KR101754399B1 - 광섬유 센서 내장형 복합 강연선 - Google Patents

광섬유 센서 내장형 복합 강연선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 센서 내장형 복합 강연선에 관한 것으로서, 중앙에 위치되는 센터 강연선과, 센터 강연선의 주위에 상호 꼬여 센터 강연선과 결합되는 복수개의 주변 강연선들과 센터 강연선과 주변 강연선 사이에 센터 강연선의 길이방향을 따라 삽입되며 일부가 외부로 노출되는 보조삽입선과, 보조삽입선 내에 길이방향을 따라 삽입된 광섬유 센서를 구비한다. 이러한 광섬유 센서 내장형 복합 강연선에 의하면, 복합강연선의 변형을 감지하기 위한 광섬유 센서의 설치가 용이하여 원형 강연선을 별도의 가공없이 그대로 이용할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

광섬유 센서 내장형 복합 강연선{wire cable having fiber grating sensor}
본 발명은 광섬유 센서 내장형 복합 강연선에 관한 것으로, 상세하게는 복합 강연선의 변형을 검출할 수 있도록 광섬유 센서가 내장된 복합 강연선에 관한 것이다.
사회 기반시설물 중의 하나인 교량, 빌딩, 댐 등의 구조물은 지진, 태풍, 홍수 등 예상하지 못한 환경변화로 인하여 구조적인 손상을 받을 수 있으며, 이로부터 잔존수명이 현저히 저하되거나 붕괴될 위험을 가질 수 있다.
이러한 점을 고려하여 최근에는 구조물의 손상과 열화 정도, 또는 구조적인 문제 판단 시 필요한 기초 자료를 습득하기 위하여 구조물의 변형을 측정하기 위한 계측시스템이 도입되고 있다.
이러한 구조물의 변형 또는 인장응력 등을 측정하기 위한 센서는 측정값의 신뢰성, 시공성, 내구성 등을 감안하여 광섬유 센서가 주로 이용된다.
광섬유 센서가 적용된 일 예로서, 와이어 케이블 및 장력측정 시스템 및 장력측정방법이 일본 공개특허 제 2006-250647호에 개시되어 있다.
개시된 와이어 케이블(wire cable)은 복수의 소선이 꼬여 형성된 것으로, 이의 축방향의 왜곡을 검출하는 왜곡검출수단을 구비한다. 이 왜곡검출수단은 광섬유 센서로 이루어진다. 광 파이버 센서는 와이어 케이블(cable)의 신축에 따라 변형되는데, 이 광섬유 센서의 변형에 의해, 입사된 빛의 주파수변화, 또는 빛의 반사, 굴절 또는 간섭을 검지하는 기술적 구성을 가진다.
상기와 같은 종래의 와이어 케이블은 광섬유 센서가 길이 방향으로 연속하여 설치된 구성을 가지고 있으므로 제조가 어렵다. 그리고 와이어에 설치된 광케이블의 연결단자를 제조하기 위해서는 광섬유 스플라이스 작업이 필요한데, 이러한 작업은 구조물의 건축현장에서 수행하기 어렵다.
와이어 케이블에 광섬유 센서를 삽입하는 과정에서 외부의 자극에 의해 광섬유 뿐만 아니라 센싱부위까지 손상되는 문제점이 있으며, 와이어 내부에서 광섬유센서가 손상되거나 단락되는 경우 유지보수가 어렵다.
이러한 점을 감안하여 본 발명인은 광섬유 복합 강연선과 그 광섬유 복합 강연선의 제조방법 및 변형율 측정방법을 출원하여 대한 민국 특허등록 제0756056호로 등록 받은 바 있다.
일본 공개 특허 제 2007-1142218호에는 콘크리트(concrete) 구조물 등의 각종 구조물의 미소한 변형을 검출하는 광케이블이 개시되어 있으며, 등록 실용신안 제 0350221호에는 장력 측정용 광섬유 센서가 개시되어 있다.
한편, 상술한 바와 같은 와이어 케이블 또는 복합 강연선은 케이블을 이루는 심선에 길이 방향으로 중공이 형성되어 있으므로 심선의 제조가 어렵고, 심선의 중공부에 광섬유 센서의 설치가 어렵다.
