KR20050061704A - 시설 안전 감시 시스템 - Google Patents

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KR20050061704A
KR20050061704A KR1020030093011A KR20030093011A KR20050061704A KR 20050061704 A KR20050061704 A KR 20050061704A KR 1020030093011 A KR1020030093011 A KR 1020030093011A KR 20030093011 A KR20030093011 A KR 20030093011A KR 20050061704 A KR20050061704 A KR 20050061704A
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윤선업
권일범
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(주)세기엔지니어링
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Abstract

본 발명은 산란형 광섬유 센서를 보호하여 장기간 동안 안정적으로 대형 구조물의 안전 진단 및 화재 감시를 할 수 있는 브릴루앙 산란형 센서 시스템을 이용한 구조물의 안전 진단 및 화재 감시 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 브릴루앙 산란형 센서 시스템은 홈이 형성되며 건축 구조물이나 토목 구조물에 부착 가능한 소정 크기의 보강재와, 상기 보강재의 홈 내에 포설되는 변형률 측정용 광섬유와, 상기 보강재의 표면에 부착되는 온도 측정용 광섬유와, 상기 변형률 측정용 광섬유가 포설된 상기 보강재의 홈을 매립하기 위한 접착제와, 상기 변형률 측정용 광섬유와 상기 온도 측정용 광섬유에 펄스광 및 프로브광을 조사하기 위한 광원모듈과, 상기 변형률 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 변형률을 측정하고 상기 온도 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 온도 변화를 측정하기 위한 측정기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 구조물 안전 진단 및 화재 감시 방법은 소정 크기의 보강재에 홈을 형성하는 단계와, 상기 보강재의 홈 내에 변형률 측정용 광섬유를 포설함과 아울러 온도 측정용 광섬유를 상기 보강재의 표면에 부착하는 단계와, 상기 변형률 측정용 광섬유가 상기 홈 내에 포설되고 상기 홈을 접착제로 매립하고 상기 온도 측정용 광섬유가 부착된 상기 보강재를 건축 구조물이나 토목 구조물에 부착시키는 단계와, 상기 변형률 측정용 광섬유와 상기 온도 측정용 광섬유에 펄스광 및 프로브광을 조사하는 단계와, 상기 변형률 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 변형률을 측정하고 상기 온도 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 온도 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

브릴루앙 산란형 센서 시스템을 이용한 구조물 안전 진단 및 화재 감시 방법{METHOD OF SECURITY DIAGNOSIS AND FIRE OBSERVATION USING SENSOR SYSTEM OF BRILLOUIN SCATTERING TYPE}
본 발명은 구조물의 안전 진단 및 화재 감시를 위한 상시 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특히 산란형 광섬유 센서를 보호하여 장기간 동안 안정적으로 대형 구조물의 안전 진단 및 화재 감시를 할 수 있는 브릴루앙 산란형 센서 시스템을 이용한 구조물의 안전 진단 및 화재 방법에 관한 것이다.
