KR101713190B1 - 광섬유 센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법 - Google Patents

광섬유 센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 광섬유 센서를 가진 복합강연선은 내부에 길이방향으로 연장된 중공이 마련되고, 외주면에 상기 중공에 연통되게 주입구가 형성된 센서하우징과, 상기 센서하우징의 주위에 상호 꼬여 상기 센서하우징과 결합되는 다수의 단위 강연선과, 상기 센서하우징의 중공에 설치되며, 상기 튜브에 설치된 신호전달부재와 연결되는 광섬유센서와, 상기 센서하우징에 대해 상기 광섬유센서를 고정시킬 수 있도록 상기 주입구를 통해 상기 중공에 주입되는 그라우팅재를 구비하고, 상기 주입구는 다수개가 상기 센서하우징의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있다.
본 발명에 따른 광섬유센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법은 센서하우징의 외주면에 길이방향을 따라 다수의 주입구가 마련되어 상기 주입구를 통해 센서하우징의 중공에 균일하게 그라우팅재를 충진하므로 센서하우징에 광섬유센서가 견고하게 고정되어 광섬유센서의 측정값에 대한 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

광섬유 센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법{Wire strand having optical fiber sensor and production method of thereof}
본 발명은 광섬유 센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교량, 콘크리트 구조물에 이용되는 복합 강연선의 변형을 검출할 수 있는 광섬유 센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 중요한 사회기반 시설물 중의 하나인 교량, 빌딩, 댐 등의 구조물은 지진, 태풍, 홍수 등 예상하지 못한 환경변화로 인하여 구조적인 손상을 받을 수 있으며, 이로부터 잔존 수명이 현저히 저하되거나 붕괴될 위험을 가질 수 있다. 이러한 점을 고려하여 최근에는 구조물의 손상과 열화 정도, 또는 구조적인 문제 판단 시 필요한 기초자료를 습득하기 위하여 구조물의 변형을 측정하기 위한 계측시스템이 도입되고 있다.
이러한 구조물의 변형 또는 인장응력 등을 측정하기 위한 센서는 측정값의 신뢰성, 시공성, 내구성 등을 감안하여 광감도 센서, 간섭형 광섬유센서 및 광섬유 브래그 격자 센서(Fiber optic Bragg Grationg sensor)등과 같은 광섬유 센서가 주로 이용된다.
국내 등록실용신안공보 제20-0350221호에는 장력측정용 광섬유센서가 개시되어 있다. 상기 장력측정용 광섬유센서는 한 쌍의 광섬유센서가 내부를 통해 삽입된 상태로 고착재에 의해 상기 광섬유센서의 양측이 일체로 고정되어짐과 함께 저면이 각각 증폭부의 상단에 부착 고정되는 한쌍의 고정편과, 상기 각 증폭부를 피측정물에 안정하게 고정하기위한 홈이 있고, 슬립방지 고정수단으로 이루어진다.
그러나, 상기 장력측정용 광섬유센서는 고착재가 고정편의 개방된 단부를 통해서만 주입되므로 고정편 내부에 고착재가 균일하게 충진되기 어려워 측정값의 정확도가 낮다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 광섬유 센서가 삽입되는 센서하우징의 중공에 그라우팅재를 균일하게 충진할 수 있는 광섬유센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 광섬유센서를 가진 복합강연선은 내부에 길이방향으로 연장된 중공이 마련되고, 외주면에 상기 중공에 연통되게 주입구가 형성된 센서하우징과, 상기 센서하우징의 주위에 상호 꼬여 상기 센서하우징과 결합되는 다수의 단위 강연선과, 상기 센서하우징의 중공에 설치되는 광섬유센서와, 상기 센서하우징에 대해 상기 광섬유센서를 고정시킬 수 있도록 상기 주입구를 통해 상기 중공에 주입되는 그라우팅재;를 구비하고, 상기 주입구는 다수개가 상기 센서하우징의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있다.
이때, 상기 주입구는 상기 주입구에 인접된 위치의 상기 센서하우징에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 센서하우징의 길이방향 중심선에 대해 소정의 각도로 경사지게 형성된다.
