KR101916499B1 - 간섭 감지 시스템에서 움직임을 보상하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

간섭 감지 시스템에서 움직임을 보상하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광 인테로게이션 시스템, 예컨대, OFDR 기반 시스템은 시변 외란을 겪는 감지광 가이드의 굴절률의 국소적 변화를 측정한다. 감지광 가이드의 길이에 대해 검출된 간섭 측정 신호는 스펙트럼 영역으로 변환된다. 변환된 간섭 측정 데이터 세트로부터 시변 신호가 결정된다. 시변 외란에 대해 간섭 측정 데이터 세트를 보상하기 위해 사용되는 시변 신호로부터 보상 신호가 결정된다. 또한, 평균화 및 변형율 보상을 사용하여 강인성을 성취할 수 있다. 보상 기술은 광 가이드의 길이를 따라 적용될 수 있다.

Description

간섭 감지 시스템에서 움직임을 보상하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MOTION COMPENSATION IN INTERFEROMETRIC SENSING SYSTEMS}
우선권 출원
본원은 2011년 12월 5일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/566,860 호 및 2012년 3월 23일자로 출원된 제 61/614,662 호를 우선권 주장하며, 이 가출원들의 내용은 인용에 의해 본원에 통합되어 있다.
기술 분야
본 기술은 간섭 감지 응용예에 관한 것이다. 하나의 예시적인 응용예는 광주파수 영역 반사 측정(OFDR) 감지 응용예이다.
광주파수 영역 반사 측정(OFDR)은 광섬유에서 높은 공간 해상도로 변형율을 측정하기 위한 효과적인 시스템인 것으로 입증되었다. 예컨대, 미국 특허 번호 제 6,545,760 호; 제 6,566,648 호; 제 5,798,521 호; 및 제 7,538,883 호를 참조하기 바란다. 이러한 고해상능은 형상 감지 응용예에서 매우 유용한 것으로 입증되었다. 예컨대, 미국 특허 번호 제 7,772,541 호; 제 7,781,724 호; 및 미국 특허 출원 번호 제 20110109898 호를 참조하기 바란다. 단일 코어 섬유에서 더 간단하게 변형율을 감지하는 응용예가 미국 특허 출원 번호 제 20110247427 호에 기술되어 있다.
OFDR은, 레이저가 튜닝될 때, 넓은 주파수 범위에 걸쳐 데이터를 취득하여 높은 공간 해상도를 달성한다. 대부분의 응용예에서, 이러한 튜닝은, 레이저가 주파수 범위를 통해 스위프될 때, 시간이 지남에 따라 발생한다. 이 기술을 사용하는 경우, 시험 대상인 섬유는 스위프시 정적(靜的)이거나 불변한다고 가정한다. 그러나, 레이저가 스위프될되는 시간 동안 측정되고 있는 시스템이 변하는 경우에는, 그 측정 품질이 저하될 수 있다. 이러한 변화는 시험 대상 섬유의 움직임 또는 장비에 대해 시험 대상 섬유를 연결하는 광섬유 도선의 움직임에 기인할 수 있다. 이러한 시변 변화가 존재하는 상태에서 고품질의 측정을 달성하는 것이 바람직할 것이다.
예시적인 실시예들은 시변 외란을 겪는 감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 광 인테로게이션 시스템 및 방법을 포함한다. 예시적인 시변 외란은 감지광 가이드의 움직임이다. 광 인테로게이션 시스템은 광 간섭 인테로게이터와, 감지광 가이드의 길이에 대한 광 간섭 측정 신호를 검출하기 위해 광 간섭 인테로게이터에 커플링된 광 검출 회로를 포함한다. 데이터 처리 회로는 광 검출 회로로부터 간섭 측정 신호를 수신하며, 감지광 가이드의 길이에 대한 간섭 측정 데이터 세트를 생성한다. 간섭 측정 데이터 세트는 스펙트럼 영역으로 변환되고, 변환된 간섭 측정 데이터 세트로부터 시변 신호가 결정된다. 시변 신호로부터 보상 신호가 결정되며, 시변 외란에 대해 간섭 측정 데이터 세트를 보상하여 파라미터의 측정을 강화하기 위해 사용된다.
하나의 예시적인 구현예에서, 광 인테로게이션 시스템은 인테로게이팅 광원을 포함하는 광주파수 영역 반사 측정(OFDR) 기반 시스템이며, 광 간섭 측정 신호는 감지광 가이드를 따르는 시간의 함수로서 후방 산란 진폭을 나타낸다.
비한정적인 실시예에서, 처리 회로는 간섭 측정 데이터 세트를 간섭 기준 데이터 세트에 대해 비교하여 시변 신호를 결정한다. 간섭 측정 데이터 세트는 간섭 측정 데이터 세트 내에서의 반사 이벤트를 위해 결정되며, 수신된 간섭 데이터는 반사 이벤트 주변에 윈도잉된다(windowed). 시변 신호는 위상 신호일 수 있으며, 이 경우, 데이터 처리 회로는 위상 신호를 언랩핑(unwrapping)하여 변환된 간섭 측정 데이터 세트로부터 위상 신호를 추출하고, 언랩핑된 위상 신호로부터 리니어 핏(linear fit)을 제거하여 센서에 대해 시변 외란을 설명하는 비선형 신호를 결정하도록 구성된다. 이 예에서, 비선형 신호는 보상 신호이다. 그리고, 데이터 처리 회로는 시변 외란에 대해 간섭 측정 데이터 세트를 보상하기 위해 간섭 측정 데이터 세트로부터 비선형 신호를 제거할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 시변 신호가 위상 신호인 경우, 데이터 처리 회로는 스펙트럼 영역 내의 기선 데이터 세트와 비교하여 스펙트럼 영역 내의 변환된 간섭 측정 데이터로부터 위상 신호를 추출하도록 구성된다.
다른 예시적인 실시예에서, 데이터 처리 회로는, 간섭 측정 데이터 세트를 다수의 측정 데이터 세그먼트로 분할하고; 각각의 세그먼트를 변환하며; 변환된 측정 세그먼트 중 다수를 대응하는 기준 스펙트럼 데이터 세그먼트와 조합하고; 조합된 세그먼트들을 평균화하며; 평균화된 세그먼트들로부터 위상 응답을 결정하고; 및 위상 응답에 기초하여 시변 신호를 결정하도록 구성된다. 또한, 데이터 처리 회로는, 측정 데이터 세그먼트에 적용되는, 인접한 측정 데이터 세그먼트들의 응답들 간의 오정렬의 양을 나타내는 변형율을 결정하고, 측정된 변형율을 사용하여 스펙트럼 영역 내의 측정 데이터 세그먼트들의 응답들을 정렬시키도록 구성될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 데이터 처리 회로는, 각각의 데이터 세그먼트를 스펙트럼 영역 내의 대응하는 기준 데이터 세그먼트에 대해 비교하고; 시간 영역 내의 데이터 세그먼트와 기준 데이터 세그먼트 간의 오정렬의 양을 나타내는 시간 지연을 결정하며; 및 측정된 시간 지연을 사용하여 시간 영역 내의 데이터 세그먼트와 기준 데이터 세그먼트를 정렬시키도록 구성될 수 있다.
감지광 가이드가 광섬유인 예에서, 데이터 처리 회로는 광섬유의 변형율에 대해 간섭 측정 데이터 세트를 보상하도록 구성될 수 있다.
바람직하지만 여전히 예시적인 실시예에서, 데이터 처리 회로는 감지광 가이드를 따라 움직임, 시간 지연 및 변형율을 결정하고, 감지광 가이드를 따라 누적된 움직임, 시간적 오정렬 및 변형율을 보상하도록 구성된다.
도 1은 센서가 시변 외란을 경험하는 광주파수 영역 반사계(OFDR) 기반 감지 시스템의 비한정적인 예이다.
도 2는 OFDR 시스템을 사용한 분산 측정 절차의 비한정적인 예의 흐름도이다.
도 3은 OFDR을 사용하여 측정된 바와 같은 이상적인 단일 반사 피크의 광지연에 대한 이론적 진폭의 도면이다.
도 4는 선형 위상 응답을 나타내는, 언랩핑된 이후의 도 3에 도시된 위상의 도면이다.
도 5는 어떤 시변 변화에 의해 취득 스위프(acquisition sweep)시 위상이 왜곡된, 단일 반사체로부터의 지연에 대한 진폭의 도면이다.
도 6은 도 5에 나타낸 왜곡된 피크의 광주파수에 대한 위상의 도면이다.
도 7은 지점(A)에서 측정된 보정이 측정 지점(A)과 장비 간의 외란에 대해 모든 후속 지점들을 보정할 수 있음을 나타내는 비한정적인 예의 도면이다.
도 8은 광주파수 영역 내의 어떤 시변 위상에 의해 2개의 피크가 왜곡된, 2개의 반사 이벤트로부터의 지연에 대한 진폭의 도면이다.
도 9는 도 8의 인덱스(50)에서의 반사 피크 주위에 윈도우가 도시된 도면이다.
도 10은 제1 반사 피크로부터만의 정보를 나타낸 도 9의 윈도우를 도시하고 있다.
도 11은 도 10에서 윈도잉된 데이터를 푸리에 변환하여 산출된 위상 왜곡을 도시하고 있다.
도 12는 지연 영역에서 왜곡된 원래 반사 피크를 회색으로 도시하고, 위상 보정을 이용하여 데이터가 보정된 후의 피크를 흑색으로 도시한 도면이다.
도 13은 OFDR 측정에서 시변 신호를 추출한 후 보정하기 위한 비한정적인 예시적인 절차의 흐름도이다.
