KR20230065823A - 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템 및 분포형 온도 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템 및 분포형 온도 측정 방법이 개시된다. 본 발명의 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템은, 멀티코어 광섬유를 기존의 분포형 온도감지 시스템(DTSS)에 사용하여, 다수 코어에 의해 후방 산란된 라만 산란광을 모든 코어에 대하여 취합해 신호를 분석함으로써, 코어의 수만큼 신호 크기를 증가시켜, 동일한 측정 시간 동안의 신호대잡음비(SNR)를 향상시키고, 이를 통해 측정 거리를 증가시킬 수 있다.

Description

멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템 및 분포형 온도 측정 방법{METHOD AND SYSTEM FOR SENSING DISTRIBUTED TEMPERATURE USING MULTICORE FIBER}
본 발명은 분포형 온도 측정 시스템(DTSS, Distributed Temperature Sensing System)에 연관되며, 멀티코어 광섬유(MultiCore Fiber)를 이용하여 신호대잡음비(SNR)를 향상시키고 측정 거리를 증가시키는 기술에 연관된다.
종래의 분포형 온도감지 시스템에서는, 감지 광섬유에 고출력 광 펄스를 입력한 후, 후방 산란된 빛의 파워를 계측하여, 빛이 산란된 위치의 온도를 측정하고 있다(특허문헌 1 참조).
종래의 분포형 온도감지 시스템에서는, 후방 산란되는 빛의 신호대잡음비(SNR)를 향상시키고 측정 거리를 증가시키기 위해, 광섬유로 입력되는 광 펄스의 파워를 높이거나, 측정 시간을 충분히 늘리는 방법이 이용되고 있다.
하지만 광 펄스의 파워를 너무 높은 값으로 하면, 온도를 감시하는 광섬유에서 유도라만산란(Stimulated Raman Scattering)이 발생하여 정확한 온도 측정을 하기 어렵다.
특히, 단일모드 광섬유(Single Mode Fiber)의 경우, 다중모드 광섬유(Multi Mode Fiber)보다 낮은 파워에서 유도라만산란이 발생한다.
단일모드 광섬유를 이용해 실험한 결과, 반치선폭(FWHM)이 10ns일 때 펄스 피크 파워 5W 정도에서 유도라만산란이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이 외에도, 분포형 온도감지 시스템을 통해, 화재와 같은 급격한 온도 변화를 단시간 내에 검출하기 위해서는, 광 펄스의 입사와 반사광 감지를 통한 신호 처리에 소요되는 전체 측정 시간을 가능한 짧게 운용할 필요가 있다.
[특허문헌 1] 등록특허공보 제10-1095590호
본 발명은 온도 감지용 멀티코어 광섬유를 분포형 온도감지 시스템(DTSS)에 적용하여, 멀티코어 광섬유 내의 다수 코어에 광 펄스를 각각 입력한 후, 광섬유의 길이에 따라 후방 산란된 산란광(예, 라만 산란광)를 모든 코어에 대해 취합해 처리함으로써, 산란광 처리 시의 신호대잡음비(SNR)를 각 코어의 수에 비례해 높이면서, 분포형 온도감지 시의 측정 거리를 증가시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템은, 복수의 광원을 제어하여, 복수의 측정광 펄스를 생성하는 광 생성부와, 상기 복수의 측정광 펄스를 필터 어레이로 입력하여, 상기 필터 어레이로부터 출력되는 선택된 파장에 해당하는 복수의 제1 측정광 펄스를, 멀티코어 광섬유로 입사시키는 광 입사부와, 상기 복수의 제1 측정광 펄스의 입사에 따라, 상기 멀티코어 광섬유의 일단으로부터 반사된 반사광 펄스가 상기 필터 어레이로 입력되면, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을 상기 필터 어레이를 통해 추출하는 광 추출부와, 상기 광 추출부에 의해 전달되는 상기 필터 어레이에 의해 추출된 산란광을, 전기신호로 변환하는 광 감지부, 및 상기 전기신호로 변환된 산란광을 이용하여, 상기 멀티코어 광섬유의 길이에 따른 온도 분포 정보 생성을 위한 처리를 수행하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 반사광 펄스에는, 상기 복수의 제1 측정광 펄스가 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어에 의해 산란함에 따라, 상기 각 코어로부터 발생되는 상기 산란광이 포함되고, 상기 광 추출부는, 상기 필터 어레이를 제어하여, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어의 수에 상응하여 반복해서 추출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 방법은, 복수의 광원을 제어하여, 복수의 측정광 펄스를 생성하는 단계와, 상기 복수의 측정광 펄스를 필터 어레이로 입력하여, 상기 필터 어레이로부터 출력되는 선택된 파장에 해당하는 복수의 제1 측정광 펄스를, 멀티코어 광섬유로 입사시키는 단계와, 상기 복수의 제1 측정광 펄스의 입사에 따라, 상기 멀티코어 광섬유의 일단으로부터 반사된 반사광 펄스가 상기 필터 어레이로 입력되면, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을 상기 필터 어레이를 통해 추출하는 단계와, 상기 필터 어레이에 의해 추출된 산란광을, 전기신호로 변환하는 단계, 및 상기 전기신호로 변환된 산란광을 이용하여, 상기 멀티코어 광섬유의 길이에 따른 온도 분포 정보 생성을 위한 처리를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 반사광 펄스에는, 상기 복수의 제1 측정광 펄스가 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어에 의해 산란함에 따라, 상기 각 코어로부터 발생되는 상기 산란광이 포함되고, 상기 추출하는 단계는, 상기 필터 어레이를 제어하여, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어의 수에 상응하여 반복해서 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 멀티코어 광섬유를 분포형 온도감지 시스템(DTSS)에 사용하여, 종래의 단일모드 광섬유를 다수 개 사용할 때와 유사한 정확도를 가지는 온도 분포 정보를 단시간 내에 획득할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수 코어를 가진 멀티코어 광섬유의 코어의 수(
