KR20070104089A - Optical time domain reflectometer and method for measuring an optical cable - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 OTDR의 기본적인 구성을 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram showing the basic configuration of an OTDR.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 광선로 계측기에 있어서 고스트의 발생을 설명하기 위한 개략적인 파형도이다.2 (a) to 2 (c) are schematic waveform diagrams for explaining the generation of ghosts in an optical path measuring instrument.
도 3은 본 발명의 OTDR의 일 실시예에 의한 측정 방법을 도시하는 파형도이다.3 is a waveform diagram showing a measuring method according to an embodiment of the OTDR of the present invention.
도 4는 일반적인 경우의 샘플링 주기 Sm, Sm+1, Sm+2에 해당하는 신호의 파형도이다.4 is a waveform diagram of signals corresponding to sampling periods S m , S m + 1 , and S m + 2 in a general case.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플링 주기 Sm, Sm+1, Sm+2에 해당하는 신호의 파형도이다.5 is a waveform diagram of signals corresponding to sampling periods S m , S m + 1 , and S m + 2 according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 4의 방법에 따른 경우의 측정결과를 도시한다.6 shows measurement results in the case of the method of FIG. 4.
도 7은 도 5의 방법에 따른 경우의 측정결과를 도시한다.7 shows measurement results in the case of the method of FIG. 5.
본 발명은 광케이블에 광 펄스를 입력하고 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측기에 관한 것으로서, 특히 반복 샘플링에 의해 광 파형을 계측하는 경우, 장치의 구성을 간단하게 하고 비용을 절감하면서도 정확한 계측이 가능하게 하고, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있는 광선로 계측기 및 광선로 계측 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
광케이블은 일지점에서 타지점으로 광신호를 보내 정보를 전달하는 매체이다. 광케이블은 대부분 지하에서 장거리에 걸쳐 설치되어 있기 때문에, 특정 지점에서 단선 등에 의한 케이블 불량이 발생한 경우 불량 지점을 정확하게 측정하여 조치하는 것이 필요하다. 본 발명의 광선로 계측기는 광케이블의 불량 지점을 비파괴 검사로서 정확하게 측정하기 위한 장치로서, 이하 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)이라고 한다.An optical cable is a medium for transmitting information by sending an optical signal from one point to another point. Since most optical cables are installed in the basement over a long distance, it is necessary to measure and measure the defective point accurately when a cable defect occurs due to disconnection at a specific point. The optical path measuring instrument of the present invention is an apparatus for accurately measuring a defect point of an optical cable as a non-destructive inspection, hereinafter referred to as an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer).
도 1은 OTDR의 기본적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1의 블록도를 참조하여 OTDR의 개략적인 동작을 설명하면 다음과 같다.1 is a block diagram showing the basic configuration of an OTDR. Referring to the block diagram of FIG. 1, the schematic operation of the OTDR will be described.
먼저, 측정을 위한 대상이 되는 검사용 광케이블(110)의 일단을 OTDR(100)의 커넥터(109)에 연결한다. 그리고, OTDR(100)의 조작 패널(미도시)을 조작하여 측정의 개시가 지시되면, 신호처리부(101)에서 펄스 구동 신호가 발생되어 펄스 생성기(102)에 입력된다. 펄스 생성기(102)에서는 입력된 펄스 구동 신호에 대응하는 펄스를 발생시켜 레이저 다이오드(103)에 입력하고, 레이저 다이오드(103)에 의해 발생된 광 펄스가 방향성 결합기(104)와 커넥터(109)를 통해 검사용 광케이블(110)에 입력되게 된다.First, one end of the inspection
그런데, 광케이블에서는 광이 완전히 통과하는 것이 아니라 광케이블의 모든 부분에 걸쳐 일정 부분 반사되어 돌아오게 되고, 특히 광케이블의 특정 부분에서 단선 등의 불량이 발생된 경우 입력된 광 펄스에 비하여 작지 않은 크기의 신호가 불량 지점에서 반사되어 광 펄스의 입력단으로 돌아오게 된다. OTDR(100)은 이와 같이, 발생시킨 광 펄스가 반사되어 돌아오는 신호의 파형을 계측함으로써 광케이블의 불량 지점을 정확하게 측정할 수 있는 것이다.By the way, in the optical cable, the light does not pass completely but is reflected by a certain part over all parts of the optical cable, and in particular, when a defect such as disconnection occurs in a specific part of the optical cable, a signal having a smaller size than the input optical pulse Is reflected at the point of failure and returned to the input of the light pulse. In this way, the OTDR 100 can accurately measure the defect point of the optical cable by measuring the waveform of the signal on which the generated optical pulse is reflected.
