KR20230018560A - Otdr을 적용한 온도감지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OTDR을 적용한 온도감지장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)과 광섬유를 이용해 온도를 감지하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 OTDR을 적용한 온도감지장치는 적어도 하나의 온도 감지 지점을 포함하는 광선로(10); 및 상기 광선로(10)의 온도 감지 지점 마다 구비되는 온도감지모듈(110)을 포함한다.

Description

OTDR을 적용한 온도감지장치{Temperature monitoring system with OTDR applied}
본 발명은 OTDR을 적용한 온도감지장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)과 광섬유를 이용해 온도를 감지하는 장치에 관한 것이다.
OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)은 광섬유의 전송 손실이나 거리 측정, 끊어진 위치 검출 또는 융착 접속, 커넥터 접속 등의 접속 손실을 평가하는 측정기이다.
한국공개특허 제10-2011-0111454호(2011.10.11. 공개)
본 발명은 OTDR을 이용해 온도를 감지할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 OTDR을 적용한 온도감지장치는 적어도 하나의 온도 감지 지점을 포함하는 광선로(10); 및 상기 광선로(10)의 온도 감지 지점 마다 구비되는 온도감지모듈(110)을 포함한다.
여기서, 상기 온도감지장치는 상기 광선로(10)의 일단에 광적으로 연결되고, 상기 광선로(10)로 시험광을 조사하고, 상기 시험광에 대한 광선로(10)에서의 후방산란광을 측정하여 상기 광선로(10)의 온도 감지 지점에서의 온도 특성을 파악하는 OTDR(120)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 온도 감지 지점에서의 광전달 특성은 온도 감지 지점에서의 광투과율일 수 있다.
또한, 상기 OTDR(100)은 상기 온도 감지 지점에서의 후방산란광의 크기를 이용해 온도 감지 지점에서의 온도, 온도 감지 지점에서의 기 설정된 기준 온도 대비 온도 변화량, 기 설정된 기준 온도 대비 온도 감지 지점에서의 온도 변화도 및 온도 감지 지점에서의 위험도 중 적어도 하나를 산출할 수 있다.
또한, 상기 온도감지모듈(110)은 온도 감지 지점 주변의 온도에 따라, 광투과율의 변화 특성을 갖는 매질을 내장할 수 있다.
또한, 상기 광투과율의 변화 특성을 갖는 매질은 고체, 액체, 겔(Gel) 또는 기체 상태일 수 있다.
또한, 상기 온도감지모듈(110)은 내측 공간에 온도센서(111)를 수용하고, 상기 온도센서(111)는 내측에 온도에 따라 광투과율의 변화 특성을 갖는 매질을 수용하고, 상기 온도센서(111) 양측에 광집속소자(113)가 구비되고, 상기 광집속소자(113)는 서로 이격되고, 상기 상호 이격된 두 광집속소자(113) 사이에 온도 감지 매질이 구비될 수 있다.
본 발명은 광선로의 온도 감지 지점 마다 구비되는 온도감지모듈이 온도 감지 지점 주변의 온도 변화에 대응하여 광전달 특성이 변하는 것에 의해, 온도 감지 지점 주변의 온도 상태를 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OTDR을 적용한 온도감지장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 온도감지모듈의 한 실시예이다.
도 3은 온도센서에서 사용하는 온도감지매질의 온도에 따른 투과율 특성의 예이다.
도 4는 도 2에 적용되는 시준기의 예시이다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OTDR을 적용한 온도감지장치(이하, '감지 장치')는 광선로(10), OTDR(100) 및 온도감지모듈(110)을 포함한다.
광선로(10)는 온도 감지 대상 구역에 설치될 수 있다. 온도 감지 대상 구역은 건물, 시설, 파이프, 변압기 등일 수 있다. 본 발명이 온도 감지 대상 구역을 제한하지는 않는다. 광선로(10)는 적어도 하나의 온도 감지 지점을 포함할 수 있다. 단일 온도 감지 대상 구역에 단일 또는 복수의 광선로(10)가 구비될 수 있다. 복수의 광선로가 복수의 채널을 가지는 단일 OTDR에 접속될 수 있다. 이와 달리, 단일 채널을 가지는 복수의 OTDR 각각에 복수의 광선로 각각이 접속될 수 있다.
온도감지모듈(110)은 광선로(10)의 온도 감지 지점 마다 구비될 수 있다. 온도감지모듈(110)은 광선로(10)의 온도 감지 지점 주변의 온도에 대응하여 광선로(10)의 온도 감지 지점에서의 광전달 특성을 가변할 수 있다. 여기서, 광전달 특성은 광투과율일 수 있다.