광섬유를 이용한 센서는 그 크기가 작아서 측정 대상물의 표면에 부착되거나, 땅 속에 매설하기가 용이하다. 또한, 광섬유는 재질이 유리이므로 내부식성이 우수하며, 전자기파의 영향을 받지 않는 다. 특히, 광섬유 블릴루앙 시간영역해석 센서는 광섬유의 전체 길이를 센서의 감지부로 사용하므로 분포형 물리량을 측정하는 우수한 센서로 광섬유 센서만이 이러한 분포형 물리량을 측정하는 기능을 담당할 수 있다. 광섬유 센서는 간섭형, 파장형 및 산란형 센서 등이 있으며, 이 중 산란형 광섬유 센서는 다른 형태에 따라 구현하지 못하는 광섬유 내부를 진행하는 펄스 광을 이용하여 광섬유 외부에세 작용하는 물리량에 따라 변화하는 광섬유 내부의 후방 산란 광을 측정함에 의하여 장거리 광섬유 전체의 분포 물리량을 측정하는 것이 가능하다. 이러한 펄스광을 사용하면서 산란광을 측정하는 센서를 OTDR(Opticla Time Domain Reflectometry)센서라 하며 대부분의 산란형 광섬유 센서는 기본적으로 OTDR 기술을 사용한다. 이러한 산란형 광섬유 센서는 레일레이(Rayleigh) 산란형 광섬유 센서, 라만(Raman) 산란형 광섬유 센서 및 브릴루앙(Brillouin) 산란형 광섬유 센서 등을 이용하는 여러 종류가 있다. 이 중 브릴루앙 산란형 광섬유 센서는 외부에서 작용하는 변형률 및 온도 모두에 민감하게 반응하는 브릴루앙 주파수 천이 값을 갖는다. 즉, 외부에서 작용하는 변형률 및 온도에 따라서 블릴루앙 주파수 천이 값에 따라 후방 산란광의 크기가 바뀌게 된다. 따라서, 외부 물리량의 절대 변화는 브릴루앙 주파수 천이 값에 의해 알 수 있다.
이와 같은 산란형 광섬유 센서는 종래에는 구조물에 산란형 광섬유 센서를 직접 부착(또는 매설)하게 되므로 외부 충격에 의해 산란형 광섬유 센서가 쉽게 손상되는 문제가 발생하게 된다. 이로 인해, 구조물의 변형 및 온도 변화를 측정하여 구조물의 안전 진단 및 화재 감시를 안정적으로 측정할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 산란형 광섬유 센서를 보호하여 장기간 동안 안정적으로 건축 구조물이나 토목 구조물의 안전 진단 및 화재 감시를 할 수 있는 브릴루앙 산란형 센서 시스템을 이용한 구조물 안전 진단 및 화재 감시 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 브릴루앙 산란형 센서 시스템은 홈이 형성되며 건축 구조물이나 토목 구조물에 부착 가능한 소정 크기의 보강재와, 상기 보강재의 홈 내에 포설되는 변형률 측정용 광섬유와, 상기 보강재의 표면에 부착되는 온도 측정용 광섬유와, 상기 변형률 측정용 광섬유가 포설된 상기 보강재의 홈을 매립하기 위한 접착제와, 상기 변형률 측정용 광섬유와 상기 온도 측정용 광섬유에 펄스광 및 프로브광을 조사하기 위한 광원모듈과, 상기 변형률 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 변형률을 측정하고 상기 온도 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 온도 변화를 측정하기 위한 측정기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 브릴루앙 산란형 센서 시스템은 상기 온도 측정용 광섬유를 덮는 수지와, 상기 온도 측정용 광섬유와 상기 변형률 측정용 광섬유의 노출된 끝단에 씌워지는 보호캡을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 브릴루앙 산란형 센서 시스템의 상기 보강재의 너비는 대략 20㎜ 내지 30㎜의 범위 내의 값이며, 상기 홈의 깊이는 대략 0.3㎜ 정도인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 브릴루앙 산란형 센서 시스템의 상기 보강재는 탄소섬유시트, 유리섬유시트, 아라미드시트, S&P 탄소판 컴퍼지트 라멜라 150/2000 및 S&P 탄소판 컴퍼지트 라멜라 200/2000 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 구조물 안전 진단 및 화재 감시 방법은 소정 크기의 보강재에 홈을 형성하는 단계와, 상기 보강재의 홈 내에 변형률 측정용 광섬유를 포설함과 아울러 온도 측정용 광섬유를 상기 보강재의 표면에 부착하는 단계와, 상기 변형률 측정용 광섬유가 상기 홈 내에 포설되고 상기 홈을 접착제로 매립하고 