상기 주입구는 상기 주입구에 인접된 위치의 상기 센서하우징에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 센서하우징의 길이방향을 따라 연장된 폭이 상기 센서하우징의 길이방향에 대해 교차되는 방향으로 연장된 폭보다 큰 타원형으로 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 광섬유센서를 가진 복합강연선의 제조방법은 내부에 길이방향으로 중공이 형성된 센서하우징을 준비하는 준비단계와, 상기 중공이 형성된 상기 센서하우징 외주면에 상기 중공에 연통되도록 다수의 주입구를 길이방향을 따라 다수개 형성하는 주입구 형성단계와, 상기 센서하우징의 중공에 광섬유센서를 삽입하는 센서삽입단계와, 상기 센서삽입단계가 완료되면, 상기 주입구를 통해 상기 센서하우징의 중공으로 그라우팅 재를 주입하는 고정단계와, 상기 그라우팅 재의 주입이 완료되면 상기 센서하우징의 주위에 다수의 단위 강연선을 상호 꼬아 복합강연선을 제조하는 강연선 제조단계를 포함한다.
상기 주입구 형성단계에서, 상기 주입구에 인접된 위치의 상기 센서하우징에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 주입구를 상기 센서하우징의 길이방향 중심선에 대해 소정의 각도로 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 주입구 형성단계에서, 상기 주입구에 인접된 위치의 상기 센서하우징에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 주입구를 상기 센서하우징의 길이방향을 따라 연장된 폭이 상기 센서하우징의 길이방향에 대해 교차되는 방향으로 연장된 폭보다 큰 타원형으로 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 광섬유센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법은 센서하우징의 외주면에 길이방향을 따라 다수의 주입구가 마련되어 상기 주입구를 통해 센서하우징의 중공에 균일하게 그라우팅재를 충진하므로 센서하우징에 광섬유센서가 견고하게 고정되어 광섬유센서의 측정값에 대한 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 센서를 가진 복합강연선이 설치된 교량을 나타내 보인 일부 절제 측면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 센서를 가진 복합강연선에 대한 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 광섬유 센서를 가진 복합강연선에 대한 횡 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 광섬유 센서를 가진 복합강연선의 센서하우징에 대한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광섬유 센서를 가진 복합강연선의 센서하우징에 대한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광섬유 센서를 가진 복합강연선의 센서하우징에 대한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광섬유센서를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명에 다른 광섬유 센서를 가진 복합강연선(10)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 광섬유 센서를 가진 복합강연선(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 교량(100)에 설치되는 복합 강연선 또는 콘크리트 구조물에 설치되는 것으로서, 내부에 길이방향으로 연장된 중공(21)이 마련되고, 외주면에 상기 중공(21)에 연통되게 주입구(22)가 형성된 센서하우징(20)과, 상기 센서하우징(20)의 주위에 상호 꼬여 상기 센서하우징(20)과 결합되는 다수의 단위 강연선(30)과, 상기 센서하우징(20)의 중공(21)에 설치된 광섬유 센서(40)와, 상기 센서하우징(20)에 대해 상기 광섬유 센서(40)를 고정시킬 수 있도록 상기 주입구(22)를 통해 상기 중공(21)에 주입되는 그라우팅재(50)를 구비한다.
센서하우징(20)은 복합 강연선의 코어를 이루는 것으로서, 내부에 길이방향으로 관통되게 중공(21)이 형성되어 있다. 상기 센서하우징(20)의 외주면에는 단위 강연선(30)의 변형력의 전달이 원활하게 이루어질 수 있도록 단위 강연선(30)의 접촉 궤적을 따라 복수의 그루브(23)가 형성되어 있다. 상기 그루브(23)는 단위 강연선(30)들의 외주면과 접촉면적을 넓힐 수 있도록 단위 강연선(30)의 외주면과 동일한 곡면을 갖도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 센서하우징(20)은 외주면에 다수의 주입구(22)가 형성되어 있다. 상기 주입구(22)들은 센서하우징(20)의 중공(21)에 연통되도록 센서하우징(20)의 반경방향으로 연장되며, 센서하우징(20)의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되어 있다.