Figure pat00001
)만큼 온도 감지용으로 사용하므로, 측정광 펄스 입사에 따라 후방 산란하는 산란광의 신호 처리 시 신호 크기가 증가하므로, 종래의 단일코어 광섬유 이용시 보다, 신호대잡음비(SNR)를
Figure pat00002
배 향상시키고 온도감지 시의 측정 거리를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 각 코어에 입력하는 측정광 펄스에 코드 길이가 L인 Cyclic Simplex 코드 기법을 적용함으로써 신호대잡음비(SNR)를 추가로
Figure pat00003
배 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 각 코어를 2개씩 연결한 Double-End 구조의 광 회로를 가지는 멀티코어 광섬유를 사용할 경우, 스토크스(Stokes) 성분의 산란광과, 안티스토크스(Anti-Stokes) 성분의 산란광 간에 생기는 온도 오차를 상기 광 회로에 의해 자동 보상해, DTSS의 신호대잡음비(SNR)를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 Complementary 기법을 적용함에 있어서 측정광 펄스가 입력되는 코어를 제외한 나머지 코어로, 상기 측정광 펄스와 상이한 파장의 제2 측정광 펄스를 입력하면, 종래의 측정광 광원의 수량을 절반으로 줄일 수 있어 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 일 구성 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 다른 구성 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 다른 구성 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 다른 구성 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템은, 멀티코어 광섬유를 사용하여, 다수 코어에 의해 후방 산란된 라만 산란광을 모든 코어에 대하여 취합해 신호를 분석함으로써, 코어의 수만큼 신호 크기를 증가시켜, 동일한 측정 시간 동안의 신호대잡음비를 향상시키고, 이를 통해 측정 거리를 증가시킬 수 있다.
본 발명에서 멀티코어 광섬유는, 다수 코어로 구성된 온도 감지용 광섬유로서, 하나의 코어로 구성된 일반 광섬유를 다수 개 하나로 묶어 놓은 것과 유사한 구조를 가지지만, 멀티코어 광섬유 내부의 기하 구조는 일반 광섬유와 상이하다.
도 1은 본 발명에 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유(180)를 이용한 분포형 온도 측정 시스템(100)은, 광 생성부(110), 광 입사부(120), 광 감지부(130), 광 추출부(140), 신호 처리부(150), 멀티코어 광섬유(180) 및 광학 시스템(190)을 포함하여 구성할 수 있다.
일례로, 광학 시스템(190)은, 광원(191), 광 증폭기(192), 광 분할기(194), 필터 어레이(193) 또는 멀티코어 필터(195), 제1 광 감지기(196) 또는 제2 광 감지기(197)를 포함하여 구성할 수 있다.
여기서 필터 어레이(193)는, 특정 파장을 선택하는 '선택필터'와 '라만필터'와의 조합으로 이루어질 수 있다. 멀티코어 필터(195)를 구성하는 복수의 코어 각각도, 특정 파장을 선택하는 '선택필터'와 '라만필터'와의 조합으로 이루어질 수 있다.
광 생성부(110)는 복수의 광원(191)을 제어하여, 복수의 측정광 펄스를 생성하는 기능을 한다.
일례로 광 생성부(110)는 복수의 광원(191)을 제어하여, 모든 광원(191)에서 생성되는 복수의 측정광 펄스의 출력펄스값이 정해진 상한값을 초과하지 않도록 할 수 있다.
즉, 광 생성부(110)는 복수의 측정광 펄스 각각이 필터 어레이(193)를 통과할 때, 유도라만산란이 발생하지 않는 수준에서 가능한 높은 출력펄스값을 가지도록 생성할 수 있다.
이를 통해 광 생성부(110)는 적정 수준으로 높은 광 파워로 측정광 펄스를 생성하여, 분포형 온도 측정 시스템(100)에서의 신호대잡음비(SNR)를 높일 수 있고, 유도라만산란의 발생을 방지해 온도 측정의 정확도를 높일 수 있다.
다른 일례로 광 생성부(110)는 복수의 광원(191) 중 하나의 광원(191)에 선택적으로 제어명령을 발생할 수도 있다.
이 경우, 광 생성부(110)는 광원(191)에 의해 단일의 측정광 펄스를 생성한 후, 광 분할기(194)를 이용하여, 상기 단일의 측정광 펄스를, 복수의 측정광 펄스로 분할해, 광 입사부(120)에서 이용하도록 할 수도 있다.
광 입사부(120)는 복수의 측정광 펄스를, 필터 어레이(193)를 통해서, 멀티코어 광섬유(180)로 입사시키는 기능을 한다.
광 입사부(120)는 상기 복수의 측정광 펄스를 필터 어레이(193)로 입력하여, 필터 어레이(193)로부터 출력되는 선택된 파장에 해당하는 복수의 제1 측정광 펄스를, 멀티코어 광섬유(180)로 입사시킬 수 있다.
일례로, 필터 어레이(193)는 상기 복수의 측정광 펄스 중에서, 상기 선택되지 않은 파장의 제2 측정광 펄스를 제거하여, 상기 선택된 파장에 해당하는 복수의 제1 측정광 펄스를 통과시킬 수 있고, 광 입사부(120)는 필터 어레이(193)를 통과한 상기 복수의 제1 측정광 펄스를, 멀티코어 광섬유(180)로 입사시킬 수 있다.
다른 일례로, 필터 어레이(193)는 상기 복수의 측정광 펄스 중에서, 상기 선택되지 않은 파장의 제2 측정광 펄스를 제거하지 않고 통과시킬 수 있고, 광 입사부(120)는 필터 어레이(193)를 통과한 상기 제2 측정광 펄스를, 상기 제1 측정광 펄스가 입사되지 않은, 멀티코어 광섬유(180) 내 나머지 코어로 입사시킬 수 있다.
