KR20110032514A - 다중 필터 창 ｆｐ 필터를 이용한 ｆｂｇ 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치 - Google Patents

다중 필터 창 ｆｐ 필터를 이용한 ｆｂｇ 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 서로 다른 파장이 혼합된 광에서 각각의 독립된 파장을 정확히 측정할 수 있도록 함으로써 다수 개의 FBG 센서에서 나오는 반사광들을 한꺼번에 측정할 수 있도록 하는, 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치는, 직렬로 연결되는 다수 개의 FBG 센서(200)들을 복조화하는 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치(100)에 있어서, 백색광 또는 광대역 광을 발생시켜 상기 FBG 센서(200)들에 입사시키는 광원(110); 상기 광원(110)으로부터 다수 개의 상기 FBG 센서(200)들에 입사된 후 반사되어 나온 다중 파장 반사광을 입사받으며, 서로 다른 대역에 위치하는 필터 창이 다수 개 형성되어 다중 파장 반사광을 파장에 따라 각 필터 창으로 통과시키는 다중 필터 창 FP 필터(multi-window Fabry-Perot filter, 120); 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)를 통과하여 나온 다중 파장 반사광을 대역에 따라 분리하는 WDM 커플러(WDM coupler, 130); 상기 WDM 커플러(130)에 의해 분리된 각각의 파장의 반사광들을 각각 입사받아 감지하는 다수 개의 광감지기(photo detector, 140); 다수 개의 상기 광감지기(140)와 연결되어 상기 광감지기(140)로부터 발생된 신호를 처리하여 감지된 빛의 파장 및 이에 따른 상기 FBG 센서(200)의 변형 정도를 산출하는 분석기(150); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
FBG 센서, 브래그 격자, 복조, FP 필터, 다중 필터 창, 고속 복조

Description

다중 필터 창 ＦＰ 필터를 이용한 ＦＢＧ 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치 {High-Speed Demodulation System for FBG Sensors using Multi-Window Fabry-Perot Filter}
본 발명은 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치에 관한 것이다.
FBG(Fiber Bragg Gratings) 센서, 즉 광섬유 브래그(Bragg)격자 배열형 센서란, 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 일정한 길이에 따라 새긴 후, 온도나 강도 등의 외부의 조건변화에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서이다. 일반적으로 광섬유 코어에는 클래딩보다 굴절률을 높이기 위하여 보통 게르마늄(Ge) 물질이 첨가되는데, 이 물질이 실리카 유리에 안착하는 과정에서 구조 결함(defect)이 생길 수 있다. 이 경우 광섬유 코어에 강한 자외선을 조사하면, 게르마늄의 결합구조가 변형되면서 광섬유의 굴절률이 변화된다. 광섬유 브래그 격자는 이러한 현상을 이용하여 광섬유 코어의 굴절률을 주기적으로 변화시킨 것을 말한다. 이 격자는 브래그 조건을 만족하는 파장만을 반사하고, 그 외의 파장은 그대로 투과시키는 특징을 갖는다. 격자의 주변 온도가 바뀌거 나 격자에 인장이 가해지면, 광섬유의 굴절률이나 길이가 변화되므로 반사되는 빛의 파장이 변화된다. 따라서 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장을 측정함으로써 온도나 인장, 또는 압력, 구부림 등을 감지할 수 있다. 또한, FBG 센서에는 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 격자가 사용되는데, 이 경우 각 격자의 반사 파장을 모두 다르게 함으로써, 반사된 빛의 스펙트럼으로부터 특정 격자가 겪는 물리량을 쉽게 구분할 수 있다.
FBG 센서의 가장 큰 응용 중에 하나는 구조물의 상태를 진단하는 것이다. 교량, 댐, 건축물 등의 제작 시에 콘크리트 내부에 FBG 센서를 포설하고, 구조물 내부의 인장 분포나 구부림 정도 등을 감지하여 구조물의 안전 상태를 진단할 수 있다. FBG 센서는 또한 항공기나 헬리콥터 등의 날개 상태 진단 등에도 응용되고 있다.
