KR20110006758A - 변형률을 감지하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 분해능과 우수한 신뢰성을 갖는 광섬유격자(FBG ; Fiber Bragg Grating )를 이용한 변형률을 감지하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 내부의 공간이 형성되고 양단부가 개구되고 체결부재(3)에 의해 압박고정된 보호관(1); 상기 보호관(1)의 양단부에 결합되는 고정대(6); 상기 보호관(1)의 내부 중앙에 일직선으로 삽입되는 광섬유 및 광섬유격자센서; 상기 고정대(6)에 형성되며 내면에 홈을 갖는 상판부(4) 및 하판부(5); 상기 보호관(1)의 외부에 결합되며 상기 상판부(4) 및 하판부(5)의 홈에 삽입되는 볼(7)을 포함하여 구성된다.

변형율, 감지, 광섬유, 센서

Description

변형률을 감지하는 장치{FBG STRAIN SENSOR}

본 발명은 높은 분해능과 우수한 신뢰성을 갖는 광섬유격자(FBG ; Fiber Bragg Grating )를 이용한 변형률을 감지하는 장치에 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 변형률을 감지하는 장치에 관한 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.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 계측표면이 수평이 아닌 곡률이거나 또는 바닥이 좌우로 뒤틀리고 계측거리에 오차가 있을 경우에도 용이하게 설치될 수 있도록 한 변형률을 감지하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은

내부의 공간이 형성되고 양단부가 개구되고 체결부재(3)에 의해 압박고정된 보호관;

상기 보호관의 외면 상,하부에 결합되는 고정대;

상기 보호관의 내부 중앙에 일직선으로 삽입되는 광섬유 및 광섬유격자센서;

상기 고정대에 형성되며 내면에 홈을 갖는 상판부 및 하판부;

상기 보호관의 외부에 결합되며 상기 상판부 및 하판부의 홈에 삽입되는 볼;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 광섬유격자 변형률센서에 의해 달성된다.

상기 볼은 한 측면이 개방된 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 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 고정대과 고정대이 자리를 잡으므로 센서 고유의 감도를 유지시켜주며, 센서 설치시 불필요한 외력이 작용하지 않아 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치를 나타낸 도면 대용 사진, 도 2는 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 좌측을 확대한 도면 대용 사진, 도 3은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 곡면이 있는 곳에 설치시의 구성을 나타낸 도면 대용 사진, 도 4는 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 좌우 비대칭 설치시의 구성을 나타낸 도면 대용 사진, 도 5는 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 좌측 내부 결합 구조를 나타낸 도면 대용 사진, 도 6은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 고정대, 볼, 고정판 결합 구조를 나타낸 도면 대용 사진, 도 7은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 설치시 계측거리 오차 보상을 위한 볼 위치의 이동을 나타낸 도면 대용 사진, 도 8은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치토목구조물에 연속설치되는 설치 예를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 8에 나타낸 바와 같이

본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치는

내부의 공간이 형성되고 양단부가 개구되고 체결부재(3)에 의해 압박고정된 보호관(1);

상기 보호관(1)의 양단부에 결합되는 고정대(6);

상기 보호관(1)의 내부 중앙에 일직선으로 삽입되는 광섬유 및 광섬유격자센서;

상기 고정대(6)에 형성되며 내면에 홈을 갖는 상판부(4) 및 하판부(5);

상기 보호관(1)의 외부에 결합되며 상기 상판부(4) 및 하판부(5)의 홈에 삽입되는 볼(7)

을 포함하여 구성된다.

상기 고정대(6)과 고정대 사이에 보호관(1)이 고정대에 삽입된 상태로 나 사(3)에 의해 압박고정되며, 광섬유격자센서는 보호관(1)의 내부 중앙에 일직선으로 위치하고 광섬유격자센서의 양쪽 면이 한 쌍의 고정대(6) 내부에 인장된 상태로 고착제에 의해 고정된다.

고정대(6)의 외부에 내부가 관통되고 한 측면이 개방된 볼(7)을 구비하여 고정대을 삽입하고, 볼의 외부에는 볼의 외경과 내접하는 상판부(4), 하판부(5)를 구성한다.

이때 하판부에는 피측정 대상물과 결합할 수 있는 체결부(8)를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 설치는 상기와 같이 구비한 후 한 쌍의 하판부(5)를 계측하고자 하는 측정 대상물에 측정하고자 하는 계측 거리만큼 이격 후 하판부(5)를 피측정 대상물에 설치한다.