광 추출부(140)는 복수의 제1 측정광 펄스의 입사에 따라, 멀티코어 광섬유(180)의 일단(후방)으로부터 반사된 반사광 펄스가 필터 어레이(193)로 입력되면, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 필터 어레이(193)를 통해 추출하는 기능을 한다.
일례로, 필터 어레이(193)는, 입력된 상기 복수의 측정광 펄스 중에서, 통과시킬 상기 복수의 제1 측정광 펄스의 파장을 선택하는 선택필터와, 라만필터의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 반사광 펄스에는, 상기 복수의 제1 측정광 펄스가 멀티코어 광섬유(180) 내 각 코어에 의해 산란함에 따라, 상기 각 코어로부터 발생되는 산란광이 포함되고, 광 추출부(140)는 필터 어레이(193)를 제어하여, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 멀티코어 광섬유(180) 내 각 코어의 수에 상응하여 반복해서 추출할 수 있다.
필터 어레이(193)는 상기 반사광 펄스와 함께 입력되는 상기 제1 측정광 펄스를 필터링하여 광원(191) 성분을 제거할 수 있다.
이후 필터 어레이(193)는 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 스토크스(Stokes) 성분의 제1 산란광 및 안티스토크스(Anti-Stokes) 성분의 제2 산란광으로 분리해 추출할 수 있다.
광 감지부(130)는, 광 추출부(140)에 의해 전달되는 필터 어레이(193)에 의해 추출된 산란광을, 전기신호로 변환하는 기능을 한다.
일례로 광 감지부(130)는 필터 어레이(193)에 의해 분리되어 추출된 상기 제1 산란광 및 상기 제2 산란광을 각각 전기신호로 변환할 수 있다.
신호 처리부(150)는 추출된 산란광을 이용하여, 멀티코어 광섬유(180)의 길이에 따른 온도 분포 정보 생성을 위한 처리를 수행하는 기능을 한다.
신호 처리부(150)는 상기 전기신호로 변환된 상기 제1 산란광 및 상기 제2 산란광을 상기 처리하여, 상기 온도 분포 정보를 생성할 수 있다.
일례로 N개(상기 N은 2 이상의 자연수)의 코어를 가진 멀티코어 광섬유(180)의 경우, 필터 어레이(193)는 N개의 산란광을, N개의 스토크스 성분의 제1 산란광과, N개의 안티스토크스 성분의 제2 산란광으로 분리해 추출할 수 있고, 광 감지부(130)는 N개의 제1 산란광 및 N개의 제2 산란광을 각각 전기신호로 변환하고, 신호 처리부(150)는 전기신호로 변환된 N개의 제1 산란광을 합산하여 얻어진 합산값 및 전기신호로 변환된 N개의 제2 산란광을 합산하여 얻어진 합산값을 처리하여, 멀티코어 광섬유(180)의 길이에 따른 온도 분포 정보를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코어 수(
Figure pat00004
)만큼 추출한 산란광을 합산하여 처리하여, 신호대잡음비(SNR)를 각 코어의 수에 비례해 높일 수 있고, 이를 통해 분포형 온도감지 시의 측정 거리를 증가시킬 수 있다.
실시예에 따라, 멀티코어 광섬유(180)의 다른 일단에는, 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어를 2개씩 연결한 Double-End 구조의 광 회로가 구성될 수 있다.
상기 광 회로는, 스토크스(Stokes) 성분의 제1 산란광과 안티스토크스(Anti-Stokes) 제2 산란광 간 파장에 따른 손실 오차를 멀티코어 광섬유(180) 내에서 최소화할 수 있다.
다시 말해, 상기 광 회로는, 스토크스(Stokes) 성분의 제1 산란광과, 안티스토크스(Anti-Stokes) 성분의 제2 산란광 간에 생기는 온도 오차를 자동 보상하여, 각 산란광의 신호대잡음비(SNR)를 높일 수 있다.
상기 광 회로는, 멀티코어 광섬유(180) 내 코어의 수에 따라, 1쌍 이상으로 구성될 수 있고, 광 회로의 수가 많아질수록, 신호대잡음비(SNR)를 더 높일 수 있다.
또한 광 입사부(120)에서, 상기 광 회로의 2개 코어 중, 상기 제1 측정광 펄스가 입력되는 코어를 제외한 나머지 코어로, 광 증폭기(192)의 증폭률을 유지하기 위해 생성한 파장이 상이한 제2 측정광 펄스를 입력할 경우, 하나의 광원(191)으로 2개 코어에 대해 Cyclic Simplex 코드 기법을 적용해 온도 측정을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 신호 처리부(150)는 상기 각 코어의 수만큼 추출된 각 산란광에 대한 신호대잡음비(SNR)를 증가시키기 위해, 선정된 조건에서 Cyclic Simplex 코드 기법을 상기 각 산란광에 적용하여 처리할 수 있다.
상기 Cyclic Simplex 코드 기법을 적용함에 있어서, 멀티코어 광섬유(180)의 길이에 해당되는 전체시간 동안, 필터 어레이(193)를 통해서 특정 파장의 복수의 제1 측정광 펄스가 멀티코어 광섬유(180)로 입사되고, 정해진 지연시간을 두고 멀티코어 광섬유(180) 내 각 코어의 수만큼 상기 반사광 펄스로부터 산란광이 반복해서 추출되는 조건에서, 신호 처리부(150)는 상기 각 코어의 수만큼 추출한 각 산란광에 Cyclic Simplex 코드 기법을 적용할 수 있다.
즉, 측정광 펄스가 입사되는 패턴 주기를 미리 알고 있는 상태에서, 반사광 펄스로부터의 산란광 추출 간격이 일정하게 유지되면, 신호 처리부(150)는 다수 코어의 스토크스 및 안티스토크스 신호에 Cyclic Simplex 코드 기법을 적용함으로써, 종래의 단일코어 광섬유를 이용한 Cyclic Simplex 코드 기법을 적용한 결과와 비교해, 신호대잡음비(SNR)를
Figure pat00005
배(
Figure pat00006
은, 코어의 수) 더 증가시킬 수 있다.
