KR100298183B1 - 광섬유격자를이용한광케이블의침수감지센서및그를이용한침수감시시스템 - Google Patents

광섬유격자를이용한광케이블의침수감지센서및그를이용한침수감시시스템 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 광섬유 격자를 이용한 광케이블의 침수 감지 센서 및 그를 이용한 침수 감시 시스템에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 광섬유 격자 소자를 이용하여 물의 침투를 효과적으로 발견함으로써, 측정의 신뢰도를 개선할 수 있으며, 구현 비용이 저렴한 광케이블의 침수 감지 센서 및 그를 이용한 침수 감시 시스템을 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 광케이블의 침수 감지 센서에 있어서, 상기 광케이블내에서 광섬유와 동축으로 상기 광섬유의 주위를 원통으로 둘러싸되, 광섬유 격자 소자의 양단에 부착되며, 물의 침투시 수평 방향으로 팽창되어 상기 광섬유 격자 소자에 스트레인(strain)을 가하는 침수팽창 물질; 및 상기 광섬유에 중간에 삽입되며, 물이 침투되어 상기 침수팽창 물질이 스트레인을 가할 때 고유의 출력 파장을 갖는 광섬유 격자 소자를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 광케이블 등에 이용됨.

Description

광섬유 격자를 이용한 광케이블의 침수 감지 센서 및 그를 이용한 침수 감시 시스템{Sensor for sensing submergence of optical cable and inspection system using the same}
본 발명은 광통신 기술에 관한 것으로, 특히 물의 침투를 효과적으로 발견할 수 있는 광섬유 격자를 이용한 광케이블의 침수 감지 센서 및 그를 이용한 침수 감시 시스템에 관한 것이다.
통신 매체로서의 동선 케이블을 대신하여 광케이블이 국간 전송로에 공급되기 시작한 이래 광케이블의 가설이 점진적으로 증가하고 있으며, 현재는 일반 가정을 포함한 가입자에까지도 광케이블의 적용이 검토되고 있는 상황이다. 그러나, 광케이블 선로 시설은 하나의 광심선에 다수의 회선과 다량의 정보가 수용되어 있어서 일단 고장이 나면 방대한 통화량에 영향을 줄뿐만 아니라, 고장 복구 시간 또한 장시간이 소요된다.
이에 따라, 국내외 통신 운용 회사들은 광케이블 사고에 의한 고장을 최대한 방지하기 위하여 정기적인 선로 순회 등의 노력을 경주하고 있다. 그러나, 이러한 예방 대책에도 불구하고 사고는 일어나기 마련이며, 따라서 사후 복구 대책도 철저히 마련해야 한다.
한편, 광섬유는 물에 취약한 특성을 가지고 있어 물의 침투에 의해 광섬유의 수명이 단축되고 심지어는 광케이블 통신의 두절이라는 심각한 사고가 유발될 수 있다.
첨부된 도면 도 1a는 물의 침투에 의한 석영계 광섬유의 정피로(靜疲勞) 특성을 도시한 것이며, 도 1b는 침수된 광섬유의 강도 와이블 분포 특성을 도시한 것으로, 이로부터 광섬유가 물에 매우 취약한 특성을 가짐을 확인할 수 있다. 즉, 물의 침투에 의한 광섬유의 수명단축을 나타내고 있다.
보통, 광섬유 침수는 주로 접속점이 존재하는 접속함체에서 발생하는데, 광케이블 특성상 물의 침투를 발견하는 것이 용이하지 않다. 즉, 물의 광케이블 침투는 접속지점이 존재하는 접속함체에서 주로 발생하며, 광케이블 특성상 물의 침투를 발견하는 것은 매우 어렵고 설령 발견한다고 해도 장시간 걸린다.
따라서, 종래에는 도 2a에 도시된 바와 같이 광섬유의 마이크로 벤딩(micro vending)에 의한 접속 손실의 변화를 이용한 물의 침투 감지 센서를 사용하여 왔는데, 광섬유(1) 양쪽에 배치된 요철 모양의 굴곡물질(2)은 평상시에는 고정되어 있으나, 도 2b에 도시된 바와 같이 물이 침투하게 되면 팽창하는 물질(3)(이하, "침수팽창 물질"이라 함)이 팽창하게 되고, 이러한 침수팽창 물질(3)의 팽창에 의해 요철 모양의 굴곡물질(2)이 상하로 작동되어 그 사이를 통과하는 광섬유(1)가 마이크로 벤딩을 일으키게 된다. 이러한 광섬유(1)의 마이크로 벤딩은 광손실 증가로 나타나게 되며, 이때 감시 광원(신호 광원)이 있는 침수 감지 시스템에서OTDR(optical time domain reflectometry)이란 기기로 광손실의 움직임을 파악함으로써 물의 광섬유 침투를 감지할 수 있다.
