KR100217871B1 - Fiber-optic interferometers used in a system for detecting the strain of structures and method for measuring the strain of structures using the same - Google Patents
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Abstract
이 발명은 저렴하고 간단하게 구조물의 변형의 양을 측정함과 아울러 인장변형 또는 압축변형 등과 같은 변형의 방향을 탐지하게 하기 위하여, 레이저광원(16)으로부터 원래의 파장의 광빔이 구조물까지 입력되는 기준레그(11)와, 구조물로부터 제1광검출기(17)까지 이어져서 감지신호를 출력하는 감지레그(12) 및, 한쪽은 광섬유의 끝단에서 빛이 반사되지 않게 하고 다른 쪽은 제2광검출기(18)로 이어져서 변형의 종류를 탐지하기 위한 비교신호를 출력하는 비교레그(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유간섭측정기를 제공하며, 상기 광섬유간섭측정기는 마이켈슨식 3×3 광섬유간섭측정기(10)이거나 또는 레이저광원(26)으로부터 빛이 광섬유연계기(27a)에 의하여 나뉜 후에 제1 및 제2의 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20a, 20b)를 포함하는 이중 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20)일 수 있고, 상기 광섬유간섭측정기(10, 20)를 포함하는 변형탐지 시스템을 이용하여 변형을 탐지하는 방법에서는 감지신호취득단계와, 비교신호취득단계와, 상기 감지신호(S1)와 상기 비교신호(S2)가 적절히 설정된 기준선(R)에 대해 교차하는지의 여부와 그 순서를 판별하는 교차판별단계 및 교차순서검사단계와, 교차여부 및 그 순서에 따라 정현파의 개수를 증감시키는 정현파계수단계 및, 계수된 정현파의 개수를 이용하여 변형의 양을 측정한다.The present invention provides a reference for inputting the light beam of the original wavelength from the laser light source 16 to the structure in order to inexpensively and simply measure the amount of deformation of the structure and to detect the direction of deformation such as tensile deformation or compression deformation. Leg 11, a sensing leg 12 that extends from the structure to the first photodetector 17 and outputs a sensing signal, and one side prevents light from being reflected at the end of the optical fiber, and the other side has a second photodetector ( 18) to provide an optical fiber interference measuring device which comprises a comparison leg 13 for outputting a comparison signal for detecting the type of deformation, the optical fiber interference measuring device being a Michelson type 3 × 3 optical fiber interference measuring device. (10) or a double Fabry comprising first and second Fabry-Perot optical fiber interference meters (20a, 20b) after the light from the laser light source (26) is split by the optical fiber linkage (27a). In the method for detecting deformation using a strain detection system including the optical fiber interference measuring device (10, 20), the detection signal acquisition step, the comparison signal acquisition step, A cross discrimination step and a cross-sequence inspection step for determining whether the detection signal S1 and the comparison signal S2 intersect with the appropriately set reference line R, and the order thereof, The amount of deformation is measured using the sine wave coefficient step of increasing or decreasing the number and the number of counted sine waves.
Description
이 발명은 구조물의 변형의 양을 측정함과 아울러 변형의 방향을 탐지하는 변형탐지 시스템에 이용되는 간섭식 광섬유센서(interferometric optical fiber sensors), 즉, 광섬유간섭측정기(fiber-optic interferometers) 및 그러한 변형탐지 시스템을 이용한 변형탐지 방법에 관한 것이며, 특히, 온도나 진동 또는 압력등과 같은 외부요인에 의한 측정치의 오차를 제거하고 정확한 측정치를 얻고 종류를 탐지하게 하는 광섬유간섭측정기 및 이를 이용한 변형탐지 방법에 관한 것이다.The invention relates to interferometric optical fiber sensors, i.e. fiber-optic interferometers and such deformations, which are used in strain detection systems which measure the amount of deformation of a structure as well as detect the direction of deformation. The present invention relates to a deformation detection method using a detection system, and more particularly, to an optical fiber interference measuring device and a deformation detection method using the same, which eliminate errors of measurement values caused by external factors such as temperature, vibration, or pressure, and obtain accurate measurements. It is about.
