레이저광을 출사하는 것이 적용된다.The laser light source 111 emits laser light whose wavelength is variable by adjusting the driving current from the measuring unit 180 .

반도체 광증폭기(SOA)(115)는 레이저 광원(111)에서 출력되는 광을 증폭하고 펄스형태로 출력한다.The semiconductor optical amplifier (SOA) 115 amplifies the light output from the laser light source 111 and outputs it in the form of a pulse.

도시된 예와 다르게 반도체 광증폭기(115)는 생략되고 공급전류를 가변하면 파장이 가변되는 레이저 광원(111)만 온/오프 제어하면서 펄스광이 출력되게 구축될 수 있음은 물론이다.Unlike the illustrated example, if the semiconductor optical amplifier 115 is omitted and the supply current is varied, only the laser light source 111 having a variable wavelength can be configured to output pulsed light while controlling ON/OFF.

광분배기(130)는 반도체 광증폭기(SOA)(115)를 통해 출력되는 펄스광을 광써큘레이터(140)로 이어지는 제1채널(131)과 기준광검출부(132)로 이어지는 제2채널(132)로 분배하여 출력한다. 광분배기(130)는 출력광의 90%를 제1채널(131)로 출력하고, 나머지 10%를 제2채널(132)로 출력하도록 구축될 수 있고, 광파워의 분배 비율은 예시된 비율과 다르게 적용할 수 있음은 물론이다.The optical splitter 130 transmits the pulsed light output through the semiconductor optical amplifier (SOA) 115 to the first channel 131 leading to the optical circulator 140 and the second channel 132 leading to the reference optical detector 132 . distributed and output. The optical splitter 130 may be constructed to output 90% of the output light to the first channel 131 and output the remaining 10% to the second channel 132, and the optical power distribution ratio is different from the illustrated ratio. Of course, it can be applied.

광써큘레이터(140)는 파장가변 펄스광생성부(110)에서 출력되어 광분배기(130)를 거쳐 입력단(140a)으로 입력되는 펄스광을 출력단(140b)에 전송하고, 출력단(140b)에서 역으로 입력되는 센싱광을 검출단(140c)을 통해 출력한다.The optical circulator 140 transmits the pulsed light output from the tunable pulse light generator 110 and input to the input terminal 140a through the optical splitter 130 to the output terminal 140b, and is reversed at the output terminal 140b. The sensing light input to the signal is output through the detection terminal 140c.

센싱광섬유(150)는 광써큘레이터(140)의 출력단(140b))에 일단이 접속되며 중심 반사파장이 동일하게 형성된 단위 격자(160)가 광섬유의 길이방향을 따라 측정 포인트 간격으로 상호 이격되게 다수 형성되어 있다. 여기서, 단위 격자(160)는 센싱광섬유(150) 상에 측정대상 물리량을 측정하기 위한 측정포인트에 형성된 것으로서 굴절율이 다르게 형성된 부분이 설정된 중심반사파장에 대응되게 동일 피치로 형성된 것을 말한다. 또한, 센싱광섬유(150)에 측정포인트마다 각각 이격되게 형성된 단위 격자(160)는 각각 동일 피치로 형성되어 동일 조건의 외부 물리량에 대한 반사 중심파장이 동일하다. The sensing optical fiber 150 has one end connected to the output terminal 140b) of the optical circulator 140, and a plurality of unit grids 160 having the same central reflection wavelength are spaced apart from each other at intervals of measurement points along the length direction of the optical fiber. is formed Here, the unit grid 160 is formed at the measurement point for measuring the physical quantity to be measured on the sensing optical fiber 150, and refers to that portions formed with different refractive indices are formed at the same pitch to correspond to the set central reflection wavelength. In addition, the unit grids 160 formed to be spaced apart from each other at each measurement point in the sensing optical fiber 150 are formed at the same pitch, respectively, so that the reflection center wavelength for an external physical quantity under the same condition is the same.

바람직하게는 센싱광섬유(150)에 직렬상으로 형성된 단위 격자의 개수는 30 내지 200개가 적용된다. 도시된 예에서는 단위 격자(160)들은 센싱광섬유(150)에 100개가 형성되어 있고, 단위 격자(150)들 사이의 간격은 1미터가 적용될 수 있다. 단위 격자(150)들 사이의 간격은 동일하거나, 측정환경에 따라 측정포인트 사이들 마다 다르게 적용할 수 있음은 물론이다. Preferably, the number of unit grids formed in series on the sensing optical fiber 150 is 30 to 200 units. In the illustrated example, 100 unit grids 160 are formed in the sensing optical fiber 150 , and an interval between the unit grids 150 may be 1 meter. Of course, the spacing between the unit grids 150 may be the same or may be applied differently for each measurement point according to the measurement environment.

