KR101307584B1 - Accelerometer using fiber bragg grating sensor with the pre-tension controller - Google Patents

Accelerometer using fiber bragg grating sensor with the pre-tension controller Download PDF

Info

Publication number
KR101307584B1
KR101307584B1 KR1020120032824A KR20120032824A KR101307584B1 KR 101307584 B1 KR101307584 B1 KR 101307584B1 KR 1020120032824 A KR1020120032824 A KR 1020120032824A KR 20120032824 A KR20120032824 A KR 20120032824A KR 101307584 B1 KR101307584 B1 KR 101307584B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
grating sensor
accelerometer
frame
fiber grating
Prior art date
Application number
KR1020120032824A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이석순
Original Assignee
경상대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경상대학교산학협력단 filed Critical 경상대학교산학협력단
Priority to KR1020120032824A priority Critical patent/KR101307584B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101307584B1 publication Critical patent/KR101307584B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/003—Kinematic accelerometers, i.e. measuring acceleration in relation to an external reference frame, e.g. Ferratis accelerometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35303—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using a reference fibre, e.g. interferometric devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

PURPOSE: An accelerometer using an optical fiber bragg grating sensor with a pretension controller is provided to measure vibration in extreme environment by being unaffected from electromagnetic interference and abrasion due to seawater. CONSTITUTION: An accelerometer (200) comprises a frame (100), a first rotator (120), an elastic member, a mass body (110), a second rotator (130), an optical fiber (140), an optical fiber bragg grating sensor, and a pretension controller. The frame is installed in a target measuring object. The first rotator is rotationally connected to the frame. One end of the elastic member is fixed in one end of the first rotator. The mass body is fixed in the elastic member. The optical fiber is attached to the first rotator. The optical fiber bragg grating sensor is installed in the optical fiber. The other end of the elastic member is connected to the frame. Both sides of the optical fiber are fixed in the frame.

Description

예인장력 조절기를 구비하고 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계{ACCELEROMETER USING FIBER BRAGG GRATING SENSOR WITH THE PRE-TENSION CONTROLLER}ACCELEROMETER USING FIBER BRAGG GRATING SENSOR WITH THE PRE-TENSION CONTROLLER}

본 발명은 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계에 관한 것으로 특히, 예인장력 조절기를 구비하고 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계에 관한 것이다.The present invention relates to an accelerometer using an optical fiber grating sensor, and more particularly, to an accelerometer having a towing tension regulator and using an optical fiber grating sensor.

광섬유 격자센서(Fiber Bragg Grating Sensor 또는 FBG Sensor)란 한 가닥의 광섬유에 복수의 광섬유 격자를 일정한 간격으로 새긴 것으로, 온도 또는 변형률의 외부 조건에 따라서 광섬유 격자의 간극이 변화하여 광섬유 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서를 말한다. 굴절률이 주기적으로 변화하는 광섬유 격자에 광폭 스펙트럼의 광원을 입사시킬 경우에 광섬유 격자 부분에서는 브레그 조건(Bragg condition)을 충족하는 파장만을 반사하고 그 외의 파장은 그대로 통과시킨다. Fiber Bragg Grating Sensor or FBG Sensor is a single fiber that is engraved with a plurality of optical fiber gratings at regular intervals. It is a sensor using the characteristic that the wavelength of is changed. When the light source of the wide spectrum is incident on the optical fiber grating whose refractive index changes periodically, the optical fiber grating portion reflects only wavelengths satisfying the Bragg condition and passes the other wavelengths as they are.

따라서 광섬유 격자에 온도 또는 변형률이 가해지면 브레그 파장이 변하게 되고, 이 브레그 파장의 변화량을 측정함으로써 광섬유 센서에 가해지는 온도 또는 변형률을 정확히 측정할 수 있다.Therefore, when temperature or strain is applied to the optical fiber grating, the breg wavelength is changed, and by measuring the amount of change in the breg wavelength, it is possible to accurately measure the temperature or strain applied to the optical fiber sensor.

종래에는 스트레인게이지식 또는 PZT(Piezo Electric Transducer)형의 가속도 변환기에 대한 연구가 진행되었다. 그러나 이들은 전기식 구조로 되어있어 전자기 간섭(Electro Magnetic Interference) 및 해수에 의한 부식의 영향을 받을 수 밖에 없고 선박 또는 해양플랜트에서 사용하기에 부적절한 면이 있었다. In the related art, research has been conducted on an acceleration transducer of a strain gauge type or Piezo Electric Transducer (PZT) type. However, because they are electric structures, they are inevitably affected by electromagnetic interference and corrosion by seawater, and are inadequate for use in ships or offshore plants.

