KR100614824B1

KR100614824B1 - 광케이블을 이용한 감지시스템

Info

Publication number: KR100614824B1
Application number: KR1020060016151A
Authority: KR
Inventors: 전홍기
Original assignee: (주)폼가드; 전홍기
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2006-08-22
Anticipated expiration: 2026-02-20
Also published as: US20070194915A1

Abstract

본 발명은 광케이블을 이용한 감지시스템으로, 외부의 침입을 감지하는 센서부(10)와, 상기 센서부(10)의 감지를 전달받는 지역감시통제기(20)와, 상기 지역감시통제기(20)를 제어하는 중앙감시통제기(50)를 포함하며, 신뢰도가 높을 뿐만 아니라 날씨 등 환경에 따른 영향이 적고 각종 지역을 구분하지 않고 설치가 가능하고 유지보수가 용이한 이점이 있다.

광, 광케이블, 센서펜스, 감시통제기, 경보부, OTDR(Optical Time Domain Reflectometerr), RFI(radio frequency interference), EMI(Electro Magnetic Interference)

Description

광케이블을 이용한 감지시스템 {SENSING SYSTEM USING OPTICAL FIBER CABLE}

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 보인 개략도,

도 2는 본 발명의 블록도,

도 3은 도 2의 OTDR유닛에 대한 블록도,

도 4는 센서펜스의 확대도,

도 5는 광케이블의 절곡에 의한 파형변화를 표시하는 그래프,

도 6은 광케이블의 절단에 의한 파형변화를 표시하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 센서부 20 : 지역감시통제기

30 : 카메라부 40 : 경보부

50 : 중앙감시통제기

본 발명은 광케이블을 이용한 감지시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 신뢰도가 높을 뿐만 아니라 날씨 등 환경에 따른 영향이 적고 각종 지역을 구분하지 않고 설치가 가능하며 유지보수가 용이한 감지시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 침입자의 침투나 파괴, 또는 노후화나 충격에 의한 파괴 등의 감시는 많은 수의 인원과 비용을 필요로 한다. 또한, 감시자가 잠시 부주의 하거나 자리를 비울 때 경계에 실패할 수도 있으며, 악천후나 시계가 불완전한 야간의 경우에는 침투의 감시가 불가능할 수도 있다.

따라서, 이러한 군사경계나 중요 시설물의 인력에 의한 감시의 보조수단 또는 이 보다는 덜 주요한 시설물에 대한 감시수단으로 센서를 이용한 자동감시 시스템의 필요성이 대두되어 적외선 카메라나 폐쇠회로 텔레비젼(TV) 등이 등장하였으나, 감시점의 수에 비례하여 카메라와 모니터의 수가 증가하게 되므로 한계가 있고 모니터 요원의 상주를 요할 뿐만아니라 잠시 자리를 비우거나 부주의하면 감시에 실패할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 광케이블을 이용한 감지시스템도 사용되고 있으나, 정전이 일어나거나 침입자에 의하여 광케이블에 절곡이나 절단이 일어나면 보수가 완료될 때까지 시스템이 완전히 마비되는 문제점이 있고, 또 광케이블 이외의 요소를 교체하거나 보수하는 경우에도 시스템을 정지시켜야 하므로 이 기간 중에는 감지가 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신뢰도가 높을 뿐만 아니라 날씨 등 환경에 따른 영향이 적고 각종 지역을 구분하지 않고 설치가 가능하며 유지보수가 용이한 감지시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외부의 침입을 감지하는 센서부와 상기 센서부의 감지를 전달받는 지역감시통제기와 상기 지역감시통제기를 제어하는 중앙감시통제기를 포함하는 감지시스템에 있어서,
상기 센서부는 하나의 광케이블을 다수의 연결부재를 사용하여 그물망 형상으로 형성한 센서펜스와 외부의 침입을 감지하는 감지센서를 포함하고,
상기 지역감시통제기는 내부의 모든 데이터를 처리하고 시스템을 관리하는 중앙처리유닛과, 상기 중앙처리유닛에 연결되어 상기 센서부의 감지센서의 센싱을 감지하고 카메라부, 경보부 및 온도감지부를 제어하는 주변장치제어유닛과, 상기 센서부의 센서펜스에 연결되어 광케이블의 절곡 및 절단을 감지하여 광측정데이터 및 경보데이터를 생성하는 OTDR유닛과, 상기 중앙처리유닛에 연결되어 상기 주변장치제어유닛 및 OTDR유닛에서 감지 또는 생성한 광측정데이터 및 경보데이터를 중앙감시통제기에 전송하는 통신부와, 교류를 직류로 변환하여 각 유닛에 공급하는 전원공급유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 지역감시통제기는 자신의 제어에 따라 해당지역을 촬영하는 카메라부와 경보음을 발하는 경보부와 주변의 온도를 감지하는 온도감지부를 더 포함할 수 있다. 상기 카메라부는 디지털, 아날로그 카메라 및 CCTV를 각각 또는 혼용하여 사용할 수 있으며, 상기 경보부는 경보등, 사이렌, 알람 등을 사용할 수 있다.
상기 센서펜스와 상기 OTDR유닛과의 세부연결은 OTDR유닛에 광커넥터가 연결되고 광커넥터에 상기 센서펜스의 광케이블의 일단이 연결된다. 상기 광케이블의 타단에는 유사시에 상기 광커넥터를 대신하여 상기 OTDR유닛에 연결되는 마감커넥터가 구비된다.