상기 온도 측정용 광섬유가 부착된 상기 보강재를 건축 구조물이나 토목 구조물에 부착시키는 단계와, 상기 변형률 측정용 광섬유와 상기 온도 측정용 광섬유에 펄스광 및 프로브광을 조사하는 단계와, 상기 변형률 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 변형률을 측정하고 상기 온도 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 온도 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 구조물 안전 진단 및 화재 감시 방법은 상기 온도 측정용 광섬유를 덮도록 자외선 경화수지를 상기 보강재 상에 도포하는 단계와, 상기 자외선 경화수지에 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화수지를 경화시키는 단계와, 상기 온도 측정용 광섬유와 상기 변형률 측정용 광섬유의 노출된 끝단에 보호캡을 씌우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 1 내지 도 8b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브릴루앙 산란형 센서 시스템을 이용한 구조물의 안전 진단 및 화재 감시 상시 모니터링 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상시 모니터링 시스템은 구조물(4)을 보강하기 위한 보강재(6)와, 보강재(6)에 부착되어 후방 산란광을 일으키는 산란형 광섬유 센서(2)와, 산란형 광섬유 센서(2)에 펌핑 펄스광 및 프로브광을 공급함과 아울러 산란형 광섬유 센서(2)로부터의 후방 산란광을 검출하여 구조물의 변형률 및 온도 변화를 측정하는 BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis) 시스템(10)을 구비한다.
보강재(6)는 구조물(4)에 부착되어 구조물(4)을 보강함과 아울러 보강재(6)에 부착되는 산란형 광섬유 센서(2)를 보호하는 역할을 한다.
BOTDA 시스템(10)은 산란형 광섬유 센서(2)에 펌핑 펄스광 및 프로브광을 공급함과 아울러 산란형 광섬유 센서(2)로부터 수광되는 후방 산란광을 이용하여 구조물(4)의 변형 및 온도 변화를 측정하게 된다. 이로 인해, 구조물(4)의 안전 진단, 화재 감시 및 유지 보수에 있어서 구조물(4)의 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 이를 위해 BOTDA 시스템(10)은 산란형 광섬유 센서(2)에 펌핑 펄스광 및 프로브광을 공급함과 아울러 산란형 광섬유 센서(2)로부터의 후방 산란광을 수광하는 광원부(12)와, 광원부(12)에 수광된 후방 산란광을 검출하는 신호 검출부(14)와, 신호 검출부(14)에서 검출된 신호를 이용하여 구조물(4)의 변형 및 온도 변화를 측정하는 신호 처리부(16)로 구성된다.
광원부(12)는 도시하지 않은 레이저 다이오드로부터 광이 출사되면 출사된 광을 분기하게 되고, 분기된 광을 펌핑 펄스광 및 프로브광으로 변조하게 된다. 이때, 변조된 광을 증폭하여 증폭된 펌핑 펄스광 및 프로브광을 산란형 광섬유 센서(2)에 공급한다. 또한, 펌프 펄스광 및 프로브광에 의해 산란형 광섬유 센서(2)로부터 발생되는 후방 산란광을 수광하게 된다.
신호 검출부(14)는 설정된 샘플링 주파수에 의해 산란형 광섬유 센서(2)로부터 발생되는 후방 산란광을 감지하게 된다. 또한, A/D(Analog-to Digital)변환기를 이용하여 광원부(12)로부터 수광된 후방 산란광을 일정 주기로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하게 된다.
신호 처리부(16)는 설정된 기본 변수(평균화 횟수, 샘플링 횟수, 속도, 주파수 조사범위 및 단계 주파수 등)에 따라 BOTDA 시스템(10)의 전체 동작을 제어하며 신호 검출부(14)로부터 일정 주기로 샘플링되어 디지털 처리된 후방 산란광에 대한 데이터를 수신하여 광섬유 센서의 길이와 브릴루앙 천이 주파수에 대한 신호를 출력하게 된다. 이때, 브릴루앙 천이 주파수는 최대 출력이 얻어지는 주파수이며, 신호 처리부(16)는 구해진 브릴루앙 천이 주파수에 의해 산란형 광섬유 센서(2)의 변형률 및 온도 분포를 구하게 된다. 즉, 산란형 광섬유 센서(2)가 부착된 구조물(4)의 변형률 및 온도 분포를 구할 수 있게 된다.
