KR101123402B1 - 광섬유 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도계측 광섬유, 코일 형상의 금속성 보호재, 제1 피복재, 변형계측 광섬유, 및 제2 피복재를 포함하는 광섬유 센서에 관한 것이다. 본 발명의 광섬유 센서는 온도계측 광섬유 및 변형계측 광섬유를 이용함으로써 구조물의 변형을 계측하고 구조물 내의 화재를 신속히 파악할 수 있으며, 코일 형상의 금속성 보호재를 이용함으로써 활 형상의 횡형골조에 용이하게 고정할 수 있다. 또한, 본 발명의 광섬유 센서는 섬유강화플라스틱(FRP) 및 폴리에틸렌(PE) 재질의 피복재를 이용함으로써 광섬유의 파단을 방지하면서도 굴곡특성이 우수하다.

Description

광섬유 센서{Optical fiber sensor}

본 발명은 구조물의 변형을 계측하고 구조물 내의 화재를 신속히 파악할 수 있는 광섬유 센서에 관한 것이다.

광섬유(Optical Fiber)란, 빛의 굴절률이 내부는 높고 외부는 낮게 구성되어 섬유 내부에서 전반사 광학 현상이 일어나도록 형성된 직경 0.1㎜ 정도의 가는 섬유를 말한다.

위 현상을 이용하여 빛을 전송할 때 광손실을 줄이기 위하여 투명도가 고도로 높은 재료가 필요하며, 고순도의 석영이나 광학적 성질이 우수한 고분자재료를 사용한다.

구조는 보통 중앙의 코어(core)라고 하는 부분을 주변에서 클래딩(cladding)이라고 하는 부분이 감싸고 있는 이중원기둥 모양을 하고 있다. 그 외부에는 충격으로부터 보호하기 위해 합성수지 피복을 1～2차례 입힌다.

보호 피복을 제외한 전체 크기는 지름 백～수백μm(1μm은 1/1000mm)로 되고, 코어 부분의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 높게 되어 있어서, 빛이 코어 부분에 집속되어 잘 빠져나가지 않고 진행할 수 있게 되어 있다.

광섬유는 주로 통신 분야에 활용되고 있으나, 온도, 압력에 의해 광섬유가 신축하는 경우, 그 내부를 통과하는 빛의 간섭무늬 등을 검출하면 온도, 압력을 측정할 수 있는 특성이 있는바, 이를 활용한 센서를 광섬유 센서라 한다.

최근, 건설 계측 분야에서도 이러한 광섬유 센서를 활용하고자 하는 시도가 다양하게 이루어지고 있으며, 상세하게는, 압력 변화에 의한 구조물의 변위(처짐, 변형) 계측, 온도 변화에 의한 누수 탐지 등이 그것이다.

다만, 건설 계측 분야에 적용되는 센서는 구조물에 설치(주로 매립)되어, 모체가 되는 구조물과 일체로 거동하는 것이 필요하나, 광섬유는 그 강도가 대단히 취약하므로, 파단이 일어나기 쉬워 구조물에 설치된 광섬유 센서에서 광섬유의 파단을 방지하기 위한 보호수단이 강구되어야 한다.

또한, 구조물의 변형을 계측하여 붕괴를 사전에 예방할 수 있음은 물론 구조물 내의 화재를 신속히 파악하도록 활 형상의 횡형골조에도 용이하게 고정될 수 있는 굴곡특성이 우수한 광섬유 센서가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명자들은 광섬유의 파단을 방지하면서도 굴곡특성이 우수한 광섬유 센서에 대하여 연구하던 중, 온도계측 광섬유, 코일 형상의 금속성 보호재, 제1 피복재, 변형계측 광섬유, 및 제2 피복재를 포함하는 광섬유 센서를 제조하였으며, 상기 제조된 광섬유 센서를 이용함으로써 구조물의 변형을 계측하고 구조물 내의 화재를 신속히 파악하여 신속한 조치를 취할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 광섬유 센서를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서의 단면도이다.

본 발명은

온도계측 광섬유;

상기 온도계측 광섬유의 외면을 둘러 장착되는 코일 형상의 금속성 보호재;

상기 금속성 보호재와 함께 거동하도록 상기 금속성 보호재의 외면을 둘러 장착되는 제1 피복재;

상기 제1 피복재의 외면에 일정한 간격으로 배치되어 장착되는 변형계측 광섬유; 및

상기 변형계측 광섬유와 함께 거동하도록 상기 변형계측 광섬유의 외면을 둘러 장착되는, 제1 피복재보다 유연성이 우수한 재질의 제2 피복재

를 포함하는 광섬유 센서를 제공한다.

상기 온도계측 광섬유는 적어도 3개 이상의 온도계측 광섬유로 이루어진 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 그 중 1개의 온도계측 광섬유는 터널 내의 화재를 신속히 파악하여 신속한 조치를 취하기 위한 역할을 한다. 또한, 나머지 2개 이상의 온도계측 광섬유는 1개의 온도계측 광섬유에 파단이 발생한 경우에도 계측 작업이 지속적으로 이루어지도록 하기 위해 구비되는 것이다. 상기 적어도 3개 이상의 온도계측 광섬유는 금속성 보호재 내면에 서로 접촉하지 않도록 배치되어, 온도계측에 있어 서로 영향을 끼치지 않아 정확성을 높일 수 있고, 고정부위가 따로 없는바 파단의 위험성을 줄일 수 있다.