센싱 광섬유(150)에 형성된 단위격자(160)들에 대해 광이 전송되는 방향을 따르는 순번에 따라 FBG1부터 FBG100까지 명명하였다. The unit grids 160 formed in the sensing optical fiber 150 were named FBG1 to FBG100 according to the order along the direction in which the light is transmitted.

또한, 센싱 광섬유(150)에 형성되는 단위격자(160)는 직렬상으로 어레이된 단위 격자(160)들 중 최종단에 위치한 단위 격자(170)까지도 광이 도달될 수 있게 입사된 광에 대해 반사조건에 해당하는 파장의 광의 반사율이 0.5/100 내지 3/100인 것을 적용한다. 즉, 단위 격자(160)는 반사조건에 해당하는 파장의 광의 입사량이 100이라고 할 때 0.3 내지 3의 광은 반사하고, 나머지 광은 투과시키도록 구축된 것을 적용한다. 이러한 단위 격자(160)의 반사 비율은 격자 제조시 노광되는 광의 세기를 조정하여 제조하면 된다.In addition, the unit grid 160 formed in the sensing optical fiber 150 reflects the incident light so that the light can reach even the unit grid 170 located at the last end among the unit grids 160 arranged in series. It is applied that the reflectance of light of the wavelength corresponding to the condition is 0.5/100 to 3/100. That is, when the incident amount of light having a wavelength corresponding to the reflection condition is 100, the unit grid 160 reflects light of 0.3 to 3 and transmits the remaining light is applied. The reflection ratio of the unit grating 160 may be manufactured by adjusting the intensity of light exposed when the grating is manufactured.

센싱광 검출부(170)는 광써큘레이터(140)의 검출단(140c)에서 출력되는 센싱광을 검출하여 측정부(180)에 제공한다. 여기서, 센싱광은 센싱 광섬유(150)의 각 단위 격자(160)로부터 반사되어 역으로 수신된 광을 말한다.The sensing light detection unit 170 detects the sensing light output from the detection end 140c of the optical circulator 140 and provides it to the measurement unit 180 . Here, the sensing light refers to light reflected from each unit grid 160 of the sensing optical fiber 150 and received in reverse.

기준광 검출부(175)는 파장가변 펄스광생성부(110)에서 출력되어 광분배기(130)를 거쳐 제2채널(132)을 통해 입력되는 펄스광을 검출하여 측정부(180)에 제공한다.The reference light detector 175 detects the pulsed light output from the tunable pulse light generator 110 and input through the second channel 132 through the light splitter 130 , and provides it to the measuring unit 180 .

측정부(180)는 파장가변 펄스광 생성부(110)에서 설정된 반복주기로 동일 파장의 펄스광이 출력된 이후 파장이 가변되게 파장가변 펄스광 생성부(110)를 제어하고, 센싱광 검출부(170)에서 출력되는 신호로부터 단위격자(160)의 설치 위치별 측정대상 물리량을 측정한다.The measuring unit 180 controls the tunable pulsed light generating unit 110 so that the wavelength is changed after the pulsed light of the same wavelength is output at the repetition period set by the tunable pulsed light generating unit 110, and the sensing light detecting unit 170 ), the measurement target physical quantity for each installation location of the unit grid 160 is measured from the signal output.

측정부(180)는 기준광 검출부(175)로부터 입력된 신호를 이용하여 파장가변 펄스광 생성부(110)의 펄스광 출력 주기를 제어한다.The measuring unit 180 controls the pulsed light output period of the tunable pulsed light generating unit 110 by using the signal input from the reference light detecting unit 175 .