광섬유간섭측정기는, 예를 들어, 마흐-젠데르식 광섬유간섭측정기(Mach-Zehnder type interferometer)나 마이켈슨식 광섬유간섭측정기(Michelson type interferometer) 또는 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(Fabry-Perot type interferometer)등과 같이 여러 종류가 있다.The optical fiber interferometer is, for example, a Mach-Zehnder type interferometer, a Michelson type interferometer or a Fabry-Perot type interferometer. There are several kinds.
그러한, 광섬유간섭측정기들에 대해서는 발명의 명칭이 파이버 옵틱 스트레인 센서 앤드 리드아웃 리드아웃 시스템(Fiber optic strain sensor and read-out system)이고 마틴 마리타 코퍼레이션(Martin Marietta Corporation)에게 허여된 1995년 12월 19일자 미국특허 제5,477,323호의 명세서 및 이 발명의 발명자 등에 의해 발명되고 이 출원의 출원인에 의해 이 출원과 함께 출원된 발명의 명칭이 간섭식 광선세를 이용하여 구조물의 변형량을 측정하는 시스템 및 방법인 출원의 명세서에 상세히 기재되어 있다.For such optical fiber interference meters, the invention is named Fiber optic strain sensor and read-out system and was issued to Martin Marietta Corporation on December 19, 1995. The specification of U.S. Patent No. 5,477,323, filed by the inventors of the present invention and filed with this application by the applicant of the present application, is a system and method for measuring the amount of deformation of a structure using an interference light beam. It is described in detail in the specification.
그러한 간섭식 광센서들은 위에서 언급한 출원의 명세서에도 기재되어 있듯이, 구조물의 변형량을 측정하기 위해 양호하게 사용될 수 있지만, 구조물의 변형뿐만 아니라 온도변화나 압력변화 또는 진동 등과 같은 환경인자에 대해서도 민감하므로, 간섭식 광센서의 출력신호로부터 환경인자에 기인한 노이즈를 제거하고 순수하게 구조물의 변형량에 기인한 값만을 추출해내는 것이 중요하다.Such interfering optical sensors can be used well to measure the amount of deformation of a structure, as described in the specification of the application mentioned above, but are sensitive to environmental factors such as temperature changes, pressure changes or vibrations as well as deformation of the structure. Therefore, it is important to remove noise due to environmental factors from the output signal of the coherent optical sensor and to extract only the value due to the deformation amount of the structure.
그런데, 위에서 언급한 출원의 명세서에서는 간섭식 광센서들을 이용하여 구조물의 변형의 양을 측정하는 것에 대해서만 언급하고 있으며, 그러한 변형이 수축변형인지 또는 연신변형인지를 구별하는 것에 대해서는 언급하고 있지 않다.However, the specification of the above-mentioned application refers only to measuring the amount of deformation of the structure using interfering optical sensors, and does not mention whether such deformation is shrinkage or stretch deformation.
죠셉 에이. 맥클린톡(Joseph A. McClintock)과 제프리 피. 앤드류스(Jeffrey P. Andrews)가 발명하여 1992년 11월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 패브리-페롯 리드아웃테크닉 유싱 웨이브렝스 튜닝(Fabry-Perot readout technique using wavelength tuning)인 미국 메리랜드주 베쎄스다 소재의 마틴 마리타 코포레이션(Martin Marietta Corporation)의 미국특허출원 제927,397호에서는 간섭식 광센서를 이용하여 구조물의 변형의 양은 물론이고 변형의 종류, 즉, 수축변형인지 연신변형인지를 판별하는 방법이 제안되고 있다.Joseph A. Joseph A. McClintock and Jeffrey P. Bethesda, Maryland, USA, invented by Jeffrey P. Andrews, filed November 6, 1992, and named Fabry-Perot readout technique using wavelength tuning. In US Patent Application No. 927,397 of Martin Marietta Corporation of Materials, a method of determining the type of deformation as well as the type of deformation, that is, whether it is shrinkage or stretch deformation, using an interfering optical sensor is proposed. It is becoming.