실시예에 따라, 광 입사부(120)는 필터 어레이(193) 대신에, 멀티코어 필터(195)를 이용하여, 복수의 측정광 펄스 각각을, 멀티코어 필터(195) 내 각 코어로 입력하고, 멀티코어 필터(195) 내 각 코어로부터 출력되는 상기 선택된 파장에 해당하는 상기 복수의 제1 측정광 펄스 각각을, 멀티코어 광섬유(180) 내 각 코어로 입사시킬 수 있다.
이 경우, 광 추출부(140)는 멀티코어 광섬유(180)의 일단으로부터 반사된 반사광 펄스가 멀티코어 필터(195)로 입력되면, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 멀티코어 필터(195)를 통해 추출할 수 있다.
광 감지부(130)는 멀티코어 필터(195)에 의해 추출된 산란광을, 멀티코어 필터(195)의 점유 면적에 상당하는 대면적의 제1 광 감지기(196)를 이용하여, 감지할 수 있다.
또한 광 감지부(130)는 멀티코어 광섬유(180)에 피그테일(pigtail) 처리된 제2 광 감지기(197)를 이용하여, 멀티코어 필터(195)에 의해 추출된 산란광을 감지할 수도 있다.
이처럼 멀티코어 필터(195) 및 대면적의 제1 광 감지기(196) 또는 피그테일 처리된 제2 광 감지기(197)를 사용하면, 분포형 온도 시스템(100)을 심플하게 구성할 수 있다.
또한, 실시예에 따라 광 입사부(120)는, 광 증폭기(192)를 이용하여, 광원(191)에서 생성되는 측정광 펄스를 증폭 처리해, 멀티코어 광섬유(180)에 입사시킴으로써, 고출력의 측정광 펄스에 의해 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.
이를 위해 광 입사부(120)는 측정광 펄스 각각을 정해진 주기로 광 증폭기(192)로 입력하여, 광 증폭기(192)를 통해 각 측정광 펄스에 대한 출력펄스값을 증폭시키고, 이후 필터 어레이(193)를 통과시켜, 멀티코어 광섬유(180)로 입사시킬 수 있다.
한편 상기 정해진 주기의 도래에도, 광원(191)으로부터 광 증폭기(192)로 상기 측정광 펄스가 입력되지 않는 경우에는, 광 입사부(120)는 상기 측정광 펄스 대신에, Complementary 기법에 의해 생성된 상기 제1 측정광 펄스와 상이한 파장의 제2 측정광 펄스를 광 증폭기(192)로 입력할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 광 증폭기(192)에 의한 측정광 펄스의 증폭률을 일정하게 유지하고, 결과적으로 멀티코어 광섬유(180)로 입사되는 제1 측정광 펄스의 출력펄스값을 균일하게 할 수 있어, 분포형 온도 측정 시스템(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.
이처럼 상기 제2 측정광 펄스를 상기 측정광 펄스의 증폭률을 일정하게 유지하기 위한 용도로 이용하는 것 외에도, 실제로 온도를 측정하기 위한 용도로 상기 제2 측정광 펄스가 사용될 수 있다.
구체적으로, 멀티코어 광섬유(180) 내에서 상기 측정광 펄스의 산란이 발생되지 않은 제1 코어(즉, 온도값이 아직 측정되지 않은 코어)가 있는 경우, 제2 측정광 펄스는 제거(필터링)되지 않고, 필터 어레이(193)를 통해서 멀티코어 광섬유(180)로 입사되어, 제1 코어에서의 온도값측정에 이용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 멀티코어 광섬유를 분포형 온도감지 시스템(DTSS)에 사용하여, 종래의 단일모드 광섬유를 다수 개 사용할 때와 유사한 정확도를 가지는 온도 분포 정보를 단시간 내에 획득할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수 코어를 가진 멀티코어 광섬유를 온도 감지용으로 사용하므로, 측정광 펄스 입사에 따라 후방 산란하는 산란광 처리 시의 신호대잡음비(SNR)를 각 코어의 수에 비례해 높일 수 있고, 이를 통해 분포형 온도감지 시의 측정 거리를 증가시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 일 구성 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 멀티코어 광섬유(250)를 이용한 분포형 온도 측정 시스템(200)은, 광원 제어기(210), N개의 광원(220), 필터 어레이(230), 멀티코어 팬 인/아웃 모듈(Multi Core Fan In/Out module)(240), 멀티코어 광섬유(250), 광감지기 어레이(260) 및 신호 처리기(270)를 포함하여 구성할 수 있다.
광원 제어기(210)는 N개의 광원(220)에 입력되는 전류를 변조해서 펄스 형태의 광출력을 가지는 측정광 펄스를 각각 생성한다.
필터 어레이(230)는, N개의 광원(220)에 각각 대응하는 N개의 필터로 구성된다. 필터 어레이(230)는, 특정 파장을 선택하는 '선택필터'와 '라만필터'와의 조합으로 이루어질 수 있다.
멀티코어 팬 인/아웃 모듈(240)은, 광원(220)에서 생성되어 각 필터로 입력된 측정광 펄스 각각을, 멀티코어 광섬유(250) 내 각 코어로 입사한다.
멀티코어 광섬유(250)로 입사된 각 측정광 펄스는, 멀티코어 광섬유(250) 내에서 각 코어를 이동하면서 라만 산란하여 산란광을 발생하고, 멀티코어 광섬유(250)의 후방으로 반사된다.
후술하는 신호 처리기(170)에서는 상기 산란광을 처리하여, 상기 산란광의 발생 위치가 되는 각 코어에서의 온도를 측정하게 된다.