한편, 주입구(22)는 도 5를 참조하면, 상기 주입구(22)에 인접된 위치의 상기 센서하우징(20)에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 센서하우징(20)의 길이방향 중심선에 대해 소정의 각도로 경사지게 형성될 수도 있다.
이때, 도시된 예에서, 주입구(22)는 중공(21)에 인접된 일단부가 센서하우징(20)에 인접된 타단부보다 전방에 위치하도록 경사지게 형성된 구조를 설명하였으나, 주입구(22)는 도시된 예에 한정하는 것이 아니라 일단부가 타단부보다 후방에 위치하도록 경사지게 형성될 수도 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 주입구(22)는 상기 주입구(22)에 인접된 위치의 상기 센서하우징(20)에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 타원형으로 형성될 수 있다. 이때, 주입구(22)는 상기 센서하우징(20)의 길이방향을 따라 연장된 폭이 상기 센서하우징(20)의 길이방향에 대해 교차되는 방향으로 연장된 폭보다 큰 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도 7을 참조하면, 센서하우징(20)은 그루브(23)가 없는 원통형으로 형성될 수도 있다.
광섬유 센서(40)는 광섬유에 소정의 간격으로 격자 감지부(41)가 형성된 광섬유 브래그 격자센서이다. 상기 광섬유 센서(40)는 광원에 의해 광을 광섬유에 조사시킬 경우 브래그 조건에 맞는 파장 성분은 격자 감지부(41)에서 반사되고, 나머지 파장 성분은 그대로 통과하는 성질을 이용한 것으로, 반사되는 광 및 통과한 광을 광검출기(미도시)에서 측정하여 각종 물리량의 변화를 측정할 수 있다. 격자 감지부(41)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장은 유효 굴절률과 격자 간격의 함수인데, 격자 감지부(41)의 간격이 온도나 하중 등의 외부 물리양에 의해 변경될 경우 격자 감지부(41)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장 역시 변하게 되므로 브래그 파장의 변화를 정밀하게 측정하여 격자 감지부(41)에 가해진 미지의 물리량(온도, 변형률)을 계산할 수 있다.
그라우팅재(50)는 센서하우징(20)에 대해 광섬유 센서(40)를 고정하여 센서하우징(20)의 변형량이 광섬유 센서(40)에 그대로 전달될 수 있게 하기 위한 것으로서, 에폭시가 사용된다. 이때, 그라우팅재(50)는 센서하우징(20)의 길이방향을 따라 형성된 다수의 주입구(22)를 통해 센서하우징(20)의 중공(21)으로 주입되므로 보다 균일하게 중공(21)에 충진되어 센서하우징(20)에 대해 광섬유 센서(40)를 견고하게 고정시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 광섬유 센서(40)를 가진 복합강연선(10)은 광섬유 센서(40)의 측정값에 대한 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 광섬유 센서를 가진 복합강연선(10)의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 광섬유 센서를 가진 복합강연선(10)의 제조방법은 준비단계, 주입구 형성단계, 센서삽입단계, 고정단계 및 강연선 제조단계를 포함한다.
준비단계는 내부에 길이방향으로 중공(21)이 형성된 센서하우징(20)을 준비하는 단계이다. 상기 센서하우징(20)은 인발 또는 압출성형하여 제조할 수 있다.
주입구 형성단계는 중공(21)이 형성된 센서하우징(20)의 외주면에 중공(21)에 연통되도록 다수의 주입구(22)를 형성하는 단계이다. 작업자는 드릴과 같은 천공장비를 사용하여 센서하우징(20)의 외주면에 다수의 주입구(22)를 형성한다. 이때, 상기 주입구(22)들은 센서하우징(20)의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 주입구(22)에 인접된 위치의 상기 센서하우징(20)에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 주입구(22)를 상기 센서하우징(20)의 길이방향 중심선에 대해 소정의 각도로 경사지게 형성하거나 도 6에 도시된 바와 같이 상기 주입구(22)를 상기 센서하우징(20)의 길이방향을 따라 연장된 폭이 상기 센서하우징(20)의 길이방향에 대해 교차되는 방향으로 연장된 폭보다 큰 타원형으로 형성할 수도 있다.
