KR101166182B1 - 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가속도 또는 경사 계측의 정밀도 및 정확도를 크게 높일 수 있는 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계에 관한 것으로서, 일단이 구조물에 고정되고, 다른 일단은 관성질량에 연결되어 휨 변형이 가능한 캔틸레버; 및 일정 거리만큼 상기 캔틸레버로부터 이격 배치되며, 상기 캔틸레버를 중심으로 대칭된 위치에 배치되어 상기 캔틸레버의 휨변형 정도에 따라 변형되는 적어도 2개의 FBG 센서를 포함하고, 상기 캔틸레버의 길이(l)와 상기 캔틸레버 및 FBG 센서간의 이격거리(Δx)는 일정한 식을 만족하도록 구성됨에 따라 외부환경의 영향에 구애받지 않으면서도 우수한 분해능으로 구조물의 정밀한 변형을 계측할 수 있는 효과가 있다.

광섬유, FBG, 구조물, 경사계, 캔틸레버

Description

광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계{The clinometer/accelerometer using Optical fiber sensor}

본 발명은 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조물에 가해진 외력에 의해 발생한 구조물의 경사도 및 가속도를 보다 안정하면서도 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 광섬유를 이용한 경사계/가속도계에 관한 것이다.

구조물에 장착하여 구조물의 경사정도 및 가속도를 측정하기 위한 센서로 압전형 센서가 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 압전형 가속도계를 개념적으로 도시한 도이다.

압전형 경사계는 도 1에 도시된 바와 같이 관성 질량 및 압전 센서를 포함하여 구성된다. 압전센서(15)는 압전체 및 압전체 양단의 금속 전극으로 구성되며, 피측정물에 부착되어 관성질량(10)과 피측정물 사이에 배치된다.

관성질량(10)은 피측정물 상면에 놓여, 피측정물의 경사도가 0 일때는 중립위치를 유지한다. 피측정물이 외부의 힘에 의해 한쪽으로 기울어지는 등 경사가 생기면 관성질량(10)은 자체 관성때문에 피측정물의 운동을 방해하며 압전 센서(15) 에 추가의 힘을 가하게 된다. 이 힘에 의해 압전 센서(15)에서는 전기적 신호가 발생하며, 발생된 신호는 계측기(20)로 전달되어 전달된 신호로부터 가해진 힘과 경사도를 산출한다.

또한, 관성질량(10)은 피측정물의 상면에 놓여 있기 때문에, 피측정물이 일정한 속도로 운동하는 동안에는 중립 위치를 유지한다. 가속도계의 운동 속도가 변하면 피측정물에 장착된 관성질량(10)은 자체 관성때문에 가속도계의 운동을 방해하며 압전센서(15)에 추가의 힘이 가해진다. 이 힘에 의해 압전센서(15)에서는 전기적인 신호가 발생하며 발생된 신호는 계측기(20)로 전달되어 신호로부터 가해진 힘과 가속도가 산출될 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 구성 및 동작하는 종래 기술에 따른 압전형 경사계는 압전 센서(15) 자체의 내구성이 충분치 못하고, 교량이나 건축 구조물 등에 적용되면 측정지점이 많고 센서마다 계측용 동선이 구비되어야 하므로 구조물 자체에 영향을 줄 수 있다.

또한, 전기적 신호의 간섭 가능성이 상존하며, 노이즈의 영향으로 정확한 경사도의 측정이 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 경사정도와 가속도 계측의 정밀도 및 정확도를 크게 높일 수 있으며 내구성이 뛰어난 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위한 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계는, 일단이 구조물에 고정되고, 다른 일단은 관성질량에 연결되어 휨 변형이 가능한 캔틸레버; 및 일정 거리만큼 상기 캔틸레버로부터 이격 배치되며, 상기 캔틸레버를 중심으로 대칭된 위치에 배치되어 상기 캔틸레버의 휨변형 정도에 따라 변형되는 적어도 2개의 FBG 센서를 포함하며, 상기 캔틸레버의 길이(l)와 상기 캔틸레버 및 FBG 센서간의 이격거리(Δx)는 다음의 식을 만족한다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계는, 외부환경의 영향에 구애받지 않으면서도 우수한 분해능으로 구조물의 정밀한 변형을 계측할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계의 구성이 간략하게 도시된 구성도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계는 도 2에 도시된 바와 같이, 관성질량(100), 캔틸레버(110), 광섬유 센서(120a, 120b) 및 광 계측수단(150)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서(120a, 120b)는 광섬유격자(FBG; Fiber Bragg's Grating)를 포함하는데, 광섬유 격자는 입사한 파장에 대해서 브래그(Bragg) 조건을 만족하는 일정 폭을 갖는 파장만을 반사하고 그 외 파장은 그대로 투과시키는 특성을 갖는다.