또한, 마이클슨 간섭계를 이용한 광섬유 가속도 센서가 개발되었으나 선형성을 유지하는 구간이 제한적이어서 한정된 영역의 주파수 신호만을 검출할 수 있다는 한계가 있었다.In addition, although an optical fiber acceleration sensor using a Michaelson interferometer has been developed, there is a limit that only a limited frequency signal can be detected because of a limited range of maintaining linearity.

그에 따라, 본 발명은 종래기술의 여러 문제점을 감안하여 전자기의 간섭을 받지 않으며 내식성 및 내구성이 높은 가속도계를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계를 제공하는 것이다. 나아가, 본 발명의 다른 목적은 광섬유 격자에 적절한 예인장력(pre-tension)을 가할 수 있는 예인장력 조절기를 구비하고 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to provide an accelerometer which is not subjected to electromagnetic interference and has high corrosion resistance and durability in view of various problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an accelerometer using an optical fiber grating sensor. Furthermore, another object of the present invention is to provide an accelerometer using an optical fiber grating sensor having a towing tension regulator capable of applying a suitable towing tension to an optical fiber grating.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 피측정대상물에 설치되는 프레임; 상기 프레임과 회전가능하게 연결되는 제1 회전체; 상기 제1 회전체와 일단측에서 고정 연결되는 탄성부재; 상기 탄성부재와 고정 연결되는 질량체; 제1 회전체에 부착되는 광섬유; 및 상기 광섬유에 설치되는 광섬유 격자센서를 포함하고, 상기 탄성부재의 타단측은 프레임과 연결되며, 상기 광섬유의 양측은 상기 프레임에 고정 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계가 제공된다.Frame installed in the object to be measured in order to achieve the above object of the present invention; A first rotating body rotatably connected to the frame; An elastic member fixedly connected to the first rotating body at one end; A mass body fixedly connected to the elastic member; An optical fiber attached to the first rotating body; And an optical fiber grating sensor installed at the optical fiber, and the other end of the elastic member is connected to the frame, and both sides of the optical fiber are fixedly connected to the frame.

상기 탄성부재의 타단측과 고정 연결되고 상기 프레임과 회전가능하게 연결된 제2 회전체를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a second rotating body fixedly connected to the other end side of the elastic member and rotatably connected to the frame.

상기 광섬유의 인장력을 조절하는 예인장력 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may be characterized by further comprising a towing tension regulator for adjusting the tensile force of the optical fiber.

상기 예인장력 조절기는 상기 프레임에 대해 이동가능하게 연결되는 이동체 및 상기 이동체를 이동시키는 가동부재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The towing tension regulator may include a movable body movably connected to the frame and a movable member for moving the movable body.

상기 탄성부재는 판스프링으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The elastic member may be characterized by consisting of a leaf spring.

상기 가동부재는 상기 이동체에 나사결합된 볼트로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The movable member may be composed of a bolt screwed to the movable body.

상기 광섬유 격자센서에 미리 가해지는 예인장 변형률 범위가 다음의 식을 만족하도록 사전에 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.The strain field strain applied in advance to the optical fiber grating sensor may be adjusted in advance to satisfy the following equation.

Figure 112013057527273-pat00008
Figure 112013057527273-pat00008

상기 질량체의 외주면에는 상기 광섬유가 통과하는 홈이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The outer peripheral surface of the mass may be characterized in that the groove through which the optical fiber passes.

상기 제1 회전체, 상기 제2 회전체 및 상기 질량체는 인청동으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The first rotating body, the second rotating body and the mass body may be formed of phosphor bronze.

상기 프레임 및 상기 예인장력 조절기는 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The frame and the towing tension regulator may be characterized in that composed of aluminum.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다.According to the present invention, all of the objects of the present invention described above can be achieved.

구체적으로, 본 발명에 의한 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계는 기존의 스트레인지식 등의 가속도계와 비교하여 전자기 간섭 및 해수에 의한 부식의 영향을 받지 않고 극한의 환경에서 진동 측정을 수행할 수 있다. Specifically, the accelerometer using the optical fiber grating sensor according to the present invention can perform vibration measurement in an extreme environment without being affected by electromagnetic interference and corrosion by seawater, compared to the conventional accelerometers such as the range type.