상기 각 코어에서 발생한 산란광은, 멀티코어 광섬유(250)로 입사된 상기 측정광 펄스와 함께 반사광 펄스로서, 멀티코어 광섬유(250)의 후방으로 반사되어, 멀티코어 팬 인/아웃 모듈(240)에 의해 필터 어레이(230)로 입력된다.
필터 어레이(230)의 N개의 필터는, 입력된 반사광 펄스로부터, 먼저 원광원에 해당하는 측정광 펄스를 필터링하여 상기 산란광(예, 라만 산란광)를 획득하고, 획득한 산란광을, 스토크스 성분의 제1 산란광과 안티스토크스 성분의 제2 산란광으로 분리한다.
광감지기 어레이(260)는, N개의 필터에 각각 대응하는 N개의 광 감지기로 구성된다.
각 광 감지기는, 대응하는 각 필터에 의해 분리된 상기 제1 산란광과 제2 산란광을 감지하여 전기신호로 변환한 후, 신호 처리기(270)로 입력한다.
신호 처리기(270)는, 광감지기 어레이(260)로부터 입력되는 N개의 제1 산란광과 N개의 제2 산란광을 취합해 처리하여, 멀티코어 광섬유(250)의 길이에 해당하는 온도 분포를 계산한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 멀티코어 광섬유(250)를 분포형 온도 측정 시스템(DTSS)에 사용하여, 종래의 단일모드 광섬유를 이용할 때 보다, 산란광의 신호 크기를 멀티코어 광섬유(250) 내 각 코어의 수(
Figure pat00007
)만큼 증가시킬 수 있어, 신호대잡음비(SNR)를
Figure pat00008
배 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 다른 구성 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 멀티코어 광섬유(250)를 이용한 분포형 온도 측정 시스템(300)은, 도 2에 도시한 분포형 온도 측정 시스템(200)의 구성에서, N개의 광원(220)을 단일 광원(310)으로 대체하고, 광 분할기(320)를 추가하여 구성할 수 있다.
광 제어기(210)는 단일의 광원(310)으로 제어명령을 발생하여, 단일의 측정광 펄스를 생성한다.
광 분할기(194)는, 광원(310)에서 생성된 단일의 측정광 펄스를, N개의 측정광 펄스로 분할한다.
광 분할기(194)에 의해 분할된 N개의 측정광 펄스는, 필터 어레이(230) 내 N개의 필터로 각각 입력되어, 멀티코어 팬 인/아웃 모듈(240)에 의해, 멀티코어 광섬유(250) 내 각 코어로 입사된다.
입사된 각 측정광 펄스는, 멀티코어 광섬유(250) 내에서 각 코어를 이동하면서 라만 산란하여 산란광을 발생하고, 멀티코어 광섬유(250)의 후방으로 반사된다.
상기 각 코어에서 발생한 산란광은, 멀티코어 광섬유(250)로 입사된 상기 측정광 펄스와 함께 반사광 펄스로서, 멀티코어 광섬유(250)의 후방으로 반사되어, 멀티코어 팬 인/아웃 모듈(240)에 의해 필터 어레이(230)로 입력된다.
필터 어레이(230)의 N개의 필터는, 입력된 반사광 펄스로부터 측정광 펄스를 필터링한 후, 스토크스 성분의 제1 산란광과 안티스토크스 성분의 제2 산란광으로 분리해 광감지기 어레이(260)로 입력한다.
광감지기 어레이(260) 내 각 광 감지기는, 대응하는 각 필터에 의해 분리된 상기 제1 산란광과 제2 산란광을 전기신호로 변환한 후, 신호 처리기(270)로 입력한다.
신호 처리기(270)는, 광감지기 어레이(260)로부터 입력되는 N개의 제1 산란광과 N개의 제2 산란광을 취합해 처리하여, 멀티코어 광섬유(250)의 길이에 해당하는 온도 분포를 계산한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, N개의 광원을 모두 이용하는 대신에, 광 파워가 가장 높은 어느 하나의 광원(191)에 선택적으로 제어명령을 발생하여, 단일의 측정광 펄스 생성 후 광 분할기(320)로 분할해 N개의 측정광 펄스를 획득할 수 있어, 필터 어레이(230)에서 유도라만산란이 발생하지 않는 수준에서 고출력의 측정광을 멀티코어 광섬유(250)로 입사시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 다른 구성 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 멀티코어 광섬유(250)를 이용한 분포형 온도 측정 시스템(400)은, 도 2에 도시한 분포형 온도 측정 시스템(200)의 구성에서, 필터 어레이(193)를 멀티코어 필터(410)로 대체하고, 대면적 광감지기(420)를 추가하여 구성할 수 있다.
여기서, 멀티코어 필터(410)는 복수의 코어로 구성될 수 있고, 각 코어도, 특정 파장을 선택하는 '선택필터'와 '라만필터'와의 조합으로 이루어질 수 있다.
광원 제어기(210)는 N개의 광원(220)에 입력되는 전류를 변조해서 펄스 형태의 광출력을 가지는 측정광 펄스를 각각 생성한다.
멀티코어 팬 인/아웃 모듈(240)은, N개의 광원(220)에서 생성된 측정광 펄스 각각을, 멀티코어 필터(410)에 포함되는 각 코어에 입력한다.
멀티코어 필터(410)의 각 코어에 입력된 측정광 펄스는, 멀티코어 광섬유(250) 내 각 코어로 입사된다.
입사된 각 측정광 펄스는, 멀티코어 광섬유(250) 내에서 각 코어를 이동하면서 라만 산란하여 산란광을 발생한다.
상기 산란광과 상기 측정광 펄스를 포함한 반사광 펄스가, 멀티코어 광섬유(250)의 각 코어로부터 반사되어, 후방의 멀티코어 필터(410)의 각 코어로 입력된다.