산란형 광섬유 센서(2)는 보강재(6)에 부착되어 구조물(4)의 변형 및 온도 변화에 따라 BOTDA 시스템(10)으로부터 공급되는 펌핑 펄스광 및 프로브광을 산란시키게 된다. 이러한 산란형 광섬유 센서(2)는 구조물(4)의 변형률을 측정하기 위해 단일 모드 광섬유 센서가 사용되고, 구조물(4)의 온도 분포를 측정하기 위해 코아형 광섬유 센서가 사용된다.
이와 같은 산란형 광섬유 센서(2)를 구조물(4)에 부착하여 구조물(4)의 변형 및 온도 변화를 측정하게 된다. 이때, 구조물(4)에 산란형 광섬유 센서(2)를 부착하는 방법은 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같다.
도 2는 구조물에 산란형 광섬유 센서를 부착하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 산란형 광섬유 센서의 부착 방법은 보강재(6)를 대략 20∼30㎜의 크기로 제단하고, 제단된 보강재(6)의 중앙에 대략 0.3㎜ 크기로 홈을 형성한다. 이때, 보강재(6)는 탄소섬유시트, 유리섬유시트, 아라미드시트, S&P 탄소판 컴퍼지트 라멜라 150/2000 및 S&P 탄소판 컴퍼지트 라멜라 200/2000 중 적어도 어느 하나가 사용된다. 홈을 형성한 후 산란형 광섬유 센서()를 포설하고, 포설된 산란형 광섬유 센서(2)와 보강재(6)가 완전히 밀착되도록 접착제(24)를 산란형 광섬유 센서(2)가 포설된 0.3㎜ 크기의 홈에 도포한다. 이때, 산란형 광섬유 센서(2)는 구조물(4)의 변형률을 측정하기 위해 단일 모드 광섬유 센서가 사용된다. 또한, 접착제(24)는 S&P/OS 에폭시 레진 220, S&P/OS 에폭시 레진 EUW(습윤면 접착 에폭시 레진) 및 S&P/OS 레진 PU 중 어느 하나가 사용된다.
홈에 접착제(24)를 도포한 후 도 3에 도시된 바와 같이 보강재(6)가 끝나는 지점에서 광섬유 센서 보호캡(26)을 연결하여 산란형 광섬유 센서(2)가 손상되는 것을 방지한다. 광섬유 센서 보호캡(26)은 도 4에 도시된 바와 같이 상판(28)과 하판(30)으로 구성되며 광섬유 센서 보호캡(26)의 상판(28)과 하판(30) 사이에 도 5에 도시된 바와 같이 산란형 광섬유 센서(2)를 삽입하여 산란형 광섬유 센서(2)를 보호하게 된다. 광섬유 센서 보호캡(26)을 연결 한 후 산란형 광섬유 센서(2)가 포설된 보강재(6)를 보강하고자 하는 구조물(4)에 부착시킨다. 이때, 구조물(4)과 보강재(6) 사이에 이물질이 끼지 않도록 구조물(4)의 열화된 부분을 그라인더 등을 이용하여 평탄하게 깎아낸다. 보강하고자 하는 구조물(4)의 표면을 그라인더로 치핑하고 깨끗하게 세척한 후 보강재(6)가 시공될 위치를 표시한다. 이후, 보강하고자 하는 구조물(4)과 보강재(6)의 부착면에 접착제(24)를 도포하여 구조물(4)에 산란형 광섬유 센서(2)가 포설된 보강재(6)를 부착시킨다.
이와 같은 방법으로 구조물(4)에 산란형 광섬유 센서(2)를 부착한 후 BOTDA 시스템(10)을 이용하여 구조물(4)의 변형을 측정하게 된다. 이와 같이 구조물(4)의 변형을 측정하여 구조물(4)의 안전 진단 및 유지 보수에 있어서 구조물(4)의 상태를 상시 모니터링 할 수 있다.
