KR20230059888A - 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템 - Google Patents

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Abstract

분포형 음향 센서용 광원, 상기 분포형 음향 센서용 광원이 출력한 광을 신호 출력광과 기준광으로 분기하는 제1 커플러, 상기 기준광을 수신하는 음향 센서용 검출기, 상기 신호 출력광을 증폭하고 광펄스로 변환하는 반도체 광증폭기, 상기 광펄스로 변환된 신호 출력광의 주파수를 변조하여 음향 센서용 광펄스를 생성하는 음향 광학 변조기, 온도 센서용 광펄스를 발진하는 분포형 온도 센서용 광원, 상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 공통 경로로 출력하는 제1 DWDM 필터, 상기 공통 경로로 출력된 상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 각각 소정의 세기로 증폭하는 전광 증폭기, 증폭된 상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 구분하여, 온도 센서용 광경로와 음향 센서용 광경로로 각각 출력하는 제2 DWDM 필터, 제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 음향 센서용 광경로로 출력된 상기 음향 센서용 광펄스를 상기 제1 단자를 통해 수신하여 상기 제3 단자를 통해 출력하고, 상기 제3 단자를 통해 수신되는 음향 센서용 산란광은 상기 제2 단자를 통해 상기 음향 센서용 검출기로 전달하는 서큘레이터, 상기 서큘레이터의 상기 제3 단자에 연결되어 있고, 상기 서큘레이터로부터 입사하는 상기 음향 센서용 광펄스와 상기 온도 센서용 광경로를 통해 입사하는 상기 온도 센서용 광펄스를 센싱 대상 광섬유에 전달하고, 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 회송되는 산란광 중에서 상기 음향 센서용 광펄스의 산란광은 상기 서큘레이터의 상기 제3 단자로 출력하고, 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광은 상기 온도 센서용 광경로로 출력하는 제3 DWDM 필터, 상기 제2 DWDM 필터와 상기 제3 DWDM 필터 사이의 상기 온도 센서용 광경로에 삽입되어 직렬로 연결되어 있는 제2 커플러 및 제3 커플러, 상기 제2 커플러에 연결되어 있는 제1 온도 센서용 검출기, 및 상기 제3 커플러에 연결되어 있는 제2 온도 센서용 검출기를 포함하고, 상기 음향 센서용 검출기는 상기 기준광과 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 상기 제3 DWDM 필터와 상기 서큘레이터를 통해 반송된 상기 음향 센서용 광펄스의 산란광을 결합하여 간섭 신호를 생성하고, 상기 제3 커플러는 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 반송되는 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광의 라만 산란광 중의 장파장 대역인 스톡스 광신호만 걸러서 상기 제2 온도 센서용 검출기로 출력하고, 나머지 산란광은 상기 제2 커플러로 전달하며, 상기 제2 커플러는 상기 라만 산란광 중 단파장 대역인 안티스톡스 광신호만을 걸러서 상기 제1 온도 센서용 검출기로 출력하는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.

Description

분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템{Distributed Acoustic and Temperature Sensor System}
본 발명은 장거리에 걸쳐 분포되어 있는 감시 대상물의 음향/진동과 온도의 분포 특성을 동시에 측정할 수 있는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템에 관한 것이다.
전력 전송선, 가스관, 컨베이어 벨트 시스템 등과 같이 장거리에 걸쳐 분포되어 있는 구조물의 상태를 감시하여 이상 발생시 신속한 수리 또는 대응을 위한 감시 시스템이 요구되고 있다.
이러한 감시 시스템으로는 장거리 온도 분포를 측정하는 분포형 온도 센서 (Distributed Temperature Sensor: DTS)와 장거리 음향/진동 분포 특성을 측정하는 분포형 음향/진동 센서 (Distributed Acoustic/Vibration Sensor: DAS) 등이 있고, 이들 각각은 측정하는 물리량의 특성에 따라 각각 별도로 시스템으로 구성된다. 일반적인 DTS 시스템의 경우 라만 필터(Raman filter)와 같은 고가의 소자가 필요하여 그 자체만으로도 고가이고, 여기에 DAS 시스템을 별도로 설치하는 경우 가격이 비싼 것은 물론이고 설치나 관리에 있어서도 이중의 노력과 비용이 소요된다.
이에 이들 DTS와 DAS를 통합할 수 있는 시스템에 대한 요구가 있으나, 서로 다른 물리량을 측정하기 위한 시스템을 통합하는 데는 여려 어려움이 따른다.
본 발명의 실시예는 이러한 종래 기술의 문제점을 해소하고 분포되어 있는 구조물에 가해지는 음향/진동과 온도의 분포 특성 측정을 병행할 수 있는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템은 분포형 음향 센서용 광원, 상기 분포형 음향 센서용 광원이 출력한 광을 신호 출력광과 기준광으로 분기하는 제1 커플러, 상기 기준광을 수신하는 음향 센서용 검출기, 상기 신호 출력광을 증폭하고 광펄스로 변환하는 반도체 광증폭기, 상기 광펄스로 변환된 신호 출력광의 주파수를 변조하여 음향 센서용 광펄스를 생성하는 음향 광학 변조기, 온도 센서용 광펄스를 발진하는 분포형 온도 센서용 광원, 상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 공통 경로로 출력하는 제1 DWDM 필터, 상기 공통 경로로 출력된 상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 각각 소정의 세기로 증폭하는 전광 증폭기, 증폭된 상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 구분하여, 온도 센서용 광경로와 음향 센서용 광경로로 각각 출력하는 제2 DWDM 필터, 제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 음향 센서용 광경로로 출력된 상기 음향 센서용 광펄스를 상기 제1 단자를 통해 수신하여 상기 제3 단자를 통해 출력하고, 상기 제3 단자를 통해 수신되는 음향 센서용 산란광은 상기 제2 단자를 통해 상기 음향 센서용 검출기로 전달하는 서큘레이터, 상기 서큘레이터의 상기 제3 단자에 연결되어 있고, 상기 서큘레이터로부터 입사하는 상기 음향 센서용 광펄스와 상기 온도 센서용 광경로를 통해 입사하는 상기 온도 센서용 광펄스를 센싱 대상 광섬유에 전달하고, 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 회송되는 산란광 중에서 상기 음향 센서용 광펄스의 산란광은 상기 서큘레이터의 상기 제3 단자로 출력하고, 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광은 상기 온도 센서용 광경로로 출력하는 제3 DWDM 필터, 상기 제2 DWDM 필터와 상기 제3 DWDM 필터 사이의 상기 온도 센서용 광경로에 삽입되어 직렬로 연결되어 있는 제2 커플러 및 제3 커플러, 상기 제2 커플러에 연결되어 있는 제1 온도 센서용 검출기, 및 상기 제3 커플러에 연결되어 있는 제2 온도 센서용 검출기를 포함하고, 상기 음향 센서용 검출기는 상기 기준광과 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 상기 제3 DWDM 필터와 상기 서큘레이터를 통해 반송된 상기 음향 센서용 광펄스의 산란광을 결합하여 간섭 신호를 생성하고, 상기 제3 커플러는 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 반송되는 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광의 라만 산란광 중의 장파장 대역인 스톡스 광신호만 걸러서 상기 제2 온도 센서용 검출기로 출력하고, 나머지 산란광은 상기 제2 커플러로 전달하며, 상기 제2 커플러는 상기 라만 산란광 중 단파장 대역인 안티스톡스 광신호만을 걸러서 상기 제1 온도 센서용 검출기로 출력한다.