캔틸레버(110)는 경사도를 측정하기 위한 구조물(50)과 관성질량(100)에 각각 연결되어 관성질량(100)을 고정시키고 구조물(50)의 경사도와 관성질량(100)의 움직임에 따라 휨 변형 등을 갖게 된다.

캔틸레버(110)는 탄성을 갖는 강성재질, 바람직하게는 금속으로 구성되는 것이 바람직하며, 캔틸레버(110)의 두께는 외력이 가해질 때 변형 정도에 영향을 미치므로 측정하고자 하는 구조물(50) 재질의 변형률이나 경사도 범위 등을 고려하여 적합한 범위로 설정될 수 있다.

또한, 상기 관성질량(100)으로 사용가능한 재질에는 특별한 제한이 없으며, 그 무게는 측정하고자 하는 경사도 범위나 캔틸레버(110)의 변형 특성 등 기계적 특성을 고려하여 적절히 선정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서(120a, 120b)는 특히, 캔틸레버(110)와 일정 간격을 두고 이격하도록 배치된다.

본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계에 있어서, 광섬유 센서(120a, 120b)는 프리스트레인(pre-strain)이 가해진 상태에서 구조 물(50)과 관성질량(100) 사이를 연결하게 되며, 캔틸레버(110)를 중심으로 일정 간격 떨어져 배치되어 캔틸레버(110)의 휨 변형에 대응하여 반사파장이 달라지게 된다.

즉, 캔틸레버(110)의 휨 변형은 캔틸레버(110)와 연결된 구조물(50)에 경사가 생기면서 나타나는데, 이러한 휨 변형에 대해 광섬유 센서가 반응하는 데 있어 실제 캔틸레버(110)의 휨 변형 정도는 미세한 정도이므로 캔틸레버(110)에 광섬유 센서가 일체화되어 붙어있더라도 광섬유 센서에서 휨 변형 정도를 정확히 감지하여 경사도를 판단하는데에는 상당한 어려움이 있다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 광섬유 센서(120a, 120b) 역시 구조물(50)과 관성질량(100)에 연결되고 캔틸레버(110)와 일정 거리로 이격하여 배치되면, 캔틸레버(110)의 휨변형 정도가 일정 거리로 이격된 광섬유 센서(120a, 120b)에 전달되면서 보다 정밀하게 경사도를 판단할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 구조물(50)에 대해 우측 아래 방향으로 경사가 지게 되면, 구조물(50)에는 경사가 생겼으나 관성질량(100)은 그대로 있으므로 캔틸레버(110)의 우측으로 휨변형이 발생할 수 있으며 경사 정도에 따라 우측보다는 좌측의 길이가 길어지게 된다. 이때, 광섬유 센서(120a, 120b)는 캔틸레버(110)를 중심으로 좌우에 배치되므로 캔틸레버(110)와 마찬가지로 좌측에 배치된 광섬유 센서(120b)에 가해지는 힘보다 우측에 배치된 광섬유 센서(120a)에 가해진 힘이 줄어들게 되며 이에 따라 좌우측 광섬유 격자(120a, 120b)에서 반사하는 반사파장이 서로 달라지게 된다. 경사정도는 광섬유 센서(120a, 120b)간 거리에 따라 달라질 수 있는데, 캔틸레버(110)를 중심으로 광섬유 센서(120a, 120b)가 멀리 이격 배치될수록 광섬유 센서간 거리는 늘어나게 되며 아래쪽으로 기울어진 정도 역시 늘어나게 되므로 캔틸레버(110)가 미세하게 변형하더라도 광섬유 센서(120a, 120b) 사이에서는 변형 정도가 크게 나타날 수 있다.

