KR20110123307A - 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 ｆｂｇ센서, 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 ｆｂｇ센서, 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 ｆｂｇ센서 제작 장치 및 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 ｆｂｇ센서 제작 방법 - Google Patents
주름형 판형스프링 고정체를 갖는 ｆｂｇ센서, 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 ｆｂｇ센서, 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 ｆｂｇ센서 제작 장치 및 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 ｆｂｇ센서 제작 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 주름형 판형스프링과 상기 주름형 판형스프링 양측 단부에 형성되는 제1고정부 및 제2고정부의 일측 면에 형성되는 슬릿 사이로 FBG센서가 형성된 광섬유 케이블을 지나가게 하고, 프리스트레인을 주어 텐션이 가해진 상기 광섬유 케이블의 양측을 광섬유 고정 접착제로 제1고정부 및 제2고정부에 형성되는 슬릿에 고정함으로써, 인장과 압축을 모두 측정할 수 있는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서와 동일한 두 개의 센서가 상호 연결됨으로써, 2축의 변형률을 측정할 수 있는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서를 제작하는 센서 제작 장치와 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서와 동일한 두 개의 센서가 상호 연결됨으로써, 2축의 변형률을 측정할 수 있는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서를 제작하는 센서 제작 장치와 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 주름형 판형스프링과 상기 주름형 판형스프링 양측 단부에 형성되는 제1고정부 및 제2고정부의 일측 면에 형성되는 슬릿 사이로 FBG센서가 형성된 광섬유 케이블을 지나가게 하고, 프리스트레인을 주어 텐션이 가해진 상기 광섬유 케이블의 양측을 광섬유 고정 접착제로 제1고정부 및 제2고정부에 형성되는 슬릿에 고정함으로써, 인장과 압축을 모두 측정할 수 있는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서와 동일한 두 개의 센서가 상호 연결됨으로써, 2축의 변형률을 측정할 수 있는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서를 제작하는 센서 제작 장치와 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법에 관한 것이다.
FBG(Fiber Bragg Gratings) 센서, 즉 광섬유 브래그(Bragg)격자 센서란, 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 일정한 길이에 따라 새긴 후, 온도나 강도 등의 외부의 조건변화에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서이다.
일반적으로 광섬유 코어에는 클래딩보다 굴절률을 높이기 위하여 보통 게르마늄(Ge) 물질이 첨가되는데, 이 물질이 실리카 유리에 안착하는 과정에서 구조 결함(defect)이 생길 수 있다.
이런 경우, 광섬유 코어에 강한 자외선을 조사하면, 게르마늄의 결합구조가 변형되면서 광섬유의 굴절률이 변화된다.
광섬유 브래그 격자는 이러한 현상을 이용하여 광섬유 코어의 굴절률을 주기적으로 변화시킨 것을 말한다.
이 격자는 브래그 조건을 만족하는 파장만을 반사하고, 그 외의 파장은 그대로 투과시키는 특징을 갖는다.
격자의 주변 온도가 바뀌거나 격자에 인장이 가해지면, 광섬유의 굴절률이나 길이가 변화되므로 반사되는 빛의 파장이 변화된다.
따라서 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장을 측정함으로써 온도나 인장, 또는 압력, 구부림 등을 감지할 수 있다.
또한, FBG센서에는 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 격자가 사용되는데, 이 경우 각 격자의 반사 파장을 모두 다르게 함으로써, 반사된 빛의 스펙트럼으로부터 특정 격자가 겪는 물리량을 쉽게 구분할 수 있다.
FBG센서의 가장 큰 응용 중에 하나는 구조물의 상태를 진단하는 것이다.
교량, 댐, 건축물 등의 제작 시에 콘크리트 내부에 FBG센서를 포설하고, 구조물 내부의 인장 분포나 구부림 정도 등을 감지하여 구조물의 안전 상태를 진단할 수 있다.
FBG센서는 또한 항공기나 헬리콥터 등의 날개 상태 진단 등에도 응용되고 있다.