이러한 광섬유 센싱장치(100)는 파장가변 펄스광 생성부(110)에서 제1파장(λ1)의 광에 외부 스트레인이 인가되지 않으면 반사조건을 만족하도록 단위격자(160)가 형성되어 있고, 제1파장(λ1)의 펄스광을 센싱광섬유(150)에 출력한 경우, 도 2에 예시된 바와 같이 FBGn으로 표기된 단위격자(160n) 만 외부 스트레인에 의해 이완된 경우의 센싱광검출부(170)에 검출되는 신호의 예를 나타내었다. 도 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 FBGn으로 표기된 단위격자(160n)에 대해서는 반사된 센싱광이 검출되지 않고, 이완에 대응되는 제2파장(λ2)의 펄스광을 센싱광섬유(150)에 출력된 경우 FBGn으로 표기된 단위격자(160n)에 대해서는 반사된 센싱광이 검출되고, 나머지 단위 격자((160n-2, 160n-1, 160n+1)들에서는 반대로 반사된 센싱광이 검출되지 않게 된다.In this optical fiber sensing device 100, the unit grid 160 is formed to satisfy the reflection condition when no external strain is applied to the light of the first wavelength λ1 in the tunable pulsed light generator 110, and the first When the pulsed light of the wavelength λ1 is output to the sensing optical fiber 150, as illustrated in FIG. 2, when only the unit lattice 160n marked with FBGn is relaxed by an external strain, the sensing light detecting unit 170 detects it An example of the signal to be used is shown. As can be seen from FIG. 2 , no reflected sensing light is detected for the unit grid 160n marked with FBGn, and pulsed light of a second wavelength λ2 corresponding to relaxation is output to the sensing optical fiber 150. In this case, the reflected sensing light is detected for the unit grid 160n indicated by FBGn, and the oppositely reflected sensing light is not detected from the remaining unit grids ((160n-2, 160n-1, 160n+1).

이와 같이 동일 격자구조를 갖는 단위격자(160)를 센싱광섬유에 상호 이격되게 어레이 시켜 측정포인트를 형성하고, 펄스광의 파장을 가변시키면서 측정 포인트별로 역으로 입사되는 센싱광의 파장별 유무에 의해 측정포인트별 물리량을 측정할 수 있다. 여기서, 측정물리량은 스트레인 이외에 온도가 적용될 수 있음은 물론이다. 측정 정밀도를 향상시키기 위해 동일 파장의 펄스광을 설정된 주기로 다수회 출력하고, 검출된 센싱광의 평균치를 이용하는 것이 바람직하고 이하에서는 이러한 측정부의 센싱과정을 도 3을 참조하여 설명한다.In this way, the unit grids 160 having the same grid structure are arrayed to be spaced apart from each other on the sensing optical fiber to form a measurement point, and while varying the wavelength of the pulsed light, each measurement point is determined by the presence or absence of each wavelength of the sensing light reversely incident for each measurement point. A physical quantity can be measured. Here, it goes without saying that temperature may be applied to the physical quantity to be measured in addition to strain. In order to improve measurement accuracy, it is preferable to output pulsed light of the same wavelength multiple times at a set period and use an average value of the detected sensing light. Hereinafter, a sensing process of such a measuring unit will be described with reference to FIG. 3 .

측정모드로 설정됐는지를 판단한다(단계 210). 여기서, 측정모드는 센싱광섬유(150)에 펄스광을 전송하고, 반사된 광으로부터 단위격자(160)가 설치된 위치별 물리량을 측정하는 과정을 수행하는 모드를 말하며 조작부(미도시)의 선택에 의해 설정하도록 구축되거나, 설정된 주기마다 측정모드를 자동으로 수행하도록 구축될 수 있음은 물론이다.It is determined whether the measurement mode is set (step 210). Here, the measurement mode refers to a mode in which a pulse light is transmitted to the sensing optical fiber 150 and a process of measuring a physical quantity for each location where the unit grid 160 is installed from the reflected light is performed. Of course, it may be constructed to set, or to automatically perform the measurement mode every set period.

단계 210에서 측정모드로 설정된 것으로 판단되면 파장가변 펄스광생성부(110)에서 설정된 파장의 펄스광이 반복적으로 출력되게 제어하고 펄스광 출력횟수를 카운팅 한다(단계220). 여기서, 동일 파장의 펄스광의 출력횟수는 적절하게 설정될 수 있고 일 예로서 1000회로 설정될 수 있다. If it is determined that the measurement mode is set in step 210, the pulsed light of the wavelength set by the variable-wavelength pulsed light generator 110 is controlled to be repeatedly output, and the number of pulsed light output is counted (step 220). Here, the number of output times of the pulsed light of the same wavelength may be appropriately set, and may be set to 1000 as an example.

다음은 동일 파장의 펄스광 출력에 대해 카운팅된 출력횟수가 목표 반복횟수에 도달하였는지를 판단한다(단계 230).Next, it is determined whether the number of output counts for the pulse light output of the same wavelength reaches the target repetition number (step 230).

