준분산 감지란 무엇인가요?

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이것은 어디서나 측정할 수 있는 분산형 감지(Distributed Sensing, DTS)와 어떤 차이가 있나요?

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광섬 센싱 엔지니어링 분야에서 **준분산형 광섬 센싱(Quasi-Distributed Sensing)**과 **전분산형 광섬 센싱(Fully Distributed Sensing, 일반적으로 DTS 등 기술을 지칭)**은 모두 광섬을 전송 매체로 사용하지만, 그 근본적인 물리적 메커니즘, 공간적 연속성 및 응용 시나리오에는 본질적인 차이가 있습니다.

두 기술의 핵심 비교 및 물리적 분석은 다음과 같습니다.

1. 개념 및 공간 연속성의 핵심 차이

  • 전분산형 광섬 센싱(Fully Distributed Sensing, 예: DTS)
    • 원리: 전체 광섬이 전송 매체이자 ‘연속적인 센서’ 역할을 합니다.
    • 특징: 광섬의 어느 지점(모든 곳)이 물리량 측정에 참여합니다.
    • 위치 결정 메커니즘: 광 시간 영역 반사(OTDR) 또는 광 주파수 영역 반사(OFDR) 기술을 사용하여, 광섬 내에서 빛이 전송되는 시간 차이 또는 주파수 차이에 따라 물리량 변화가 발생하는 특정 공간 위치를 결정합니다. 이는 광섬 내부의 격자 진동이나 밀도 요동으로 인해 발생하는 고유한 후방 산란광(예: 라만 산란 Raman, 브릴루앙 산란 Brillouin 또는 레일리 산란 Rayleigh)을 수집하여 측정합니다.
  • 준분산형 광섬 센싱(Quasi-Distributed Sensing, 예: FBG)
    • 원리: 센서는 광섬의 '특정 이산점’에만 분포하며, 광섬 자체는 센싱에 참여하지 않습니다.
    • 특징: 일반적으로 단일 광섬의 특정 위치에 여러 개의 광섬 격자(FBG)를 기록하여 '센서 스트링/어레이’를 형성합니다. 격자가 기록된 지점(측정점)에서만 온도, 변형률 등의 데이터를 얻을 수 있으며, 두 격자 사이의 일반 광섬 부분은 센싱 능력이 없습니다(측정 공백 구간).
    • 위치 결정 메커니즘: 주로 파장 분할 다중화(WDM) 기술을 사용하여 각 격자에 고유한 초기 반사 파장 \lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda 을 부여하고, 복조기는 서로 다른 스펙트럼 파장을 인식하여 각 측정점의 위치를 구분합니다.

2. 기술 지표 및 성능 비교

지표 차원 준분산형 광섬 센싱(FBG 시스템 예시) 전분산형 광섬 센싱(Raman-DTS / OFDR 예시)
물리 신호 메커니즘 광섬 격자의 좁은 대역 반사(매우 강한 신호) 광섬 자체의 고유 후방 산란(매우 약한 신호)
공간 연속성 이산 다중점, 측정점 사이에 측정 공백 구간 존재 공간적으로 완전 연속, 이론적으로 측정 공백 구간 없음
측정 속도(샘플링 속도) 매우 빠름. 데이터 샘플링 주파수는 일반적으로 10 \text{ Hz} 에서 100 \text{ Hz} , 심지어 \text{kHz} 수준까지 가능하여 동적 진동 또는 순간적인 과정 측정에 매우 적합합니다. 상대적으로 느림. 후방 산란 신호가 일반적으로 -50 \text{ dB} 이하이므로 많은 광 펄스 축적 및 신호 평균화가 필요하며, 단일 완전 스캔에는 일반적으로 수초에서 수분(특수 DAS 제외)이 소요됩니다.
단일 채널 측정점 한계 복조기 광원의 파장 대역폭(일반적으로 1525\text{ nm} 에서 1565\text{ nm} 의 40\text{ nm} 대역폭)에 따라 제한되며, 인접 측정점의 파장 겹침을 방지하기 위해 단일 광섬은 일반적으로 5 에서 10 개의 측정점으로 제한됩니다. 거의 무제한. 10 \text{ km} 의 광섬은 1\text{ m} 의 공간 해상도로 10,000 개의 연속적인 측정점을 가집니다.
정밀도 및 신호 대 잡음비 반사율은 일반적으로 10\% 에서 99\% 이상이며, 반사 스펙트럼 라인이 가파르고 매우 높은 신호 대 잡음비, 파장 해상도 및 측정 정밀도를 가집니다. 신호가 미약하여 잡음 및 장거리 광섬 손실의 영향을 받기 쉬우며, 미약한 신호를 추출하기 위해 복잡한 알고리즘이 필요합니다.

3. DaCheng YongSheng (OFSCN®) 관련 제품 및 응용

DaCheng YongSheng (OFSCN®)은 두 가지 기술 방향 모두에서 고성능, 고신뢰성의 패키지 센서, 센싱 광케이블 및 복조 시스템을 제공합니다:

A. 준분산형 센싱 시스템 관련 제품

여러 지점에서 고속, 고정밀의 국소 이산 물리량 측정이 필요한 경우, 광섬 격자(FBG) 기반의 준분산형 센서 스트링 및 복조기를 선택하는 것이 좋습니다:

  1. OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor

  2. OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor

    • 기술적 장점: 다중 측정점 직렬 설계를 지원하며 극한의 고온 환경에서 우수한 파장 안정성을 제공합니다. 단일 센서 내 5 개 이하의 측정점을 권장합니다.

  3. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter)

    • 기술적 장점: 준분산형 변형률 모니터링을 위해 특별히 설계되었으며, 다중 측정 구간 맞춤 설정이 가능합니다.

  4. OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator

B. 완전 분산형 센싱 시스템 관련 제품

‘라만 산란 Raman-DTS’ 또는 ‘레일리 산란 OFDR’ 기반의 완전 분산형 센싱 장비를 사용하는 경우, DaCheng YongSheng (OFSCN®)에서 제공하는 특수 이음매 없는 강철 튜브 분산형 센싱 광케이블은 장거리, 완전 연속 측정에 안정적인 물리적 보호를 제공합니다.

  1. OFSCN® 200°C Distributed Fiber Temperature Sensor

  2. OFSCN® 85°C Distributed Fiber Temperature Sensor

  3. OFSCN® 300°C Distributed Fiber Temperature Sensor

  4. OFSCN® 700°C OFDR Micro All-Metal Strain Sensor

4. 요약 및 선택 가이드

  • '전체 추세’를 측정해야 할 때 (예: 댐 전체 누수, 장거리 송유관 누출, 터널 화재 감시): **전분산형 광섬 센싱(DTS)**이 유일하게 가능한 솔루션입니다. 누수가 어느 지점에서 발생할지 예측할 수 없기 때문입니다.
  • '국소적 고주파, 정밀 세부 사항’을 측정해야 할 때 (예: 배터리 셀 국소 온도 상승, 의료 기기 삽입 과정에서의 힘, 고속 교량 또는 날개 진동 모니터링): FBG 기반의 준분산형 광섬 센싱은 초고 신호 대 잡음비와 매우 빠른 물리적 응답 속도로 인해 더 나은 엔지니어링 선택입니다.