첨부된 도면 도 3은 전술한 바와 같은 종래의 감지 센서를 이용한 광섬유 침수 감시 시스템의 블록 구성을 도시한 것이다.
일반적인 광선로 시스템은 각 광중계국(A국, B국)을 연결하는 광섬유(4)와, 광섬유(4)간의 접속을 위한 다수의 접속점으로 구성된다.
물의 침투 예상 지점으로, 보통 x 지점의 광섬유에 물이 침투할 확률은 매우 작다. 물의 침투 확률이 가장 높은 지점은 y 지점과 같은 광섬유 상호 접속 보호 지점(광접속함체)(5)으로, 일반적으로 광접속함체(5) 내부에 상기 도 2a 및 도 2b에 도시된 물의 침투를 감지하는 침수 감지 센서(6)를 배치한다.
본 침수 감시 시스템은 침수 감지 센서(6)에서 유발된 광손실 증가를 광중계국(z 지점)내의 OTDR(optical time domain reflectometry)로 측정하여 이를 공중회선망을 통해 원격제어실의 운용자가 파악할 수 있도록 한다.
첨부된 도면 도 4는 종래의 침수 감시 시스템의 OTDR에서 검출된 신호를 전파시간에 대한 수광전력으로 나타낸 것으로, 실선은 물의 침투가 없는 상태를 나타내며, 점선은 물의 침투가 발생한 상태를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 감시광원(신호광원)이 있는 OTDR측 입사부(7)와, 의사 광섬유 및 피측정 광케이블을 접속하는 커넥터(8)와, 단말부(9)에서 각각 피크(peak)가 검출되는데, 이는 프레넬(Fresnel) 반사광이며, 각 피크 사이에 후방산란광이 검출된다. 실제로 Y 지점의 접속점(10) 부분에서 침수가 발생할 경우, OTDR측 입사부(8)로부터 그 지점의 거리(반사되어 돌아오는 거리)에 대응하는 시간 영역에서 수광전력의 감소가 시작되므로 침수 사실을 확인할 수 있게 된다. 일단 침수 사실이 확인되면 그 지점의 광접속함체(5)를 교환함으로써 복구를 완료하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 침수 감지 센서 및 그를 이용한 침수 감시 시스템은 일정 파장을 기준으로 두고 시간에 의한 물의 침투에 따른 광손실의 변화를 확인하는 방식으로 측정의 신뢰도가 그리 높지 못하고 그를 구현하는데 많은 비용이 소요되어 광케이블 선로 설비의 단가를 증가시키는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 광섬유 격자 소자를 이용하여 물의 침투를 효과적으로 발견함으로써, 측정의 신뢰도를 개선할 수 있으며, 구현 비용이 저렴한 광케이블의 침수 감지 센서 및 그를 이용한 침수 감시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a는 석영계 광섬유의 정피로(靜疲勞) 특성도.
도 1b는 침수된 광섬유의 강도 와이블 분포 특성도.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 침수 감지 센서의 침수 전, 후의 구성도.
도 3은 상기 침수 감지 센서를 이용한 종래의 침수 감시 시스템의 구성도.