이와 같이 FBG센서는, 센서 자체가 고유한 파장 값을 가지므로 각종 구조물의 초기 값 대비 누적변형을 측정할 수 있으며, 전자 유도의 영향이 없어, 잡음이 없고 신뢰성과 계측 정밀도의 향상이 가능하다.
또한 광섬유 내에 서로 다른 간격을 가지는 브래그 격자를 여러 개 형성할 수 있으므로, 한 가닥의 광섬유 케이블에 최대 30개 정도의 센서를 종속 접속할 수 있으며, 한 개의 센서로 화재 감지(온도 센서), 침입자 감지, 토목구조물의 건전성 감시 등 여러 기능을 동시에 수행할 수 있다.
또한 광섬유 센서 방식은 전기식에 비해 측정거리를 10배 이상으로 연장할 수 있으며, 낙뢰의 영향이 없고 고전압, 강자계 환경에서도 사용이 가능하고, 기본적으로 방폭 성능을 구비하고 있으며, 전기식의 경우 배선의 열화, 단락 등으로 발화의 위험 상존하는 것과는 달리 녹슬거나 부식이 없고, 내구성이 높으며, 발화위험이 없어 석유화학 등의 중요 플랜트 내에서도 안전하게 사용할 수 있는 등의 여러 장점이 있다.
그런데, 종래의 광섬유 센서는 변형률 측정을 위해 구조물 표면에 직접 부착될 경우, 구조물 표면의 특정 부위에 하중 집중 이상이 생겨 광섬유 센서의 좌·우 측에 걸리는 스트레인이 급격한 차이를 보이게 되면 변형률 측정이 제대로 되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 광섬유 센서가 구조물 표면의 접촉면에서 생기는 마찰 때문에 피복이 벗겨져 게이지 랭스(gage length)구간의 파손으로 측정오류가 생기는 문제점이 있었다.
종래의 또 다른 광섬유 센서는 인장 압축을 동시에 측정하기 위해 센서를 구조물에 부착하기 전에 광섬유 센서에 프리스트레인을 인위적으로 인가하여야 하기 때문에, 부착 이전에 광섬유센서에 프리스트레인을 가하고 광섬유센서 인장 고정나사에 의하여 고정한 상태에서 센서를 부착하고, 광섬유센서 인장 고정나사를 제거함으로써 구조물의 변형률이 바로 광섬유센서에 전달될 수 있도록 구성된다.
그러나 프리스트레인을 인위적으로 인가하는 방식은 현장에서 센서 부착이전 또는 부착하면서 프리스트레인을 인가하여야 하기 때문에 현장에서 반드시 데이터 측정 장치가 필요하고, 프리스트레인 양을 데이터 측정 장치를 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 불편하다는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 변형률을 측정하기 위한 구조물과의 직접적인 접촉 마찰로 인한 파손으로 측정오류를 방지하고, 인장과 압축을 모두 측정할 수 있는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서를 제공하는 것이다.
또한, 변형률을 측정하기 위한 구조물에 부착하거나 부착 전에 현장에서 무리하게 프리스트레인을 인가하여 센서가 손상되거나 작업자의 숙련도에 따라 정확도가 떨어지는 문제점을 개선하고, 구조물에 설치가 간편한 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서를 제공하는 것이다.
