In this paper, a long gauge Fiber Bragg Grating (FBG) sensor system is described and long gauge FBGs are well-suited for measuring the upper parts of the bridge piers under the extremely severe movement conditions. In the experiments, we used more than 30m long FBG sensors to measure the movement of top part of the bridge piers which are separated from the main bridge by cutting the decks. With the actuator, the deck and girders were pushed and released. We checked the movement of the top of the pier while releasing the pressure of the actuator with the long gauge fiber sensor. In order to measure the movement of the upper part of the pier, the reference point must be outside of the pier. Using the optical fiber sensors, one end of the sensor is attached to the top of the pier and the other end is attached to the bottom of the next pier. The fiber sensors showed good response to the release loading and we could calculate the movement of the top part of the pear.
Young-Sang Kim;Duc-Thang Hoang;Gyeong-O Kang;Ba Huu Dinh
Smart Structures and Systems
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제34권1호
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pp.41-50
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2024
The accurate measurement of temperature in the ground source heat pump system is crucial for assessing the thermal response of the system and validating the numerical model for parametric study, which is necessary for the thermal performance evaluation of the geothermal energy system. Conventional temperature sensors have some disadvantages such as they are difficult to install, and their position can be shifted during the backfill process of the ground heat exchanger. In this study, Fiber Bragg Grating (FBG) sensors were used to measure the temperature change of a recently developed ground heat exchanger (Coil Column Unit, CCU). FBG sensors were first calibrated in a thermal chamber alongside a correlation sensor (RTD sensor). The calibrated sensors were then mounted on the pipe surface at each spiral of the CCU to measure how temperature changes during the in-door mockup thermal response test. Finally, the measurement results of the FBG sensors were verified with a finite element coded program. The results indicated that the temperature difference between the numerical analysis and the experiment was less than 1%, which is significantly lower than that of the previous study using the RTD sensors. Therefore, it is feasible to apply FBG sensors for temperature measurement during the operation of the TRT of the geothermal energy system.
The pitch and orthogonality of two-dimensional (2D) gratings have been measured by using a metrological atomic force microscope (MAFM) and measurement uncertainty has been analyzed. Gratings are typical standard artifacts for the calibration of precision microscopes. Since the magnification and orthogonality in two perpendicular axes of microscopes can be calibrated simultaneously using 2D gratings, it is important to certify the pitch and orthogonality of 2D gratings accurately for nano-metrology using precision microscopes. In the measurement of 2D gratings, the MAFM can be used effectively for its nanometric resolution and uncertainty, but a new measurement scheme was required to overcome some limitations of current MAFM such as nonnegligible thermal drift and slow scan speed. Two kinds of 2D gratings, each with the nominal pitch of 300 nm and 1000 nm, were measured using line scans for the pitch measurement of each direction. The expanded uncertainties (k = 2) of measured pitch values were less than 0.2 nm and 0.4 nm for each specimen, and those of measured orthogonality were less than 0.09 degree and 0.05 degree respectively. The experimental results measured using the MAFM and optical diffractometer were coincident with each other within the expanded uncertainty of the MAFM. As a future work, we also proposed another scheme for the measurements of 2D gratings to increase the accuracy of calculated peak positions.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권8호
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pp.1220-1225
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2009
본 논문에서는 사냑 루프 필터와 광섬유 격자 기반의 파장가변 궤환 레이저를 제안하고 있다. 다중파장을 제공하기 위하여 복굴절을 이용한 사냑 루프를 적용하였고 0.33nm의 인접 채널간격을 가지도록 제작하였다. 광섬유 격자의 열 광학 효과에 의한 파장가변을 유도하기 위하여 니크롬선을 격자위에 감았다. 파장가변과 분리에 대한 특성을 측정하기 위하여 길이가 다른 니크롬선으로 두 종류의 광섬유 격자 소자를 제작하였으며, 열 저항으로 파장가변이 되게 하였다. 광섬유격자의 반사파장이 사냑루프 다중파장의 특정 파장과 일치하면 모드 잠김현상에 의해서 공진하고 발진하게 된다. 공진파장의 이동도는 1.75pm/mW이다. 이 시스템은 전력 시스템의 전력 변동을 모니터링하는 분야에 적용할 수 있다.