더욱이, 원거리 진동 측정이 가능하고 내구성 및 내식성이 높아서 해양 플랜트상의 기계 진동 측정용으로 사용될 수 있다. 나아가 교량이나 터널의 토목분야는 물론이고 항공기, 자동차, 선박 등의 다양한 분야에서 응용될 수도 있다. Moreover, it is possible to measure long distance vibrations and to have high durability and corrosion resistance, which can be used for measuring mechanical vibrations on offshore plants. Furthermore, it can be applied to various fields such as aircraft, automobiles, ships as well as civil engineering of bridges and tunnels.

또한, 예인장력 조절기를 통해 사전에 설정된 인장력을 미리 광섬유 격자센서에 가함으로써 진동과정에서 광섬유 격자에서 압축이 발생하지 않도록 하였다.In addition, by applying a predetermined tension force to the optical fiber grating sensor in advance through the towing tension regulator to prevent compression in the optical fiber grating during the vibration process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 이용한 가속도계를 도시한 사시도이다.
도 2(a)는 광섬유를 이용한 가속도계를 도 1과 다른 측면에서 바라본 사시도이고, 도 2(b)는 제1 측벽을 투명하게 나타내어 가속도계의 내부를 도시한 사시도이다
도 3(a)는 이동체의 이동 전 상태를 도시한 도면이고, 도3(b)는 이동체가 예인장력 조절기에 의해 이동한 후 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도계의 내부를 나타낸 도면으로 상방 가속도 가진에 의한 질량체의 이동 및 제1 및 제2 회전체의 회전을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an accelerometer using an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 (a) is a perspective view of an accelerometer using an optical fiber as seen from a side different from FIG. 1, and FIG. 2 (b) is a perspective view showing the interior of the accelerometer by transparently showing the first sidewall.
Figure 3 (a) is a view showing a state before the movement of the moving body, Figure 3 (b) is a view showing a state after the moving body is moved by the towing tension regulator.
4 is a perspective view showing the interior of the accelerometer according to an embodiment of the present invention showing the movement of the mass and the rotation of the first and second rotors by the upward acceleration.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1를 참조하면, 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계(200)는 피측정대상물에 설치되는 프레임(100)과, 상기 프레임(100)과 회전가능하게 연결되는 제1 회전체(120)와, 상기 제1 회전체(120)와 일단측에서 고정 연결되는 탄성부재(160)와, 상기 탄성부재(160)와 고정 연결되는 질량체(110)와, 상기 탄성부재의 타단측과 고정 연결되고 상기 프레임(100)과 회전가능하게 연결된 제2 회전체(130)와, 제1 회전체(120)에 부착되는 광섬유(140)와, 상기 광섬유에 설치되는 광섬유 격자센서(150) 및 상기 광섬유의 인장력을 조절하는 예인장력 조절기(210)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an accelerometer 200 using an optical fiber grating sensor includes a frame 100 installed on an object to be measured, a first rotating body 120 rotatably connected to the frame 100, and the first 1 rotating member 120 and the elastic member 160 is fixedly connected at one end, the mass body 110 is fixedly connected to the elastic member 160, and the other end of the elastic member is fixedly connected to the frame 100 And a second rotating body 130 rotatably connected to the optical fiber 140 attached to the first rotating body 120, an optical fiber grating sensor 150 installed on the optical fiber, and a tensile force of the optical fiber. Towing tension regulator 210.

상기 프레임(100)는 제1 측벽(101a)과, 제2 측벽(101b)과, 제1 단부벽(102a)과, 제2 단부벽(102b)과, 제1 내부측벽(103a)과, 제2 내부측벽(103b)과, 내부단부벽(104)과, 제1 안내홈(105a) 및 제2 안내홈(105b)을 구비한다. 또한, 상기 프레임(100)에는 질량체(110)와 제1 및 제2 회전체(120, 130)를 수납하는 제1 공간(106a)과 예인장력 조절기(210)를 수납하는 제2 공간(106b)이 마련된다.The frame 100 includes a first side wall 101a, a second side wall 101b, a first end wall 102a, a second end wall 102b, a first inner side wall 103a, 2 An inner side wall 103b, an inner end wall 104, a first guide groove 105a and a second guide groove 105b are provided. In addition, the frame 100 includes a first space 106a for accommodating the mass body 110 and the first and second rotating bodies 120 and 130 and a second space 106b for accommodating the towing tension regulator 210. Is provided.

