KR100841389B1 - Non-slip cylindrical adjustable fiber optic grating fixture - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지속적인 구조물의 변형에 대해 광섬유격자 센서의 고정부가 미끄러지지 않도록 하고, 기존의 방식과 달리 광섬유격자 센서를 측정물에 고착제로 부착한 상태에서도 사용자로 하여금 원하는 초기 인장력을 변경할 수 있도록 고려한 광섬유격자 센서의 고정구에 관한 것이다. 본 구조에 대해 상세히 설명하면 댐, 터널, 빌딩, 교량등과 같이 비교적 큰 구조와 긴 수명을 갖는 구조물에 있어서 오랜 시간 지속적인 구조물의 변형력에 있어 광섬유격자 센서의 고정부에 미끄러짐이 발생하지 않도록 하기 위해 광섬유의 고정부 면적을 최대화하였으며, 특히 고착제로 측정물에 고정구를 부착한 후에는 초기 인장력을 변경할 수 없는 기존의 방식과 달리, 고착제로 측정물에 고정구를 부착한 후에도 초기 인장력을 변경할 수 있도록 하였으며, 사용자로 하여금 초기 인장력을 인가하는 데 있어서 손쉽고 미세한 인장력 조절을 가능하도록 구조를 고안하였다.The present invention prevents the fixing part of the optical fiber grating sensor against the deformation of the continuous structure, and unlike the conventional method, the optical fiber grating considering the user to change the initial tensile force desired even when the optical fiber grating sensor is attached to the workpiece as a fixing agent. It relates to a fixture of the sensor. This structure will be described in detail in order to prevent slippage in the fixed part of the optical fiber grating sensor in the deformation force of the structure which is long lasting in a structure having a relatively large structure and a long service life such as a dam, a tunnel, a building, and a bridge. The fixed area of the optical fiber is maximized.In particular, after the fixture is attached to the workpiece with the fixing agent, the initial tensile force can be changed even after attaching the fixture to the workpiece with the fixing agent. In addition, the structure was designed to allow the user to easily and finely adjust the tensile force in applying the initial tensile force.
이를 위하여 본 발명은, 변형률 측정을 위한 광섬유격자 센서(F)와; 광섬유를 여러 바퀴 이상 원통에 감음으로써, 에폭시 등과 같은 고착제에 의하여 광섬유가 고정되는 면적을 최대화하도록 고안한 광섬유 고정홈(1) 및 원통형 고정부(2, 5); 사용자로 하여금 손쉽게 초기 인장력을 가할 수 있는 인장 조절 손잡이(7); 사용자가 설정한 초기 인장력을 유지하기 위한 인장 고정나사(8); 본 발명품의 취급시 편의성과 안전성을 위한 원통덮개 지지대(9); 본 발명품을 구조물에 설치 및 제거시 편의성을 위한 탈부착 받침판(13, 14); 고정부 및 조절부 원통을 고정 및 조절하기 위 한 고정부 원통 덮개(3)와 조절부 원통 덮개(6); 광섬유격자를 포함한 전체 본 발명품을 보호하기 위한 전체 보호 덮개(15)로 이루어짐을 특징으로 한다.To this end, the present invention, the optical fiber grating sensor (F) for strain measurement; An optical fiber fixing groove 1 and a cylindrical fixing portion 2, 5 designed to maximize the area where the optical fiber is fixed by a fixing agent such as epoxy by winding the optical fiber in a cylinder for more than one round; A tension adjusting knob 7 which allows the user to easily apply an initial tension force; A tension fixing screw 8 for maintaining an initial tension set by a user; Cylindrical cover support (9) for convenience and safety when handling the present invention; Detachable support plates (13, 14) for convenience in installing and removing the present invention to the structure; A holding cylinder cover (3) and an adjusting cylinder cover (6) for fixing and adjusting the holding and adjusting cylinders; Characterized by consisting of a total protective cover 15 for protecting the entire invention including the optical fiber grid.