이때, 광섬유 센서(120a, 120b)는 적어도 두 개 이상의 광섬유가 캔틸레버(110)를 중심으로 대칭이 되도록 평행하게 배치되는데, 좌우로 선대칭하는 2개의 광섬유를 한 쌍으로 하여 이루어질 수 있다. 물론 본 발명에서 상기 한 쌍의 광섬유는 캔틸레버(110)를 중심으로 면대칭 배열될 수도 있으며 본 발명에서 광섬유 센서로 사용되는 광섬유의 갯수는 2개에 한정되지 않는다. 예를 들어 3개 또는 4개의 광섬유가 캔틸레버(110)를 중심으로 선대칭 또는 면대칭으로 배치될 수 있다.

한편, 광 계측수단(150)에서는 좌우측 광섬유로부터 반사광을 수신하고 파장을 산출할 수 있는데, 양측에서의 반사파장이 다른 값을 갖게 되면 구조물(50)에 경사가 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 반사파장의 차이로부터 좌측에 가해지거나 우측에 덜어진 인장력의 크기를 산출할 수 있으며, 초기 광섬유 격자에 이미 일정 크기의 인장력이 프리 스트레인 상태로 가해진 상태였으므로 산출된 인장력의 크기로부터 기울어진 정도를 도출할 수 있다. 또한, 광섬유 센서간 거리 및 도출된 경사정도로부터 상기 구조물의 경사각도 및 경사방향을 판단할 수 있으며 이에 따른 결과 데이터가 디스플레이되도록 할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 경사계는 구조물(50)이 미세하게 기울어지더라도 그 기울어진 정도를 광섬유 센서(120a, 120b)에 전달하여 광섬유 센 서(120a, 120b)에서 감지할 수 있도록 하는 것으로, 이격거리에 따라 보다 더 세밀하게 측정될 수 있다.

또한, 구조물에 가속도 운동이 발생하면, 상기 관성질량(100)은 가속도 운동을 방해하게 되며, 이에 따라 관성질량(100)은 캔틸레버(110)를 가속도 방향의 반대방향으로 구부리게 한다. 이에 따라 캔틸레버(110)의 양측면은 압축 및 인장 변형이 일어나며 이격된 광섬유 센서(120a, 120b)에서도 이에 대응하는 압축 및 인장 변형이 일어나게 된다.

예를 들어, 구조물(50)이 좌측방향으로 일정 속도로 움직이다가 동일 방향으로 가속도 운동이 일어나면 상기 관성질량(100)은 우측방향으로 이동하는 것처럼 나타나며 이에 따라 캔틸레버(110)의 우측면은 압축되고, 좌측면은 인장된다. 광섬유 센서(120a, 120b) 역시 관성질량(100)에 연결되어 있으므로 캔틸레버(110)와 유사한 움직임을 나타내며 이에 따라 캔틸레버(110)의 우측에 배치된 광섬유 격자(120a)에는 압력이 가해지고, 캔틸레버(110)의 좌측에 배치된 광섬유 격자(120b)에는 인장력이 가해지게 된다.

광섬유 센서(120a, 120b)에 발생한 변형은 광섬유 격자의 간격을 변화시키며 이에 따라 반사광의 파장이 변화하게 된다. 광 계측수단(150)에서는 반사광의 파장을 산출하고 그로부터 가속도를 산출할 수 있는데, 이는 단위 시간당 광섬유 센서의 변형률의 변화로부터 도출될 수 있으며, 단위 시간당 변형률의 변화에 대응하는 가속도 값이 서로 매핑되어 미리 저장된 데이터로부터 가속도를 산출하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 경사계/가속도계는 구조물(50)이 기울어지거나 가속하는 경우 그 정도를 캔틸레버(110)를 통해 광섬유 센서(120a, 120b)에서 감지할 수 있도록 하며, 가속 정도뿐만 아니라 진동 정도를 계측하는 데에도 적용될 수 있다.