센서삽입단계는 센서하우징(20)의 중공(21)에 광섬유 센서(40)를 삽입하는 단계이다.
고정단계는 센서삽입단계가 완료되면, 센서하우징(20)의 주입구(22)를 통해 중공(21)에 그라우팅재(50)를 주입하는 단계이다. 이때, 주입구(22)는 다수개가 센서하우징(20)의 길이방향을 따라 배열되어 있으므로 주입구(22)를 통해 주입된 그라우팅재(50)는 센서하우징(20)의 중공(21)에 균일하게 충진된다. 센서하우징(20)의 중공(21)에 그라우팅재(50)가 충진되면 소정시간동안 경과시켜 상기 그라우팅재(50)를 경화시킨다.
강연선 제조단계는 그라우팅재(50)의 주입이 완료되면 센서하우징(20)의 주위에 다수의 단위 강연선(30)을 상호 꼬아 복합강연선(10)을 제조하는 단계이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 광섬유 센서를 가진 복합강연선
20: 센서하우징
21: 중공
22: 주입구
23: 그루브
30: 단위 강연선
40: 광섬유 센서
41: 격자 감지부
50: 그라우팅재

Claims (6)

  1. 내부에 길이방향으로 연장된 중공이 마련되고, 외주면에 상기 중공에 연통되게 주입구가 형성된 센서하우징과;
    상기 센서하우징의 주위에 상호 꼬여 상기 센서하우징과 결합되는 다수의 단위 강연선과;
    상기 센서하우징의 중공에 설치되는 광섬유센서와;
    상기 센서하우징에 대해 상기 광섬유센서를 고정시킬 수 있도록 상기 주입구를 통해 상기 중공에 주입되는 그라우팅재;를 구비하고,
    상기 주입구는
    다수개가 상기 센서하우징의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성되며, 상기 주입구에 인접된 위치의 상기 센서하우징에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 센서하우징의 길이방향 중심선에 대해 소정의 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유센서를 가진 복합강연선.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주입구는 상기 주입구에 인접된 위치의 상기 센서하우징에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 센서하우징의 길이방향을 따라 연장된 폭이 상기 센서하우징의 길이방향에 대해 교차되는 방향으로 연장된 폭보다 큰 타원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유센서를 가진 복합강연선.
  4. 내부에 길이방향으로 중공이 형성된 센서하우징을 준비하는 준비단계와;
    상기 중공이 형성된 상기 센서하우징 외주면에 상기 중공에 연통되도록 다수의 주입구를 길이방향을 따라 다수개 형성하는 주입구 형성단계와;
    상기 센서하우징의 중공에 광섬유센서를 삽입하는 센서삽입단계와;
    상기 센서삽입단계가 완료되면, 상기 주입구를 통해 상기 센서하우징의 중공으로 그라우팅 재를 주입하는 고정단계와;
    상기 그라우팅 재의 주입이 완료되면 상기 센서하우징의 주위에 다수의 단위 강연선을 상호 꼬아 복합강연선을 제조하는 강연선 제조단계;를 포함하고,
    상기 주입구 형성단계에서, 상기 주입구에 인접된 위치의 상기 센서하우징에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 주입구를 상기 센서하우징의 길이방향 중심선에 대해 소정의 각도로 경사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유센서를 가진 복합강연선의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 주입구 형성단계에서, 상기 주입구에 인접된 위치의 상기 센서하우징에 응력집중이 발생되는 것을 저감시킬 수 있도록 상기 주입구를 상기 센서하우징의 길이방향을 따라 연장된 폭이 상기 센서하우징의 길이방향에 대해 교차되는 방향으로 연장된 폭보다 큰 타원형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유센서를 가진 복합강연선의 제조방법.


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