멀티코어 필터(410)의 각 코어는, 입력된 반사광 펄스로부터 측정광 펄스를 필터링한 후, 스토크스 성분의 제1 산란광과 안티스토크스 성분의 제2 산란광을 분리한다.
대면적 광감지기(420)는, 멀티코어 필터(410)의 각 코어로부터 스토크스 성분의 제1 산란광과 안티스토크스 성분의 제2 산란광을 감지하여, 전기신호로 각각 변환해 신호 처리기(270)로 입력한다.
여기서 대면적 감지기(420)로는, 멀티코어 필터(410)에서 방출된 광을 모두 수용할 수 있도록 구경이 넓은 광 감지기가 이용될 수 있고, 또 멀티코어 광섬유(250)에 피그테일 처리된 광 감지기가 이용될 수도 있다.
신호 처리기(270)는, 대면적 광감지기(420)로부터 입력되는 제1 산란광과 제2 산란광을 취합해 처리하여, 멀티코어 광섬유(250)의 길이에 해당하는 온도 분포를 계산한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 멀티코어로 제작된 필터(410) 및 대면적 광감지기(420)를 사용하여, 분포형 온도 시스템(400)의 구성을 심플하게 할 수 있고, 특히, 및 멀티코어 광섬유(250)에 피그테일 처리된 대면적 광감지기(420)를 이용하면 분포형 온도 시스템(400)의 구성을 보다 단순화 해서 비용을 절감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템의 다른 구성 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 멀티코어 광섬유(250)를 이용한 분포형 온도 측정 시스템(500)은, 도 2에 도시한 분포형 온도 측정 시스템(200)의 구성에서, 멀티코어 광섬유(250)의 다른 일단에 멀티코어 팬 인/아웃 모듈(510)을 추가하여 구성할 수 있다.
멀티코어 팬 인/아웃 모듈(510)은, 멀티코어 광섬유(250) 내 각 코어를 2개씩 연결해 구성한 광 회로를 포함하여 이루어진다.
스토크스 성분의 제1 산란광과 안티스토크스 성분의 제2 산란광은 파장이 서로 다르기 때문에, 멀티코어 광섬유(250) 내에서 제1 산란광과 제2 산란광 간 손실 차가 발생할 수 있다.
상기 광 회로는 2개의 코어를 가지는 Double-End 구조로 구성되므로, Double-End 구조에 의해 제1 산란광과 제2 산란광 간 손실 차를 최소화할 수 있고, 손실 차에 기인한 온도 오차를 자동으로 보상할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, Double-End 구조의 광 회로를 구성한 멀티코어 광섬유(250)를 이용하면, 파장이 다른 상기 제1 산란광과 상기 제2 산란광 간 손실 차로 인한 온도 오차를 멀티코어 광섬유(250) 내에서 자동으로 보상할 수 있어, 온도 오차가 보정된 제1 산란광과 제2 산란광을 이용해 정확한 온도 분포 정보를 생성할 수 있다.
또한 멀티코어 광섬유(250) 내 코어의 수(
Figure pat00009
)에 따라, 1쌍 이상의 상기 광 회로가 구성될 수 있고, 예컨대
Figure pat00010
개의 광 회로가 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 광 회로가 구성된 멀티코어 광섬유(250)를 분포형 온도 측정 시스템에 적용할 경우, 광 회로의 수에 비례해 신호대잡음비(SNR)를 더 향상시킬 수 있다.
실시예에 따라, 도 5와 같이 Double-End 구조의 광 회로가 다수 개 구성된 측정 시스템에 Cyclic Simplex 코드 기법을 적용하여 신호대잡음비(SNR)를 더 향상시킬 수 있다.
즉, 신호 처리기(270)는 Double-end 로 구성된 각 코어에 코드 길이가 L인 펄스 광을 동일하게 적용하고, 멀티코어 광섬유(250) 내 N개 코어 각각으로부터 발생한 산란광(즉, 각 코어의 측정 데이터)에 동일한 Cyclic Simplex 코드를 적용한 후 이를 합산하여 처리하면, 신호대잡음비(SNR)를
Figure pat00011
배 더 향상시킬 수 있다.
Cyclic Simplex 코드를 적용하기 위한 조건으로는, 1)멀티코어 광섬유(250)의 길이에 해당되는 전체시간 동안, 측정광 펄스가 코드 길이가 L인 특정 패턴으로 입사되어야 한다는 점과, 2)광 추출부(140)에서 각 코드 마다 동일한 횟수로 산란광을 수집해야 한다는 점이다.
따라서 측정광 펄스가 입사되는 패턴 주기를 미리 알고 있는 상태에서, 반사광 펄스로부터의 산란광 추출 간격이 일정하게 유지되면, 신호 처리부(270)는 추출되는 각 산란광마다 동일한 Cyclic Simplex 코드를 적용할 수 있고, 이를 통해 각 코어에서 발생한 각 산란광을 취합해 처리할 때의 신호대잡음비(SNR)를 증가시킬 수 있다.
실시예에 따라, 측정광 펄스를 생성하는 N개의 광원(220) 각각에는, 측정광 펄스의 출력펄스값을 증폭하는 EDFA(미도시)가 포함될 수 있다.
EDFA는, 일반적으로 반응 시간이 느리기 때문에 EDFA에 입력되는 측정광 펄스의 입력 주기가 일정하지 않으면, EDFA의 증폭률이 달라지게 된다.
EDFA 증폭률의 변동은, 결과적으로 멀티코어 광섬유(250)에 입사되는 각 측정광 펄스의 광 파워를 변동시켜, Cyclic Simplex 코드를 이용한 측정 결과에 오차를 유발한다.
따라서 EDFA의 증폭률을 일정하게 유지하기 위해, Complementary 기법에 의해 생성한 파장이 상이한 제2 측정광 펄스를, 측정광 펄스 대신 EDFA에 입력하는 방법이 이용될 수 있다.