상기 분포형 음향 센서용 광원과 상기 분포형 온도 센서용 광원은 서로 다른 파장의 광을 발진하는 레이저 다이오드일 수 있다.
상기 음향 센서용 검출기는 밸런스 포토 다이오드일 수 있다.
분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템은 상기 제1 커플러와 상기 음향 센서용 검출기 사이에 연결되어 있는 제1 조절 가능 감쇠기(tunable attenuator) 및 상기 제1 커플러와 상기 반도체 증폭기 사이에 연결되어 있는 제2 조절 가능 감쇠기를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 커플러는 상기 안티스톡스(Anti-Stokes) 신호를 필터링하여 상기 제1 온도 센서용 검출기로 보내고 나머지 신호는 통과시키는 1480 WDM 커플러((Wavelength Division Multiplexer Coupler)이고, 상기 제3 커플러는 상기 스톡스(Stokes) 신호를 필터링하여 상기 제2 온도 센서용 검출기로 보내고 나머지 신호는 통과시키는 C/L WDM 커플러(C/L band Division Multiplexer Coupler)일 수 있다.
상기 제1 온도 센서용 검출기와 상기 제2 온도 센서용 검출기는 포토 다이오드일 수 있다.
분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템은 상기 제2 DWDM 필터와 상기 제2 커플러 사이에 연결되어 있는 ASE 필터(Amplified Spontaneous Emission Filter)를 더 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 DWDM 필터는 분포형 음향/진동 센서용 광원인 협대역 레이저광은 반사되어 쌍 단자측의 두 단자(제2 및 제3 단자) 사이에서 입출력하고, 분포형 온도 센서용 파장 대역의 광은 통과되어 단일 단자측의 제1 단자와 쌍 단자측의 제2 단자 또는 제3 단자 사이에서 입출력하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 시스템은 분포형 음향 센서용 광원, 상기 분포형 음향 센서용 광원이 출력한 광을 신호 출력광과 기준광으로 분기하는 제1 커플러, 상기 기준광을 수신하는 음향 센서용 검출기, 상기 신호 출력광을 증폭하고 광펄스로 변환하는 반도체 광증폭기, 상기 광펄스로 변환된 신호 출력광의 주파수를 변조하여 음향 센서용 광펄스를 생성하는 음향 광학 변조기, 온도 센서용 광펄스를 발진하는 분포형 온도 센서용 광원, 설정된 시간에 맞춰 상기 분포형 온도 센서용 광원을 다음단에 연결하거나 상기 음향 광학 변조기를 상기 다음단에 연결하는 1x2 광학 스위치, 상기 다음단을 구성하며, 상기 음향 센서용 광펄스와 상기 온도 센서용 광펄스를 증폭하는 전광 증폭기, 특정 파장 대역의 광만 반사하고, 나머지는 통과시켜 온도 센서용 광경로로 진행시키는 FBG 필터, 제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 전광 증폭기로부터 상기 제1 단자로 입사하는 광을 상기 제2 단자를 통해 상기 FBG 필터로 전달하고, 상기 FBG 필터로부터 반사되어 상기 제2 단자로 입사하는 광을 상기 제3 단자로 출력하는 제1 서큘레이터, 제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 제1 서큘레이터의 상기 제3 단자에 연결되어 있고, 상기 제1 서큘레이터로부터 상기 제1 단자로 입사하는 광을 제3 단자로 출력하고, 상기 제3 단자를 통해 입사하는 광은 상기 음향 센서용 검출기로 전달하는 제2 서큘레이터, 제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 제2 서큘레이터를 통해 상기 제2 단자로 입사하는 상기 음향 센서용 광펄스를 상기 제3 단자를 통해 센싱 대상 광섬유로 출력하고, 상기 제1 단자를 통해 입사하는 상기 온도 센서용 광펄스를 센싱 대상 광섬유로 출력하며, 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 상기 제3 단자로 입사하는 음향 센서용 광펄스의 산란광을 상기 제2 서큘레이터로 전달하고, 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광을 상기 온도 센서용 광경로로 전달하는 DWDM 필터, 상기 FBG 필터와 상기 DWDM 필터 사이의 상기 온도 센서용 광경로에 삽입되어 직렬로 연결되어 있는 제2 커플러 및 제3 커플러, 상기 제2 커플러에 연결되어 있는 제1 온도 센서용 검출기, 상기 제3 커플러에 연결되어 있는 제2 온도 센서용 검출기를 포함하고, 상기 음향 센서용 검출기는 상기 기준광과 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 상기 DWDM 필터와 상기 제2 서큘레이터를 통해 반송된 상기 음향 센서용 광펄스의 산란광을 결합하여 간섭 신호를 생성하고, 상기 제3 커플러는 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 반송되는 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광의 라만 산란광 중의 장파장 대역인 스톡스 광신호만 걸러서 상기 제2 온도 센서용 검출기로 출력하고, 나머지 산란광은 상기 제2 커플러로 전달하며, 상기 제2 커플러는 상기 라만 산란광 중 단파장 대역인 안티스톡스 광신호만을 걸러서 상기 제1 온도 센서용 검출기로 출력한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분포되어 있는 구조물에 가해지는 음향/진동과 온도의 분포 특성 측정을 병행할 수 있는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 분포되어 있는 구조물에 가해지는 음향/진동과 온도의 분포 특성 측정을 병행할 수 있는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템을 