또한, 본 발명인에 의해 출원하여 등록된 대한 민국 특허등록 제1110350호의 복합 강연선도 센터 강연선에 대해 별도의 가공처리를 거쳐 제조되어야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 원형의 단면을 갖는 강연선을 그대로 이용하면서 변형을 측정하는 센서의 내장 및 제조가 용이한 광섬유 센서 내장형 복합 강연선을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선은 중앙에 위치되는 센터 강연선과, 상기 센터 강연선의 주위에 상호 꼬여 상기 센터 강연선과 결합되는 복수개의 주변 강연선들을 구비하며, 상기 센터 강연선과 상기 주변 강연선 사이에 상기 센터 강연선의 길이방향을 따라 삽입되며 일부가 외부로 노출되는 보조삽입선과; 상기 보조삽입선 내에 길이방향을 따라 삽입된 광섬유 센서;를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 보조 삽입선은 합성수지소재로 형성되며, 상기 보조 삽입선의 길이방향을 가로지르는 횡단면은 상기 센터 강연선의 외주면과 대응되게 제1오목홈을 갖는 제1면과, 상기 제1면의 양단으로부터 각각 인접된 상기 주변 강연선 각각의 외주면에 대응되는 제2 및 제3오목홈을 갖으며 상호 이격된 제2 및 제3면과 상기 제2 및 제3면의 종단을 상호 연결하며 외부로 노출되는 제4면을 갖게 형성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 주변 강연선은 6개가 적용되고, 상기 보조 삽입선의 길이방향을 가로지르는 횡단면은 상기 센터 강연선의 외주면 일부와 상기 센터 강연선과 대향되며 원주 방향을 따라 순차적으로 배치된 3개의 주변 강연선 사이에 각각 진입되는 4개의 삽입 아암을 갖는 형상으로 형성된 것이 적용된다.
상기 주변 강연선과 상기 센터 강연선은 동일 소재로 동일 외경을 갖게 형성된 것이 적용되고, 상기 광섬유센서는 광섬유에 길이방향을 따라 격자가 형성된 광섬유격자 센서가 적용된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선에 의하면, 복합강연선의 변형을 감지하기 위한 광섬유 센서의 설치가 용이하여 원형 강연선을 별도의 가공없이 그대로 이용할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선이 교량에 설치된 상태를 나타내 보인 측면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선의 절단 사시도이고,
도 3은 도 2의 광섬유 센서 내장형 복합 강연선의 절단면의 평면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선의 절단 사시도이고,
도 5는 도 4의 광섬유 센서 내장형 복합 강연선의 절단면의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선이 교량에 설치된 상태를 나타내 보인 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선의 절단 사시도이고, 도 3은 도 2의 광섬유 센서 내장형 복합 강연선의 절단면의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 센서 내장형 복합 강연선(100)은 교량(10)을 지지하기 위한 요소로 설치되어 있다.
복합 강연선(100)은 중앙에 위치되는 센터 강연선(110)과, 센터 강연선(110)의 주위에서 센터 강연선(110)의 외주면을 둘러싸며 길이 방향으로 상호 꼬여 센터 강연선(110)을 감싸게 결합되는 여섯 가닥의 주변 강연선(120), 센터 강연선(110)과 주변 강연선(120) 사이에 설치된 보조삽입선(130) 및 광섬유 센서(140)를 구비한다.
센터 강연선(110)과 주변 강연선(120)은 단면이 대략 원형으로 형성되어 있고 통상의 금속소재로 된 강연선을 적용하면 된다.
바람직하게는 센터 강연선(110)과 주변 강연선(120)은 동일 소재로 동일 외경을 갖게 형성된 것을 적용한다.
보조 삽입선(130)은 센터 강연선(110)과 주변 강연선(120) 사이에 센터 강연선(110)의 길이방향을 따라 삽입되며 일부가 외부로 노출되게 결합되어 있다.
보조 삽입선(130)은 센터 강연선(110)과 주변 강연선(120) 사이의 공극에 대응되는 형상을 갖으면서 센터 강연선(110)과 주변 강연선(120) 사이에 삽입될 수 있게 형성되어 있다.
보조 삽입선(130)은 복합 강연선(100)에 대한 고주파 열처리 온도인 약 400℃에서 변형되지 않으며 압축강도가 상대적으로 높은 합성수지재로 형성될 수 있다.
또한, 보조 삽입선(130)은 합성수지 이외에도 주변 강연선(120)의 변형력 또는 센터 강연선(110)의 변형력이 광섬유 센서(140)에 전달될 수 있는 소재이면 어느 것이나 가능하다.
보조 삽입선(130)의 길이방향을 가로지르는 횡단면은 센터 강연선(110)의 외주면과 대응되게 제1오목홈을 갖는 제1면(130a)과, 제1면(130a)의 양단으로부터 각각 원부방향을 따라 인접되게 배치된 2개의 주변 강연선(120) 각각의 외주면에 대응되는 제2 및 제3오목홈을 갖으며 상호 이격된 제2 및 제3면(130b)(130c)과 제2 및 제3면(130b)(130c)의 종단을 상호 연결하며 외부로 노출되는 제4면(130d)을 갖게 형성되어 있다.
광섬유 센서(140)는 보조삽입선(130) 내에 길이방향을 따라 삽입되게 설치되어 있다.
광섬유센서(140)는 보조 삽입선(130) 형성시 일체로 매입되게 형성될 수 있다.
