• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.429-434
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• 2018

본 연구에서는 구조물에 부착된 분포형 광섬유 센서의 변형률을 정밀하게 분석하기 위해 위치에 따른 변형률의 변화를 고려하여 광섬유 센서의 변형률 전달률을 분석하였다. 표면에 부착된 코팅된 광섬유 센서의 모델로부터 해석적으로 광섬유 센서의 변형률 전달률을 유도하였으며, 유도된 변형률 전달률은 유한요소해석을 통해 수치적으로 해석한 결과와 비교 검증하였다. 주 구조물의 변형률이 동일한 파장을 가지며 변하는 경우 센서의 변형률 전달률은 위치에 따라 동일한 값을 보였으며, 따라서 변형률 분포의 형상은 왜곡되지 않는다. 하지만 위치에 따라 변형률 파장이 변하면 변형률의 전달률이 위치에 따라 달라져 변형률 분포의 형상이 왜곡될 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 얻어진 파장에 따른 변형률 전달률은 분포형 광섬유 센서로부터 주 구조물의 변형률 분포를 정밀하게 추정하는데 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.704-707
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• 2010

구조 건전성 모니터링에 사용되는 기존 센서들의 문제점을 극복하고 높은 분해능과 동특성 모니터링에 대한 이점을 지닌 FBG센서는 구조물 모니터링에 있어 큰 이점을 지니고 있다. FBG 센서는 점 센서라는 한계 때문에 구조물의 전체적인 변형률 및 응력 평가에 어려움이 있을 수 있다. 본 연구에서는 FBG 센서로부터 계측한 변형률 값들로부터 임의의 하중조건에서 철골 보의 변형률 분포를 추정하는 기법을 제시하였다. 임의의 개별 하중조건에 대해 FBG 센서로 계측된 값을 통해 센서의 부착 위치와 최소 필요 개수를 결정하고 변형률 추정식을 유도함으로써 FBG 센서의 계측 기법에 대한 기준을 세웠다. 나아가 임의의 조합 하중이 작용하는 실제의 경우를 고려하여 철골 보의 변형률 분포를 추정하는 보다 일반화된 수학적 모델을 제시하였다. 그리고 예제를 통하여 본 연구에서 제시한 변형률 분포 추정 모델을 검증하였다.

• 센서학회지
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• 제9권2호
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• pp.96-105
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• 2000

광섬유 TR-EFPI(total reflected extrtinsic Fabry-Perot interferometric) 센서가 빌딩, 교량, 항공기 등의 구조물의 변형률을 측정하기 위하여 개발되어졌다. 기존의 광섬유 EFPl(extrinsic Fabry-Perot interferometric) 센서는 그 신호가 변형률의 변화에 따라 정현파 형태로 출력되기 때문에 변형률의 증가 또는 감소를 구별하기 어렵다. 또한 절대 변형률은 이러한 단순한 광섬유 EFPI 센서로는 측정이 불가능하다. 본 연구에서는 변형률의 크기와 방향을 측정하기 위해서 광섬유 EFPI 센서를 전반사형 탐촉자로 개조한 광섬유 TR-EFPI 센서를 구성하였다. 이 광섬유 TR-EFPI 센서의 탐촉자는 모세유리관 안에 공기간극을 이루는 단일모드 광섬유(single mode fiber)와 거울코팅 광섬유(mirror coated fiber)에 의하여 구성된다. 이 광섬유 TR-EFPI 센서의 광출력 신호로부터 변형률의 크기와 방향을 결정하기 위하여 필요한 정보를 얻을 수 있다. 광섬유 TR-EFPI 센서로부터 구한 변형률과 전기저항형 변형률 게이지에 의한 변형률을 비교하기 위하여 광섬유 TR-EFPI 센서를 구성하고 알루미늄보 위에 전기저항형 변형률 게이지와 동일한 위치에 적용하여 만능시험기를 사용하여 하중 증가-감소에 따른 변형률 측정 실험을 수행하였다. 이 실험을 통하여 광섬유 TR-EFPI 센서에 의하여 구한 변형률은 전기저항형 변형률 게이지에 의한 변형률과 잘 일치함을 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제25권5호
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• pp.356-361
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• 2005

본 연구에서 개발한 온도 보상형 double FBG 센서는 서로 다른 브래그 파장을 갖는 두개의 FBG 센서를 직렬로 연결하여 다양한 열적 조건하에서 구조물의 기계적 변형률만을 실시간으로 측정하기 위한 센서이다. 이 센서를 알루미늄 보에 접착하여 다양한 온도 조건에서 변형률 측정 실험을 수행하고, 결과 값을 전기 저항식 변형률 게이지의 결과 값과 비교하였다. 본 연구에서 제작한 온도보상형 double FBG 센서는 온도의 변화에 영향을 받지 않고 기계 변형률 측정을 잘 수행하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권3호
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• pp.32-38
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• 2005

FBG 센서는 다중화의 큰 장점으로 인해 다른 여러 광섬유 센서에 비해 더욱 활발한 연구가 진행 되어오고 있다. FBG 센서는 센서 피크 신호의 파장 이동량을 감지함으로써 변형률, 온도 등의 물리량을 측정하는 복조기법을 가지고 있다. 하지만, 센서를 구조물에 부착 혹은 삽입 적용하는 과정에서 구조물의 기하학적인 특성이나 결함 등에 의해 구조물에 변형률 구배가 발생할 수 있으며 이는 센서의 격자 부분에 작용할 경우 센서 피크 신호의 안정성에 영향을 미처 측정 오차로 작용하게 된다. 본 연구에서는 FBG 센서의 격자 부분에 변형률 구배가 작용할 경우 변형률 구배에 따른 FBG 센서의 신호 특성을 고찰하였고 또한 격자의 길이와 변형률 구배의 상관관계에 대해 알아보았다. 이를 통해, 변형률 구배가 작용할 경우 FBG 센서의 적절한 사용 영역을 FBG 센서의 격자 길이에 따라 정량적으로 제시하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권6호
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• pp.30-35
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• 2003