OTDR(100)은 광선로(10)의 일단에 연결될 수 있다. OTDR(100)은 광선로(10)로 시험광을 조사하고, 그 시험광에 대한 광선로(10)에서의 후방산란광을 측정하여 광선로(10) 온도 감지 지점에서의 온도 상태를 파악할 수 있다. 구체적으로, OTDR(100)은 온도 감지 지점에서의 후방산란광의 크기를 이용해 온도 감지 지점에서의 온도, 온도 감지 지점에서의 기 설정된 기준 온도 대비 온도 변화량, 기 설정된 기준 온도 대비 온도 감지 지점에서의 온도 변화도, 온도 감지 지점에서의 위험도(예를 들어, 화재 위험도) 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. 주지된 바와 같이, OTDR(100)은 시험광을 광선로(10)로 조사하고 동적 범위(Dynamic Range)에서 기 설정된 분해능(Resolution)으로 후방 산란광의 크기를 계측한다. 이때, 기 설정된 분해능에 따른 광선로(10) 지점 별 후방 산란광의 크기가 계측될 수 있다.
OTDR(100)은 광학부(101) 및 제어부(102)를 포함할 수 있다. 주지된 바와 같이, 광학부(101)는 시험광을 광선로(10)에 조사, 시험광에 대한 후방 산란광을 수신, 그 수신된 광에 대응하는 전기적인 신호의 생성, 그 생성된 전기적인 신호의 신호처리 등을 수행할 수 있다. 정리하면, 광학부(101)는 시험광을 광선로(10)에 조사하고, 광선로(10)에서 온도 감지 지점에서의 광전달 특성이 반영된 후방산란광을 수신하고, 그 후방산란광의 크기에 대응한 전기적인 신호를 제어부(102)에 전달할 수 있다.
제어부(102)는 광선로(10) 전구간 상의 온도 감지 지점에 대한 거리 정보를 이용해, 온도 감지 지점에서의 후방산란광의 크기를 인지할 수 있다. 그리고, 제어부(102)는 온도 감지 지점에서의 후방산란광의 크기를 이용해 온도 감지 지점에서의 온도, 온도 감지 지점에서의 기 설정된 기준 온도 대비 온도 변화량, 기 설정된 기준 온도 대비 온도 감지 지점에서의 온도 변화도, 온도 감지 지점에서의 위험도(예를 들어, 화재 위험도) 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. 제어부(102)는 온도 감지 지점에서의 후방 산란광의 크기(또는, 변화량)로 온도 감지 지점에서의 온도를 산출하기 위한 알고리즘, 온도 감지 지점에서의 후방 산란광의 크기(또는, 변화량)로 온도 감지 지점에서의 기 설정된 기준 온도 대비 온도 변화량을 산출하기 위한 알고리즘, 온도 감지 지점에서의 후방 산란광의 크기(또는, 변화량)로 온도 감지 지점에서의 기 설정된 기준 온도 대비 온도 감지 지점에서의 온도 변화도를 산출하기 위한 알고리즘, 온도 감지 지점에서의 후방 산란광의 크기(또는, 변화량)로 온도 감지 지점에서의 위험도를 평가하기 위한 알고리즘 등을 탑재할 수 있다.
도 2는 온도감지모듈(110)의 구성도이다. 온도감지모듈(110, Temperature sensing module)은 온도 감지 지점 마다 설치될 수 있다. 도 1에서 온도 감지 지점은 광선로(10)에서 온도감지모듈(110)이 설치된 지점일 수 있다.
온도감지모듈(110)은 소정의 내측 공간을 가지는 케이스 형상일 수 있다.
온도감지모듈(110)은 내측 공간에 온도센서(111, Temperature sensor)를 수용할 수 있다.
온도센서(111)는 내측에 온도에 따라 광투과율(optical transmittance)의 변화 특성을 갖는 매질(이하, '온도 감지 매질(Temperature sensitive medium)')을 수용할 수 있다. 본 발명의 온도 감지 매질은 온도 증가에 따라 광투과율이 증가하는 특성을 가질 수도 있고, 온도 증가에 따라 광투과율이 감쇠하는 특성을 가질 수도 있다. 그리고, 본 발명의 온도 감지 매질의 광투과율의 변화 특성의 변화는 도 3a와 같이 선형적일 수 있고, 도 3b와 같이 비선형적일 수도 있다. 온도 감지 매질은 고체, 액체, 겔(Gel) 또는 기체 상태 등일 수 있다.
온도센서(111) 양측에 광집속소자(113, Optical signal collector)가 구비될 수 있다. 그리고, 광집속소자(113)는 서로 이격될 수 있다. 두 광집속소자(113)는 서로 마주 볼 수 있다. 두 광집속소자(113)는 두 광집속소자(113) 사이의 공간에서의 광손실을 줄일 수 있다. 일측의 광집속소자(113)는 OTDR 측과 광적으로 연결될 수 있다.
그리고, 상호 이격된 두 광집속소자(113) 사이에 온도 감지 매질이 구비될 수 있다. 이 같은 구조에서, 두 광집속소자(113) 사이에 위치한 온도 감지 매질은 일측의 광집속소자(113)에서 출사된 광이 타측의 광집속소자(113)로 전달되는 광전달경로를 제공할 수 있다.