이와 같이 FBG 센서는, 센서 자체가 고유한 파장값을 가지므로 각종 구조물의 초기값 대비 누적변형을 측정할 수 있으며, 전자 유도의 영향이 없어, 잡음이 없고 신뢰성과 계측 정밀도의 향상이 가능하다. 또한 광섬유 내에 서로 다른 간격을 가지는 브래그 격자를 여러 개 형성할 수 있으므로, 한 가닥의 광섬유 케이블에 최대 30개 정도의 센서를 종속 접속할 수 있으며, 한 개의 센서로 화재 감지(온도 센서), 침입자 감지, 토목구조물의 건전성 감시 등 여러 기능을 동시에 수행할 수 있다. 또한 광섬유센서 방식은 전기식에 비해 측정거리를 10배 이상으로 연장할 수 있으며, 낙뢰의 영향이 없고 고전압, 강자계 환경에서도 사용이 가능하고, 기본적으로 방폭 성능을 구비하고 있으며, 전기식의 경우 배선의 열화, 단락 등으로 발화 의 위험 상존하는 것과는 달리 녹슬거나 부식이 없고, 내구성이 높으며, 발화의 위험이 없어 석유화학 등의 중요 플랜트 내에서도 안전하게 사용할 수 있는 등의 여러 장점이 있다.
FBG 센서의 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저 레이저의 원리를 설명하자면, 들뜬 상태인 물질의 양쪽에 소정 간격 d만큼 이격된 거울을 한 쌍 놓을 경우, 들뜬 상태에서 바닥 상태로 전이되면서 방출된 빛은 상기 한 쌍의 거울 사이를 수차례 왕복하게 된다. 이 과정에서 차례로 유도방출이 발생하여 빛은 반복적으로 증폭되는데, 결국 빛은 상기 한 쌍의 거울이 이격된 간격 d 값과 관련된 정상파를 형성하게 되고, 이 조건에 맞는 빛만이 지속적으로 증폭되게 된다. 즉 최종적으로는 (d 값의 함수로 나타나는) 특정 파장의 빛만이 증폭되게 되는 것이다. 이 때 거울 중 1개를 대부분의 빛은 반사하지만 일부(수 %)의 빛은 투과하도록 만들어 두면, 상술한 바와 같이 증폭된 특정 파장의 빛을 외부로 꺼낼 수 있게 된다. 바로 이것이 레이저 광선이다.
FBG 센서는 상술한 바와 같이 광섬유 내에 브래그 격자가 다수 개 형성되어 있는 형태로 되어 있다. FBG 센서의 일측에 백색광을 입사시키면, 레이저의 원리에서와 같이 빛이 한 쌍의 브래그 격자를 왕복하면서 일부는 반사되고 일부는 투과하게 되며, 결과적으로 다수 개의 브래그 격자를 통과함에 따라 FBG 센서 내의 브래그 격자 간격 값의 함수인 특정 파장의 광선만이 반사되어 나오게 된다. (도 1 참 조)
상술한 바와 같이 FBG 센서는 광섬유 형태로 되어 구조물 속에 포설되는데, 구조물의 형태가 변형되면 FBG 센서 역시 함께 형태가 변형되고, 이에 따라 브래그 격자의 간격이 달라지게 된다. 이 때 FBG 센서의 일측으로 백색광을 입사시키게 되면 FBG 센서의 형태가 변형되기 전과는 다른 파장의 광선이 나오게 된다. 상술한 바와 같이 반사광의 파장과 브래그 격자의 간격 사이에는 일정한 함수 관계가 있으며, 이를 이용하여 브래그 격자 간격을 계산함으로써 구조물의 인장률 등을 산출할 수 있게 되는 것이다. 변형이 없는 상태, 즉 초기 상태에서의 반사광의 파장은 FBG 센서 제작 단계에서 미리 알고 있는 값이므로, 변형이 일어난 상태에서의 반사광의 파장을 정확히 측정하기만 한다면 인장률을 정확하게 산출할 수 있다. 이와 같이 변형이 일어난 상태에서의 FBG 센서에서의 반사광의 파장을 측정하는 것을 복조화(demodulation)라고 칭한다.
FBG 센서의 복조화 장치는 현재 여러 방법이 있는데, 그 중 대표적인 것은 엣지 필터(edge filter)를 이용하는 방법 등이 있다. 엣지 필터란 도 2(A)에 도시된 바와 같은 형태로 형성되는 필터로서, 특정 파장의 광 신호가 엣지 필터를 통과하면 도 2(B)에 도시된 바와 같이 파장에 따라 그 강도가 달라짐으로써 해당 신호의 파장을 측정할 수 있게 된다. 그런데, 엣지 필터를 사용하여 단일 파장의 광은 용이하게 측정할 수 있으나, 다중 파장의 광을 측정할 경우 각각의 FBG반사파장에 대해서 각각 독립적인 엣지 필터를 사용하지 않으면 전체적인 광량 변화로 환산되는 FBG센서의 파장 이동량은 서로 중첩되어 부정확한 결과가 나오게 될 가능성이 높은 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 파장의 광들이 혼합된 광의 파장을 각각 정확히 측정할 수 있도록 함으로써 다수 개의 FBG 센서에서 나오는 반사광들을 한꺼번에 측정할 수 있도록 하는, 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치는, 직렬로 연결되는 다수 개의 FBG 센서(200)들을 복조화하는 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치(100)에 있어서, 백색광 또는 광대역 광을 발생시켜 상기 FBG 센서(200)들에 입사시키는 광원(110); 상기 광원(110)으로부터 다수 개의 상기 FBG 센서(200)들에 입사된 후 반사되어 나온 다중 파장 반사광을 입사받으며, 서로 다른 대역에 위치하는 필터 창이 다수 개 형성되어 다중 파장 반사광을 파장에 따라 각 필터 창으로 통과시키는 다중 필터 창 FP 필터(multi-window Fabry-Perot filter, 120); 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)를 통과하여 나온 다중 파장 반사광을 대역에 따라 분리하는 WDM 커플러(WDM coupler, 130); 상기 WDM 커플러(130)에 의해 분리된 각각의 파장의 반사광들을 각각 입사받아 감지하는 다수 개의 광감지기(photo detector, 140); 다수 개 의 상기 광감지기(140)와 연결되어 상기 광감지기(140)로부터 발생된 신호를 처리하여 감지된 빛의 파장 및 이에 따른 상기 FBG 센서(200)의 변형 정도를 산출하는 분석기(150); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치(100)는 상기 FBG 센서(200) 및 상기 광원(110)과 연결되어, 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광이 상기 FBG 센서(200)로 재진입되지 않도록 하는 서큘레이터(circulator, 160); 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)는 상기 FBG 센서(200)의 개수보다 같거나 많은 필터 창(b1, b2, …)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 WDM 커플러(130)는 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)에 형성되는 다수 개의 필터 창을 각각 분리할 수 있는 대역들(B1, B2, …)을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, FBG 센서를 복조화함에 있어서 종래에 엣지 필터를 이용하는 경우, 다수 개의 서로 다른 파장의 광이 혼합된 광을 측정할 경우 부정확한 결과가 나오게 되는 문제점을 해결하여, 궁극적으로는 다수 개의 FBG 센서에서 나오는 반사광의 파장을 하나의 엣지 필터를 사용하여 각각 정확하게 측정할 수 있는 큰 효과가 있다. 보다 상세히 설명하자면, 다수 개의 FBG 센서에서 나오는 반사광의 파장은 일반적으로 서로 다른데, 이와 같이 다수 개의 서로 다른 파장의 광이 혼합된 광이라 하더라도 다중 필터 창을 가지는 본 발명의 복조화 장치를 사용하면 각각의 파장이 서로 다른 창에서 측정되게 되기 때문에, 서로의 측정에 영향을 끼치지 않아 정확한 측정을 할 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.
또한, 이와 같이 본 발명에 의하면 다수 개의 FBG 센서에서 나오는 반사광의 파장을 한꺼번에 측정할 수 있기 때문에, 고속으로 여러 센서 지점에서 파장이동측정이 가능하다. 또한 기존에는 여러 센서 지점에서 고속 파장 이동 측정을 위해서 센서의 개수와 동일한 엣지 필터가 사용되어야 했으므로 광학 조립체의 부피가 비대하였으나, 본 발명에서는 엣지 필터의 개수를 줄일 수 있으므로 계측을 위한 광학 조립체의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 종래에는 하나의 센서에 대하여 하나의 필터를 사용하여 측정하게 되었는데, 필터 장치의 가격이 매우 비쌌기 때문에 측정 비용이 크게 상승하였던 문제가 있었으나, 본 발명에 의하면 다수 개의 FBG 센서를 본 발명의 복조화 장치를 이용하여 한꺼번에 측정할 수 있어, 비용 절감에도 큰 경제적 효과 또한 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 일반적인 FP 간섭 필터(Fabry-Perot interferometric filter)로 FBG 센서의 외란 영향을 복조화하는 원리를 간략히 도시한 것이다. FP 필터는 일종의 엣지 필터인데, 일반적인 엣지 필터에 비하여 상대적으로 폭이 좁고 경사도가 크며 대칭형으로 형성되는 것이 특징이다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, FBG 센서에서 나오는 반사광의 파장이 외란으로 인하여 진동하면서 변화하는 경우, 이러한 센서 외란을 FP 필터를 통과시키면 (엣지 필터의 원리와 유사하게) 광강도의 변화로서 출력되게 된다.
그런데, 다수 개의 FBG 센서에서 나오는 반사광을 하나의 FP 필터로 측정하려고 할 경우, 필터 창에서 측정 가능한 파장 범위 밖에 있는 경우에는 측정 자체가 불가능하며, 또는 두 광의 광강도가 합쳐져서 나오게 되어 이를 구분할 수 없어 정확한 측정을 할 수 없게 된다. 따라서 일반적으로 FBG 센서 하나당 FP 필터를 하나씩 구비하여야만 하는데, FP 필터 장치는 매우 가격이 비싸기 때문에 장치 구성에 드는 비용이 매우 높아지는 문제가 있다.
본 발명의 복조화 장치는 FP 필터가 다중 창을 가지도록 함으로써 이러한 문제점을 해결한다. 도 4는 본 발명에 의한 복조화 장치를 간략하게 도시한 것이다. 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치(100)는, 광원(110); 다중 필터 창 FP 필터(120); WDM 커플러(130); 광감지기(140); 및 분석기(150); 를 포함하여 이루어지며, 여기에 서큘레이터(160)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이하에서 각 부에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 광원(110)은 백색광 또는 광대역 광(broadband light)을 발생시켜 상기 FBG 센서(200)에 입사시킨다. FBG 센서의 원리에서 설명한 바와 같이, 상기 FBG 센서(200)로 백색광 또는 다수의 파장의 빛을 포함하는 광대역의 광을 입사시키면, 도 1(B)에 도시되어 있는 바와 같이 상기 FBG 센서(200) 내의 브래그 격자에서 상기 브래그 격자의 간격에 따른 특정 파장의 빛만이 브래그 격자에서 반사 및 증폭되게 된다. 이에 따라 상기 FBG 센서(200)로부터 나오는 반사광은, 도 1(C)에 도시되어 있는 바와 같이 브래그 격자의 간격에 따른 특정 파장(f)만을 가지게 되는 것이다. 물론 상기 FBG 센서(200)를 통과해 나가는 투과광은, 역시 도 1(C)에 도시되어 있는 바와 같이, 처음 입사시킨 빛(백색광 또는 광대역 광)에서 상기 특정 파장(f)의 빛만이 빠진 빛이 됨은 당연하다.
상기 다중 필터 창 FP 필터(120)는 상기 광원(110)으로부터 다수 개의 상기 FBG 센서(200)들에 입사된 후 반사되어 나온 다중 파장 반사광을 입사받는다. 이 때, 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)는 서로 다른 대역에 위치하는 필터 창이 다수 개 형성되어 다중 파장 반사광을 파장에 따라 각 필터 창으로 통과시키게 된다. 이에 대하여 도 5를 통해 보다 상세히 설명한다.
도 5는 다중 필터 창 FP 필터의 원리를 도시하고 있다. 도 5(A)에서는 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)에 b1과 b2, 두 대역에 필터 창이 형성되는 예시를 도시하고 있는데, 물론 이는 하나의 예시일 뿐으로, 필터 창의 개수는 두 개 이상이 될 수 있으며, 도 5(A)로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 도시된 바와 같이 상기 다 중 필터 창 FP 필터(120)에는 서로 다른 대역에 위치하는 필터 창들이 형성되게 된다. 이 때, 다수 개의 상기 FBG 센서(200)로부터 나오는 반사광은 각각의 상기 FBG 센서(200)에 따라 서로 다른 파장을 가지게 되며, 따라서 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)로 입사되는 반사광은 다중 파장을 가지게 된다. 이를 다중 파장 반사광이라고 간략히 칭하기로 한다.
도 5(B)는 f1과 f2, 두 개의 파장을 가지는 다중 파장 반사광을 도시하고 있다. 이는 두 개의 FBG 센서에서 나오는 반사광들이 합쳐진 다중 파장 반사광을 나타낸 것으로, 물론 이는 하나의 예시로서 두 개 이상의 FBG 센서에서 나오는 반사광, 즉 두 개 이상의 파장을 가지는 다중 파장 반사광일 수 있으며, 도 5(B)로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 도시된 바와 같이, f1 파장을 가지는 반사광은 b1 대역에, f2 파장을 가지는 반사광은 b2 대역에 들어오게 된다. 따라서 도 5(B)에 도시된 바와 같은 상기 다중 파장 반사광을 도 5(A)에 도시된 바와 같은 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)에 통과시키면, 도 5(C)에 도시된 바와 같이 각 파장별로 광강도가 달라진 광이 출력되게 된다.
이와 같이 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)는, 서로 다른 대역에 위치하는 필터 창이 다수 개 형성되어 다중 파장 반사광을 파장에 따라 각 필터 창으로 통과시킴으로써, 서로 다른 파장의 반사광들을 각각 분리하여 출력할 수 있게 해 준다. 종래의 경우에는 하나의 FBG 센서 당 하나의 FP 필터를 사용해야만 하였으나, 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)를 사용할 경우 다수 개의 FBG 센서에 대하여 하나의 다중 필터 창 FP 필터를 사용할 수 있게 된다.
상기 다중 필터 창 FP 필터(120)에 형성되는 필터 창들은 서로 다른 대역에 형성되며 측정하고자 하는 상기 FBG 센서(200)의 개수와 동일하거나 많게 형성되기만 한다면 몇 개가 되어도 무방하다.
다음으로, WDM 커플러(130)는, 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)를 통과하여 나온 다중 파장 반사광을 대역에 따라 분리한다. 도 6은 상기 WDM 커플러(130)의 원리를 도시한 것으로, 도 5의 예시에 따른 예시이다. 상기 WDM 커플러(130)는 도 6(B)에 도시되어 있는 바와 같이 B1과 B2, 두 대역을 가지게 된다. 물론 이는 두 개의 FBG 센서로부터 나오는 반사광을 측정하는 도 5의 예시에 따른 것으로, 상기 FBG 센서(200)의 개수가 늘어나거나 또는 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)의 필터 창 개수가 늘어나는 경우 상기 WDM 필터(130)에서의 대역 역시 늘어날 수 있음은 당연하고, 도 6으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
상기 WDM 커플러(130)는 B1 대역에 들어오는 광과 B2 대역에 들어오는 광을 분리하여 각각을 따로 출력시키게 된다. 즉, f1의 파장을 가지는 반사광 및 f2의 파장을 가지는 반사광이 혼합되어 있는 다중 파장 반사광이 상기 WDM 커플러(130)를 통과하면, 도 6(C)에 도시된 바와 같이 f1의 파장을 가지는 반사광이 ①로 출력되고, f2의 파장을 가지는 반사광이 ②로 출력되어, 각각을 독립적으로 얻을 수 있게 된다.
상기 WDM 커플러(130)에서의 분리 대역(즉 B1, B2, …)는 물론, 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)에 형성되는 각 필터 창의 대역(즉 b1, b2, …)를 각각 분리 할 수 있도록 형성되어야 함은 당연하다.
다음으로 상기 광감지기(140)는, 상기 WDM 커플러(130)에 의해 분리된 각각의 파장의 반사광들을 각각 입사받아 감지한다. 상기 광감지기(140)에서는 광강도를 감지하는데, 상기 다중 파장 반사광은 상기 다중 필터 창 FP 필터(130)를 통과하면서 파장에 따라 광강도가 달라지기 때문에, 상기 광감지기(140)에 의하여 감지된 반사광의 강도를 측정하면 해당 반사광의 파장을 산출할 수 있게 된다.