도 14는 기준 OFDR 데이터 세트와 측정 OFDR 데이터 세트 사이의 스펙트럼 영역에서 시변 위상 응답을 추출하고 평균화하기 위한 비한정적인 예시적인 절차의 흐름도이다.
도 15는 지연에 대한 모의 산란 진폭의 예시적인 도면이다.
도 16은 산란 데이터에 적용되는 예시적인 위상 왜곡의 도면이다.
도 17은 도 16으로부터의 위상 왜곡에 의해 주파수 영역에서 왜곡된 이후의 산란 진폭을 회색 궤적으로 나타내고, 산란 패턴의 지연에 대한 원래 산란 진폭을 흑색 궤적으로 나타낸 그래프이다.
도 18은 산란 패턴의 단일 지연 영역 세그먼트로부터 산출된 스펙트럼 위상 왜곡의 도면이다.
도 19는 적용된 위상 왜곡(회색)과 비교하여, 스펙트럼 영역에서 각각의 세그먼트로부터 복소수 데이터를 평균화함으로써 산출된 주파수에 대한 위상 왜곡의 도면이다.
도 20은 적용된 원래 위상 왜곡과 보간하여 산출된 위상 왜곡을 비교한 도면이다.
도 21은 원래 산란 패턴과 보정된 산란 패턴의 진폭을 도시하고 있다.
도 22는 섬유 도선에 적용되는 4개의 서로 다른 진동의 광주파수에 대한 위상 왜곡을 도시하고 있다.
도 23은 진동 보정이 수반된 상태 및 수반되지 않은 상태에서, 섬유를 300㎐로 진동시킨 후 감지 섬유를 따라 산출된 변형율을 도시하고 있다.
도 24는 섬유가 선풍기 위에 늘어진 상태에서, 감지 섬유를 따라 산출된 변형율을 도시하고 있다.
도 25는 섬유의 변형되지 않은 길이에 대해 파장의 함수로서 다수의 슬라이스에 대해 산출된 위상 왜곡을 도시하고 있다.
도 26은 적용된 원래 위상 왜곡과 비교하여, 도 30에 나타낸 데이터를 평균화하여 산출된 위상 왜곡을 도시하고 있다.
도 27은 섬유의 변형된 길이에 대해 파장의 함수로서 다수의 슬라이스에 대해 산출된 위상 왜곡을 도시하고 있다.
도 28은 각각의 세그먼트가 적용된 변형율에 맞게 보정된 경우에서, 섬유의 변형된 길이에 대해 파장의 함수로서 다수의 슬라이스에 대해 산출된 위상 왜곡을 도시하고 있다.
도 29는 움직임 보정 신호를 추출하기 위해 사용되는 세그먼트들에 걸쳐 균일한 축방향 변형의 효과를 제거하는 예시적인 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 30은 지연 영역에서 기준 및 측정 간의 복소수 곱셈에 의해 추출된 인수가 측정에 변형율이 적용되는 결과로서 광지연 변화를 어떻게 측정하는지를 나타낸, 지연에 대한 위상의 그래프이다.
도 31은 기준 및 보정된 측정 간의 복소수 곱셈의 인수로부터 추출된 광지연 응답을 나타낸, 지연에 대한 위상의 그래프이다.
도 32는 누적된 진동, 누적된 변형, 및 기준 및 측정 세그먼트들 간의 지연 불일치를 보정하기 위해 섬유 길이를 따라 실행될 수 있는 예시적인 피드백 처리를 도시하고 있다.
이하의 설명에서는 한정이 아닌 설명을 목적으로 하여 특정 실시예와 같은 구체적인 세부 사항을 명시한다. 그러나, 이 구체적인 세부 사항 이외에도, 다른 실시예가 채용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 몇몇 경우들에서, 공지된 방법, 인터페이스, 회로 및 장치에 대한 상세한 설명은 불필요한 세부 사항으로 설명을 불명료하게 하지 않도록 생략한다. 몇몇 도면에는 개별적인 블록들이 도시되어 있다. 당업자는, 개별적인 하드웨어 회로를 사용하여, 적절하게 프로그램된 디지털 마이크로프로세서 또는 범용 컴퓨터와 함께 소프트웨어 프로그램 및 데이터를 사용하여, 및/또는 주문형 집적 회로(ASIC)를 사용하여, 및/또는 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSP)를 사용하여, 이 블록들의 기능이 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 소프트웨어 프로그램 명령어 및 데이터가 비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터 또는 다른 적절한 프로세서 제어에 의해 명령어가 실행되는 경우, 컴퓨터 또는 프로세서는 그 명령어와 연관된 기능을 수행한다.
따라서, 예컨대, 본원의 도면들은 예시적인 회로 또는 다른 기능성 유닛의 개념도를 나타낼 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 마찬가지로, 임의의 흐름도, 상태 천이도, 유사부호 등은, 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되었는지의 여부와 관계없이, 컴퓨터 판독가능 매체 내에 실질적으로 표시되어 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 다양한 프로세스를 나타낸다는 것을 이해할 것이다.
도시된 다양한 블록들의 기능은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 부호화된 명령들의 형태로 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어 및/또는 회로 하드웨어와 같은 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 기능들과 도시된 기능적 블록들은 하드웨어로 구현되고/또는 컴퓨터로 구현되며, 따라서 기계로 구현되는 것으로 이해되어야 한다.
하드웨어로 구현되는 관점에서, 기능적 블록들은 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 감소된 명령 세트 프로세서, 이에 한정되는 것은 아니지만 주문형 집적 회로(들)(ASIC) 및/또는 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(들)(FPGA(s))를 포함한 하드웨어(예컨대, 디지털 또는 아날로그) 회로, 및 (적절한 경우) 이러한 기능을 실시할 수 있는 상태 기계를 제한 없이 포함하거나 내포할 수 있다.
컴퓨터로 구현되는 관점에서, 컴퓨터는 일반적으로 하나 이상의 프로세서 또는 하나 이상의 컨트롤러를 포함하는 것으로 이해되며, 컴퓨터, 프로세서 및 제어기라는 용어들은 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 기능들은, 컴퓨터, 프로세서 또는 제어기에 의해 제공될 때, 단일의 전용화된 컴퓨터 또는 프로세서 또는 제어기에 의해, 단일 공유된 컴퓨터 또는 프로세서 또는 제어기에 의해, 또는 복수의 개별 컴퓨터 또는 프로세서 또는 제어기에 의해 제공될 수 있으며, 그 중 일부는 공유되거나 분산될 수 있다. 더욱이, 용어 "프로세서" 또는 "제어기"는, 전술한 예시적인 하드웨어와 같이, 이러한 기능을 실시하고/또는 소프트웨어를 실행할 수 있는 다른 하드웨어를 의미하기도 한다.
본원의 기술은 센서 움직임을 보상하는 OFDR 기반 방법 및 장치를 제공한다. 용어 "센서"는 OFDR 기반 측정 기술이 적용될 수 있는 임의의 도파관을 포함한다. OFDR 측정을 왜곡시키는 시변 신호는 OFDR 측정기간에 상응하는 기간에 발생하는 센서의 움직임의 모든 형태를 포함한다. 진동이 하나의 비한정적인 예인 반면, 갑작스런 움직임은 다른 예이다. 주파수와 진폭이 일정한 진동은 OFDR 측정에서 명확한 프로파일을 갖는 반면, OFDR 측정시 실험실 테이블의 삐걱거림은 불명확한 프로파일을 갖는다. 두 경우 모두, 의도한 측정 정밀도에 유해할 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 배치된 감지 환경에 주어진 센서가 경험할 수 있는 광범위한 움직임을 관리하기 위한 접근법이 개발되어야 한다는 것을 인식하였다. 용어 "움직임"은 OFDR 측정시 감지 섬유의 위치를 변화시키는 모든 유형의 에러 원인을 포함하기 위해 사용된다.
OFDR은 도파관의 길이를 따라 산란 프로파일의 고해상도 분산 측정을 실시하는데 매우 효과적이다. 도파관을 따르는 빛의 산란은 주어진 위치에서 국소적인 굴절률과 관련이 있다. 산란 프로파일의 변화를 검출하여 도파관의 길이를 따라 굴절률의 국소적인 변화를 검출하기 위해, 2개의 연속적인 측정이 비교될 수 있다.
도 1은 하나 이상의 측정 및/또는 감지 응용예에서 유용한 광섬유 센서(10)의 길이를 따른 굴절률의 국소적 변화를 모니터링하기 위해 사용되는 OFDR 시스템(20)의 비한정적인 예시적인 구성이다. 일부 응용예에서는, 광섬유 센서가 센서로서 기능하고, 다른 응용예에서는, 피시험 장치(DUT) 또는 다른 독립체일 수 있다. 시변 외란 또는 움직임(12)이 섬유(10)의 특정 위치에 영향을 미치는 것으로 도시되어 있다(용어 "섬유"는 편의를 위해 사용되었으나, 이 기술은 임의의 적당한 도파관에 적용된다). 튜닝가능한 광원(30)은 광주파수의 범위를 통해 스위프된다. 이 빛은 광 커플러의 사용에 의해 분할되며, 2개의 분리된 간섭계로 라우팅된다. 제1 간섭계는 감지 섬유(10)에 연결된 간섭 인테로게이터(34)로서의 역할을 한다. 빛은 간섭 인테로게이터(34)의 측정 아암을 통해 감지 섬유(10)로 입사된다. 그리고, 섬유(10)의 길이를 따라 산란된 빛이 간섭 인테로게이터(34)의 기준 아암을 따라 이동한 빛과 간섭하게 된다. 광원(30)이 주파수 범위를 통해 주사할 때, 레이저 모니터 네트워크(32) 내의 제2 간섭계는 튜닝율의 변동을 측정한다. 레이저 모니터 네트워크(32)는 측정 주사 전체에 걸쳐 절대 파장 기준을 제공하기 위해 사용되는 시안화수소(HCN) 가스 전지를 또한 포함한다. 일련의 광 검출기(40)는 레이저 모니터 네트워크(32)로부터 검출된 광 신호, 가스 전지 HCN, 및 감지 섬유(35)로부터의 간섭 패턴을 데이터 취득 유닛(36)을 위한 전기 신호로 변환한다. 데이터 프로세서(28)는 데이터 취득 유닛(36)으로부터 취득한 전기 데이터를 사용하여, 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 센서(10)의 길이를 따라 산란 프로파일을 추출한다.