저가에 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템의 측정에 이용되는 산란광들을 보여주는 산란광 파장 분포도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템에서 분포되어 있는 구조물의 분포형 음향/진동을 시간에 따른 파동 그래프로 얻을 수 있는 이유를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템을 통해 분포되어 있는 구조물의 분포형 음향/진동을 측정하여 얻은 파형도의 예시이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템의 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템은 분포형 음향/진동 센서용 광원인 협대역 레이저광을 발진하는 제1 레이저 다이오드(1), 입사광을 신호 출력광과 기준광으로 분기하는 1x2 광커플러인 커플러(2), 광을 적절한 세기로 감쇠하는 제1 조절 가능 감쇠기(Tunable Attenuator, 31), 기준광과 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 회송되는 광의 간섭 신호를 측정하여 음향/진동 센서의 검출기 역할을 하는 밸런스 포토 다이오드(Balance Photo Diode: BPD, 4), 광을 적절한 세기로 감쇠하는 제2 조절 가능 감쇠기(Tunable Attenuator, 32), 광을 증폭하고 광펄스를 생성하는 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier: SOA, 5), 광신호의 주파수를 변조(Frequency Shift)하는 음향 광학 변조기(Acoustic Optical Modulator: AOM, 6), 온도 센서용 광펄스를 발진하는 제2 레이저 다이오드(7), 온도 센서용 광펄스와 음향/진동 센서용 광펄스를 공통 경로로 출력하는 제1 DWDM 필터(Dense Wavelength Division Multiplexing filter, 21), 제1 DWDM 필터(21)가 출력하는 온도 센서용 광펄스와 음향/진동 센서용 광펄스를 충분한 세기로 증폭하는 전광 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier: EDFA, 8), 증폭된 온도 센서용 광펄스와 음향/진동 센서용 광펄스를 구분하여, 온도 센서용 광펄스는 온도 센서용 광경로로 출력하고, 음향/진동 센서용 광펄스는 음향/진동 센서용 광경로로 출력하는 제2 DWDM 필터(22), 입사 단자에 따라 출력 단자를 다르게 가져가고, 제1 내지 제3 단자를 가지며, 음향/진동 센서용 광경로로 출력된 음향/진동 센서용 광펄스를 제1 단자를 통해 수신하여 제3 단자를 통해 출력하고, 제3 단자를 통해 수신되는 산란광은 제2 단자를 통해 밸런스 포토 다이오드(4)로 전달하는 서큘레이터(Circulator, 9), 서큘레이터(9)의 제3 단자를 통해 전달되는 음향/진동 센서용 광펄스와 온도 센서용 광경로를 통해 전달되는 온도 센서용 광펄스를 모두 센싱 대상 광섬유(40)로 출력하고, 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 회송되는 산란광 중에서 음향/진동 센서용 산란광은 서큘레이터(9)의 제3 단자로 출력하고, 온도 센서용 산란광(안티스톡스(Anti-Stokes) 신호와 스톡스(Stokes) 신호)은 온도 센서용 광경로로 출력하는 제3 DWDM 필터(23), 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 회송되는 온도 센서용 산란광 중에서 안티스톡스(Anti-Stokes) 광신호를 필터링하여 안티스톡스 측정 포토 다이오드(15)로 보내고 나머지 광은 통과시키는 1480 WDM 커플러(Wavelength Division Multiplexer Coupler, 11), 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 회송되는 온도 센서용 산란광 중에서 스톡스(Stokes) 광신호를 필터링하여 스톡스 측정 포토 다이오드(16)로 보내고 나머지 광은 통과시키는 C/L WDM 커플러(C/L 밴드 Wavelength Division Multiplexer Coupler, 12), 안티 스톡스 광신호를 광전 변환하여 안티스톡스 전기 신호로 출력하는 안티스톡스 측정 포토 다이오드(15) 및 스톡스 광신호를 광전 변환하여 스톡스 전기 신호로 출력하는 스톡스 측정 포토 다이오드(16)를 포함한다. 센싱 대상 광섬유(40)는 감시 대상 구조물인 전력 전송선, 컨베이어 벨트, 가스관 등에 설치될 수 있고, 제3 DWDM 필터(23)에 연결되어 있다. 여기서, 제1 내지 제3 DWDM 필터(21, 22, 23)는 단일 단자측의 제1 단자와 쌍 단자측의 제2 및 제3 단자를 가지며, 음향/진동 센서용 광신호 및 산란광은 제2 단자와 제3 단자 사이에서 입출력되고, 온도 센서용 광신호는 제1 단자와 제2 단자 사이 또는 제1 단자와 제3 단자 사이에서 입출력된다. 이와 같이, 제1 내지 제3 DWDM 필터(21, 22, 23)의 광신호 출력 방향을 결정은 광신호의 파장에 따라 구분된다. 즉, 음향/진동 센서용 광신호의 파장 대역(피크 파장 λDAS)은 온도 센서용 광신호의 파장 대역(피크 파장 λDTS)과 겹치지 않는 범위로 설정되어 있고, 제1 내지 제3 DWDM 필터(21, 22, 23)는 음향/진동 센서용 광신호의 파장 대역의 광은 쌍 단자측의 두 단자(제2 및 제3 단자) 사이에서 입출력하고, 온도 센서용 광신호의 파장 대역의 광은 단일 단자측의 제1 단자와 쌍 단자측의 제2 단자 또는 제3 단자 사이에서 입출력하도록 설정되어 있다. 이러한 제1 내지 제3 DWDM 필터(21, 22, 23)는 광통신 분야에서 사용되고 있는 비교적 저가의 부품이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) 시스템의 블록도이다.