Full-scale shake table seismic experiments and low-amplitude vibration tests on a masonry building are carried out to assess its seismic performance as well as study the effectiveness of a new multifunctional textile material for retrofitting masonry structures against earthquakes. The un-reinforced and the retrofitted with glass fiber reinforced polymer (GFRP) strips masonry building was subjected to a series of earthquake excitations of increasing magnitude in order to progressively induce various small, moderate and severe levels of damage to the masonry walls. The performance of the original and retrofitted building states is evaluated. Changes in the dynamic characteristics (lowest four modal frequencies and damping ratios) of the building are used to assess and quantify the damage states of the masonry walls. For this, the dynamic modal characteristics of the structure states after each earthquake event were estimated by performing low-amplitude impulse hammer and sine-sweep forced vibration tests. Comparisons between the modal results calculated using traditional accelerometers and those using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors embedded in the reinforcing textile were carried on to investigate the reliability and accuracy of FBG sensors in tracking the dynamic behaviour of the building. The retrofitting actions restored the stiffness characteristics of the reinforced masonry structure to the levels of the original undamaged un-reinforced structure. The results show that despite a similar dynamic behavior identified, corresponding to reduction of the modal frequencies, the un-reinforced masonry building was severely damaged, while the reinforced masonry building was able to withstand, without visual damage, the induced strong seismic excitations. The applied GFRP reinforcement architecture for one storey buildings was experimentally proven reliable for the most severe earthquake accelerations. It was easily placed in a short time and it is a cost effective solution (covering only 20% of the external wall surfaces) when compared to the cost for full wall coverage by GFRPs.
Fiber Bragg gratings (FBGs) are the most compact and reliable method of suppressing atmospheric emission lines in the infrared for ground-based telescopes. It has been proved that real FBGs based filters were able to eliminate 63 bright sky lines with minimal interline losses in 2011 (GNOSIS). Inscribing FBGs on multi-core fibers offers advantages. Compared to arrays of individual SMFs, the multi-core fiber Bragg grating (MCFBG) is greatly reduced in size, resistant to damage, simple to fabricate, and easy to taper into a photonics lantern (PRAXIS). Multi-mode fibers should be used and the number of modes has to be large enough to capture a sufficient amount of light from the telescope. However, the fiber Bragg gratings can only be inscribed in the single-mode fiber. A photonic lantern bi-directionally converts multi-mode to single-mode. The number of cores in MCFBGs corresponds to the mode. For a writing system consisting of a single ultra-violet (UV) laser and phase mask, the standard writing method is insufficient to produce uniform MCFBGs due to the spatial variations of the field at each core within the fiber. Most significant technical challenges are consequences of the side-on illumination of the fiber. Firstly, the fiber cladding acts as a cylindrical lens, narrowing the incident beam as it passes through the air-cladding interface. Consequently, cores receive reduced or zero illumination, while the focusing induces variations in the power at those that are exposed. The second effect is the shadowing of the furthest cores by the cores nearest to the light source. Due to a higher refractive index of cores than the cladding, diffraction occurs at each core-cladding interface as well as cores absorb the light. As a result, any core that is located directly behind another in the beam path is underexposed or exposed to a distorted interference pattern from what phase mask originally generates. Technologies are discussed to overcome the problems and recent experimental results are presented as well as simulation results.
기존의 광통신 시스템을 DWDM에 사용할 경우, 인접 채널사이의 간격이 좁아 심한 간섭이 발생한다. FBG 필터를 사용하여 DWDM에서의 이러한 인접 채널간 간섭은 줄일 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 균일한 경우, 가우시안 apodized 경우, 상승-코사인 apodized 경우의 세가지 굴절을 변화에 대한 반사 스팩트럼을 구하였다. 본 논문에서 얻어진 결과로 부터, 균일한 FBG는 적합하지 않고, 최대 굴절을 변화량 ${\sigma}$ 가 작을수록, 상승-코사인 apodized FBG 인 경우 변수 C 가 클수록, 가우시안 apodized FBG 인 경우 변수 G가클수록 DWDM용 협대역 필터에 적합함을 알 수 있었다. 또한, 상승-코사인 apodized FBG는 더 좁은 반사 스펙트럼 대역과 더 낮은 사이드로브를 갖기 때문에 가우시안 apodized FBG보다 더 우수한 특성을 갖음을 알 수 있었다.