도 4(a)는 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계의 구성을 간단히 도식화한 도이다.

도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 경사계/가속도계는 도 4(a)에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있는데, 이격거리는 캔틸레버(110)의 변형이 그대로 광섬유 센서(120a, 120b)에 전달될 수 있는 거리로 이격될 수 있으며, 캔틸레버(110)로부터 너무 멀리 떨어져 배치되면 구조물의 경사뿐만 아니라 광섬유 주변 환경의 변화에도 쉽게 반응하여 경사도로서 판단될 수 있으므로 캔틸레버(110)의 길이 이하의 거리로 배치되는 것이 바람직하다. 이를 간단한 수식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서 Δx는 캔틸레버로부터 광섬유 센서가 이격된 거리이며, l은 캔틸레버의 길이이다.

수학식 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유를 이용한 경사계/가속도계는 캔틸레버의 길이(l)와 이격거리(Δx)의 비가 1/40 이상이고 1 이하의 값을 갖는다. 1/40은 캔틸레버(110)가 4㎝ 일때, 이격거리(Δx)가 1㎜가 되는 것으로 캔틸레버의 길이(l)가 짧을수록 캔틸레버(110)와 광섬유 센서(120a, 120b)가 거의 붙는 정도로 이격거리(Δx)가 짧아지게 되므로, 1/20 이상인 것이 바람직하며, 그보다는 1/10 이상인 것이 보다 더 바람직하다.

한편, 구조물(50)과 관성질량(100)에는 광섬유 격자에 프리스트레인(pre-strain)을 가하기 위한 고정부재(130a, 130b)가 각각 배치되며, 광섬유 격자가 고정부재(130a, 130b) 사이에 위치하도록 광섬유를 배치하고 광섬유 격자가 형성된 부분에 일정 크기의 인장력을 가한 상태에서 고정부재(130a, 130b)와 광섬유(120a, 120b)가 접착 등의 방법으로 고정될 수 있다.

상기 광섬유 센서(120a, 120b)는 광섬유를 통해 광 계측수단(150)으로 연결된다. 광 계측수단(150)은 광원, 광검출부, 및 제어부를 포함하여 구성될 수 있는데, 광원으로는 발광 다이오드(LED 또는 SLD)가 사용될 수 있다. 따라서, 발광 다이오드로 전력이 공급되면 일정한 파장 분포를 갖는 광이 방출되고 방출된 광은 커플러(coupler)를 통해 광섬유를 따라 광섬유 격자로 진행한다.

광검출부는 포토다이오드(PD;Photodiode) 등을 구비하여 광섬유 격자에서 반사된 특정 파장의 반사광을 투과하고 포토 다이오드로 전달한다. 포토 다이오드는 입사된 반사광의 광량을 측정하여 출력하는데, 미분기 및 비교기가 함께 구비되면 반사광의 피크지점과 이 지점에서의 광량이 산출되어 제어부로 전달될 수 있다.

제어부는 광검출부로부터 전달된 반사광의 피크지점 및 광량 데이터로부터 반사광의 파장을 산출할 수 있으며, 산출된 파장 값으로부터 광섬유 격자에 발생한 스트레인 변화량을 산출하고 이를 통해 광섬유 센서(120a, 120b)와 연결된 구조물(50)의 경사정도를 산출할 수 있다.

이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 경사계/가속도계는 미세한 격자 간격의 변화에도 반사파장이 달라져 우수한 분해능을 갖는 광섬유 센서의 장점에 더하여 구조물(50)과 연결된 캔틸레버(110)의 미세한 휨 변형이 광섬유 센서(120a, 120b)에 전달될 수 있도록 함으로써 정확도 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있으며, 지하철 터널 등에 적용되는 경우 지하철 운행시 발생하는 전자기파에 전혀 영향받지 않으므로 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계는 온도변화에 따른 변형을 보상함으로써 외부 온도의 영향 없이 가속도나 경사도를 측정할 수 있으므로 측정의 정밀도 및 신뢰성을 크게 높일 수 있다.

