KR101116160B1 - 광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 그 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자 - Google Patents

광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 그 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일면에 다수의 돌기구조를 구비하여 변형률 정확성 및 구조물과의 접착력을 높일 수 있는 광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 그 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자에 관한 것이다. 이를 위해 특히, 소정 구조물(2)의 변형에 대응하는 변형률 측정을 위해 광섬유를 통한 소정의 빛이 입출력되는 광섬유 센싱부(10)를 내부에 포함하며, 일면이 구조물(2)의 표면과 접착제(4)로 접착되는 패키징(20); 및 일면이 접착시에 접착제(4)를 사이에 두고 구조물(2)의 표면과 일정 거리 이격되도록 일면에 형성된 다수의 돌기구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징이 개시된다.
광섬유, 광섬유 센서 탐촉자, 광섬유 브래그 격자 센서, 패브리 패로 간섭 센서, 구조 변형률, 변형률 게이지

Description

광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 그 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자{PROBE PACKAGING OF OPTICAL FIBER SENSOR AND OPTICAL FIBER SENSOR PROBE THEREWITH}
본 발명은 광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 그 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 패키징의 일면에 다수의 돌기구조를 구비하여 구조물의 변형률을 정확히 측정하면서 접착력을 높일 수 있는 광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 그 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자에 관한 것이다.
도 1은 종래의 패키징(20)된 광섬유 센서 탐촉자(10)를 구조물(2)의 표면에 부착한 상태를 나타낸 측단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 광섬유 센서 탐촉자(1a)가 부착된 상태는 광섬유 센싱부(11) 및 패키징(21)이 접착제(4)를 통해 구조물(2)에 부착됨을 알 수 있다. 이러한 부착은 변형률을 측정하고자 하는 구조물(2)에 직접 이용자가 부착함으로써 이루어진다.
패키징(21)을 측정대상 구조물(2)에 접착하는 경우 이용자는 접착제(4)의 두께를 조절하기가 어렵다. 이는 이용자가 얼마만큼의 힘으로 광섬유 센서 탐촉자(11)를 부착시키는가에 따라 접착제(4)의 두께가 결정되기 때문이다.
이런 경우 접착제(4)의 두께가 두꺼우면 구조물(2)의 변형에도 불구하고 접착력이 좋은 장점이 있지만, 구조물(2)의 변형률을 반영하기가 어렵다는 단점이 있다. 반대로 접착제(4)의 두께가 얇으면 구조물(2)의 변형률 반영이 좋다는 장점이 있지만, 쉽게 구조물(2)에서 떨어질 수 있다는 단점이 있다. 따라서 변형률 반영이 잘 되면서도 구조물(2)의 변형에도 불구하고 부착상태를 유지할 수 있으며, 이를 위해 접착제의 두께를 일정하게 유지할 수 있는 광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 광섬유 센서 탐촉자가 필요한 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요에 의하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광섬유 센서 탐촉자의 이용자가 가하는 힘과 무관하게 패키징과 구조물 표면 간에 일정 간격을 유지하여 접착 두께를 조절할 수 있는 광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 그 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 패키징과 구조물 표면 간에 일정 접착제 두께를 유지토록 하여 변형률 반영이 잘 되면서도 구조물의 변형에도 불구하고 부착상태를 유지할 수 있는 광섬유 센서 탐촉자 패키징 및 그 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 소정 구조물(2)의 변형에 대응하는 변형률 측정을 위해 광섬유를 통한 소정의 빛이 입출력되는 광섬유 센싱부(10)를 내부에 포함하며, 일면이 구조물(2)의 표면과 접착제(4)로 접착되는 패키징(20); 및 일면이 접착시에 접착제(4)를 사이에 두고 구조물(2)의 표면과 일정 거리 이격되도록 일면에 형성된 다수의 돌기구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징을 제공함으로써 달성될 수 있다.
그리고 광섬유 센싱부(10)는 광섬유 브래그 격자 센싱부 또는 패브리 패로 간섭계 센싱부일 수 있다.
접착제(4)는 변성 우레탄계 접착제(4) 또는 고경화 에폭시인 것이 바람직하 다.
그리고 일정 거리는 0.1 mm ~ 0.5 mm 인 것이 바람직하다.
다수의 돌기구조는 다수의 도트(30)일 수 있다.
그리고 각 도트(30)는 직경이 1 mm이며, 각 도트(30) 사이의 피치거리는 15 mm ~ 25 mm인 것이 바람직하다.
다수의 돌기구조는 다수의 볼록 선구조(31)일 수 있다.
그리고 각 볼록 선구조(31)의 단면은 직경 1 mm의 반원이며, 다수의 볼록 선구조(31) 사이의 피치거리가 15 mm ~ 25 mm 인 것이 바람직하다.