도 8은 산란형 광섬유 센서의 다른 부착 방법을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 산란형 광섬유 센서의 부착 방법은 보강재(6)의 상부 중앙에 산란형 광섬유 센서(2)를 정렬시킨후 접착제(24)를 도포하여 보강재(6)와 산란형 광섬유 센서(2)를 부착시킨다. 이때, 산란형 광섬유 센서(2)는 구조물(4)의 변형률을 측정하기 위한 단일 모드 광섬유 센서와 구조물(4)의 온도를 측정하기 위한코아형 광섬유 센서 중 어느 하나가 사용된다. 산란형 광섬유 센서(2)를 부착시킨 후 햇볕으로부터 발생되는 자외선을 차단하기 위해 접착제(24)가 도포된 산란형 광섬유 센서(2) 상에 자외선 경화수지(34)를 도포한 한 후 자외선을 조사하여 자외선 코팅을 한다. 이때, 자외선 경화수지(34)는 터프 플렉스(Tuff Flex), 프라이머 #300(Primer #300), 콘 코트 ST(Con Kote ST) 및 콘 코트 플렉스 ST(Con Kote Flex ST) 중 어느 하나가 이용된다.
자외선 코팅 후, 도 3에 도시된 바와 같이 보강재(6)가 끝나는 지점에서 산란형 광섬유 센서(2)가 손상되는 것을 방지하기 위해 광섬유 센서 보호캡(26)을 연결한다. 광섬유 센서 보호캡(26)을 연결 한 후, 산란형 광섬유 센서(2)가 부착된 보강재(6)의 하부에 접착제(24)를 도포하여 보강하고자 하는 구조물(4)에 부착시킨다. 이후 과정은 산란형 광섬유 센서(2)의 부착 방법과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 방법으로 구조물(4)에 산란형 광섬유 센서(2)를 부착한 후 BOTDA 시스템(10)을 이용하여 구조물(4)의 변형률 또는 온도 변화를 측정하게 된다. 이와 같이 구조물(4)의 변형률 또는 온도 변화를 측정하여 구조물(4)의 안전 진단 또는 화재 감시에 있어서 구조물(4)의 상태를 상시 모니터링 할 수 있다.
도 9는 산란형 광섬유 센서의 또 다른 부착 방법을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 산란형 광섬유 센서를 부착하는 방법은 보강재(6)를 대략 20∼30㎜의 크기로 제단하고, 제단된 보강재(6)의 중앙에 대략 0.3㎜ 크기로 홈을 형성한다. 홈을 형성한 후 단일 모드 광섬유 센서(2a)를 홈에 포설하게 된다. 포설된 단일 모드 광섬유 센서(2a)와 보강재(6)가 완전히 밀착되도록 접착제(24)를 단일 모드 광섬유 센서(2a)가 포설된 0.3㎜ 크기의 홈에 도포한다. 접착제(24)를 도포한 후 단일 모드 광섬유 센서(2a)가 포설된 방향과 대향되는 방향의 보강재(6) 상에 코아형 광섬유 센서(2b)를 정렬시킨다. 이후, 코아형 광섬유 센서(2b) 상에 접착제(24)를 도포하여 코아형 광섬유 센서(2b)를 보강재(6)에 부착시킨다. 이후, 햇볕으로부터 발생되는 자외선을 차단하기 위해 접착제(24)가 도포된 코아형 광섬유 센서(2b) 상에 자외선 경화수지(34)를 도포한 후 자외선을 조사하여 자외선 코팅을 한다.
