KR20090065558A - 광섬유격자 변형률 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유격자(FBG ; Fiber Bragg Grating ) 변형률센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초기 설정 값 유지 및 현장 설치 시 취급이 까다로운 광섬유격자센서를 누구나 손쉽게 이동 및 설치할 수 있게 하고, 상기 광섬유격자센서의 측정감도를 높이며 설치된 후에도 상기 광섬유격자센서를 안전하게 보호할 수 있도록 모듈화한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 선행기술 특허 등록번호 10-045416호의 광섬유격자센서용 고정구의 고정편과 고정판의 중간에 중앙이 원통형으로 관통되고 일 측면이 개방된 구조를 가지는 볼을 구비하여 고정편이 상하, 좌우, 전후 등의 3차원으로 이동가능한 기능을 부여하여 열악한 환경의 현장시공이 좀더 용이 해지도록 구성한 것을 특징으로 한다.

광섬유격자센서, FBG, FBG strain sensor

Description

광섬유격자 변형률 센서 {FBG STRAIN SENSOR}

본 발명은 높은 분해능과 우수한 신뢰성을 갖는 광섬유격자(FBG ; Fiber Bragg Grating ) 변형률센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초기 설정 값 유지 및 현장 설치 시 취급이 까다로운 광섬유격자센서를 누구나 손쉽게 이동 및 설치할 수 있게 하고, 상기 광섬유격자센서의 측정감도를 높이며 설치된 후에도 상기 광섬유격자센서를 안전하게 보호할 수 있도록 모듈화한 것이다.

일반적으로 광섬유격자센서는 파이버 브랙 그레이팅（Fiber Bragg Grating; FBG)이라고도 불리며, 광파이버의 코어부의 굴절율을 일정한 주기로 변화시킨 것으로서, 특정 파장의 광 만을 선택적으로 반사한다.

또한, 이러한 광섬유격자센서는 고유한 파장 값을 가지며, 전자기파의 영향을 받지 않는 등 물리적인 특성이 매우 우수하여 기존의 전기식 게이지를 대체해가고 있는 우수한 물리량 측정소자로서, 현재 그 활용범위는 급속도로 증대되고 있는 실정이라 하겠다.

대체로 이러한 광섬유격자센서는 단위면적당 인장력이 매우 높은 반면, 지름이 125㎛로 매우 작기 때문에 외부의 충격에 쉽게 파단 될 수 있어 건물이나 교각 등의 피측정물에 부착 시에는 매우 섬세한 작업이 요구된다.

이에 선행기술 특허 등록번호 10-045416호의 광섬유격자센서용 고정구(이하 "선행기술"이라 함)가 이를 해결하였으나, 현장설치시 또 다른 문제점이 발생하였다. 그 문제점은 선행 기술이 부착면이 평평한 수평면에서는 설치가 용이하였으나, 터널 등의 곡률이 있는 면이나 바닥이 좌우로 뒤틀린 면에는 설치하기가 곤란한 문제점이 발생하였다.

상기에서 서술한 바와 같이 선행기술에서는 계측표면이 수평이 아닌 곡률이거나 또는 바닥이 좌우로 뒤틀리고 계측거리에 오차가 있을 경우 설치가 곤란한 경우가 발생한다. 따라서 본 발명은 이러한 환경요인을 해결하여 설치가 용이하도록 하는데 있다.

본 발명은 고정편(6)과 고정판(4, 5) 사이에 볼(7)을 구비하여 전·후, 좌·우, 상·하 3축으로 고정편(6)이 이동할 수 있도록 한다.

본 발명에 따라서 제작된 광섬유격자 변형률센서는 측정 대상물의 표면상태와 관계없이 센서 설치를 용이하게 하며, 계측지점이 수 Cm 오차가 발생하여도 임의 적으로 보정 할 수 있는 기능을 갖는다. 따라서 본 발명은 시공시간을 단축하여 인건비를 절약할 수 있으며, 자연스럽게 고정편과 고정편이 자리를 잡으므로 센서 고유의 감도를 유지시켜주며, 센서 설치시 불필요한 외력이 작용하지 않아 내구성을 높일 수 있는 발명이다.

