KR20090087590A - 프리스트레인 인가가 불필요한 에프비지 광섬유 변형률센서 패키징 - Google Patents

프리스트레인 인가가 불필요한 에프비지 광섬유 변형률센서 패키징 Download PDF

Info

Publication number
KR20090087590A
KR20090087590A KR1020080012916A KR20080012916A KR20090087590A KR 20090087590 A KR20090087590 A KR 20090087590A KR 1020080012916 A KR1020080012916 A KR 1020080012916A KR 20080012916 A KR20080012916 A KR 20080012916A KR 20090087590 A KR20090087590 A KR 20090087590A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
strain
optical fiber
fbg
packaging
Prior art date
Application number
KR1020080012916A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101082467B1 (ko
Inventor
이규완
Original Assignee
이규완
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 이규완 filed Critical 이규완
Priority to KR1020080012916A priority Critical patent/KR101082467B1/ko
Publication of KR20090087590A publication Critical patent/KR20090087590A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101082467B1 publication Critical patent/KR101082467B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

본 발명은 프리스트레인 인가가 불필요한 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징에 관한 것으로서, FBG 광섬유 변형률 센서가 부착되는 센서 설치부(3)와; 외부 변형률 변화를 감지하는 FBG 광섬유센서(1)와; 센서 설치부를 고정시키는 센서 설치부 고정대(4)와 센서 설치부 고정나사(5)와; 센서 설치부에 설치되며, 외부 이물질 또는 습기가 들어오는 것을 방지하기 위하여 설치되는 습기 및 이물질 방지탭(6)과; 외부 자극으로부터 FBG 광섬유센서를 보호하는 외부 보호관(2)과; 센서 연장바를 고정할 수 있는 센서 연장바 고정부(7)와; 구조물 표면 부착 또는 매설형에 따라서 혹은 인근 균열 발생에 따라서 게이지 길이 조절이 필요한 경우에는 사용 목적에 따라서 다른 유형으로 부착이 가능한 센서 연장바(8)와; 연장 연장바를 고정시키기 위한 센서 연장바 고정홈(9-1) 및 센서 연장바 고정나사(9-2)와; 상기 센서를 구조물 표면에 부착하기 위한 센서 고정지그(11) 및 지그 고정 나사(12)로 구성됨을 특징으로 한다.
광섬유센서, FBG, 변형률, 온도보상

