In order to do continuous health monitoring of large structures, it is necessary that the distributed sensing of strain and temperature of the structures be measured. So, we present the temperature compensation of a signal from a fiber optic BOTDA (Brillouin Optical Time Domain Analysis) sensor. A fiber optic BOTDA sensor has good performance of strain measurement. However, the signal of a fiber optic BOTDA sensor is influenced by strain and temperature. Therefore, we applied an optical fiber on the beam as follows: one part of the fiber, which is sensitive to the strain and the temperature, is bonded on the surface of the beam and another part of the fiber, which is only sensitive to the temperature, is located nearby the strain sensing fiber. Therefore, the strains can be determined from the strain sensing fiber while compensating for the temperature from the temperature sensing fiber. These measured strains were compared with the strains from electrical strain gages. After temperature compensation, it was concluded that the strains from the fiber optic BOTDA sensor had good coincidence with those values of the conventional electrical strain gages.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.5
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pp.142-148
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2004
In this paper, to detect exciting frequency on the latticed fence structure, fiber optic sensor using Sagnac interferometer was fabricated and tested. The latticed structure fabricated with dimension of 180 cm wide and 180 cm high, the optical fiber, 50 m in length, distributed and fixed on the latticed structure. Single mode fiber, a laser with 1,550 m wavelength, and $3{\times}3$ coupler were used. Excited vibration signal applied to the latticed structure from 200 Hz to 1 KHz. The detected optical signals were compared to the detected acceleration signals and analyzed on the time and frequency domain. Based on the experimental results, fiber optic sensor using Sagnac interferometer detected exciting frequency, effectively. This system can be applied to the structural health monitoring system.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.1100-1109
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2006
In this study, two different technologies which can measure temperature simultaneously at many points are introduced. One is to use a thermal sensor cable that is comprised of addressable thermal sensors connected in parallel within a single cable. The other is to use an optic fiber with Distributed Temperature Sensing (DTS) system. The difference between two technologies can be summarized as follows. A thermal sensor cable has a concept of 'point sensing' that can measure temperature at accurate position of a thermal sensor. So the accuracy and resolution of temperature measurement are up to the ability of the thermal sensor. Whereas optic fiber sensor has a concept of 'distributed sensing' because temperature is measured by ratio of Stokes and anti-Stokes component intensities of Raman backscatter that is generated when laser pulse travels along an optic fiber. It's resolution is determined by measuring distance, measuring time and spatial resolution. The purpose of this study is that application targets of two temperature measurement techniques are checked in technical and economical phases by examining the strength and weakness of them. Considering the functions and characteristics of two techniques, the thermal sensor cable will be suitable to apply to the assessment of groundwater flow, geothermal distribution and grouting efficiency within 300m distance. It is expected that the optic fiber sensor can be widely utilized at various fields (for example: pipe line inspection, tunnel fire detection, power line monitoring etc.) which need an information of temperature distribution over relatively long distance.
Kim, Youngwoong;Kim, Jong-Yeol;Ryu, Gukbeen;Hwang, Young-Gwan;Kim, Hyun-Gil
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2022.10a
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pp.617-619
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2022
An embedded fiber-optic sensor was manufactured using 3D printing technology for distributed structural monitoring. Strain distribution of the embedded sensor was measured by the optical frequency domain reflectometry, and real-time data visualization for the embedded sensor model was demonstrated.
Fiber optic distributed temperature sensing and thermal line sensor are applied in an observation borehole and a loom deep borehole heat exchanger. For the case of permanently installed system fiber optic DTS is very useful. By comparing with TLS, fiber optic DTS shows good accuracy and reliability. Ground water flow can give influences at heat exchange rate of the heat pump system. According to the hydraulic characteristics and temperature-depth profile, we consider that temperature-depth profile do not seem to be dependent on ground water flow. A permanent installation of fiber optic cable is expected as a reliable temperature measurement technique in a borehole heat exchanger system.
Recently great efforts and investment have been made in order to develop a structural health monitoring technology using fiber optic sensors. Therefore, in this study, we have focused on the development of a fiber optic BOTDA (Brillouin Optical Time Domain Analysis) sensor system in order to measure strains distributed on large structures by an optical fiber. The fiber optic BOTDA sensor was constructed simply, with only two electro-optic modulators. The results of strain measurement tests of an optical fiber showed that the strain can be determined accurately from the Brillouin frequency shift measurement on the strain induced range of 10 m in the total fiber length of 4.8 kIn using 200 averaged signals. Also, the strain sensitivity of Samsung single mode fiber was 4.81 MHz/O.Ol % under the test. test.
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.
Brillouin scattering-based fiber optic sensors are useful to measure strain or temperature in a distributed manner. Since the Brillouin frequency of an optical fiber depends on both the strain and temperature, it is very important to know whether the Brillouin frequency shift is caused by the strain change or temperature change. This article presents a temperature compensation technique of a Brillouin scattering-based fiber optic strain sensor. Both the changes of the Brillouin frequency and the Brillouin gain power is observed for the temperature compensation using a BOTDA sensor system. Experimental results showed that the temperature compensated strain values were highly consistent with actual strain values.
Optical Temperature Distribution measurement System (OTDS) is completely different from conventional electric point sensor in that it uses the optical fiber itself as the sensor. This new concept in temperature measuring system requires only one fiber to be laid. The use of optical fiber also gives the advantage of small diameter, light weight, explosion resistance, and electromagnetic noise resistance. The OTDS is a sensor which is capable of making a precise measurement over a wide range of areas using only a single optical fiber. Since current temperature sensors, such as the thermocouple, are only used to measure temperaturea of point, they are almost impractical for measuring a wider range because of the extremely high cost. In comparision with current sensors, the optical fiber distributed temperature sensor can make much quicker and more precise measurements at a comparatively low cost.
A methodology based on distributed fiber optic sensors is proposed to detect the lateral buckling for subsea pipelines in this study. Uncontrolled buckling may lead to serious consequences for the structural integrity of a pipeline. A simple solution to this problem is to control the formation of lateral buckles among the pipeline. This firms the importance of monitoring the occurrence and evolution of pipeline buckling during the installation stage and long-term service cycle. This study reports the experimental investigations on a method for distributed detection of lateral buckling in subsea pipelines with Brillouin fiber optic sensor. The sensing scheme possesses the capability for monitoring the pipeline over the entire structure. The longitudinal strains are monitored by mounting the Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) distributed sensors on the outer surface of the pipeline. Then the bending-induced strain is extracted to detect the occurrence and evolution of lateral buckling. Feasibility of the method was validated by using an experimental program on a small scale model pipe. The results demonstrate that the proposed approach is able to detect, in a distributed manner, the onset and progress of lateral buckling in pipelines. The methodology developed in this study provides a promising tool for assessing the structural integrity of subsea pipelines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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