도 1의 시스템에 사용되는 광원(107, 제1 레이저 다이오드(1)와 제2 레이저 다이오드(7)에 해당)은 주 처리 장치(100)가 제어하는 펄스 생성기(102)의 구동에 따라 펄스 레이저(pulse laser)를 발진하고, 도 1의 시스템을 통해 얻어지는 음향/진동 센서용 간섭 신호와 온도 측정용 신호(스톡스 신호, 안티스톡스 신호)는 검출기(108, 밸런스 포토 다이오드(4)와 안티스톡스 측정 포토 다이오드(15) 및 스톡스 측정 포토 다이오드(16)에 해당)를 통해 전기 신호로 변환되고, 변환된 전기 신호는 신호 프로세서(103)에 의하여 소정의 가공이 이루어지고, 가공된 신호는 표시 장치 등의 인터페이스(101)를 통해 표시되거나, 음향/진동 또는 온도 변화 등을 감지하는데 사용될 수 있다. 이들 펄스 생성기(102), 신호 프로세서(103), 인터페이스(101) 등의 제어와 음향/진동 또는 온도 변화 등의 감지나 판단은 주 처리 장치(100)가 관할한다.
이러한 구조의 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템을 통해 장거리에 걸쳐 분포되어 있는 구조물의 음향/진동 및 온도를 측정하는 방법을 설명한다.
도 1을 참고하면, 제1 레이저 다이오드(1)가 출력한 음향/진동 센서용 광은 제1 커플러(2)에 의해 분기되어 일부는 제1 조절 가능 감쇠기(31)로 입사하고, 나머지는 제2 조절 가능 감쇠기(32)로 입사한다. 이때, 제1 커플러(2)의 분기비는 90:10 또는 95:5 일 수 있다. 즉, 5% 또는 10%의 광을 제1 조절 가능 감쇠기(31)로 출력하고, 나머지 95% 또는 90%는 제2 조절 가능 감쇠기(32)로 출력할 수 있다.
제1 조절 가능 감쇠기(31)로 입사한 광은 소정의 세기로 감쇠되어 밸런스 포토 다이오드(4)로 출력되어 기준광으로 사용된다.
제2 조절 가능 감쇠기(32)로 입사한 광은 소정의 세기로 감쇠되어 반도체 광증폭기(5)로 입사하고, 이를 반도체 광증폭기(5)가 증폭하고 동시에 광펄스로 변환하여 음향 광학 변조기(6)로 출력한다.
음향 광학 변조기(6)는 입사한 광펄스의 주파수를 변조하여 제1 DWDM 필터(21)로 출력한다. 여기서 주파수 변조는 제1 조절 가능 감쇠기(31)를 통해 밸런스 포토 다이오드(4)로 출력된 기준광과 소정의 주파수 차이가 발생하도록 하여 간섭 신호를 얻기 위해 수행한다.
주파수 변조된 음향/진동 센서용 광펄스는 제1 DWDM 필터(21)에서 제2 레이저 다이오드(7)가 출력하는 온도 센서용 광펄스와 혼합되어 전광 증폭기(8)로 입사하고, 전광 증폭기(8)는 이들 광펄스를 필요한 세기로 증폭하여 제2 DWDM 필터(22)로 출력한다.
제2 DWDM 필터(22)는 혼합되어 있는 온도 센서용 광펄스와 음향/진동 센서용 광펄스가 제2 단자를 통해 입사하면, 이중에서 온도 센서용 광펄스는 제1 단자를 통해 온도 센서용 경로로 출력하고, 음향/진동 센서용 광펄스는 제3 단자를 통해 서큘레이터(9)로 출력한다.
서큘레이터(9)는 제1 단자를 통해 입사하는 음향/진동 센서용 광펄스를 제3 단자를 통해 제3 DWDM 필터(23)로 출력하고, 제3 DWDM 필터(23)는 제2 단자를 통해 입사하는 음향/진동 센서용 광펄스를 제3 단자를 통해 센싱 대상 광섬유(40)로 출력한다.
센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 반송되는 음향/진동 센서용 산란광은 제3 DWDM 필터(23)의 제3 단자로 입사하여 제2 단자를 통해 서큘레이터(9)의 제3 단자로 입사하고, 서큘레이터(9)는 이를 제2 단자를 통해 밸런스 포토 다이오드(4)로 출력한다.
밸런스 포토 다이오드(4)는 제1 조절 가능 감쇠기(31)를 통해 밸런스 포토 다이오드(4)로 입사한 기준광과 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 반송된 측정광을 결합하여 간섭 신호를 생성한다. 이 간섭 신호를 주 처리 장치(100)가 수신하여, 표시 장치(101)를 통해 표시하거나. 센싱 대상 광섬유(40)에 음향이나 진동이 가해지지 않은 상태에서 측정된 기준 간섭 신호와 비교하여 음향 또는 진동이 센싱 대상 광섬유(40)에 가해지고 있는지를 판단하도록 할 수 있다.
한편, 제2 DWDM 필터(22)에서 온도 센서용 경로로 출력된 온도 센서용 광펄스는 1480 WDM 커플러(11)와 C/L WDM 커플러(12) 그리고 제3 DWDM 필터(23)를 거쳐 센싱 대상 광섬유(40)로 출력된다.
센싱 대상 광섬유(40)로 출력된 온도 센서용 광펄스는 산란되어 반송되는데, 여기에는 레일레히(Rayleigh) 산란광 및 라만(Raman) 산란광이 포함되어 있다. 여기서 레일레히(Rayleigh) 산란광은 온도 센서용 광펄스와 동일한 파장 대역(파장 1550nm 부근)을 가지고, 라만(Raman) 산란광은 레일레히(Rayleigh) 산란광 양쪽으로 분산된 대역에 한 개씩 나타난다.
센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 반송되는 온도 센서용 광펄스의 산란광은 제3 DWDM 필터(23)의 제1 단자를 통해 온도 센서용 광경로로 출력된다.