제1 측벽(101a)과 제2 측벽(101b)은 서로 마주보고 평행하게 형성되고, 제1 단부벽(102a)과 제2 단부벽(102b)은 두 측벽(101a, 101b)의 양 단부를 평행하게 연결한다. 제1 내부측벽(103a)과 제2 내부측벽(103b)은 각각 제2 단부벽(102b)에서 수직으로 연장되고, 내부단부벽(104)은 제1 내부측벽(103a)과 제2 내부측벽(103b)의 단부를 연결한다. 제1 안내홈(105a) 및 제2 안내홈(105b)은 두 내부측벽(103a, 103b)의 내벽면에 각각 형성되며 제2 단부벽(102b)에서 내부단부벽(104)으로 연장된다.The first side wall 101a and the second side wall 101b face each other and are formed in parallel, and the first end wall 102a and the second end wall 102b are parallel to both ends of the two side walls 101a and 101b. Connect it. The first inner side wall 103a and the second inner side wall 103b extend perpendicularly from the second end wall 102b, respectively, and the inner end wall 104 is formed of the first inner side wall 103a and the second inner side wall ( Connect the ends of 103b). The first guide groove 105a and the second guide groove 105b are formed on the inner wall surfaces of the two inner side walls 103a and 103b, respectively, and extend from the second end wall 102b to the inner end wall 104.

상기 제1 회전체(120)는 원통형이고 베어링 결합에 의해 상기 프레임(100)의 제1 및 제2 측벽(101a, 101b)과 회전가능하게 연결된다. 본 실시예에서는 상기 제1 회전체(120)가 원통형인 것으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니다.The first rotating body 120 is cylindrical and rotatably connected to the first and second side walls 101a and 101b of the frame 100 by bearing coupling. In the present embodiment, the first rotating body 120 has been described as being cylindrical, but is not limited thereto.

상기 탄성부재(160)는 긴 판의 형태이고, 일단측에서 상기 제1 회전체(120)와 고정 연결되고 타단측에서 제2 회전체(130)와 고정 연결되며, 두 회전체(120, 130) 사이에 위치한 질량체(110)와 고정 연결된다. 이러한 고정 연결은 크램핑(clamping), 웰딩(welding) 등의 방식에 의해 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 탄성부재(160)는 그 타단측에서 프레임(100)에 고정 연결될 수 있다. The elastic member 160 is in the form of an elongated plate, and is fixedly connected to the first rotating body 120 at one end and fixedly connected to the second rotating body 130 at the other end, and the two rotating bodies 120 and 130. It is fixedly connected to the mass body (110) located between. This fixed connection can be made by clamping, welding or the like. On the other hand, the elastic member 160 may be fixedly connected to the frame 100 at the other end side.

상기 탄성부재(160)는 질량체(110)을 사이에 두고 양 쪽에 2개가 구비된다. 본 실시예에서는 탄성부재(160)가 2개인 것으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니며 1 또는 3개 이상이 구비될 수 있다. 상기 탄성부재(160)는 진동 또는 가속도 가진에 의해 이동하는 질량체(110)를 탄성적으로 지지한다. 본 실시예에서는 탄성부재(160)가 긴 판의 형태인 것으로 설명하였나 이에 제한되는 것은 아니다.The elastic member 160 is provided on both sides with the mass body 110 therebetween. In the present exemplary embodiment, the elastic member 160 is described as two, but is not limited thereto. One or three or more elastic members 160 may be provided. The elastic member 160 elastically supports the mass body 110 that moves by vibration or acceleration. In this embodiment, the elastic member 160 has been described as being in the form of a long plate, but is not limited thereto.

상기 질량체(110)는 원통형이고 가속도 가진에 대하여 수직으로 이동한다. 상기 질량체(110)는 상기 탄성부재(160)와 고정 연결되고 상기 탄성부재(160)에 의해 탄성적으로 지지된다. 본 실시예에서는 상기 질량체(110)는 원통형인 것으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니다.The mass 110 is cylindrical and moves perpendicular to the acceleration excitation. The mass body 110 is fixedly connected to the elastic member 160 and elastically supported by the elastic member 160. In this embodiment, the mass body 110 has been described as being cylindrical, but is not limited thereto.

상기 제2 회전체(130)는 원통형이고 베어링 결합에 의해 상기 프레임(100)의 제1 및 제2 측벽(101a, 101b)과 회전가능하게 연결된다. 상기 제2 회전체(130)는 원통형인 것으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니다.The second rotating body 130 is cylindrical and rotatably connected to the first and second side walls 101a and 101b of the frame 100 by bearing coupling. The second rotating body 130 has been described as being cylindrical, but is not limited thereto.