패키징(20) 및 다수의 돌기 구조는 에폭시 수지를 몰딩하여 일체로 형성된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은 소정 구조물(2)의 변형에 대응하는 변형률 측정을 위해 광섬유를 통한 소정의 빛이 입출력되는 광섬유 센싱부(10); 및 광섬유 센싱부(10)를 내부에 포함하며 일면이 구조물(2)의 표면과 접착제(4)로 접착되는 패키징(20);을 포함하고, 패키징(20)은 일면이 접착시에 접착제(4)를 사이에 두고 구조물(2)의 표면과 일정 거리 이격되도록 일면에 다수의 돌기구조가 형성된 것을 특징으로 하는 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한 일정 거리는 0.1 mm ~ 0.5 mm 인 것이 바람직하다.
다수의 돌기구조는 다수의 도트(30)일 수 있다.
그리고 각 도트(30)는 직경이 1 mm이며, 각 도트(30) 사이의 피치거리는 15 mm ~ 25 mm인 것이 바람직하다.
다수의 돌기구조는 다수의 볼록 선구조(31)일 수 있다.
그리고 각 볼록 선구조(31)의 단면이 직경 1 mm의 반원이며, 다수의 볼록 선구조(31) 사이의 피치거리가 15 mm ~ 25 mm 인 것이 바람직하다.
또한 패키징(20) 및 다수의 돌기 구조는 에폭시 수지를 몰딩하여 일체로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 광섬유 센서 탐촉자의 이용자가 가하는 힘과 무관하게 패키징과 구조물 표면 간에 일정 간격을 유지하여 접착 두께를 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 일정 접착제 두께를 유지토록 하여 변형률 반영이 잘 되면서도 구조물의 변형에도 불구하고 부착상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.
<제 1실시예 >
도 2a는 본 발명에 따른 재 1실시예로서 패키징(20)의 일면에 다수의 도트(30)가 형성된 광섬유 센서 탐촉자를 구조물(2)에 부착한 상태를 나타낸 사시도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예는 광섬유 센싱부(10), 그 패키징(20) 및 다수의 돌기구조로 되어 있으며, 구조물(2)과의 접착시에 접착제(4)가 사용된다.
광섬유 센싱부(10)는 광섬유 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating) 센싱부 또는 패브리 패로 간섭(FPI, Fabry Perot Interferometer) 센싱부일 수 있으며, 광 섬유 브래그 격자 센싱부의 경우 브래그 파장대의 빛을 반사시키기 위해 다수의 격자(Grating)가 새겨진 부위이며, 패브리 패로 간섭 센싱부는 출력되는 빛들의 간섭을 유도하기 위한 2개의 반사거울이 위치하는 부위이다. 본 실시예에서는 광섬유 브래그 격자 센싱부인 것을 예로 하였다.
접착제(4)는 변성 우레탄계 접착제 또는 고경화 에폭시가 사용될 수 있으며, 패키징(20)과 구조물(2) 사이의 접착에 사용된다. 그리고 패키징(20)과 구조물(2) 사이의 일정 거리는 접착제의 두께에 해당하며 0.1 mm ~ 0.5 mm 인 것이 바람직하다. 접착제(4)의 두께에 대해서는 실험 그래프를 참고하여 후술한다.
다수의 돌기구조는 다수의 도트(30)일 수 있는 데 이 경우 각 도트(30)는 직경이 1 mm으로서 다수의 도트(30)는 높이가 같으며 각 도트(30) 사이의 피치거리가 15 mm ~ 25 mm인 것이 바람직하다. 다수의 도트(30)를 형성함으로써 패키징(20)과 구조물(2) 사이의 이격 거리를 균일하게 확보하게 된다.
여기서, 패키징(20) 및 패키징(20)의 일면에 형성되는 다수의 돌기 구조는 에폭시 수지를 몰딩하여 일체로 형성된 것이 바람직하다.
<제 2실시예 >
도 2b는 본 발명에 따른 제 2실시예로서 패키징(20)의 일면에 다수의 볼록 선구조(31)가 형성된 광섬유 센싱부(10)를 구조물(2)에 부착한 상태를 나타낸 사시도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1실시예와는 다수의 돌기 구조가 다수의 볼록 선구조(31)로 되어 있는 것 이외에는 동일한 구조이므로 다수의 볼록 선구 조(31)에 대해서만 설명한다.
다수의 볼록 선구조(31)는 일자형으로 패키징(20)의 일면에 형성된다. 각 볼록 선구조(31)의 단면은 직경 1 mm의 반원이며, 다수의 볼록 선구조(31) 사이의 피치거리가 15 mm ~ 25 mm 인 것이 바람직하다. 다수의 볼록 선구조(31) 또한 다수의 도트(30)와 마찬가지로 구조물(2)의 표면과 패키징(20) 간에 접착제의 두께에 해당하는 일정 이격 거리를 확보할 수 있게 한다.