또한, 1축 뿐만 아니라 2축의 변형률을 측정할 수 있는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서와 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서를 제작하는 장치 및 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 FBG센서(110);일정 너비와 두께를 가지며, 너비방향으로 상·하 절곡이 반복적으로 형성되는 주름 형상의 주름형 판형스프링(120); 상기 주름형 판형스프링(120)의 양측 단부가 고정되도록 상기 주름형 판형스프링(120)의 양측 단부에 일체형으로 형성되는 제1고정부(130) 및 제2고정부(140); 상기 제1고정부(130) 일측 단부에서부터 상기 제2고정부(140) 타측 단부까지 상기 주름형 판형스프링(120)의 인장 압축 방향과 나란하도록 상기 주름형 판형스프링(120)과 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)의 일측 면이 내측으로 파여 틈새가 형성되는 슬릿(150); 상기 FBG센서(110)가 내부 일정 영역에 형성되며, 상기 슬릿(150) 사이로 지나가며 양측이 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 상기 슬릿(150)에 고정되는 광섬유 케이블(160); 을 포함하여 형성되되, 상기 광섬유 케이블(160)의 양측은 상호 반대방향으로 당겨져 텐션이 가해진 채로 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 슬릿(150)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 상기 주름형 판형스프링(120)과 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)는 폴리머 또는 얇은 스틸 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 상기 슬릿(150)의 깊이는 상기 광섬유 케이블(160)의 두께보다 깊게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서(2)는 제1항의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)와 동일한 제1FBG센서(210); 제1항의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)와 동일한 제2FBG센서(220); 상기 제1FBG센서(210)의 제1고정부(130)와 제2 고정부(140) 중 어느 하나와 상기 제2FBG센서(220)의 제1고정부(130)와 제2고정부(140) 중 어느 하나가 일체형으로 연결되는 센서 연결부(230); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서(2)는 상기 제1FBG센서(210)와 상기 제2FBG센서(220)가 서로 수직으로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치(3)는 상기 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 의한 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치(3)에 있어서, 상기 제1고정부(130)를 고정하는 제1고정지그(310); 상기 제2고정부(140)를 고정하는 제2고정지그(320); 상기 제2고정지그(320)를 1축으로 직선 이동시키도록 상기 제2고정지그(320)에 연결되는 이동 스테이지(330); 상기 제2고정지그(320)의 1축 직선 이동을 안내하기 위한 직선이동 가이드(340); 및 상기 제2고정지그(320)의 1축 직선 이동거리를 조정할 수 있도록 상기 이동 스테이지(330)와 연결되어 설치되는 마이크로미터(350); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법(4)은 상기 제6항의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치(3)를 이용하여 상기 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 의한 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법(4)에 있어서, 상기 주름형 판형스프링(120)의 상기 제1고정부(130)를 상기 제1고정지그(310)에 고정하고 상기 제2고정부(140)를 상기 제2고정지그(320)에 고정하는 단계(S1); 상기 제2고정지그(320)를 상기 제1고정지그(310) 측으로 1축 직선 이동하여 상기 주름형 판형스프링(120)을 압축 변형 하는 단계(S2); 상기 광섬유 케이블(160)을 상기 슬릿(150)에 삽입하는 단계(S3); 광섬유 고정 접착제를 이용하여 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 슬릿(150)에 상기 광섬유 케이블(160)의 양측을 고정하는 단계(S4); 및 상기 광섬유 케이블(160)을 고정하는 광섬유 고정 접착제가 경화된 후, 상기 제2고정지그(320)를 상기 제1고정지그(320) 측 반대방향으로 직선 이동하여 상기 주름형 판형스프링(120)의 압축 변형을 풀어주는 단계(S5); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서는 변형률을 측정하기 위한 구조물과의 직접적인 접촉 마찰로 인한 파손으로 측정오류를 방지하고, 인장과 압축을 모두 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서는 변형률을 측정하기 위한 구조물에 부착하거나 부착 전에 현장에서 무리하게 프리스트레인을 인가할 필요가 없으므로 센서가 잘 손상되지 않으며, 구조물에 설치가 간편하고, 협소한 공간에도 설치가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서는 프레스 공법을 이용해 찍어낸 후, 에칭으로 슬릿을 형성하는 간편한 공정을 통해 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.
도 1 및 도2는 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서의 평면도
도 3은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서의 사시도
도 4 및 도 5는 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서의 평면도
도 6은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치의 평면도
도 7은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법을 나타낸 순서도
도 3은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서의 사시도
도 4 및 도 5는 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서의 평면도
도 6은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치의 평면도
도 7은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법을 나타낸 순서도
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1 및 도2는 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서의 사시도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치의 평면도이며, 도 7은 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 크게, FBG센서(110), 상기 FBG센서(110)가 형성된 광섬유 케이블(160), 주름형 판형스프링(120), 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)를 포함하여 형성된다.