상기 금속성 보호재는 온도계측 광섬유의 외면을 둘러 장착되는 것으로, 코일 형상이다. 상기 코일 형상의 금속성 보호재는 굴곡특성이 우수하여 활 형상의 횡형골조에 용이하게 고정할 수 있다. 또한 금속 재질은 기본적으로 열 및 전기 전도성이 우수할 뿐만 아니라, 불순물의 포함에 의해 저항치를 미세하게 조절할 수 있으므로, 이에 의한 보호재를 광섬유의 외면에 둘러 센서를 형성하는 경우, 광섬유 센서가 일정 온도를 유지하도록 할 수 있고, 이에 따라 정확한 주위 온도 변화의 측정이 가능하다. 상기 금속성 보호재는 스테인레스 재질인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 스테인레스 재질은 쉽게 녹슬지 않아 금속성 보호재로 특히 우수하다.

상기 제1 피복재는 금속성 보호재와 함께 거동하도록 금속성 보호재의 외면을 둘러 장착되는 것으로, 섬유강화플라스틱(FRP) 재질인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 일반적인 예로서 불포화 폴리에스테르를 유리섬유로 보강하면 큰 력강도와 내충격성을 가지는 재료가 된다. 이러한 섬유강화플라스틱(FRP)은 난연성 및 내식성이 우수하고, 엔지니어링 플라스틱으로서 구조재료에 이용되며, 보강섬유의 종류에 따라 탄소강화섬유(CFRP), 유리강화섬유(GFRP), 아라미드강화섬유(AFRP) 등으로 구분될 수 있다. 상기 섬유강화플라스틱(FRP)은 탄소강화섬유(CFRP), 유리강화섬유(GFRP), 및 아라미드강화섬유(AFRP)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.

상기 변형계측 광섬유는 제1 피복재의 외면에 일정간격으로 배치되어 장착된다. 상기 변형계측 광섬유는 제1 피복재의 외면에 상하좌우로 배치되어 장착된 적어도 4개 이상의 변형계측 광섬유인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 변형계측 광섬유는 터널의 변형을 보다 정확하게 계측하여 붕괴를 사전에 예방할 수 있도록 제1 피복재의 외면에 상하좌우로 배치되어 장착된다.

상기 제2 피복재는 변형계측 광섬유와 함께 거동하도록 변형계측 광섬유의 외면을 둘러 장착되는 것으로, 제1 피복재보다 유연성이 우수한 재질인 것으로, 폴리에틸렌(PE) 재질인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 폴리에틸렌(PE) 재질은 유연성이 우수한 재질로서, 모체인 구조물과 함께 거동하기에 적합하다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 고면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 광섬유 센서(100)는 3개의 온도계측 광섬유(110); 상기 온도계측 광섬유(110)의 외면을 둘러 장착되는 코일 형상의 스테인레스 재질의 금속성 보호재(120); 상기 금속성 보호재(120)와 함께 거동하도록 상기 금속성 보호재(120)의 외면을 둘러 장착되는 섬유강화플라스틱(FRP) 재질의 제1 피복재(130); 상기 제1 피복재(130)의 외면에 상하좌우로 배치되어 장착되는 4개의 변형계측 광섬유(140); 및 상기 변형계측 광섬유(140)와 함께 거동하도록 상기 변형계측 광섬유(140)의 외면을 둘러 장착되는, 제1 피복재보다 유연성이 우수한 폴리에틸렌(PE) 재질의 제2 피복재(150);로 형성되어 구성된다.

본 발명의 광섬유 센서(100)는 온도계측 광섬유(110) 및 변형계측 광섬유(140)를 이용함으로써 구조물의 변형을 계측하고 구조물 내의 화재를 신속히 파악할 수 있으며, 코일 형상의 금속성 보호재(120)를 이용함으로써 활 형상의 횡형골조에 용이하게 고정할 수 있다. 또한, 본 발명의 광섬유 센서는 섬유강화플라스틱(FRP) 및 폴리에틸렌(PE) 재질의 피복재(130, 150)를 이용함으로써 광섬유의 파단을 방지하면서도 굴곡특성이 우수하다.

본 발명의 광섬유 센서는 온도계측 광섬유 및 변형계측 광섬유를 이용함으로써 구조물의 변형을 계측하고 구조물 내의 화재를 신속히 파악할 수 있으며, 코일 형상의 금속성 보호재를 이용함으로써 활 형상의 횡형골조에 용이하게 고정할 수 있다. 또한, 본 발명의 광섬유 센서는 섬유강화플라스틱(FRP) 및 폴리에틸렌(PE) 재질의 피복재를 이용함으로써 광섬유의 파단을 방지하면서도 굴곡특성이 우수하다.

100 : 광섬유 센서, 110 : 온도계측 광섬유
120 : 금속성 보호재, 130 : 제1 피복재
140: 변형계측 광섬유, 150 : 제2 피복재

Claims (5)

1. 온도계측 광섬유;
   상기 온도계측 광섬유의 외면을 둘러 장착되는 코일 형상의 금속성 보호재;
   상기 금속성 보호재와 함께 거동하도록 상기 금속성 보호재의 외면을 둘러 장착되는 제1 피복재;
   상기 제1 피복재의 외면에 일정한 간격으로 배치되어 장착되는 변형계측 광섬유; 및
   상기 변형계측 광섬유와 함께 거동하도록 상기 변형계측 광섬유의 외면을 둘러 장착되는, 제1 피복재보다 유연한 재질의 제2 피복재
   를 포함하는 광섬유 센서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 온도계측 광섬유는 적어도 3개 이상의 온도계측 광섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 피복재는 섬유강화플라스틱(FRP) 재질인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.
4. 제 1항에 있어서, 상기 변형계측 광섬유는 상하좌우로 배치되어 장착된 적어도 4개 이상의 변형계측 광섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제2 피복재는 폴리에틸렌(PE) 재질인 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.

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