도 2는 OFDR 시스템을 사용한 분산 측정 절차의 비한정적인 예의 흐름도이다. 단계(S1)에서, 튜닝가능한 광원이 광주파수의 범위를 통해 스위프되며, 간섭 인테로게이터의 측정 아암을 통해 센서(10)로 전달된다(단계(S2)). 센서(10)의 길이를 따라 산란된 빛은 간섭 인테로게이터의 기준 경로를 통해 이동한 빛과 간섭하게 된다. 측정 주사를 위해 절대 파장 기준이 제공되며(단계(S3)), 튜닝율의 변동이 측정된다(단계(S4)). 광 검출기는 검출된 광 신호를 데이터 프로세서(28)에 의한 처리를 위해 전기 신호로 변환한다(단계(S5)). 검출된 신호가 일정한 광주파수 증분으로 샘플링되도록 보장하기 위해, 감지 섬유의 간섭 패턴이 레이저 모니터 신호를 사용하여 바람직하게 리샘플링된다(단계(S6)). 일단 리샘플링되면, 시간 영역에 센서(10) 산란 신호를 발생시키기 위해 푸리에 변환이 실시된다. 시간 영역에서, 산란 신호는 센서(10)의 길이를 따르는 지연의 함수로서 산란 이벤트의 진폭을 나타낸다(단계(S8)). 주어진 시간 증분에서 빛이 이동한 거리를 사용하여, 이 지연은 센서(10)를 따른 길이의 신호 측정값으로 변환된다. 즉, 이 신호는 센서(10)를 따르는 거리의 함수로서 각각의 산란 이벤트를 나타낸다. 샘플링 기간을 공간 해상도라 하며, 측정시 튜닝가능한 광원에 의해 스위프되는 주파수 범위에 대해 반비례한다.
감지 섬유(10)가 변형될 때, 섬유의 물리적 길이가 변함에 따라, 국소적인 산란이 이동하게 된다. 이러한 왜곡이 매우 반복적이다는 것을 알 수 있다. 따라서, OFDR 측정은 변형되지 않은 상태에서 섬유의 기준 패턴 역할을 하는 메모리 내에 유지될 수 있다. 감지 섬유의 길이를 따라 국소적인 산란의 지연에서 시프트의 측정값을 얻기 위해 이 기준 패턴에 대해 후속 측정이 비교될 수 있다. 이 지연 시프트는 기준 산란 패턴에 대해 비교될 때 연속적으로 서서히 변하는 광 위상 신호로서 나타난다. 이 광 위상 신호의 도함수는 감지 코어의 물리적 길이 변화에 대해 정비례한다. 물리적 길이 변화는 감지 섬유(10)를 따라 연속적인 변형 측정을 생산하는 변형율로 조정될 수 있다.
전술한 바와 같이, OFDR 측정시, 레이저가 광주파수의 범위를 통해 스위프될 때, 기준 경로와 측정 경로 간의 광 간섭이 기록된다. 시스템의 광 검출기에서 발생하는 간섭 패턴은 감지 섬유로부터 반사된 빛의 진폭과 위상 모두에 대한 정보를 포함한다. 빛의 위상과 진폭은 레이저 스위프를 통한 시간의 함수로서 기록된다. 시스템의 기본적인 가정은 감지 섬유(10)를 포함한 인테로게이팅 중의 간섭계 시스템이 스위프시 변하지 않으며, 레이저가 스위프될 때 광주파수의 함수로서 시스템의 위상과 진폭 응답이 시간으로 인코딩된다는 것이다. 따라서, 레이저 주파수가 시간의 함수로서 알려지면, 시스템의 위상과 진폭 응답이 레이저 파장의 함수로서 알려진다.
그러나, 시스템은 측정 중에 정적이지 않으면, 측정이 왜곡된다. 레이저가 시간에 따라 선형적으로 스위프될 때, 예컨대, 단일의 반사 응답을 상정한다. 이 단일의 반사 이벤트는 검출 전자 기기에서 정현파 간섭 무늬를 초래한다. 단일의 반사체로부터의 간섭 신호의 푸리에 변환은 광지연의 함수로서 단일의 선명한 피크를 제공한다. 도 3은 OFDR을 사용하여 측정된 바와 같은 이상적인 단일 반사 피크의 광지연에 대한 이론적 진폭의 도면이다.
지연에서 반사 위치는 스펙트럼 영역에서 위상 기울기의 크기에 비례한다. 또한, 정의상, 시간 영역에서 단일 이벤트로부터의 이상적인 반사는 스펙트럼 영역에 선형 위상 기울기를 갖는다. 예컨대, 스펙트럼 영역 위상이 도 4에 "언랩핑"되어 도시되어 있다. 언랩핑은, 섬유를 따라 빛이 움직일 때, 광 위상이 증가하는 것으로 생각할 수 있다. 복소 평면에서, 위상이 증가하고 단위 원 주위로 움직일 때, 이는 1회전하고 다음으로 계속된다. 위상을 언랩핑하면, 전체 광 위상 변화의 측정값을 얻기 위해 완전한 회전의 총 횟수를 계속 추적함으로써, 이 회전 위상 신호를 효과적으로 선형화한다.
이제, 이 이벤트의 반사와 간섭계에서 빔 재조합 간의 광지연이 변하는 경우, 즉, 레이저가 스위프될 때 어떤 시변 변화에 의해 위상이 왜곡되었을 경우에 대해 상정한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이는 측정된 간섭 신호에 대한 추가적인 위상 변조를 초래한다. 이러한 시간 의존 위상 변조가 존재하면, 그로 인해 발생된 간섭 신호의 푸리에 변환이 도 5에 도시된 바와 같이 왜곡된다. 피크가 더 이상 "선명"하지 않으며, 피크의 기저 주변에 잡음이 나타난다.
도 6은 도 5에 나타낸 왜곡된 피크의 광주파수에 대한 위상의 도면이다. 이 왜곡된 피크의 스펙트럼 영역 위상은 선형 위상으로부터의 작은 출발을 보여준다. 이러한 선형성으로부터의 편차는 OFDR 시스템이 측정을 실시하였을 때 감지 섬유의 위치가 일정하지 않았다는 것을 나타낸다. 스펙트럼 영역에서 선형 위상 응답으로부터의 이러한 편차와, 그로 인해 발생한 이상적인 피크의 왜곡은 분산 변형율 측정에서 문제가 된다. 전술한 바와 같이, 분산 OFDR 변형율 측정은, 예컨대, 상호 상관을 실시함으로써, 감지 섬유의 기선 기준 주사에 대해 비교된다. 센서의 움직임으로 인한 측정의 왜곡은 이러한 비교의 정확도를 현저히 감소시킨다. 본 발명자들은 이러한 문제를 인식하고, OFDR 측정의 정확도를 개선하기 위해 측정으로부터 움직임의 효과를 보상하는 기술을 개발하였다.
해결의 시발점으로서, 본 발명자들은 OFDR 측정의 기본적인 성질이 OFDR 측정으로부터 움직임의 효과를 효율적이면서 효과적으로 제거할 수 있도록 한다는 것을 인식하였다. OFDR 취득시, 지연 영역에서 이상적인 단일의 반사 이벤트로부터 스펙트럼 영역에서 위상 응답의 크기는 해당 이벤트의 지연에 비례한다. 따라서, 위상 변조는 센서의 길이를 따라 가산적이어야 한다. 즉, 섬유의 어느 지점까지 보이는 위상 변조는 해당 지점 전의 섬유에서의 모든 위상 변조의 합이다. 이는 광섬유의 어느 한 지점에서 위상 변조를 측정하는 것은 섬유의 나머지 부분을 따라 이러한 변조를 보정하는 능력을 제공한다는 것을 의미한다.
도 7은 지점(A)에서 측정된 보정이 측정 지점(A)과 OFDR 장비 사이의 모든 후속 외란 지점을 보정할 수 있음을 도시한 도면이다. 즉, 감지 섬유(10)의 지점(A)에서 움직임을 측정함으로써, 센서(10)의 나머지 길이에 대한 지점(A)과 장비 사이에서 움직임의 모든 영향을 보정할 수 있다. 이에 따라, 지점(B)에서의 측정이 더 이상 지점(A) 전의 움직임 왜곡에 의해 영향을 받지 않을 것이다. 이 개념은, 지점(A) 전의 시변 왜곡으로 인한 지연 영역의 양 지점(A) 및 지점(B)에서 반사 왜곡을 관찰함으로써, 도 8에 더 도시되어 있다. 피크들은 광주파수 영역에서 약간의 시변 위상에 의해 모두 왜곡되어 있다.