상기 주름형 판형스프링(120)은 일정 너비와 두께를 가지며, 너비방향으로 상·하 절곡이 반복적으로 형성된다.
상기 주름형 판형스프링(120)은 유연도가 높다는 장점이 있다.
상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)는 상기 주름형 판형스프링(120)의 양측 단부가 고정되도록 상기 주름형 판형스프링(120)의 양측 단부에 일체형으로 형성된다.
상기 제1고정부(130) 일측 단부에서부터 상기 주름형 판형스프링(120)을 거쳐 상기 제2고정부(140) 타측 단부까지는 상기 주름형 판형스프링(120)의 인장 압축 방향과 나란하도록 상기 주름형 판형스프링(120)과 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)의 일측 면이 내측으로 파인 틈새형 슬릿(150)이 형성된다.
상기 광섬유 케이블(160) 내부 일정 영역에는 상기 FBG센서(110)가 형성되며, 상기 광섬유 케이블(160)은 상기 슬릿(150) 사이로 지나가며 양측이 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 상기 슬릿(150)에 고정된다.
이 때, 상기 광섬유 케이블(160)의 양측은 상호 반대 방향으로 당겨져 텐션이 가해진 채로 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 슬릿(150)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 주름형 판형스프링(120), 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)는 폴리머 또는 얇은 스틸 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
구조물의 변형률 측정을 위해 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)를 구조물 표면에 부착하기 위해서는 접착제를 이용하거나 또는 용접(Spot welding)을 한다.
본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 폴리머로 제작될 경우에는 접착제를 이용하며, 얇은 스틸 재질을 이용해 제작될 경우에는 용접으로 구조물 표면에 부착된다.
구조물 표면에 부착될 경우, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)의 접착면은 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)의 슬릿(150)이 형성되는 일측 면으로 하는 것이 바람직하다.
상기 슬릿(150)의 깊이는 상기 광섬유 케이블(160)의 두께보다 깊게 형성되는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 상기 광섬유 케이블(160)의 직경은 125㎛정도이며, 광섬유 표면보호용 폴리이미드(polyimide) 코팅이 되었을 경우 직경이 250㎛정도이므로 상기 슬릿(150)의 깊이는 250㎛이상이 되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 광섬유 케이블(160)은 상기 슬릿(150)이 형성되는 틈새 사이로 삽입되어 지나가므로 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)의 슬릿(150)이 형성되는 일측 면이 구조물 표면에 접착되더라도 구조물 표면과의 직접적인 마찰이 일어나지 않는다.
본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서(2)는 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)와 동일한 제1FBG센서(210), 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)와 동일한 제2FBG센서(220), 상기 제1FBG센서(210)의 제1고정부(130)와 제2고정부(140) 중 어느 하나와 상기 제2FBG센서(220)의 제1고정부(130)와 제2고정부(140) 중 어느 하나가 일체형으로 연결되는 센서 연결부(230)를 포함하여 형성된다.
본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서(2)는 광섬유 커넥터 또는 광섬유 융착을 통해 상기 제1FBG센서(210)와 상기 제2FBG센서(220)가 연결된다.
도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 제1FBG센서(210)와 상기 제2FBG센서(220)가 서로 수직으로 배열되도록 연결될 수 있으며 광섬유의 굽힘에 따른 광손실을 막기 위해 두 개의 FBG센서가 90도로 꺾이는 센서 연결부(230)를 통과하는 광섬유는 완만한 곡률을 갖도록 경로를 구성 한다 .
이런 경우, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서(2)는 X-Y축을 이루며, 2축으로의 변형률 측정이 가능하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)를 제작하는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치(3)는 크게 제1고정지그(310), 제2고정지그(320), 이동 스테이지(330), 직선이동 가이드(340) 및 마이크로미터(350)로 구성된다.
상기 제1고정지그(310)는 상기 제1고정부(130)를 고정하고, 상기 제2고정지그(320)는 상기 제2고정부(140)를 고정한다.