구체적으로는, 발생시킨 광 펄스가 반사되어 돌아오는 광 신호는 커넥터(109)를 통해 포토 다이오드 등의 광 검출기(105)에 입력되고, 광 검출기(105)에 의해 전기 신호로 변환된다. 이 전기 신호는 크기가 미약하기 때문에 일반적으로 증폭부(106)에 의해 증폭된 후, A/D 컨버터(107)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 변환된 디지털 신호는 신호처리부(101)에서 수집되고, 신호처리부(101)는 수집된 파형을 디스플레이(108)에 표시하는 동시에 광 펄스의 발생 시간과 반사되어 돌아온 광 신호의 측정 시간을 비교하여 광케이블의 불량 지점과의 거리를 연산하고 디스플레이(108)에 표시하게 된다. 이로써, OTDR(100)을 이용하여 광케이블의 불량 지점을 파악할 수 있다.Specifically, the optical signal on which the generated optical pulse is reflected is returned to the
그런데, 광케이블로 전송되는 광의 속도는 매우 빠르기 때문에 광 펄스의 발생 시간과 반사되어 돌아오는 광 신호의 검출 시간과의 간격이 짧고, 특히 광케이블의 불량 지점이 입력단으로부터 가까운 경우(또는 광케이블의 길이가 짧은 경우)에는 이 간격이 더욱 짧게 된다. 따라서 통상의 A/D 컨버터만을 이용해서 신호를 변환한다면 광 신호의 파형을 정확하게 측정할 수 없게 된다. 이를 해결하기 위해 서, 광 펄스를 주기적으로 발생시키고, A/D 컨버터가 신호를 변환하기 위한 샘플링 클럭 신호를 광 펄스의 발생 주기마다 일정 시간 지연시켜 발생시킴으로써, 반복 샘플링(repetitive sampling) 하는 방법이 있다. 이에 의해 실제로 여러 주기로 반복된 광 펄스 신호에 의해 반사되어 돌아온 신호의 파형을 각 주기마다 일정 시간 지연되어 발생되는 클럭 신호에 기준하여 측정함으로써, 한 주기의 신호의 파형으로 복원할 수 있게 된다.However, since the speed of light transmitted to the optical cable is very fast, the interval between the generation time of the optical pulse and the detection time of the reflected optical signal is short, especially when the defect point of the optical cable is close to the input terminal (or the length of the optical cable is short). In this case, this interval becomes shorter. Therefore, if the signal is converted using only a conventional A / D converter, it is impossible to accurately measure the waveform of the optical signal. To solve this problem, a method of repetitive sampling is generated by periodically generating an optical pulse and generating a sampling clock signal for converting the signal by a predetermined time delay for each generation period of the optical pulse. have. As a result, the waveform of the signal reflected and returned by the optical pulse signal repeated in several cycles is measured based on a clock signal generated by a predetermined time delay for each cycle, thereby restoring the waveform of the signal of one cycle.
그러나, 일반적으로 클럭 신호는 시스템의 최대 동작 속도에 가깝게 동작할 정도로 짧은 주기를 가지고 있으며, 이를 일정 시간 지연하기 위해서는 복잡하며 고가인 지연 회로가 필요하게 되고, 이에 따라 OTDR에 사용되는 모든 장치도 더불어 복잡한 제어가 필요하게 되며 고정밀도의 회로가 필요하게 된다. 시간 지연을 위한 소자의 일례인 프로그래머블 딜레이 소자는 고속의 클럭 신호를 반복 지연시키기가 어렵고, 고속의 동작을 보장할수록 고가이며, A/D 컨버터의 신호대잡음비를 보장받기 위해 요구되는 클럭의 듀티비가 50%정도이므로, 클럭의 상승에지와 하강에지를 모두 지연시켜야 하는데, 이 또한 딜레이 소자의 고속 동작을 요구한다. 한편, 발생 주파수가 약간 차이나는 두 개의 클럭을 이용해서 클럭 신호를 지연하는 것과 같은 방식으로 반복 샘플링을 수행하는 OTDR도 있지만, 마찬가지로 복잡한 제어와 고가의 고정밀 회로가 필요하게 된다.In general, however, clock signals have periods that are short enough to operate close to the maximum operating speed of the system, which requires a complex and expensive delay circuit to delay them for a certain amount of time, thus including all devices used in OTDR. Complex control is required and high precision circuitry is required. Programmable delay devices, which are examples of devices for time delay, are difficult to repetitively delay high speed clock signals, are more expensive to guarantee high speed operation, and have a duty ratio of 50 required to ensure the signal-to-noise ratio of the A / D converter. As a percentage, the clock's rising and falling edges must both be delayed, which also requires high-speed operation of the delay element. On the other hand, some OTDRs perform repetitive sampling in the same manner as delaying clock signals using two clocks with slightly different generation frequencies, but similarly, complicated control and expensive high precision circuits are required.
본 발명은, 장치의 구성을 간단하게 하여 비용을 절감하면서도 정확한 계측이 가능하게 되는 동시에, 특히 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있으며 고속의 측정이 가능한 광선로 계측기 및 광선로 계측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides an optical fiber measuring instrument and optical fiber measuring method which enables accurate measurement while reducing costs by simplifying the configuration of the apparatus, and in particular, can eliminate measurement errors caused by ghost signals and enable high-speed measurement. It aims to do it.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 광케이블에 광 펄스를 입력하고 당해 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측기에 있어서, 펄스 구동 신호가 입력되어 이에 대응하는 광 펄스를 발생시키는 광 펄스 발생부와, 광 펄스 발생부로부터 출사되는 광 펄스를 검사 대상의 광케이블에 입사시키고, 또한 이 광케이블로부터 돌아오는 광을 꺼내는 광 분기부와, 광 분기부가 꺼낸 광을 전기 신호로 변환하는 수광부와, 수광부가 변환한 전기 신호를 일정한 주기 Tc로 샘플링해서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터와, A/D 컨버터가 출력한 디지털 신호를 수집하여 처리하는 신호 처리부를 구비하고, 신호 처리부는, 전기 신호가 n회 샘플링되는 시간 n×Tc를 샘플링 주기라고 할 때, 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호를 발생시키는 광선로 계측기를 제공한다. 이로써, 복잡한 제어와 고가의 고정밀 회로를 요구하지 않으며, 저가의 회로의 사용과 간단한 제어에 의해서도 지연 동작을 원활하게 할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides an optical pulse measuring apparatus for inputting an optical pulse to an optical cable and inspecting the optical cable based on the optical waveform returned from the optical cable, thereby generating a corresponding optical pulse. The optical pulse generator which makes the optical pulse generating part, the optical pulse which exits from the optical pulse generator, injects into the optical cable of an inspection object, and extracts the light returning from this optical cable, and converts the light which the optical branch part took out into an electrical signal A light receiving unit, an A / D converter for sampling the electric signal converted by the light receiving unit at a predetermined period Tc, converting the digital signal into a digital signal, and outputting the digital signal; and a signal processing unit for collecting and processing the digital signal output from the A / D converter. The processing unit samples each sampling period when the time n × Tc at which the electric signal is sampled n times is called a sampling period. After a time delay td to increase by about the start time of the group to provide the instrument with light for generating the pulse drive signal. This eliminates the need for complicated control and expensive high-precision circuits, and enables the delay operation to be smoothly performed even by the use of low-cost circuits and simple control.
