KR101030728B1 - 이중 파장 ｆｂｇ 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법 - Google Patents

이중 파장 ｆｂｇ 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 이중 파장 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 이중 파장 FBG 센서는 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖도록 형성하되, 광섬유 내의 소정 영역에, 제1 외경의 코어에 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제1 격자부; 상기 제1 격자부에 연결되어, 제2 외경의 코어에 상기 제1 광파장 신호에 대한 제2 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제2 격자부; 및 상기 제2 격자부에 연결되어, 상기 제2 외경의 코어에 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제3 격자부를 포함한다. 이를 통해, 본 발명은 온도와 스트레인을 동시에 검출하고 검출 범위 즉, FBG 센서의 개수를 더욱 확장시킬 수 있다.
광섬유, FBG, fiber bragg grating, 센서, 온도, 스트레인

Description

이중 파장 ＦＢＧ 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법{monitoring system using dual wavelength fiber bragg grating sensor and method thereof}
본 발명은 이중 파장 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광섬유 센서는 종래의 전기식 센서와는 달리 단순하게 생긴 센싱 소자로서의 기능만이 아니라 계측 신호, 정보 전송으로서의 기능과 더불어 광 및 전기 신호 변환의 기능을 가지고 있어서, 광섬유 응용계측 장치라고도 불린다.
이러한 광섬유 센서는 광섬유를 통과하는 빛의 진폭, 위상 혹은 편광 등을 이용하여 측정하고자 하는 물리량의 변화 즉, 전자기장의 세기, 회전율, 온도, 압력, 수위, 음향, 가스 농도 등을 측정할 수 있다. 또한, 광섬유 센서는 광 및 광섬유가 가지고 있는 무유도성, 절연성, 방폭에 대한 안정성 등의 특징을 가진 계측계를 구성할 수 있어, 마이컴, 미니컴에 대표되는 전자 기술과의 정합에도 우수하다. 즉, 광섬유 센서는 컴퓨터와 연결함으로서 계측한 정보의 수집, 처리, 분석이 가능하다,
그러나 광섬유 센서는 대체로 신호대 잡음 지수가 낮고 특정 지점을 측정하 기 위해서는 광섬유를 절단하여 코팅한다든지 기타 특수 처리된 광섬유 센서를 사용해야 한다는 문제점이 있다.
그래서 광섬유의 표면에 자외선 광을 투과시켜 광섬유의 화학적 결합을 변화시킴으로써, 그 광섬유의 특정 부위에서 원하는 파장에 대해서만 반사 특성을 보이는 브래그 격자(bragg grating)를 이용하는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating, 이하 FBG라 한다) 센서가 주목받고 있다. 특히, FBG 센서는 전자기 간섭에 영향을 받지 않고 감도가 높으며, 소형, 경량이므로 보통의 센서가 사용될 수 없는 위험한 장소나 고감도를 요하는 특수 목적에 효과적으로 사용될 수 있다는 장점이 있다.
이러한 반사 특성을 보이는 FBG 센서에 온도, 스트레인, 압력 등의 외부 물리량을 가할 경우 이들 값이 변하게 되어 반사되어 나오는 파장은 달라지는데, 이러한 파장의 변화량을 이용하여 스트레인이나 온도 변화 등을 측정할 수 있다,
그러나 FBG 센서에서 반사되어 나오는 파장은 스트레인이나 온도 중 어느 하나의 요인에 의해서만 변하는 것이 아니기 때문에, 스트레인과 온도에 의한 변화가 동시에 발생하게 되는 경우 이를 구별하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 형성함으로써, 온도와 스트레인을 동시에 검출할 수 있도록 하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG 센서를 형성하되 서로 다른 반사 파장을 갖도록 함으로써, 검출 범위 즉, FBG 센서의 개수를 더욱 확장시킬 수 있도록 하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 이중 파장 FBG 센서는 광섬유 내의 소정 영역에, 제1 외경의 코어에 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제1 격자부; 상기 제1 격자부에 연결되어, 제2 외경의 코어에 상기 제1 광파장 신호에 대한 제2 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제2 격자부; 및 상기 제2 격자부에 연결되어, 상기 제2 외경의 코어에 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제3 격자부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 외경은 상기 제2 외경보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 광파장 신호는 중심 파장이 1550 nm 인 소정 대역의 파장을 의미하고, 상기 제2 광파장 신호는 중심 파장이 1310 nm 인 소정 대역의 파장을 각각 의 미할 수 있다.
