KR101567988B1 - measuring system of OFDR and mearsuring method thereof - Google Patents

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KR101567988B1
KR101567988B1 KR1020140091209A KR20140091209A KR101567988B1 KR 101567988 B1 KR101567988 B1 KR 101567988B1 KR 1020140091209 A KR1020140091209 A KR 1020140091209A KR 20140091209 A KR20140091209 A KR 20140091209A KR 101567988 B1 KR101567988 B1 KR 101567988B1
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signal
light
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interference signal
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KR1020140091209A
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김영호
김명진
노병섭
황성환
이우진
정은주
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한국광기술원
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Abstract

The present invention relates to a system for measuring optical frequency domain reflection, which comprises: a first optical coupler for dividing the light emitted from a wavelength variable laser through a first output end and a second output end to output the light; a sensing optical fiber connected to the first output end; a standard optical fiber connected to the second output end; a first light detector for detecting a first interference signal created by an interference between light reversely entered from the sensing optical fiber toward the first optical coupler and light reversely entered from the standard optical fiber toward the first optical coupler and output through a detecting end of the first optical coupler; a phase modulation signal generating unit for generating a second interference signal whose phase is converted by 90 degrees toward the first interference signal; and a calculation processing unit for respectively generating a first complex number signal, which has the first interference signal output through the detecting end of the first optical coupler as the real number unit and the second interference signal as the imaginary number unit, and a first conjugation complex number signal, which is a conjugation complex number for the first complex number signal to calculate the main value by subtracting a second Fourier transform value, which is obtained by performing the Fourier transform of the first conjugation complex number signal, from a first Fourier transform value, which is obtained by performing the Fourier transform for the first complex number signal, and to calculate the set physical quantity for the sensing optical fiber from the calculated main value. According to the system and measuring method of the present invention, a user can increase the length, which can be measured, of a sensing optical fiber since the user can process to be able to distinguish a peak in a frequency area with a positive direction where the length is increased, from a peak in a negative direction where the length is decreased, with the end of the standard optical fiber as the standard.

Description

광주파수 영역 반사 측정 시스템 및 측정 방법{measuring system of OFDR and mearsuring method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical frequency domain reflection measuring system,

본 발명은 광주파수 영역 반사 측정 시스템 및 측정 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 센싱광섬유에 대한 측정가능길이를 증가시킬 수 있는 광주파수 영역 반사 측정 시스템 및 측정 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical frequency region reflection measurement system and a measurement method thereof, and more particularly, to an optical frequency region reflection measurement system and a measurement method capable of increasing a measurable length of a sensing optical fiber.

광주파수 영역 반사측정(OFDR: optical frequency domain reflectometry) 시스템은 빛의 반사광을 이용하여 광섬유의 길이, 절단위치(fault position), 색분산(chromatic dispersion), 편광모드분산(polarization mode dispersion), 손실(loss) 등을 측정하는 시스템이다. OFDR 시스템은 광시간영역 반사측정(OTDR : optical time domain reflectometry) 시스템보다 분해능이 좋고 동적 범위(dynamic range)가 넓어서 광통신과 광센서 분야 등 다양한 분야에 응용되고 있다.Optical frequency domain reflectometry (OFDR) systems use the reflected light of light to measure the length of a fiber, its fault position, chromatic dispersion, polarization mode dispersion, loss loss and so on. The OFDR system has better resolution and dynamic range than optical time domain reflectometry (OTDR) system and is applied to various fields such as optical communication and optical sensor field.

광주파수 영역 반사측정 시스템은 공개특허 제10-2006-0102801호 등 다양하게 게시되어 있다.Optical frequency domain reflection measurement systems are variously disclosed, such as Published Patent No. 10-2006-0102801.

이러한 광주파수 영역 반사측정 시스템은 파장가변 레이저에서 출사되는 광을 기준단 광섬유와 센싱단 광섬유에 각각 분기시켜 전송한 다음 기준단 광섬유에서 반사된 광과 센싱단 광섬유에서 반사된 광의 상호 간섭에 의해 생성된 간섭광을 퓨리에 변환하고, 퓨리에 변환에 의해 주파수 영역에서 진폭 변화로부터 검출대상 물리량 예를 들면, 온도, 스트레인, 절단 여부 등을 측정할 수 있도록 되어 있다.In this optical frequency domain reflection measurement system, the light emitted from the wavelength tunable laser is branched into the reference optical fiber and the sensing optical fiber, and then transmitted by the optical fiber reflected by the reference optical fiber and the light reflected from the sensing optical fiber. The interference light is subjected to Fourier transform and Fourier transform can be performed to measure the detection target physical quantity, for example, temperature, strain, cut off, etc., from the amplitude change in the frequency domain.

그런데, 이러한 광주파수 영역 반사측정 시스템은 센싱단 광섬유의 길이가 간섭광이 생성될 수 있는 조건인 가간섭길이(coherence length)에 의해 제한된다.However, in this optical frequency region reflection measurement system, the length of the sensing end optical fiber is limited by the coherence length, which is a condition under which interference light can be generated.

