• 대한토목학회논문집
• /
• 제28권4A호
• /
• pp.507-515
• /
• 2008

본 연구에서는 모드분해기법을 이용한 변형률신호로부터 변위응답추정 방법을 개발하였다. 일반적으로 교량의 안정성평가는 완공 후에 초점이 맞추어져 있다. 하지만 가설 중에도 풍하중과 지진하중과 같은 동적하중에 노출되어 있으며, 이런 동적하중에 대한 안정성을 검토하기 위해 교량의 안정성 평가에 있어 중요한 인자인 변위를 추정하는 것이 중요하다. 그러나 건설현장에서의 적절한 변위측정 방법의 부재로 인하여 대형구조물의 전체적인 변위를 측정할 수 없는 것이 현실이다. 본 연구에서는 간접적으로 변위를 추정하는 방법인 변형률로 변위를 추정하는 방법을 제시하였으며, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber optic Bragg-grating sensor)를 사용하여 변형률을 계측하였다. 기존에도 FBG센서를 이용한 변위추정 방법이 있었으며 기존의 방법으로는 정적하중에 대한 변위추정은 가능하였으나 고차 모드의 변형률신호와 노이즈의 영향 때문에 동적하중에 대한 변위추정은 많은 오차가 발생하여 정확한 변위추정이 어려웠다. 이런 오차를 줄이는 방법으로 모드분해기법을 사용하였다. 모드분해기법은 변형률신호로부터 proper orthogonal decomposition(POD)을 이용하여 추정한 모드형상과 empirical mode decomposition(EMD)을 이용하여 모드 분해한 변형률신호로 모드별 변위응답을 추정하고, 구조물의 주요 모드에 대한 변위응답을 합하여 전체변위응답을 추정하는 방법이다. 제안한 모드분해기법을 검증하기 위해 실내모형실험을 수행하였다.

• 한국광학회지
• /
• 제19권3호
• /
• pp.175-181
• /
• 2008

상용의 전자기 가속도 센서에 비해 신호의 안정성 면에서 우수하고 가격이 저렴하며 제작이 비교적 용이한 필름 격자를 이용한 광세기 방식의 새로운 가속도 센서를 제안하고 이를 제작하였다. 외부의 진동에 반응하는 외팔보(cantilever beam)에 서로 주기가 어긋난 2장의 진폭 변조용 필름 격자가 나란히 부착되어 이 필름격자를 지나가는 출력광이 외부진동에 따라 서로 다른 위상으로 변조된다. 이 두 필름격자에 의한 출력의 위상각을 이용하여 출력광 신호의 위상을 구하고, 위상 연속화 과정을 거쳐 외팔보의 변위를 계산하여 가속도 환산 관계식을 통해 가속도를 측정하였다. 본 논문의 필름 격자를 이용한 광섬유 가속도 센서는 대형 구조물 및 토목 구조물의 모니터링에 알맞은 7 Hz 이하의 저주파 대역에서 사용 가능하도록 설계하였다. 이 광섬유 가속도 센서는 광섬유를 이용하였으므로 전자기적 노이즈가 예상되는 곳에서도 구조물의 진동 측정에 적합하다.

• 방사성폐기물학회지
• /
• 제8권4호
• /
• pp.293-301
• /
• 2010

한국원자력연구원 내에 위치하는 방사성폐기물지하처분연구시설의 터널 내 벽면의 지반변위 및 온도 변화를 실시간으로 감시할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 광섬유케이블(Optical Fiber Cable)의 Brillouin 산란현상을 이용하는 분포개념의 온도 및 변형율 측정기법(Distributed Temperature and Strain Sensor: DTSS)을 적용하는 기술이다. 2년여 동안 감시한 결과 터널 벽면 쇼크리트 표면에서 균열 등과 관련한 뚜렷한 벽면 변위 징후는 발견되지 않았다. 다만, 시간이 경과함에 따라 터널 내에서 지하수 누출 지점을 중심으로 벽면에서 변형의 누적 크기가 증대되어가는 경향을 보이나 그 크기는 미약하고 완만하게 진행함을 확인하였다. 계속적인 지하수에 의한 포화-습윤-건조 등의 현상이 반복되는 구간이나 포화상태에 있는 구간은 점진적으로 영향이 커질 것으로 예상된다. 광섬유센서케이블을 이용한 분포 개념의 측정 및 분석기술은 구조물의 특성에 따라 선택적 탄력적 적용이 가능하다. 변형률의 계측 범위는 $20{\mu}{\varepsilon}{\sim}28,000{\mu}{\varepsilon}$ 크기까지 변위 계측이 가능하다. 변형률의 해상도는 0.01mm로서 최소 매 1m 간격, 온도는 $0.01^{\circ}C$ 해상도를 가지고 최소 0.5m 간격으로 감시가 가능하다. 기존의 특정지점 계측방법(Point Sensing)과는 확연하게 차별된다. 현재까지 운영한 결과 본 감시시스템은 방사성폐기물 처분시설 등 공동과 사면의 장기감시시스템으로 적용 가능성을 확인하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국복합재료학회 2004년도 춘계학술발표대회 논문집
• /
• pp.115-118
• /
• 2004

In this paper, a Fiber Bragg Grating (FBG) sensor system for smart structures is described. FBGs are well-suited for long term and extremely severe experiments, where traditional strain gauges fail. In the system, a reflect wave-length measurement method which employs a tunable light source to find out the center wave-length of FBG sensor is used. We applied the FBG system to composite repairing structures and beam column joint of building structure. We also applied the system to nuclear energy power plant for structural integrity test to measure the displacement of the structure under designed pressure and to check the elasticity of the structure by measuring the residual strain. The system works very well and it is expected that it can be used for a real-time strain, temperature and vibration detectors as parts of smart structures.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제5권4호
• /
• pp.469-482
• /
• 2009