상기 이동 스테이지(330)는 상기 제2고정지그(320)를 1축으로 직선 이동시키도록 상기 제2고정지그(320)에 연결된다.
상기 직선이동 가이드(340)는 상기 제2고정지그(320)의 1축 직선 이동을 안내하며, 상기 제1고정지그(310)와 상기 제2고정지그(320) 사이에 일직선으로 상호 연결되어 형성될 수 있다.
상기 마이크로미터(350)는 상기 제2고정지그(320)의 직선 이동거리를 조정하여 압축 및 인장 범위를 조정할 수 있도록 상기 이동 스테이지(330)와 연결되어 설치된다.
본 발명의 센서 제작 장치는 상술한 바와 같은 형태로 한정 짓지 않으며, 상기 제1고정부 및 상기 제2고정부를 고정하고, 상기 제2고정부를 1축으로 일정거리 직선이동 할 수 있다면 보다 효율적인 것으로 얼마든지 변형 실시가 가능하다.
상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치(3)를 이용하여 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법(4)은 아래와 같다.
먼저, 상기 제1고정부(130)를 상기 제1고정지그(310)에 고정하고 상기 제2고정부(140)를 상기 제2고정지그(320)에 고정한다(S1).
그 다음, 상기 제2고정지그(320)를 상기 제1고정지그(310) 측으로 직선 이동하여 상기 주름형 판형스프링(120)을 압축 변형한다(S2).
그 다음, 상기 광섬유 케이블(160)을 상기 슬릿(150)에 삽입한다(S3).
그 다음, 광섬유 고정 접착제를 이용하여 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 슬릿(150)에 상기 광섬유 케이블(160)의 양측을 고정한다(S4).
마지막으로, 상기 광섬유 케이블(160)을 고정하는 광섬유 고정 접착제가 경화된 후, 상기 제2고정지그(320)를 상기 제1고정지그(310) 측 반대방향으로 직선 이동하여 상기 주름형 판형스프링(120)의 압축 변형을 풀어준다(S5).
이에 따라, 상기 광섬유 케이블(160)은 텐션이 가해진 채로 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 고정되어 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 압축 및 인장 변형률 측정이 가능하다.
이 때, 상기 주름형 판형스프링(120)의 압축변형과 인장변형은 탄성범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 이루어져야 하므로, 상기 주름형 판형스프링(120)의 인장 및 압축변형이 용이하도록 상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치(3)의 마이크로미터(150)에 스토퍼(stopper)를 추가로 설치할 수 있다.
상기 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 프레스 공법으로 찍어낸 후 에칭으로 슬릿(150)을 형성하는 간편한 방법으로 제작 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.
또, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 변형률을 측정하기 위한 구조물과의 직접적인 접촉 마찰로 인한 파손으로 측정오류를 방지하고, 인장과 압축을 모두 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)는 변형률을 측정하기 위한 구조물에 부착하거나 부착 전에 현장에서 무리하게 프리스트레인을 인가할 필요가 없으므로 센서가 잘 손상되지 않으며, 구조물에 설치가 간편하고, 협소한 공간에도 설치가 가능하다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서
2 : 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서
3 : 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치
4 : 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법
110 : FBG센서
120 : 주름형 판형스프링
130 : 제1고정부
140 : 제2고정부
150 : 슬릿
160 : 광섬유 케이블
210 : 제1FBG센서
220 : 제2FBG센서
230 : 센서연결부
310 : 제1고정지그
320 : 제2고정지그
330 : 이동 스테이지
340 : 직선이동 가이드
350 : 마이크로미터
2 : 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서
3 : 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치
4 : 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법
110 : FBG센서
120 : 주름형 판형스프링
130 : 제1고정부
140 : 제2고정부
150 : 슬릿
160 : 광섬유 케이블
210 : 제1FBG센서
220 : 제2FBG센서
230 : 센서연결부
310 : 제1고정지그
320 : 제2고정지그
330 : 이동 스테이지
340 : 직선이동 가이드
350 : 마이크로미터