즉, 센싱단 광섬유와 기준단 광섬유로부터 발생되는 간섭신호를 퓨리에 변환(FFT:Fast Fourier Transfomation)하면, 공액 부분에 의해 직류성분을 기준으로 미러피크가 발생하기 때문에 기준단 광섬유의 종단을 기준으로 경로가 증가하는 양의 방향에서 발생되는 피크와, 경로가 감소하는 음의 방향에서 발생하는 피크를 구분할 수 없어 센싱단 광섬유의 길이 연장부분을 기준단 광섬유의 종단을 기준으로 가간섭길이의 1/2에 해당하는 길이만큼만 연장하여 사용할 수 없는 단점이 있다.That is, when FFT (Fast Fourier Transform) is performed on the interference signal generated from the sensing end optical fiber and the reference end optical fiber, mirror peaks are generated based on the DC component by the conjugate portion, And the peak occurring in the negative direction in which the path is decreasing can not be distinguished from each other, so that the extension of the length of the sensing end optical fiber is defined as 1/2 of the interference length based on the end of the reference end optical fiber. It can not be used by extending the length corresponding to the length.

한편, 파장 가변 레이저에서 출사되는 광의 선폭(line width)이 짧을수록 가간섭길이가 증가하기 때문에 선폭이 짧은 레이저 광원을 적용하면 가간섭길이를 증가시킬 수 있으나, 상대적으로 가격부담이 증가하여 범용적으로 적용하기는 어려운 문제점도 있다. On the other hand, as the line width of the light emitted from the tunable laser increases, the interference length increases. Therefore, when the laser light source having a short line width is applied, the interference length can be increased. However, There is a problem that it is difficult to apply it.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 기준단 광섬유의 종단을 기준으로 길이가 증가하는 양의 방향의 피크와 길이가 감소하는 음의 방향의 피크를 구분할 수 있도록 처리하여 센싱단 광섬유의 측정가능 길이를 증가시킬 수 있는 광주파수 영역 반사 측정 시스템 및 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus which can discriminate between a peak in a positive direction in which a length is increased and a peak in a negative direction, And an object of the present invention is to provide an optical frequency domain reflection measurement system and a measurement method capable of increasing a measurable length of an optical fiber.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광주파수 영역 반사 측정 시스템은 시간에 따라 파장이 가변되는 광을 출사하는 파장가변레이저와; 상기 파장가변 레이저에서 출사되는 광을 분할하여 제1출력단과 제2출력단을 통해 각각 제1분할광과 제2분할광을 분리하여 출력하는 제1광커플러와; 상기 제1출력단과 접속되며 광섬유로 연장되어 상기 제1분할광을 전송하는 센싱광섬유와; 상기 제2출력단과 접속되며 광섬유로 연장되어 상기 제2분할광을 전송하는 기준 광섬유와; 상기 센싱광섬유에서 상기 제1광커플러를 향해 역으로 입사된 광과 상기 기준광섬유에서 상기 제1광커플러를 행해 역으로 입사된 광 상호간의 간섭에 의해 생성되어 상기 제1광커플러의 검출단을 통해 출력되는 제1간섭신호를 검출하는 제1광검출기와; 상기 제1간섭신호에 대해 위상이 90°변환된 제2간섭신호를 생성할 수 있도록 된 위상변조신호 생성부와; 상기 제1광커플러의 검출단을 통해 출력되는 제1간섭신호를 실수부로 하고, 상기 제2간섭신호를 허수부로 하는 제1복소수 신호와, 상기 제1복소수 신호에 대한 공액 복소수인 제1공액 복소수신호를 각각 생성하고, 상기 제1복소수신호에 대해 퓨리에 변환한 제1퓨리에 변환값으로부터 상기 제1공액 복소수 신호에 대해 퓨리에 변환한 제2퓨리에 변환값을 차감하여 메인 값을 산출하고, 산출된 메인값으로부터 상기 센싱 광섬유에 대해 설정된 물리량을 산출하는 연산처리부;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical frequency region reflection measuring system comprising: a tunable laser for emitting a light having a variable wavelength with time; A first optical coupler for dividing the light emitted from the tunable laser and separately outputting the first split light and the second split light through the first output terminal and the second output terminal; A sensing optical fiber connected to the first output terminal and extending to the optical fiber to transmit the first split light; A reference optical fiber connected to the second output terminal and extending to the optical fiber to transmit the second split light; A first optical coupler for receiving the light incident on the sensing optical fiber in a direction opposite to the first optical coupler, and a second optical coupler for receiving the light reflected back from the sensing optical fiber toward the first optical coupler, A first optical detector for detecting a first interference signal to be outputted; A phase modulated signal generator configured to generate a second interference signal having a phase shifted by 90 ° with respect to the first interference signal; A first complex signal having a first interfering signal outputted through a detection end of the first optical coupler as a real part and an imaginary part of the second interference signal, and a second complex signal having a first conjugate complex number as a conjugate complex number with respect to the first complex signal And a second Fourier transform value obtained by performing Fourier transform on the first complex conjugate signal from a first Fourier transform value obtained by Fourier transforming the first complex signal to calculate a main value, And a calculation unit for calculating a physical quantity set for the sensing optical fiber from the measured value.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 위상 변조신호 생성부는 상기 기준 광섬유에 설치되어 상기 연산처리부의 제어신호에 따라 입사된 광을 그대로 전송하거나 위상을 90°변환시켜 전송할 수 있는 위상변조기가 적용되고, 상기 연산처리부는 상기 파장가변 레이저에 출사되는 광에 대해 상기 위상변조기가 위상변환없이 광이 전송되게 하여 상기 제1광검출기로부터 상기 제1간섭신호를 수신하여 메모리에 저장하고, 상기 위상변조기가 90°위상변환하게 상기 위상변조기를 제어하여 상기 제1광검출기로부터 상기 제2간섭신호를 수신하여 메모리에 저장한 후, 상기 메인 값을 산출하도록 구축된다.According to an aspect of the present invention, the phase modulated signal generating unit may include a phase modulator installed in the reference optical fiber and transmitting the incident light as it is according to a control signal of the arithmetic processing unit, The operation processing unit receives the first interference signal from the first photodetector and stores the light in the memory by causing the phase modulator to transmit light without phase shift to the light emitted to the wavelength tunable laser, The phase modulator is controlled to perform phase conversion to receive the second interference signal from the first photodetector and store the received second interference signal in the memory, and then to calculate the main value.