Description

프리스트레인 인가가 불필요한 에프비지 광섬유 변형률 센서 패키징{PRE-STRAINED FBG STRAIN SENSOR PACKAGING}
본 발명은 프리스트레인 인가가 불필요한 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징에 관한 것으로서, 특히 현장에서 센서를 설치함에 있어 종래의 광섬유 변형률 센서는 프리스트레인 인가를 위하여 현장에서 설치 전 또는 설치도중 측정장치가 반드시 필요하며, 미세한 변형률 조절을 위하여 현장에서 고도의 숙련도와 프리스트레인 조절 과정이 필요한 반면, 본 발명의 변형률 센서는 프리스트레인 인가가 불필요하여 설치도중 현장에서 측정장치가 불필요하며, 작업자의 숙련도와 상관없이 현장에서 쉽게 설치가 가능한 장점이 있다.
또한 종래의 프리스트레인을 인가하는 방식의 센서는 콘크리트 타설시와 같이 고정점이 없는 콘크리트내 매설의 경우에는 적용이 불가능한 단점이 있었으나, 본 발명의 프리스트레인 인가가 불필요한 FBG 광섬유 변형률 센서는 압축-인장 측정이 가능한 상태이기 때문에, 콘크리트 내부 매설시 바로 사용이 가능한 장점이 있다.
그리고 종래의 FBG 광섬유 변형률 센서는 패키징에 하나의 FBG 광섬유센서만 설치되어, 온도와 변형률에 동시에 반응하기 때문에, 자체 만으로는 온도에 대한 보상이 불가능하며, 온도 보상을 위해서 별도의 온도계 등을 설치하여야 하는 단점이 있었다. 그러나, 본 발명의 FBG 변형률 센서 패키징의 경우에는 양단 고정 센서 설치부(3-1)는 외부 변형률과 온도에 대하여 반응하고, 한단 고정 센서 설치부(3-2)에 설치된 광섬유센서는 온도에 대해서만 반응하도록 구성하여, 하나의 센서 패키징 자체만으로 변형률 뿐만 아니라 온도 측정이 가능할 뿐만 아니라, 자가 온도 보상이 가능한 장점이 있다. 또한, 스프링 형상의 센서 설치부(3-3)는 1개 이상의 광섬유 변형률 센서를 설치하되 하나는 양단에 프리스트레인을 인가한체로 부착하여 온도와 변형률에 동시 반응하도록 하며, 하나는 느슨하게 설치함으로써 온도에 대해서만 반응하도록 구성하여, 자가온도 보상이 가능한 특징이 있다.
교량. 빌딩 등 구조물의 응력은 구조물의 상태를 평가하기 위하여 매우 중요한 측정항목이며, 일반적으로 구조물의 응력은 스트레인 게이지를 이용하여 변형률(strain)을 측정한 다음 탄성계수를 곱하여 응력으로 환산한다.
이러한 변형률 측정을 위하여 종래에는 전기저항식 변형률 게이지를 많이 사용하였으나, 전기저항식 센서류는 케이블 길이에 따라서 노이즈가 증가되는 단점이 있어, 대형 구조물 측정시 많은 단점을 내포하고 있으며, 장기계측시 자기열 효과에 의하여 센싱부가 부식되는 등 장기적인 내구성에 적지 않은 문제점이 있었다. 또한, 하나의 센서마다 각각 수십에서 수백 미터의 케이블 포설이 필요하기 때문에 많은 인력이 필요할 뿐만 아니라, 획득된 신호의 품질도 양호하지 못한 단점이 있었다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 최근에는 교량, 댐, 빌딩과 같은 산업기간 시설물의 장기계측시 FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유센서를 적용하는 사례가 점점 늘어가고 있는 것이 사실이다.
FBG 광섬유센서는 광케이블에 특정파장을 반사시키는 브래그 격자를 생성시켜 인장-압축 또는 온도변화에 따라서 반사되는 파장이 달라지기 때문에, 초기 파장에서 변화된 반사파장의 변화량을 인장-압축 또는 온도로 환산함으로써 센서로서 활용하는 것으로, 하나의 케이블에 파장이 다른 여러개의 센서를 동시에 설치할 수 있어 멀티플레싱이 가능하고, 빛이 소스이기 때문에 케이블 길이가 길어진다 하더라도 신호에 노이즈 및 왜곡이 발생되지 않으며, 수십 km까지 증폭기 없이 신호를 전달할 수 있는 장점이 있다. 또한, 전자기파에 영향이 거의 없으며, 유리재질이기 때문에 습기 등에 의한 부식의 영향이 거의 없어 장기적인 내구성이 매우 뛰어난 센서이다.
그러나, 패키징 되지 않은 bare FBG의 경우에는 매우 얇고 유리재질이며, 외부 자극이나 취급 부주의에 의하여 파손되기 쉽기 때문에, 숙련도가 매우 높은 전문가에 의해서만 취급이 가능하여 건설현장 등에서의 사용은 매우 제한적이었다.
상기와 같이 광섬유 케이블에 브래그 격자를 생성한 상태를 bare FBG라 하며, 현장에서 사용시 상기와 같은 취급상 단점이 있었기 때문에, 이러한 단점을 극복하기 위하여 도 1과 도 2에서와 같이 다양한 광섬유센서 패키징이 개발되어 왔다.