광섬유 센서, 광섬유격자 센서, 원통형 고정구, 원통형 고정구, 하우징 Fiber optic sensor, fiber optic grating sensor, cylindrical fixture, cylindrical fixture, housing
Description
도 1은 기존의 광섬유격자 센서용 고정구를 일실시예에 따라 보인 사시도1 is a perspective view of a conventional optical fiber grating sensor fixture according to an embodiment
도 2는 본 발명 미끄러짐이 없는 원통 조절형 광섬유격자 센서용 고정구를 일실시예에 따라 보인 사시도Figure 2 is a perspective view of a non-slip cylindrical adjustable fiber optic grating sensor according to an embodiment of the present invention
도 3은 도2의 분해사시도3 is an exploded perspective view of FIG.
도 4는 전체 보호덮개의 분해사시도4 is an exploded perspective view of the entire protective cover
도 5는 본 발명 미끄러짐이 없는 원통 조절형 광섬유격자 센서용 고정구의 초기 인장력 설정 방법을 설명하기 위한 사시도Figure 5 is a perspective view for explaining a method for setting the initial tensile force of the fixture for the present invention non-slip cylindrical adjustable optical fiber grating sensor
도 6은 본 발명 미끄러짐이 없는 원통 조절형 광섬유격자 센서용 고정구와 전체 보호 덮개를 피측정물에 부착한 경우를 일실시예에 따라 보인 투시사시도Figure 6 is a perspective view showing a case in which the present invention is a non-slip cylindrical adjustable optical fiber grating sensor fixture and the entire protective cover attached to the object to be measured according to one embodiment
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
F : 광섬유격자 센서 F: Optical fiber grating sensor
1 : 광섬유 고정홈 2 : 고정부 원통1: fiber fixing groove 2: fixing cylinder
3 : 고정부 원통 덮개 4 : 고정부 원통 고정나사3: fixing part cylindrical cover 4: fixing part cylindrical fixing screw
5 : 조절부 원통 6 : 조절부 원통 덮개5: adjusting part cylinder 6: adjusting part cylindrical cover
7 : 인장 조절 손잡이 8 : 인장 고정나사7: tension adjustment knob 8: tension fixing screw
9 : 원통 덮개 지지대 9: cylindrical cover support
10 : 원통 덮개 지지대 고정나사10: Cylindrical cover support screw
11 : 고정부 원통 덮개 고정나사11: fixing part cylindrical cover fixing screw
12 : 조절부 원통 덮개 고정나사12: adjusting part cylindrical cover fixing screw
13 : 고정부 탈부착 받침판 13: fixing part removable base plate
14 : 조절부 탈부착 받침판 14: removable base plate
15 : 전체 보호 덮개15: full protective cover
16 : 전체 보호 덮개 고정나사16: whole protective cover fixing screw
17 : 전체 보호 덮개 탈부착 받침판17: removable protective base plate
18 : 고정나사 이동홈18: set screw moving groove
19 : 광섬유격자 센서 20 : 보호관19: optical fiber grating sensor 20: protective tube
21 : 고정구 22 : 조임볼트21: Fixture 22: Tightening Bolt
본 발명은 지속적인 구조물의 변형에 대해 광섬유격자 센서의 고정부가 미끄러지지 않도록 하고, 기존의 방식과 달리 광섬유격자 센서를 측정물에 고착제로 부착한 상태에서도 사용자로 하여금 원하는 초기 인장력을 변경할 수 있도록 고려한 광섬유격자 센서의 고정구에 관한 것이다The present invention prevents the fixing part of the optical fiber grating sensor against the deformation of the continuous structure, and unlike the conventional method, the optical fiber grating considering the user to change the initial tensile force desired even when the optical fiber grating sensor is attached to the workpiece as a fixing agent. It is about fixture of sensor
일반적으로 광섬유격자 센서는 파이버 브래그 그레이팅(Fiber Bragg Grating)을 일컫는 말로써, 광섬유 코어부분의 굴절률을 일정한 주기로 변화시켜 넓은 입력광에 대해 특정(Bragg) 파장만을 반사시키는 성질을 가지고 있다. 이처럼 넓은 입력광에 대해 반사되는 특정 파장은 광섬유격자 센서의 고유파장으로써, 이 고유파장은 압축/인장력과 온도에 따라 선형적으로 감소/증가하는 성질을 가지고 있다.In general, a fiber grating sensor refers to a fiber bragg grating, and has a property of reflecting only a specific wavelength to a wide input light by changing the refractive index of the fiber core part at a constant period. The specific wavelength reflected by such a wide input light is the intrinsic wavelength of the optical fiber grating sensor, and the intrinsic wavelength decreases or increases linearly with compression / tensile force and temperature.