또 다르게는 상기 위상 변조신호 생성부는 상기 제1광커플러의 검출단에서 출력되는 신호를 제1분기 광섬유와 제2분기광섬유를 통해 분기시키고, 상기 제1분기광섬유는 상기 제1광검출기로 광을 전송하게 접속된 제2광커플러와; 상기 제2분기광섬유를 통해 전송된 광의 위상을 90°변환시켜 전송하는 위상변조기와; 상기 위상 변조기에서 출력되는 신호를 검출하여 상기 제2간섭신호로서 상기 연산처리부에 출력하는 제2광검출기;를 구비하도록 구축될 수 있다.Alternatively, the phase modulated signal generating unit may divide a signal output from the detection end of the first optical coupler through a first branch optical fiber and a second branch optical fiber, and the first branch optical fiber may output light to the first optical detector A second optical coupler connected to transmit; A phase modulator for converting the phase of the light transmitted through the second branch optical fiber by 90 ° and transmitting the converted light; And a second photodetector for detecting a signal output from the phase modulator and outputting the signal as the second interference signal to the arithmetic processing unit.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광주파수 영역 반사측정 시스템의 측정 방법은 시간에 따라 파장이 가변되는 광을 출사하는 파장가변레이저와, 상기 파장가변 레이저에서 출사되는 광을 분할하여 제1출력단과 제2출력단을 통해 각각 제1분할광과 제2분할광을 분리하여 출력하는 제1광커플러와, 상기 제1출력단과 접속되며 광섬유로 연장되어 상기 제1분할광을 전송하는 센싱광섬유와, 상기 제2출력단과 접속되며 광섬유로 연장되어 상기 제2분할광을 전송하는 기준 광섬유와, 상기 센싱광섬유에서 상기 제1광커플러를 향해 역으로 입사된 광과 상기 기준광섬유에서 상기 제1광커플러를 행해 역으로 입사된 광 상호간의 간섭에 의해 생성되어 상기 제1광커플러의 검출단을 통해 출력되는 제1간섭신호를 검출하는 제1광검출기와, 상기 제1간섭신호에 대해 위상이 90°변환된 제2간섭신호를 생성할 수 있도록 된 위상변조신호 생성부를 구비하는 광주파수 영역 반사측정 시스템의 측정방법에 있어서, 가. 상기 제1간섭신호를 실수부로 하고, 상기 제2간섭신호를 허수부로 하는 제1복소수신호와, 상기 제1복소수신호에 대한 공액 복소수인 제1공액 복소수 신호를 각각 생성하는 단계와; 나. 상기 제1복소수 신호에 대해 퓨리에 변환한 제1퓨리에 변환값과, 상기 제1공액 복소수신호에 대해 퓨리에 변환한 제2퓨리에 변환값을 각각 구하는 단계와; 다. 상기 제1퓨리에 변환값에서 상기 제2퓨리에 변환값을 차감하여 메인 값을 산출하는 단계와; 라. 상기 메인값으로부터 상기 센싱 광섬유에 대해 설정된 물리량을 산출하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring an optical frequency region reflection measurement system, including: a wavelength tunable laser that emits light having a variable wavelength over time; A first optical coupler connected to the first output terminal and connected to the first output terminal and connected to the first output terminal and the second output terminal, A reference optical fiber connected to the second output terminal and extending to the optical fiber to transmit the second split light; a second optical coupler connected to the first optical coupler and the reference optical fiber, A first photodetector for detecting a first interference signal generated by an interference between the light beams incident on the first optical coupler and output through the detection end of the first optical coupler, And a phase modulated signal generator for generating a second interference signal whose phase is changed by 90 ° with respect to the first interference signal, the method comprising the steps of: Generating a first complex signal having the first interference signal as a real part and an imaginary part of the second interference signal and a first conjugate complex signal as a conjugate complex number with respect to the first complex signal; I. Obtaining a first Fourier transform value obtained by performing Fourier transform on the first complex signal and a second Fourier transform value obtained by Fourier transforming the first conjugate complex signal; All. Calculating a main value by subtracting the second Fourier transform value from the first Fourier transform value; la. And calculating a physical quantity set for the sensing optical fiber from the main value.