그런데, 위 미국특허출원 제927,397호에서는 간섭식 광센서의 출력신호와 광원의 원래의 파장을 튜닝한 두 개의 신호에 의해 변형의 양과 종류를 구하고 있으며, 그러한 측정방법에서는 간섭식 광센서의 특성, 즉, 온도변화나 압력변화 또는 진동 등의 환경인자에 기인한 오차요인이 혼입됨에 따른 문제를 해결할 수 없을 뿐만 아니라, 광원의 원래의 파장을 튜닝하기 위한 전기작동식 튜닝장치가 요구되므로, 장치가 매우 복잡해졌다.However, in US Patent Application No. 927,397, the amount and type of deformation are obtained from two signals tuned to the output signal of the interference type optical sensor and the original wavelength of the light source. That is, not only can not solve the problem caused by the mixing of error factors due to environmental factors such as temperature change, pressure change or vibration, but also requires an electrically operated tuning device for tuning the original wavelength of the light source. It's very complicated.
이 발명은 위와 같은 종래의 광섬유간섭측정기를 이용하여 구조물의 변형의 양을 측정하고 종류 및 방향을 판별하는 방법 및 시스템에서의 문제를 극복하고 저렴하고 간단한 방법으로 측정오차를 극소화하여 정확한 측정결과를 얻을 수 있게 하려는 것이다.The present invention overcomes the problems in the method and system for measuring the amount of deformation of the structure, and determining the type and direction of the structure using the conventional optical fiber interference measuring apparatus as described above, and minimizes the measurement error in an inexpensive and simple way to obtain accurate measurement results. To get it.
제1도는 이 발명의 제1실시예에 따른 구조물의 변형탐지 시스템에 이용되는 광섬유간섭측정기의 구성을 개략적으로 도시한 블록선도이고,1 is a block diagram schematically showing the configuration of an optical fiber interference measuring instrument used in the deformation detection system of a structure according to the first embodiment of the present invention,
제2도는 이 발명의 제2실시예에 따른 구조물의 변형탐지 시스템에 이용되는 광섬유간섭측정기의 구성을 개략적으로 도시한 블록선도이며,2 is a block diagram schematically showing the configuration of an optical fiber interference measuring instrument used in the deformation detection system of a structure according to a second embodiment of the present invention.
제3도는 제2도에 도시된 광섬유간섭측정기가 구조물에 설치되는 형태를 도시한 외관사시도이고,3 is an external perspective view showing the form in which the optical fiber interference measuring instrument shown in FIG.
제4도는 제1도 및 제2도에 도시된 광섬유간섭측정기들의 출력신호로 구조물의 변형의 종류를 탐지하는 방법을 설명하기 위한 파형도이며,4 is a waveform diagram illustrating a method of detecting a type of deformation of a structure by an output signal of the optical fiber interference measuring instruments shown in FIGS. 1 and 2;
제5도와 제6도는 제1도와 제2도에 도시된 광섬유간섭측정기들에 의한 실제의 신호처리결과를 도시한 그래프들이다.5 and 6 are graphs showing actual signal processing results by the optical fiber interference measuring devices shown in FIG. 1 and FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 마이켈슨식 3×3 광섬유간섭측정기 11, 22 : 기준레그10: Michelson
12, 23a : 감지레그 13, 23b : 비교레그12, 23a:
15, 27a, 27b, 27c : 광섬유연계기 16, 26 : 레이저 광원15, 27a, 27b, 27c: fiber
17, 29a : 제1광검출기 18, 29b : 제2광검출기17, 29a:
20 : 이중 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기20: Dual Fabry-Perot Fiber Optic Interferometry
20a,20b : 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기20a, 20b: Fabry-Perot type fiber optic interference measuring instrument
R : 기준선 S1 : 감지신호R: reference line S1: detection signal
S2 : 비교신호 IML : 글리세린S2: comparison signal IML: glycerin
위와 같은 과제를 해결하기 위한 이 방법에 따르면, 구조물의 변형의 양을 측정함과 아울러 변형의 방향을 탐지하는 변형탐지 시스템에 이용되는 광섬유간섭 측정기에 있어서, 레이저광원으로부터 원래의 파장의 광빔이 구조물까지 입력되는 기준레그와, 구조물로부터 제1광검출기까지 이어져서 감지신호를 출력하는 감지레그 및, 한 쪽은 광섬유의 끝단에서 빛이 반사되지 않게 하고 다른 쪽은 제2광검출기로 이어져셔 변형의 종류를 탐지하기 위한 비교신호를 출력하는 비교레그를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유간섭측정기가 제공된다.According to this method for solving the above problems, in the optical fiber interference measuring apparatus used in the deformation detection system for measuring the amount of deformation of the structure and the direction of deformation, the light beam of the original wavelength from the laser light source is A reference leg inputted to the detection leg, a detection leg that extends from the structure to the first photodetector, and outputs a detection signal, and one side prevents light from being reflected at the end of the optical fiber, and the other side leads to the second photodetector. There is provided an optical fiber interference measuring device including a comparison leg for outputting a comparison signal for detecting a kind.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 광섬유간섭측정기는 마이켈슨식 3×3 광섬유간섭측정기일 수 있다.According to the present invention, the optical fiber interference measuring device may be a Michelson
또한, 이 발명에 따르면, 상기 광섬유간섭측정기는 제1 및 제2의 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기를 포함하는 이중 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기일 수 있다.According to the present invention, the optical fiber interference measuring device may be a dual Fabry-Perot type optical fiber interference measuring device including first and second Fabry-Perot type optical fiber interference measuring devices.