또한 광섬유격자 센서는 주성분이 게르마늄-실리카 유리로 구성되어 있어 전자기파의 영향을 전혀 받지 않으며, 수분이나 습기에 의한 부식이 발생하지 않는 물리적인 장점이 있다. 또한 광섬유격자 센서는 한가닥의 광섬유에 여러 개의 브래그 격자를 형성하여 한 가닥의 광섬유에 여러점의 센싱부를 설치할 수 있는 장점이 있다. 그리고 광섬유는 km당 0.2 dB이하의 매우 작은 전송손실을 가지고 있기 때문에 수십 km까지 광섬유을 연장할 수 있다. 이처럼 광원의 손실이 거의 없기 때문에 교량, 철도 레일, 파이프 라인과 같이 길이방향으로 매우 긴 구조체에 적용하기에 큰 장점을 가진다.In addition, the optical fiber grating sensor is composed of germanium-silica glass as a main component is not affected by electromagnetic waves at all, and has a physical advantage that does not cause corrosion by moisture or moisture. In addition, the optical fiber grating sensor has the advantage of installing multiple sensing units on one fiber by forming several Bragg gratings on one fiber. And since the optical fiber has a very small transmission loss of less than 0.2 dB per km, it can be extended to several tens of kilometers. Since there is little loss of the light source, it has a great advantage to be applied to a very long structure, such as bridges, railway rails, pipelines.
이런 우수한 특성으로 인해 광섬유격자 센서는 기존의 전기 저항식 스트레인게이지가 가지고 있는 여러 단점을 해결할 수 있으며, 구조물의 미세한 변형률 및 온도를 측정할 수 있어 기존 측정소자의 대체 소자로 각광 받고 있다.Due to such excellent characteristics, the optical fiber grating sensor can solve various disadvantages of the conventional resistive strain gauge, and can measure minute strain and temperature of the structure, and thus, it is being spotlighted as an alternative to the conventional measuring device.
그러나 광섬유격자 센서는 대개 지름이 125 um으로 구성된 유리재질의 섬유이므로, 타 재질에 비해 단위면적당 인장력은 높은 반면 외부의 충격이나 사용자의 부주의로 인해 설치시 쉽게 파손되는 단점을 가지고 있다. 또한 광섬유격자 센서는 위에서 언급한 것처럼 머리카락정도의 굵기이므로 특수한 고착제로 고정한다 하더라도, 지속적인 인장력에 의한 미끄러짐이 발생할 수 있는 상황이다. 따라서 교량이나 빌딩, 댐과 같이 건설 후 구조 수명이 비교적 긴 구조물일 경우에는 최초 광섬유격자 센서 설치 후 짧게는 수년에서 길게는 수십년동안 광섬유격자 센서의 고정부에 미끄러짐이 발생하지 않아야 한다. 만일 구조물에 설치된 광섬유격자 센서의 고정부에 미끄러짐이 발생할 경우 측정자는 구조물의 위험상태를 파악하지 못하여 구조물의 파손을 야기할 수 있다.However, since the optical fiber grating sensor is a glass fiber with a diameter of 125 um, the tensile force per unit area is higher than that of other materials, but it has a disadvantage in that it is easily damaged when installed due to external impact or carelessness of the user. In addition, since the optical fiber grating sensor is about the thickness of the hair as mentioned above, even if it is fixed with a special fixing agent, the sliding due to the continuous tensile force may occur. Therefore, in the case of a structure with a relatively long life after construction, such as a bridge, a building, or a dam, slippage should not occur in the fixing part of the optical fiber grating sensor for a few years to several decades after the initial installation of the optical fiber grating sensor. If a slip occurs in the fixing part of the optical fiber grating sensor installed in the structure, the measurer may not understand the dangerous state of the structure and may cause the structure to be damaged.