그리고 볼(7)이 삽입된 고정대(6) 양단을 하판부(5)에 안착하고 상판부(4)를 덮은 후 체결볼트(2)를 조여주면 하판부(5)의 수평도에 따라서 볼(7)이 상·하, 좌·우로 움직여서 자연스럽게 수평을 잡게 되고, 계측거리(B)의 오차는 볼의 내부에 삽입된 고정대(6)이 전·후 로 이동하여 계측거리를 하판부(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 고정대을 압박고정하여 더 이상 이동이 발생하지 않도록 고정하는 역할을 한다.

볼(7)은 일종의 관절역할을 하며, 볼의 한쪽 측면을 개방(7a)하는 것은 체결 볼트(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 하판부(5)를 도 8의 ⊥형 고정대 하부(5t)로 치환하여, 설치 측정하면 동일 지점 및 동일선상의 변형을 오차 없이 연속적으로 계측할 수 있는 방법을 제공한다.

다음은 도 8을 바탕으로 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 연속설치를 간단히 설명하도록 하며 도면에 미 도시된 부분은 상기에서 설명한 부분과 일치하므로 상기 설명을 참조하는 것이 바람직하다.

고정대(6)과 고정대 사이에 보호관(1)이 고정대에 삽입된 상태로 나사(3)에 의해 압박고정되며, 광섬유격자센서는 보호관(1)의 내부 중앙에 일직선으로 위치하고 광섬유격자센서의 양쪽 면이 한 쌍의 고정대(6) 내부에 인장된 상태로 고착제에 의해 고정되고 광섬유격자 변형률센서 감지부를 구성한다.

고정대(6)의 외부에 내부가 관통되고 한 측면이 개방된 볼(7)을 구비하여 고정대을 삽입하고, 볼의 외부에는 볼의 외경과 내접하는 상판부(4), ⊥형 하판부(5t)를 구성한다.

이때 하판부에는 피측정 대상물과 결합할 수 있는 체결부(8)를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 설치는 상기와 같이 구비한 후 한 쌍의 하판부(5t)를 계측하고자 하는 측정 대상물에 측정하고자 하는 계측 거리만큼 이격 후 ⊥형 하판부(5t)를 피측정 대상물에 설치한다.

그리고 볼(7)이 삽입된 고정대(6) 양단을 ⊥형 하판부(5t)에 안착하고 상판부(4)를 덮은 후 체결볼트(2)를 조여주면 ⊥형 하판부(5t)의 수평도에 따라서 볼(7)이 상·하, 좌·우로 움직여서 자연스럽게 수평을 잡게 되고, 계측거리(B)의 오차는 볼의 내부에 삽입된 고정대(6)이 전·후 로 이동하여 계측거리를 ⊥형 하판부(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 고정대을 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 하판부(5t)에 반복적으로 위 작업을 수행하면 동일 축상에 광섬유격자 변형률센서를 연속적으로 설치하는 방법이다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구 의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치를 나타낸 도면 대용 사진,

도 2는 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 좌측을 확대한 도면 대용 사진.

도 3은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 곡면이 있는 곳에 설치시의 구성을 나타낸 도면 대용 사진.

도 4는 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 좌우 비대칭 설치시의 구성을 나타낸 도면 대용 사진.

도 5는 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 좌측 내부 결합 구조를 나타낸 도면 대용 사진.

도 6은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 고정대, 볼, 고정판 결합 구조를 나타낸 도면 대용 사진.

도 7은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치의 설치시 계측거리 오차 보상을 위한 볼 위치의 이동을 나타낸 도면 대용 사진.

도 8은 본 발명에 따른 변형률을 감지하는 장치토목구조물에 연속설치되는 설치 예를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

A : 본 발명에 의한 광섬유격자센서 변형률센서

B : 계측대상물의 계측거리

1 : 보호관 2 : 고정판, 볼, 고정대 결합나사

3 : FBG 센서 보호 및 셋팅 유지용 나사

4 : 상판부 4a: 상판부의 볼 안착 홈

5 : 하판부 5a: 볼의 안착면

5t: ⊥형 하판부 6 : 고정대

7 : 볼 7a: 볼의 개방 면

8 : 고정판과 계측대상물의 체결부

Claims (2)

1. 내부의 공간이 형성되고 양단부가 개구되고 체결부재(3)에 의해 압박고정된 보호관(1);

   상기 보호관(1)의 양단부에 결합되는 고정대(6);

   상기 보호관(1)의 내부 중앙에 일직선으로 삽입되는 광섬유 및 광섬유격자센서;

   상기 고정대(6)에 형성되며 내면에 홈을 갖는 상판부(4) 및 하판부(5);

   상기 보호관(1)의 외부에 결합되며 상기 상판부(4) 및 하판부(5)의 홈에 삽입되는 볼(7);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 변형률을 감지하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 볼(7)은 한 측면이 개방(7a)된 형태인 것을 특징으로 하는 변형률을 감지하는 장치.

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