도 1을 참조하면, 광섬유(140)는 제1 회전체(120)에 부착되고 제1 회전체(120)와 연동하여 회전한다. 상기 광섬유의 양측은 사전에 결정된 예인장력을 가진 상태를 유지하면서 예인장력 조절기(210)에 고정 연결되고 프레임(100)의 제2 단부벽(102a)를 통과하여 프레임(100)의 외부와 연결된다. 이와 달리, 상기 광섬유(140)의 양측은 사전에 결정된 예인장력을 가진 상태를 유지하면서 프레임(100)의 제2 단부벽(102a)에 고정 연결되고 프레임(100)을 통과하여 외부와 연결될 수 있다. 한편, 상기 광섬유에는 광섬유 격자센서(150)가 설치된다.
Referring to FIG. 1, the optical fiber 140 is attached to the first rotating body 120 and rotates in association with the first rotating body 120. Both sides of the optical fiber are fixedly connected to the towing tension regulator 210 while maintaining a state having a predetermined towing tension and are connected to the outside of the frame 100 through the second end wall 102a of the frame 100. . In contrast, both sides of the optical fiber 140 may be fixedly connected to the second end wall 102a of the frame 100 and pass through the frame 100 to the outside while maintaining a state having a predetermined towing tension. . On the other hand, the optical fiber grating sensor 150 is installed in the optical fiber.

도 2(a), (b) 및 도 3를 참조하면, 상기 예인장력 조절기(210)는 상기 프레임(100)에 이동가능하게 연결되는 이동체(170) 및 상기 이동체(170)를 이동시키는 가동부재(180)을 포함하는 것을 특징으로 한다.2 (a), (b) and 3, the towing tension regulator 210 is movable member 170 and the movable member for moving the movable body 170 and the movable body 170 is movably connected to the frame 100. Characterized in that it comprises (180).

상기 이동체(170)는 제1 고정부(171a)와, 제2 고정부(171b)와, 제1 돌출부(172a) 및 제2 돌출부(172b)를 구비하고 있다. 상기 고정부(171a, 171b)에는 광섬유(140)의 양측이 각각 고정 연결된다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 고정부(171a, 171b)가 홈 형태로 형성된 것으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 돌출부(171a, 171b)는 상기 내부측벽(103a, 103b)의 내벽면에 형성된 제1 및 제2 안내홈(105a, 105b)에 각각 끼워진다. 이와 달리, 상기 안내홈(105a, 105b)은 제1 및 제2 측벽(101a, 101b)의 내벽면에 각각 형성될 수도 있다.The movable body 170 includes a first fixing portion 171a, a second fixing portion 171b, a first protrusion 172a, and a second protrusion 172b. Both sides of the optical fiber 140 are fixedly connected to the fixing parts 171a and 171b, respectively. In the present exemplary embodiment, the first and second fixing parts 171a and 171b are formed as grooves, but the present invention is not limited thereto. The protrusions 171a and 171b are fitted into first and second guide grooves 105a and 105b formed on inner wall surfaces of the inner side walls 103a and 103b, respectively. Alternatively, the guide grooves 105a and 105b may be formed on inner wall surfaces of the first and second sidewalls 101a and 101b, respectively.

상기 가동부재(180)는 상기 이동체(170)를 안내홈(105a, 105b)에 따라 이동시킨다. 상기 가동부재(180)는 제2 단부벽(102a)과 제자리에서 회전가능하게 연결되고 이동체(170)와 나사 결합한 볼트로 구성된다. 본 실시예에서는 상기 가동부재(180)가 이동체(170)와 나사 결합된 볼트인 것으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니다.The movable member 180 moves the movable body 170 along the guide grooves 105a and 105b. The movable member 180 is composed of a bolt that is rotatably connected to the second end wall 102a in place and screwed with the movable body 170. In this embodiment, the movable member 180 has been described as being a bolt screwed to the movable body 170, but is not limited thereto.

도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 상기 가동부재(180)가 풀어주는 방향으로 회전하면 상기 이동체(170)는 제1 단부벽(102a)측으로 이동하고 광섬유에 설치된 광섬유 격자센서(150)에 작용하는 인장력은 감소한다. 반대로, 상기 가동부재(180)가 조이는 방향으로 회전하면 상기 이동체(170)는 제2 단부벽(102a)측으로 이동하고 광섬유 격자센서(150)에 가해지는 인장력은 증가한다.
3 (a) and 3 (b), when the movable member 180 rotates in a release direction, the movable body 170 moves toward the first end wall 102a and is installed on the optical fiber grating sensor. The tensile force acting on 150 is reduced. On the contrary, when the movable member 180 rotates in the tightening direction, the movable member 170 moves toward the second end wall 102a and the tensile force applied to the optical fiber grating sensor 150 increases.