본 발명의 다른 한 측면에 따른 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템은 광섬유 내의 소정 영역에, 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서; 상기 FBG 센서로부터 반사된 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 수신하는 제1 광커플러; 상기 FBG 센서로부터 반사된 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 수신하는 제2 광커플러; 및 수신된 상기 제1 반사파장 신호, 상기 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 온도와 스트레인의 변화량을 추정하는 추정부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 FBG 센서는 상기 광섬유 내의 소정 영역에, 제1 외경의 코어에 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제1 격자부; 상기 제1 격자부에 연결되어, 제2 외경의 코어에 상기 제1 광파장 신호에 대한 제2 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제2 격자부; 및 상기 제2 격자부에 연결되어, 상기 제2 외경의 코어에 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제3 격자부를 포함할 수 있다.
상기 제1 광커플러는 제1 광원부로부터 발생된 제1 광파장 신호를 상기 FBG 센서의 일측에 제공하고, 상기 FBG 센서로부터 반사된 상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 수신하여 수신된 상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 상기 추정부에 제공할 수 있다.
상기 제2 광커플러는 제2 광원부로부터 발생된 제2 광파장 신호를 상기 FBG 센서의 타측에 제공하고, 상기 FBG 센서로부터 반사된 제3 반사파장 신호를 수신하여 수신된 상기 제3 반사파장 신호를 상기 추정부에 제공할 수 있다.
바람직하게, 상기 추정부는 수신된 상기 제1 반사파장 신호, 상기 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 상기 FBG 센서가 위치한 지점에 대한 스트레인의 변화량을 추정하고, 추정된 상기 스트레인의 변화량을 기반으로 상기 지점에 대한 온도의 변화량을 추정할 수 있다.
필요에 따라, 상기 추정부는 상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 처리하는 제1 AWG(Arrayed Waveguide Grating); 상기 제3 반사파장 신호를 처리하는 제2 AWG; 및 상기 제1 AWG와 상기 제2 AWG에서 처리된 신호의 스펙트럼을 분석하기 위한 광 스펙트럼 분석기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 측면에 따른 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템은 광섬유 내의 소정 영역에, 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서; 상기 FBG 센서로부터 반사된 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 수신하는 제1 광서큘레이터; 상기 FBG 센서로부터 반사된 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 수신하는 제2 광서큘레이터; 및 수신된 상기 제1 반사파장 신호, 상기 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 온도와 스트레인의 변화량을 추정하는 추정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 측면에 따른 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 방법은 광섬유 내의 소정 영역에, 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서로부터 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 수신하는 단계; 상기 FBG 센서로부터 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 상기 제1 반사파장 신호, 상기 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 온도와 스트레인의 변화량을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 추정하는 단계는 수신된 상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 기반으로 상기 FBG 센서가 위치한 지점에 대한 스트레인의 변화량을 추정하는 단계; 추정된 상기 스트레인의 변화량을 기반으로 상기 지점에 대한 온도의 변화량을 추정하는 단계; 및 수신된 상기 제3 반사파장 신호를 기반으로 상기 FBG 센서가 위치한 지점을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 이중 파장 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 광섬유의 소정 영역에, 물리적 특성 예컨대, 코어의 외경 또는 직경이나 격자의 간격 등이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG 센서를 형성함으로써, 온도와 스트레인을 동시에 검출하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 파장 FBG 센서의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중 파장 FBG 센서는 물리적 특성이 서로 다른 제1 격자부(110), 제2 격자부(120), 및 제3 격자부(130) 등을 포함할 수 있다.