이하 첨부한 도면을 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 광섬유격자 변형률센서를 나타낸 그림이다.

본 발명은 건물이나 교량 등 피측정물의 변형률을 측정하기 위한 광섬유격자센서로서, 고정편(6)과 고정편 사이에 보호관(1)이 고정편에 삽입된 상태로 나사(3)에 의해 압박고정되며, 광섬유격자센서는 보호관(1)의 내부 중앙에 일직선으로 위치하고 광섬유격자센서의 양쪽 면이 한 쌍의 고정편(6) 내부에 인장된 상태로 고착제에 의해 고정되고 광섬유격자 변형률센서 감지부를 구성한다. 고정편(6)의 외부에 내부가 관통되고 한 측면이 개방된 볼(7)을 구비하여 고정편을 삽입하고, 볼의 외부에는 볼의 외경과 내접하는 고정판 상부(4), 고정판 하부(5)를 구성한다. 이때 고정판 하부에는 피측정 대상물과 결합할 수 있는 체결부(8)를 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명의 광섬유격자 변형률센서의 설치는 상기와 같이 구비한 후 한 쌍의 고정판 하부(5)를 계측하고자 하는 측정 대상물에 측정하고자 하는 계측 거리만큼 이격 후 고정판 하부(5)를 피측정 대상물에 설치한다. 그리고 볼(7)이 삽입된 고정편(6) 양단을 고정판 하부(5)에 안착하고 고정판 상부(4)를 덮은 후 체결볼트(2)를 조여주면 고정판 하부(5)의 수평도에 따라서 볼(7)이 상·하, 좌·우로 움직여서 자연스럽게 수평을 잡게 되고, 계측거리(B)의 오차는 볼의 내부에 삽입된 고정편(6)이 전·후 로 이동하여 계측거리를 고정판 하부(5)의 거리로 자연스럽게 이동을 하게 된다. 이때 체결볼트(2)가 조여 지면서 볼(7)이 응력을 받게 되고 측면이 개방(7a)된 방향으로 찌그러짐이 발생 고정편을 압박고정하여 더 이상 이동이 발생하지 않도록 고정하는 역할을 한다. 볼(7)은 일종의 관절역할을 하며, 볼의 한 쪽 측면을 개방(7a)하는 것은 체결볼트(2)로 고정시 볼이 좀더 잘 찌그러지도록 유도하기 위함이다. 이후 FBG 센서 보호 및 셋팅 유지용 나사(3)를 해지하면, 설치가 완료되고, 공섬유격자 변형률센서는 민감하게 구조물의 변형을 감지한다.

상기에서 언급한 방법 외에 토목구조물 단면의 연속적인 변형을 측정하기 위해서는 도 8에서와 같이 상기에서 설명한 고정판 하부(5)를 도 8의 ⊥형 고정편 하부(5t)로 치환하여, 설치 측정하면 동일 지점 및 동일선상의 변형을 오차 없이 연속적으로 계측할 수 있는 방법을 제공한다. 다음은 도 8을 바탕으로 광섬유격자 변형률센서의 연속설치를 간단히 설명하도록 하며 도면에 미 도시된 부분은 상기에서 설명한 부분과 일치하므로 상기 설명을 참조하는 것이 바람직하다.