이 때, td는 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이고, k회째의 샘플링 주기에서 (m-1)×td의 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생된 경우, 신호 처리부는, k+1회째의 샘플링 주기에서는 펄스 구동 신호를 발생시키지 않고, k+2회째의 샘플링 주기에서는 시간 지연을 발생시키지 않고 펄스 구동 신호를 발생시키 는 것이 바람직하다. 또한, 신호 처리부는, m회의 샘플링 주기를 복수회 반복하여 수집된 디지털 신호를 스케일링한 값으로서 광 파형을 계측하는 것이 바람직하다. 그리고, 디스플레이를 더 구비하고, 신호 처리부가 수집한 시간 또는 거리를 기준으로 하여 디지털 신호의 파형을 표시하는 것이 바람직하다. 이로써, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있게 되고, 신뢰성이 향상된 광선로 계측기를 구현할 수 있으며 또한 짧은 길이를 측정하는 경우에도 정확한 측정 결과를 제공할 수 있고, 펄스 구동 신호의 주기를 작게 함으로써 고속의 측정을 달성할 수 있게 된다. 또한, 노이즈가 제거된 신호를 분석함으로써 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.At this time, td is the time n × Tc / m obtained by dividing the sampling period n × Tc by m, and when the pulse driving signal is generated after a time delay of (m−1) × td in the kth sampling period, the signal processing unit For example, it is preferable to generate the pulse drive signal without generating a pulse drive signal in the k + 1st sampling period and without generating a time delay in the k + 2th sampling period. The signal processor preferably measures the optical waveform as a value obtained by scaling a digital signal collected by repeating m sampling cycles a plurality of times. Further, it is preferable to further include a display and to display the waveform of the digital signal based on the time or distance collected by the signal processing unit. As a result, it is possible to eliminate measurement errors caused by ghost signals, implement optical instruments with improved reliability, and provide accurate measurement results even when measuring short lengths. High speed measurement can be achieved. In addition, the accuracy of the measurement can be improved by analyzing the signal from which the noise is removed.
또한 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 광케이블에 광 펄스를 입력하고 당해 광케이블로부터 돌아오는 광 파형에 근거하여 광케이블을 검사하는 광선로 계측 방법에 있어서, 펄스 구동 신호를 입력하여 이에 대응하는 광 펄스를 발생시키는 광 펄스 발생 단계와, 광 펄스 발생 단계에서 출사되는 광 펄스를 검사 대상의 광케이블에 입사시키고, 또한 이 광케이블로부터 돌아오는 광을 꺼내는 광 분기 단계와, 광 분기 단계에서 꺼낸 광을 전기 신호로 변환하는 수광 단계와, 수광 단계에서 변환한 전기 신호를 일정한 주기 Tc로 샘플링해서 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환 단계와, A/D 변환 단계에서 출력한 디지털 신호를 수집하여 처리하는 신호 처리 단계를 포함하고, 전기 신호가 n회 샘플링되는 시간 n×Tc를 샘플링 주기라고 할 때, 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생되는 광선로 계측 방법을 제공한 다. 여기서, td는 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이고, k회째의 샘플링 주기에서 (m-1)×td의 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생된 경우, k+1회째의 샘플링 주기에서는 펄스 구동 신호를 발생시키지 않고, k+2회째의 샘플링 주기에서는 시간 지연을 발생시키지 않고 펄스 구동 신호를 발생시키는 것이 바람직하다. 이로써, 복잡한 제어와 고가의 고정밀 회로를 요구하지 않으며, 저가의 회로의 사용과 간단한 제어에 의해서도 지연 동작을 원활하게 할 수 있으며, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있게 되고, 신뢰성이 향상된 광선로 계측 방법을 구현할 수 있다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides an optical pulse measuring method for inputting an optical pulse to an optical cable and inspecting the optical cable based on the optical waveform returned from the optical cable, wherein the pulse driving signal is input to correspond to the optical pulse. An optical pulse generation step of generating a light pulse; an optical branching step of injecting the optical pulse emitted from the optical pulse generation step into the optical cable to be inspected; and extracting the light returning from the optical cable; Collecting and processing the digital signal output from the A / D conversion step, and the A / D conversion step of sampling and converting the electrical signal converted in the light reception step with a predetermined period Tc to output the digital signal. A signal processing step, wherein when the time n × Tc at which the electrical signal is sampled n times After increasing time delays td for each start time of each sampling cycle the sampling period is provided a measurement method in which the light pulse driving signal generation. Here, td is the time n × Tc / m obtained by dividing the sampling period n × Tc by m, and when the pulse driving signal is generated after a time delay of (m−1) × td in the kth sampling period, the k + 1st time It is preferable to generate the pulse drive signal without generating a pulse drive signal in the sampling period of and without generating a time delay in the k + 2th sampling period. This eliminates the need for complicated control and expensive high-precision circuits, enables low-latency operation even by using low-cost circuits and simple control, and eliminates measurement errors caused by ghost signals. Measurement method can be implemented.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공하는 것이고, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to help understanding of the present invention. The following examples are provided to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
본 발명의 광선로 계측기(OTDR)는 기본적인 구성에 있어서는 도 1에 도시된 OTDR(100)의 구조를 채택할 수 있으며, 신호처리부(101)에 의해 발생되는 신호의 구성 및 지연 회로의 구성, 신호의 처리 방식 등에 있어서 종래의 기술과 차이가 나는 본원 발명의 특징을 이룬다.The optical path measuring instrument OTDR of the present invention may adopt the structure of the
도 2(a) 내지 도 2(c)는, 광선로 계측기에 있어서 고스트의 발생을 설명하기 위한 개략적인 파형도이다. 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 반사되는 광 파형을 전기신호로 변환한 측정전압의 크기(예를 들어 dB값)를 나타낸다. 설명의 간략화를 위하여 측정전압은 세로방향의 실선으로 표시했지만 실제로는 순간적인 전압 으로 표시되지 않고, 소정 시간에 걸쳐서 나타난다.2 (a) to 2 (c) are schematic waveform diagrams for explaining the generation of ghosts in the optical path measuring instrument. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents the magnitude (eg, dB) of the measured voltage obtained by converting the reflected optical waveform into an electrical signal. For the sake of simplicity, the measured voltage is indicated by a solid line in the vertical direction, but is not actually expressed as an instantaneous voltage, but appears over a predetermined time.
