Two types of fiber-optic sensors, EFPI(extrinsic Fabry-Perot interferometer) and FBG(fiber Bragg grating), have been investigated for measurement of thermal strain and temperature. The EFPI sensor is only for measurement of thermal strain and the FBG sensor is for simultaneous measurement of thermal strain and temperature. FBG temperature sensor was developed to measure strain-independent temperature. This sensor configuration consists of a single-fiber Bragg grating and capillary tube which makes it isolated from external strain. This sensor can then be used to compensate for the temperature cross sensitivity of a FBG strain sensor. These sensors are demonstrated by embedding them into a graphite/epoxy composite plate and by attaching them on aluminum rod and unsymmetric graphitelepoxy composite plate. All the tests were conducted in a thermal chamber with the temperature range $20-100^{\circ}C$. Results of strain measurements by fiber-optic sensors are compared with that from conventional resistive foil gauge attached on the surface.
The piezoelectric thin film sensor can be used to interpret variations in structural and material properties, e.g. for structural integrity monitoring and assessment. To illustrate one of this potential benefit, PVDF film sensors are used for monitoring impact damage initiation in Gr/Ep composite panel. Both PVDF film sensors and strain gages are surface mounted to the Gr/Ep specimens. A series of impact test at various impact energy by changing impact mass and height is performed on the instrumented drop weight impact tester. The sensor responses are carefully examined to predict the onset of impact damage such as matrix cracking, delamination, and fiber breakage, etc. Test results show that the particular waveforms of sensor signals implying the damage initiation and development are detected above the damage initiation impact energy. As expected, the PVDF film sensor is found to be more sensitive to impact damage initiation event than the strain gage.
본 연구는 복합재료 구조물에 전기-기계 변환 기능을 융합한 센서-구조 일체형 복합재료 구조물 제작 방법에 관한 것으로 복합재료 구조물 자체가 센서 역할을 수행할 수 있도록 하여 구조 스스로 충격이나 진동 신호를 감지하고 손상 위치 또는 손상 정도를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 다기능 복합 구조물에 관한 연구이다. 복합재 구조물에 전기-기계 변환 기능을 부여하기 위해 복합재 제작에 사용되는 에폭시 수지 대신 전기-기계 변환기능을 갖는 $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-Pb(Zr,\;Ti)O_2$ (PNN-PZT) 분말과 에폭시 수지를 1:30 wt% 혼합하여 제작된 스마트 수지를 사용하였다. Hand Lay-up 공법과, VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 성형 방법을 이용하여 유리섬유에 스마트 수지를 함침시켜 센서-구조 일체형 복합재료 구조물을 제작하였다. 구조물을 센서로 사용하기위해 시편의 윗면과 아랫면에 전도성 도료를 사용하여 전극을 제작하였고, 고전압 앰프를 이용하여 상온에서 30분간 4kV/mm의 전계로 분극 처리를 수행하였다. 이후 충격망치를 사용하여 시편에 충격을 가했을 때 출력되는 전기 신호와 충격망치 신호를 비교하여 충격 신호 감응 및 감도를 측정하고 그 결과를 기술하였다.
The composite materials may be exposed to environmental (thermal or hygral or both) condition during their service life. The effect of environmental condition is usually adverse from the point of view of design of composite structures. In the present research study the effect of hygrothermal condition on the design of laminated composite structures is investigated. The active fiber composite (AFC) which may be utilized as actuator or sensor is considered in the present analysis. The sensor layer is used to sense the level of response of the composite structures. The sensed voltage is fed back to the actuator through the controller. In this study both displacement and velocity feedback controllers are employed to reduce the response of the composite laminate within acceptable limit. The Newmark direct time integration scheme is employed along with modal superposition method to improve the computational efficiency. It is observed from the numerical study that the laminated composite structures become weak in the presence of hygrothermal load. The response of the structure can be brought to the acceptable level once the AFC layer is activated through the feedback loop.
