• 센서학회지
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• 제30권6호
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• pp.446-450
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• 2021

Non-dispersive infrared (NDIR) gas sensors typically use an optical filter that transmits a discriminating 4.26 ㎛ wavelength band to measure carbon dioxide (CO2), as CO2 absorbs 4.26 ㎛ infrared. The filter performance depends on the transmittance and full width at half maximum (FWHM). This paper presents the fabrication, sensitivity, and selectivity characteristics of a distributed Bragg reflector (DBR)-based Fabry-Perot filter with a simple structure for CO2 detection. Each Ge and SiO2 films were prepared using the RF magnetron sputtering technique. The transmittance characteristics were measured using Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR). The fabricated filter had a peak transmittance of 59.1% at 4.26 ㎛ and a FWHM of 158 nm. In addition, sensitivity and selectivity experiments were conducted by mounting the sapphire substrate and the fabricated filter on an NDIR CO2 sensor measurement system. When measuring the sensitivity, the concentration of CO2 was observed in the range of 0-10000 ppm, and the selectivity was measured for environmental gases of 1000 ppm. The fabricated filter showed lower sensitivity to CO2 but showed higher selectivity with other gases.

• 한국광학회지
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• 제15권5호
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• pp.409-414
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• 2004

본 논문에서는 광섬유 장주기 격자를 이용한 센서 신호처리 시스템을 구현하였다. SLD와 Fabry-Perot 필터를 이용한 동조 반도체 광원과 Fabry-Perot 필터내의 PZT의 히스테리시스 특성을 보상하기 위한 에탈론 필터를 사용하였으며, 절대적인 기준 파장을 제공하기 위하여 온도 안정화된 광섬유 브래그 격자를 사용하였다. 시스템에서 검출된 신호를 A/D 변환하여 컴퓨터로 입력하고 신호 처리하여 결과를 모니터상에 표시하였다.

• Current Optics and Photonics
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• 제7권1호
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• pp.21-27
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• 2023

A highly sensitive optical-fiber humidity sensor is demonstrated in this paper. By using Nafion-PVA sol-gel and single-mode optical fibers, the Fabry-Perot humidity sensor is easily fabricated. In the humidity range of 29%-72%, humidity-response experiments are carried out with a cycle of rising and falling humidity to investigate humidity-response characteristics. The experimental results show 2.25 nm/%RH sensitivity and a 0.9997 linear correlation coefficient, with good consistency. The changes in optical-path difference (OPD) and free spectral range (FSR) with humidity are also discussed. The humidity sensitivities of a typical sensor are 80.3 nm/%RH (OPD) and 0.03 nm/%RH (FSR). Furthermore, many humidity sensors with different Nafion-PVA sol-gel concentration and initial cavity length are experimentally investigated for humidity response. The results show that the sensitivity increases with higher Nafion ratio of the Nafion-PVA sol-gel. The influence of changing cavity length on sensitivity is not obvious. These results are helpful to research on optical-fiber humidity sensors with good performance, easy fabrication, and low cost.

• 한국광학회지
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• 제15권1호
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• pp.34-38
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• 2004

파장가변형 광섬유레이저로 광섬유격자 센서어레이를 복조하는 방법을 제안하였다. 레이저의 출력파장을 시간지연 샘플링으로 분석하고 이를 이용하여 기존 시스템의 비선형적 동작특성을 개선하였다. 계산된 파장값은 센서어레이 출력파평의 각 피크에 할당되어 파장가변필터의 비선형성에 영향받지 않고 가해진 물리량에 대하여 항상 선형적인 출력을 얻게 하였다. 실험을 통하여 약 20 pm의 분해능을 얻었으며 이는 고속의 위상변조를 사용할 경우 크게 개선될 수 있음을 보였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제12권1호
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• pp.41-54
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• 2013

Concrete is known as a heterogeneous product which is composed of complex chemical composition and reaction. The development of concrete thermal effect during early age is critical on its future structural health and long term durability. When cement is mixed with water, the exothermic chemical reaction generates hydration heat, which raises the temperature within the concrete. Consequently, cracking may occur if the concrete temperature rises too high or if there is a large temperature difference between the interior and the exterior of concrete structures during early age hydration. This paper describes the contribution of novel Fabry-Perot (FP) fiber optic temperature sensors to investigate the thermal effects of concrete hydration process. Concrete specimens were manufactured under various water-to-cement (w/c) ratios from 0.40 to 0.60. During the first 24 hours of concreting, two FP fiber optic temperature sensors were inserted into concrete specimens with the protection of copper tubing to monitor the surface and core temperature change. The experimental results revealed effects of w/c ratios on surface and core temperature developments during early age hydration, as well as demonstrating that FP fiber optic sensors are capable of capturing temperature variation in the concrete with reliable performance. Temperature profiles are used for calculating the apparent activation energy ($E_a$) and the heat of hydration (H(t)) of concrete, which can help us to better understand cement hydration.

• 한국광학회지
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• 제17권3호
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• pp.216-222
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• 2006

전력시스템의 비정상적 동작에 의한 열적 현상을 감지하기 위하여 준분배형 광섬유격자 온도센서를 구현하였다. 2개의 기준격자와 4개의 센서격자를 사용하고, Fabry-Perot 가변파장필터를 사용하여 반사파장의 변화를 측정함으로써 각 센서 위치에서의 온도변화를 관측하였다. 측정의 정밀도를 높이기 위하여 광검출기의 신호를 가우시안 cure-fitting 알고리즘으로 처리한 후 계산된 파형에서 피크를 검출하였다. 실험을 통하여 기존의 피크검출방식에 비하여 높은 정밀도를 얻었으며, 반사 스펙트럼이 왜곡된 광섬유격자 센서의 출력검출에서도 뛰어난 오차보상 특성을 보여주는 것을 확인할 수 있었다. 2 Hz의 대역폭에서 $0.3^{\circ}C$의 정밀도를 얻었고, thermocouple 기준온도계와 비교한 온도측정실험에서 약 0.37 %의 선형화오차를 확인할 수 있었다.