본 논문에서는 편광 유지 광섬유 브래그 격자(PMFBG) 센서를 제작하고 신호특성을 파악하였으며, 횡방향 변형률(transverse strain)을 측정하였다. PMFBG 센서는 위상 마스크와 엑시머 레이저를 이용해서 제작하였으며, 반사파는 내부 복굴절율의 영향으로 기존의 FBG 센서와 다르게 두개의 피크를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 PMFBG 센서는 자체적으로 2개의 광축을 가지고 있으므로 이 광축을 찾는 실험을 수행하였다. 제작된 PMFBG 센서를 에폭시 시편에 삽입하여, 센서에 가해지는 횡방향 변형률을 측정하였다. PMFBG 센서의 광원으로서 파장 이동 광섬유 레이저(WSFL)를 사용하였다. 실험결과, PMFBG 센서로 측정된 변형률은 스트레인 게이지로 측정한 변형률과 잘 일치하였다.

• 센서학회지
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• 제10권6호
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• pp.304-309
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• 2001

콘크리트 구조물의 내부 변형률을 측정할 수 있는 광섬유 간섭계 센서가 개발되어졌다. 광섬유 간섭계 센서는 11 mm 길이의 광섬유 Fabry-Perot 간섭계를 2 mm 지름의 스텐레스 강관 내부에 접착제로 고정하여 만들었다. 제작된 변형률 센서들은 $100{\times}100{\times}500\;mm^3$ 크기의 콘크리트 구조물 내부에 삽입되어 외부에서 구조물에 압력을 인가했을 때 구조물 내부의 변형률을 측정하였다. 센서들의 출력은 변형률 변화에 따라 선형적으로 변화하였다. 이를 바탕으로 실제 교량에 적용하여 변형률 센서의 광출력 특성을 살펴본 결과 우수한 변형 감지 특성을 보였으며, 실제 구조물에서 원거리측정에 이용도 가능하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.700-703
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• 2010

일반적으로 구조부재의 안전성 평가는 계측된 센서의 변형률로부터 부재의 최대응력 또는 부재력 수준을 결정하고 설계기준에 의한 부재의 허용응력 또는 설계 강도와의 비교에 의해서 이루어진다. 그러나 이러한 설계기준은 건물의 설계단계에서 미리 가정된 하중 및 부재의 강도에 대한 여러 확률분포 또는 안전율을 반영하여 작성된 것으로 실질적으로 센서로부터 측정한 데이터를 직접 설계기준에 반영하는 것은 합리적이지 못하다. 본 연구에서는 실제 센서로부터 측정되는 변형률을 이용하여 합리적으로 구조부재의 안전성 평가를 수행하기 위한 방법을 모색하고자 한다. 설계기준을 고려한 변형률 제한치, 저감계수가 도입되었으며 이에 추가적으로 센서와 관련한 계수를 도입하여 구조부재의 안전성 평가를 위한 방향을 제시한다.

• Composites Research
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• 제17권5호
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• pp.15-24
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• 2004

유리 섬유 강화 플라스틱 직교적층판의 내부층과 표피층의 길이방향 변형률을 삽입된 절대변형 외부 페브리 페로 간섭 센서를 이용하여 측정하였다. 투과식 광학현미경을 이용하여 삽입된 A-EFPI 센서 주위의 파손거동을 관찰하였다. 시험편 표면부의 변형률 측정을 위해 포일 형식의 스트레인 게이지를 시험편 아래 위 표면부에 부착하였다. 또한 삽입된 A-EFPI 센서로 측정한 내부층과 표피층의 길이방향 변형률 값은 스트레인 게이지로 측정한 시험편 표면의 변형률 값 보다 다소 크게 나타났다. 균일 응력 모델을 기초로 한 3차원 유한요소해석을 통해 실험 결과의 타당성을 확인하였으며 내부층의 큰 변형률은 많은 횡단형 균열의 발생을 야기시켰는데 이로 인해 내부층에 삽입된 광섬유센서의 고장시 변형률이 급격히 낮아졌다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제8권6호
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• pp.1-5
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• 2008

피복이 없는 FBG센서는 내구성이 매우 약하기 때문에 FBG센서 주위의 피복이 없이는, 많은 변수가 존재하는 실제 자연환경에서의 정확한 데이터수집이 어렵다. Steel sleeve packaged FBG 변형률 센서는 토목공학에서 널리 사용되고 있는 센서 중 하나이다. 변형률과 온도가 동시에 측정되는 FBG센서의 도입 이후로, 변형률과 온도의 정확한 보정은 필수적인 과정이 되었다. 이 논문에서는 FBG의 변형률과 온도의 측정 원리에 기초하여 steel sleeve packaged FBG센서의 온도보정 기술을 도출하였다. 그리고 두개의 FBG센서를 이용한 콘크리트 초기재령의 건조수축 실험을 통해 온도보정의 실행 가능성을 확인하였다.