도 4는 종래의 침수 감시 시스템의 OTDR에서 검출된 신호를 전파시간에 대한 수광전력으로 나타낸 검출 파형도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 침수 감지 센서의 침수 전, 후의 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 도 5a 및 도 5b에 도시된 침수 감지 센서를 이용한 침수 감시 시스템의 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20 : 침수팽창 물질
21 : 광섬유
22 : 광섬유 격자
23 : 광섬유 파단 보호 및 접합부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광케이블의 침수 감지 센서에 있어서, 상기 광케이블내에서 광섬유와 동축으로 상기 광섬유의 주위를 원통으로 둘러싸되, 광섬유 격자 소자의 양단에 부착되며, 물의 침투시 수평 방향으로 팽창되어 상기 광섬유 격자 소자에 스트레인(strain)을 가하는 침수팽창 물질; 및 상기 광섬유에 중간에 삽입되며, 물이 침투되어 상기 침수팽창 물질이 스트레인을 가할 때고유의 출력 파장을 갖는 광섬유 격자 소자를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 단위 광케이블간의 접속을 위한 다수의 광접속함체(접속보호지점)내에 각각 배치된 다수의 침수 감지 센서를 구비한 침수 감시 시스템에 있어서, 상기 광케이블내에서 광섬유와 동축으로 상기 광섬유의 주위를 원통으로 둘러싸되, 광섬유 격자 소자의 양단에 부착되며, 물의 침투시 수평 방향으로 팽창되어 상기 광섬유 격자 소자에 스트레인(strain)을 가하는 침수팽창 물질; 상기 광섬유에 중간에 삽입되며, 물이 침투되어 상기 침수팽창 물질이 스트레인을 가할 때 고유의 출력 파장을 갖는 광섬유 격자 소자; 및 상기 광섬유 격자 소자 각각의 출력 파장 피크를 검출하여 출력 파장의 변화를 통해 상기 광케이블의 침수 및 침수 지점을 확인하는 침수 감시 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 광섬유 격자의 스트레인(Strain) 특성을 이용한다. 즉, 침수에 의해 광섬유 격자가 스트레인을 받도록 하고, 이러한 스트레인에 의해 광섬유 격자의 광특성이 변화되는 원리를 이용한다. 따라서, 본 발명의 침수 감시 시스템은 기본적으로 파장의 변화를 이용한 것으로, OTDR을 이용한 종래의 시스템과는 그 방식이 근본적으로 다르다. 종래의 방법은 일정 파장을 기준으로 두고 시간에 따른 광손실의 변화를 보는 것이다. 이와 달리, 본 발명은 시간과 파장의 두 가지 특성을 이용한 것으로 물이 침투한 부분에서 광섬유 격자에서 나오는 파장이 변화하는 것으로 침수를 확인한다.
종래의 물 검출 센서보다 광섬유 격자 소자를 이용한 본 발명의 침수 감지센서는 매우 민감한 반응을 보이며, 이에 따라서 물의 침투를 쉽게 파악할 수 있어 분해 감지도에서 더욱 우수한 장점을 지니고 있다. 또한, 이를 이용한 감지 시스템은 값이 저렴한 광대역 광원인 LED를 사용할 수 있으므로 시스템 가격이 매우 저렴하여 진다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
첨부된 도면 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 침수 감지 센서를 도시한 것으로, 도 5a는 침수전의 상태를, 도 5b는 침수후의 상태를 각각 나타내고 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 침수 감지 센서는 침수팽창 물질(20)이 광섬유(21) 주위를 감싸도록 배치하며, 광섬유(21)와 수평한 방향으로 팽창하도록 구성되었다. 만일, 물이 침투하게 되면 도 5b에 도시된 바와 같이 침수팽창 물질(20)이 광섬유 중간에 배치된 광섬유 격자(22)와 수평 방향으로 팽창하고, 이러한 침수팽창 물질(20)의 팽창이 광섬유 격자(22)에 스트레인(Strain)을 가하게 되어, 신호 기준 광특성을 변화시키게 된다. 즉, 광섬유 격자(22)의 고유한 파장이 변화하게 되는데, 스트레인에 의하여 변화하는 피크는 장파장 방향으로 움직인다. 이러한 특성을 분석해 보면 물의 침투 여부를 쉽게 파악할 수 있다.
즉, 본 침수 감지 센서는 물의 침투를 발견할 수 있는 광섬유 격자 센서 제작과 형태에 있어서 물에 의하여 팽창하는 침수팽창 물질(20)를 원통형으로 구성하고 원통의 중심을 통화하는 광섬유 격자(22) 소자의 양단에 부착하여 물이 침투하게 되면 침수팽창 물질(20)이 광섬유 격자(22)를 수평방향으로 늘어나게 하고 이에 의하여 입력 신호의 파장 변화를 측정함으로써 물의 침투를 발견할 수 있다.
미설명 도면 부호 '23'은 광섬유 파단 보호 및 접합부를 나타낸 것이다.
첨부된 도면 도 6은 상기 침수 감지 센서를 이용한 물의 침투 감시 시스템의 예시도로서, 중계국(30, 31)간을 연결하는 광섬유 및 광섬유 사이를 접속하는 네 개의 광접속함체(32)로 이루어진 구성을 예시하였다.