도 4를 참조하면, 상방 가속도 가진에 대하여 질량체(110)는 하방으로 이동하게 되고 상기 탄성부재(160)는 하방으로 만곡된다. 이 때, 제1 회전체(120)는 반시계 방향으로 회전하고 제2 회전체(130)는 시계방향으로 회전한다. 제1 회전체에 부착된 광섬유(140)는 반시계 방향으로 회전한다. 반대로, 하방 가속도 가진에 대하여 질량체(110)는 상방으로 이동하게 되고 상기 탄성부재(160)는 상방으로 만곡된다. 이 때, 제 1 회전체(120)는 시계 방향으로 회전하고 제2 회전체(130)는 반시계방향으로 회전한다. 제1 회전체에 부착된 광섬유(140)는 시계방향으로 회전한다.Referring to FIG. 4, the mass body 110 moves downward with respect to the upward acceleration excitation, and the elastic member 160 is curved downward. At this time, the first rotating body 120 rotates in the counterclockwise direction, and the second rotating body 130 rotates in the clockwise direction. The optical fiber 140 attached to the first rotating body rotates in the counterclockwise direction. On the contrary, the mass body 110 moves upward with respect to the downward acceleration excitation, and the elastic member 160 is curved upward. At this time, the first rotating body 120 rotates clockwise and the second rotating body 130 rotates counterclockwise. The optical fiber 140 attached to the first rotating body rotates clockwise.

그에 따라, 진동 과정에서 광섬유(140)에 설치된 광섬유 격자센서는 주기적으로 인장 또는 압축을 받게된다. 다만, 진동과정에서 광섬유 격자센서에 압축이 가해지지 않도록, 광섬유 격자센서의 최대 허용 인장 변형률을 초과하지 않도록 예인장력 조절기(190)에 의해 광섬유 격자센서에 가해지는 예인장력을 사전에 조절한다. 구체적으로, 예인장력에 의한 광섬유 격자센서의 변형률(Strain) 범위는 다음의 식을 만족하도록 하면 된다.Accordingly, the optical fiber grating sensor installed in the optical fiber 140 is subjected to tension or compression periodically during the vibration process. However, in order to prevent the compression of the optical fiber grating sensor in the vibration process, the towing tension controller 190 is adjusted in advance so as not to exceed the maximum allowable tensile strain of the optical fiber grating sensor. Specifically, the strain range of the optical fiber grating sensor due to towing tension may satisfy the following equation.

Figure 112013057527273-pat00009
Figure 112013057527273-pat00009

변형률 측정의 범위를 넓히기 위하여 예인장 변형률을 광섬유 격자센서의 최대허용인장변형률의 1/2로 조절하는 것이 바람직하다. In order to extend the range of strain measurement, it is desirable to adjust the tension strain to 1/2 of the maximum allowable strain strain of the optical fiber grating sensor.

이 경우에, 광섬유 격자센서의 측정범위는 예인장 변형률(pre-tension strain)과 추가되는 인장 변형률의 합이 최대 허용인장변형률 보다 작고, 예인장 변형률와 압축 변형률의 차가 0이 되는 범위가 된다. 다만, 본 발명은 상기 수치범위에 제한되지 않는다.
In this case, the measurement range of the optical fiber grating sensor is in a range in which the sum of the pre-tension strain and the added tensile strain is smaller than the maximum allowable tensile strain, and the difference between the tension strain and the compressive strain becomes zero. However, the present invention is not limited to the above numerical range.

한편, 상기 질량체(110)의 외주면에는 상기 광섬유(140)가 통과하는 홈(111)이 형성될 수 있으며 이를 통해 상기 질량체(110)의 진동 진폭을 확대할 수 있다. 상기 질량체(110), 상기 탄성부재(160), 두 회전체(120, 130)는 비교적 밀도가 큰 금속인 인청동(Phosphor Bronze)으로 구성된다. 상기 프레임(100) 및 상기 예인장력 조절기(190)는 가벼운 금속인 알루미늄(Aluminum)으로 구성된다. 다만, 본 발명은 상기 구성 재질에 제한되는 것은 아니다.
On the other hand, a groove 111 through which the optical fiber 140 passes may be formed on the outer circumferential surface of the mass body 110, thereby increasing the vibration amplitude of the mass body 110. The mass body 110, the elastic member 160, and the two rotors 120 and 130 are made of Phosphor Bronze, which is a relatively dense metal. The frame 100 and the towing tension regulator 190 are made of aluminum, which is a light metal. However, the present invention is not limited to the constituent material.