도 1의 광섬유센서 패키징은 외부자극으로부터 광섬유센서를 보호하고, 부착 면(91)의 미세한 변형률 변화는 광섬유센서 양단 고정대(93)을 통하여 바로 광섬유센서(1)에 전달되기 때문에 매우 민감한 센싱이 가능한 장점이 있다. 그러나, 이러한 패키징은 인장-압축을 동시에 측정하기 위하여 센서를 부착하기 이전에 광섬유센서에 프리스트레인(pre-strain)을 인위적으로 인가하여야 하기 때문에, 부착이전에 광섬유센서에 프리스트레인(pre-strain)을 가하고 광섬유센서 인장 고정나사(95)에 의하여 고정한 상태에서 센서를 부착하고, 광섬유센서 인장 고정나사(95)를 제거함으로써 구조물의 변형률이 바로 광섬유센서에 전달될 수 있도록 구성한 구조이다.
다른 종래의 광섬유 변형률 센서 패키징은 도 2에서 나타내 바와 같이, 프리스트레인이 없는 상태에서 센서를 부착한 후, 인장조절용 나사산(97) 위에 설치된 광섬유센서 인장 조절 볼트(96)을 돌려서 프리스트레인(pre-strain)을 인가하여, 설치된 센서가 인장 뿐만 아니라 압축 측정이 가능하도록 구성한 구조이다.
상기 도 1과 도 2에서 언급된 종래의 센서 패키징은 외부자극으로부터 광섬유센서를 보호하고, 프리스트레인을 인위적으로 인가하여, 센서 부착 후 인장 뿐만 아니라 압축 측정이 가능한 공통의 장점을 내포하고 있다. 그러나, 프리스트레인을 인위적으로 인가하는 방식은 현장에서 센서 부착이전 또는 부착하면서 프리스트레인을 인가하여야 하기 때문에 현장에서 반드시 데이터 측정장치가 필요하고, 프리스트레인량을 데이터 측정장치를 통하여 확인하면서 조절하여야 하는 단점이 있다. 이는 현장에서의 작업자 숙련도가 요구되며, 작업여건상 또는 숙련도 저하에 의하여 무리한 프리스트레인이 인가되면 센서가 손상되는 등 현장에서의 작업이 매우 불편한 단점이 있었다. 또한, 콘크리트 내부와 같이 고정점이 없는 구조체의 변형률 측정은 불가능한 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 본 발명은 FBG 광섬유센서 패키징을 제공함에 있어, 센서의 설치도중 현장에서 측정장치가 불필요하며, 작업자의 숙련도와 상관없이 현장에서 쉽게 설치가 가능하고; 콘크리트 내부 매설시 바로 사용이 가능하고; 하나의 센서 패키징 자체만으로 자가 온도 보상이 가능하고; 균열인근에서 변형률 측정시 게이지 길이를 조절하여 평균 변형률 측정이 가능한 FBG 광섬유 변형률 센서를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 프리스트레인 인가가 불필요한 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징에 관한 것으로서, FBG 광섬유 변형률 센서가 부착되는 센서 설치부(3) - 이는 FBG 광섬유 변형률 센서가 외부 변형률 변화에 직접 반응하는 양단 고정 센서 설치부(3-1), 온도 보상을 위하여 한쪽단만 고정하여 외부 변형률 변화에는 반응하지 않으며, 온도 변화에 의해서만 반응하는 한단 고정 센서 설치부(3-2), 또는 스프링 형상으로 구성되어 FBG 광섬유 변형률 센서에 프리스트레인(pre-strain) 인가가 가능한 스프링 형상의 센서 설치부(3-3) - 와; 외부 변형률 변화를 감지하는 FBG 광섬유센서(1)와; 센서 설치부를 고정시키는 센서 설치부 고정대(4)와 센서 설치부 고정나사(5)와; 센서 설치부에 설치되며, 외부 이물질 또는 습기가 들어오는 것을 방지하기 위하여 설치되는 습기 및 이물질 방지탭(6)과; 외부 자극으로부터 FBG 광섬유센서를 보호하는 외부 보호관(2)과; 센서 연장바를 고정할 수 있는 센서 연장바 고정부(7)와; 구조물 표면 부착 또는 매설형에 따라서 혹은 인근 균열 발생에 따라서 게이지 길이 조절이 필요한 경우에는 사용 목적에 따라서 다른 유형으로 부착이 가능한 센서 연장바(8)와; 연장 연장바를 고정시키기 위한 센서 연장바 고정홈(9-1) 및 센서 연장바 고정나사(9-2)와; 상기 센서를 구조물 표면에 부착하기 위한 센서 고정지그(11) 및 지그 고정 나사(12)로 구성됨을 특징으로 하는 변형률 센서 패키징에 의해서 달성 가능하다.
상술한 바와 같은FBG 광섬유 변형률 센서 패키징을 제공함으로써, 센서의 설치도중 현장에서 측정장치가 불필요하며, 작업자의 숙련도와 상관없이 현장에서 쉽게 설치가 가능하고; 콘크리트 내부 매설시 바로 사용이 가능한 장점이 있고; 하나의 센서 패키징 자체만으로 변형률 그리고 온도 측정이 가능할 뿐만 아니라, 자가 온도 보상이 가능한 장점이 있다.
또한, 구조물 표면 인근에 균열이 발생되면, 균열부 위에 설치된 센서는 변형률의 급격한 증가가 발생되고, 균열 바로 인근에서의 변형률 측정은 변형률이 급격히 저하되는 단점이 있다. 따라서, 균열 발생 인근에는 게이지 길이를 상대적으로 길게 함으로써 평균 변형률 측정이 필요한 경우가 있는데, 종래의 전기저항식 변형률 게이지를 사용할 경우에는 한 곳에 2-3개의 변형률 게이지를 부착하여 측정한 후 평균 변형률을 구하여 사용하곤 하였다. 이러한 경우, 본 발명의 변형률 게이지의 경우에는 센서 연장바를 길게 연장함으로써 균열 발생과 상관없이 평균 변형률 측정이 가능한 장점이 있다.