Claims (7)
- FBG센서(110);
일정 너비와 두께를 가지며, 너비방향으로 상·하 절곡이 반복적으로 형성되는 주름 형상의 주름형 판형스프링(120);
상기 주름형 판형스프링(120)의 양측 단부가 고정되도록 상기 주름형 판형스프링(120)의 양측 단부에 일체형으로 형성되는 제1고정부(130) 및 제2고정부(140);
상기 제1고정부(130) 일측 단부에서부터 상기 제2고정부(140) 타측 단부까지 상기 주름형 판형스프링(120)의 인장 압축 방향과 나란하도록 상기 주름형 판형스프링(120)과 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)의 일측 면이 내측으로 파여 틈새가 형성되는 슬릿(150);
상기 FBG센서(110)가 내부 일정 영역에 형성되며, 상기 슬릿(150) 사이로 지나가며 양측이 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 상기 슬릿(150)에 고정되는 광섬유 케이블(160);
을 포함하여 형성되되,
상기 광섬유 케이블(160)의 양측은 상호 반대방향으로 당겨져 텐션이 가해진 채로 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 슬릿(150)에 고정되는 것을 특징으로 하는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서.
- 제 1항에 있어서,
상기 주름형 판형스프링(120)과 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)는 폴리머 또는 얇은 스틸 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서.
- 제 2항에 있어서,
상기 슬릿(150)의 깊이는 상기 광섬유 케이블(160)의 두께보다 깊게 형성되는 것을 특징으로 하는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서.
- 제1항의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)와 동일한 제1FBG센서(210);
제1항의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서(1)와 동일한 제2FBG센서(220);
상기 제1FBG센서(210)의 제1고정부(130)와 제2 고정부(140) 중 어느 하나와 상기 제2FBG센서(220)의 제1고정부(130)와 제2고정부(140) 중 어느 하나가 일체형으로 연결되는 센서 연결부(230);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서.
- 제4항에 있어서,
상기 제1FBG센서(210)와 상기 제2FBG센서(220)가 서로 수직으로 배열되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 2축 FBG센서.
- 상기 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 의한 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치(3)에 있어서,
상기 제1고정부(130)를 고정하는 제1고정지그(310);
상기 제2고정부(140)를 고정하는 제2고정지그(320);
상기 제2고정지그(320)를 1축으로 직선 이동시키도록 상기 제2고정지그(320)에 연결되는 이동 스테이지(330);
상기 제2고정지그(320)의 1축 직선 이동을 안내하기 위한 직선이동 가이드(340); 및
상기 제2고정지그(320)의 1축 직선 이동거리를 조정할 수 있도록 상기 이동 스테이지(330)와 연결되어 설치되는 마이크로미터(350); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치.
- 상기 제6항의 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 장치(3)를 이용하여 상기 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 의한 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법(4)에 있어서,
상기 주름형 판형스프링(120)의 상기 제1고정부(130)를 상기 제1고정지그(310)에 고정하고 상기 제2고정부(140)를 상기 제2고정지그(320)에 고정하는 단계(S1);
상기 제2고정지그(320)를 상기 제1고정지그(310) 측으로 1축 직선 이동하여 상기 주름형 판형스프링(120)을 압축 변형 하는 단계(S2);
상기 광섬유 케이블(160)을 상기 슬릿(150)에 삽입하는 단계(S3);
광섬유 고정 접착제를 이용하여 상기 제1고정부(130) 및 제2고정부(140)에 형성되는 슬릿(150)에 상기 광섬유 케이블(160)의 양측을 고정하는 단계(S4); 및
상기 광섬유 케이블(160)을 고정하는 광섬유 고정 접착제가 경화된 후, 상기 제2고정지그(320)를 상기 제1고정지그(320) 측 반대방향으로 직선 이동하여 상기 주름형 판형스프링(120)의 압축 변형을 풀어주는 단계(S5); 를 포함하는 주름형 판형스프링 고정체를 갖는 FBG센서 제작 방법.
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