도 2c는 본 발명에 따른 제 2실시예의 변형예로서 다수의 선볼록 구조를 상방으로 하여 나타낸 사시도이다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 볼록 선구조(31)는 그 단면이 반원 형태에 국한하는 것은 아니며 삼각형(32) 또는 사각형 등의 다양한 단면을 가질 수 있다. 그리고, 다수의 볼록 선구조(32)는 평면상에서 다수의 볼록 선구조(32)를 수직으로 관통하는 또 하나의 볼록 선구조(33)를 가질 수도 있다.
< 실험예 >
도 3은 본 발명에 따른 제 1실시예를 이용하여 구조물의 변형률 반영정도를 알아보기 위한 실험 구성의 정면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실험을 위한 구성으로 2개의 변형률 게이지(104, 106)와 광섬유 브래그 격자 센싱부(미도시, Fiber Bragg Grating Sensor)를 이용한 광섬유 브래그 격자 센서를 사용하였으며, 패키징(10)이 부착되는 구조물(2)은 알루미늄 표본(102)을 사용하였다. 그리고 알루미늄 표본(102)을 변형시키는 하중(예: 압축력 또는 인장력)은 만능 재료 시험기(미도시)를 이용하여 구현하였다.
또한 실험에서 접착제(4)는 접착력이 강한 에폭시 수지를 사용하였으며, 제 1전기적 변형 게이지(104, electrical strain gages) 및 제 2전기적 변형 게이지(106)를 사용하여 알루미늄 표본(102)과 패키징(10) 각각에서의 시간에 따른 변형을 관찰했다. 제 1전기적 변형 게이지(104)의 측정값이 실제 알루미늄 표본(102)의 변형률이며 제 2전기적 변형 게이지(106)의 측정값은 패키징(10)의 상부면에서의 변형률이 된다.
도 4는 도 3의 실험에 따른 제 1실시예의 부위별 변형 정도를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 패키징된 광섬유 센서 탐촉자(1)가 부착되는 구조물(2) 표면의 변형률(L3), 광섬유 브래그 격자 센서의 센싱부(10)에서의 변형률(L2) 및 광섬유 센서 탐촉자 패키징(20) 상면에서의 변형률(L1) 간의 관계는 L1 < L2 < L3 가 된다. 여기서 각각의 변형률(L1, L2, L3)은 광섬유 변형전 브래그 격자 센서의 센싱부(10) 길이에 대한 각 부위의 변형된 길이의 비율로 정해진다.
도 3의 실험구성에 의한 실험 결과는 도 5 및 도 6의 그래프를 참조하여 설명한다. 도 5 및 도 6은 도 3에서의 실험 구성을 기초로 본 발명에 따른 패키징된 광섬유 센서 탐촉자를 접착제(4)의 접착 두께를 달리한 상태로 부착하여 측정한 것으로서 시간에 따른 변형률 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5 및 도 6을 참조하여 변형률 반영정도를 설명하면, 도 5의 그래프에서 알 수 있듯이, 접착두께 d가 0.293 mm 인 경우 알루미늄 표본(102)에서의 변형률 그래프(A1)가 광섬유 브래그 격자 센싱부에서 측정한 변형률 그래프(B1)와 일치하며, 패키징(20)의 상면에서의 변형률 그래프(C1)와도 별 차이가 없다.
그리고, 도 6의 그래프에서 알 수 있듯이, 접착두께 d가 0.470 mm 인 경우 알루미늄 표본(102)에서의 변형률 그래프(A2)가 광섬유 브래그 격자 센싱부(10)에서 측정한 변형률 그래프(B2)와 거의 일치하는 것은 도 5에서와 동일하며, 다만 패키징(20)에서의 변형률 그래프(C2)가 다소 차이를 보이고 있다. 이는 패키징(20)에서는 변형률 반영이 적음을 의미한다.