온도 센서용 광경로로 입사한 온도 센서용 광펄스의 산란광은 C/L WDM 커플러(12)로 입사하고, C/L WDM 커플러(12)는 라만 산란광 중의 장파장 대역(파장 1650nm 부근)인 스톡스 광신호만 걸러서 스톡스 측정 포토 다이오드(16)로 출력하고, 나머지 산란광은 1480 WDM 커플러(11)로 전달한다.
1480 WDM 커플러(11)는 라만 산란광 중 단파장 대역(파장 1450nm 부근)인 안티스톡스 광신호만을 걸러서 안티스톡스 측정 포토 다이오드(15)로 출력한다.
도 2를 참고하면, 이렇게 출력된 스톡스 광신호와 안티스톡스 광신호는 각각 광전 변환 및 신호 프로세싱을 거쳐 주 처리 장치(100)에 전달된다. 주 처리 장치(100)는 안티스톡스 광신호의 세기와 스톡스 광신호의 세기를 비교하여 센싱 대상 광섬유(40)의 특정 위치의 온도를 산출할 수 있다. 여기서 안티스톡스 광신호가 온도에 따라 크게 변화하고, 스톡스 광신호는 그 변화가 적어서 이들을 비교함으로써 온도를 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템을 통해 분포된 광섬유 여러 위치의 온도를 측정하는 방법에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템의 온도 측정에 이용되는 산란광들을 보여주는 산란광 파장 분포도이다.
광섬유에서 발생하는 광산란에는 레일레히 산란(Rayleigh scattering)과 라만 산란(Raman scattering)이 포함되어 있다. 여기서 레일레히 산란은 빛의 파장 보다 작은 입자에 의해 발행하는 산란으로서 입사광의 파장과 산란광의 파장이 동일하고, 광섬유 내로 입사한 빛이 코어의 밀도 변동(density fluctuation)에 의해 입사 세기 대비 약 10-3(-30dB)의 연속적인 산란 신호가 발생하는 것을 말한다. 라만 산란(Raman scattering)은 광섬유 내 분자들의 격자 진동에 의해 발행하는 산란으로서 입사광의 파장과 산란광의 파장이 다르고, 분자들의 격자 진동 주파수에 비례하여 에너지 교환이 이루어지고 이로 인해 파장의 변화가 발생한다. 에너지 교환 과정에서 에너지를 잃으면 입사광보다 파장이 긴 스톡스 성분이 되고, 에너지를 얻으면 입사광보다 파장이 짧은 안티스톡스 성분이 된다. 따라서 라만 산란광은 입사광 파장대의 양쪽으로 분산된 대역에 한 개씩 나타난다. 이러한 라만 산란광 중 안티스톡스 성분은 온도가 상승할수록 그 세기가 강해지는데 비해 스톡스 성분은 그 변화가 적거나 거의 없다. 따라서, 이들 두 성분을 검출하여 비교함으로써, 산란이 발생한 위치의 온도를 확인할 수 있다. 이 때, 산란이 발생한 위치는 광펄스가 산란되어 되돌아오는 시간이 위치에 따라 달라지므로 측정용 광펄스의 발진으로부터 산란광이 수신되기까지의 시간을 기준으로 어느 위치에서 산란된 광인지 추정한다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템을 통해 분포된 광섬유 여러 위치의 음향/진동을 측정하는 방법에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템에서 분포되어 있는 구조물의 분포형 음향/진동을 시간에 따른 파동 그래프로 얻을 수 있는 이유를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템을 통해 분포되어 있는 구조물의 분포형 음향/진동을 측정하여 얻은 파형도의 예시이다.
도 4를 참고하면, 측정용 광펄스 소스가 발진하는 광펄스가 센싱 대상 광섬유(40)의 한방향으로 출력되면, 거리별로 산란되어 반송되는 산란광들이 순차적으로 검출된다. 하나의 측정용 광펄스에 대한 모든 산란광이 수신되면, 다음 측정용 광펄스를 출력하여 그에 대한 산란광을 수신한다. 이와 같은, 측정을 반복하여 도 5와 같은 거리에 따른 산란광 파형들을 얻는다. 예를 들어, 40km 길이의 광섬유에 대하여 이와 같은 측정을 진행한다면, 광펄스의 출력 빈도는 약 2.5kHz로 설정할 수 있다.
센싱 대상 광섬유(40)의 특정 위치에 충격이나 진동이 가해지면, 레일레히 산란에 변화가 발생하고, 이는 도 5의 파형도에서 특정 시간에 측정된 특정 위치의 파형이 달라지게 된다. 이러한 파형 변화를 통해 음향/진동이 가해지는지 여부와 그 위치를 파악할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템의 구성도이다.