Derkevorkian, Armen;Pena, Francisco;Masri, Sami F.;Richards, W. Lance
Smart Structures and Systems
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제20권3호
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pp.385-396
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2017
The recent advancements in sensing technologies allow us to record measurements from target structures at multiple locations and with relatively high spatial resolution. Such measurements can be used to develop data-driven methodologies for condition assessment, control, and health monitoring of target structures. One of the state-of-the-art technologies, Fiber Optic Strain Sensors (FOSS), is developed at NASA Armstrong Flight Research Center, and is based on Fiber Bragg Grating (FBG) sensors. These strain sensors are accurate, lightweight, and can provide almost continuous strain-field measurements along the length of the fiber. The strain measurements can then be used for real-time shape-sensing and operational load-estimation of complex structural systems. While several works have demonstrated the successful implementation of FOSS on large-scale real-life aerospace structures (i.e., airplane wings), there is paucity of studies in the literature that have investigated the potential of extending the application of FOSS into civil structures (e.g., tall buildings, bridges, etc.). This work assesses the feasibility of using FOSS to predict operational loads (e.g., wind loads) on chain-like structures. A thorough investigation is performed using analytical, computational, and experimental models of a 4-story steel building test specimen, developed at the University of Southern California. This study provides guidelines on the implementation of the FOSS technology on building-like structures, addresses the associated technical challenges, and suggests potential modifications to a load-estimation algorithm, to achieve a robust methodology for predicting operational loads using strain-field measurements.
Recently, as custom-made demand about female underwear is increased, securing of a various dimension system is urgent, and satisfaction of each customer cannot be heightened with established dimensions. If we could measure shape of a living body with a fast and simple method, the custom-made demand of customers could be satisfied in the underwear as well as a clothing industry by using the method. One of the alternatives is shape measurement of the living body by a Moire fringe method. If we put a grating in front of an object to be measured and illuminate light, a Moire fringe with contour line shape is generated in the object, so we can conveniently measure object shape without touching directly by using the pattern. The Moire fringe and three-dimensional shape of the breast of the living body was acquired by a PMP method using a polygon mirror, and height and bottom width of the breast of the living body were measured by using obtained data in this study. Data of breast shape measurement through a mannequin was collected in a previous step as basic material for measuring the breast shape measurement of the living body. Three women in the twenties were selected as one of methods for measuring breast shape of a woman. As a result of the breast shape measurement of a living body A, it was measured that height of the breast was about 67.24mm and the bottom width was $13781.60mm^2$. This study is expected to contribute for collecting basic data of a female underwear industry and establishing a specification of a dimension system.
금으로 된 금속선 광 도파로를 따라 속박되는 장거리 표면 플라즈몬을 이용하여 파장 가변 필터를 설계하고 제작하였다. 실리콘 기판 위에 제작된 금속선 도파로는 두 층의 열광학 폴리머 사이에 샌드위치 구조로 끼어 있도록 설계되었다. 도파로의 바로 윗면에는 유전체로 된 Bragg 회절격자가 적합한 주기로 제작되어, 중심 파장이 광통신 파장대 (1520$\sim$1570 nm)에 있으면서 높은 소광률($\sim$25 dB)을 갖는 파의 반사가 가능했고, 전체손실은 25 dB/cm 이하로 나타났다. 또한, 제작된 파장 가변 필터가 폴리머의 열-광학적 특성에 의해 파장가변 필터 소자로서의 응용이 가능함을 확인했으며, 금속선 광 도파로에 직접 연결된 전극 구조에 동시에 가해준 전류에 의해 파장이 가변 될 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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