본 발명에 따른 광주파수 영역 반사 측정 시스템 및 측정 방법에 의하면, 기준 광섬유의 종단을 기준으로 길이가 증가하는 양의 방향의 주파수 영역에서의 피크와 길이가 감소하는 음의 방향의 피크를 구분할 수 있도록 처리할 수 있어 센싱 광섬유의 측정가능 길이를 증가시킬 수 있는 장점을 제공한다.According to the optical frequency domain reflection measuring system and method of the present invention, it is possible to distinguish between a peak in a frequency region in a positive direction and a peak in a negative direction in which the length increases in the positive direction So that the measurable length of the sensing optical fiber can be increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광주파수 영역 반사 측정 시스템을 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광주파수 영역 반사 측정 시스템을 나타내 보인 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 광주파수 영역 반사 측정 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 4는 본 발명에 따른 광주파수 영역 반사 측정 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 제1간섭신호와 제2간섭신호의 생성 예를 나타내 보인 그래프이고,
도 6은 본 발명에 따른 측정 과정에 의해 주파수 영역에서 생성되는 신호를 나타내 보인 그래프이다.FIG. 1 is a view showing an optical frequency region reflection measuring system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view showing an optical frequency region reflection measuring system according to another embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a flow chart illustrating an optical frequency domain reflection measuring process according to the present invention,
4 is a view for explaining an optical frequency domain reflection measuring process according to the present invention,
5 is a graph showing an example of generation of a first interference signal and a second interference signal,
6 is a graph showing signals generated in the frequency domain by the measurement process according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광주파수 영역 반사 측정 시스템 및 측정 방법을 더욱 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical frequency domain reflection measuring system and a measuring method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광주파수 영역 반사 측정 시스템을 나타내 보인 도면이다.1 is a diagram showing an optical frequency region reflection measuring system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광주파수 영역 반사 측정 시스템(100)은 파장가변레이저(TLS;Tunable Laser Source)(110), 제1광커플러(120), 센싱 광섬유(140), 기준 광섬유(150), 위상 변조기(155), 제1광검출기(161), 연산처리부(170)를 구비한다.1, the optical frequency domain reflection measuring system 100 according to the present invention includes a Tunable Laser Source (TLS) 110, a first optical coupler 120, a sensing optical fiber 140, a reference optical fiber A first optical detector 150, a phase modulator 155, a first optical detector 161, and an arithmetic processing unit 170.

파장가변레이저(TLS)(110)는 시간에 따라 파장이 가변되는 레이저 광을 출사한다.The wavelength tunable laser (TLS) 110 emits a laser beam whose wavelength varies with time.

파장가변레이저(110)는 연산 처리부에 제어되어 출사되는 광의 파장을 가변시킨다.The wavelength tunable laser 110 is controlled by an arithmetic processing unit to vary the wavelength of emitted light.

제1광커플러(120)는 파장가변 레이저(110)에서 출사되어 입력단(121)을 통해 입사된 광을 분할하여 제1출력단(123)과 제2출력단(124)을 통해 각각 제1분할광과 제2분할광을 분리하여 출력하고, 검출단(125)은 제1광검출기(161)로 광을 전송하도록 되어 있다.The first optical coupler 120 divides the light emitted from the tunable laser 110 and input through the input terminal 121 and outputs the divided light through the first output terminal 123 and the second output terminal 124, And the detection end 125 is adapted to transmit the light to the first photodetector 161. The first photodetector 161 is provided with a first photodetector 161,

센싱 광섬유(FUT:Fiber under test)(140)는 제1출력단(123)과 접속되며 광섬유로 연장되어 센싱 대상 영역에 설치된다.A sensing fiber (FUT) 140 is connected to the first output terminal 123 and extends to the optical fiber and is installed in the sensing area.

센싱 광섬유(140)는 제1광커플러(120)의 제1출력단(123)을 통해 출력되는 제1분할광을 도파하며 반사광을 제1출력단(123)을 통해 다시 제1광커플러(120)로 전송한다.The sensing optical fiber 140 guides the first split light output through the first output port 123 of the first optical coupler 120 and transmits the reflected light to the first optical coupler 120 through the first output port 123 send.

기준 광섬유(REF)(150)는 제2출력단(124)과 접속되며 광섬유로 연장되어 제2분할광을 전송하고, 반사된 광을 제2출력단(124)을 통해 다시 제1광커플러(120)로 전송한다.The reference optical fiber REF 150 is connected to the second output terminal 124 and extends to the optical fiber to transmit the second split light and transmits the reflected light to the first optical coupler 120 through the second output terminal 124. [ Lt; / RTI >

위상변조기(155)는 위상변조신호 생성부의 일 예로서 적용된 것으로, 기준 광섬유(150)에 설치되어 후술되는 연산처리부(170)의 제어신호에 따라 입사된 광을 그대로 전송하거나 위상을 90°변환시켜 전송한다.The phase modulator 155 is applied as an example of the phase modulated signal generator and is provided in the reference optical fiber 150 and transmits the incident light as it is according to the control signal of the operation processor 170 send.