도 6의 실시예는 도 1의 실시예에 비하여, ASE 필터(15, Amplified Spontaneous Emission Filter)가 온도 센서용 광경로에 삽입되어 있는 점이 다르다. ASE 필터(17)는 전광 증폭기(8) 등에서 발생할 수 있는 노이즈인 ASE 광성분을 필터링하기 위한 소자로써, 제2 DWDM 필터(23)와 1480 WDM 커플러(11) 사이에 배치되어 있다. 제2 DWDM 필터(23)가 ASE 필터링 기능을 하지 못하는 경우에 채용할 수 있는 구성이다. 기타 구성이나 동작은 도 1의 실시예와 동일하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템의 구성도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도와 진동 측정을 위한 광섬유 센서 시스템은 분포형 음향 센서용 광원인 협대역 레이저광을 발진하는 제1 레이저 다이오드(1), 입사광을 신호 출력광과 기준광으로 분기하는 1x2 광커플러인 제1 커플러(2), 광을 적절한 세기로 감쇠하는 제1 조절 가능 감쇠기(Tunable Attenuator, 31), 기준광과 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 회송되는 광의 간섭 신호를 측정하여 분포형 음향 센서의 검출기 역할을 하는 밸런스 포토 다이오드(Balance Photo Diode: BPD, 4), 광을 적절한 세기로 감쇠하는 제2 조절 가능 감쇠기(Tunable Attenuator, 32), 광을 증폭하고 광펄스를 생성하는 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier: SOA 5), 광신호의 주파수를 변조(phase shift)하는 음향 광학 변조기(Acoustic Optical Modulator: AOM, 6), 온도 센서용 광펄스를 발진하는 제2 레이저 다이오드(7), 설정된 시간에 맞춰 제2 레이저 다이오드(7)를 전광 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier: EDFA, 8)에 연결하거나 음향 광학 변조기(6)를 전광 증폭기(8)에 연결하는 1x2 광학 스위치(Optical Switch: OSW, 50), 광신호를 충분한 세기로 증폭하는 전광 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier: EDFA, 8), 광의 입사 경로에 따라 출력 경로를 다르게 가져가는 제1 및 제2 서큘레이터(Circulator, 91, 92), 특정 파장 대역의 광만 반사하고, 나머지는 통과시키는 FBG 필터(Fiber Bragg Grating Filter, 10), 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 회송되는 광 중에서 안티스톡스(Anti-Stokes) 신호를 필터링하여 안티스톡스 측정 포토 다이오드(15)로 보내고 나머지 신호는 통과시키는 1480 WDM 커플러(Wavelength Division Multiplexer Coupler, 11), 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 회송되는 광 중에서 스톡스(Stokes) 신호를 필터링하여 스톡스 측정 포토 다이오드(16)로 보내고 나머지 신호는 통과시키는 C/L WDM 커플러(C/L 밴드 Division Multiplexer Coupler, 12), 제2 서큘레이터(92)를 통해 제2 단자로 입사하는 음향/진동 센서용 광신호를 제3 단자를 통해 센싱 대상 광섬유(40)로 출력하고, 제1 단자를 통해 입사하는 온도 센서용 광신호를 센싱 대상 광섬유(40)로 출력하며, 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 제3 단자로 입사하는 음향/진동 센서용 산란광과 온도 센서용 산란광을 각각 제2 서큘레이터(92)와 온도 센서용 광경로로 전달하는 DWDM 필터(23), 안티 스톡스 광신호를 광전 변환하여 안티스톡스 전기 신호로 출력하는 안티스톡스 측정 포토 다이오드(15) 및 스톡스 광신호를 광전 변환하여 스톡스 전기 신호로 출력하는 스톡스 측정 포토 다이오드(16)를 포함한다. 센싱 대상 광섬유(40)는 감시 대상 구조물인 전력 전송선, 컨베이어 벨트, 가스관 등에 설치될 수 있고, DWDM 필터(23)에 연결되어 있다. 여기서, 제1 서큘레이터(91)는 전광 증폭기(8)로부터 입사하는 광은 FBG 필터(10)로 출력하고, FBG 필터(10)로부터 입사하는 광은 제2 서큘레이터(92)로 출력한다. 제2 서큘레이터(92)는 제1 서큘레이터(91)로부터 입사하는 광은 DWDM 필터(23)로 출력하고, DWDM 필터(23)로부터 입사하는 광은 밸런스 포토 다이오드(4)로 출력한다.
도 7를 참고하면, 제1 레이저 다이오드(1)가 출력한 음향/진동 센서용 광은 제1 커플러(2)에 의해 분기되어 일부는 제1 조절 가능 감쇠기(31)로 입사하고, 나머지는 제2 조절 가능 감쇠기(32)로 입사한다. 이때, 제1 커플러(2)의 분기비는 90:10 또는 95:5 일 수 있다.
제1 조절 가능 감쇠기(31)로 입사한 광은 소정의 세기로 감쇠 되어 밸런스 포토 다이오드(4)로 출력되어 기준광으로 사용된다.
제2 조절 가능 감쇠기(32)로 입사한 광은 소정의 세기로 감쇠 되어 반도체 광증폭기(5)로 입사하고, 이를 반도체 광증폭기(5)가 증폭하고 동시에 광펄스로 변환하여 음향 광학 변조기(6)로 출력한다.
음향 광학 변조기(6)는 입사한 광펄스의 주파수를 변조하여 1x2 광학 스위치(50)로 출력한다. 여기서 주파수 변조는 제1 조절 가능 감쇠기(31)를 통해 밸런스 포토 다이오드(4)로 출력된 기준광과 소정의 주파수 차이가 발생하도록 하여 간섭 신호를 얻기 위함이다.
주파수 변조된 음향/진동 센서용 광펄스와 제2 레이저 다이오드(7)가 출력하는 온도 센서용 광펄스를 1x2 광학 스위치(50)가 전광 증폭기(8)로 전달하고, 전광 증폭기(8)는 이들 광펄스를 필요한 세기로 증폭하여 제1 서큘레이터(91)로 출력하며, 제1 서큘레이터(91)는 이들 광펄스를 FBG 필터(10)로 전달한다.
FBG 필터(10)는 음향/진동 센서용 광펄스만을 반사하고 나머지 광신호는 통과시키도록 설정되어 있다. FBG 필터(10)는 광의 파장에 따라 일부 대역만을 반사하고 나머지는 통과시키는 필터이고, 그 온도를 조절함으로써 반사시키는 광의 파장 대역을 조정할 수 있다.
FBG 필터(10)에서 반사된 음향/진동 센서용 광펄스는 제1 서큘레이터(91)로 되돌아가서 제2 서큘레이터(92)와 DWDM 필터(23)를 거쳐서 센싱 대상 광섬유(40)로 출력된다.
센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 반송되는 음향/진동 센서용 산란광은 DWDM 필터(23)와 제2 서큘레이터(92)를 거쳐 밸런스 포토 다이오드(4)로 입사한다.
밸런스 포토 다이오드(4)는 제1 조절 가능 감쇠기(31)를 통해 밸런스 포토 다이오드(4)로 입사한 기준광과 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 반송된 산란광(측정광)을 결합하여 간섭 신호를 생성한다. 이 간섭 신호를 센싱 대상 광섬유(40)에 음향이나 진동이 가해지지 않은 상태에서 측정된 기준 간섭 무늬와 비교하여 음향 또는 진동이 센싱 대상 광섬유(40)에 가해지고 있는지를 판단할 수 있다.
FBG 필터(10)를 통과한 온도 센서용 광펄스는 1480 WDM 커플러(11)와 C/L WDM 커플러(12) 그리고 DWDM 필터(23)를 거쳐 센싱 대상 광섬유(40)로 출력된다.