삭제

한편, 상기 지역감시통제기와 상기 중앙감시통제기를 연결하는 통신망은 이더넷, 인터넷, 랜, 네트워크 등이나, 이더넷이 가장 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 도면을 토대로 설명한다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 보인 개략도이고, 도 2는 본 발명의 블록도이며, 도 3은 도 2의 OTDR유닛에 대한 블록도이고, 도 4는 센서펜스의 확대도이다. 도 5는 광케이블의 절곡에 의한 파형변화를 표시하는 그래프이고, 도 6은 광케이블의 절단에 의한 파형변화를 표시하는 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광케이블을 이용한 감지시스템은 외부의 침입을 감지하는 센서부(10)가 설치되고, 센서부(10)의 감지를 전달받는 지역감시통제기(20)가 설치되어 센서부(10)와 연결되며, 지역감시통제기(20)와 연결되어 지역감시통제기(20)를 제어하는 중앙감시통제기(50)가 설치된다.
지역감시통제기(20)에는 자신의 제어에 따라 해당지역을 촬영하는 카메라부(30), 경보를 발하는 경보부(40) 및 주변의 온도를 감지하는 온도감지부(70)가 설치된다.

지역감시통제기(20)는 광측정데이터 및 경보데이터를 중앙감시통제기(50)에 전송하고, 중앙감시통제기(50)는 지역감시통제기(20)로부터 전송되는 데이터를 분석하여 침입위치를 파악한다. 경보부(40)는 지역감시통제기(20) 또는 중앙감시통제기(50)에 설치되어 지역감시통제기(20) 또는 중앙감시통제기(50)의 제어에 따라 경보를 발한다.
온도감지부(70)는 지역감시통제기(20) 주변의 온도를 측정하여 지역감시통제기(20)를 통하여 중앙감시통제기(50)에 전송하며 중앙감시통제기(50)에서는 전송받은 온도가 지역감시통제기(20)를 해칠 수 있는 온도라고 판단되면 적절한 조치를 취한다.

한편, 중앙감시통제기(50)는 지역감시통제기(20)와 통신망을 통해 연결되며, PC(51)와 모니터(53)를 구비하고, 이 PC(51)에 센서펜스(13)의 이상 광신호를 분석하는 소프웨어가 탑재되어 있어 외부의 침입을 감지하고 경보를 발할 수 있다. 또한, 중앙감시통제기(50)는 상위보안시스템(60)과 연계하여 대응할 수도 있다. 여기서, 상위보안시스템(60)은 보안경비업체 또는 경찰서 등이다.