PMFBG sensor was fabricated using phase mask and Excimer laser. The reflected wavelength of PMFBG sensor had dual peaks due to intrinsic birefringence. To discover the polarization axes, peak sensitivity was measured under compression test. The signal characteristics of PMFBG sensor were also examined in embedding condition. The embedded PMFBG sensor in epoxy block was loaded for the transverse strain measurements. Experiments showed that the PMFBG sensor could successfully measure the transverse strain. This PMFBG sensor is useful for the structures that require measuring transverse stram.
In this research, we investigated the frequency characteristic of low-velocity impact induced damage signals on graphite/epoxy composite laminates using high-speed fiber Bragg grating(FBG) sensor system. Appling the FBG sensors to damage assessment, we need to study the response of FBG sensors as the damage signals of the different incident angles because FBG shows different directional sensitivity. In order to discriminate an impact induced damage signal from that of undamaged case, drop impacts with different energies were applied to the composite panel with different incident angle to the FBG sensor. Finally, detected impact signals were compared using frequency distributions of wavelet detail components in order to find distinctive signal characteristics of composites delamination.
Low-velocity impact damage is a major concern in the design of structures made of composite materials, because impact damage is hidden inside and cannot be detected by visual inspection. The piezoelectric thin film sensor can be used to detect variations in structural and material properties for structural health monitoring. In this paper, the PVDF and PZT sensors were used for monitoring impact damage initiation in Gr/Ep composite panel to illustrate this potential benefit. A series of impact test at various impact energy by changing impact mass and height is performed on the instrumented drop weight impact tester. The wavelet transform(WT) is used to decompose the piezoelectric sensor signals in this study. Test results show that the particular waveform of sensor signals implying the damage initiation and development are detected above the damage initiation impact energy. And it is found that both PZT and PVDF sensors can be used to detect the impact damage.
Longitudinal strains({$varepsilon}_x$) of the core and skin layers in glass fiber reinforced plastic(GFRP) cross-ply composite laminates have been studied using the embedded optical fiber sensor of totally-reflected extrinsic Fabry-Perot interferometer(TR-EFPI). Foil-type strain gauges bonded on both the upper and lower surfaces were used for the measurement of the surface strains. Both TR-EFPI sensor and strain gauge bonded on the specimen surface showed excellent agreement within -0.0086 ~ +0.0302% strain. It was shown that values of {$varepsilon}_x$ in the interior of the surface layer and the core layer measured by embedded TR-EFPI sensor was significantly higher than that of the specimen surface measured by strain gauges. The experimental results were ascertained with finite element analysis. Embedded TR-EFPI optical fiber sensor could measure accurately the internal strains which were different from the surface.
A large-scale construction project relies much on the efficiency of construction equipment. Therefore, efficient and accurate measurement on the productivity of construction equipment is one of important task in the construction industry. Based on the motivation, this paper proposes a 11-axis composite sensor for an automatic measurement of construction equipment. A 11-axis composite sensor is composed of a gyroscope, geomagnetic and accelerometer sensor for the purpose of real-time motion captures of construction equipment. It is expected that the proposed system can save considerable time, effort and cost of measuring a efficiency of construction equipment.
Using the embedded optical fiber sensor of totally-reflected extrinsic Fabry-Perot interferometer(TR-EFPI), longitudinal strains(Ex) of the core and skin layers in glass fiber reinforced plastic(GFRP) cross-ply composite laminates have been measured. Transmission optical microscopy was employed to study the damage formation around the TR-EFPI sensor. It was observed that values of ex in the interior of the skin layer and the core layer measured by embedded TR-EFPI sensor was significantly higher than that of the specimen surface measured by strain gauges. The experimental results agreed well with those from finite element analysis on the basis of uniform stress model. Large strains in the core layer led to the occurrence of transverse cracks which drastically reduced the strain at failure of optical fiber sensor embedded in the core layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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