즉 본 발명은 정해진 입력주기로 EDFA에 측정광 펄스를 입력하다가, 측정광 펄스가 입력되지 않은 주기에서는, 제2 측정광 펄스를 EDFA에 대신 입력하여, 광 펄스의 입력 주기를 일정하게 유지하는 것으로, EDFA의 증폭률을 안정화할 수 있고, 이를 통해 멀티코어 광섬유(250)로 입사되는 각 측정광 펄스의 광 파워를 균일하게 할 수 있다.
또한 본 발명의 분포형 온도 측정 시스템(500)에서는 EDFA의 증폭률이 안정화된 이후에는, 라만필터로 입력되기 전에 상기 제2 측정광 펄스를 제거할 수 있고, 또는 상기 제2 측정광 펄스를 제거하지 않고, 멀티코어 광섬유(250)의 코어 중 측정광 펄스가 입사되지 않은 나머지 코어에서의 온도 측정에 실제 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 방법은, 상술한 분포형 온도 측정 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 단계(610)에서 분포형 온도 측정 시스템(100)은 복수의 광원에 의해 측정광 펄스를 생성한다.
분포형 온도 측정 시스템(100)은 측정광 펄스가 멀티코어 광섬유로 입사하기 전에 필터 어레이를 통과하는 동안 유도라만산란이 발생하지 않도록 정해진 상한값 내에서 가능한 높은 출력펄스값을 가지도록 측정광 펄스를 생성할 수 있다.
실시예에 따라 분포형 온도 측정 시스템(100)은 복수의 광원 중 어느 하나의 광원에 의해 단일의 측정광 펄스를 생성한 후, 광 분할기에 의해, 복수의 측정광 펄스로 분할함으로써, 분포형 온도 측정 시스템(100)을 심플한 구성으로 할 수 있다.
단계(620)에서 분포형 온도 측정 시스템(100)은 복수의 측정광 펄스를, 필터 어레이를 통해서, 멀티코어 광섬유로 입사시킨다.
상기 필터 어레이는, 특정 파장을 선택하는 '선택필터'와 '라만필터'와의 조합으로 이루어지고, 상기 필터 어레이는, 상기 복수의 측정광 펄스 중 선택된 파장의 제1 측정광 펄스를 통과시킬 수 있다.
단계(630)에서 분포형 온도 측정 시스템(100)은 상기 필터 어레이를 통과한 제1 측정광 펄스가 멀티코어 광섬유에 입사됨에 따라, 상기 멀티코어 광섬유의 후방에서 반사된 반사광 펄스가 상기 필터 어레이로 입력되면, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을 상기 필터 어레이를 통해 추출한다.
상기 반사광 펄스에는, 복수의 측정광 펄스가 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어에 의해 산란함에 따라, 상기 각 코어로부터 발생되는 산란광이 포함되고, 분포형 온도 측정 시스템(100)은 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 각 코어의 수에 상응하여 반복해서 추출할 수 있다.
상기 필터 어레이는, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 스토크스(Stokes) 성분의 제1 산란광 및 안티스토크스(Anti-Stokes) 성분의 제2 산란광으로 분리해 추출할 수 있다.
단계(640)에서 분포형 온도 측정 시스템(100)은 각 코어의 수만큼 추출된 각 산란광을 처리하여, 멀티코어 광섬유의 길이에 따른 온도 분포 정보를 생성한다.
즉, 분포형 온도 측정 시스템(100)은 코어 수(
Figure pat00012
)만큼 추출한 각 산란광을 취합해 처리하여, 종래의 단일모드 광섬유를 다수 개 사용할 때와 유사한 정확도를 가지는 온도 분포 정보를 단시간 내에 획득할 수 있고, 산란광 처리 시의 신호대잡음비(SNR)를 각 코어의 수에 비례해 높이면서, 분포형 온도감지 시의 측정 거리를 증가시킬 수 있다.
실시예에 따라, 분포형 온도 측정 시스템(100)은 멀티코어 광섬유의 각 코어를 2개씩 연결해 Double-End 구조를 갖는 광 회로를, 멀티코어 광섬유에 하나 이상 구성할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 상기 광 회로의 Double-End 구조에 의해 제1 산란광과 제2 산란광 간 손실 차를 멀티코어 광섬유 내에서 최소화하여, 손실 차에 기인한 온도 오차를 자동으로 보상할 수 있고, 온도 오차가 보정된 제1 산란광과 제2 산란광을 이용해 보다 정확한 온도 분포 정보를 생성할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 분포형 온도 측정 시스템(100)은 상기 광 회로가 구성된 멀티코어 광섬유를 이용하여, N개 코어에 대해 추출된 각 산란광에 동일한 Cyclic Simplex 코드를 적용한 후 이를 합산하여 처리하면, 신호대잡음비(SNR)를
Figure pat00013
배 더 향상시킬 수 있다.
이때 분포형 온도 측정 시스템(100)은 1)멀티코어 광섬유의 길이에 해당되는 전체시간 동안, 측정광 펄스가 코드 길이가 L인 특정 패턴으로 입사되어야 하고, 2)광 추출부(140)에서 각 코드 마다 동일한 횟수로 산란광을 수집해야 한다는 두 조건이 만족되는 경우에, 상기 Cyclic Simplex 코드를 각 산란광에 적용할 수 있다.