센서부(10)는 광(라이트웨이브펄스)을 입사시켜 절곡 및 절단을 감지하는 하나의 광케이블(15)로 이루어진 센서펜스(13)와 외부의 침입을 감지하는 감지센서(11)로 구성된다.
여기서, 센서펜스(13)는 원하는 경계지역에 다수의 지주(1)를 설치하고, 이 지주(1)에 하나의 광케이블(15)과 다수의 연결부재(16)를 사용하여 망 형상의 블록으로 형성한다. 필요한 경우에는 다수의 지주(1)를 설치하여 여러 블록의 센서펜스(13)를 설치할 수도 있다. 단위블록의 센서펜스(13)의 높이는 약 2.5 미터 정도, 폭은 약 400 미터 정도로 하며, 센서펜스(13)의 단위 블록마다 카메라부(30)를 설치한다. 센서펜스(13)의 광케이블(15)의 일단은 지역감시통제기(20)에 연결되고, 타단은 자유롭게 두거나 마감커넥터(19)를 이용하여 마감한다.
감지센서(11)는 센서펜스(13)를 설치하지 못하는 위치에 주로 설치하며, 적외선센서, 광센서, 압력센서 중 어느 하나 또는 이들을 혼용할 수 있다.
이러한 센서펜스(13) 및 감지센서(11)와 카메라부(30)는 지역감시통제기(20)에 의해 제어되며, 지역감시통제기(20)는 통신망을 통하여 중앙감시통제기(50) 또는 상위보안시스템(60)에 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지역감시통제기(20)는 내부의 모든 데이터를 처리하고 시스템을 관리하는 중앙처리유닛(21)이 구비되고, 중앙처리유닛(21)에는 센서부(10)의 감지센서(11)의 센싱을 감지하고 카메라부(30)와 경보부(40) 및 온도감지부(70)를 제어하는 주변장치제어유닛(23)이 연결되고, 주변장치제어유닛(23)에는 센서부(10)의 센서펜스(13)에 연결되어 광케이블의 절곡 및 절단을 감지하여 광측정데이터 및 경보데이터를 생성하는 OTDR유닛(100)이 연결된다.
또, 중앙처리유닛(21)에는 주변장치제어유닛(23) 및 OTDR유닛(100)에서 감지 또는 생성한 광측정데이터 및 경보데이터를 통신망을 통해 중앙감시통제기(50)에 전송하는 통신부(29)가 연결되고, OTDR유닛(100)에는 교류를 직류로 변환하여 각 유닛에 공급하는 전원공급유닛(27)이 연결된다. 한편, 주변장치제어유닛(23) 및 OTDR유닛(100)은 각각 필요한 수만큼 설치된다.
여기서, 중앙처리유닛(21)은 통신부(29), 주변장치제어유닛(23), OTDR유닛(100) 및 전원공급유닛(27)을 제어한다. 그리고, 전원공급유닛(27)은 사용전원에 이상이 발생하면 자동으로 절체되는 이중전원장치로 구성된다. 이와 같은 지역감시통제기(20)는 핫스왑(HOT SWAP)방식을 채용하여 전원이 인가된 상태에서 고장이 난 주변장치제어기 또는 OTDR 등을 교체할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, OTDR유닛(100)은 광을 발생시키는 광다이오드(111)와, 광다이오드(111)를 구동시키는 펄스생성기(113)와, 광다이오드(111)의 온도를 제어하는 송신부온도제어기(115)가 상호 연결되어 이루어진 광송신부(110)가 구비된다.

삭제

또, 광신호를 전기신호로 변환하는 포토다이오드(151)와, 포토다이오드(151)에서 입력되는 전기신호를 증폭시키는 전치증폭기(153)와, 전치증폭기(153)에서 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(155)와, 포토다이오드(151)의 온도를 제어하는 수신부온도제어기(157)가 상호 연결되어 이루어진 광수신부(150)가 구비된다.

위의 광송신부(110) 및 광수신부(150)는 광을 분배하는 광분배기(130)에 연결되며, 광분배기(130)는 광송신부(110)에서 발생되는 광과 광수신부(150)에서 수신하는 광을 분배한다. 또, 광분배기(130)와 센서부(10)의 센서펜스(13)를 연결하는 광커넥터(131)가 구비되어 광송신부(110)의 광을 센서부(10)의 센서펜스(13)로 전송하고 센서펜스(13)에서 반송되는 광을 광수신부(150)로 전송한다.