광섬유 격자는 물리력뿐만 아니라 온도 변화에 의해서도 반사파장이 변화하는데, 본 발명에 따른 경사계/가속도계는 두 개 이상의 광섬유 센서(120a, 120b)가 각각 연결되어 있으므로 온도가 상승 또는 하강하더라도 두 광섬유 센서는 동일한 변형률을 나타내며, 따라서 광섬유 격자 간격이 함께 늘어나거나 줄어드므로 온도보상의 기능이 함께 이루어지는 것이다.

교량 등의 구조물에 본 발명에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계가 적용되는 경우, 일정 거리마다 상기 경사계/가속도계가 배치될 수 있는데, 광 계측수단에 구비된 표시부를 통해 산출된 경사 정도가 나타날 수 있으며, 각 광 계측수단끼리 서로 연결되어 센서 네트워크를 형성하는 경우에는 각 광 계측수단에서 산출된 반사광의 파장 데이터를 수신하여 각 지점의 경사도를 통합 산출하는 관리서버가 구비될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계는 캔틸레버와 광섬유 센서가 일정 이격거리를 두고 배치되는 것으로, 이를 위한 구체적인 구현 예는 도 2에 한정되지 않고 적용될 수 있다.

도 3 은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계의 구성이 도시된 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광섬유를 이용한 경사계는 광섬유(120'a, 120'b)가 구조물(50) 및 관성질량(100)에 직접 연결되지 않는 상태에서 캔틸레버(110)와의 이격거리를 형성하고 유지하기 위한 수단으로서 소정의 연결부재(140a, 140b)를 포함한다.

즉, 연결부재(140a, 140b)는 구조물(50) 및 관성질량(100)에 연결된 캔틸레버(110)에 광섬유를 고정시키기 위한 수단으로, 캔틸레버(110)에 휨 변형이 생기게 되면 변형정도가 각 광섬유에 전달되도록 하여 연결부재(140a, 140b) 사이에 위치한 광섬유 격자 간격이 변하게 되고 그에 따라 반사파장이 달라지도록 한다.

도 2를 참조한 예를 도 4에 도시된 실시예에 적용하여 설명하면, 구조물(50)의 우측 아래방향으로 경사가 생기게 되면 캔틸레버(110)의 우측으로 휨 변형이 일어난다. 캔틸레버(110) 우측에 연결된 두 개의 연결부재(140a)는 일정한 거리를 두고 배치되어 있는데, 휨 변형이 일어남에 따라 연결부재(140a) 간의 거리는 줄어들 수 있다. 이때 각 연결부재(140a)는 광섬유의 양 단에 고정하여 연결된 상태인데, 연결부재(140a) 간 거리가 줄어들게 되면 연결된 광섬유 양 단 역시 거리가 줄어들게 된다. 이에 따라 광섬유 격자에 가해져있던 인장력이 줄어들 수 있으며 격자 간 간격이 줄어들면서 구조물이 기울어지기 전의 반사광의 파장과는 다른 파장의 광을 반사하게 된다. 이에 따라 광 계측수단(150)은 다른 파장의 반사광을 검출하여 이전과의 차이를 산출하고 그로부터 구조물의 경사도를 산출할 수 있게 된다.

또한, 구조물(50)이 좌측방향으로 가속도 운동을 하게 되면, 관성질량(100)이 우측방향으로 움직임에 따라 캔틸레버(110)의 우측으로 휨 변형이 일어나게 되며 캔틸레버(110)의 변형이 연결부재(140a, 140b)을 통해 광섬유 센서(120'a, 120'b)에 전달되면서 캔틸레버(110)의 좌우에 연결된 광섬유 격자에서 서로 다른 변형이 일어나게 된다. 이에 따라 반사광의 파장이 서로 달라지게 되며 광 계측수단(150)에서 이를 감지하고 그 차이로부터 구조물(50)의 가속도를 산출할 수 있게 된다.