이상 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that the foregoing embodiments are susceptible to modifications and variations that do not depart from the spirit and scope of the invention.

100 : 프레임 101a : 제1 측벽
101b : 제2 측벽 102a : 제1 단부벽
102b : 제2 단부벽 103a : 제1 내부측벽
103b : 제2 내부측벽 104 : 내부단부벽
105a : 제1 안내홈 105b : 제2 안내홈
106a : 제1 공간 106b : 제2 공간
110 : 질량체 111 : 홈
120 : 제1 회전체 130 : 제2 회전체
140 : 광섬유 150 : 광섬유 격자센서
160 : 탄성부재 170 : 이동체
171a : 제1 고정부 171b : 제2 고정부
172a : 제1 돌출부 172b : 제2 돌출부
180 : 가동부재 190 : 예인장력 조절기
200 : 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계100 frame 101a first sidewall
101b: second sidewall 102a: first end wall
102b: second end wall 103a: first inner side wall
103b: second inner side wall 104: inner end wall
105a: first guide groove 105b: second guide groove
106a: first space 106b: second space
110: mass 111: groove
120: first rotating body 130: second rotating body
140: optical fiber 150: optical fiber grating sensor
160: elastic member 170: moving body
171a: first fixing portion 171b: second fixing portion
172a: first protrusion 172b: second protrusion
180: movable member 190: towing tension regulator
200: Accelerometer using fiber optic grating sensor

Claims (8)

피측정대상물에 설치되는 프레임;
상기 프레임과 회전가능하게 연결되는 제1 회전체;
상기 제1 회전체와 일단측에서 고정 연결되는 탄성부재;
상기 탄성부재와 고정 연결되는 질량체;
제1 회전체에 부착되는 광섬유; 및
상기 광섬유에 설치되는 광섬유 격자센서를 포함하고,
상기 탄성부재의 타단측은 프레임과 연결되며, 상기 광섬유의 양측은 상기 프레임에 고정 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계.A frame installed on the object to be measured;
A first rotating body rotatably connected to the frame;
An elastic member fixedly connected to the first rotating body at one end;
A mass body fixedly connected to the elastic member;
An optical fiber attached to the first rotating body; And
An optical fiber grating sensor installed in the optical fiber,
Accelerometer using an optical fiber grating sensor, the other end side of the elastic member is connected to the frame, both sides of the optical fiber is fixedly connected to the frame. 청구항 1에 있어서,
상기 탄성부재의 타단측과 고정 연결되고 상기 프레임과 회전가능하게 연결되는 제2 회전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계.The method according to claim 1,
Accelerometer using an optical fiber grating sensor further comprises a second rotating body fixedly connected to the other end side of the elastic member and rotatably connected to the frame. 청구항 1에 있어서,
상기 광섬유 격자센서의 인장력을 조절하는 예인장력 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계.The method according to claim 1,
Accelerometer using an optical fiber grating sensor further comprises a towing tension controller for adjusting the tensile force of the optical fiber grating sensor. 청구항 3에 있어서,
상기 예인장력 조절기는 상기 프레임에 대해 이동가능하게 연결되는 이동체 및 상기 이동체를 이동시키는 가동부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계.The method according to claim 3,
The towing tension regulator further includes a movable body movably connected to the frame and a movable member for moving the movable body. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄성부재는 판스프링인 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계.The method according to any one of claims 1 to 4,
Accelerometer using an optical fiber grating sensor, characterized in that the elastic member is a leaf spring. 청구항 4에 있어서,
상기 가동부재는 상기 이동체에 나사결합된 볼트인 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계.The method of claim 4,
The movable member is an accelerometer using an optical fiber grating sensor, characterized in that the bolt screwed to the moving body. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
상기 광섬유 격자센서에 미리 가해지는 예인장 변형률 범위가 다음의 식을 만족하도록 사전에 조절되는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계.
Figure 112013057527273-pat00010
The method according to any one of claims 1 to 4,
Accelerometer using an optical fiber grating sensor characterized in that the pre-tension strain range applied to the optical fiber grating sensor is previously adjusted to satisfy the following equation.
Figure 112013057527273-pat00010
 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질량체의 외주면에는 상기 광섬유가 통과하는 홈이 형성되는 것을 특징으로 광섬유 격자센서를 이용한 가속도계.The method according to any one of claims 1 to 4,
Accelerometer using an optical fiber grating sensor, characterized in that a groove through which the optical fiber passes through is formed on the outer peripheral surface of the mass.
KR1020120032824A 2012-03-30 2012-03-30 Accelerometer using fiber bragg grating sensor with the pre-tension controller KR101307584B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120032824A KR101307584B1 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Accelerometer using fiber bragg grating sensor with the pre-tension controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120032824A KR101307584B1 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Accelerometer using fiber bragg grating sensor with the pre-tension controller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101307584B1 true KR101307584B1 (en) 2013-09-12