인덱스(50)에 또는 그 주위에 단일의 반사만 존재한다는 것을 알면, 이 반사와 연관된 복소수 데이터 세트, 즉, 제로에서 100까지의 지점들을 사용하여 이 반사에 이르기까지 발생한 진동(위상 변조)을 특정할 수 있다. 데이터 세트로부터 이 진동 효과를 제거하면, 섬유(10)를 따라 지점(A)과 지점(B)에서의 모든 반사 이벤트에서 관찰되는 왜곡이 제거된다.
이 경우, 제1 피크로부터의 진동 정보는 도 9에서 인덱스(50)의 반사 피크를 중심으로 직사각형 윈도우로 도시된 바와 같이 피크 주변을 윈도잉함으로써 취득된다. 곱셈 후, 다른 피크로부터의 정보는 남아 있지 않다. 이들 첫 번째 100개의 지점에 포함된 정보가 위상 및 진폭 정보를 모두 포함하는 복소수 값임을 상기하자. 윈도잉 작업 후 해당 진폭 데이터가 도 10에 도시되어 있으며, 여기서, 윈도우는 2개의 반사로부터 취득된 데이터와 곱해져서, 오직 제1 반사 피크로부터의 복소수 데이터 세트를 만들어낸다. 이 윈도잉된 복소수 데이터 세트는 스펙트럼 영역에서 위상 왜곡을 추출하기 위해 푸리에 변환된다. 이 위상 왜곡은 지점(A)에서 원래의 이상적인 단일 반사로부터 위상 응답과 연관된 비선형성을 설명하며, 도 11에 도시되어 있다.
그리고, 이 위상 왜곡은 지연 영역의 두 위치에서 선명한 피크를 복원하기 위해 전체 취득된 데이터에 대해 측정된 위상으로부터 이 위상 왜곡을 감산함으로써 전체 취득된 데이터 세트에 적용될 수 있는 위상 왜곡 보정으로서 사용된다. 이는 도 12에 도시되어 있으며, 여기서, 회색 실선은 지연 영역에서 원래 왜곡된 반사 피크를 나타내고, 흑색 실선은 인덱스(50)에서 피크로부터 산출된 위상 보정을 사용하여 데이터가 보정된 후의 피크를 나타낸다. 양 피크들은 이제 선명하다.
움직임과 데이터의 후속 보정의 결과로서 발생하는 시변 신호를 추출하기 위한 비한정적인 예시적 단계들을 개략적으로 나타낸 흐름도가 도 13에 도시되어 있다. 단계(S10)에서 시작하여, 반사 이벤트 주변의 시간 지연 영역의 복소수 값 OFDR 데이터 세트에 대해, 예컨대, 데이터 세트의 시작 부분에서, 윈도잉 작업이 실시된다. 데이터 세트를 주파수 영역으로 변환하기 위해 역푸리에 변환이 적용된다(단계(S12)). 위상 신호를 언랩핑함으로써 스펙트럼 영역에서 위상 응답이 추출된다(단계(S(14)). 총 누적 위상은 지연 영역에서 반사 이벤트의 위치에 비례한다. 지연 영역에서 각각의 지연 인덱스는 스펙트럼 영역에 2개의 Pi 위상 변화를 누적하며, 예컨대, 인덱스(500)에서의 반사 이벤트는 언랩핑 후 1000 Pi의 스펙트럼 영역에서의 총 누적 위상 응답을 가질 것이다. 이 누적 위상 응답으로부터 리니어 핏을 제거하면, 센서의 움직임을 설명하는 비선형 시변 신호의 측정값을 제공하는 지연 영역에서 반사 이벤트의 위치와 연관된 위상을 제거하게 된다(단계(S16)). 비선형 시변 신호는 보상 신호이며, 이는, 예컨대, 스펙트럼 영역에서 원래의 측정 OFDR 데이터 세트의 위상으로부터 감산된다(단계(S18)). 그 다음, 움직임 보상 스펙트럼 응답이 푸리에 변환 작업을 이용하여 시간 지연 영역으로 변환되며(단계(S20)), 이는 반사의 선명한 스펙트럼 피크를 식별 및/또는 표시하기 위해 사용될 수 있다.
이 예시적인 프로세스는, 감지 섬유(10)의 한 지점까지 시변 신호를 추출한 다음 이 신호를 사용하여 센서(10)의 길이를 따라 생성되는 데이터를 보상함으로써, OFDR 측정에 대한 움직임의 영향을 제거하거나 적어도 실질적으로 저감한다. 이 기술은 감지 섬유(10)의 길이를 따라 하나 또는 다수의 움직임을 보상하고, 다양한 OFDR 응용예에 배치된 센서의 광범위한 환경에 대한 강인성을 보장한다. 이제, 추가의 비한정적인 예시적 실시예들을 설명한다.
OFDR 감지 응용예에서 일반적인 섬유 유형은 레일리 산란 프로파일을 가진 산업 표준 저 굽힘 손실 섬유이다. 감지 섬유의 주어진 길이의 레일리 산란 프로파일은 무작위 광대역 신호로서 나타나며, 섬유 자체의 유리 분자를 빛이 산란한 결과이다. 이 산란 패턴은 매우 반복적이며, 주어진 센서의 물리적 특성으로 간주될 수 있다. 따라서, 이 산란 "지문"은 섬유의 기선 또는 기준 측정값을 취득하기 위해 사용된다.
단일 반사 이벤트의 예시적인 경우에서, 측정에 대한 움직임의 영향을 포획하는 비선형 성분을 격리시키기 위해 스펙트럼 영역에서 위상 응답으로부터 리니어 핏을 제거하였다. 실제 시스템에서는, 이상적인 단일 반사 이벤트가 통상적으로 발생하지 않으며, 인접한 반사 이벤트들의 스펙트럼 응답이 원하는 비선형 성분을 마스킹할 것이다. 이는 섬유의 측정을 동일한 섬유의 기선 측정에 비교함으로써 극복될 수 있다. 섬유의 산란 프로파일은 매우 반복적이며, 스펙트럼 영역에서 기선 주사의 대응하는 세그먼트에 대한 스펙트럼 영역에서 측정 세그먼트의 비교는 측정시 움직임의 영향을 격리시킬 수 있도록 한다. 즉, 측정시 움직임이 없으면, 스펙트럼 영역에서 측정 및 기선의 비교는 제로 값의 위상차를 생성할 것이다. 움직임이 있으면, 비선형 응답이 관찰될 것이다.
세 가지 문제를 극복하여야 한다. 먼저, 레일리 산란은 미약한 신호이므로, 움직임 보상은 잡음에 민감하다. 본 발명자들은 움직임 보상의 강인성을 높이기 위해 평균화 방법론을 개발하였다. 둘째, 배치된 센서들은 다양한 환경 요인에 대해 민감하다. 강인한 움직임 보상은 온도 변화 등의 환경의 변화가 보상의 효과를 저감하지 않도록 보장하여야 한다. 본 발명자들은 움직임 추출 영역으로부터 축방향 변형 효과를 제거하는 방안을 개발하였다. 셋째, 배치된 센서만 감지 섬유의 해당 영역 전에 시변 외란을 경험한다는 보장이 없다. 따라서, 보상 기술은 센서의 길이를 따라 다양한 움직임의 영향을 체계적으로 제거하기 위해 센서의 길이를 따라 작용하여야 한다.
레일리 산란의 낮은 신호 레벨 문제는 섬유의 다수의 인접한 세그먼트들로부터 산란을 평균화하는 동작을 이용하여 해결된다. 통상적인 응용예에서, 움직임의 효과는 감지 섬유의 짧은 길이와 유사하다고 가정할 수 있다. 지연 영역에서 감지 섬유의 작은 세그먼트를 선택하면, 인접한 세그먼트들이 유사한 시변 왜곡을 관찰할 것이라는 가정을 허용한다. 먼저, 시변 스펙트럼 왜곡이 각 세그먼트로부터 추출된다. 한 세그먼트의 측정 OFDR 데이터와 동일한 세그먼트의 기준/기선 OFDR 데이터를 모두 스펙트럼 영역으로 푸리에 변환하여, 측정 세그먼트에서의 움직임의 결과로서 위상 왜곡의 측정값을 추출하기 위해 복소수 값 스펙트럼 데이터를 비교할 수 있다. 이 프로세스는 각각의 인접한 세그먼트에 대해 반복될 수 있으며, 스펙트럼 왜곡의 평균이 산출된다. 이러한 프로세스의 예시적인 단계들이 도 14의 흐름도에 기술되어 있다.
