Abstract
A fiber optic sensor is prospective to be applied to structural health monitoring. Especially, a fiber Bragg grating(FBG) sensor is one of the most popular sensors for the structural health monitoring. The FBG sensor has several demodulation systems for tracking the shift of the Bragg wavelength. The dynamic bandwidth is dependent on the demodulation system. In this paper, the sensing mechanism is that the slope of the optical spectrum of FBG could be used as its sensitivity when the tunable laser shot the monochromatic laser wavelength at the highest slope point. In this technique, the high sensitivity is guaranteed even though the sensing range is limited. In an example of the application, the composite plate embedding a FBG sensor was manufactured by using an autoclave method and the above sensing mechanism was applied to the composite plate. Firstly, the natural frequencies of the plate were successfully measured by the FBG sensor during the impact hammer test. Secondly, a high-power speaker was used to force the plate to be vibrated at the specific frequency that was one of the natural frequencies. During the shaking, the FBG sensor measures the dynamic characteristics and ESPI was also used to measure the mode shape. From the two dynamic tests, the availability of the FBG sensor system and the ESPI was proven as a technique for measuring the dynamic characteristics of composite structure.
광섬유 센서는 구조 건전성 감시 분야에 적용되는 유망한 센서 시스템이다. 특히 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서는 본 분야에 있어 가장 각광받는 센서들 중에 하나이다. 이러한 FBG 센서는 브래그 파장의 이 동량을 알아내는 방법에 따라 다양한 시스템 구성이 가능하다. 또한 센서 시스템의 동특성은 이러한 시스템에 의해 결정된다. 본 논문에서는 FBG 센서의 브래그 파장 스팩트럼 최대 경사부에 단일 파장 레이저의 중심 파장을 맞춰 놓을 경우, 센서의 경사도가 센서 감도로 작용할 수 있다는 측정 원리를 이용하였다. 이러한 원리는 전체 측정 범위의 한계는 있지만 높은 민감도를 보장한다. 본 측정 원리의 적용 예로서, FBG 센서를 삽입한 복합재 평판을 오토클래이브를 이용해 제작하고 앞서 설명한 측정 원리를 적용하였다. 첫째로 삽입된 FBG 센서를 이용해 충격 망치로 가격된 복합재 평판의 고유 진동수를 성공적으로 측정하였다. 둘째로 고출력 스피커를 이용해 앞서 측정된 고유진동수 중 하나의 특정 주파수로 복합재 평판을 강제 가진 시켰다. 이때 발생하는 구조 진동을 FBG 센서로 측정하였고 동시에 ESPI 측정 시스템을 이용해 진동 모드 형상 역시 성공적으로 측정하여 복합재 구조물의 동특성을 파악하였다. 따라서, 이러한 두 실험을 통해 FBG 센서 시스템과 ESPI 측정 시스템이 복합재 구조물의 동특성 측정에 매우 유용한 기술임을 증명하였다.