도 1과 도 2는 종래의 수동으로 프리스트레인을 인가하는 방식과 미세조절나사에 의하여 프리스트레인 인가하는 방식의 FBG 변형률 센서 패키지의 예를 나타낸 것이다. 이러한, 종래의 FBG 변형률 센서는 특히 현장에서 센서를 설치함에 있어 프리스트레인 인가를 위하여 현장에서 설치 전 또는 설치도중 측정장치가 반드시 필요하며, 미세한 변형률 조절을 위하여 현장에서 고도의 숙련도와 프리스트레인 조절 과정이 필요하다. 또한, 온도 보상을 위한 별도의 온도보상용 센서가 설치되어 있지 않아 온도 보상을 위하여 별도의 온도계를 설치하여야 하며, 게이지 길이(gauge length)가 고정되어 있는 단점이 있었다.
이에 반하여, 도 3에서와 같이 본 발명의 변형률 센서는 센서 설치부(3) 위에 바로 부착함으로써, 별도의 프리스트레인 과정이 필요없이 인장-압축 측정이 가능한 장점이 있다. 따라서, 프리스트레인 인가가 불필요하여 설치도중 현장에서 측정장치가 불필요하며, 작업자의 숙련도와 상관없이 현장에서 쉽게 설치가 가능한 장점이 있다.
또한, 종래의 FBG 광섬유 변형률 센서는 패키징에 하나의 FBG 광섬유센서만 설치되어, 온도와 변형률에 동시에 반응하기 때문에, 자체 만으로는 온도에 대한 보상이 불가능하며, 온도 보상을 위해서 별도의 온도계 등을 설치하여야 하는 단점이 있었다. 그러나, 본 발명의 FBG 변형률 센서 패키징의 경우에는 양단 고정 센서 설치부(3-1)는 외부 변형률과 온도에 대하여 반응하고, 한단 고정 센서 설치부(3-2)에 설치된 광섬유센서는 온도에 대해서만 반응하도록 구성하여, 하나의 센서 패 키징 자체만으로 변형률 뿐만 아니라 온도 측정이 가능하여, 자가 온도 보상이 가능한 장점이 있다. 또한, 스프링 형상의 센서 설치부(3-3)는 1개 이상의 광섬유 변형률 센서를 설치하되 하나는 양단에 프리스트레인을 인가한체로 부착하여 온도와 변형률에 동시 반응하도록 하며, 하나는 느슨하게 설치함으로써 온도에 대해서만 반응하도록 구성하여, 자가온도 보상이 가능한 특징이 있다.
그리고, 구조물 표면 인근에 균열이 발생되면, 균열부 위에 설치된 센서는 변형률의 급격한 증가가 발생되고, 균열 바로 인근에서의 변형률 측정은 변형률이 급격히 저하되는 단점이 있는데, 종래의 전기저항식 변형률 게이지를 사용하여 균열인근에서 변형률 측정이 필요한 경우에는 한 곳에 2-3개의 변형률 게이지를 부착하여 측정한 후 평균 변형률을 구하여 사용하곤 하였다. 이러한 경우, 본 발명의 변형률 게이지는 센서 연장바를 원하는 길이 또는 형상으로 변형하여 연결이 가능하기 때문에, 이를 길게 연장함으로써 균열 발생과 상관없이 평균 변형률 측정이 가능한 장점이 있다.
또한, 도 4에서와 같이 연장바를 콘크리트 내부에 매설하기 용이한 구조로 변경함으로써 콘크리트 내부 매설용으로도 활용이 가능하다. 종래의 프리스트레인을 인가하는 방식의 센서는 콘크리트 타설시와 같이 고정점이 없는 콘크리트 매설의 경우에는 적용이 불가능한 단점이 있었으나, 본 발명의 프리스트레인 인가가 불필요한 FBG 광섬유 변형률 센서는 인장-압축 측정이 가능한 상태이기 때문에 콘크리트 내부 매설시 바로 사용이 가능하다.
센서 설치부(3, 3-1, 3-2)의 재료는 사용목적에 따라서 선택이 가능하며, FBG 광섬유 변형률 센서는 온도에 따라서 변동이 발생되기 때문에, 밑에 그래프에서 보는바와 같이, 양단이 느슨한 bare FBG 상태에서 측정한 결과를 살펴보면 센서마다 약간의 차이는 있지만, 20℃ 변동시 약 160με 변형률 변동이 발생되어, 8με/℃인 특징이 있다. 이에 반하여, 도 1과 도 2에서와 같이 양단 고착제에 의하여 고정된 광섬유 변형률 센서는 고착제의 온도에 따른 열팽창에 의하여, 약간씩의 차이는 있지만, 12με/℃가 변동되어, 상기와 같이 느슨한 상태일때의 결과에 비하여, 고착제의 온도팽창에 의하여 추가적으로 4με/℃의 변동량이 발생되고 있었다.
이는 동일 온도에 대하여 변형률 변동량이 상대적으로 크기 때문에, 센서마다 약각의 온도 변화에 대한 오차가 발생된다 하더라도 지속적으로 누적되면, 온도에 대한 변형률 변동에 상당히 큰 누적오차가 발생된다. 우리나라를 기준으로 1년동안 -10℃에서 30℃로 약 40℃의 온도변화가 발생된다면, 고착제에 의하여 고정된 광섬유센서의 경우에는 약 480με의 변동이 발생되는 것이다. 콘크리트 박스 거더교와 같이 매우 중량이 큰 구조물의 경우에는 트럭하중 등 활화중에 의한 변형률 변화량이 몇십 με 이하 정도의 수준이기 때문에, 온도 변화에 따른 480με 변동은 상당히 큰 변동량으로 장기적인 계측시에는 이러한 온도에 대한 영향을 반드시 제거해 주어야 한다.