감지 섬유의 OFDR 주사가 기선 환경(예컨대, 섬유에 영향을 미치는 움직임, 제어된 온도 등이 없는 환경)에서 감지 섬유(10)에 대해 실시되어(단계(S33)), 섬유의 다수의 세그먼트 각각에 대해 OFDR 기준 데이터를 생성하고(단계(S34)), 하나의 응용예에서는, 기선 환경(예컨대, 섬유에 영향을 미치는 움직임, 온도 변화 등이 있는 환경)에서(단계(S30)), 섬유의 다수의 세그먼트 각각에 대해 OFDR 측정 데이터를 생성한다(단계(S31)). 세그먼트들은, 예컨대, 전술한 윈도잉 기술을 사용하여 구획될 수 있다. 세그먼트 데이터를 스펙트럼 영역으로 변환하기 위해, 푸리에 변환 작업이 각각의 측정 세그먼트(단계(S32))에 대해 그리고 각각의 기준 세그먼트에 대해(단계(S35)) 실시된다. 푸리에 변환을 실시하기 위한 하나의 예시적인 방법은 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용하는 것이다. 그 다음, 각각의 세그먼트의 측정 스펙트럼 데이터(이 데이터가 복소수이다)는 각각 대응하는 세그먼트의 기준 스펙트럼 데이터의 공액과 복소수 곱셈된다(단계(S36)). 수학적으로, 복소수 값 신호와 제2 신호의 공액의 곱셈은 복소수 신호들의 위상 값들의 차이를 산출하는 것과 동일하다. 이 위상 측정을 왜곡하는 잡음으로 인해, 인접한 세그먼트들을 평균화하는 것이 바람직하다. 인접한 세그먼트들을 평균화하기 위해, 평균화된 인접한 세그먼트들 각각으로부터 복소수의 실수 성분과 허수 성분이 곱해진다(단계(S37)). 평균화된 복소곱의 실수 부분과 허수 부분의 아크 탄젠트를 산출함으로써, 평균 위상 응답이 추출된다. 이 위상차는 전술한 바와 같이 후속하여 언랩핑된다. 그리고, 이 위상 응답은 움직임의 결과로서 왜곡을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로서, 위상 응답은 측정 크기와 일치하도록 선형적으로 보간될 수 있으며, 움직임의 영향을 제거하기 위해 원래의 측정 데이터의 스펙트럼 영역으로부터 감산될 수 있다.
2개의 병렬 트랙이 단계(S30 내지 S32 및 S33 내지 S35)에 도시되어 있지만, 이 단계들이 병렬로, 동일한 일반적인 시간에, 또는 심지어 일대일로 실시될 필요는 없다. 예컨대, 기준 주사 단계(S33 내지 S35)가 미리 실시될 수 있으며, 기준 세그먼트 데이터는 측정된 세그먼트 데이터와 함께 후속하여 사용하기 위해 메모리에 저장될 수 있다. 하나의 측정 주사가 도시되어 있으나, 하나 이상의 다른 측정 주사를 위해 단계(S30 내지 S32 및 S36 내지 S39)들이 반복될 수 있음을 이해할 것이다.
이제, 도 14에 도시된 움직임 보상을 산출하기 위한 처리 흐름에 대해 수학적으로 설명된다. 균일하게 변형된 섬유의 길이에서 복소수 산란 측정의 어레이를
Figure 112014062602915-pct00001
라 하며, 여기서, p는 지연에서 어레이를 따르는 위치를 나타낸다.
Figure 112014062602915-pct00002
의 연속적인 세그먼트들을 스펙트럼 영역으로 다시 변환함으로써, 서브-어레이 세트가 생성된다.
Figure 112014062602915-pct00003
는 측정 세그먼트(n)의 스펙트럼을 나타내며, k는 스펙트럼 인덱스이다:
Figure 112014062602915-pct00004
, 여기서, S는 세그먼트의 지점들의 개수를 단위로 하는 길이이다. 프로세스는 기준 측정값(
Figure 112014062602915-pct00005
)을 사용하여 반복되며,
Figure 112014062602915-pct00006
이다.
그리고, 움직임의 영향을 포획하는 신호는
Figure 112014062602915-pct00007
에 의해 주어진다.
이제, 상기의 예를 합성된 데이터를 사용하여 설명한다. 지연에 대한 모의 산란 진폭을 도시한 도 15에 나타낸 바와 같이, 임의의 산란 패턴이 생성된다. 그리고, 도 16은 산란 데이터에 적용되는 예시적인 위상 왜곡(주파수 성분이 낮은 움직임 에러)을 나타낸다. 이 위상 외란은, 복소수 산란 데이터를 스펙트럼 영역으로 먼저 변환한 다음, 변환된 산란 데이터를 그 인수로서의 위상 외란과 그 진폭을 가진 복소수 어레이와 곱함으로써, 산란 데이터의 스펙트럼에 적용된다. 그 결과로 생성된 산란 패턴은 도 17에 나타낸 바와 같이 크게 변경된다. 흑색 궤적은 지연에 대한 원래 산란 진폭을 나타내며, 회색 궤적은 주파수 영역에서 왜곡된 이후의 산란 진폭을 나타낸다.
움직임의 효과를 추출하기 위해, 32개의 지점들로 구성된 8개의 세그먼트 또는 256개의 지점 전체가 지연 영역에서 스펙트럼 영역으로 변환된다. 이러한 분할과 변환은 기준 데이터 세트와 측정 데이터 세트로서의 역할을 하는 변경된 데이터 모두에 대해 실시된다. 도 18은 도시된 산란 패턴의 단일 지연 영역 세그먼트로부터 산출된 스펙트럼 위상 왜곡을 도시하고 있다. 회색 점은 이 세그먼트에 적용된 위상 왜곡을 나타낸다. 흑색 점은 기준 데이터에 대해 왜곡된 세그먼트 데이터를 비교하여 산출된 위상 왜곡을 나타낸다. 산출된 위상 왜곡이 적용된 위상 왜곡과 일치하지 않는 주파수를 볼 수 있다. 예컨대, 인덱스(4)에 대한 위상 왜곡이 뚜렷하다.
그러나, 상대 복소수 스펙트럼을 평균화할 때, 각각의 개별 위상 값의 영향을 그 위치에서의 진폭의 크기로 효과적으로 가중할 수 있다. 도 19는 적용된 위상 왜곡(회색)과 비교하여 스펙트럼 영역의 각 세그먼트로부터 상대 복소수 데이터를 평균화하여 산출된 주파수에 대한 위상 왜곡(흑색)을 도시하고 있다. 평균화는 도 18과 도 19를 비교하여 알 수 있는 바와 같이 훨씬 더 정확한 위상의 측정을 제공한다.
인접 세그먼트들의 평균화는 측정 데이터에 존재하는 섬유 움직임에 의해 야기된 에러 신호의 양호한 추정치를 제공한다. 다음 단계는 전체 산란 측정 데이터에 이 위상의 역위상을 적용하여 측정 데이터를 보상한 다음, 보상된 측정 산란 데이터를 지연 영역으로 반전하는 것이다. 이를 행하기 전에, 분석되는 세그먼트의 길이가 아닌, 원래의 측정 데이터 세트(이 경우, 2048개의 지점의 크기)와 동일한 크기를 가진 신호가 발생된다. 이는, 예컨대, 푸리에 보간을 사용하여 측정의 크기와 일치하도록 산출된 에러 신호를 수학적으로 보간함으로써, 실시될 수 있다. 푸리에 보간은 주어진 어레이 크기의 신호를 원하는 어레이 크기로 보간하는 표준 수학 수단이다. 약술하면, 푸리에 보간은 먼저 실수 값 신호의 푸리에 변환에 의해 실시된다. 변환 영역에서는, 어레이가 원하는 보간 어레이 크기의 크기가 될 때까지, 데이터 어레이의 중심에 제로를 배치함으로써, 데이터에 제로(zero)가 추가된다. 그 다음, 제로가 추가된 데이터에 대해 역 푸리에 변환이 실시된다. 이 복소수 신호의 실수 성분은 원래의 실수 값 신호의 조정된 보간이 될 것이다. 그 다음, 이 신호의 진폭은 원래 실수 값 어레이의 크기에 대한 보간된 어레이의 크기의 비율로 조정된다.
우리가 위상 추정치를 보간하면, 이 위상 추정치는 도 20에 회색으로 도시된 원래 적용된 위상 외란에 대해 비교될 수 있으며, 상기 도면에서 위상 추정치는 얇은 흑색 선으로 나타내었다. 회색은 원래 적용된 위상 왜곡이다. 이들 둘은 비교적 잘 일치한다.
이 보간된 위상 추정치를 산란 스펙트럼에 적용하고 산란을 거리의 함수로서 재산출하면 원래의 신호를 복원하게 된다. 이는 도 21에 도시되어 있으며, 흑색 궤적은 생성된 원래 산란 패턴의 진폭이고, 회색 궤적은 전술한 바와 같이 산출된 보정된 산란 패턴의 진폭이다.
앞에서 설명하고 도시한 예시적인 합성 데이터 실시예는 움직임 보상 영역을 넘는 감지 섬유의 변형을 검출하기 위해 사용된 OFDR 시스템 내에 구현되었다. 도 22는 섬유 도선에 적용된 4개의 서로 다른 진동에 대해 전술한 바와 같이 산출된 광주파수에 대한 위상 왜곡을 도시하고 있다. 처음 3개는 100, 200 및 300㎐로 스피커에 의해 생성되었다. 네 번째에서는, 도선이 선풍기 위에 늘어져 대표적인 환경 교란을 발생시킨다. 처음 3개에서는, 증가하는 진동 주파수를 명확하게 구별할 수 있다. 이러한 진동이 보상되지 않으면, 도 23에 회색 궤적으로 나타낸 바와 같이 변형율의 결정이 정확하지 않다. 그러나, 적용된 위상 왜곡 보정에 의해, 도 23에 흑색 궤적으로 나타낸 바와 같이, 에러가 발생하지 않는다. 도 23의 궤적은 위상 왜곡 보정이 존재하거나/존재하지 않은 상태에서 300㎐ 진동에 의해 얻어진 변형율 데이터를 포함한다.
도 24는 섬유가 선풍기 위에 늘어진 상태에서, 감지 섬유를 따라 산출된 변형율을 도시하고 있다. 센서에 대해 이 외란이 더 심하기는 하지만(변형율 산출이 많이 실패한 보정되지 않은 회색 데이터 기준), 흑색 궤적으로 나타낸 바와 같이 보정이 여전히 효과적이다.