이때, FBG 센서는 광섬유의 표면에 자외선 광을 투과시켜 광섬유의 화학적 결합을 변화시킴으로써, 그 화학적 결합이 변화된 광섬유의 특정 부위에서 원하는 파장에 대해서만 반사 특성을 보이는 브래그 격자(bragg grating)를 이용하는 센서를 의미할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 이중 파장 FBG 센서는 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖도록 형성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 FBG 센서는 제1 광파장 신호에 대한 반사파장 신호 신호를 발생하기 위하여, 제1 격자부(110)는 제1 외경 d1의 코어에 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호를 발생하도록 격자가 형성되고, 제2 격자부(120)는 제2 외경 d2의 코어에 제1 광파장 신호에 대한 제2 반사파장 신호를 반사하도록 격자가 형성될 수 있다. 이때, 제1 격자부(110)의 제1 외경 d1은 제2 격자부(120)의 제2 외경 d2보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명은 코어의 외경이 다른 두 광섬유 격자를 이용하면 같은 물질이기 때문에 온도에 의한 파장 변위 특성은 같지만 외경이 다르기 때문에 스트레인에 의한 반응이 서로 달라지는 원리를 이용하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 FBG 센서는 제2 광파장 신호에 대한 반사파장 신호를 검출하기 위하여, 제3 격자부는 제2 외경 d2의 코어에 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 반사하도록 격자가 형성될 수 있다.
이때, 제1 광파장 신호는 중심 파장이 1550 nm인 소정 대역의 파장을 의미하고, 제2 광파장 신호는 중심 파장이 1310 nm인 소정 대역의 파장을 각각 의미할 수 있다. 또한, 제1 격자부(110)의 길이 l1, 제2 격자부(120)의 길이 l2, 그리고 제3 격자부(130)의 길이 l3은 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템을 나타내는 예시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 감시 시스템은 제1 광원부(210), 제1 광커플러(optical coupler) 또는 제1 광서큘레이터(optical circulator)(220), FBG 센서(230), 제2 광커플러 또는 제2 광서큘레이터(240), 제2 광원부(250), 및 추정부(260) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 광원부(210)로부터 제1 광파장 신호 예컨대, 중심 파장이 1550 nm인 소정 대역의 파장이 제공되면, 제1 광커플러(220)는 제1 광파장 신호를 FBG 센서(230)의 일측에 제공하고 FBG 센서(230)의 제1 격자부와 제2 격자부로부터 반사된 파장 즉, 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 각각 수신할 수 있다. 그리고나서 제1 광커플러(220)는 수신된 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 추정부(260)에 제공할 수 있다.
마찬가지로, 제2 광원부(250)로부터 제2 광파장 신호 예컨대, 중심 파장이 1310 nm인 소정 대역의 파장이 제공되면, 제2 광커플러(240)는 제2 광파장 신호를 FBG 센서(230)의 타측에 제공하고 FBG 센서(230)로부터 반사된 파장 즉, 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 수신할 수 있다. 그리고 제2 광커플러(240)는 수신된 제3 반사파장 신호를 추정부(260)에 제공할 수 있다.
이때, 제1 광커플러는 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 추정부 뿐만 아니라 제1 광원부에도 제공하기 때문에, 제1 광원부로 유입되는 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 차단하기 위하여 제1 광원부와의 사이에 제1 광 아이솔레이터(optical isolator)를 직렬 연결할 수 있고, 마찬가지로 제2 광원부와의 사이에도 제2 광 아이솔레이터를 직렬 연결할 수 있다.