이에 반하여 아라미드 섬유의 경우에는, 열팽창계수가 -2×10-6℃이기 때문에, 아라미드 섬유 복합체(AFRP)에 부착된 광섬유센서는 4με/℃ 정도의 수준으 로, 대한민국 연평균 온도 변화량인 40℃ 온도 변화에 대하여 약 160με 정도의 변형률 변화가 발생되어, 고착제에 의하여 고정된 광섬유 변형률 센서의 변화량인 480με의 약 33%에 미치는 수준이다.
따라서, 온도변화에 의하여 변동되는 변형률 변화량의 누적오차를 최소화하기 위하여, 일반 고착제 또는 강재의 재질보다, 열팽팡계수가 상대적으로 작은 탄소섬유(CFRP)나 아라미드 섬유(AFRP)를 이용하여 센서 설치부(3, 3-1, 3-2)를 구성함을 특징으로 한다.
종류 열팽창계수
탄소섬유 -0.38 ×10-6 ℃
유리섬유 5.04 ×10-6 ℃
아라미드섬유 -2.00 ×10-6 ℃
Figure 112008010643815-PAT00001
도 5와 도 6은 종래와 같이 고착제에 의하여 광섬유센서를 고정하되, 프리스트레인을 인가하고 스프링 형상의 센서 설치부(3-3)을 고정 설치함으로써 현장에서 별도의 프리스트레인 조절없이 바로 센서 설치가 가능하고 콘크리트 내부와 같이 고정점이 없는 곳에도 사용이 가능한 장점이 있다.
또한, 상기의 스프링 형상의 센서 설치부(3-3)를 설치하고, 광섬유 변형률 센서(1)를 설치함에 있어, 하나의 광섬유센서는 외부 변형률에 직접 반응하도록 프리스트레인을 인가한 상태에서 고정하여 변형률과 온도에 대하여 동시에 반응하도록 하고, 다른 하나의 광섬유 변형률 센서는 온도 보상용 FBG 광섬유 센서(1-1)로 프리스트레인을 가하지 않은 느슨한 상태로 설치하여, 변형률에 대해서는 반응하지 않고, 온도에 대해서만 반응하도록 하여 온도보상용으로 사용됨을 특징으로 한다.
도 8은 상기에서 기술한 AFRP 또는 CFRP에 센서 설치홈(22)을 생성하고, FBG 광섬유 변형률 센서를 센서 고정 접착제(23)에 의하여 고정시킴으로써, 구조물 표면에 부착가능한 센서 패키징을 제공할 수 있으며, 도 9는 하나의 AFRP 또는 CFRP에 센서 설치홈(22)을 두개 생성한 후, 하나의 광섬유 센서(1)는 센서 고정 접착제(23)에 의하여 고정시켜 변형률과 온도에 대하여 동시 반응하도록 구성하고, 나머지 하나인 온도 보상용 FBG 광섬유센서(도 8의 1-1)는 느슨한 상태로 양단을 광섬유센서 고착제(94)에 의하여 고정함으로써 온도에 대해서만 반응하도록 구성하여, 온도 보상이 가능한 표면 부착형 센서 패키징을 구성할 수 있는 특징이 있다.
도 10은 본 발명의 콘크리트 매설형 AFRP 또는 CFRP 일체식 FBG 변형률 센서 패키징으로, 광섬유센서를 센서 설치홈(22)에 설치한 후 양쪽으로 AFRP 또는 CFRP 복합제편(21)을 설치하고, 표면에는 콘크리트 또는 아스팔트내 매설시 부착력을 증대시키기 위하여 에폭시-규사 코팅(24)으로 구성됨을 특징으로 한다.
상기에 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 기존 광섬유 변형률 센서의 예.
도 2는 기존 광섬유 변형률 센서의 예.
도 3은 본 발명의 표면부착형 광섬유 변형률 센서 패키징.
도 4는 본 발명의 콘크리트 매립형 광섬유 변형률 센서 패키징.
도 5는 본 발명의 스프링 형상의 센서 설치부를 구비한 표면부착형 광섬유 변형률 센서 패키징.
도 6은 본 발명의 스프링 형상의 센서 설치부를 구비한 매립형 광섬유 변형률 센서 패키징.
도 7은 본 발명의 자가 온도보상형 광섬유 변형률 센서 패키징의 예.
도 8은 본 발명의 AFRP 또는 CFRP 일체식인 표면부착형 광섬유 변형률 센서 패키징.
도 9는 본 발명의 AFRP 또는 CFRP 일체식인 자가온도 보상이 가능한 표면부착형 광섬유 변형률 센서 패키징.
도 10은 본 발명의 AFRP 또는 CFRP 일체식인 매립형 광섬유 변형률 센서 패키징.
***** 도면상의 주요 기호에 대한 간략한 설명 *****
1 : FBG 광섬유 센서 1-1 : 온도 보상용 FBG 광섬유 센서
2 : 외부 보호관 3 : 센서 설치부
3-1 : 양단 고정 센서 설치부 3-2 : 한단 고정 센서 설치부
3-3 : 스프링 형상의 센서 설치부
4 : 센서 설치부 고정대 5 : 센서 설치부 고정나사
6 : 습기 및 이물질 방지탭 7 : 센서 연장바 고정부
8 : 센서 연장바 8-2 : 콘크리트 매립용 센서 연장바
9-1 : 센서 연장바 고정홈 9-2 : 센서 연장바 고정나사
11 : 센서 고정지그 12 : 지그 고정 나사
21 : 아라미드 섬유(AFRP) 또는 탄소섬유(CFRP) 복합제편
22 : 센서 설치홈 23 : 센서 고정 접착제
24 : 에폭시 + 규사코팅 91 : 부착면
92 : 광섬유센서 보호 튜브 93 : 광섬유센서 양단 고정대
94 : 광섬유센서 고착제 95 : 광섬유센서 인장 고정 나사
96 : 광섬유센서 인장 조절 볼트
97 : 인장조절용 나사산