본 기술의 다른 양태는 강인성에 관한 것이다. 본 발명자들은 전술한 위상 왜곡 보상이 서로 다른 환경에서 성공적으로 작용하도록 하는 방안을 개발하였다. 진동 산출에 사용되는 광섬유의 길이에 변형이 존재하면, 그 효과는 스펙트럼 영역의 세그먼트들 간의 위상차의 누적이다. 이 위상차는 스펙트럼 영역에서 응답을 변조하여, 움직임의 영향을 포획하는 평균화된 응답의 추출을 어렵게 만든다. 이 경우, 본 발명자들은 스펙트럼 영역에서 세그먼트들을 "정렬"시키는 것이 바람직하다고 판단하였다.
변형이 존재하지 않은 상태에서, 복소수 세그먼트들은 각각 기준 데이터 세트에 대해 동일한 위상을 갖기 때문에, 상기 예시적인 합성 데이터 실시예는 복소수 세그먼트들을 함께 가산하는 것을 허용하였다. 스펙트럼 영역의 세그먼트들 간의 위상 변화의 추정치는 먼저 선행 세그먼트의 공액에 각 세그먼트를 곱하여 산출될 수 있다. 참고로, 이는 평균 시리즈의 각 세그먼트 간의 위상 응답의 비교이며, 섬유의 기선 주사에 참조되지 않는다. 따라서, 각각의 측정 세그먼트가 후속 세그먼트와 유사하기 때문에, 진동으로 인한 모든 왜곡이 최소화될 것이다. 10개의 세그먼트가 있으면, 9개의 곱셈 세그먼트가 존재할 것이다. 곱셈의 각 요소의 위상은 세그먼트들 간의 평균 위상 변화이며, 이는 변형의 측정값이다. 모든 요소가 (약간의 잡음이 추가된) 동일한 위상을 포함하기 때문에, 모든 요소는 합산될 수 있으며, 이 복소수 합의 위상이 세그먼트들 간의 평균 위상 증분이 될 것이다. 따라서, 길이로서 32개의 요소인 10개의 세그먼트의 예에서는, 세그먼트들 간의 평균 위상 증분을 얻기 위해 288개의 복소수가 합산된다.
Figure 112014062602915-pct00008
는 균일하게 변형된 섬유의 길이에서 복소수 산란 측정의 어레이이며,
Figure 112014062602915-pct00009
의 연속적인 세그먼트들을 스펙트럼 영역(k)으로 다시 변환함으로써, 서브-어레이 세트가 생성되는 원래의 분석으로 돌아가면,
Figure 112014062602915-pct00010
이며, 여기서, S는 세그먼트의 지점들의 개수를 단위로 하는 길이이다. 프로세스는 기준 측정값(
Figure 112014062602915-pct00011
)을 사용하여 반복되며,
Figure 112014062602915-pct00012
이다.
연속적인 세그먼트들 간의 평균 위상차(δ)가 산출되며, 여기서,
Figure 112014062602915-pct00013
이다.
그리고, 각각의 세그먼트에 선형적으로 증가하는 위상 시프트를 적용함으로써 진동의 산출에 보정을 적용할 수 있다.
Figure 112014062602915-pct00014
대안적으로, 스펙트럼 세그먼트를 산출하기 전에 원래의 복소수 어레이에 변형을 적용할 수 있다.
Figure 112014062602915-pct00015
이는 스펙트럼 연산 전에 변환 데이터에 대해 임의의 상당한 스펙트럼 시프트를 유도한다. 이 경우, 변조된 기준을 사용하여 앞에서와 같이 진동이 산출된다.
Figure 112014062602915-pct00016
이 개념을 설명하기 위해, 모의 레일리 산란 데이터에 대해 작용하는 이전의 예를 고려하기 바란다. 도 25는 섬유의 변형되지 않은 길이에 대해 파장의 함수로서 다수의 세그먼트에 대해 산출된 위상 왜곡을 도시하고 있다. 제로 변형 조건 하에서 각각의 세그먼트에 대해 산출되는 위상차는 위상 곡선의 긴밀한 그룹화를 제공하고, 모든 지점에서 평균 위상을 얻기 위해 복소수들이 직접 평균화될 수 있다. 즉, 움직여지는 변형되지 않은 섬유의 복소수 값을 평균화하면, 원래의 위상 에러의 우수한 대표값이 생성된다. 이제, 원래의 산란 데이터에 선형 위상 항을 추가함으로써, 원래의 연산 모델에 변형이 추가된다.
도 26은 회색으로 나타낸 적용된 원래 위상 왜곡에 대해 흑색으로 나타낸 데이터를 평균화하여 산출된 위상 왜곡을 도시하고 있다. 섬유에 변형을 유도한 후, 세그먼트의 스펙트럼 응답은 도 27에 나타낸 바와 같이 더 이상 긴밀하게 결속되지 않으며, 도 27은 섬유의 변형된 길이에 대해 파장의 함수로서 다수의 세그먼트에 대해 산출된 위상 왜곡을 도시하고 있다. 즉, 각 주파수에서의 위상 응답은 각 세그먼트에 대해 더 이상 일치하지 않으며, 이에 따라, 지점들의 집단이 너무 많은 진동을 갖기 때문에, 진동 신호를 복원하기 위해 단순 평균이 더 이상 작용하지 않는다. 그 결과, 이 신호는 도 26에서 관찰된 위상 왜곡에 대한 평균이 아닐 것이다. 따라서, 변형의 보정이 필요하다.
센서에 적용되는 변형은 스펙트럼 영역에서의 시프트로서 나타날 것이며, OFDR 측정에서 기선 주사와 비교할 경우 시간 영역에서의 위상 기울기 변화로서도 나타날 것이다. 스펙트럼 영역에서 측정 세그먼트들 간의 평균 위상차로부터 변형 보정을 생성하면, 시간 영역 내에 적용된 위상 기울기에 측정값을 제공한다. 이 변형 측정값에 의하면, 반대의 위상 기울기가 시간 영역 내의 세그먼트들에 걸쳐 적용되어 도 28에서 알 수 있는 바와 같이 스펙트럼 영역에서 세그먼트들의 응답들을 재정렬시키고, 도 28에서는 각각의 세그먼트가 적용된 변형에 맞게 보정되어 있다. 데이터는 다시 한 번 일치하게 된다.
움직임 보상 신호를 추출하기 위해 세그먼트들에 걸쳐 균일한 축방향 변형의 효과를 제거하거나 적어도 저감하는 예시적인 절차가 도 29의 흐름도에 약술되어 있다. 일련의 섬유 측정 세그먼트 각각에 대해 시간 영역의 OFDR 측정 데이터가 규정된다(단계(S40)). 각각의 세그먼트 데이터 세트는 스펙트럼 영역으로 푸리에 변환된다(단계(S41)). 측정 세그먼트 데이터 세트와 인접한 측정 세그먼트 데이터 세트의 복소 공액의 스펙트럼 영역의 곱이 산출된다(단계(S42)). 복소수 비교 인수가 복소수의 허수와 실수의 비의 아크탄젠트로서 규정된다. 이에 따라 생성된 인수는 그 세그먼트 쌍에 대한 평균 위상 증분을 생성하기 위해 세그먼트 내의 지점들의 개수에 걸쳐 평균화된다(단계(S43)). 한 쌍의 세그먼트들 간의 평균 위상 변화를 위상 증분이라 호칭한다. 비교된 측정 세그먼트들의 각 쌍에 걸쳐 생성된 위상 증분이 평균화된다(단계(S44)). 평균화된 위상 증분은 원래의 측정 세그먼트에 걸친 일정한 축방향 변형에 대해 정비례하며, 평균 위상 증분은 변형의 측정값으로 조정된다(단계(S45)). 이 변형 값은 스펙트럼 영역에서 세그먼트들을 정렬시키기 위해 시간 영역에 적용되는 위상 보정의 기울기를 규정한다. 생성된 복소수 보정을 가진 데이터를 측정된 변형에 기초한 위상 기울기 및 그 진폭과 곱함으로써, 시간 영역에 보정이 적용된다(단계(S46)).
변형된 측정의 결과로서 예시적인 광 위상 응답이 도 30에 제시되어 있으며, 도 30은 지연 영역에서 섬유의 측정 길이와 기준 길이 간에 추출된 광 위상 응답의 기울기가 기울기를 갖는다는 것을 도시하고 있다. 도 29의 방법을 사용하여, 스펙트럼 영역에서 측정 세그먼트들 간의 차이를 비교함으로써, 이 기울기의 측정값이 추출된다. 측정으로부터 변형을 제거하기 위해, 기울기에서 반대되는 위상 응답이 측정 길이에 걸쳐 적용된다. 기준과 측정이 시간 영역에서 그들의 곱의 인수를 추출함으로써 다시 한번 비교되면, 제로 기울기 광지연 응답이 관찰된다. 도 31은 기준 및 보정된 측정 간의 복소수 곱셈의 인수로부터 추출된 광지연 응답을 나타낸다. 시간 영역에서 변형에 대한 이 보상 후에, 스펙트럼 영역에서 응답들이 대체로 정렬되며, 움직임으로 인한 왜곡의 보다 정확한 측정값을 얻기 위해 평균화될 수 있다.
그 위치까지 센서가 경험하는 움직임으로 인한 스펙트럼 왜곡을 추출하기 위해 섬유의 길이가 선택될 수 있는 것으로 나타났다. 섬유의 길이를 더 작은 세그먼트로 분할하고 그 세그먼트들에 걸쳐 스펙트럼 왜곡을 평균화함으로써, 이러한 계산은 보다 강인하게 이루어질 수 있다. 섬유에 균일한 축방향 변형이 존재하는 상태에서, 스펙트럼 영역에서 측정 세그먼트의 응답을 비교함으로써, 이 변형은 측정 및 제거될 수 있다. 본 기술의 또 다른 양태는 광범위한 응용예에서 강인성을 보장하는 것에 관한 것이다.