• 비파괴검사학회지
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• 제21권2호
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• pp.147-151
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• 2001

광섬유 센서는 구조물에 대한 비파괴적인 측정이 가능하고, 전자파에 의한 간섭이 발생하지 않으므로, 전자파 장애의 영향을 무시할 수 있는 장점이 있다. 또한 구조물 건조시 콘크리트 같은 대상체에 광섬유를 내장시킬 경우에는 검사시 대상체를 파괴시키지 않고서도 대상체의 손상여부와 역학적 거동을 측적 및 해석할 수 있는 비파괴 검사기술이다. 특히 광섬유 브래그 격자 센서는 그러한 대상체에 대한 비파괴 검사를 수행하는데 가장 적합한 센서이다. 광섬유 브래그 격자는 특정파장의 빛을 반사 또는 제거시키는 특성을 지니고 있으며, 스트레인 같은 물리량이 광섬유 브래그 격자에 가해지면, 반사되는 빛의 중심파장이 이동하여 이를 통해 물리량을 측정할 수 있다. 정 동적 스트레인을 측정할 수 있는 광섬유 브래그 격자 센서는 건축물이나 토목구조물 등의 안전 진단(health monitoring)을 위해 사용되고 있으며, 최근에는 도로나 교량과 같은 토목 구조물로의 응용에 있어서 필수적인 동적 스트레인의 측정에 대해 그 관심이 집중퇴고 있다. 본 연구에서는 패브리-페로(Fabry-Perot) 필터를 이용하여 다중점에서 동적 스트레인을 측정할 수 있는 센서 시스템을 제작하였으며, 제작된 센서 시스템을 모의 구조물(외팔보)에 적응하여 모의 구조물에 가해지는 정적, 동적 스트레인을 측정하였다. 측정 결과는 기존의 전기적 센서와 유사하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제50권3호
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• pp.146-152
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• 2013

본 논문에서는 자기기준 특성을 가지는 광세기 기반 광섬유 센서 구조를 제안하고 실험적으로 구현하여 성능을 제시한다. 제안하는 광섬유 센서는 광대역 광원(BLS), fiber Bragg grating (FBG), 가변 페브리-페로(Fabry-Perot) 필터, LabVIEW 프로그램으로 구성된다. 제안한 자기기준 광섬유 센서의 이론적인 해석을 통하여 측정 변수(X)와 보정 변수(${\beta}$)를 정의하고, 이를 바탕으로 전달함수(H)를 구한다. 또한 실험을 통하여 이론적인 해석의 타당성을 제시한다. 제안한 광섬유 센서 구조는 광대역 광원의 출력 광세기가 0 dB, 3 dB, 6 dB 감소해도 측정결과에 영향을 미치지 않는 자기기준 특성을 가진다. 또한 다른 특성의 FBG를 사용하여도 측정 가능하므로, 제안한 광섬유 센서 구조는 임의의 규격을 가진 FBG를 사용할 수 있다. 광원의 광세기가 감소하였을 때와 세 가지 다른 특성의 FBG 쌍을 이용하여 측정한 결과 이론적인 값과 잘 일치함을 보였다. 따라서 제안한 광섬유 센서는 자기기준 특성과 구성하는 FBG의 규격이 비교적 엄격하지 않아도 되는 장점을 가진다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2001년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.250-253
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• 2001

Recently, based on the smart structure concept, optical fiber sensors have been increasingly applied to monitor the various engineering and civil structural components. Repairs based on adhesively bonded fiber reinforce composite patches are more structurally efficient and much less damaging to the parent structure than standard repairs based on mechanically fastened metallic patches. As a result of the high reinforcing efficiency of bonded patches fatigue cracks can be successfully repaired. However, when such repairs are applied to primary structures, it is needed to demonstrate that its loss can be immediately detected. This approach is based on the "smart patch" concept in which the patch system monitors its own health. The objective of this study is to evaluate the potentiality of application of transmission-type extrinsic Fabry-Perot optical fiber sensor (TEFPI) to the monitoring of crack growth behavior of composite patch repaired structures. The sensing system of TEFPI and the data reduction principle for the detection of crack detection are presented. Finally, experimental results from the tests of center-cracked-tension aluminum specimens repaired with bonded composite patch is presented and discussed.

• 전자공학회논문지SC
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• 제46권1호
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• pp.43-48
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• 2009

광섬유 격자 센서어레이용 파장가변 광섬유 레이저의 출력파장변화를 복조할 수 있는 시스템을 제안하였다. 광섬유 레이저는 반도체 광증폭기와 Fabry-Perot 필터를 이용하여 제작하였고, 더블패스 마하젠더 간섭계 구조를 적용하여, $90^{\circ}$위상차를 가지는 내부 트리거를 생성하였다. 내부 트리거를 이용하여 얻은 Lissajous 그래프에 원형 피팅을 적용하여 2.51 mrad의 평균위상오차를 얻었다. 실험을 통하여 파장가변필터의 비선형 동작 특성에 의한 광섬유 레이저의 비선형 출력을 확인하였다. 제안한 파장검출 방법을 적용하면 파장가변광원의 비선형성을 보상하여 광섬유격자 센서시스템을 위한 효율적인 광원으로 적용이 가능할 것으로 예상된다.