도 2(a)는 시간 t=0인 순간에 광 펄스가 발생된 경우 측정되는 파형을 개략적으로 나타낸다. 시간 t=0인 순간에 레이저 다이오드(103)에서 광 펄스가 발생되면, 이 광 펄스는 방향성 결합기(104)를 거쳐 커넥터(109)를 통해 검사용 광케이블(110)에 입력되는데, 커넥터(109)에서 소정량 반사된다. 그리고, 이 반사파는 방향성 결합기(104)와 광검출기(105)를 거쳐 A/D 컨버터(107)에 의해 디지털 신호로 변환된 후, 신호처리부(101)에서 수집된다. 이것이 a 시점에서 도 2(a)의 제11반사파(11)로서 나타난다. 이하에서는 설명의 간략화를 위해 광 펄스가 반사되어 돌아온 광 신호를 디지털 신호로서 수집하는 과정은 생략한다.2 (a) schematically shows a waveform measured when an optical pulse is generated at a time t = 0. When an optical pulse is generated in the
그리고, 커넥터(109)에서 반사되지 않고 검사용 광케이블을 통해 전송된 광 펄스는 검사용 광케이블의 끝단 또는 불량지점에서 반사되어 a+L 시점에서 도 2(a)의 제12반사파(12)로서 나타난다. 시간 L을 광 신호의 전달속도로 환산한 거리는 검사용 광케이블(110)의 길이 또는 불량지점까지의 거리의 2배에 해당하는 거리이다. 즉, 제11반사파(11)와 제12반사파(12) 사이의 시간을 환산함으로써 OTDR의 측정 대상이 되는 광케이블의 불량지점까지의 거리를 구할 수 있게 된다. 그리고, 제11반사파(11)와 제12반사파(12)사이에는 광케이블을 통한 광 신호의 전송 도중에 반사되어 오는 파가 감쇄되면서 측정된다. 제12반사파(12) 이후에는 측정되는 파형이 더 미약하기 때문에 파선으로서 도시하였다.Then, the optical pulse transmitted through the optical fiber for inspection without being reflected by the
또 제12반사파(12)가 측정된 이후에도 이 광 신호가 다시 끝단까지 반사되어 커넥터(109)로 돌아와 측정되는 제13반사파(13)가, 제12반사파(12)의 측정 시간인 a+L의 L 이후인 a+2L 시점에 측정된다. 제14반사파(14)의 경우에도 마찬가지이다. 이와 같이 커넥터(109)와 검사용 광케이블(110)의 끝단 사이를 왕복하는 광 파형이 반복되어 측정되지만, 그 크기가 도 2(a)에 도시되는 바와 같이 점점 감쇄하고 일정 횟수 이후에는 무시할 정도의 작은 값이 되기 때문에 편의상 제14반사파(14)까지만 도시하였다.After the
도 2(b)는 시간 t=T인 순간에 광 펄스가 발생된 경우 측정되는 파형을 개략적으로 나타낸다. 도 2(a)의 경우와 비교하면, 제11반사파(11), 제12반사파(12), 제13반사파(13)를 각각 시간 T만큼 이동한 위치에 동일한 크기로 제21반사파(21), 제22반사파(22), 제23반사파(23)가 측정된다.2 (b) schematically shows a waveform measured when an optical pulse is generated at a time t = T. As compared with the case of FIG. The 22nd reflected
광선로 계측기에서는 이러한 광신호를 정확하게 검출해내기 위해서 앞서 설명한 바와 같이 반복 샘플링 방법을 이용한다. 즉, 도 2(a)에 도시된 바와 같이 t=0인 순간에 광 펄스를 발생시키고 또한 t=T인 순간에 광 펄스를 발생시키며, T를 주기로 계속적으로 광 펄스를 발생시킨다. 이와 같이 주기적으로 광 펄스를 발생시켜 측정된 반사파를 수집하여 주기 T의 반사 파형을 측정할 수 있게 된다. 이를 도시하면 도 2(c)와 같이 된다.In order to accurately detect such an optical signal, an optical fiber optic meter uses an iterative sampling method as described above. That is, as shown in Fig. 2 (a), light pulses are generated at the time t = 0, light pulses are generated at the time t = T, and light pulses are continuously generated at a period of T. As described above, the reflected waveform of the period T can be measured by collecting the reflected wave by periodically generating the light pulse. This is shown in Figure 2 (c).