센싱 대상 광섬유(40)로 출력된 온도 센서용 광펄스는 산란되어 반송되는데, 센싱 대상 광섬유(40)에서 산란되어 반송되는 온도 센서용 광펄스의 산란광은 DWDM 필터(23)를 거쳐 C/L WDM 커플러(12)로 입사하고, C/L WDM 커플러(12)는 라만 산란광 중의 장파장 대역(파장 1650nm 부근)인 스톡스 광신호만 걸러서 스톡스 측정 포토 다이오드(16)로 출력하고, 나머지 산란광은 1480 WDM 커플러(11)로 전달한다.
1480 WDM 커플러(11)는 라만 산란광 중 단파장 대역(파장 1450nm 부근)인 안티스톡스 광신호만을 걸러서 안티스톡스 측정 포토 다이오드(15)로 출력한다.
도 2를 참고하면, 이렇게 출력된 스톡스 광신호와 안티스톡스 광신호는 각각 광전 변환 및 신호 프로세싱을 거쳐 주 처리 장치(100)에 전달된다. 주 처리 장치(100)는 안티스톡스 광신호의 세기와 스톡스 광신호의 세기를 비교하여 센싱 대상 광섬유(40)의 특정 위치의 온도를 산출할 수 있다. 여기서 안티스톡스 광신호가 온도에 따라 크게 변화하고, 스톡스 광신호는 그 변화가 적어서 이들을 비교함으로써 온도를 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1 제1 레이저 다이오드 2 커플러
21, 22, 23 DWDM 필터
31, 32 조절 가능 감쇠기 4 밸런스 포토 다이오드
5 반도체 광증폭기 6 음향 광학 변조기
7 제2 레이저 다이오드 8 전광 증폭기
9, 91, 92 서큘레이터 10 FBG 필터
11 1480 WDM 커플러 12 C/L WDM 커플러
50 1x2 광학 스위치 40 센싱 대상 광섬유
15 안티스톡스 측정 포토 다이오드
16 스톡스 측정 포토 다이오드
17 ASE 필터

Claims (15)

  1. 분포형 음향 센서용 광원,
    상기 분포형 음향 센서용 광원이 출력한 광을 신호 출력광과 기준광으로 분기하는 제1 커플러,
    상기 기준광을 수신하는 음향 센서용 검출기,
    상기 신호 출력광을 증폭하고 광펄스로 변환하는 반도체 광증폭기,
    상기 광펄스로 변환된 신호 출력광의 주파수를 변조하여 음향 센서용 광펄스를 생성하는 음향 광학 변조기,
    온도 센서용 광펄스를 발진하는 분포형 온도 센서용 광원,
    상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 공통 경로로 출력하는 제1 DWDM 필터,
    상기 공통 경로로 출력된 상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 각각 소정의 세기로 증폭하는 전광 증폭기,
    증폭된 상기 온도 센서용 광펄스와 상기 음향 센서용 광펄스를 구분하여, 온도 센서용 광경로와 음향 센서용 광경로로 각각 출력하는 제2 DWDM 필터,
    제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 음향 센서용 광경로로 출력된 상기 음향 센서용 광펄스를 상기 제1 단자를 통해 수신하여 상기 제3 단자를 통해 출력하고, 상기 제3 단자를 통해 수신되는 음향 센서용 산란광은 상기 제2 단자를 통해 상기 음향 센서용 검출기로 전달하는 서큘레이터,
    상기 서큘레이터의 상기 제3 단자에 연결되어 있고, 상기 서큘레이터로부터 입사하는 상기 음향 센서용 광펄스와 상기 온도 센서용 광경로를 통해 입사하는 상기 온도 센서용 광펄스를 센싱 대상 광섬유에 전달하고, 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 회송되는 산란광 중에서 상기 음향 센서용 광펄스의 산란광은 상기 서큘레이터의 상기 제3 단자로 출력하고, 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광은 상기 온도 센서용 광경로로 출력하는 제3 DWDM 필터,
    상기 제2 DWDM 필터와 상기 제3 DWDM 필터 사이의 상기 온도 센서용 광경로에 삽입되어 직렬로 연결되어 있는 제2 커플러 및 제3 커플러,
    상기 제2 커플러에 연결되어 있는 제1 온도 센서용 검출기,
    상기 제3 커플러에 연결되어 있는 제2 온도 센서용 검출기
    를 포함하고,
    상기 음향 센서용 검출기는 상기 기준광과 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 상기 제3 DWDM 필터와 상기 서큘레이터를 통해 반송된 상기 음향 센서용 광펄스의 산란광을 결합하여 간섭 신호를 생성하고,
    상기 제3 커플러는 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 반송되는 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광의 라만 산란광 중의 장파장 대역인 스톡스 광신호만 걸러서 상기 제2 온도 센서용 검출기로 출력하고, 나머지 산란광은 상기 제2 커플러로 전달하며, 상기 제2 커플러는 상기 라만 산란광 중 단파장 대역인 안티스톡스 광신호만을 걸러서 상기 제1 온도 센서용 검출기로 출력하는
    분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 분포형 음향 센서용 광원과 상기 분포형 온도 센서용 광원은 서로 다른 파장의 광을 발진하는 레이저 다이오드인 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 음향 센서용 검출기는 밸런스 포토 다이오드인 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 커플러와 상기 음향 센서용 검출기 사이에 연결되어 있는 제1 조절 가능 감쇠기(tunable attenuator) 및
    상기 제1 커플러와 상기 반도체 증폭기 사이에 연결되어 있는 제2 조절 가능 감쇠기를 더 포함하는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 제2 커플러는 상기 안티스톡스(Anti-Stokes) 신호를 필터링하여 상기 제1 온도 센서용 검출기로 보내고 나머지 신호는 통과시키는 1480 WDM 커플러((Wavelength Division Multiplexer Coupler)이고,