이에, 추정부(260)는 수신된 제1 반사파장 신호, 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 FBG 센서(230)가 위치한 지점에 대한 스트레인의 변화량과 온도의 변화량을 동시에 추정할 수 있다. 즉, 추정부(260)는 수신된 제1 반사파장 신호, 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 FBG 센서(230)가 위치한 지점에 대한 스트레인의 변화량을 추정하고, 추정된 스트레인의 변화량을 기반으로 다시 FBG 센서(230)가 위치한 지점에 대한 온도의 변화량을 추정하게 된다.
예컨대, 이러한 추정부(260)는 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 처리하는 제1 AWG(Arrayed Waveguide Grating)(261), 제3 반사파장 신호를 처리하는 제2 AWG(262), 및 제1 AWG와 제2 AWG에서 처리된 신호의 스펙트럼을 분석하기 위한 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)(263) 등으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 파장 FBG 센서를 이용한 측정 방법을 나타내는 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 광원부가 제1 광파장 신호를 발생하면(S310), 제1 광커플러는 제1 광파장 신호를 FBG 센서에 제공하여(S320) FBG 센서로부터 반사된 적어도 하나의 반사파장 신호를 수신할 수 있다. 즉, 제1 광커플러는 FBG 센서의 제1 격자부로부터 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사 파장을 수신하고 제2 격자부로부터 제1 광파장 신호에 대한 제2 반사파장 신호를 수신하게 된다(S330).
이에, 제1 광커플러는 수신된 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 추정부에 제공할 수 있다(S340).
마찬가지로, 제2 광원부가 제2 광파장 신호를 발생하면(S312), 제2 광커플러는 제2 광파장 신호를 FBG 센서에 제공하여(S322) FBG 센서로부터 반사된 반사파장 신호를 수신할 수 있다. 즉, 제2 광커플러는 FBG 센서의 제3 격자부로부터 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 수신하게 된다(S332).
이에, 제2 광커플러는 수신된 제3 반사파장 신호를 추정부에 제공할 수 있다(S342).
추정부는 제1 광커플러와 제2 광커플러로부터 제1 반사파장 신호, 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 수신하면, 수신된 제1 반사파장 신호, 제2 반사파장 신호 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 FBG 센서가 위치한 지점에 대한 스트레인과 온도의 변화량을 추정할 수 있다.
이때, 광파장 신호에 대한 파장의 변화량 ΔλB는 다음의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
ΔλB = kεΔε + kTΔT
여기서, Δε는 스트레인(longitudinal strain)의 변화량을, ΔT는 온도의 변화량을, 그리고 kε, kT 는 스트레인과 온도 계수를 각각 의미할 수 있다.
FBG 센서의 제1 격자부와 제2 격자부로부터 반사된 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호에 대한 파장의 변화량 ΔλB1, ΔλB2는 다음의 [수학식 2], [수학식 3]과 같다.
[수학식 2]
Figure 112009024566242-pat00001
[수학식 3]
Figure 112009024566242-pat00002
여기서, d는 격자부의 코어 외경을, l은 격자부의 길이를 각각 의미할 수 있다.
앞의 [수학식 2]와 [수학식 3]을 기반으로 제1 반사파장 신호와 제2 반사파 장 신호 간 파장 차이의 변화량 Δλ21을 다음의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112009024566242-pat00003
이러한 [수학식 4]를 통해, 추정부는 FBG 센서가 위치한 지점에 대한 스트레인의 변화량 Δε을 추정할 수 있는데(S350), 이는 kε, d1, d2, l1, l2 등을 알기 때문에 가능하다. 그리고나서 추정부는 이렇게 추정된 스트레인의 변화량 Δε을 앞의 [수학식 2]나 [수학식 3]에 적용하여 온도의 변화량 ΔT를 추정할 수 있는데(S360), 이 또한 kε, Δε, kT등을 알기 때문에 가능하다.
또한, 추정부는 제3 반사파장 신호를 기반으로 FBG 센서가 위치한 지점을 추정할 수도 있다(S370).