도 2(c)는 도 2(a)와 도 2(b)에 도시된 파형을 중첩시켜 나타낸 것이다. 시간 T와 2T 사이에서는, 시간 T에 발생시킨 광 펄스에 의한 제21반사파(21)와 제22반사파(22)와 함께, 시간 0에 발생시킨 광 펄스에 의한 제13반사파(13)와 제14 반사파(14)가 측정된다. 이해를 위해 제13반사파(13)와 제14반사파(14)의 측정전압의 크기를 도 2(a)의 크기와 동일하게 표시했지만, 실제로는 시간 T에 발생시킨 광 펄스에 의한 반사파의 크기와 더해져 나타나게 된다. 시간 T와 2T 사이의 이러한 파형은, 시간 2T, 3T 등에서 광 펄스를 발생시킨다면, 시간 2T와 3T 사이, 3T와 4T 사이에서도 반복적으로 나타난다. 여기서 시간 T와 2T 사이에 나타난 제13반사파(13)와 제14반사파(14)를 고스트(ghost) 신호라고 한다. 고스트 신호는, 검사용 광케이블(110)의 길이가 짧거나, OTDR(100)의 측정 시간을 단축시키기 위해 주기 T를 짧게 할 경우 더욱 두드러지게 나타난다. 이러한 고스트 신호에 의해 또 다른 커넥터가 있거나 광케이블의 길이가 다른 것처럼 왜곡되어 판단될 수도 있어서, 신호처리부(101)에서 적절한 처리를 하여 고스트 신호에 의한 영향을 제거하고 실제의 광케이블의 길이를 판단하게 된다. FIG. 2 (c) shows the waveforms shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) superimposed. Between the times T and 2T, together with the twenty-
이와 같이 주기적으로 광 펄스를 발생시키고, 시간 T와 2T 사이, 시간 2T와 3T 사이, 시간 3T와 4T 사이 등에서 동일하게 반복되는 반사파 신호를 반복 샘플링하고, 샘플링된 신호를 수집하여 하나의 주기의 신호인 것처럼 나타내면, 샘플링의 분해능이 작은 경우에도 실질적으로 시간 분해능을 높일 수 있게 되어 T의 길이(또는 L의 길이)에 관계 없이 원하는 신호를 측정할 수 있다. 여기서 각 주기 T마다 일정시간 지연되어 발생하는 클럭 신호에 기준하여 측정하는 방법이 있다. 그런데, 클럭 신호의 지연에 의해 측정하는 방법은 전술한 바와 같이 복잡한 제어와 고가의 고정밀도의 회로가 필요하기 때문에 이하의 본 발명에 의한 광선로 계측기가 제안된다.In this way, the optical pulse is periodically generated, the reflected wave signal is repeatedly sampled equally between the time T and the 2T, the time 2T and the 3T, the time 3T and the 4T, and the sampled signal is collected to collect the signal of one cycle. In this case, even when the sampling resolution is small, the time resolution can be substantially increased, so that a desired signal can be measured regardless of the length of T (or the length of L). Here, there is a method of measuring based on a clock signal generated by a delay for each period T. By the way, since the method of measuring by the delay of a clock signal requires complex control and expensive high precision circuit as mentioned above, the optical path measuring instrument by the following this invention is proposed.
도 3에는 본 발명의 OTDR(100)의 일 실시예에 의한 측정 방법이 도시되어 있다.3 shows a measurement method according to an embodiment of the
S1, S2, S3는 각각 샘플링 주기를 나타내고, 가로축 위에 도시된 파형은 반사되어 돌아와 측정되는 광 신호에 대응하는 파형을 나타내고 있고, 세로축은 측정된 파형의 전압 크기를 나타낸다. 도 3을 참조로 본 발명의 샘플링 방법을 설명하면 다음과 같다.S 1 , S 2 , and S 3 each represent a sampling period, and the waveform shown on the horizontal axis represents a waveform corresponding to the optical signal that is reflected and returned, and the vertical axis represents the voltage magnitude of the measured waveform. Referring to FIG. 3, the sampling method of the present invention will be described.