또한, 이 발명에 따르면, 구조물의 변형의 양을 측정함과 아울러 변형의 종류를 탐지하는 변형탐지 방법에 있어서, 기준레그를 통해 레이저광원으로부터 광빔을 입사시키면서 제1광검출기에서 감지신호를 얻는 감지신호취득단계와, 제2광검출기에서 입사광빔과 동일한 파장의 비교신호를 얻는 비교신호취득단계와, 상기 감지신호와 상기 비교신호의 진폭을 고려하여 적절한 파고상에 기준선을 설정하고 상기 감지신호 및 상기 비교신호들이 상기 기준선과 교차하는지의 여부를 판별하는 교차판별단계와, 상기 감지신호와 상기 비교신호가 상기 기준선과 교차하는 순서를 검사하는 교차순서검사단계와, 교차순서가 바뀌지 않은 채로 상기 감지신호가 상기 감지선과 교차하는 경우에는 정현파의 개수(m)를 1만큼 증가시키고, 교차순서가 바뀌면서 상기 감지신호가 상기 감지선과 교차하는 경우에는 정현파의 개수(m)를 1만큼 감소시키는 정현파계수단계 및, 계수된 정현파의 개수(m)를 이용하여 다음의 수학식 1에 의해 구조물의 변형의 양을 측정하는 것을 특징으로 하는 구조물의 변형탐지 방법이 제공된다.In addition, according to the present invention, in the deformation detection method for measuring the amount of deformation of the structure and also detects the type of deformation, the detection to obtain a detection signal from the first photodetector while injecting a light beam from the laser light source through the reference leg A signal acquisition step, a comparison signal acquisition step of obtaining a comparison signal having the same wavelength as the incident light beam in the second photodetector, setting a reference line on an appropriate wave height in consideration of the amplitude of the detection signal and the comparison signal, A cross discrimination step of determining whether the comparison signals intersect the reference line, a cross order checking step of checking an order in which the detection signal and the comparison signal intersect the reference line, and the detection without altering the order of intersection When the signal crosses the sensing line, the number of sinusoids (m) is increased by 1, and the crossing order is changed to When the ground signal intersects the sensing line, the amount of deformation of the structure is determined by the following
여기에서,은 구조물의 변형률이고, L은 광섬유의 게이지길이이며, C는 게이지 상수임.From here, Where is the strain of the structure, L is the gauge length of the fiber, and C is the gauge constant.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 감지신호가 상기 기준선과 교차할 때마다 상기 기준선의 위치를 재설정하는 기준선재설정단계를 부가적으로 포함할 수 있다.In addition, according to the present invention, each time the detection signal crosses the reference line may further include a reference line resetting step of resetting the position of the reference line.
[실시예]EXAMPLE
이제, 첨부된 도면을 보면서 이 발명에 따른 구조물의 변형탐지 시스템에 이용되는 광섬유간섭측정기 및 그러한 구조물의 변형탐지 시스템을 이용한 구조물의 변형탐지 방법의 양호한 실시예들에 대해 상세히 설명하겠다.Now, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the preferred embodiments of the optical fiber interference measuring apparatus used in the deformation detection system of the structure according to the present invention and the deformation detection method of the structure using the deformation detection system of such a structure.