또한 기존의 초기 인장력을 인가할 수 있는 대부분의 광섬유격자 센서의 경우 측정물에 고착제를 사용하여 광섬유격자 센서를 부착한 후에는 초기 인가한 인장력을 변경할 수 없는 구조이므로, 초기 인가한 인장력을 변경하기 위해서는 수고스럽게도 측정물로부터 광섬유격자 센서를 떼어 내야만 한다.In addition, since most of the optical fiber grating sensors that can apply the initial tensile force can not change the initial applied tensile force after attaching the optical fiber grating sensor using a fixing agent to the workpiece. Too often, the fiber optic lattice sensor has to be removed from the workpiece.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 오랜 시간 지속적인 구조물의 인장 변형력에 있어서 광섬유격자 센서의 고정부에 미끄러짐이 발생하지 않도록 하기 위해 광섬유의 고정부 면적을 최대화하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to maximize the area of the fixing portion of the optical fiber in order to prevent slippage in the fixing portion of the optical fiber lattice sensor in the tensile strain of the structure for a long time.
또한 고착제로 측정물에 고정구를 부착한 후에는 초기 인장력을 변경할 수 없는 기존의 방식과 달리, 고착제로 측정물에 고정구를 부착한 후에도 초기 인장력을 변경할 수 있도록 하며, 사용자로 하여금 초기 인장력을 인가하는 데 있어서 손쉽고 미세한 인장력 조절을 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, unlike the conventional method in which the initial tensile force cannot be changed after the fixture is attached to the workpiece with the fixing agent, the initial tensile force can be changed even after the fixture is attached to the workpiece with the fixing agent. It is aimed at enabling easy and fine tension control.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 도 2, 3에서와 같이 변형률 또는 온도 측정 을 위한 광섬유격자 센서(F)와; 광섬유를 여러 바퀴 이상 원통에 감음으로써, 에폭시 등과 같은 고착제에 의하여 광섬유가 고정되는 면적을 최대화하도록 고안한 광섬유 고정홈(1) 및 원통형 고정부(2, 5); 사용자로 하여금 손쉽게 초기 인장력을 가할 수 있는 인장 조절 손잡이(7); 사용자가 설정한 초기 인장력을 유지하기 위한 인장 고정나사(8); 본 발명품의 취급시 편의성과 안전성을 위한 원통 덮개 지지대(9); 본 발명품을 구조물에 설치 및 제거시 편의성을 위한 탈부착 받침판(13, 14); 고정부 및 조절부 원통을 고정 및 조절하기 위한 고정부 원통 덮개(3)와 조절부 원통 덮개(6); 광섬유격자를 포함한 전체 본 발명품을 보호하기 위한 전체 보호 덮개(15)로 이루어짐을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the optical fiber grating sensor (F) for strain or temperature measurement as shown in Figs. An optical fiber fixing groove 1 and a
초기 인장력 설정 방법은 도 5에서 보인바와 같이 본 발명품을 구조물에 부착한 후 인장 조절 손잡이(7)를 사용하여 조절부 원통(5)을 회전시켜 원하는 인장력을 가하며, 원하는 인장력이 도입되었을 경우에는 인장 고정나사(8)를 조임으로써 광섬유격자 센서에 원하는 인장력이 도입되게 된다. 원하는 초기 인장력이 도입된 후에는, 구조물에 본 발명품을 최초 고정시 광섬유격자의 보호와 취급 편의를 위해 사용하였던 원통 덮개 지지대(9)를 제거, 혹은 어느 한 편의 원통 덮개 지지대 고정나사(10)를 제거하면 된다. 또한 광섬유격자 센서(F)에 인가되는 초기 인장력의 도입 정도에 따라서 압축 및 인장 변형률 측정이 가능한 변형률 센서로도 활용이 가능하다. 