먼저 시간 0에서 샘플링 주기 S1에 해당하는 광 펄스를 발생한다. 실제로는 시간 0의 이전에 광 펄스를 발생시키고 매우 짧은 시간 후에 커넥터에 의해 반사되어 돌아오는 파형이 시간 0부터 측정되어 파형(31)으로 나타나지만, 이해를 돕기 위해 이하에서는 광 펄스의 발생과 동시에 커넥터에 의해 반사되어 돌아오는 파형이 측정되는 것으로 한다. 도면 부호 31의 파형에는 발생된 광 펄스와, 이 광 펄스가 반사되어 돌아온 신호로서 크기가 감쇄하면서 나타나는 광 신호에 해당하는 파형이 동시에 도시되어 있다. 그리고 이 광 펄스의 제1 반사파(32)가 소정시간 이후에 나타나고, 또 제2 반사파(33)가 소정시간 이후에 나타난다. 마찬가지로, S1으로부터 td만큼 시간 지연된 시점에서 샘플링 주기 S2에 해당하는 광 펄스(34)가 발생하고, 이 광 펄스의 제1 반사파(35)가 소정시간 이후에 나타나고, 또 제2 반사파(36)가 소정시간 이후에 나타난다. 또, S2부터 2td만큼 시간 지연된 시점에서 샘플링 주기 S3에 해당하는 광 펄스가 발생하고, 이 광 펄스의 제1 반사파와 제2 반사파가 각각 소정시간 이후에 나타난다. 또, S3부터 3td만큼 시간 지연된 시점에서 샘플링 주기 S4에 해당하는 광 펄스가 발생한다.First, at
이와 같이 본 발명의 특징은 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하고 있다. 발명을 간략하게 설명하기 위해서, 예를 들면 샘플링 주기 S1에서, 광 펄스의 발생과 샘플링 주기의 시작이 동시에 이루어지는 것처럼 되어 있지만, 이는 회로의 지연 등을 감안해서 적절히 조정할 수 있는 것이다.Thus, the characteristic of this invention is characterized by generating a pulse drive signal after the time delay which increases by td with respect to the start time of a sampling period for every sampling period. In order to briefly explain the invention, for example, in the sampling period S 1 , the generation of the light pulse and the start of the sampling period are performed at the same time, but this can be appropriately adjusted in consideration of the delay of the circuit and the like.
여기서 샘플링 주기 S2에서의 제2 반사파(33)는 앞서 설명한 고스트 신호에 해당되는 신호이다. 즉 샘플링 주기 S1에서 발생한 광 펄스에 의한 반사파가 샘플링 주기 S2에서 측정되는 것이다. 도 3을 보면 샘플링 주기 S1과 샘플링 주기 S2, S3의 파형이 다르다. 이것은 샘플링 주기 S1 이전에 발생된 광 펄스가 없는 경우에는 해당 반사파의 고스트 신호가 주기 S1 동안에 발생하지 않기 때문이다. 따라서, 신호의 수집은 샘플링 주기 S2부터 하는 것이 가능하고, 샘플링 주기의 반복 회수가 어느 정도 이상이 된다면 샘플링 주기 S1부터 신호의 수집을 하더라도 크게 문제되지는 않는다.Here, the second reflected
이와 같이 각 샘플링 주기마다 샘플링 주기의 개시 시각에 대해 td씩 증가하는 시간 지연 후에 펄스 구동 신호를 발생시키고, 각 샘플링 주기에 대해 소정 회수의 샘플링을 행하여 광 신호의 크기에 해당하는 전압값을 나타내는 디지털 신호를 수집한다. 도 3에서는 각 샘플링 주기에 대해 샘플링 클럭(30) 신호가 10회 발생한다. 하나의 샘플링 주기에 발생하는 샘플링 클럭(30) 신호의 개수를 n이라고 하고, 샘플링 클럭(30)의 주기를 Tc라고 하면, 각 샘플링 주기는 n×Tc의 길이를 갖게 된다. 도 3에서는 샘플링 주기가 10×Tc의 길이를 갖게 된다. n값에 대해서는 특별한 제한은 없지만 n값이 클수록 수집되는 신호의 분해능이 커지게 되고, 반면에 고가의 샘플링 장치가 필요하게 된다. 또한, 각 샘플링 주기의 개시 시각에 샘플링 클럭(30) 신호의 상승이 일치하도록 도시되어 있지만, 각 샘플링 주기의 개시 시각에 샘플링 클럭 신호의 하강이 일치하도록 해도 좋고, 샘플링 주기의 개시 시각과 샘플링 클럭 신호가 정확히 일치하지 않아도 된다.In this way, a pulse drive signal is generated after a time delay that increases by td with respect to the start time of the sampling period for each sampling period, and a predetermined number of times of sampling are performed for each sampling period to indicate a voltage value corresponding to the magnitude of the optical signal. Collect the signal. In FIG. 3, the
본 발명에서는 각 샘플링 주기의 개시시각에 대해 지연되는 시간이 달라지도록 하여 광 펄스를 발생시키고 있기 때문에, 각 샘플링 주기마다 n회의 샘플링에 의해 측정되는 신호의 위치가 약간씩 달라지게 된다. 이와 같이 각 샘플링 주기마다 n회의 샘플링을 행하고 이 샘플링 주기가 일순환하여 샘플링 주기의 개시시각에 대한 광 펄스 발생의 지연시간이 0이 되고, 각 샘플링 주기에 이루어진 n회의 샘플링에 의해 수집된 신호를 한 주기에 정렬한다면 샘플링 클럭 신호의 분해능보다도 높은 분해능으로 신호를 획득할 수 있게 된다. 구체적으로, td가 샘플링 주기 n×Tc를 m으로 나눈 시간 n×Tc/m이라 할 때, m회의 샘플링 주기를 거치면 일순환을 할 수 있게 되고 이 때의 샘플링 간격은 실질적으로 샘플링 클럭 신호의 주기 Tc의 1/m배에 해당하는 간격이 되어 광 신호를 획득하는 분해능의 상승을 도모할 수 있다. 그리고 획득된 신호 파형을 분석함으로써 광케이블의 불량 지점까지의 거리를 검출해 낼 수 있다. 여기서, td가 양수인 경우를 예로 들어 지연 시간이 길어지는 것으로서 설명했지만, 당업자라면 td가 음수인 경우로써 지연 시간이 짧아지는 것 또한 동일한 기술적 사상에 속하며 본 발명의 범위에 속한다는 것을 이해할 것이다.In the present invention, since the optical pulse is generated so that the delay time is different with respect to the start time of each sampling period, the position of the signal measured by n samplings is slightly different for each sampling period. In this manner, n sampling is performed for each sampling period, and the sampling cycle is circulated one by one, so that the delay time of light pulse generation with respect to the start time of the sampling cycle becomes zero, and the signal collected by n samplings made in each sampling cycle is obtained. When aligned in one cycle, the signal can be obtained with a resolution higher than that of the sampling clock signal. Specifically, when td is the time n × Tc / m divided by the sampling period n × Tc by m, one cycle can be performed after m sampling cycles, and the sampling interval at this time is substantially the period of the sampling clock signal. It becomes an interval corresponding to 1 / m times Tc, and the resolution which acquires an optical signal can be raised. By analyzing the acquired signal waveform, the distance to the defective point of the optical cable can be detected. Here, although the case where td is positive has been described as having a long delay time as an example, those skilled in the art will understand that the case where td is negative, the shorter delay time also belongs to the same technical spirit and is within the scope of the present invention.
본 발명은 광 펄스의 발생 주기마다 클럭 신호를 지연하는 것이 아니라, 클럭 신호를 일정하게 유지하고 광 펄스의 발생 주기마다 광 펄스의 발생 시간을 지연하기 때문에, 복잡한 제어와 고가의 고정밀 회로를 요구하지 않으며, 펄스 간격이 수십 밀리초 이상으로서 비교적 느린 신호인 광 펄스의 지연시간을 제어하기 때문에, 저가의 회로의 사용과 간단한 제어에 의해서도 지연 동작을 원활하게 할 수 있고, 마찬가지로 광 신호를 측정할 수 있다.The present invention does not require complicated control and expensive high-precision circuits because it does not delay the clock signal for each cycle of optical pulses, but keeps the clock signal constant and delays the time of generation of optical pulses for each cycle of optical pulses. The delay time of the optical pulse, which is a relatively slow signal with a pulse interval of several tens of milliseconds or more, enables smooth delay operation even by using a low-cost circuit and simple control. have.
그런데, 광케이블에서 반사되어 돌아오는 광 신호를 광검출기(105)에 의해 검출하고 이를 증폭부(106)로 증폭하면 최종적인 신호에는 여러 가지 요인에 의해 노이즈 성분이 추가된다. 또한 검출되는 광 신호의 크기가 미약한 경우에는 노이즈에 의한 영향이 증가된다. 따라서, 본 발명에서는 m회의 샘플링 주기를 복수회 반복함으로써 복수회에 걸쳐 신호를 수집하여, 수집된 신호값을 평균냄으로써 노이즈에 의한 영향을 억제한 신호를 얻는다. 따라서, 노이즈가 제거된 신호를 분석함으로써 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그리고 수집된 신호값을 평균내지 않고, 일정 비율로 스케일링하더라도 동일한 파형의 신호를 얻을 수 있게 된다.However, when the optical signal reflected from the optical cable is detected by the
도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 광선로 계측기의 펄스 구동 신호 발생 방법을 설명한다.4 and 5, a pulse drive signal generation method of an optical fiber measuring instrument according to the present invention will be described.
도 4는 일반적인 경우의 샘플링 주기 Sm, Sm+1, Sm+2에 해당하는 신호의 파형 을 나타내고 있다. 상술한 바와 같이 주기 Sm까지의 m회의 샘플링 주기의 반복이 끝나게 되면 다시 m회의 샘플링 주기를 시작하고, 이를 복수회 반복하여 측정함으로써 노이즈 영향을 억제할 수 있게 된다. 그런데, m회의 샘플링 주기를 마친 후, 새로운 샘플링 주기 Sm+1를 시작할 때 시간 지연을 0으로 하여 펄스 구동 신호를 발생시킨 경우에는 도 4의 샘플링 주기 Sm+1 및 Sm+2에 나타나는 것처럼 반사파 신호가 겹쳐서 나타나면서 정상적이지 않은 신호가 측정되게 된다. 이를 광선로 계측기에 의해 측정하게 되면 소정 지점에서 특이한 신호가 측정되는 것처럼 나타나고, 이 특이 신호를 고려하여 복원하게 되면 정확한 측정을 할 수 없게 되는 문제가 발생한다. 특히 광케이블이 짧거나 불량 지점이 가까워서 반사파 사이의 거리가 짧을 수록 이러한 경향은 두드러진다. 또한 펄스 구동 신호의 발생 주기를 작게 하여 고속의 측정을 하고자 할 때, 문제가 발생할 확률이 높아진다.4 shows waveforms of signals corresponding to sampling periods S m , S m + 1 , and S m + 2 in a general case. As described above, when the repetition of the m sampling cycles up to the period S m is completed , the m sampling cycle is started again, and the noise effects can be suppressed by repeating the measurement several times. By the way, when the pulse driving signal is generated with a time delay of 0 when the new sampling period S m + 1 is started after m sampling periods have been completed, the sampling cycles S m + 1 and S m + 2 shown in FIG. As the reflected wave signals overlap, the abnormal signal is measured. When measured by a light beam measuring instrument, it appears that an unusual signal is measured at a predetermined point, and when the signal is restored in consideration of this singular signal, accurate measurement cannot be performed. In particular, the shorter the optical cable or the nearer the defect, the shorter the distance between the reflected waves, the more pronounced this tendency. In addition, when the measurement cycle of the pulse drive signal is made small and high speed measurement is performed, the probability of a problem is increased.
이러한 특이 신호는 항상 측정되는 것이 아니고 샘플링 시점과 특이 신호가 일치하는 경우 등에 측정되기 때문에, 도 4와 같은 파형을 직접 표시해 주지 않고, 샘플링 주기를 복수회 반복하여 측정된 신호를 수집하여 복원한 파형만을 표시하는 광선로 계측기에서는 문제점의 원인을 찾아내기가 쉽지 않았다. 이러한 특이 신호가 측정되는 예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서 파선으로 이루어진 원으로 둘러싸인 두 개의 측정 신호가 도 4의 측정 방법에 따를 때 발생하는 특이 신호이다. 그런데, 연구를 거듭한 결과 도 6와 같은 신호가 측정되는 이유가 도 4와 같이 샘플링 주기 Sm 이후에 시간을 지연시키지 않고 펄스 구동 신호를 발생시키는 것에 있 는 것을 발견하고, 도 5와 같은 펄스 발생 방법을 착안한 것이다.Since such singular signals are not always measured, but are measured when the sampling point and the singular signal coincide with each other, the waveforms obtained by collecting and restoring the measured signals by repeating the sampling cycle a plurality of times without directly displaying the waveform as shown in FIG. It was not easy to find the cause of the problem in the gage measuring instrument. An example in which this singular signal is measured is shown in FIG. 6. In FIG. 6, two measurement signals enclosed by broken lines are singular signals generated when the measurement method of FIG. 4 is used. However, as a result of repeated studies, the reason why the signal as shown in FIG. 6 is measured is that the pulse driving signal is generated without delaying time after the sampling period S m as shown in FIG. The way of generating was conceived.
도 5는 본 발명에 따른 샘플링 주기 Sm, Sm+1, Sm+2에 해당하는 신호의 파형을 나타내고 있다. 즉, 본 발명에서는 샘플링 주기 Sm에서 (m-1)td의 시간 지연 후에 펄스 구동 신호가 발생된 경우, 샘플링 주기 Sm+1에서는 펄스 구동 신호를 발생시키지 않고, 샘플링 주기 Sm+2에서 시간 지연이 없는 펄스 구동 신호를 발생시킴으로써, 도 4의 방법에 따른 문제점을 해결할 수 있게 되었다. 도 5에서는 각 샘플링 주기에서 동일한 파형이 나타나고, 따라서 m회의 샘플링 주기를 복수회 반복하더라도 각 샘플링 주기에서 동일한 파형을 측정할 수 있기 때문에, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거하여 정확한 측정이 가능해진다. 도 5에 도시한 본 발명의 측정 방법에 따라 펄스 구동 신호를 발생시켜 반사파를 측정한 경우의 측정 결과가 도 7에 도시되어 있다. 도 6에 도시했던 특이 신호가 도 7에서는 화살표로 나타난 것처럼 정확한 위치로 이동되어 정상적인 신호로서 측정되는 것을 알 수 있다.5 shows waveforms of signals corresponding to sampling periods S m , S m + 1 , and S m + 2 according to the present invention. That is, in the present invention, when the pulse driving signal is generated after a time delay of (m-1) td in the sampling period S m , the pulse driving signal is not generated in the sampling period S m + 1 , but at the sampling period S m + 2 . By generating the pulse drive signal without time delay, the problem according to the method of FIG. 4 can be solved. In Fig. 5, the same waveform appears in each sampling period. Therefore, even if m sampling cycles are repeated a plurality of times, the same waveform can be measured in each sampling cycle, thereby making it possible to accurately measure the measurement error by the ghost signal. The measurement result when measuring the reflected wave by generating a pulse drive signal according to the measuring method of the present invention shown in FIG. 5 is shown in FIG. It can be seen that the singular signal shown in FIG. 6 is moved to the correct position as shown by the arrow in FIG. 7 and measured as a normal signal.
따라서 펄스 구동 신호를 지연시키면서 반복 샘플링을 행하는 광선로 계측기에 있어서 일순환 이후의 펄스 구동 신호 발생의 불안정으로 인해 발생하던 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있게 되고, 신뢰성이 향상된 광선로 계측기를 구현할 수 있으며 또한 짧은 길이를 측정하는 경우에도 정확한 측정 결과를 제공할 수 있고, 펄스 구동 신호의 주기를 작게 함으로써 고속의 측정을 달성할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to eliminate the measurement error caused by the ghost signal caused by the instability of the pulse drive signal generation after one cycle. It is possible to realize accurate measurement results even when measuring short lengths, and to achieve high-speed measurements by reducing the period of the pulse driving signal.
한편, 본 발명은 전술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be carried out in various ways without departing from the gist of the present invention various modifications, changes, replacements or additions having ordinary skill in the art If you grow up, you can easily understand. If the implementation by such improvement, change, replacement or addition falls within the scope of the appended claims, the technical idea should also be regarded as belonging to the present invention.
본 발명은, 반복 샘플링에 의해 광 파형을 측정하는 경우, 장치의 구성을 간단하게 하고 비용을 절감하면서도 정확한 계측이 가능하게 하고, 고스트 신호에 의한 계측 오류를 제거할 수 있는 광선로 계측기 및 광선로 계측 방법을 제공한다. 특히 본 발명은 측정하고자 하는 광케이블의 길이가 짧거나 또는 광케이블의 불량 지점이 가까운 경우 뛰어난 효과를 발휘하며, 광 펄스 주기를 감소시켜 고속의 측정이 가능하게 한다.When measuring the optical waveform by repetitive sampling, the present invention simplifies the configuration of the apparatus, enables accurate measurement while reducing costs, and eliminates measurement errors caused by ghost signals. Provide a measurement method. In particular, the present invention exhibits an excellent effect when the length of the optical cable to be measured is short or a defect point of the optical cable is close, and the optical pulse period is reduced to enable high-speed measurement.
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