Family

ID=49455928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120032824A KR101307584B1 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Accelerometer using fiber bragg grating sensor with the pre-tension controller

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101307584B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101730843B1 (en) * 2015-06-11 2017-04-27 (주)에프비지코리아 Acceleration sensor using fiber bragg grating sensor and manufacturing method thereof
CN110297106A (en) * 2019-07-09 2019-10-01 武汉理工大学 High-sensitivity optical fiber grating acceleration transducer based on rigid hinge

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060065982A (en) * 2004-12-11 2006-06-15 전남대학교산학협력단 Sensor for measuring length and apparatus using the same
KR100841389B1 (en) 2006-01-25 2008-06-25 한국유지관리 주식회사 Nonslip and fine adjustable cylindric housing for fiber bragg grating sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060065982A (en) * 2004-12-11 2006-06-15 전남대학교산학협력단 Sensor for measuring length and apparatus using the same
KR100841389B1 (en) 2006-01-25 2008-06-25 한국유지관리 주식회사 Nonslip and fine adjustable cylindric housing for fiber bragg grating sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101730843B1 (en) * 2015-06-11 2017-04-27 (주)에프비지코리아 Acceleration sensor using fiber bragg grating sensor and manufacturing method thereof
CN110297106A (en) * 2019-07-09 2019-10-01 武汉理工大学 High-sensitivity optical fiber grating acceleration transducer based on rigid hinge
CN110297106B (en) * 2019-07-09 2021-07-20 武汉理工大学 High-sensitivity fiber bragg grating acceleration sensor based on rigid hinge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Basumallick et al. Fiber Bragg grating accelerometer with enhanced sensitivity
Au et al. Temperature-insensitive fiber Bragg grating based tilt sensor with large dynamic range
Basumallick et al. Design optimization of fiber Bragg grating accelerometer for maximum sensitivity
Khan et al. Modified cantilever beam shaped FBG based accelerometer with self temperature compensation
JP5155702B2 (en) Strain measuring device
CN109196394B (en) Displacement detection device using fiber bragg grating sensor and method for adjusting sensitivity and durability of displacement detection device
Bao et al. Temperature-insensitive FBG tilt sensor with a large measurement range
CN103105138A (en) Fiber bragg grating strain sensitivity calibration device and method
EP3295184B1 (en) Optical sensor device, sensor apparatus and cable
He et al. Temperature-insensitive 2D tilt sensor with three fiber Bragg gratings
KR100685186B1 (en) Acceleration and inclination measurement system based on fiber bragg gratings
CN111879969B (en) Medium-high frequency elliptical hinge double-fiber grating acceleration sensor and measurement method
Cheng et al. An investigation of bonding-layer characteristics of substrate-bonded fiber Bragg grating
CN210268949U (en) High-precision high-resonance-frequency temperature and vibration sensor structure
Nawrot et al. Development of a mechanical strain amplifying transducer with Bragg grating sensor for low-amplitude strain sensing
KR101307584B1 (en) Accelerometer using fiber bragg grating sensor with the pre-tension controller
Peng et al. Sensitivity prediction of multiturn fiber coil-based fiber-optic flexural disk seismometer via finite element method analysis
RU2749641C1 (en) Universal inertial fiber optical accelerometer
Montanini et al. A temperature-compensated rotational position sensor based on fibre Bragg gratings
Umesh et al. Fiber Bragg grating based two-dimensional accelerometer
JP6736044B2 (en) Strain sensor and jig for mounting the strain sensor
Munendhar et al. Two dimensional fiber Bragg grating based vibration sensor for structural health monitoring
Ma et al. Investigation of the transient behavior of a cantilever using a point-wise fiber Bragg grating displacement sensor system
Karabacak et al. Fiber optic sensors for multiparameter monitoring of large scale assets
Davies et al. Optical accelerometer with mechanical amplification via a V-beam mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160718

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee