Fiber Bragg grating (FBG) sensors are applied to structural health monitoring (SHM) in many areas due to their unique advantages such as ease of multiplexing and capability of absolute measurement. However, they are exposed to cyclic thermal load, generally in the temperature range of $-20^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$, in railways during a long-term SHM and the cyclic thermal load can affect the mechanical strength of FBGs. In this paper, the effects of both cyclic thermal load and the reflectivity of FBGs on the mechanical strength are investigated though tension tests of FBG specimens after they are aged in a thermal chamber with temperature changes in a range from $-20^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$ for 300 cycles. Results from tension tests reveal that the mechanical strength of FBGs decreases about 8% as the thermal cycle increases to 100 cycles; the mechanical strength then remains steady until 300 cycles. Otherwise, the mechanical strength of FBGs with reflectivity of 6dB (70%) and 10dB (90%) exhibits degradation values of about 6% and 12%, respectively, compared to that with reflectivity of 3dB (50%) at 300 cycles. SEM photos of the Bragg grating parts also show defects that cause their strength degradation. Consequently, it should be considered that mechanical strength of FBGs can be degraded by both thermal cycles and the reflectivity if the FBGs are exposed to repetitive thermal load during a long-term SHM.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.4
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pp.299-307
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2009
Emerging fiber optic sensor technologies have shown great potential to overcome the difficulties associated with conventional sensors. Fiber optic sensors are immune to EM noise and electric shock and thus can be used in explosion-prone areas. Several kinds of fiber optic sensors have been developed over the last two decades to take advantage of these merits. There have also been many field applications of fiber optic sensors for structural health monitoring as NDT/HDE. However, very few sensors, particularly a load cell have been successfully commercialized. This Paper Presents a load cell using fiber Bra99 gra1ing (FBG) sensors. The shape of the load cell is a link type, and three FBG sensors are used for measuring strains at three different points. Especially, these strains are processed with a differential method in order to exclude common mode noise such as temperature. Moreover, the sensitivity, the linearity and the resolution of the load cell were successfully verified from the experiment of tension test.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.135-139
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2001
This paper describes a string resonator that is used for the interrogation system of a Fiber Bragg Grating(FBG) strain sensor. The strain on the fiber piece is calculated from the measured frequency based on that the natural frequency of a string is a function of the applied absolute strain. Existing research considered a fiber as a string, but a fiber is not a string in the strict sense due to its bending stiffness, thus the fiber should be modeled as a beam accompanied with an axial force. In the vibration modeling, the relationship between the strain and the natural frequency is derived, and then the resonance condition is described in terms of both the phase and the mode shape for sustaining resonant motion. Several experiments verify the effectiveness of the proposed model of the fiber. The performance of the string resonator is analyzed by measuring the frequency change according to the applied strains in the dynamic range of 1100$\mu\varepsilon$ referred to the displacement from capacitance sensor. From the experimental results, the implemented string resonator provides the accuracy of $\pm$3$\mu\varepsilon$, the quasi-static resolution of ~0.1$\mu\varepsilon$(rms) which amount to be $\pm$0.17$\mu\textrm{m}$ and ~6nm respectively, in case of fiber length of 56mm. For a dynamic strain, it can provide the accuracy of ~3$\mu\varepsilon$ until the frequency comes to 8Hz. As a consequence, the string resonator proposed for FBG sensor provides the high accuracy and the high resolution in strain measurement, and also it is expecting to be used, for the application, to not only strain but also displacement measuring device.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.12
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pp.2310-2316
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2016
We studied the effect of $Co^{60}$ gamma-radiation on the fiber Bragg gratings (FBGs) by irradiation time of UV Krypton fluoride (KrF) excimer laser among grating processing parameters. The FBGs were fabricated in a different UV laser irradiation time at 30, 60, 90, and 120 seconds using the same commercial Ge-doped silica core fiber (SMF-28e). It was exposed to gamma-radiation up to a high dose of 34.3 kGy at the dose rate of 106 Gy/min, and then it was analyzed radiation effects by measuring the radiation-induced change in the temperature sensitivity coefficient and Bragg wavelength shift. According to the experimental results, We confirmed that the UV laser irradiation period for grating inscription has a highly effect on the radiation sensitivity of the FBGs. The radiation-induced Bragg wavelength shift by the change of laser irradiation conditions showed a difference more than about 50 %.
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 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.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.10
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pp.21-26
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2003
In this research, the change of coefficient of thermal expansion (CTE) of graphite/epoxy composite laminate under space environment was measured using fiber optic sensors. Two fiber Bragg grating (FBG) sensors have been adopted for the simultaneous measurement of thermal strain and temperature. Low Earth Orbit (LEO) conditions with high vacuum, ultraviolet and thermal cycling environments were simulated in a thermal vacuum chamber. As a pre-test, a FBG temperature sensor was calibrated and a FBG strain sensor was verified through the comparison with the electric strain gauge (ESG) attached on an aluminun specimen at high and low temperature respectively. The change of the CTE in a composite laminate exposed to space environment was measured for intervals of aging cycles in real time. As a whole, there was no abrupt change of the CTE after 1000 aging cycles. After aging, however, the CTE decreased a Little all over the test temperature range. These changes are caused by outgassing, moisture desorption, matrix cracking etc.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.244-249
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2001
In this paper, we present the simultaneous measurement of the fabricaition strain and temperature during and after cure of unsymmetric composite laminate uising fiber optic sensors. Fiber Bragg grating/extrinsic Fabry-Perot interferometric (FBG/EFPl) hybrid sensors are used to measure those measurands. The characteristic matrix of sensor is analytically derived and measurements can be done without sensor calibration. A wavelength-swept fiber laser is utilized as a light source. FBG/EFPI sensors are embedded in a graphite/epoxy unsymmetric cross-ply composite laminate at different direction and different location. We perform the real time measurement of fabrication strains and temperatures at two points of the composite laminate during cure process in an autoclave. Also, the thermal strains and temperatures of the fabricated laminate are measured in thermal chamber. Through these experiments, we can provide a basis for the efficient smart processing of composite and know the thermal behavior of unsymmetric cross-ply composite laminate.
Kim, Young-Bok;Lee, Seong-Ro;Jeon, Sie-Wook;Park, Chang-Soo
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.10B
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pp.1216-1221
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2011
We propose a multiplexed fiber Bragg grating (FBG) sensor network for vessel monitoring to measure the variation of strain and temperature by environmental perturbation based on code division multiple access (CDMA). The center wavelength of FBG was linearly changed by environmental perturbation such as strain and temperature variation so that we could be monitoring the state of sensors. A RSOA was used as optical broadband source and which was modulated by using pseudo random binary sequence (PRBS) signal. The correlation peak of reflected signal from sensor networks was measured. In this paper, we used the sliding correlation techniques for high speed response and dynamic rage of sensors.
The low- frequency acoustic sensor using the recently developed FBG has an excellent merits which the existing fiber-optic sensor has and also it has an excellent signal sensing effect in the environment of low-frequency($30Hz{\sim}300Hz$). Furthermore, we can expect the utilization of low-frequency signal defection instead of existing microphones in the environment of electric noise and also it can be developed as the high-sensibility multiplexing through the sensor array system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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