이러한 위상변조기(155)는 기준 광섬유(150)에 직렬상으로 접속되어 전압 인가의 유무에 따라 내부의 크리스탈의 굴절율이 변화되어 광을 지연시킴으로서 90°위상지연된 광을 생성하는 구조 또는 압전소자의 신축에 의해 기준 광섬유(150)의 광경로를 조정하여 90°위상지연된 광을 생성하는 구조 등 공지된 다양한 위상 변조기가 적용될 수 있다.The phase modulator 155 is connected in series to the reference optical fiber 150. The phase modulator 155 has a structure that generates light having a phase delay of 90 degrees by delaying light by changing the refractive index of the crystal in accordance with the presence or absence of voltage application, And a structure for adjusting the optical path of the reference optical fiber 150 to generate light having a phase delay of 90 DEG.

이러한 위상 변조기(155)는 위상이 변조되지 않았을 때 기준 광섬유(150)에서 반사된 광과 센싱 광섬유(140)에서 반사된 광의 간섭에 의해 생성된 제1간섭신호와, 기준 광섬유(150)에서 입사된 광에 대해 위상이 90°변환되어 반사된 광과 센싱 광섬유(140)에서 반사된 광의 간섭에 의해 생성된 제2간섭신호를 생성할 수 있다.The phase modulator 155 modulates the first interference signal generated by the interference between the light reflected from the reference optical fiber 150 and the light reflected from the sensing optical fiber 140 when the phase is not modulated, And the second interference signal generated by the interference between the reflected light and the light reflected from the sensing optical fiber 140 can be generated.

제1광검출기(161)는 센싱광섬유(140)에서 제1광커플러(120)를 향해 역으로 입사된 광과 위상 변조기(155)에서 위상이 변조되지 않고 기준광섬유(150)에서 제1광커플러(120)를 행해 역으로 입사된 광 상호간의 간섭에 의해 생성되어 제1광커플러(120)의 검출단(125)을 통해 출력되는 제1간섭신호와, 센싱광섬유(140)에서 제1광커플러(120)를 향해 역으로 입사된 광과 위상 변조기(155)에서 90°위상이 변조되어 기준광섬유(150)에서 제1광커플러(120)를 행해 역으로 입사된 광 상호간의 간섭에 의해 생성되어 제1광커플러(120)의 검출단(125)을 통해 출력되는 제2간섭신호를 각각 검출하고, 검출된 신호를 연산 처리부(170)에 제공한다.The first photodetector 161 receives the light incident from the sensing optical fiber 140 toward the first optical coupler 120 and the first optical coupler 150 from the reference optical fiber 150 without phase modulation in the phase modulator 155, A first interfering signal generated by the mutual interference of light incident on the first optical coupler 120 and output through the detection end 125 of the first optical coupler 120 and the second interference signal generated from the sensing optical fiber 140 by the first optical coupler 120, Is generated by the interference between the light incident backward toward the first optical coupler 120 and the light incident on the first optical coupler 120 in the reference optical fiber 150 by modulating the phase by 90 ° in the phase modulator 155 Detects the second interference signal output through the detection terminal 125 of the first optical coupler 120 and provides the detected signal to the operation processing unit 170. [

연산 처리부(170)는 파장가변 레이저(110)에 출사되는 광에 대해 설정된 제1주기 동안 파장을 설정된 제1대역범위에 대해 가변시키면서 위상변조기(155)가 위상변환없이 광이 전송되게 제어하여 제1광검출기(161)로부터 제1간섭신호를 수신하여 내부에 마련된 메모리(미도시)에 저장하고, 다시 파장가변 레이저(110)에 출사되는 광에 대해 설정된 제1주기 동안 파장을 설정된 제1대역범위에 대해 가변시키되, 위상변환기가 90°위상변환하게 위상변조기(155)를 제어하여 제1광검출기(161)로부터 제2간섭신호를 수신하여 메모리에 저장한다. The arithmetic processing unit 170 controls the phase modulator 155 to transmit the light without phase conversion while varying the wavelength for the first band range set for the light emitted to the tunable laser 110 for the first period, The first interference signal is received from the first photodetector 161 and is stored in a memory (not shown) provided therein. The first interference signal is stored in the first band And controls the phase modulator 155 so that the phase converter phase-shifts by 90 degrees to receive the second interference signal from the first photodetector 161, and stores the received second interference signal in the memory.