광섬유센서(140)는 광섬유에 길이방향을 따라 격자가 형성된 광섬유격자센서가 적용되어 있다.
한편, 보조 삽입선의 단면 형상은 도시된 예와 다르게 형성될 수 있고 그 예를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
보조 삽입선(230)은 길이방향을 가로지르는 횡단면이 센터 강연선(110)의 외주면 일부와 센터 강연선(110)과 대향되며 원주 방향을 따라 순차적으로 배치된 3개의 주변 강연선(120) 사이에 각각 진입되는 4개의 삽입 아암(230a 내지 230d)을 갖는 형상으로 형성되어 있다.
즉, 보조 삽입선(230)은 3개의 주변 강연선(120) 중 중간에 위치한 두 번째 주변 강연선(120)과 센터 강연선(110) 사이에 삽입되는 메인부분(230a)으로부터 첫번째 주변 강연선(120)과 센터 강연선(110) 사이에 삽입되는 제1아암(230a)이 연장되게 형성되어 있다.
또한, 메인부분(230a)으로부터 첫번째 주변 강연선(120)과 두 번째 주변 강연선(110) 사이에 삽입되며 외부로 노출되는 제2아암(230a)이 연장되게 형성되어 있다.
마찬가지로 제3아암(230c)은 메인부분(230a)으로부터 연장되어 세번째 주변 강연선(120)과 센터 강연선(110) 사이에 삽입되게 형성된 부분이고, 제4아암(230d))은 메인부분(230a)으로부터 두번째 주변 강연선(120)과 세 번째 주변 강연선(110) 사이에 삽입되며 외부로 노출되는 부분이다.
도시된 예에서는 제4아암(230d)에 광섬유센서(140)가 삽입되어 있고, 제2아암(230b)등 타 아암에도 추가 삽입될 수 있음은 물론이다.
또한, 보조삽입선(130)(230)은 센서 강연선(110)의 길이방향을 따라 연속적으로 연장되거나 불연속적으로 설치될 수 있다.
이러한 복합 강연선(100)은 내장된 광섬유센서(140)로 광을 전송하고, 광섬유 센서(140)로부터 반사되어 수신된 광으로부터 측정대상 물리량 예를 들면, 온도나 스트레인을 측정할 수 있다.
한편, 복합 강연선(100)은 광섬유 센서가 매입된 보조삽입선(130)과 센터 강연선(110) 및 6개의 주변 강연선(120)을 상호 꼬아 형성하면 된다.
이상에서 설명된 복합강연선(100)은 교량에 설치되거나 댐, 빌딩 등과 같은 콘트리트 구조물에 적용하여 변형율을 측정하는데 이용할 수 있다.
또한, 본 광섬유 센서 내장형 복합 강연선(100)은 복합강연선(100)의 변형을 감지하기 위한 광섬유 센서(140)의 설치가 용이하여 원형단면을 갖는 강연선을 별도의 가공없이 그대로 이용할 수 있는 장점을 제공한다.
110: 센터 강연선 120: 주변 강연선
130: 보조삽입선 140: 광섬유 센서

Claims (4)

  1. 중앙에 위치되는 센터 강연선과, 상기 센터 강연선의 주위에 상호 꼬여 상기 센터 강연선과 결합되는 복수개의 주변 강연선들을 구비하며,
    상기 센터 강연선과 상기 주변 강연선 사이에 상기 센터 강연선의 길이방향을 따라 삽입되며 일부가 외부로 노출되는 보조삽입선과;
    상기 보조삽입선 내에 길이방향을 따라 삽입된 광섬유 센서;를 구비하고,
    상기 주변 강연선과 상기 센터 강연선은 동일 소재로 동일 외경을 갖게 형성된 것이 적용된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 내장형 복합 강연선.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조 삽입선은 합성수지소재로 형성되며,
    상기 보조 삽입선의 길이방향을 가로지르는 횡단면은 상기 센터 강연선의 외주면과 대응되게 제1오목홈을 갖는 제1면과, 상기 제1면의 양단으로부터 각각 인접된 상기 주변 강연선 각각의 외주면에 대응되는 제2 및 제3오목홈을 갖으며 상호 이격된 제2 및 제3면과 상기 제2 및 제3면의 종단을 상호 연결하며 외부로 노출되는 제4면을 갖게 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 내장형 복합 강연선.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주변 강연선은 6개가 적용되고,
    상기 보조 삽입선의 길이방향을 가로지르는 횡단면은 상기 센터 강연선의 외주면 일부와 상기 센터 강연선과 대향되며 원주 방향을 따라 순차적으로 배치된 3개의 주변 강연선 사이에 각각 진입되는 4개의 삽입 아암을 갖는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 내장형 복합 강연선.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유센서는 광섬유에 길이방향을 따라 격자가 형성된 광섬유격자 센서가 적용된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서 내장형 복합 강연선.
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