상기 분석기(150)는 상기 다수 개의 상기 광감지기(140)와 연결되어 상기 광감지기(140)로부터 발생된 신호를 처리하여 감지된 빛의 파장 및 이에 따른 상기 FBG 센서(200)의 변형 정도를 산출하게 된다. 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 상기 분석기(150)는, 상기 다중 필터 창 FP 필터(120) 및 상기 WDM 커플러(130)가 가지는 특성들, 즉 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)의 b1, b2, … 대역들 값 및 상기 WDM 커플러(130)의 B1, B2, … 대역들 값 등을 미리 저장하여 두거나 또는 각 장치와 연결되어 특성을 알아내어 둔다. 다수 개의 상기 FBG 센서(200)들로부터 나온 반사광들은 각각 서로 다른 파장을 가지고 있으며, 이들이 합쳐져서 다중 파장 반사광을 이루게 되는데, 상기 다중 파장 반사광이 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)를 통과함으로써 b1, b2, … 대역에 들어오는 f1, f2, … 파장의 반사광들이 각각 필터 통과에 따라 변화된 광강도를 가지게 된다. 이와 같이 변화된 광강도를 가진 반사광들이 합쳐져서 상기 WDM 커플러(130)로 들어오면, 상기 WDM 커플러(130)에서는 B1, B2, … 대역에 따라 f1, f2, … 파장의 반사광들을 각각 독립 적으로 출력하며, 이들은 각각 독립적인 상기 광감지기(140)에 감지되게 된다. 상기 분석기(150)는 다수 개의 상기 광감지기(140)들이 각각 (미리 알고 있는) 상기 WDM 커플러(130)가 가지는 특성에 따라 어느 대역에 대응하는지 분석할 수 있고, 또한 (역시 미리 알고 있는) 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)이 가지는 특성에 따라 광강도가 얼마가 되면 파장이 얼마가 되는지 산출할 수 있다. 따라서 상기 분석기(150)에 의하여 감지된 빛의 파장을 산출할 수 있으며, 또한 이에 따른 상기 FBG 센서(200)의 변형 정도를 산출할 수 있게 된다.
더불어, 본 발명의 다중 파장 고속 복조화 장치(100)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 상기 서큘레이터(circulator, 160)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 서큘레이터(160)는, 상기 FBG 센서(200) 및 상기 광원(110)과 연결되어, 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광이 상기 FBG 센서(200)로 재진입되지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 서큘레이터(160)를 구비시킴으로써, 측정 시 노이즈 발생 가능성을 더욱 축소할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치는, 다수 개의 FBG 센서로부터 나오는 반사광을 하나의 장치로서 단번에 측정할 수 있어, 종래에 각각의 FBG 센서로부터 나오는 반사광을 각각 하나씩의 장치를 붙여 측정했던 것에 비해 장비 설비 비용을 비약적으로 절감할 수 있게 해 준다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
도 1은 FBG 센서의 원리.
도 2는 엣지 필터의 원리.
도 3은 FP 간섭 필터의 원리.
도 4는 본 발명의 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치.
도 5는 본 발명의 다중 필터 창 FP 필터의 원리.
도 6은 본 발명의 WDM 커플러의 원리.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100: (본 발명의) 다중 파장 고속 복조화 장치
110: 광원
120: 다중 필터 창 FP 필터
130: WDM 커플러
140: 광감지기
150: 분석기
160: 서큘레이터
200: FBG 센서

Claims (4)

  1. 직렬로 연결되는 다수 개의 FBG 센서(200)들을 복조화하는 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치(100)에 있어서,
    백색광 또는 광대역 광을 발생시켜 상기 FBG 센서(200)들에 입사시키는 광원(110);
    상기 광원(110)으로부터 다수 개의 상기 FBG 센서(200)들에 입사된 후 반사되어 나온 다중 파장 반사광을 입사받으며, 서로 다른 대역에 위치하는 필터 창이 다수 개 형성되어 다중 파장 반사광을 파장에 따라 각 필터 창으로 통과시키는 다중 필터 창 FP 필터(multi-window Fabry-Perot filter, 120);
    상기 다중 필터 창 FP 필터(120)를 통과하여 나온 다중 파장 반사광을 대역에 따라 분리하는 WDM 커플러(WDM coupler, 130);
    상기 WDM 커플러(130)에 의해 분리된 각각의 파장의 반사광들을 각각 입사받아 감지하는 다수 개의 광감지기(photo detector, 140);
    다수 개의 상기 광감지기(140)와 연결되어 상기 광감지기(140)로부터 발생된 신호를 처리하여 감지된 빛의 파장 및 이에 따른 상기 FBG 센서(200)의 변형 정도를 산출하는 분석기(150);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치(100)는
    상기 FBG 센서(200) 및 상기 광원(110)과 연결되어, 상기 광원(110)으로부터 상기 FBG 센서(200)에 입사된 후 반사되어 나온 반사광이 상기 FBG 센서(200)로 재진입되지 않도록 하는 서큘레이터(circulator, 160);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 다중 필터 창 FP 필터(120)는
    상기 FBG 센서(200)의 개수보다 같거나 많은 필터 창(b1, b2, …)이 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 WDM 커플러(130)는
    상기 다중 필터 창 FP 필터(120)에 형성되는 다수 개의 필터 창을 각각 분리할 수 있는 대역들(B1, B2, …)을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 필터 창 FP 필터를 이용한 FBG 센서의 다중 파장 고속 복조화 장치.
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