자외선 코팅 후, 도 3에 도시된 바와 같이 보강재(6)가 끝나는 지점에서 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및 코아형 광섬유 센서(2b)가 손상되는 것을 방지하기 위해 광섬유 센서 보호캡(26)을 연결한다. 광섬유 센서 보호캡(26)을 연결 한 후, 단일 모드 광섬유 센서(2a)가 포설된 보강재(6)의 하부에 접착제(24)를 도포하여 보강하고자 하는 구조물(4)에 부착시킨다. 이후 과정은 산란형 광섬유 센서(2)의 부착 방법과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 방법으로 구조물(4)에 단일 모드 광섬유 센서(2a)와 코아형 광섬유 센서(2b)를 부착한 후 BOTDA 시스템(10)을 이용하여 구조물(4)의 변형률 및 온도 변화를 측정하게 된다.
구조물(4)의 변형 및(또는) 온도 변화를 측정하는 방법을 자세히 설명하면, 구조물(4)에 부착되는 보강재(6)에 변형률 및(또는) 온도 분포를 측정하기 위해 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)를 보강재(6)에 부착시킨다. 이후, 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)가 부착된 보강재(6)를 측정하고자 하는 구조물(4)에 부착(또는 매설)시킨다. 구조물(4)에 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)가 부착(또는 매설)되면 BOTDA 시스템(10)의 광원부(12)는 펌프광 및 프로브광을 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)에 전달한다. 이때, 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)는 측정하고자 하는 구조물(4)에 따라 광섬유 한가닥을 이용하여 수십 ㎞까지 구조물(4)에 부착된다. 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)는 펌핑 펄스광과 프로브 광의 주파수 차이와 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)의 고유 브릴루앙 천이 주파수와의 차이에 따라 도 8a에 도시된 바와 같이 브릴루앙 산란을 일으키게 된다. 이때, 구조물(4)의 일부분에 변형(또는 온도 변화)이 일어나면 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)에서 발생되는 후방 산란광은 도 8b에 도시된 바와 같이 구조물(4)의 상태에 따라 변화하게 된다. 이로 인해, 구조물(4)이 변형된 곳의 위치(A',B')와 변형(또는 온도 변화) 정도를 측정하게 된다. 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)에서 발생된 후방 산란광이 광원부(12)에 수광되면 신호 검출부(14)는 광원부(12)에 수광된 후방 산란광을 일정 주기로 샘플링하여 디지털 신호로 변환한다. 신호 처리부(16)는 일정 주기로 샘플링되어진 디지털 신호에 대한 데이터를 수신하여 설정된 기본 변수(평균화 횟수, 샘플링 횟수, 속도, 주파수 조사범위 및 단계 주파수 등)에 따라 단일 모드 광섬유 센서(2a) 및(또는) 코아형 광섬유 센서(2b)의 길이와 브릴루앙 천이 주파수에 대한 신호를 출력하게 된다. 이러한 출력 신호를 실시간으로 측정함으로써 구조물(4)에서 발생하는 화재 및 대형 사고를 미연에 방지 할 수 있다.
이와 같은 시스템은 교량, 터널, 지하철, 댐 및 건축물들의 건설 구조물과 인구 밀집 지역의 대형 구조물등의 안전 진단, 화재 감시 및 유지 보수에 있어 상시 모니터링이 가능하다. 또한, 오일, 가스, 화학 탱크 및 각종 발전시설 구조물과 전력구, 통신구, 생산설비 및 각종 기계 구조물과 같은 콘크리트 및 철 구조물들에 대해서도 상시 모니터링이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 브릴루앙 산란형 센서 시스템을 이용한 구조물의 안전 진단 및 화재 감시 방법은 보강재를 이용하여 산란형 광섬유 센서를 보호하고 장시간 동안 구조물에 부착하여 구조물의 변형률 및 온도 변화를 안정적으로 측정할 수 있다. 또한, 구조물의 변형률 및 온도 변화를 실시간으로 측정함으로써 화재 및 대형사고를 미연에 방지할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범상에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범상에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브릴루앙 산란형 센서 시스템을 이용한 구조물의 안전 진단 및 화재 감시 방법을 나타내는 도면.
