• 한국정밀공학회지
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• 제29권10호
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• pp.1101-1109
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• 2012

Accelerometers play a key role in the structural assessment. However, the current electric type accelerometers have certain limitations to apply some structures such as heavy cabling labor, installed sea structure and sensitivity to electromagnetic fields. An optical Fiber Bragg Grating (FBG) accelerometer has many advantages over conventional electrical sensors since their immunity to electromagnetic interference and their capability to transmit signals over long distance without any additional amplifiers, and there is no corrosion from sea water. In this paper, we have developed a new FBG-based accelerometer. The accelerometer consists of two cantilevered type beams and a mass and two rollers. A bragg grating element is not directly glued to a cantilever to avoid possible non-uniform strain in the element. Instead, the bragg grating element will be attached to rotation part that rolled inducing vertical movement of the mass and support cantilever beams so that the bragg grating element is uniformly tensioned to achieve a constant strain distribution. After manufacturing, we will prove the performance and the natural frequency of the accelerometer through the experiment with a vibration shaker. The FBG-based accelerometer is developed for measuring the vibration not exceeding 50 Hz for the marine and civil structures.

• Smart Structures and Systems
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• 제15권6호
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• pp.1393-1410
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• 2015

An original sensor system based on Fiber Bragg Gratings (FBG) for the strain monitoring of an adaptive wing element is presented in this paper. One of the main aims of the SARISTU project is in fact to measure the shape of a deformable wing for performance optimization. In detail, an Adaptive Trailing Edge (ATE) is monitored chord- and span-wise in order to estimate the deviation between the actual and the desired shape and, then, to allow attaining a prediction of the real aerodynamic behavior with respect to the expected one. The integration of a sensor system is not trivial: it has to fit inside the available room and to comply with the primary issue of the FBG protection. Moreover, dealing with morphing structures, large deformations are expected and a certain modulation is necessary to keep the measured strain inside the permissible measure range. In what follows, the mathematical model of an original FBG-based structural sensor system is presented, designed to evaluate the chord-wise strain of an Adaptive Trailing Edge device. Numerical and experimental results are compared, using a proof-of-concept setup. Further investigations aimed at improving the sensor capabilities, were finally addressed. The elasticity of the sensor structure was exploited to enlarge both the measurement and the linearity range. An optimisation process was then implemented to find out an optimal thickness distribution of the sensor system in order to alleviate the strain level within the referred component.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권7호
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• pp.17-22
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• 2010

본 논문에서는 Mach-Zehnder 광변조기의 양방향 변조를 이용하는 새로운 광섬유격자 센서 검출 방법을 제안하고 실험을 통하여 그 유용성을 밝힌다. 제안한 구조는 광대역 광원, 광섬유격자, Mach-Zehnder 광변조기, chirped 광섬유격자, 그리고 광 검출기로 구성된다. 실험을 통하여 제안한 구조의 전달함수를 구하고, 505 MHz에서 525 MHz까지 주파수 영역에서 10개의 다른 파장을 가진 광에 대한 FSR(free spectral range)의 변화로부터 시간지연을 계산한다. 구한 결과로부터 광의 파장 변화에 따른 시간지연이 12.9 ps/0.2 nm 값을 가지면서 매우 선형적임을 알 수 있다. 이러한 결과는 광섬유격자를 이용한 스트레인 또는 온도 센서에 이용할 수 있다.

• 한국광학회지
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• 제8권5호
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• pp.415-419
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• 1997

광섬유 격자는 외부의 가해진 물리량에 대해 선형적인 응답을 하며, 광섬유 격자의 파장 인코딩 특성으로 인해 S/N비가 높은 신호 처리를 할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 편광 유지 광섬유 격자를 이용한 압력 센서에 관한 실험을 수행하였다. 편광 유지 광섬유 격자는 위상 마스크를 이용하여 Bow-Tie형 광섬유에 형성시켰는데, 편광 유지 광섬유는 두 개의 고유 편광 축을 가지므로 두 개의 브래그 peak을 가진다. 종방향 스트레인과 온도 변화에 따른 두 개의 브래그 파장 변화를 측정한 결과 각각 1.2 pm/.mu..epsilon.의 종방향 스트레인에 대한 파장 민감도와 11.4 pm/.deg. C의 온도에 대한 파장 민감도가 관측되어, 단일 모드 광섬유 격자의 보고된 값과 거의 일치하였다. 반면에 편광 유지 광섬유 격자에 횡방향 스트레스를 가하면 두 브래그 파장사이의 간격이 변화함을 관측하였고, 두 브래그 파장 간격에 대하여는 14.6 pm/N의 횡방향 스트레스에 대한 파장 민감도를 얻었다. 편광 유지 광섬유 격자 센서는 온도의 변화에 무관한 횡방향 스트레스 즉, 압력센서로 이용할 수 있음을 보였다.

• Composites Research
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• 제16권6호
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• pp.41-47
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• 2003

복합재료는 비강성, 비강도가 높고 열팽창 계수가 낮으며 우수한 내열 특성 등 기계적, 열적 특성이 좋아 항공기, 인공위성을 비롯하여 여러 다른 구조물에 폭넓게 사용되고 있다. 하지만, 복합재료를 고온 환경에 사용하기 위해서는 고온 환경에서의 물성에 대한 검증이 필요하다. 본 연구에서는 FBG 센서가 삽입된 T700/Epoxy 복합재료 시편에 대해 온도에 따른 물성을 측정하였다 실험은 열챔버 내에서 수행하였고 온도 범위는 상온, $100^{\circ}$, $200^{\circ}$, $300^{\circ}$, $300^{\circ}$이다. 삽입된 광섬유의 예비 시험을 통해, 광섬유 센서의 삽입이 물성값에 미치는 영향을 확인하였다. 시험에는 [0/{0}/0]$_{T}$, [$90_2$/{0}/$90_2$] 와 같은 적층각을 갖는 두 종류의 시편을 사용하였다. 실험 결과로부터 온도에 따른 복합재료의 물성 변화를 성공적으로 측정하였으며 FBG 센서가 고온 환경의 변형률 측정 센서로 매우 적합함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제28권5호
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• pp.489-494
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• 2004