또, 광송신부(110) 및 광수신부(150)에 연결되어 광수신부(150)의 A/D변환기(155)에서 변환된 디지털신호를 고속으로 처리하여 데이터를 생성하고 자료화하는 디지털신호처리기(171)와, 디지털신호처리기(171)에서 전송되는 데이터를 연산 및 역산하는 연산부(175) 및 역산부(177)와 디지털신호처리기(171)에서 전송되는데이터가 어느 커넥터를 통해 전송되는지 감지하는 감지부(179)를 갖으며, 송신부온도제어기(115) 및 수신부온도제어기(157)를 제어하는 주프로세서(173)로 이루어진 프로세서부(170)가 구비된다.
또한, 프로세서부(170)에 연결되어 전원공급유닛(27)으로부터 전원을 공급받는 인터페이스(180)가 구비된다.
이와 같은 OTDR유닛(100)의 작용은 아래와 같다.
먼저, OTDR유닛(100)의 펄스생성기(113)에 의해 광다이오드(111)가 광을 발생시키면 광분배기가(130)가 광커넥터(131)를 통하여 광케이블(15)에 광을 송신한다. 이때, 송신부온도제어기(115)가 광다이오드(111)의 온도를 제어한다. 그리고, 센서펜스(13)에서 이상이 발생되어 외곡된 광이 광수신부(150)의 포토다이오드(151)에 전기신호로 수신되면, 전치증폭기(153)에서 수신된 전기신호를 증폭시키고, 증폭된 전기신호는 A/D변환기(155)에 의해 아날로그신호에서 디지털신호로 변환된다. 이때, 수신부온도제어기(157)가 포토다이오드(151)의 온도를 제어한다.
그리고, 이와 같이 변환된 디지털신호를 프로세서부(170)의 디지털신호처리기(171)가 고속으로 처리하여 데이터를 생성하고 디지털신호처리기(171)에서 전송되는 데이터를 주프로세서(173)의 연산부(175) 또는 역산부(177)에서 연산 또는 역산하여 거리를 계산하여 침입지역을 파악한다. 이때, 주프로세서(173)는 디지털신호처리기(171)와 및 송/수신부온도제어기(115)(157)를 제어한다.
본 발명의 OTDR유닛(100)은 광케이블(15)의 절곡에 의한 변형된 파형과 절단에 의한 광손실을 측정하여 외부인의 침투위치를 파악한다. 즉, OTDR유닛(100)은 후방 산란법을 이용하는 것으로, 광섬유를 도파하는 광신호는 레일리산란, 파단점 출구측 경면효과 등에 의해 산란 및 반사되어 후진한다. 이 후진한 광신호성를 입력광신호와 비교함으로써 광손실의 측정이 가능하다.
도 4는 OTDR유닛(100)에 연결된 센서펜스(13)를 보인 도면으로, 하나의 광케이블(15)을 다수의 연결부재(16)를 이용하여 그물망 형상으로 연결하여 설치한 상태를 보여주고 있다. 여기서, 광케이블(15)의 일단은 OTDR유닛(100)에 연결되고, 타단은 자유롭게 두어도 된다. 그러나, 광케이블(15)의 타단을 연장시켜 OTDR유닛(100)의 가까운 부분에 위치시키고, 이 광케이블(15)의 타단에 별도의 마감커넥터(19)를 이용하여 마감처리하는 것이 좋다.
이 마감커넥터(19)는 OTDR유닛(100)과 광케이블(15)을 연결하는 광커넥터(131)를 대신하는 여분의 커넥터이다. 즉, 광커넥터(131)에 가까운 광케이블(15)에 파손되면, 광케이블(15)의 타단에 연결된 마감커넥터(19)를 OTDR유닛(100)에 연결시켜 사용한다.
광케이블(15)이 절단된 경우에는 주프로세서(173)의 연산부(175)에서 반송된 광신호를 이용하여 거리를 계산하여 침입지역을 파악하며, 마감커넥터(19)를 OTDR유닛(100)에 연결한다. 이 상태에서 재차 광케이블(15)의 절단이 발생하면 주프로세서(173)의 역산부(177)에서 거리를 역으로 계산하여 두 번째 침투지역을 파악한다. 이때, 주프로세서(173)의 감지부(179)에 의해 광커넥터(131)인지 마감커넥터(19)인지가 구분된다. 이를 위해 광커넥터(131)를 연결하는 부분과 마감커넥터(19)를 연결하는 부분을 달리한다.
이와 같이 광커넥터(131)에 가까운 쪽에서 광케이블(15)이 파손되면, 광케이블(15)의 타단에 연결된 마감커넥터(19)를 OTDR유닛(100)에 연결시켜 사용할 수 있으므로 절단된 광케이블(15)의 나머지부분을 감시하면서 절단된 부분을 보수할 수 있다.
도 5는 광케이블의 절곡에 의한 파형변화를 표시하는 그래프로써, 외력 즉 당김 또는 구부러짐 등의 절곡에 의한 파형의 변화를 보여주고 있다. 즉, 도면의 왼쪽에서 오른쪽으로 파형그래프가 흐르다가 어느 구간(점선부분)에서 파형의 변화가 나타나는 것은 광케이블(15)의 특정 부분에 절곡이 발생된 상태를 보이는 것으로 감시자가 이를 확인할 수 있다. 설정된 곡률반경 이하로 광케이블(15)이 절곡되면 광신호가 왜곡되게 되므로, 이에 의해 광케이블(15)이 절곡된 부분을 감지하게 된다.
도 6은 광케이블의 절단에 의한 파형변화를 표시하는 그래프로써, 절단에 의한 파형의 변화를 보여주고 있다. 도면의 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르다가 오른쪽 끝에서 아래로 다운되는 파형그래프는 광케이블(15)이 정상인 상태를 나타낸 것이고, 왼쪽에서 시작되자마자 아래로 다운되는 파형그래프는 광케이블(15)이 절단된 상태를 보이는 것으로 감시자가 이를 확인할 수 있다.
본 발명의 센서펜스(13)에 침입자가 침입하여 센서펜스(13)의 광케이블(15)을 가압하거나 절단하면 OTDR유닛(100)이 이를 감지하고 OTDR유닛(100)과 연결된 주변장치제어유닛(23)이 카메라부(30)와 경보부(40)를 작동시킨다. 또한, OTDR유닛(100)은 통신부(29)를 통하여 센서펜스(13)에서 감지한 위치데이터를 중앙감시통제기(50)에 전송한다.
이때, 보안담당자는 중앙감시통제기(50)의 모니터(53)에 표시되는 도 5 및 도 6의 그래프를 통하여 광케이블(15)에서 절곡 또는 절단이 발생된 위치를 파악할 수 있다. 따라서, 보안담당자는 단독으로 또는 상위보안시스템(60)과 연계하여 침입자에 대해 적절한 조치를 취할 수 있다.
본 발명은 경사, 굴곡, 암반, 모래, 평지, 산악지형 등 각종 지역에 설치할 수 있고, 블록 단위로 형성된 다수의 센서펜스(13)를 연속적으로 배치하고 각각의 센서펜스(13)를 각각의 OTDR유닛(100)과 연결하면 넓은 지역을 감시할 수 있다. 또 광케이블(15)은 그 심선이 유리재질이므로 광케이블(15)이 절단된 경우 절단된 광케이블(15)의 양단을 융착기(미도시)로 융착시켜 연결할 수 있어 광케이블(15)의 유지보수가 용이하다.