[제1실시예][First Embodiment]
제1도에는 이 발명의 제1실시예에 따른 구조물의 변형탐지 시스템에 이용되는 마이켈슨식 광섬유간섭측정기가 개략적으로 도시되어 있다. 제1도에 도시된 광섬유간섭측정기(10)는, 종래의 마이크레슨식 광섬유간섭측정기와 달리, 3개의 레그들을 포함하여 구성되며, 제1레그는 레이저광원(16)으로부터 원래의 파장의 광빔이 광섬유연계기(15)를 거쳐서 구조물(19)의 내부까지 입력되는 기준레그(11)이고, 제2레그는 구조물의 내부로부터 광섬유연계기(15)를 거쳐서 제1광검출기(17)까지 이어져서 감지신호를 출력하는 감지레그(12)이며, 제3레그는 한 쪽은 필요 없는 선으로 광섬유의 끝단에서 빛이 반사되어 되돌아가지 않도록 글리세린을 묻혀 두고 다른 쪽은 제2광검출기(18)로 이어져서 변형의 종류를 탐지하기 위한 비교신호를 출력하는 비교레그(13)이다. 여기에서는, 이러한 광섬유간섭측정기(10)를 마이켈슨식 3×3 광섬유간섭측정기라고 부르기로 한다.1 schematically shows a Michelson-type optical fiber interference measuring instrument used in the deformation detection system of a structure according to the first embodiment of the present invention. The optical fiber
이제, 이 실시예에 따른 마이켈슨식 33 광섬유간섭측정기(10)를 이용하여 구조물의 변형의 종류 및 방향을 탐지하고 양을 측정하는 방법에 대해 설명하겠따.Now, the Michelson
이 실시예에 따른 마이켈슨식 33 광섬유간섭측정기(10)의 기준레그(11)를 통해 레이저광원(16)으로부터 광빔을 입사시키면, 제1광검출기(17)에서는 제4도의 실선으로 도시한 것과 같은 감지신호(S1)를 얻게 되며, 제2광검출기(18)에서는 제4도의 점선으로 도시한 것과 같은 비교신호(S2)를 얻게 된다. 이러한 두 개의 신호(S1, S2)의 진폭을 고려하여 적절한 파고상에 기준선을 설정하고, 그 신호(S1, S2)들이 상기 기준선(R)과 교차하는지의 여부를 판별한다. 상기 감지신호(S1)와 상기 비교신호(S2)가 상기 기준선(R)과 교차하는 순서, 즉, 상기 감지신호(S)와 상기 비교신호(S2) 중에서 어느 것이 기준선(R)과 먼저 교차하는지를 검사한다. 교차순서가 바뀌지 않은 채로 상기 감지신호(S1)가 상기 감지선(R)과 교차하는 경우에는 정현파의 개수 m을 1만큼 증가시키고, 교차순서가 바뀌면서 상기 감지신호(S2)가 상기 감지선(R)과 교차하는 경우에는 정현파의 개수 m을 1만큼 감소시킨다. 상기 감지신호(S1)가 상기 기준선(R)과 교차하지 않으면, 정현파의 개수 m은 변하지 않는다. 위와 같이 구해진 정현파의 개수 m을 이용하여 다음의 수학식 1에 의해 구조물의 변형의 양을 측정한다.Michelson
[수학식 1][Equation 1]
여기에서,은 구조물의 변형률이고, L은 광섬유의 게이지길이이며, C는 게이지상수임.From here, Is the strain of the structure, L is the gauge length of the fiber, and C is the gauge constant.
또한, 위의 과정에서 감지신호(S1)와 비교신호(S2)의 기준선(R)에 대한 교차순서가 바뀐 것은 구조물의 변형의 종류가 수축변형에서 연신변형으로나 또는 연신변형에서 수축변형으로 바뀐 것을 의미한다.In addition, in the above process, the cross order of the detection signal S1 and the comparison signal S2 has been changed in the order of crossing, indicating that the type of deformation of the structure is changed from shrinkage strain to stretch strain or stretch strain to shrinkage strain. it means.