이처럼 제3 반사파장 신호를 이용하여 FBG 센서가 위치한 지점을 추정하는 이유를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 광파장 신호의 범위가 40nm이고 대역이 1nm인 경우, 본 발명은 중심 파장이 1550 nm 인 대역의 제1 광파장 신호만을 사용하면, 총 40 개의 FBG 센서의 파장의 변화를 추정할 수 있다. 그러나 중심 파장이 1550 nm 인 대역의 제1 광파장 신호와 중심 파장이 1310 nm 인 대역의 제2 광파장 신호를 사용하면, 총 160 개의 FBG 센서의 파장의 변화를 추정할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 본 발명은 광섬유의 소정 영역에, 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG 센서를 형성함으로써, 온도와 스트레인을 동시에 검출하고, 그 검출 범위 즉, FBG 센서의 개수를 더욱 확장시킬 수 있다.
이처럼 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템의 시뮬레이션 모델과 그 결과를 도 4 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 모델을 나타내는 예시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 감시 시스템의 시뮬레이션을 위하여, 4개의 이중 파장 FBG 센서를 이용하고, 광원으로 1550 nm와 1310 nm의 파장을 갖는 광파장 신호를 이용하며, 스트레인 범위는 0 ~ 2500 με이며, 온도 범위는 20 ~ 100 ℃으로 시뮬레이션 모델을 설정하였음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 예시도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 앞의 시뮬레이션 모델을 가지고 시뮬레이션을 수행하였는데, (a)에서는 20 ℃의 온도 변화가 있지만 스트레인의 변화가 없는 경우를 나타내고 있고, (b)에서는 20 ℃의 온도 변화가 있고 스트레인의 변화가 있는 경우를 나타내고 있다.
도면 (a)에서는 중심 파장이 1550 nm 인 대역을 갖는 광파장 신호를 주입하면, 4 개의 FBG 센서로부터 반사된 광파장 신호에 대한 반사파장 신호가 일정하게 나타나서 그 스트레인의 변화뿐만 아니라 온도의 변화도 알 수가 없음을 알 수 있 다.
그러나 도면 (b)에서 중심 파장이 1550 nm 인 대역을 갖는 광파장 신호를 주입하면,4 개의 FBG 센서로부터 반사된 광파장 신호에 대한 반사파장 신호 중 두 번째 FBG 센서로부터 반사된 광파장 신호에 대한 반사파장 신호에 변화가 생겼음을 알 수 있다. 즉, 두 번째 FBG 센서로부터 반사된 광파장 신호에 대한 반사파장 신호가 두 개로 나누어져 있어 이러한 변화를 통해 스트레인의 변화와 이에 따른 온도의 변화를 동시에 추정할 수 있게 된다.
본 발명에 의한, 이중 파장 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 파장 FBG 센서의 구조를 나타내는 예시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템을 나타내는 예시도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 파장 FBG 센서를 이용한 측정 방법을 나타내는 예시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 모델을 나타내는 예시도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 예시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 제1 격자부
120: 제2 격자부
130: 제3 격자부
210: 제1 광원부
220: 제1 광커플러 또는 제1 광서큘레이터
230: FBG 센서
240: 제2 광커플러 또는 제2 광서큘레이터
250: 제2 광원부
260: 추정부

Claims (13)

  1. 광섬유 내의 소정 영역에, 제1 외경의 코어에 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제1 격자부;
    상기 제1 격자부에 연결되어, 제2 외경의 코어에 상기 제1 광파장 신호에 대한 제2 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제2 격자부; 및
    상기 제2 격자부에 연결되어, 상기 제2 외경의 코어에 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제3 격자부
    를 포함하는 이중 파장 FBG 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 외경은,
    상기 제2 외경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 파장 FBG 센서.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 광파장 신호는 중심 파장이 1550 nm 인 소정 대역의 파장을 의미하고, 상기 제2 파장은 중심 파장이 1310 nm 인 소정 대역의 파장을 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 FBG 센서.