한편, 도시된 예와 다르게 제2간섭신호를 생성하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 위상변조신호 생성부는 검출단(125)에서 출력되는 신호를 제2광커플러(220)에 의해 분기시키고, 제2광커플러(220)에 분기된 광 중 일부를 위상변조기(155)를 거쳐 제2광검출기(162)에 제공하도록 구축될 수 있다.2, in order to generate a second interference signal different from the illustrated example, the phase modulated signal generator divides the signal output from the detection stage 125 by the second optical coupler 220, 2 optical coupler 220 through the phase modulator 155 to the second photodetector 162. The second photodetector 162 may include a phase modulator 155,

제2광커플러(220)는 제1광커플러(120)의 검출단(125)에서 출력되는 신호를 제1분기 광섬유(221)와 제2분기광섬유(222)를 통해 분기시키고, 제1분기광섬유(221) 제1광검출기(161)로 광을 전송하게 접속하고, 제2분기광섬유(222)는 전송된 광의 위상을 90°변환시키는 위상변조기(155)로 전송하도록 접속되어 있다.The second optical coupler 220 branches the signal output from the detection terminal 125 of the first optical coupler 120 through the first branch optical fiber 221 and the second branch optical fiber 222, And the second branch optical fiber 222 is connected to transmit the light to a phase modulator 155 which converts the phase of the transmitted light by 90 degrees.

제2광검출기(162)는 위상 변조기(155)에서 출력되는 신호를 검출하여 제2간섭신호로서 연산처리부(170)에 출력한다.The second photodetector 162 detects a signal output from the phase modulator 155 and outputs the signal to the arithmetic processing unit 170 as a second interference signal.

이 경우, 연산 처리부(170)는 위상변조기(155)가 90°위상 변조된 신호를 생성하도록 제어하면서, 제1광검출기(161)로부터 제1간섭신호와 제2광검출기(162)로부터 제2간섭신호를 수신받으면 된다.In this case, the arithmetic processing unit 170 controls the phase modulator 155 to generate a 90-degree phase-modulated signal, and outputs a first interference signal from the first photodetector 161 and a second interference signal from the second photodetector 162 to the second The interference signal may be received.

조작부(172)는 연산처리부(170)에 의해 지원되는 기능을 설정할 수 있도록 되어 있고, 표시부(174)는 연산처리부(170)에 제어되어 표시정보를 표시한다.The operation unit 172 is capable of setting functions supported by the operation processing unit 170 and the display unit 174 is controlled by the operation processing unit 170 to display the display information.

연산처리부(170)는 파장가변레이저(110) 및 위상변조기(155)의 구동을 제어하고, 제1광검출기(161) 또는 제2광검출기(162)로부터 수신된 신호를 처리한다.The operation processing unit 170 controls the driving of the tunable laser 110 and the phase modulator 155 and processes signals received from the first photodetector 161 or the second photodetector 162. [

연산처리부(170)는 제1간섭신호를 실수부로 하고, 제2간섭신호를 허수부로 하는 제1복소수신호와, 제1복소수 신호에 대한 공액 복소수인 제1공액복소수 신호를 각각 생성하고, 제1복소수신호에 대해 퓨리에 변환한 제1퓨리에 변환값의 절대값으로부터 제1공액 복소수 신호에 대해 퓨리에 변환한 제2퓨리에 변환값의 절대값을 차감하여 취한 값을 메인 값을 산출하고, 산출된 메인값으로부터 센싱 광섬유(140)에 대해 설정된 물리량을 산출한다.The arithmetic processing unit 170 generates the first complex signal having the first interference signal as a real part and the second interference signal as the imaginary part and the first conjugate complex signal as the conjugate complex number with respect to the first complex signal, A main value is calculated by subtracting the absolute value of the second Fourier transformed Fourier transformed value of the first conjugate complex signal from the absolute value of the first Fourier transformed value obtained by the Fourier transform on the complex signal, The physical quantity set for the sensing optical fiber 140 is calculated.

이를 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 위상변조기(155)가 위상을 90°지연시키지 않고, 그대로 전송되게 제어한 상태에서 기준 광섬유(155)와 센싱 광섬유(140)에 의해 간섭된 제1간섭신호(I(υ))를 획득한다(단계 310).Referring to FIG. 3, the phase modulator 155 controls the reference optical fiber 155 and the first interference signal 140 interfered by the sensing optical fiber 140, (I (v)) (step 310).

이후, 위상변조기(155)가 위상을 90°지연시키도록 한 상태에서 기준 광섬유(155)와 센싱 광섬유(140)에 의해 간섭된 제2간섭신호(I(υ, π/2))를 획득한다(단계 320). Thereafter, the second interference signal I (?,? / 2) interfered by the reference optical fiber 155 and the sensing optical fiber 140 is acquired in a state in which the phase modulator 155 delays the phase by 90 degrees (Step 320).

다음은 아래의 수학식 1과 제1복소수 신호(S(υ)를 생성한다(단계 330).The following generates Equation 1 and first complex signal S (v) (step 330).

Figure 112014067834625-pat00001
Figure 112014067834625-pat00001

이후, 아래의 수학식 2와 같이 제1공액복소수 신호(S*(υ))를 생성한다(단계 340).Then, a first conjugate complex signal S * (v) is generated as shown in the following equation (2) (step 340).

Figure 112014067834625-pat00002
Figure 112014067834625-pat00002

다음은 제1복소수 신호(S(υ))에 대해 퓨리에 변환한 제1퓨리에 변환값(FT{S(υ)}을 산출하고(단계 350), 제1공액복소수 신호(S*(υ))에 대해 퓨리에 변환한 제2퓨리에 변환값(FT{S*(υ)}을 산출한다(단계 360).Next, a first Fourier transformed value FT {S (v)} is calculated (step 350) and a first complex conjugate signal S * (υ) is calculated by Fourier transforming the first complex signal S (υ) (FT {S * (v)} that has undergone the Fourier transform on the second Fourier transform value (step 360).