지금까지는, 기준 세그먼트와 측정 세그먼트가 시간 지연에서 정렬되는 것으로 가정하였다. 움직임 왜곡을 측정하여야 하는 위치까지 이어지는 센서에 축방향 변형이 존재하면, 측정된 센서는 전체적인 길이 변화를 가질 수 있다. 그 결과, 섬유의 물리적 세그먼트에 대한 OFDR 측정 데이터가 동일한 물리적 세그먼트에 대한 OFDR 기준 또는 기선 데이터에 비교되도록 보장하기 위해 어떤 메커니즘이 필요하다. 스펙트럼 응답 추출시 측정 및 기준 세그먼트가 물리적 거리에서 어떻게 오정렬되었는지를 나타내는 신호를 데이터로부터 추출할 수 있음을 나타낼 것이다. 물리적 거리에서 이러한 정렬 측정에 의하면, 움직임으로 인한 스펙트럼 위상 왜곡의 정확한 측정이 결정될 수 있도록, 세그먼트 데이터 세트가 재정렬될 수 있다.
이러한 문제로부터 한걸음 물러나서, 본 발명자들은 축방향 변형과 진동의 효과가 모두 감지 섬유의 길이를 따라 누적되는 것을 관찰하였다. 그러나, 다양한 응용예에서, 축방향 변형율의 변화와 진동의 누적률은 모두 센서의 작은 길이에 걸쳐 서서히 변한다. 전술한 바와 같이, 강인한 진동 보정은 평균화를 위해 섬유의 길이를 더 작은 세그먼트로 분할하고, 기선 측정에서 이 세그먼트들이 동일한 물리적 세그먼트들과 시간적으로 정렬되도록 보장하며, 세그먼트에 걸쳐 존재하는 변형을 제거하는 것을 포함한다. 축방향 변형과 진동이 모두 서서히 변하기 때문에, 시간 지연에서의 작은 변화, 축방향 변형 및 센서의 길이를 따르는 진동을 측정하고 이 변화들을 누적하는 루틴이 섬유의 길이를 따라 실행될 수 있다. 따라서, 섬유의 길이를 따라 알고리즘이 진행함에 따라, 일종의 피드백 루프가 확립된다.
기준 및 측정 세그먼트 간의 시간 지연을 측정하기 위해 푸리에 변환의 속성이 사용될 수 있다. 기준 및 측정이 지연 영역에서 정렬되지 않는 경우, 스펙트럼 영역의 위상 응답에 기울기가 나타난다. 따라서, 스펙트럼 영역에서 기준 및 측정 세그먼트 간의 곱의 인수를 추출함으로써, 기준 및 측정이 오정렬되었는지의 여부를 검출할 수 있다. 즉, 선형성으로부터 스펙트럼 위상 응답의 편차는 움직임으로 인한 왜곡을 포획하고, 이 위상 응답의 기울기는 지연 영역에서 어떻게 기준 및 측정 세그먼트가 오정렬되었는지를 나타내는 지표이다. 이는 다음과 같은 수학적 분석에 의해 설명된다:
식 1, 식 2 및 식 3으로 나타낸 바와 같이, 시간 영역에서의 지연은 주파수 영역에서의 선형 위상 항이다.
Figure 112014062602915-pct00017
식 1
Figure 112014062602915-pct00018
식 2
Figure 112014062602915-pct00019
식 3
진동, 시간적 오정렬, 감지 섬유의 길이에 걸친 변형을 측정하면, 감지 섬유의 길이를 따라 진행하는 피드백 루프를 확립할 수 있다. 예시적인 컴퓨터로 구현되는 피드백 알고리즘이 도 32에 도시되어 있으며, 이 알고리즘은 누적된 진동, 누적된 변형, 및 기준 및 측정 세그먼트 간의 지연 불일치를 보정하기 위해 섬유의 길이를 따라 실행될 수 있다. 먼저, 스펙트럼 응답의 평균화에 사용될 세그먼트의 개수와 동일한 측정 길이가 선택된다(단계(A)). 각각의 길이가 그 지점까지 진동(v)을 위해 보정되며, 그 길이에 걸쳐 존재하는 변형율(ε)이 제거되고, 이 세그먼트에 대한 측정 데이터 세트가 지연 신호(τ)에 기초한 기선 기준에서 섬유의 정확한 세그먼트에 대한 기준 데이터 세트에 대해 비교된다(단계(B)). 이 알고리즘은 이러한 피드백 신호(v, ε, τ)들이 모두 OFDR 시스템의 처리 내의 초기화중에 결정되는 것으로 상정한다. (단계(C))에서 피드백 신호(v, ε, τ)들을 사용하여 측정 길이가 보정된다. 전술한 바와 같이, 센서 내의 그 위치까지 움직임으로 인한 왜곡에 기초하는 위상 보정을 측정의 스펙트럼 영역에 적용함으로써, 진동(v)이 제거될 수 있다. 변형율에 비례하는 위상 기울기를 시간 영역의 데이터에 걸쳐 적용함으로써, 측정 길이에 걸친 변형율(ε)이 제거될 수 있다. 물리적 거리에서의 오정렬, 또는 지연(τ)은 이러한 오정렬 측정값에 따라 기선 데이터를 인덱싱함으로써 고려된다. 일단 보정되면, 전술한 예시적인 기술들을 사용하여 움직임 효과의 강인한 측정을 제공하는 스펙트럼 위상 응답을 평균화하기 위해, 측정 길이가 더 작은 세그먼트 측정 데이터 세트로 분할된다(단계(D)). 작은 세그먼트는 움직임으로 인한 왜곡 변화(Δν), 세그먼트에 걸친 변형율의 변화(Δε), 및 기준 및 측정 간의 지연 불일치의 변화(Δτ)에 대한 측정을 허용한다(단계(E)). 이러한 변화(Δν, Δε, Δτ)들은 이전의 값(v, ε, τ)들과 누적되어 새로운 값(v', ε', τ')의 세트를 생성한다(단계(F)). 신호들이 센서의 길이를 따라 서서히 변한다고 가정하면, 이러한 누적 값(v', ε', τ')들은 다음 측정 길이(G)를 보정하기 위해 필요한 필요 신호의 양호한 근사치가 된다. 센서 섬유의 길이를 따라 이동하며 처리가 반복되어, 섬유를 따르는 변형율의 변화, 움직임으로 인한 누적된 왜곡의 변화, 및 누적된 지연을 서서히 제거하거나 모니터링한다.
OFDR은 고해상도의 분산 변형율 측정을 실시하기 위해 유용한 기술이다. 많은 응용예에서, 측정 시스템으로부터 이격된 거리에서 측정을 실시하는 것이 바람직하다. 극한 환경의 어떤 상황에서는, 장비가 감지 섬유 부근에 배치될 수 없다. 예컨대, 감지 섬유가 극저온 챔버 내에 배치된 경우, 장비가 감지 섬유의 근방에서 동작할 수 없다. 패치코드와 같은 섬유의 길이가 섬유의 측정 및 감지 영역 사이에 배치되어야 할 것이다. 측정 시스템과 섬유의 감지 영역 사이의 섬유 길이는 기계적 및 음향적 외란을 모두 수신하는 안테나로서의 유효한 역할을 한다. 이러한 외란들은 섬유의 감지 영역에서의 측정을 왜곡하고, OFDR 측정의 유효성을 현저히 저하시킨다. 전술한 보상 기술은 감지 섬유에 의해 수신되는 외란을 제거하기 위해 사용될 수 있는 측정이 감지 영역의 시작 부분에서 실시될 수 있도록 허용한다. 그 결과, OFDR 측정 기술이 광범위한 응용예와 환경에서 보다 효율적으로 사용된다.
다양한 실시예들이 상세하게 도시되고 설명되었으나, 특허청구범위는 어느 특정 실시예 또는 예에 한정되지 않는다. 이상의 설명중 어느 것도 어느 특정 부재, 단계, 범위 또는 기능이 필수적이어서 특허청구범위에 포함되어야 한다라는 것을 암시하는 것으로 이해되어서는 안된다. 특허된 주제의 범위는 특허청구범위에 의해서만 규정된다. 법적 보호의 범위는 허여된 특허청구범위 및 그 등가물에 기재된 자구에 의해 규정된다. 당업자에게 공지된 전술한 바람직한 실시예의 부재들에 대한 모든 구조적 및 기능적 등가물들은 인용에 의해 명시적으로 본원에 통합되며, 본 특허청구범위에 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 개시된 기술이 해결하고자 하는 각각 및 모든 문제를 장치 또는 방법이 해소할 필요는 없으며, 본 특허청구범위에 포함될 필요는 없다. 단어 "하기 위한 수단" 또는 "하기 위한 단계"가 사용되지 않으면, 어떠한 청구항도 35 USC §112의 제6 조를 적용하고자 의도하지 않는다. 또한, 본 명세서의 어떠한 실시예, 특징부, 성분 또는 단계도, 그 실시예, 특징부, 성분 또는 단계가 특허청구범위에 기재되었는지의 여부와 관계없이, 공중에 전용되도록 의도하지 않는다.