연결부재(140a, 140b)는 광섬유 격자가 형성된 광섬유 양단에서 일정 크기의 인장력을 가한 후 고정시킴으로서 프리스트레인 상태를 만들 수 있으며 연결부재(140a, 140b)의 길이가 광섬유 센서 및 캔틸레버 간 이격거리가 된다. 연결부재(140a, 140b)가 길어질수록 미세한 기울어짐에도 연결된 광섬유 양단에서의 간격은 크게 줄어들 수 있으므로 이 역시 캔틸레버(110)의 휨 변형에 대해 보다 세밀한 측정이 가능하다고 할 수 있다.

따라서, 도 3에 도시된 경사계/가속도계를 도식화한 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 연결부재의 길이(Δx)와 캔틸레버의 길이(l) 간 관계는 수학식 1에 그대로 적용될 수 있으며, 상술한 바와 같이 연결부재의 길이(Δx)와 캔틸레버의 길이(l) 간 비는 1/40 이상이 되어야 하나, 바람직하게는 1/20 이상이며 1/10 이상의 범위로 설계되는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계를 통해 가속도나 진동을 계측하는 대상으로는 가로로 배열된 구조물뿐만 아니라 세로로 배열된 구조물도 해당될 수 있다. 이는 캔틸레버와 광섬유 센서가 관성질량과 구조물에 대해 고정하여 연결되어 있어 가능한 것으로, 가속도계의 경우 물체의 움직임에 대해 가속도 발생시 관성에 따른 변형을 이용하는 것이므로 관성질량이 측면을 향하도록 위치하더라도 가속도 발생에 따른 캔틸레버의 휨 변형이 일어나게 되며 이에 따라 광섬유 격자에서 반사하는 반사광의 파장이 달라지므로 광 계측수단에서 이를 감지하여 파장 변화에 따른 인장력의 변화를 산출하고 그로부터 구조물의 가속도를 산출할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계를 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 서로 일정 간격으로 이격 배치된 광섬유 격자 센서와 캔틸레버를 구비하여 구조물의 경사 측정 또는 가속도 측정시 정밀도를 크게 향상시킬 수 있도록 하는 본 발명의 기술사상은 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있음은 자명하다.

도 1은 종래 기술에 따른 압전형 가속도계를 개념적으로 도시한 도,

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계의 구성이 도시된 도,

도 3 은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계의 구성이 도시된 도, 및

도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계를 간단히 도식화한 도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 100: 관성질량 50: 구조물

110: 캔틸레버 130a, 130b: 고정부재

120a, 120b, 120'a, 120'b: 광섬유 센서 140a, 140b: 연결부재

150: 광계측수단

Claims (5)

1. 일단이 구조물에 고정되고, 다른 일단은 관성질량에 연결되어 휨 변형이 가능한 캔틸레버;

   상기 캔틸레버를 중심으로 서로 대칭된 위치에 평행하게 배치되되, 상기 캔틸레버로부터 일정 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 캔틸레버의 휨변형 정도에 따라 변형되는 적어도 2개의 FBG 센서; 및

   상기 적어도 2개의 FBG 센서 각각에 연결되어 각각의 FBG 센서의 변형을 대비하여 측정하는 광계측 수단을 포함하고,

   상기 캔틸레버의 길이(l)와 상기 캔틸레버 및 FBG 센서간의 이격거리(△x)는 다음의 식을 만족하며, 상기 적어도 2개의 FBG 센서는 상기 캔틸레버와 평행한 방향으로 그 일단은 상기 관성질량에 고정되고 그 타단은 상기 구조물에 고정되는 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계.

   
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 FBG 센서는 상기 캔틸레버와 평행한 방향으로 양단이 상기 관성질량 및 구조물에 각각 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 고정부재

   를 포함하는 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 FBG 센서의 양단을 고정시키고 상기 캔틸레버와 각각 고정되는 연결부재

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 이격거리는 다음의 식을 만족하는 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계.

   
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 이격거리는 다음의 식을 만족하는 광섬유 센서를 이용한 경사계/가속도계.

   

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