고정편(6)과 고정편 사이에 보호관(1)이 고정편에 삽입된 상태로 나사(3)에 의해 압박고정되며, 광섬유격자센서는 보호관(1)의 내부 중앙에 일직선으로 위치하고 광섬유격자센서의 양쪽 면이 한 쌍의 고정편(6) 내부에 인장된 상태로 고착제에 의해 고정되고 광섬유격자 변형률센서 감지부를 구성한다. 고정편(6)의 외부에 내부가 관통되고 한 측면이 개방된 볼(7)을 구비하여 고정편을 삽입하고, 볼의 외부에는 볼의 외경과 내접하는 고정판 상부(4), ⊥형 고정판 하부(5t)를 구성한다. 이때 고정판 하부에는 피측정 대상물과 결합할 수 있는 체결부(8)를 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명의 광섬유격자 변형률센서의 설치는 상기와 같이 구비한 후 한 쌍의 고정판 하부(5t)를 계측하고자 하는 측정 대상물에 측정하고자 하는 계측 거리만큼 이격 후 ⊥형 고정판 하부(5t)를 피측정 대상물에 설치한다. 그리고 볼(7)이 삽입된 고정편(6) 양단을 ⊥형 고정판 하부(5t)에 안착하고 고정판 상부(4)를 덮은 후 체결볼트(2)를 조여주면 ⊥형 고정판 하부(5t)의 수평도에 따라서 볼(7)이 상·하, 좌·우로 움직여서 자연스럽게 수평을 잡게 되고, 계측거리(B)의 오차는 볼의 내부에 삽입된 고정편(6)이 전·후 로 이동하여 계측거리를 ⊥형 고정판 하부(5t)의 거리로 자연스럽게 이동을 하게 된다. 이때 체결볼트(2)가 조여 지면서 볼(7)이 응력을 받게 되고 측면이 개방(7a)된 방향으로 찌그러짐이 발생 고정편을 압박고정하여 더 이상 이동이 발생하지 않도록 고정하는 역할을 한다. 볼(7)은 일종의 관절역할을 하며, 볼의 한쪽 측면을 개방(7a)하는 것은 체결볼트(2)로 고정시 볼이 좀더 잘 찌그러지도록 유도하기 위함이다. 이후 FBG 센서 보호 및 셋팅 유지용 나사(3)를 해지하면, 하나의 광섬유격자 변형률센서의 설치가 완료되며, 그 뒤편 ⊥형 고정판 하부(5t)에 반복적으로 위 작업을 수행하면 동일 축상에 광섬유격자 변형률센서를 연속적으로 설치하는 방법이다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시 예

도 2는 본 발명의 좌측 확대도

도 3은 본 발명의 곡면이 있는 곳에 설치시의 구성도

도 4는 본 발명의 좌우 비대칭 설치시의 구성도

도 5는 본 발명의 좌측 내부 결합 구조도

도 6은 본 발명의 고정편, 볼, 고정판 결합 구조도

도 7은 본 발명 설치시 계측거리 오차 보상을 위한 볼 위치의 이동 도면

도 8은 토목구조물에 연속설치되는 광섬유격자 변형률센서 설치 예

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A : 본 발명에 의한 광섬유격자센서 변형률센서

B : 계측대상물의 계측거리

1 : 보호관 2 : 고정판, 볼, 고정편 결합나사

3 : FBG 센서 보호 및 셋팅 유지용 나사

4 : 고정판 상부 4a: 고정판 상부의 볼 안착 홈

5 : 고정판 하부 5a: 볼의 안착면

5t: ⊥형 고정판 하부 6 : 고정편

7 : 볼 7a: 볼의 개방 면

8 : 고정판과 계측대상물의 체결부

Claims (4)

1. 광섬유격자 변형률센서에 있어서; 고정편(6)과 고정편 사이에 보호관(1)이 고정편에 삽입된 상태로 체결부재(3)에 의해 압박고정되며;

   광섬유격자센서는 보호관(1)의 내부 중앙에 일직선으로 위치하고 광섬유격자센서의 양쪽 면이 한 쌍의 고정편(6) 내부에 인장된 상태로 고착제에 의해 고정되고;

   고정편(6)의 외부에 내부가 관통된 볼(7)을 구비하여 고정편을 삽입하고;

   볼(7)과 고정편(6)이 고정판 상부(4), 고정판 하부(5)에 의해 압박고정되는 것을 특징으로 하는 광섬유격자 변형률센서.
2. 제 1항에 있어서;

   상기 볼(7)은 한 측면이 개방(7a)된 형태인 것을 특징으로 하는 광섬유격자 변형률센서.
3. 제 1항에 있어서;

   상기 고정판(4, 5)은 안쪽 면에 볼(7)의 안착 면을 구비한 것을 특징으로 하는 광섬유격자 변형률센서.
4. 제 1항에 있어서;

   고정판 하부(5)는 ⊥형 고정판 하부(5t)인 것을 특징으로 하는 광섬유격자 변형률센서.

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