이러한 실험 그래프는 접착제(4)의 두께가 두꺼워지면 광섬유 센싱부(10)에서의 변형률 반영이 어려워짐을 의미하는 일반적인 결과(A2 그래프와 B2 그래프의 비교)를 시사하는 반면, 본 발명의 광섬유 센서 탐촉자(1)를 사용하는 경우 다수의 돌기 구조(30)가 있음에도 광섬유 센싱부(10)의 변형률 측정값이 거의 정확하게 나올 수 있음을 의미한다(A2 그래프와 C2 그래프의 비교). 이러한 실험 결과로써 본발명을 이용할 경우 접착제의 접착력을 유지하면서 정확한 변형률 반영이 가능하다는 것을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 패키징된 광섬유 센서 탐촉자를 구조물의 표면에 부착한 상태를 나타낸 측단면도,
도 2a는 본 발명에 따른 제 1실시예로서 패키징(20)의 일면에 다수의 도트(30)가 형성된 광섬유 센서 탐촉자를 구조물(2)에 부착한 상태를 나타낸 사시도,
도 2b는 본 발명에 따른 제 2실시예로서 패키징(20)의 일면에 다수의 볼록 선구조(31)가 형성된 광섬유 센서 탐촉자를 구조물(2)에 부착한 상태를 나타낸 사시도,
도 2c는 본 발명에 따른 제 2실시예의 변형예로서 다수의 선볼록 구조를 상방으로 하여 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 제 1실시예를 이용하여 구조물의 변형률 반영정도를 알아보기 위한 실험 구성의 정면도,
도 4는 도 3의 실험에 따른 제 1실시예의 부위별 변형 정도를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 5 및 도 6는 도 3에서의 실험 구성을 기초로 본 발명에 따른 패키징된 광섬유 센서 탐촉자를 접착제(4)의 접착 두께를 달리한 상태로 부착하여 측정한 것으로서 시간에 따른 변형률 변화를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
F: 광섬유
d: 접착제 두께
L1: 탐촉자 상면의 변형률
L2: FBG 센싱부에서의 변형률
L3: 구조물 표면의 변형률
1: 광섬유 센서 탐촉자
1a: 종래 광섬유 센서 탐촉자
2: 구조물
4: 접착제
10, 11: 광섬유 센싱부
20, 21: 패키징
30: 도트
31, 32, 33: 볼록 선구조
102: 알루미늄 표본
104: 제 1전기적 변형률 게이지
106: 제 2전기적 변형률 게이지

Claims (16)

  1. 소정 구조물(2)의 변형에 대응하는 변형률 측정을 위해 광섬유를 통한 소정의 빛이 입출력되는 광섬유 센싱부(10)를 내부에 포함하며, 일면이 상기 구조물(2)의 표면과 접착제(4)로 접착되는 패키징(20); 및
    상기 일면이 접착시에 상기 접착제(4)를 사이에 두고 상기 구조물(2)의 표면과 일정 거리 이격되도록 상기 일면에 형성된 다수의 돌기구조;를 포함하고,
    상기 다수의 돌기구조는 다수의 도트(30)인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 센싱부(10)는 광섬유 브래그 격자 센싱부 또는 패브리 패로 간섭계 센싱부인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 접착제(4)는 변성 우레탄계 접착제(4) 또는 고경화 에폭시인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 일정 거리는 0.1 mm ~ 0.5 mm 인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    각각의 상기 도트(30)는 직경이 1 mm이며, 상기 도트(30) 사이의 피치거리는 15 mm ~ 25 mm인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 돌기구조는 다수의 볼록 선구조(31)인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 볼록 선구조(31)의 단면은 직경 1 mm의 반원이며, 상기 볼록 선구조(31) 사이의 피치거리가 15 mm ~ 25 mm 인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 패키징(20) 및 상기 다수의 돌기 구조는 에폭시 수지를 몰딩하여 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 탐촉자 패키징.
  10. 소정 구조물(2)의 변형에 대응하는 변형률 측정을 위해 광섬유를 통한 소정의 빛이 입출력되는 광섬유 센싱부(10); 및
    상기 광섬유 센싱부(10)를 내부에 포함하며 일면이 상기 구조물(2)의 표면과 접착제(4)로 접착되는 패키징(20);을 포함하고,
    상기 패키징(20)은 상기 일면이 접착시에 상기 접착제(4)를 사이에 두고 상기 구조물(2)의 표면과 일정 거리 이격되도록 상기 일면에 다수의 돌기구조가 형성되며,
    상기 다수의 돌기구조는 다수의 도트(30)인 것을 특징으로 하는 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 일정 거리는 0.1 mm ~ 0.5 mm 인 것을 특징으로 하는 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자.
  12. 삭제
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 도트(30)는 직경이 1 mm이며, 상기 도트(30) 사이의 피치거리는 15 mm ~ 25 mm인 것을 특징으로 하는 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 다수의 돌기구조는 다수의 볼록 선구조(31)인 것을 특징으로 하는 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 볼록 선구조(31)의 단면이 직경 1 mm의 반원이며, 다수의 상기 볼록 선구조(31) 사이의 피치거리가 15 mm ~ 25 mm 인 것을 특징으로 하는 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 패키징(20) 및 상기 다수의 돌기 구조는 에폭시 수지를 몰딩하여 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 패키징이 구비된 광섬유 센서 탐촉자.
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JP2001296110A (ja) * 2000-04-17 2001-10-26 Ntt Advanced Technology Corp 貼り付け型光ファイバセンサ

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