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위에서 본 발명을 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 그 기술사상을 바탕으로 여러 가지 변형 또는 수정이 가능하며 이 또한 본 발명의 범주에 속한다.

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본 발명은 광케이블 망을 이용하는 감지시스템으로 침입의 감지가 용이할 뿐만 아니라 신뢰도가 높고 날씨 등 환경에 따른 영향이 적은 이점이 있다.
또, 본 발명은 평지나 산악지형 등 각종 지역에 설치할 수 있고, 유지보수가 용이한 이점이 있다.
또, 본 발명은 광커넥터에 가까운 쪽에서 광케이블이 파손되더라도 타단에 연결된 마감커넥터를 OTDR유닛에 연결시켜 사용할 수 있어 나머지부분을 감시하면서 절단된 부분을 보수할 수 있는 이점이 있다
또한, 본 발명의 지역감시통제기는 핫스왑(HOT SWAP)방식을 채용하여 전원이 인가된 상태에서도 고장난 OTDR 등 부품을 보수할 수 있고, 전원공급유닛은 사용전원에 이상이 발생하면 자동으로 절체되는 이중전원장치이어서 무정전으로 전원을 공급할 수 있는 이점이 있다

Claims

외부의 침입을 감지하는 센서부와 상기 센서부의 감지를 전달받는 지역감시통제기와 상기 지역감시통제기를 제어하는 중앙감시통제기를 포함하는 감지시스템에 있어서,

상기 센서부는 하나의 광케이블을 다수의 연결부재를 사용하여 그물망 형상으로 형성한 센서펜스와 외부의 침입을 감지하는 감지센서를 포함하고,

상기 지역감시통제기는 내부의 모든 데이터를 처리하고 시스템을 관리하는 중앙처리유닛과; 상기 중앙처리유닛에 연결되어 상기 센서부의 감지센서의 센싱을 감지하고 카메라부, 경보부 및 온도감지부를 제어하는 주변장치제어유닛과; 상기 센서부의 센서펜스에 연결되어 광케이블의 절곡 및 절단을 감지하여 광측정데이터 및 경보데이터를 생성하는 OTDR유닛과; 상기 중앙처리유닛에 연결되어 상기 주변장치제어유닛 및 OTDR유닛에서 감지 또는 생성한 광측정데이터 및 경보데이터를 중앙감시통제기에 전송하는 통신부와; 교류를 직류로 변환하여 각 유닛에 공급하는 전원공급유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 광케이블을 이용한 감지시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 지역감시통제기가 자신의 제어에 따라 해당지역을 촬영하는 카메라부와 경보음을 발하는 경보부와 주변의 온도를 감지하는 온도감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광케이블을 이용한 감지시스템.
삭제
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 OTDR유닛에는 광커넥터가 연결되고 상기 광커넥터에는 상기 센서펜스의 광케이블의 일단이 연결되며, 상기 광케이블의 타단에는 유사시에 상기 광커넥터를 대신하여 상기 OTDR유닛에 연결되는 마감커넥터가 구비된 것을 특징으로 하는 광케이블을 이용한 감지시스템.
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