단계 230에서 목표 횟수에 도달한 것으로 판단되면 현재 파장이 설정된 최종 이동파장인지를 판단한다(단계 240). 단계 240에서 최종 이동파장이 아닌것으로 판단되면 펄스광의 파장이 설정된 이동 패턴에 따라 이동되게 설정하고(단계 250), 단계 220으로 복귀한다. 여기서, 파장 이동은 앞서 설명된 바와 같이 레이저 광원(111)에 인가하는 구동전류를 조정하는 과정을 수행하면 되고, 단계 220에서는 다시 조정된 구동전류에 의해 펄스광이 출력되게 수행하면 된다.If it is determined that the target number has been reached in step 230, it is determined whether the current wavelength is the set final moving wavelength (step 240). If it is determined in step 240 that the wavelength is not the final movement wavelength, the wavelength of the pulsed light is set to be moved according to the set movement pattern (step 250), and the process returns to step 220. Here, the wavelength shift may be performed by adjusting the driving current applied to the laser light source 111 as described above, and in step 220, pulse light may be output by the adjusted driving current again.

이러한 측정 과정은 허용 파장가변영역에 대해 최종 이동파장에 도달할 때까지 수행되고, 파장별로 수집된 센싱광으로부터 단위 격자들 각각이 설치된 위치별 물리량을 산출하면 된다.This measurement process is performed until the final moving wavelength is reached for the allowable variable wavelength region, and a physical quantity for each location where each of the unit grids is installed is calculated from the sensing light collected for each wavelength.

여기서, 측정부(180)에는 측정하고자 하는 물리량에 대해 단위격자(160)로부터 반사되는 파장의 이동에 대응되는 값이 기록된 룩업테이블을 통해 물리량을 산출하도록 구축될 수 있다.Here, the measurement unit 180 may be constructed to calculate a physical quantity through a lookup table in which a value corresponding to a movement of a wavelength reflected from the unit grid 160 with respect to a physical quantity to be measured is recorded.

이상에서 설명된 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치 및 그 센싱 방법에 의하면, 광섬유에 허용가능하게 적용할 수 있는 격자의 수를 더욱 확장하면서도 목표하는 물리량의 측정을 지원할 수 있어 측정 포인트 개수를 확장할 수 있는 장점을 제공한다. According to the optical fiber grating sensing device and the sensing method using the tunable pulsed light described above, it is possible to support the measurement of a target physical quantity while further expanding the number of gratings that can be permissibly applied to the optical fiber, thereby reducing the number of measurement points. It has the advantage of being extensible.

110: 파장가변 펄스광생성부 130: 광분배기
140: 광써큘레이터 150: 센싱광섬유
170: 센싱광 검출부 175: 기준광검출부
180: 측정부110: tunable pulse light generator 130: light splitter
140: optical circulator 150: sensing optical fiber
170: sensing light detection unit 175: reference light detection unit
180: measurement unit

Claims (4)