Long Period Gratings (LPG) is currently receiving considerable attention because of their consistent measuring results fur pressure, temperature, strain and flow. LPG is easier to prepare and has a high sensitivity compared with Fiber Bragg Gratings (FBG). In addition, this kind of optical fiber sensors could be used for implementations in various structures. In this paper, LPG was used to monitor in situ the resin flow and the curing process in VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer. Molding). In order to demonstrate the effectiveness of the method, FBG is inserted into the glass mat to monitor the resin flow using optical spectrum analyzer (OSA). The curing reactions in VARTM are also observed using the same method. From the results, the attenuation wavelength shift and the loss change of attenuation band can be obtained from the status of the RTM (Resin Transfer Molding) sample owing to the internal variations of the .effective index, temperature, and pressure. It is shown that the proposed LPG is more effective in monitoring the curing reaction than FBG.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권3호
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• pp.39-44
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• 2004

광섬유 브래그 격자 센서는 광섬유의 코어의 굴절률 변조에 의해서 제작되며, 이 센서는 외부의 스트레인에 따라 브래그 파장이 변화하게 된다. 본 논문에서는 광섬유 브래그 격자 센서를 파장 영역에서 신호처리 할 수 있는 방법에 대하여 연구하였다. SLD와 F-P 필터로 구성된 sweep 반도체 광원과 F P 필터내의 PZT의 히스테리시스 특성을 보상하기 위한 에탈론 필터와 장기 계측을 위해 절대 파장 기준으로 온도 안정된 광섬유 브래그 격자를 사용하였다. 콘크리트 흄관에서 FBG 센서의 스트레인 응답 특성을 전기저항 센서와 비교하였다. 그리고 광섬유 격자 센서를 이용하여 장거리 변위의 측정 가능성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제25권6호
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• pp.211-216
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• 2012

광섬유센서는 구조물에 매립 또는 부착시 전단응력에 의해 편광이 발생하여 피크가 2개로 갈라질 수 있기 때문에 센서는 보호되고 양 끝단을 고정하는 방법으로 패키징을 하여야 하나, 광섬유의 클래딩 부분을 부착하는 방식으로 고정하면, 변형발생시 광케이블을 구성하는 코어와 클래딩 사이에서 미끄러짐 현상이 발생하기 때문에 이를 방지하기위해 센서의 양 끝단에 고정구를 사용하고 광섬유를 부분탈피하여 부착하여 접점을 만들어 줌으로써 외력에 의해 발생하는 변형을 정확하게 측정이 가능하도록 하였다. 그리고 기존 광섬유격자센서가 자체적으로 압축변형의 측정이 곤란한 점을 개선하기위해 미리 긴장(Pre-Strain)상태를 유지하기 위하여 두 개의 접점사이를 볼트와 너트로 조절하여 프리스트레인 가변이 가능하도록 하여 인장/압축변형 측정을 가능하게 한 광섬유격자센서 패키지를 제작하였다. 이러한 광섬유격자센서패키지를 실제구조물에 적용하여 측정하였으며, 이를 통하여 안전을 감시하는 모니터링시스템에 적용할 수 있도록 하였다.

• Composites Research
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• 제16권3호
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• pp.58-67
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• 2003

본 연구에서는 구조의 건전성을 실시간으로 모니터링하기 위해 변형률 및 파손을 동시에 감지할 수 있는 두 가지 형태의 광섬유 센서 시스템을 제안하였다. 구성된 광섬유 센서 시스템은 파손신호 취득에 사용되는 단파장 광원의 형태에 따라 EDFA에 FBG 사용한 것과 Fabry-Perot 필터를 사용한 것으로 나뉘며 EFPI센서를 통해 복합재 시편의 인장실험을 모니터링 하는데 적용되었다. 먼저, 복합재의 초기파손모드에 해당하는 모재균열 신호의 특징을 알기 위해 압전세라믹 센서를 이용하여 시편의 두께와 폭의 변화에 따른 신호특성을 파악하였다. 정량적 파손신호의 특성 분석을 위해 STFT와 Wavelet Transform과 같은 시간 주파수 변환방법을 사용하였으며, 시편의 형상변화에 따라 모재균열 신호의 주파수영역 특성이 변화함을 확인하였다 광섬유 센서로 취득 된 파손신호 및 변형률 측정값을 각각 압전세라믹 센서와 변형률게이지의 결과 값과 서로 비교하였다. 광섬유 센서 시스템들을 이용한 장시간동안의 인장실험 결과 변형률의 값은 변형률게이지의 측정값과 잘 일치하였으며 파손감지 시스템 또한 미세한 파손신호까지 민감하게 감지해 낼 수 있음을 알 수 있었다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제9권3호
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• pp.950-956
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• 2014

Special purpose sensor design using MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) technique is commonly used in Nondestructive Testing (NDT) research for the evaluation of existing structures and for the safety control and requirements. Various sensors and network have been developed for general infrastructures as well as safety-critical applications, e.g., aerospace, defense, and nuclear system, etc. In this paper, one of sensor technique using Fiber Bragg Gratings (FBG) and Finite Element Method (FEM) evaluation is discussed. The experimental setup and data collection technique is also demonstrated. The factors influencing test result and the advantages/limitations of this technique are also reviewed using various methods.