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광섬유 FBG 센서의 시간 분할 다중화를 위한 반사 신호의 분석
Reflection Signal Analysis for Time Division Multiplexing of Fiber Optic FBG Sensors

김근진    (한국표준과학연구원 안전측정센터   ); 권일범    (한국표준과학연구원 안전측정센터   ); 윤동진    (한국표준과학연구원 안전측정센터   ); 황두선    (광주과학기술원 정보통신공학과   ); 정영주    (광주과학기술원 정보통신공학과  );
  • 초록

    대형 구조물의 넓은 영역에 분포된 변형률이나 온도를 모니터링하기 위하여 광섬유 FBG(fiber Bragg grating:브래그 격자) 탐촉자를 사용하는 광섬유 FBG 센서가 사용된다. 본 논문에서는 광섬유 한개의 라인에 다수의 FBG 탐촉자를 사용하기 위하여 시간 분할 다중화와 파장 분할 다중화를 복합화한 다중화 기술을 제안한다. 일반적으로 광섬유 FBG 센서는 기본적으로 파장 분할 다중화 방식으로 작동되므로 본 연구에서는 시간 분할 다중화에 대한 특성을 고찰한다. 광섬유에 직렬로 연결된 FBG 탐촉자들의 반사도에 따른 반사광의 세기와 그 위치를 이론적으로 계산하고 실험결과와 비교한다. 이론적인 계산에 따르면 5개의 FBG 탐촉자의 반사도를 적절하게 선정함에 의하여 한개의 광섬유 라인에 설치하여 각각의 FBG 탐촉자에서 되돌아오는 반사광의 세기를 균일하게 얻을 수 있음을 확인한다. 이러한 결과를 실험으로 확인하기 위하여 반사도가 13%, 16%, 25%, 40%, 80%인 FBG 탐촉자를 제작하고, 시간 영역에서 각각의 FBG 탐촉자에서 되돌아오는 반사 신호를 관찰한다. 실험 결과는 신호잡음의 영향으로 이론적인 결과와 차이가 있지만, 복합 다중화 기법의 사용 가능성을 증명하는 5개의 FBG 탐촉자의 반사 신호를 모두 보인다.


    Fiber optic sensor using fiber Bragg grating(FBG) probes is used for monitoring strain and temperature distributed on the wide surfaces of large structures. In this paper, in order to use many FBG probes in one optical fiber line, we propose a complex multiplexing technology which is composed of two techniques, one is time division multiplexing and another is wavelength division multiplexing. However, we only investigate the characteristics of time division multiplexing because FBG sensors basically can be operated by wavelength division multiplexing. We calculate the optimal reflectivities and the lengthwise location of five FBG probes in serial connection in order to obtain the unique reflected intensities from the FBG probes. We fabricate five FBG probes with the reflectivities of 13%, 16%, 25%, 40% and 80%, which are determined by the theoretical calculation, and observe the signal reflected from each FBG in the time domain from the experiment. There are differences between experimental and theoretical results caused by the signal noise and the differences of reflectivities of FBG probes. But the experimental results shows the reflected signals of five FBG probes which prove the availability of complex multiplexing.


  • 주제어

    FBG 센서 .   시간 분할 다중화 .   반사도 .   반사광의 세기 .   FBG 탐촉자.  

  • 참고문헌 (9)

    1. A. D. Kersay, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins and M. A. Putnam, "Fiber grating sensors," J. Lightwave Technol. Vol. 15, pp. 1442-1463, (1997) 
    2. 정달우, 권일범, 최낙삼, "광섬유 센서를 이용한 구조물 안전 모니터링 기술", 비파괴검사학회지, 제25권, 제5호, pp. 356-361, (2005)     
    3. 권일범, 김치엽, 서대철, "광섬유 OTDR 센서의 탐촉자", 비파괴검사학회지, 제25권, 제5호, pp. 350-355, (2005)     
    4. L. Zhang, Y. Liu, J. A. R. Williams and I. Bennion, "Enhanced FBG strain sensing multiplexing capacity using combination of intensity and wavelength dual coding technique," IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 11, pp. 1638-1640, (1999) 
    5. A. D. Kersey and W. W. Morey, "Multi-element Bragg-grating based fiber-laser strain sensor," Electron. Lett. Vol. 29, No. 11, pp. 964-966, (1993) 
    6. S. Abad and M. Lopez-Amo, "Fiber Bragg rating - based self-referencing technique for wavelength-multiplexed intensity sensors," Optics Lett. Vol. 17, No. 4, pp. 222-224, (2002) 
    7. X. Wan, and H. F. Taylor, "Monitoring and multiplexing technique for interferometic fiber optic sensors using a linearly chirped Er:Fiber laser," Appl. Opt. Vol. 41, pp. 7607-7611, (2002) 
    8. Po Zhang, H. H. Cerecedo-Nunez, B. Qi, G. Rdo-ell and Anbo Wang, "Optical time-domain reflectometry interrogation of multiplexing low-reflectance Bragg grating-based sensor system," Optical Engin. Vol. 42, No. 6, (2003) 
    9. D. A. Jackson, A. B. L. Ribeiro, L. Reekie, and J. L. Archambault, "Simple multiplexing scheme for fiber-optic grating sensor network," Optics Lett. Vol. 18, pp. 1192-1194, (1993) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kwon, Il-Bum ; Byeon, Jong-Hyun ; Jeon, Min-Yong 2016. "Measurement of Distributed Temperature and Strain Using Raman OTDR with a Fiber Line Including Fiber Bragg Grating Sensors" 비파괴검사학회지 = Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, 36(6): 443~450     

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