Claims (9)

  1. 본 발명은 프리스트레인 인가가 불필요한 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징에 관한 것으로서,
    FBG 광섬유 변형률 센서가 부착되는 센서 설치부(3)와; 외부 변형률 변화를 감지하는 FBG 광섬유센서(1)와; 센서 설치부를 고정시키는 센서 설치부 고정대(4)와 센서 설치부 고정나사(5)와; 센서 설치부에 설치되며, 외부 이물질 또는 습기가 들어오는 것을 방지하기 위하여 설치되는 습기 및 이물질 방지탭(6)과; 외부 자극으로부터 FBG 광섬유센서를 보호하는 외부 보호관(2)과; 센서 연장바를 고정할 수 있는 센서 연장바 고정부(7)와; 구조물 표면 부착 또는 매설형에 따라서 혹은 인근 균열 발생에 따라서 게이지 길이 조절이 필요한 경우에는 사용 목적에 따라서 다른 유형으로 부착이 가능한 센서 연장바(8)와; 연장 연장바를 고정시키기 위한 센서 연장바 고정홈(9-1) 및 센서 연장바 고정나사(9-2)와; 상기 센서를 구조물 표면에 부착하기 위한 센서 고정지그(11) 및 지그 고정 나사(12)로 구성됨을 특징으로 하는 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 설치부(3)는 FBG 광섬유 변형률 센서가 외부 변형률 변화에 직접 반응하는 양단 고정 센서 설치부(3-1)와 온도 보상을 위하여 한쪽단만 고정하여 외 부 변형률 변화에는 반응하지 않으며, 온도 변화에 의해서만 반응하는 한단 고정 센서 설치부(3-2)로 구성되어 자가온도 보상이 가능함을 특징으로 하는 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 설치부(3)는 열팽창계수가 작은 아라미드 섬유 또는 탄소섬유로 구성됨을 특징으로 하는 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 설치부(3)를 대신하여, 스프링 형상의 센서 설치부(3-3)가 설치되어 FBG 광섬유센서에 프리스트레인을 인가할 수 있음을 특징으로 하는 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징.
  5. 제 4항에 있어서,
    하나의 광섬유센서는 프리스트레인을 가한 상태로 부착하여 변형률 및 온도에 동시에 반응하고, 나머지 하나의 광섬유 센서는 느스한 상태로 부착하여 온도에 대해서만 반응하도록 하여, 자가 온도 보상이 가능함을 특징으로 하는 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징.
  6. 제 1항에 있어서,
    센서 연장바(8)는 구조체의 표면부착형, 콘크리트 매설형, 게이지 길이가 긴 것 등 사용자 목적에 맞도록 교체 연결이 가능함을 특징으로 하는 FBG 광섬유 변형률 센서 패키징.
  7. 열팽창계수가 음으로 광섬유센서를 부착시 온도에 대한 변형률 변동이 작은 변형률센서 패키징을 제공함에 있어,
    광섬유센서를 부착하는 아라미드 섬유(AFRP) 또는 탄소섬유(CFRP) 복합제편(21)과; 변형률 측정을 위한 광섬유센서(1)와; 광섬유센서 설치를 위하여 AFRP 또는 CFRP에 설치하는 센서 설치홈(22)과; 센서 고정하기 위한 센서 고정 접착제(23)로 구성됨을 특징으로 하는 AFRP 또는 CFRP 복합체 일체형 광섬유 변형률 센서 패키징.
  8. 제 7항에 있어서,
    하나의 AFRP 또는 CFRP에 센서 설치홈(22)을 두개 생성한 후, 하나의 광섬유 센서(1)는 센서 고정 접착제(23)에 의하여 고정시켜 변형률과 온도에 대하여 동시 반응하도록 구성하고, 나머지 하나인 온도 보상용 FBG 광섬유센서(도 8의 1-1)는 느슨한 상태로 양단을 광섬유센서 고착제(94)에 의하여 고정함으로써 온도에 대해서만 반응하도록 구성하여, 자가 온도 보상이 가능함을 특징으로 하는 AFRP 또는 CFRP 복합체 일체형 광섬유 변형률 센서 패키징.
  9. 제 7항에 있어서,
    매설형 AFRP 또는 CFRP 일체식 FBG 변형률 센서 패키징은, 광섬유센서를 센서 설치홈(22)에 설치한 후 양쪽으로 AFRP 또는 CFRP 복합제편(21)을 설치하고, 표면에는 콘크리트 또는 아스팔트 매설시 부착력을 증대시키기 위하여 에폭시-규사 코팅(24)으로 구성됨을 특징으로 하는 AFRP 또는 CFRP 복합체 일체형 광섬유 변형률 센서 패키징.
KR1020080012916A 2008-02-13 2008-02-13 프리스트레인 인가가 불필요한 에프비지 광섬유 변형률센서 패키징 KR101082467B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080012916A KR101082467B1 (ko) 2008-02-13 2008-02-13 프리스트레인 인가가 불필요한 에프비지 광섬유 변형률센서 패키징