Claims (26)

  1. 시변 외란을 겪는 감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 광 인테로게이션 시스템이며,
    광 간섭 인테로게이터;
    감지광 가이드의 길이에 대한 광 간섭 측정 신호를 검출하기 위해 광 간섭 인테로게이터에 커플링된 광 검출 회로로서, 상기 감지광 가이드는 감지광 가이드의 길이를 따라 대응하는 위치에 일련의 세그먼트를 포함하는, 광 검출 회로; 및
    광 검출 회로로부터 간섭 측정 신호를 수신하며,
    감지광 가이드의 길이를 따라 일련의 세그먼트에 대응하는 간섭 측정 세그먼트 데이터를 포함한 간섭 측정 데이터 세트를 생성하고,
    감지광 가이드를 따라 세그먼트 위치의 간섭 측정 세그먼트 데이터를 스펙트럼 영역으로 변환하며,
    변환된 간섭 측정 세그먼트 데이터를 기준 프로파일에 대해 비교하여 대응하는 시변 신호를 식별하고,
    시변 신호로부터 보상 신호를 결정하며,
    시변 외란에 대해 간섭 측정 데이터 세트의 적어도 일부를 보상하여 파라미터의 측정을 강화하기 위해 보상 신호를 사용하도록 구성된 데이터 처리 회로를 포함하는,
    광 인테로게이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    광 인테로게이션 시스템은 인테로게이팅 광원을 포함하는 광주파수 영역 반사 측정(OFDR) 기반 시스템이며, 광 간섭 측정 신호는 감지광 가이드를 따르는 시간의 함수로서 후방 산란 진폭을 나타내는,
    광 인테로게이션 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    시변 외란은 감지광 가이드의 움직임을 포함하는,
    광 인테로게이션 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    간섭 측정 데이터 세트는 간섭 측정 데이터 세트 내에서의 반사 이벤트를 위해 결정되며,
    데이터 처리 회로는 수신된 간섭 데이터를 반사 이벤트 주변에 윈도잉하도록 구성된,
    광 인테로게이션 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    시변 신호는 위상 신호이며,
    데이터 처리 회로는,
    위상 신호를 언랩핑하여 변환된 간섭 측정 세그먼트 데이터로부터 위상 신호를 추출하고,
    언랩핑된 위상 신호로부터 리니어 핏을 제거하여 감지광 가이드에 대해 시변 외란을 설명하는 비선형 신호를 결정하도록 구성되며,
    비선형 신호는 보상 신호인,
    광 인테로게이션 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    데이터 처리 회로는 시변 외란에 대해 간섭 측정 데이터 세트를 보상하기 위해 간섭 측정 데이터 세트로부터 비선형 신호를 제거하도록 구성된,
    광 인테로게이션 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    시변 신호는 위상 신호이며,
    데이터 처리 회로는 스펙트럼 영역 내의 기선 데이터 세트와 비교하여 스펙트럼 영역 내의 변환된 간섭 측정 세그먼트 데이터로부터 위상 신호를 추출하도록 구성된,
    광 인테로게이션 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    데이터 처리 회로는,
    간섭 측정 데이터 세트를 다수의 데이터 세그먼트로 분할하고;
    각각의 데이터 세그먼트를 변환하며;
    변환된 데이터 세그먼트 중 다수의 세그먼트를 대응하는 기준 스펙트럼 데이터 세그먼트와 조합하고;
    조합된 세그먼트들을 평균화하며;
    평균화된 세그먼트들로부터 위상 응답을 결정하고; 및
    위상 응답에 기초하여 시변 신호를 결정하도록 구성된,
    광 인테로게이션 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    데이터 처리 회로는,
    간섭 측정 데이터 세트를 다수의 데이터 세그먼트로 분할하고,
    각각의 데이터 세그먼트와 관련되며, 인접한 데이터 세그먼트들의 응답들 간의 오정렬의 양을 나타내는 변형률을 결정하고,
    결정된 변형률을 사용하여 스펙트럼 영역 내의 데이터 세그먼트들의 응답들을 정렬시키도록 구성된,
    광 인테로게이션 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    데이터 처리 회로는,
    간섭 측정 데이터 세트를 다수의 데이터 세그먼트로 분할하고;
    각각의 데이터 세그먼트를 대응하는 기준 데이터 세그먼트에 대해 비교하고;
    시간 영역 내의 데이터 세그먼트와 기준 데이터 세그먼트 간의 오정렬의 양을 나타내는 시간 지연을 결정하며; 및
    결정된 시간 지연을 사용하여 시간 영역 내의 데이터 세그먼트와 기준 데이터 세그먼트를 정렬시키도록 구성된,
    광 인테로게이션 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    감지광 가이드는 광섬유이며,
    데이터 처리 회로는 광섬유의 변형률에 대해 간섭 측정 데이터 세트를 보상하도록 구성된,
    광 인테로게이션 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    데이터 처리 회로는 감지광 가이드를 따라 움직임, 시간 지연 및 변형률을 결정하고, 감지광 가이드를 따라 누적된 움직임, 시간적 오정렬 및 변형률을 보상하도록 구성된,
    광 인테로게이션 시스템.
  13. 시변 외란을 겪는 감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법이며,
    감지광 가이드의 길이에 대한 광 간섭 측정 신호를 검출하는 단계로서, 상기 감지광 가이드는 감지광 가이드의 길이를 따라 대응하는 위치에 일련의 세그먼트를 포함하는, 광 간섭 측정 신호를 검출하는 단계;
    검출된 광 간섭 측정 신호로부터, 감지광 가이드의 길이를 따라 일련의 세그먼트에 대응하는 간섭 측정 세그먼트 데이터를 포함한 간섭 측정 데이터 세트를 생성하는 단계;
    감지광 가이드를 따라 세그먼트 위치의 간섭 측정 세그먼트 데이터를 스펙트럼 영역으로 변환하는 단계;
    변환된 간섭 측정 세그먼트 데이터를 기준 프로파일에 대해 비교하여 대응하는 시변 신호를 식별하는 단계;
    시변 신호로부터 보상 신호를 결정하는 단계; 및
    시변 외란에 대해 간섭 측정 데이터 세트의 적어도 일부를 보상하여 파라미터의 측정을 강화하기 위해 보상 신호를 사용하는 단계를 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방법은 인테로게이팅 광원을 포함하는 광주파수 영역 반사 측정(OFDR) 기반 시스템을 사용하며, 광 간섭 측정 신호는 감지광 가이드를 따르는 시간의 함수로서 후방 산란 진폭을 나타내는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    시변 외란은 감지광 가이드의 움직임을 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    간섭 측정 데이터 세트는 간섭 측정 데이터 세트 내에서의 반사 이벤트를 위해 결정되며,
    상기 방법은 수신된 간섭 데이터를 반사 이벤트 주변에 윈도잉하는 단계를 더 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    시변 신호는 위상 신호이며,
    상기 방법은,
    위상 신호를 언랩핑하여 변환된 간섭 측정 세그먼트 데이터로부터 위상 신호를 추출하는 단계; 및
    언랩핑된 위상 신호로부터 리니어 핏을 제거하여 감지광 가이드에 대해 시변 외란을 설명하는 비선형 신호를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    비선형 신호는 보상 신호인,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    시변 외란에 대해 간섭 측정 데이터 세트를 보상하기 위해 간섭 측정 데이터 세트로부터 비선형 신호를 제거하는 단계를 더 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    시변 신호는 위상 신호이며,
    상기 방법은 스펙트럼 영역 내의 기선 데이터 세트와 비교하여 스펙트럼 영역 내의 변환된 간섭 측정 세그먼트 데이터로부터 위상 신호를 추출하는 단계를 더 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    간섭 측정 데이터 세트를 다수의 데이터 세그먼트로 분할하는 단계;
    각각의 데이터 세그먼트를 변환하는 단계;
    변환된 데이터 세그먼트 중 다수의 세그먼트를 대응하는 기준 스펙트럼 데이터 세그먼트와 조합하는 단계;
    조합된 세그먼트들을 평균화하는 단계;
    평균화된 세그먼트들로부터 위상 응답을 결정하는 단계; 및
    위상 응답에 기초하여 시변 신호를 결정하는 단계를 더 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    간섭 측정 데이터 세트를 다수의 데이터 세그먼트로 분할하는 단계;
    각각의 데이터 세그먼트와 관련되며, 인접한 데이터 세그먼트들의 응답들 간의 오정렬의 양을 나타내는 변형률을 결정하는 단계; 및
    결정된 변형률을 사용하여 스펙트럼 영역 내의 데이터 세그먼트들의 응답들을 정렬시키는 단계를 더 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  22. 제13항에 있어서,
    간섭 측정 데이터 세트를 다수의 데이터 세그먼트로 분할하는 단계;
    각각의 데이터 세그먼트를 대응하는 기준 데이터 세그먼트에 대해 비교하는 단계;
    시간 영역 내의 데이터 세그먼트와 기준 데이터 세그먼트 간의 오정렬의 양을 나타내는 시간 지연을 결정하는 단계; 및
    결정된 시간 지연을 사용하여 시간 영역 내의 데이터 세그먼트와 기준 데이터 세그먼트를 정렬시키는 단계를 더 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  23. 제13항에 있어서,
    감지광 가이드는 광섬유이며,
    상기 방법은 광섬유의 변형률에 대해 간섭 측정 데이터 세트를 보상하는 단계를 더 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  24. 제13항에 있어서,
    감지광 가이드를 따라 움직임, 시간 지연 및 변형률을 결정하는 단계; 및
    감지광 가이드를 따라 누적된 움직임, 시간적 오정렬 및 변형률을 보상하는 단계를 더 포함하는,
    감지광 가이드의 파라미터를 측정하기 위한 방법.
  25. 삭제
  26. 삭제
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