또한, 실시예에 따라 분포형 온도 측정 시스템(100)은, 측정광 펄스의 증폭 처리를 위해 정해진 입력주기로 측정광 펄스를 EDFA에 입력하다가, 측정광 펄스가 입력되지 않은 주기에서는, 파장이 상이한 제2 측정광 펄스를 EDFA에 대신 입력하여, 광 펄스의 입력 주기를 일정하게 유지하는 것으로, EDFA의 증폭률을 안정화할 수 있고, 이를 통해 멀티코어 광섬유로 입사되는 각 측정광 펄스의 광 파워를 균일하게 할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 분포형 온도 측정 시스템
110: 광 생성부
120: 광 입사부
130: 광 감지부
140: 광 추출부
150: 신호 처리부
180: 멀티코어 광섬유
190: 광학 시스템
191: 광원
192: 광 증폭기
193: 필터 어레이
194: 광 분할기
195: 멀티코어 필터
196: 제1 광 감지기
197: 제2 광 감지기

Claims (10)

  1. 복수의 광원을 제어하여, 복수의 측정광 펄스를 생성하는 광 생성부;
    상기 복수의 측정광 펄스를 필터 어레이로 입력하여, 상기 필터 어레이로부터 출력되는 선택된 파장에 해당하는 복수의 제1 측정광 펄스를, 멀티코어 광섬유로 입사시키는 광 입사부;
    상기 복수의 제1 측정광 펄스의 입사에 따라, 상기 멀티코어 광섬유의 일단으로부터 반사된 반사광 펄스가 상기 필터 어레이로 입력되면, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을 상기 필터 어레이를 통해 추출하는 광 추출부;
    상기 광 추출부에 의해 전달되는 상기 필터 어레이에 의해 추출된 산란광을, 전기신호로 변환하는 광 감지부; 및
    상기 전기신호로 변환된 산란광을 이용하여, 상기 멀티코어 광섬유의 길이에 따른 온도 분포 정보 생성을 위한 처리를 수행하는 신호 처리부
    를 포함하고,
    상기 반사광 펄스에는,
    상기 복수의 제1 측정광 펄스가 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어에 의해 산란함에 따라, 상기 각 코어로부터 발생되는 상기 산란광이 포함되고,
    상기 광 추출부는,
    상기 필터 어레이를 제어하여, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어의 수에 상응하여 반복해서 추출하는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터 어레이는,
    상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 스토크스(Stokes) 성분의 제1 산란광 및 안티스토크스(Anti-Stokes) 성분의 제2 산란광으로 분리해 추출하고,
    상기 광 감지부는,
    상기 필터 어레이에 의해 분리되어 추출된 상기 제1 산란광 및 상기 제2 산란광을 각각 전기신호로 변환하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 전기신호로 변환된 상기 제1 산란광 및 상기 제2 산란광을 상기 처리하여, 상기 온도 분포 정보를 생성하는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 멀티코어 광섬유의 다른 일단에는, 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어를 2개씩 연결한 광 회로가 구성되고,
    상기 광 회로는,
    상기 제1 산란광과 상기 제2 산란광 간 파장에 따른 손실 오차를 최소화 하기 위한, Double-End 구조를 갖는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터 어레이는,
    상기 복수의 측정광 펄스 중에서, 상기 선택되지 않은 파장의 제2 측정광 펄스를 제거하여, 상기 선택된 파장에 해당하는 복수의 제1 측정광 펄스를 통과시키고,
    상기 광 입사부는,
    상기 필터 어레이를 통과한 상기 복수의 제1 측정광 펄스를, 상기 멀티코어 광섬유로 입사시키는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광 입사부는,
    상기 필터 어레이에 의해 제거되지 않고 상기 필터 어레이를 통과한 상기 제2 측정광 펄스를, 상기 멀티코어 광섬유 내, 상기 제1 측정광 펄스가 입사되지 않은 나머지 코어로 입사시키는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 각 코어의 수만큼 추출된 각 산란광의 신호대잡음비(SNR)를 증가시키기 위한 처리로서, 상기 각 산란광에 대해, Cyclic Simplex 코드 기법을 적용하는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필터 어레이는,
    입력된 상기 복수의 측정광 펄스 중에서, 통과시킬 상기 복수의 제1 측정광 펄스의 파장을 선택하는 선택필터와, 라만필터의 조합으로 이루어지는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 생성부는,
    상기 복수의 광원 중 하나의 광원에 선택적으로 제어명령을 발생하여, 상기 하나의 광원에 의해 단일의 측정광 펄스를 생성하고,
    광 분할기를 이용하여, 상기 단일의 측정광 펄스를, 복수의 측정광 펄스로 분할하는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 필터 어레이 대신에, 멀티코어 필터가 구비되는 경우,
    상기 광 입사부는,
    상기 복수의 측정광 펄스 각각을 상기 멀티코어 필터 내 각 코어로 입력하고,
    상기 멀티코어 필터 내 각 코어로부터 출력되는, 상기 선택된 파장에 해당하는 상기 복수의 제1 측정광 펄스 각각을, 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어로 입사시키는
    멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 시스템.
  10. 복수의 광원을 제어하여, 복수의 측정광 펄스를 생성하는 단계;
    상기 복수의 측정광 펄스를 필터 어레이로 입력하여, 상기 필터 어레이로부터 출력되는 선택된 파장에 해당하는 복수의 제1 측정광 펄스를, 멀티코어 광섬유로 입사시키는 단계;
    상기 복수의 제1 측정광 펄스의 입사에 따라, 상기 멀티코어 광섬유의 일단으로부터 반사된 반사광 펄스가 상기 필터 어레이로 입력되면, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을 상기 필터 어레이를 통해 추출하는 단계;
    상기 필터 어레이에 의해 추출된 산란광을, 전기신호로 변환하는 단계; 및
    상기 전기신호로 변환된 산란광을 이용하여, 상기 멀티코어 광섬유의 길이에 따른 온도 분포 정보 생성을 위한 처리를 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 반사광 펄스에는,
    상기 복수의 제1 측정광 펄스가 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어에 의해 산란함에 따라, 상기 각 코어로부터 발생되는 상기 산란광이 포함되고,
    상기 추출하는 단계는,
    상기 필터 어레이를 제어하여, 상기 반사광 펄스에 포함된 산란광을, 상기 멀티코어 광섬유 내 각 코어의 수에 상응하여 반복해서 추출하는 단계
    를 포함하는 멀티코어 광섬유를 이용한 분포형 온도 측정 방법.
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