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080012916A KR101082467B1 (ko) 2008-02-13 2008-02-13 프리스트레인 인가가 불필요한 에프비지 광섬유 변형률센서 패키징

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090087590A true KR20090087590A (ko) 2009-08-18
KR101082467B1 KR101082467B1 (ko) 2011-11-11

Family

ID=41206553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080012916A KR101082467B1 (ko) 2008-02-13 2008-02-13 프리스트레인 인가가 불필요한 에프비지 광섬유 변형률센서 패키징

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101082467B1 (ko)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101995226A (zh) * 2010-11-05 2011-03-30 山东大学 新型光纤光栅的多点裂缝监测器
CN108759681A (zh) * 2018-04-28 2018-11-06 中国神华能源股份有限公司 光纤光栅传感器
JP2019105477A (ja) * 2017-12-11 2019-06-27 株式会社高速道路総合技術研究所 プレストレス導入用のｃｆｒｐ緊張材を備えた構造物の損傷・変形を検知する方法およびｃｆｒｐ緊張材
CN110057309A (zh) * 2019-05-21 2019-07-26 衢州学院 一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器及其安装拆卸方法
GB2588068A (en) * 2020-09-11 2021-04-14 Network Integrity Systems Inc Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system by injection of longitudinal strain
CN112697059A (zh) * 2020-12-09 2021-04-23 山东省科学院激光研究所 面向水下松软介质的光纤地形变传感器
CN115045164A (zh) * 2022-04-19 2022-09-13 四川省交通勘察设计研究院有限公司 一种沥青应变计埋设装置及其方法
US11502751B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system organized in a common housing
US11502750B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system protecting multiple fiber runs
US11502749B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system utilizing outgoing communication
US11502748B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system utilizing complex test signal
US11501617B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system
US11515940B2 (en) 2020-09-11 2022-11-29 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system
CN118654712A (zh) * 2024-08-21 2024-09-17 西北工业大学 一种高温光纤f-p腔mems传感器封装装置及其热应力隔离封装方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101334555B1 (ko) * 2012-06-14 2013-11-28 한국기초과학지원연구원 초전도 물성 측정을 위한 스트레인 인가장치
KR101529610B1 (ko) * 2014-07-04 2015-06-30 한국표준과학연구원 민감도가 제어된 fbg 탐촉자, fbg 탐촉자 센싱 시스템 및 그 센싱방법과 제조방법
CN104677302B (zh) * 2015-03-24 2017-11-24 北京航空航天大学 一种基于光纤光栅的三维传感器及其传感器主体
CN105043344B (zh) * 2015-07-10 2018-02-23 镇江绿材谷新材料科技有限公司 一种基于连续纤维复合型材的沉降分布监测系统及监测方法
CN106840018A (zh) * 2016-11-02 2017-06-13 北京信息科技大学 一种光纤光栅应变传感器封装方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100730387B1 (ko) 2006-11-15 2007-06-19 주식회사 파이버프로 변형률 측정용 광섬유 격자 센서