마지막으로 아래의 수학식 3과 같이 제1퓨리에 변환값(FT{S(υ)}에 대해 절대값을 취한값에서 제2퓨리에 변환값(FT{S*(υ)}에 대해 절대값을 취한값을 차감하고, 차감하여 얻은 값을 메인값(Δ)으로 산출한다(단계 370).Finally, an absolute value is taken for the second Fourier transform value FT {S * (v)} from a value obtained by taking an absolute value with respect to the first Fourier transform value FT {S (v)} as shown in Equation 3 below And the value obtained by subtracting the value is calculated as a main value (step 370).

Figure 112014067834625-pat00003
Figure 112014067834625-pat00003

이러한 과정을 거쳐 얻어진 값은 직류성분이 제거되고 미러피크값은 뒤집혀진 형태의 퓨리에 변환신호가 획득됨으로써 기준 광섬유를 기준으로 길이가 연장되는 방향이 양의 방향의 간섭 신호와 길이가 줄어드는 방향의 음의 방향의 신호를 모두 구별되게 추출할 수 있다.The values obtained through this process are obtained by obtaining a Fourier transform signal in which the direct current component is removed and the mirror peak value is inverted, so that the direction in which the length is extended with respect to the reference optical fiber is the interference signal in the positive direction, It is possible to extract all of the signals in the direction of "

이후, 연산 처리부(170)는 산출된 메인값의 진폭 변화를 판단하여 센싱 광섬유(140)에 대해 설정된 물리량 예를 들면 온도 등을 산출한다.Thereafter, the operation processing unit 170 determines a change in the amplitude of the calculated main value and calculates a physical quantity, for example, a temperature, etc., set for the sensing optical fiber 140.

이하에서는 본 발명에 따른 측정 과정에 의해 센싱 광섬유(140)의 센싱 가능길이를 증가시킬 수 있음을 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the sensing length of the sensing optical fiber 140 can be increased by the measuring process according to the present invention, with reference to FIGS. 4 to 8. FIG.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 기준 광섬유(150)의 종단을 대응되는 길이에 해당하는 센싱 광섬유(140)의 영점으로 할 때 길이가 증가하는 방향의 ΔL 위치와, 2ΔL 위치 및 길이가 감소하는 방향의 -ΔL 위치 및 -2ΔL 위치에서 반사가 이루어져 4개의 신호가 생성되어 도 5에 제1간섭신호와 제2간섭신호가 얻어진 경우 이를 앞서 설명된 방법에 의해 수학식 3에 의해 산출된 메인 값은 도 6에 도시된 바와 같이 진폭이 0인 점을 기준으로 상부 및 하부에 각각 구별되는 신호를 얻을 수 있음을 알 수 있다.4, when the end of the reference optical fiber 150 is set as the zero point of the sensing optical fiber 140 corresponding to the corresponding length, the? L position in the length increasing direction and the 2? L position and length are decreased Direction and -ΔL position and -2ΔL position, four signals are generated. When the first interference signal and the second interference signal are obtained in FIG. 5, the first interference signal and the second interference signal are obtained by the above- As shown in FIG. 6, it can be seen that a signal distinguishable from the upper portion and the lower portion can be obtained on the basis of the point of zero amplitude.

이에 반해 제1간섭신호만을 종래방식으로 퓨리에 변환한 경우 도 6에 점선으로 표기된 바와 같이 직류성분(DC)을 기준으로 좌우 방향으로 대칭 위치에 각각 오버랩된 신호가 각각 생성되기 때문에 양의 방향의 신호와 음의 방향의 신호를 구분할 수 없다. 즉, 도 4에서 2ΔL 위치, ΔL위치, -ΔL, -2 ΔL 위치 각각에서 반사가 이루어진 경우 주파수 영역에서 대칭성분으로 인해 양의 방향신호와 음의 방향신호를 구분할 수 없어 통상적으로 양의 방향 신호만 이용할 수 있도록 구축된다.On the other hand, when only the first interference signal is Fourier-transformed by the conventional method, signals overlapping in the left-right direction are generated respectively on the basis of the DC component (DC) as indicated by the dotted line in FIG. 6, And the signal in the negative direction can not be distinguished. That is, when reflection is performed at each of the 2? L position,? L position, -ΔL, and -2? L positions in FIG. 4, the positive direction signal and the negative direction signal can not be distinguished from each other due to the symmetric component in the frequency domain. To be used.

한편, 연산 처리부(170)는 주파수 영역에서 반사율의 변화에 따른 세기(intensity) 변화로부터 온도, 스트레인, 손실 중 어느 하나를 측정하도록 구축될 수 있고, 세기 변화에 대응되는 온도, 스트레인, 손실 값은 미리 실험에 의해 구해져 저장된 룩업테이블을 이용하면 된다.The arithmetic processing unit 170 may be constructed to measure one of temperature, strain, and loss from a change in intensity according to a change in reflectance in the frequency domain, and the temperature, strain, and loss values corresponding to the change in intensity It is possible to use a look-up table stored in advance and stored.