제어신호에 따라 파장이 가변되는 펄스광을 출력하는 파장가변 펄스광생성부와;
상기 파장가변 펄스광생성부에서 출력되어 입력단으로 입력되는 펄스광을 출력단에 전송하고, 상기 출력단에서 역으로 입력되는 센싱광을 검출단을 통해 출력하는 광써큘레이터와;
상기 광써큘레이터의 출력단에 일단이 접속되며 중심 반사파장이 동일하게 형성된 단위 격자가 광섬유의 길이방향을 따라 측정포인트 간격으로 상호 이격되게 다수 형성된 센싱광섬유와;
상기 검출단에서 출력되는 센싱광을 검출하는 센싱광 검출부와;
상기 파장가변 펄스광 생성부에서 출력되는 펄스광의 파장이 가변되게 상기 파장가변 펄스광 생성부를 제어하고, 상기 센싱광 검출부에서 출력되는 신호로부터 상기 단위격자의 설치 위치별 측정대상 물리량을 측정하는 측정부;를 구비하고,
상기 단위 격자는 입사된 광에 대해 반사조건에 해당하는 파장의 광의 반사율이 0.5/100 내지 3/100인 것을 적용한 것을 특징으로 하는 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치.a variable-wavelength pulsed light generator for outputting pulsed light whose wavelength is variable according to a control signal;
an optical circulator for transmitting the pulsed light output from the tunable pulse light generator and inputted to an input terminal to an output terminal, and outputting sensing light reversely input from the output terminal through a detection terminal;
a sensing optical fiber having one end connected to the output terminal of the optical circulator and having a unit grid having the same central reflection wavelength formed to be spaced apart from each other at intervals of measurement points along the length direction of the optical fiber;
a sensing light detection unit detecting the sensing light output from the detection stage;
A measuring unit for controlling the tunable pulsed light generating unit so that the wavelength of the pulsed light output from the tunable pulsed light generating unit is variable, and measuring a physical quantity to be measured for each installation position of the unit grid from a signal output from the sensing light detecting unit is equipped with;
The unit grating is an optical fiber grating sensing device using tunable pulsed light, characterized in that 0.5/100 to 3/100 of the reflectance of light having a wavelength corresponding to the reflection condition is applied to the incident light. 제1항에 있어서, 상기 센싱광섬유에 직렬상으로 형성된 상기 단위 격자의 개수는 30 내지 200개인 것을 특징으로 하는 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치.The optical fiber grating sensing device using tunable pulsed light according to claim 1, wherein the number of the unit gratings formed in series on the sensing optical fiber is 30 to 200. 제2항에 있어서, 상기 파장가변 펄스광생성부는
상기 측정부로부터의 구동전류의 조정에 의해 출력광의 파장이 가변되는 레이저 광원과;
상기 레이저 광원에서 출력되는 광을 증폭하고 펄스형태로 출력하는 반도체 광증폭기(SOA)를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치.The method of claim 2, wherein the wavelength tunable pulsed light generator
a laser light source whose wavelength of output light is variable by adjustment of the driving current from the measuring unit;
and a semiconductor optical amplifier (SOA) for amplifying the light output from the laser light source and outputting it in the form of a pulse. 제어신호에 따라 파장이 가변되는 펄스광을 출력하는 파장가변 펄스광생성부와, 상기 파장가변 펄스광생성부에서 출력되어 입력단으로 입력되는 펄스광을 출력단에 전송하고, 상기 출력단에서 역으로 입력되는 센싱광을 검출단을 통해 출력하는 광써큘레이터와, 상기 광써큘레이터의 출력단에 일단이 접속되며 중심 반사파장이 동일하게 형성된 단위 격자가 광섬유의 길이방향을 따라 측정포인트 간격으로 상호 이격되게 다수 형성된 센싱광섬유와, 상기 검출단에서 출력되는 센싱광을 검출하는 센싱광 검출부와, 상기 파장가변 펄스광 생성부에서 출력되는 펄스광의 파장이 가변되게 상기 파장가변 펄스광 생성부를 제어하고, 상기 센싱광 검출부에서 출력되는 신호로부터 상기 단위격자의 설치 위치별 측정대상 물리량을 측정하는 측정부를 구비하고, 상기 단위 격자는 입사된 광에 대해 반사조건에 해당하는 파장의 광의 반사율이 0.5/100 내지 3/100인 것을 적용한 광섬유 격자 센싱장치의 센싱방법에 있어서,
가. 상기 파장가변 펄스광생성부에서 설정된 파장의 펄스광이 반복적으로 출력되게 제어하고 펄스광 출력횟수를 카운팅 하는 단계와;
나. 상기 가 단계를 카운팅된 출력횟수가 목표 반복횟수에 도달하였는지를 판단하는 단계와;
다. 상기 나 단계에서 목표 횟수에 도달한 것으로 판단되면 현재 파장이 설정된 최종 이동파장인지를 판단하는 단계와;
라. 상기 다단계에서 최종 이동파장이 아닌것으로 판단되면 펄스광의 파장이 설정된 이동 패턴에 따라 이동되게 설정하고 상기 가 단계로 복귀하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장가변 펄스광을 이용한 광섬유 격자 센싱장치의 센싱 방법.
A tunable pulse light generator for outputting pulsed light whose wavelength is variable according to a control signal, and transmits the pulsed light output from the tunable pulsed light generator and inputted to the input terminal to the output terminal, and is reversely input from the output terminal An optical circulator for outputting sensing light through a detection terminal, and one end connected to the output terminal of the optical circulator, a plurality of unit grids having the same central reflection wavelength are formed to be spaced apart from each other at intervals of measurement points along the length direction of the optical fiber A sensing optical fiber; A measurement unit for measuring a measurement target physical quantity for each installation position of the unit grid from a signal output from In the sensing method of the optical fiber grating sensing device to which it is applied,
go. controlling the pulsed light having a set wavelength to be repeatedly output by the variable-wavelength pulsed light generator and counting the number of pulsed light output;
me. determining whether the number of output times counted in step A has reached a target number of repetitions;
all. determining whether the current wavelength is a set final moving wavelength when it is determined that the target number has been reached in step B;
la. If it is determined in the multi-step that the wavelength is not the final moving wavelength, setting the wavelength of the pulsed light to be moved according to the set movement pattern and returning to the step A; sensing method.
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