좀더 양호하게는 상기 감지신호(S1)가 상기 기준선(R)과 교차할 때마다 상기 기준선(R)의 위치를 재설정할 수도 있다.More preferably, whenever the detection signal S1 crosses the reference line R, the position of the reference line R may be reset.
위의 과정이 완료된 후에도 상기 레이저광원(16)으로부터 상기 마이켈슨식 3×3 광섬유간섭측정기(10)의 기준레그(11)를 통해 광빔이 계속 입사되고 데이터의 취득이 계속 이어지면, 위의 과정을 반복하여 수행한다.Even after the above process is completed, if the light beam continues to be incident from the
[제2실시예]Second Embodiment
제2도에는 이 발명의 제1실시예에 따른 구조물의 변형탐지 시스템에 이용되는 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기가 개략적으로 도시되어 있다. 제2도에 도시된 광섬유간섭측정기(20)는 2개의 종래의 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20a, 20b)들을 포함하여 구성되는 이중 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기이다. 제1패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20a)의 탐촉자(2a)와 제2패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20b)의 탐촉자(21b)는 일정한 간격을 갖고 서로 나란히 배치되며, 제1패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20a)의 기준레그(22a)와 제2패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20b)의 기준레그(22b)는 광섬유연계기(27a)에 의해 연계되어 있고, 제1패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20a)의 기준레그(22a)와 제2패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20b)의 기준레그(22b)로 빛이 입사되고 광섬유연계기(27b, 27c)의 후단의 사용하지 않는 광섬유단부에는 글리세린이 발라져서 광빔이 반사되지 않게 한다. 제1 및 제2의 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20a, 20b)의 탐촉자(21a, 21b)들은 일정한 공기간극(28a, 28b)을 갖고 있으므로, 구조물의 변형에 따라 외부에서 주어지는 변형률을 공기간극(28a, 28b)의 길이가 변화함으로써 각각 감지레그(23a)와 비교레그(23b)로서 작용하는 레그들을 통해 출력되는 출력신호들은 제4도와 같은 정현파형이다. 상기 탐촉자(21a, 21b)들의 공기간극의 길이를 약간의 차이가 있게 만들면, 각각의 광검출기(29a, 29b)에서 감지되는 출력신호들간에는 제4도와 같은 위상차가 있다. 그런데, 제3도에 보이듯이, 제1패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20a)의 탐촉자(21a)의 유리튜브와 제2패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20b)의 탐촉자(21b)의 유리튜브를 나란히 하여 미끄럼운동이 불가능하게 고정시켜 두고 두 개의 출력신호들의 위상이동량이 일정하게 유지되게 하면 제4도와 같은 신호를 얻을 수 있다.FIG. 2 schematically shows a Fabry-Perot type optical fiber interference measuring instrument used in the deformation detection system of the structure according to the first embodiment of the present invention. The optical fiber
이제, 이 실시예에 따른 이중 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20)를 이용하여 구조물의 변형의 종류를 탐지하고 양을 측정하는 방법에 대해 설명하겠다.Now, a method of detecting and measuring the type of deformation of a structure by using the dual Fabry-Perot optical fiber
이 실시예에 따른 이중 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20)의 기준레그(22a)를 통해 레이저광원(26)으로부터 광빔을 입사시키면, 제1광검출기(29a)에서는 제4도의 실선으로 도시한 것과 같은 감지신호(S1)를 얻게 되며, 제2광검출기(29b)에서는 제4도의 점선으로 도시한 것과 같은 비교신호(S2)를 얻게 된다. 이러한 두 개의 신호(S1, S2)의 진폭을 고려하여 적절한 파고상에 기준선을 설정하고, 그 신호(S1, S2)들이 상기 기준선(R)과 교차하는지의 여부를 판별한다. 상기 감지신호(S1)와 상기 비교신호(S2)가 상기 기준선(R)과 교차하는 순서, 즉, 상기 감지신호(S)와 상기 비교신호(S2)중에서 어느 것이 기준선(R)과 먼저 교차하는지를 검사한다. 교차순서가 바뀌지 않은 채로 상기 감지신호(S1)가 상기 감지선(R)과 교차하는 경우에는 정현파의 개수 m을 1만큼 증가시키고, 교차순서가 바뀌면서 상기 감지신호(S2)가 상기 감지선(R)과 교차하는 경우에는 정현파의 개수 m을 1만큼 감소시킨다. 상기 감지신호(S1)가 상기 기준선(R)과 교차하지 않으면, 정현파의 개수 m은 변하지 않는다. 위와 같이 구해진 정현파의 개수 m을 이용하여 다음의 수학식 1에 의해 구조물의 변형의 양을 측정한다.When the light beam is incident from the
[수학식 1][Equation 1]
여기에서,은 구조물의 변형률이고, L은 광섬유의 게이지길이이며, C는 게이지상수임.From here, Is the strain of the structure, L is the gauge length of the fiber, and C is the gauge constant.