The emerging sensor-based structural health monitoring (SHM) technology has a potential for cost-effective maintenance of aging civil infrastructure systems. The author proposes to integrate continuous and global monitoring using on-structure sensors with targeted local non-destructive evaluation (NDE). Significant technical challenges arise, however, from the lack of cost-effective sensors for monitoring spatially large structures, as well as reliable methods for interpreting sensor data into structural health conditions. This paper reviews recent efforts and advances made in addressing these challenges, with example sensor hardware and health monitoring software developed in the author's research center. The hardware includes a novel fiber optic accelerometer, a vision-based displacement sensor, a distributed strain sensor, and a microwave imaging NDE device. The health monitoring software includes a number of system identification methods such as the neural networks, extended Kalman filter, and nonlinear damping identificaiton based on structural dynamic response measurement. These methods have been experimentally validated through seismic shaking table tests of a realistic bridge model and tested in a number of instrumented bridges and buildings.

• 센서학회지
• /
• 제9권3호
• /
• pp.163-170
• /
• 2000

광주파수 변조 광섬유 간섭형 센서가 변위, 변형률 및 힘 등의 물리량을 측정하기 위하여 개발되어졌다. 일반적인 광섬유 간섭형 센서는 물리량에 따라 단지 정현파 형태의 신호를 보이기 때문에 물리량의 증감을 구별하는 것이 매우 어렵다. 본 연구에서는 물리량의 증감 방향을 구별하면서 물리량을 측정하기 위하여 단지 톱니파형으로 변조시킨 광원만을 사용하는 광섬유 마이켈슨 센서를 성하였다. 센서 출력은 일정한 정현파가 출력되도록 조절되어졌다. 출력신호는 일정 시간 간격동안 파형의 개수를 계수함에 의하여 처리되어졌다. 변형률은 파형 개수 변화량에 변형률을 구하기 위한 게이지 상수만을 곱함에 의하여 계산되었다. 이 센서의 변형률 측정 성능을 검토하기 위하여 광섬유 센서와 전기저항형 변형률 게이지가 부착된 알루미늄 시험편을 사용하여 만능시험기로 반복하중을 가하여 변형률의 증감을 측정하는 실험을 수행하였다. 이 실험으로부터 광섬유 센서에 의하여 측정된 변형률 변화량이 전기저항형 변형률 게이지의 변화량과 잘 일치하고 있음을 확인할 수 있었다.

• Journal of Magnetics
• /
• 제7권4호
• /
• pp.151-155
• /
• 2002

In situ stress changes at interfaces of ultrathin magnetic films were measured by means of a non-contact optical fiber bundle displacement detector. A bending of the substrate due to stress of a deposited film was detected in cantilever geometry. The highest sensitivity of 134 mV/$\mu$m for the displacement detector was realized with a help of computer simulation. The detector was applied to in situ stress measurements of Co/Pt and Ni/Pd magnetic multilayer films prepared on the glass substrates by dc magnetron sputtering. The detector turned out to have a submonolayer sensitivity that enables to observe coherent-to-incoherent transition in these mismatched multilayers and even detect the stress changes within the monoatomic coverage. This highly sensitive detector paves new way to probe the stress relaxation at an interface in ultrathin films.

• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
• /
• 제55권5호
• /
• pp.263-266
• /
• 2006

An optical microphone was developed using a dual-core multi-mode fiber block and a membrane type micromirror. The fiber block serves as a compact optical head, and the micromirror as a reflective diaphragm. The micromirror is designed to be suspended through a silicon bar connected t a frame, allowing for displacement induced by acoustic waves. The optical head is implemented by integrating two multi-mode fibers in a single block, and used to transfer light signals between it and the diaphragm. For the assembled microphone, its static characteristics were observed to reveal the operating point defined as the optimum distance between the optical head and the diaphragm. And its dynamic response was tested to exhibit a frequency bandwidth of 3 kHz with the variation of $\sim5dB$.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제9권3호
• /
• pp.397-414
• /
• 2015

Three different applications for monitoring displacements in underground structures using a BOTDR-based distributed optical fiber strain sensing system are presented. These applications are related to the strain measurements of (1) instrumented PVC tube designed to be attached to tunnel side wall and ceiling as a sensor; (2) rock bolts for tunnels; and (3) shotcrete lining under loading. The effectiveness of using the proposed strain sensing system is evaluated by carrying out laboratory tests, in-situ measurements, and numerical simulations. The results obtained from this validation process provide confidence that the optical fiber is able to quantify strain fields under a variety of loading conditions and consequently use this information to estimate the behavior of rock mass during mining activity. As the measuring station can be located as far as 1 km of distance, these alternatives presented may increase the safety of the mine during mining process and for the personnel doing the measurements on the field.

• 한국자기학회지
• /
• 제6권1호
• /
• pp.36-39
• /
• 1996

비정질 리본의 자기변형 측정을 위한 Fabry-Perot 간섭계형 광섬유 변위센서를 구성하였고, 헬름홀쯔 코일로써 교류자기장을 인가하여 자기변형을 측정하였다. 구성한 변위 센서의 출력신호는 구성요소인 index matching optical oil과 optical isolator의 사용에 의하여 잡음과 요동을 개선하였다. 구성한 변위센서의 분해능은 $30{\AA}$이었고, 이를 이용하여 1 Hz의 자화 주파수에서 측정한 비정질 $Fe_{81}B_{13.5}Si_{3.5}C_{2}$ 리본의 최대 자기변형 값은 인가자기장 $1.59{\times}10^{3}A/m$에서 $28{\times}10^{-6}$이였다.