    상기 제3 커플러는 상기 스톡스(Stokes) 신호를 필터링하여 상기 제2 온도 센서용 검출기로 보내고 나머지 신호는 통과시키는 C/L WDM 커플러(C/L band Division Multiplexer Coupler)인 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 온도 센서용 검출기와 상기 제2 온도 센서용 검출기는 포토 다이오드인 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 제2 DWDM 필터와 상기 제2 커플러 사이에 연결되어 있는 ASE 필터(Amplified Spontaneous Emission Filter)를 더 포함하는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 내지 제3 DWDM 필터는 분포형 음향/진동 센서용 광원인 협대역 레이저광은 반사되어 쌍 단자측의 두 단자(제2 및 제3 단자) 사이에서 입출력하고, 분포형 온도 센서용 파장 대역의 광은 통과되어 단일 단자측의 제1 단자와 쌍 단자측의 제2 단자 또는 제3 단자 사이에서 입출력하도록 설정되어 있는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  9. 분포형 음향 센서용 광원,
    상기 분포형 음향 센서용 광원이 출력한 광을 신호 출력광과 기준광으로 분기하는 제1 커플러,
    상기 기준광을 수신하는 음향 센서용 검출기,
    상기 신호 출력광을 증폭하고 광펄스로 변환하는 반도체 광증폭기,
    상기 광펄스로 변환된 신호 출력광의 주파수를 변조하여 음향 센서용 광펄스를 생성하는 음향 광학 변조기,
    온도 센서용 광펄스를 발진하는 분포형 온도 센서용 광원,
    설정된 시간에 맞춰 상기 분포형 온도 센서용 광원을 다음단에 연결하거나 상기 음향 광학 변조기를 상기 다음단에 연결하는 1x2 광학 스위치,
    상기 다음단을 구성하며, 상기 음향 센서용 광펄스와 상기 온도 센서용 광펄스를 증폭하는 전광 증폭기,
    특정 파장 대역의 광만 반사하고, 나머지는 통과시켜 온도 센서용 광경로로 진행시키는 FBG 필터,
    제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 전광 증폭기로부터 상기 제1 단자로 입사하는 광을 상기 제2 단자를 통해 상기 FBG 필터로 전달하고, 상기 FBG 필터로부터 반사되어 상기 제2 단자로 입사하는 광을 상기 제3 단자로 출력하는 제1 서큘레이터,
    제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 제1 서큘레이터의 상기 제3 단자에 연결되어 있고, 상기 제1 서큘레이터로부터 상기 제1 단자로 입사하는 광을 제3 단자로 출력하고, 상기 제3 단자를 통해 입사하는 광은 상기 음향 센서용 검출기로 전달하는 제2 서큘레이터,
    제1 내지 제3 단자를 가지며, 상기 제2 서큘레이터를 통해 상기 제2 단자로 입사하는 상기 음향 센서용 광펄스를 상기 제3 단자를 통해 센싱 대상 광섬유로 출력하고, 상기 온도 센서용 광경로에 연결되어 있는 상기 제1 단자를 통해 입사하는 상기 온도 센서용 광펄스를 상기 제3 단자를 통해 상기 센싱 대상 광섬유로 출력하며, 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 상기 제3 단자로 입사하는 음향 센서용 광펄스의 산란광을 상기 제2 서큘레이터로 전달하고, 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광은 상기 온도 센서용 광경로로 전달하는 DWDM 필터,
    상기 FBG 필터와 상기 DWDM 필터 사이의 상기 온도 센서용 광경로에 삽입되어 직렬로 연결되어 있는 제2 커플러 및 제3 커플러,
    상기 제2 커플러에 연결되어 있는 제1 온도 센서용 검출기,
    상기 제3 커플러에 연결되어 있는 제2 온도 센서용 검출기
    를 포함하고,
    상기 음향 센서용 검출기는 상기 기준광과 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 상기 DWDM 필터와 상기 제2 서큘레이터를 통해 반송된 상기 음향 센서용 광펄스의 산란광을 결합하여 간섭 신호를 생성하고,
    상기 제3 커플러는 상기 센싱 대상 광섬유에서 산란되어 반송되는 상기 온도 센서용 광펄스의 산란광의 라만 산란광 중의 장파장 대역인 스톡스 광신호만 걸러서 상기 제2 온도 센서용 검출기로 출력하고, 나머지 산란광은 상기 제2 커플러로 전달하며, 상기 제2 커플러는 상기 라만 산란광 중 단파장 대역인 안티스톡스 광신호만을 걸러서 상기 제1 온도 센서용 검출기로 출력하는
    분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 분포형 음향 센서용 광원과 상기 분포형 온도 센서용 광원은 서로 다른 파장의 광을 발진하는 레이저 다이오드인 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  11. 제9항에서,
    상기 음향 센서용 검출기는 밸런스 포토 다이오드인 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  12. 제9항에서,
    상기 제1 커플러와 상기 음향 센서용 검출기 사이에 연결되어 있는 제1 조절 가능 감쇠기(tunable attenuator) 및
    상기 제1 커플러와 상기 반도체 증폭기 사이에 연결되어 있는 제2 조절 가능 감쇠기를 더 포함하는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  13. 제9항에서,
    상기 제2 커플러는 상기 안티스톡스(Anti-Stokes) 신호를 필터링하여 상기 제1 온도 센서용 검출기로 보내고 나머지 신호는 통과시키는 1480 WDM 커플러((Wavelength Division Multiplexer Coupler)이고,
    상기 제3 커플러는 상기 스톡스(Stokes) 신호를 필터링하여 상기 제2 온도 센서용 검출기로 보내고 나머지 신호는 통과시키는 C/L WDM 커플러(C/L band Division Multiplexer Coupler)인 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  14. 제9항에서,
    상기 제1 온도 센서용 검출기와 상기 제2 온도 센서용 검출기는 포토 다이오드인 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
  15. 제9항에서,
    상기 DWDM 필터는 쌍 단자측의 두 단자(제2 및 제3 단자) 사이에서 입출력되는 광신호의 반사파장 대역은 분포형 음향/진동 센서용 광신호의 협대역 레이저광의 파장대역에 맞춰져 있어서, 반사대역 이외의 파장대역 광신호는 통과시킴으로써 쌍 단자측의 두 단자(제2 및 제3 단자) 사이에서 입출력되는 분포형 음향/진동 센서용 광신호의 ASE 성분을 필터링하여 제거할 수 있는 분포형 음향 및 온도 측정 센서 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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