  4. 광섬유 내의 소정 영역에, 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서;
    상기 FBG 센서로부터 반사된 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 수신하는 제1 광커플러;
    상기 FBG 센서로부터 반사된 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 수신하는 제2 광커플러; 및
    수신된 상기 제1 반사파장 신호, 상기 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 온도와 스트레인의 변화량을 추정하는 추정부
    를 포함하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 FBG 센서는,
    상기 광섬유 내의 소정 영역에, 제1 외경의 코어에 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제1 격자부;
    상기 제1 격자부에 연결되어, 제2 외경의 코어에 상기 제1 광파장 신호에 대한 제2 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제2 격자부; 및
    상기 제2 격자부에 연결되어, 상기 제2 외경의 코어에 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 반사하도록 형성된 제3 격자부를 포함하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 제1 광커플러는,
    제1 광원부로부터 발생된 제1 광파장 신호를 상기 FBG 센서의 일측에 제공하고,
    상기 FBG 센서로부터 반사된 상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 수신하여 수신된 상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 상기 추정부에 제공하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템.
  7. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 제2 광커플러는,
    제2 광원부로부터 발생된 제2 광파장 신호를 상기 FBG 센서의 타측에 제공하고,
    상기 FBG 센서로부터 반사된 제3 반사파장 신호를 수신하여 수신된 상기 제3 반사파장 신호를 상기 추정부에 제공하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템.
  8. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 추정부는,
    수신된 상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 기반으로 상기 FBG 센서가 위치한 지점에 대한 스트레인의 변화량을 추정하고,
    추정된 상기 스트레인의 변화량을 기반으로 상기 지점에 대한 온도의 변화량 을 추정하며,
    수신된 상기 제3 반사파장 신호를 기반으로 상기 FBG 센서가 위치한 지점을 추정하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템.
  9. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 추정부는,
    상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 처리하는 제1 AWG(Arrayed Waveguide Grating);
    상기 제3 반사파장 신호를 처리하는 제2 AWG; 및
    상기 제1 AWG와 상기 제2 AWG에서 처리된 신호의 스펙트럼을 분석하기 위한 광 스펙트럼 분석기를 포함하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템.
  10. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 제1 광원부와 상기 제1 광커플러 사이에 직렬 연결되는 제1 광 아이솔레이터; 및
    상기 제2 광원부와 상기 제2 광커플러 사이에 직렬 연결되는 제2 광 아이솔레이터
    를 더 포함하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템.
  11. 광섬유 내의 소정 영역에, 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서;
    상기 FBG 센서로부터 반사된 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 수신하는 제1 광서큘레이터;
    상기 FBG 센서로부터 반사된 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 수신하는 제2 광서큘레이터; 및
    수신된 상기 제1 반사파장 신호, 상기 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 온도와 스트레인의 변화량을 추정하는 추정부
    를 포함하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 시스템.
  12. 광섬유 내의 소정 영역에, 물리적 특성이 서로 다른 세 개의 격자부를 갖는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서로부터 제1 광파장 신호에 대한 제1 반사파장 신호와 제2 반사파장 신호를 수신하는 단계;
    상기 FBG 센서로부터 제2 광파장 신호에 대한 제3 반사파장 신호를 수신하는 단계; 및
    수신된 상기 제1 반사파장 신호, 상기 제2 반사파장 신호, 및 제3 반사파장 신호를 기반으로 온도와 스트레인의 변화량을 추정하는 단계
    를 포함하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는,
    수신된 상기 제1 반사파장 신호와 상기 제2 반사파장 신호를 기반으로 상기 FBG 센서가 위치한 지점에 대한 스트레인의 변화량을 추정하는 단계;
    추정된 상기 스트레인의 변화량을 기반으로 상기 지점에 대한 온도의 변화량을 추정하는 단계; 및
    수신된 상기 제3 반사파장 신호를 기반으로 상기 FBG 센서가 위치한 지점을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 FBG 센서를 이용한 감시 방법.
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