이상에서 설명된 바와 같이 본 시스템 및 방법에 의하면, 기준 광섬유(150)의 종단을 기준으로 길이가 증가하는 방향을 따라 연장된 부분과 길이가 감소하는 방향을 따라 연장된 부분을 모두 센싱영역을 활용할 수 있어 종래 방식에 비해 센싱가능 길이가 2배로 늘어나는 장점을 제공한다.As described above, according to the present system and method, both a portion extending along a direction of increasing length and a portion extending along a direction of decreasing length based on the terminating end of the reference optical fiber 150 utilize a sensing region So that the sensing possible length is doubled as compared with the conventional method.

110: 파장가변레이저 120: 제1광커플러
140: 센싱 광섬유 150: 기준 광섬유
155: 위상 변조기 161: 제1광검출기
162: 제2광검출기 170: 연산처리부110: tunable laser 120: first optical coupler
140: sensing optical fiber 150: reference optical fiber
155: phase modulator 161: first photodetector
162: second optical detector 170:

Claims (4)

삭제delete 삭제delete 시간에 따라 파장이 가변되는 광을 출사하는 파장가변레이저와;
상기 파장가변 레이저에서 출사되는 광을 분할하여 제1출력단과 제2출력단을 통해 각각 제1분할광과 제2분할광을 분리하여 출력하는 제1광커플러와;
상기 제1출력단과 접속되며 광섬유로 연장되어 상기 제1분할광을 전송하는 센싱광섬유와;
상기 제2출력단과 접속되며 광섬유로 연장되어 상기 제2분할광을 전송하는 기준 광섬유와;
상기 센싱광섬유에서 상기 제1광커플러를 향해 역으로 입사된 광과 상기 기준광섬유에서 상기 제1광커플러를 향해 역으로 입사된 광 상호간의 간섭에 의해 생성되어 상기 제1광커플러의 검출단을 통해 출력되는 제1간섭신호를 검출하는 제1광검출기와;
상기 제1간섭신호에 대해 위상이 90°변환된 제2간섭신호를 생성할 수 있도록 된 위상변조신호 생성부와;
상기 제1광커플러의 검출단을 통해 출력되는 제1간섭신호를 실수부로 하고, 상기 제2간섭신호를 허수부로 하는 제1복소수 신호와, 상기 제1복소수 신호에 대한 공액 복소수인 제1공액 복소수신호를 각각 생성하고, 상기 제1복소수신호에 대해 퓨리에 변환한 제1퓨리에 변환값으로부터 상기 제1공액 복소수 신호에 대해 퓨리에 변환한 제2퓨리에 변환값을 차감하여 메인 값을 산출하고, 산출된 메인값으로부터 상기 센싱 광섬유에 대해 설정된 물리량을 산출하는 연산처리부;를 구비하고,
상기 위상 변조신호 생성부는
상기 제1광커플러의 검출단에서 출력되는 신호를 제1분기 광섬유와 제2분기광섬유를 통해 분기시키고, 상기 제1분기광섬유는 상기 제1광검출기로 광을 전송하게 접속된 제2광커플러와;
상기 제2분기광섬유를 통해 전송된 광의 위상을 90°변환시켜 전송하는 위상변조기와;
상기 위상 변조기에서 출력되는 신호를 검출하여 상기 제2간섭신호로서 상기 연산처리부에 출력하는 제2광검출기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광주파수 영역 반사측정 시스템.A wavelength tunable laser for emitting light whose wavelength varies with time;
A first optical coupler for dividing the light emitted from the tunable laser and separately outputting the first split light and the second split light through the first output terminal and the second output terminal;
A sensing optical fiber connected to the first output terminal and extending to the optical fiber to transmit the first split light;
A reference optical fiber connected to the second output terminal and extending to the optical fiber to transmit the second split light;
The second optical coupler being formed by interference between the light incident backward from the sensing optical fiber toward the first optical coupler and the light incident backward from the reference optical fiber toward the first optical coupler, A first optical detector for detecting a first interference signal to be outputted;
A phase modulated signal generator configured to generate a second interference signal having a phase shifted by 90 ° with respect to the first interference signal;
A first complex signal having a first interfering signal outputted through a detection end of the first optical coupler as a real part and an imaginary part of the second interference signal, and a second complex signal having a first conjugate complex number as a conjugate complex number with respect to the first complex signal And a second Fourier transform value obtained by performing Fourier transform on the first complex conjugate signal from a first Fourier transform value obtained by Fourier transforming the first complex signal to calculate a main value, And an arithmetic processing unit for calculating a physical quantity set for the sensing optical fiber,
The phase modulated signal generator
A signal output from the detection end of the first optical coupler is branched through a first branch optical fiber and a second branch optical fiber and the first branch optical fiber is connected to a second optical coupler connected to transmit light to the first optical detector ;
A phase modulator for converting the phase of the light transmitted through the second branch optical fiber by 90 ° and transmitting the converted light;
And a second photodetector for detecting a signal output from the phase modulator and outputting the signal as the second interference signal to the arithmetic processing unit. 삭제delete
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