도 2는 산란형 광섬유 센서의 부착 방법을 나타내는 도면.
도 3은 산란형 광섬유 센서의 끝단에 광섬유 센서 보호캡을 사용하는 방법을 나타내는 도면.
도 4는 광섬유 센서 보호캡을 나타내는 도면.
도 5는 산란형 광섬유 센서와 광섬유 센서 보호캡을 연결하는 방법을 나타내는 도면.
도 6은 산란형 광섬유 센서의 다른 부착 방법을 나타내는 도면.
도 7은 산란형 광섬유 센서의 또 다른 부착 방법을 나타내는 도면.
도 8a 및 8b는 브릴루앙 산란광을 나타내는 파형도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 산란형 광섬유 센서 2a : 단일 모드 광섬유 센서
2b : 코아형 광섬유 센서 4 : 구조물
6 : 보강재 10 : BOTDA 시스템
12 : 광원부 14 : 신호 검출부
16 : 신호 처리부 24 : 접착제
26 : 광섬유 센서 보호캡 28 : 광섬유 센서 보호캡의 상판
30 : 광섬유 센서 보호캡의 하판 34 : 자외선 경화수지

Claims (6)

  1. 홈이 형성되며 건축 구조물이나 토목 구조물에 부착 가능한 소정 크기의 보강재와,
    상기 보강재의 홈 내에 포설되는 변형률 측정용 광섬유와,
    상기 보강재의 표면에 부착되는 온도 측정용 광섬유와,
    상기 변형률 측정용 광섬유가 포설된 상기 보강재의 홈을 매립하기 위한 접착제와,
    상기 변형률 측정용 광섬유와 상기 온도 측정용 광섬유에 펄스광 및 프로브광을 조사하기 위한 광원모듈과,
    상기 변형률 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 변형률을 측정하고 상기 온도 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 온도 변화를 측정하기 위한 측정기를 구비하는 것을 특징으로 하는 브릴루앙 산란형 센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 측정용 광섬유를 덮는 수지와,
    상기 온도 측정용 광섬유와 상기 변형률 측정용 광섬유의 노출된 끝단에 씌워지는 보호캡을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 브릴루앙 산란형 센서 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강재의 너비는 대략 20㎜ 내지 30㎜의 범위 내의 값이며, 상기 홈의 깊이는 대략 0.3㎜ 정도인 것을 특징으로 하는 브릴루앙 산란형 센서 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강재는 탄소섬유시트, 유리섬유시트, 아라미드시트, S&P 탄소판 컴퍼지트 라멜라 150/2000 및 S&P 탄소판 컴퍼지트 라멜라 200/2000 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 브릴루앙 산란형 센서 시스템.
  5. 소정 크기의 보강재에 홈을 형성하는 단계와,
    상기 보강재의 홈 내에 변형률 측정용 광섬유를 포설함과 아울러 온도 측정용 광섬유를 상기 보강재의 표면에 부착하는 단계와,
    상기 변형률 측정용 광섬유가 상기 홈 내에 포설되고 상기 홈을 접착제로 매립하고 상기 온도 측정용 광섬유가 부착된 상기 보강재를 건축 구조물이나 토목 구조물에 부착시키는 단계와,
    상기 변형률 측정용 광섬유와 상기 온도 측정용 광섬유에 펄스광 및 프로브광을 조사하는 단계와,
    상기 변형률 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 변형률을 측정하고 상기 온도 측정용 광섬유로부터 검출되는 후방 산란광에 기반하여 상기 구조물의 온도 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 안전 진단 및 화재 감시 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 측정용 광섬유를 덮도록 자외선 경화수지를 상기 보강재 상에 도포하는 단계와,
    상기 자외선 경화수지에 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화수지를 경화시키는 단계와,
    상기 온도 측정용 광섬유와 상기 변형률 측정용 광섬유의 노출된 끝단에 보호캡을 씌우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 안전 진단 및 화재 감시 방법.
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