따라서, 온도감지모듈(110) 주변의 온도 변화에 따른 온도 감지 매질의 광투과율의 변화는 온도 감지 지점에서의 광전달 특성을 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 온도감지모듈(110) 주변의 온도 변화에 따라 온도감지모듈(110)에서의 시험광에 대한 후방산란광의 크기는 변화할 수 있다. 예를 들어, 온도감지모듈(110) 주변의 온도가 증가하면 온도감지모듈(110)에서의 시험광에 대한 후방산란광은 감소할 수 있다. 이는 온도가 증가하면 온도센서에서 빛을 흡수하여 back scattering이 줄어 들기 때문이다.
상호 이격된 두 개의 광집속소자(113) 간의 간격을 조절하여 온도감지매질(112)에 의한 광감쇠에 바이어스를 줄 수 있다.
온도감지모듈(110)은 양측에, 고정매체(114)를 구비할 수 있다. 두 고정매체(114)는 온도감지모듈(110) 양측에 고정될 수 있다. 예를 들어, 두 고정매체(114)는 광커넥터(Optical connector)일 수 있다. 광커넥터(Optical connector)는 SC/PC, SC/APC, FC/PC, FC/APC 등의 타입일 수 있다.
두 고정매체(114) 중 일측의 고정매체(114)의 내측은 광섬유(115, optical fiber)를 이용해 온도센서(111)의 일측에 위치한 광집속소자(113)에 광적으로 연결될 수 있고, 일측의 고정매체(114)의 외측은 일측의 광선로(10)와 광적으로 연결될 수 있다.
두 고정매체(114) 중 타측의 고정매체(114)는 광섬유(115)를 이용해 온도센서(111)의 타측에 위치한 광집속소자(113)에 광적으로 연결될 수 있고, 타측의 고정매체(114)의 외측은 타측의 광선로(10)와 광적으로 연결될 수 있다.
온도감지모듈(110)의 구현 구조에 따라서, 온도센서(111)와 고정매체(114)는 직접 연결될 수 있으며, 이 경우 광섬유(115)는 생략될 수 있다.
두 광집속소자(113)는 광집속렌즈일 수 있다. 본 발명은 광을 집속하여 방출하고 수광할 수 있는 기능을 가지는 한 광집속소자(113)를 제한하지 않는다.
광집속소자(113)는 예를 들어, 시준기일 수 있다. 도 4는 본 발명에 적용되는 시준기의 예시이다. 광집속소자(113)에 적용되는 시준기는, Fixed Fiber Optic Collimators, Adjustable Fiber Optic Collimators 또는 Fiber Pigtailed Collimators 중에 어느 하나일 수 있으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10: 광선로
110: 온도감지모듈
100 : OTDR

Claims (7)

  1. 적어도 하나의 온도 감지 지점을 포함하는 광선로(10); 및
    상기 광선로(10)의 온도 감지 지점 마다 구비되는 온도감지모듈(110)을 포함하는 OTDR을 적용한 온도감지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광선로(10)의 일단에 광적으로 연결되고, 상기 광선로(10)로 시험광을 조사하고, 상기 시험광에 대한 광선로(10)에서의 후방산란광을 측정하여 상기 광선로(10)의 온도 감지 지점에서의 온도 특성을 파악하는 OTDR(120)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OTDR을 적용한 온도감지장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 온도 감지 지점에서의 광전달 특성은 온도 감지 지점에서의 광투과율인 것을 특징으로 하는 OTDR을 적용한 온도감지장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 OTDR(100)은 상기 온도 감지 지점에서의 후방산란광의 크기를 이용해 온도 감지 지점에서의 온도, 온도 감지 지점에서의 기 설정된 기준 온도 대비 온도 변화량, 기 설정된 기준 온도 대비 온도 감지 지점에서의 온도 변화도 및 온도 감지 지점에서의 위험도 중 적어도 하나를 산출하는 것을 특징으로 하는 OTDR을 적용한 온도감지장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도감지모듈(110)은 온도 감지 지점 주변의 온도에 따라, 광투과율의 변화 특성을 갖는 매질을 내장한 것을 특징으로 하는 OTDR을 적용한 온도감지장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광투과율의 변화 특성을 갖는 매질은 고체, 액체, 겔(Gel) 또는 기체 상태인 것을 특징으로 하는 OTDR을 적용한 온도감지장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도감지모듈(110)은
    내측 공간에 온도센서(111)를 수용하고,
    상기 온도센서(111)는 내측에 온도에 따라 광투과율의 변화 특성을 갖는 매질을 수용하고,
    상기 온도센서(111) 양측에 광집속소자(113)가 구비되고,
    상기 광집속소자(113)는 서로 이격되고,
    상기 상호 이격된 두 광집속소자(113) 사이에 온도 감지 매질이 구비되는 것을 특징으로 하는 OTDR을 적용한 온도감지장치.
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