In this study, the feasibility of using telecommunication single-mode optical fiber (SMF) as a distributed fiber optic strain and crack sensor was evaluated in concrete pavement monitoring. Tensile tests on various sensors indicated that the $SMF-28e^+$ fiber revealed linear elastic behavior to rupture at approximately 26 N load and 2.6% strain. Six full-scale concrete panels were prepared and tested under truck and three-point loads to quantify the performance of sensors with pulse pre-pump Brillouin optical time domain analysis (PPP-BOTDA). The sensors were protected by precast mortar from brutal action during concrete casting. Once air-cured for 2 hours after initial setting, half a mortar cylinder of 12 mm in diameter ensured that the protected sensors remained functional during and after concrete casting. The strains measured from PPP-BOTDA with a sensitivity coefficient of $5.43{\times}10^{-5}GHz/{\mu}{\varepsilon}$ were validated locally by commercial fiber Bragg grating (FBG) sensors. Unlike the point FBG sensors, the distributed PPP-BOTDA sensors can be utilized to effectively locate multiple cracks. Depending on their layout, the distributed sensors can provide one- or two-dimensional strain fields in pavement panels. The width of both micro and major cracks can be linearly related to the peak strain directly measured with the distributed fiber optic sensor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.7
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pp.613-620
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2017
A metal-coated FBG (fiber Bragg grating) sensor has a memory effect, which can recall the maximum strains experienced by the structure. In this study, a nickel-coated FBG sensor was fabricated through electroless (i.e., chemical plating) and electroplating. A thickness of approximately $43{\mu}m$ of a nickel layer was achieved. Then, we conducted cyclic loading tests for the fabricated nickel-coated FBG sensors to verify their capability to produce residual strains. The results revealed that the residual strain induced by the nickel coating linearly increased with an increase in the maximum strain experienced by the sensor. Therefore, we verified that a nickel-coated FBG sensor has a memory effect. The fabrication methods and the results of the cycle loading test will provide basic information and guidelines in the design of a nickel-coated FBG sensor when it is applied in the development of structural health monitoring techniques.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.605-609
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2006
In this study, two kinds of smart accelerometers are investigated for the application of smart sensors to the structural health monitoring of infrastructures. Smart optical Fiber Bragg Grating (FBG) type and Micro-Electo-Mechanical System (MEMS) type accelerometers are selected for this study and the high sensitive ICP type accelerometer is used for the reference sensor. Small size shaking table tests were performed with 3-story shear building model using random input ground motions. The output only modal identification was carried out using stochastic subspace identification and the performances of sensors are compared in modal domain indirectly. The modal sensitivity method was applied to update the story stiffness of numerical model and the updated results were verified using the additional experiments for the same structure with additional mass.
Composites are widely used for aircraft, satellite and other structures due to its good mechanical and thermal characteristics such as low coefficient of thermal expansion(CTE), heat-resistance, high specific stiffness and specific strength. In order to use composites under condition of high temperature, however, material properties of composites at high temperatures must be measured and verified. In this paper, material properties of T700/Epoxy were measured through tension tests of composite specimens with an embedded FBG sensor in the thermal chamber at the temperatures of RT, $100^{\circ}$, $200^{\circ}$, $300^{\circ}$, $300^{\circ}$. Through the pre-test of an embedded optical fiber, we confirmed the embedding effects of an optical fiber on material properties of the composites. Two kinds of specimens of which stacking sequences are [0/{0}/0]$_{T}$. and [$90_2$/{0}/$90_2$]. were fabricated. From the experimental results, material property changes of composites were successfully shown according to temperatures and we confirmed that fiber Bragg grating sensor is very appropriate to strain measurement of composites under high temperature.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.6
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pp.443-450
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2016
In this study, we propose a novel fiber optic sensor to show the measurement feasibility of distributed temperature and strains in a single sensing fiber line. Distributed temperature can be measured using optical time domain reflectometry (OTDR) with a Raman anti-Stokes light in the sensing fiber line. Moreover, the strain can be measured by fiber Bragg gratings (FBGs) in the same sensing fiber line. The anti-Stokes Raman back-scattering lights from both ends of the sensing fiber, which consists of a 4 km single mode optical fiber, are acquired and inserted into a newly formulated equation to calculate the temperature. Furthermore, the center wavelengths from the FBGs in the sensing fiber are detected by an optical spectrum analyzer; these are converted to strain values. The initial wavelengths of the FBGs are selected to avoid a cross-talk with the wavelength of the Raman pulsed pump light. Wavelength shifts from a tension test were found to be 0.1 nm, 0.17 nm, 0.29 nm, and 0.00 nm, with corresponding strain values of $85.76{\mu}{\epsilon}$, $145.55{\mu}{\epsilon}$, $247.86{\mu}{\epsilon}$, and $0.00{\mu}{\epsilon}$, respectively. In addition, a 50 m portion of the sensing fiber from $30^{\circ}C$ to $70^{\circ}C$ at $10^{\circ}C$ intervals was used to measure the distributed temperature. In all tests, the temperature measurement accuracy of the proposed sensor was less than $0.50^{\circ}C$.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.3
s.25
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pp.49-55
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2007
In this paper, always monitoring system of fiber Bragg Crating(FBG)Sensor is described and FBGs are well suited for measuring the movement in the part of the spatial structure(for example, cable, membrane and so on)under the pressure conditions. In order to measure the movement of long span structure, we need the measurable equipment that takes in many spots to measure. In the result of experiment, the fiber sensors showed good response to the pressure conditions. Therefore, We could calculate the movement of spatial structure and be possible health monitoring of the spatial structure.