또한, 위의 과정에서 감지신호(S1)와 비교신호(S2)의 기준선(R)에 대한 교차순서가 바뀐 것은 구조물의 변형의 종류가 수축변형에서 연신변형으로나 또는 연신 변형에서 수축변형으로 바뀐 것을 의미한다.In addition, in the above process, the crossing order of the detection signal S1 and the comparison signal S2 has been changed in order that the type of deformation of the structure is changed from shrinkage strain to stretch strain or stretch strain to shrinkage strain. it means.
좀 더 양호하게는 상기 감지신호(S1)가 상기 기준선(R)과 교차할 때마다 상기 기준선(R)의 위치를 재설정할 수도 있다.More preferably, whenever the detection signal S1 crosses the reference line R, the position of the reference line R may be reset.
위의 과정이 완료된 후에도 상기 레이저광원(26)으로부터 상기 이중 패브리-페롯식 광섬유간섭측정기(20)의 기준레그(21a)를 통해 광빔이 계속 입사되고 데이터의 취득이 계속 이어지면, 위의 과정을 반복하여 수행한다.Even after the above process is completed, if the light beam continues to be incident from the
제5도와 제6도는 제1 및 제2의 실시예에 따른 광섬유간섭측정기(10, 20)들의 출력신호를 위와 같이 디지탈처리하는 알고리즘의 유효성을 보이기 위하여 그러한 광섬유간섭측정기(10, 20)들에 의한 실제의 신호처리결과를 도시한 그래프들이다. 감지신호(S1)와 비교신호(S2)는 일정한 위상차를 가짐을 알 수 있다. 그러므로, 제5도 및 제6도에서 위상차의 그래프(PS)는 감지신호(S1)의 데이터를 처리함으로써 구할 수 있다. 제5도 및 제6도에서 변형의 종류가 바뀌게 되면, 기준신호(S1)와 비교신호(S2)가 기준선과 교차하는 순서가 바뀜을 알 수 있다. 또한, 제5도 및 제6도의 위상차의 그래프(PS)의 값을 수학식 1에 대입하면 그대로 변형률이 됨을 알 수 있다.5 and 6 show the optical fiber
위에서 설명한 이 발명의 실시예들은 이 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다.The embodiments of the present invention described above are intended to illustrate but not limit the invention.
그러므로, 이 발명은 위에서 설명한 실시예에 한정되지 않음은 물론이고, 이 발명의 정신 및 기술적 사상을 벗어나지 않은 채로 당업자에 의해 이루어질 수 있는 모든 변화예나 변형예 또는 조절예들을 포함할 것이며, 첨부된 특허청구의 범위는 그러한 것들을 모두 포함할 것을 의도한다.Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described above, but will also include all changes, modifications or adjustments that can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and technical spirit of the invention, and the appended patents The claims are intended to cover all such.
위에서 설명한 바와 같은 이 발명에 다른 광섬유간섭측정기를 이용한 구조물의 변형탐지 시스템 및 그러한 구조물의 변형탐지 시스템을 이용한 구조물의 변형탐지 방법에서는 저렴하고 간단하게 변형의 종류와 방향 및 양을 구함과 아울러 측정오차를 극소화하여 정확한 측정결과를 얻을 수 있다.In the present invention as described above, the deformation detection system of the structure using the optical fiber interference measuring instrument and the deformation detection method of the structure using the deformation detection system of such a structure are cheap and simple to obtain the type, direction, and quantity of the deformation, as well as measurement errors. Minimize the to obtain accurate measurement results.
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