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101995226A (zh) * 2010-11-05 2011-03-30 山东大学 新型光纤光栅的多点裂缝监测器
JP2019105477A (ja) * 2017-12-11 2019-06-27 株式会社高速道路総合技術研究所 プレストレス導入用のｃｆｒｐ緊張材を備えた構造物の損傷・変形を検知する方法およびｃｆｒｐ緊張材
CN108759681A (zh) * 2018-04-28 2018-11-06 中国神华能源股份有限公司 光纤光栅传感器
CN110057309A (zh) * 2019-05-21 2019-07-26 衢州学院 一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器及其安装拆卸方法
CN110057309B (zh) * 2019-05-21 2024-02-09 衢州学院 一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法
US11631308B2 (en) 2020-09-11 2023-04-18 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system by injection of longitudinal strain
US11502748B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system utilizing complex test signal
GB2588068A (en) * 2020-09-11 2021-04-14 Network Integrity Systems Inc Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system by injection of longitudinal strain
US11515940B2 (en) 2020-09-11 2022-11-29 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system
US11502751B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system organized in a common housing
US11502750B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system protecting multiple fiber runs
US11502749B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system utilizing outgoing communication
GB2588068B (en) * 2020-09-11 2021-11-03 Network Integrity Systems Inc A method for verifying operation of an optical fiber monitoring system
US11501617B2 (en) 2020-09-11 2022-11-15 Network Integrity Systems, Inc. Test device for verifying operation of an optical fiber monitoring system
CN112697059A (zh) * 2020-12-09 2021-04-23 山东省科学院激光研究所 面向水下松软介质的光纤地形变传感器
CN112697059B (zh) * 2020-12-09 2022-05-31 山东省科学院激光研究所 面向水下松软介质的光纤地形变传感器
CN115045164A (zh) * 2022-04-19 2022-09-13 四川省交通勘察设计研究院有限公司 一种沥青应变计埋设装置及其方法
CN115045164B (zh) * 2022-04-19 2024-04-26 四川省交通勘察设计研究院有限公司 一种沥青应变计埋设装置及其方法
CN118654712A (zh) * 2024-08-21 2024-09-17 西北工业大学 一种高温光纤f-p腔mems传感器封装装置及其热应力隔离封装方法
CN118654712B (zh) * 2024-08-21 2024-10-25 西北工业大学 一种高温光纤f-p腔mems传感器封装装置及其热应力隔离封装方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101082467B1 (ko) 2011-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101082467B1 (ko) 프리스트레인 인가가 불필요한 에프비지 광섬유 변형률센서 패키징
KR101889977B1 (ko) 광섬유 격자센서를 이용한 변위 측정장치 및 그의 감도 및 내구성 조절방법
Schroeder et al. A fibre Bragg grating sensor system monitors operational load in a wind turbine rotor blade
US20060153490A1 (en) Passive athermal fiber bragg grating strain gage
EP1124112A2 (en) Optical fiber sensor
KR101529610B1 (ko) 민감도가 제어된 fbg 탐촉자, fbg 탐촉자 센싱 시스템 및 그 센싱방법과 제조방법
CN101275916B (zh) 分布式无滑移光纤应变传感器及其制造方法
CN103105138A (zh) 一种光纤光栅应变灵敏度的校准装置和方法
KR20060003850A (ko) 미세조정이 가능한 어댑터 타입의 광섬유격자 센서용고정구
KR20060014042A (ko) 브래그 격자 광섬유를 이용하는 단축 열적 및/또는 기계적변형 측정 장치, 시스템, 및 방법
KR101253288B1 (ko) 광섬유 격자 센서를 이용한 변화량 감지 장치 및 그 측정 방법
JP2004500570A (ja) 応力を測定する光ファイバ・デバイス
CN106546182B (zh) 一种倾斜结构的耐高温光纤光栅应变传感器
KR100730387B1 (ko) 변형률 측정용 광섬유 격자 센서
KR20130052113A (ko) 반도체형 스트레인 게이지를 이용한 변형 측정 장치
KR100793857B1 (ko) 피 계측부재와 일체화가 가능한 광섬유센서 고정 장치를이용한 계측시스템
KR20050107383A (ko) 미세조정이 가능한 광섬유 격자 센서용 고정구
CN104279974A (zh) 一种分体式光纤应变传感器组件
KR20210142082A (ko) 광섬유격자센서를 이용한 비탈면 변위 측정장치
Fisser et al. Method for $ In-Situ $ Strain Transfer Calibration of Surface Bonded Fiber Bragg Gratings
JP4865423B2 (ja) 光ファイバセンサおよびそれを用いた歪み測定方法
Choi et al. Analytical models for estimation of the maximum strain of beam structures based on optical fiber Bragg grating sensors
US20060159385A1 (en) Extensometer comprising a flexible sensing element and bragg gratings
Roths et al. Determination of strain sensitivity of free fiber Bragg gratings
KR200374752Y1 (ko) 변형률 측정용 광섬유 격자 센서

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141104

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151103

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171106

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181105

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191202

Year of fee payment: 9