각각의 광접속함체(32)내에 설치된 침수 감지 센서(33)는 각각 고유의 파장 λ1, λ2, λ3, λ4를 가진 광섬유 격자를 가지고 있다. 따라서, 본 시스템은 광대역 광원인 발광다이오드(LED)를 사용하여 그 파장에 해당하는 피크(peak)를 검출할 수 있다. 만일 y 지점의 광접속함체(32)에서 침수가 발생하게 되면, y 지점의 침수 감지 센서(33)에 해당하는 파장 λ2의 피크가 장파장 방향으로 쉬프트(shift)하게 되며, 이러한 광특성의 변화에 의해 용이하게 침수 및 침수 지점을 확인할 수 있게 된다.
즉, 본 침수 감시 시스템은, 여러 개의 다른 고유의 반사 파장을 갖고 있는 광섬유 격자형 침수 감지 센서(33)를 물의 침투가 예상되는 지점(예를 들면, y 지점)에 위치시켜 이 소자를 통과하는 광원의 변화를 종합적으로 판단하여 물의 침투여부를 감지할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명은, 기존의 마이크로 벤딩을 이용한 물 검출 센서(도 2a 및 2b 참조) 보다 광섬유 격자 소자(도 5a 및 5b 참조)를 이용한 침수 감지 센서가 스트레인에 의하여 매우 민감한 반응을 나타내므로 이에 따라서 물의 침투를 기존의 방법보다 쉽게 파악할 수 있다. 즉, 분해 감지도에서 더욱 우수하다. 또한, 이를 이용한 침수 감시 시스템은 값이 저렴한 광대역 광원인 LED를 사용할 수 있으므로 시스템 가격이 매우 저렴하여 진다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 광섬유 격자 소자를 이용한 침수 감시 센서는 스트레인에 의하여 매우 민감한 반응을 나타내므로 마이크로 벤딩을 이용한 종래의 물 감지 센서에 비해 물의 침투를 보다 쉽게 파악할 수 있어 분해 감지도에서 더욱 우수한 장점을 지니고 있고, 또한 이를 이용한 감지 시스템은 값이 저렴한 광대역 광원인 LED를 사용할 수 있어 시스템 가격이 매우 저렴한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 광케이블의 침수 감지 센서에 있어서,
    상기 광케이블내에서 광섬유와 동축으로 상기 광섬유의 주위를 원통으로 둘러싸되, 광섬유 격자 소자의 양단에 부착되며, 물의 침투시 수평 방향으로 팽창되어 상기 광섬유 격자 소자에 스트레인(strain)을 가하는 침수팽창 물질; 및
    상기 광섬유에 중간에 삽입되며, 물이 침투되어 상기 침수팽창 물질이 스트레인을 가할 때 고유의 출력 파장을 갖는 광섬유 격자 소자
    를 포함하는 광섬유 격자를 이용한 광케이블의 침수 감지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유 격자 소자는,
    상기 침수팽창 물질의 팽창에 의해 상기 광섬유와 평행한 방향의 스트레인을 인가받아, 상기 고유의 출력 파장보다 긴 파장을 출력하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자를 이용한 광케이블의 침수 감지 센서.
  3. 단위 광케이블간의 접속을 위한 다수의 광접속함체(접속보호지점)내에 각각 배치된 다수의 침수 감지 센서를 구비한 침수 감시 시스템에 있어서,
    상기 광케이블내에서 광섬유와 동축으로 상기 광섬유의 주위를 원통으로 둘러싸되, 광섬유 격자 소자의 양단에 부착되며, 물의 침투시 수평 방향으로 팽창되어 상기 광섬유 격자 소자에 스트레인(strain)을 가하는 침수팽창 물질;
    상기 광섬유에 중간에 삽입되며, 물이 침투되어 상기 침수팽창 물질이 스트레인을 가할 때 고유의 출력 파장을 갖는 광섬유 격자 소자; 및
    상기 광섬유 격자 소자 각각의 출력 파장 피크를 검출하여 출력 파장의 변화를 통해 상기 광케이블의 침수 및 침수 지점을 확인하는 침수 감시 수단
    을 포함하는 침수 감시 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 침수 감시 수단은,
    상기 고유의 출력 파장에 비해 긴 출력 파장이 검출되면, 상기 고유의 출력 파장에 대응하는 상기 광접속함체(접속보호지점)의 침수로 판단하는 것을 특징으로 하는 침수 감시 시스템.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 침수 감시 수단은,
    바람직하게는, 광대역 광원인 발광 다이오드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 침수 감시 시스템.
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