또한 장기 측정이 예상되는 구조물에 본 발명품을 설치할 경우에는, 고정부 및 조절부 탈부착 받침판(13, 14)을 사용하여 용접 혹은 에폭시등으로 완전 접착하여 사용할 수 있다.Initial tension setting method is as shown in Figure 5, after attaching the present invention to the structure, using the tension adjustment knob (7) by rotating the control cylinder (5) to apply the desired tensile force, when the desired tension is introduced tension By tightening the fixing screw 8, a desired tensile force is introduced into the optical fiber grating sensor. After the desired initial tension is introduced, remove the cylindrical cover support 9 that was used for the protection and handling convenience of the optical fiber grating when initially fixing the present invention to the structure, or remove the cylindrical cover
한편 초기 인장력 도입이 완료되면 도 4에서 보인 바와 같이 본 발명품의 보호를 위해 전체 보호 덮개(15)와 전체 보호 덮개 탈부착 받침판(17)을 사용하여 구조물에 고정하면 된다. 이 때 전체 보호 덮개(15)가 구조물의 변형에 자유롭게 이동할 수 있도록 도 6에서 보인 바와 같이 전체 보호 덮개에 고정나사 이동홈(18)을 두어 전체 보호 덮개 고정나사(16)가 구조물의 변형에 자유롭게 이동함을 특징으로 한다.Meanwhile, when the initial tensile force is introduced, as shown in FIG. 4, the
상술한 바와 같은 본 발명은 상기 본원의 취지와 범위를 이탈함이 없이 상기 실시예에 한정되지 아니하고 다양하게 많은 변형을 가하여 실시될 수 있다.The present invention as described above is not limited to the above embodiments without departing from the spirit and scope of the present application can be carried out by adding a variety of modifications.
상술한 바와 같이 광섬유의 고정부 면적을 최대화하여 특히 댐, 터널, 빌딩, 교량등과 같이 비교적 큰 구조와 긴 수명을 갖는 구조물에 있어서 지속적인 변형률 변화에 대해 고정부의 미끄러짐 방지가 가능하다. As described above, the area of the fixing part of the optical fiber is maximized to prevent slippage of the fixing part against continuous strain change, particularly in a structure having a relatively long structure and a long life, such as a dam, tunnel, building, bridge, and the like.
또한 고착제로 측정물에 고정구를 부착한 후에는 초기 인장력을 변경할 수 없는 기존의 방식과 달리, 고착제로 측정물에 고정구를 부착한 후에도 초기 인장력을 변경할 수 있도록 하며, 사용자로 하여금 초기 인장력을 인가하는 데 있어서 인장 조절 손잡이를 사용하여 손쉽고 미세한 인장력 조절이 가능하다.In addition, unlike the conventional method in which the initial tensile force cannot be changed after the fixture is attached to the workpiece with the fixing agent, the initial tensile force can be changed even after the fixture is attached to the workpiece with the fixing agent. In this case, the tension adjusting knob is used for easy and fine tension control.
이에 따라 초기 인장력을 변경하기 위해 기존의 광섬유격자 센서 고정구의 경우 피측정물로부터 매번 탈부착하는 수고를 방지하였으며, 이로 인해 구조물에 최초 1회 설치만으로 장기간에 걸쳐 구조물의 상시 계측이 가능하다.Accordingly, in order to change the initial tensile force, the conventional optical fiber grating sensor fixture prevented the effort of detaching from the measured object every time, and thus, it is possible to always measure the structure over a long period of time by only installing it first.
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