In this research, optical fiber sensors and shape memory alloys (SMA) were incorporated into sandwich panels for development of a smart honeycomb sandwich structure with damage detection and shape recovery functions. First, small-diameter fiber Bragg grating (FBG) sensors were embedded in the adhesive layer between a CFRP face-sheet and an aluminum honeycomb core. From the change in the reflection spectrum of the FBG sensors, the debonding between the face-sheet and the core and the deformation of the face-sheet due to impact loading could be well detected. Then, the authors developed the SMA honeycomb core and bonded CFRP face-sheets to the core. When an impact load was applied to the panel, the cell walls of the core were buckled and the face-sheet was bent. However, after the panel was heated over the reverse transformation finish temperature of the SMA, the core buckling disappeared and the deflection of the face-sheet was relieved. Hence the bending stiffness of the panel could be recovered.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.8
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pp.123-130
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2019
Recently, it is required to develop a monitoring technology that combines an FBG sensor as a means for continuously monitoring whether reinforcing effect of FRP is maintained on FRP reinforced structural members. However, most existing researches focus on the insertion of FBG sensors into bar-shaped FRPs, and there is insufficient study on the details strip-type FRPs combined with FBG sensors. Therefore, in this paper, it is studied to develop a reinforcement in which a FBG sensor is combined with a FRP strip. Especially, combination of FRP and FBG sensor. For this, a series of experiments were performed to find the adhesive strength of fiber-FRP-epoxy joints, the tensile strength of FBG sensor part with reflection-lattice, and the performance depending on the connection method of FRF and FBG sensor. As a result of the study, it was found that a minimum strength of $216.15N/mm^2$ is required for incorporating FBG sensors in FRP using epoxy. It is considered that the adhesion length of epoxy joints should be more than 50mm. When the FBG sensor is attached to the FRP strip as an epoxy, it is considered appropriate to use the complete attachment and the sensor non-attachment method.
This study presents an experimental technique to monitor the dynamic behavior of the railway bridge system simultaneously using multiplexed fiber Bragg grating (FBG) sensors. The measuring quantities include stains, curvatures, vertical deflections, and vertical accelerations. The strains are directly measured from multiplexed FBG sensors at various locations of the test bridge followed by curvature calculations based on the plane section assumption. Vertical deflections are then estimated using the Bernoulli beam theory and regression analysis. Finally, vertical accelerations are obtained from the numerical differentiation in time domain. In order to verify the proposed method, several conventional electric strain gauges, displacement transducers, and accelerometers are installed at the mid-span of the bridge for comparisons. A test train is passed over the bridge to monitor the dynamic response of the bridge. The monitoring results show that the multiplexed FBG sensing system is able to capture the essential behavior of the test bridge while resolving wiring problem in practice.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.29
no.8
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pp.76-82
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2015
A hybrid fiber-optic sensor system which combines fiber Bragg grating sensors and a Michelson interferometer has been constructed and evaluated for condition monitoring of large scale wind turbines. In order to measure multiple stresses applied to wind turbines such as strain, temperature and vibration, the system uses single broadband light source. It addresses both types of sensors, which simplifies the optical setup and enhances the cost-effectiveness of condition monitoring system. An athermal-packaged FBG is used to supply quasi-coherent light, of which coherence length is about 3.28mm, for the Michelson interferometer demodulation. Experimental results demonstrated that the proposed fiber-optic sensor system was capable of measuring strain and temperature with measurement accuracy of 1pm. Also 500~2000Hz vibration signals were successfully analyzed by applying FFT signal processing to interference signals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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