KR20120097270A - 센서 고정장치 및 고정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 고정장치 및 고정방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 센서 고정장치는 부재에 놓여진 센서; 상기 센서를 덮는 균일한 두께의 함수 부재; 및 상기 함수 부재에 흡수된 접착물질을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 센서 고정방법은 부재에 센서를 배열하는 단계; 상기 센서 위에 함수 부재를 덮는 단계; 상기 함수 부재에 접착물질을 스며들게 하는 단계; 및 상기 접착물질을 경화시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 센서를 블레이드에 고정(본딩)할 때 센서에 도포된 접착제층(본딩층)의 두께가 균일하게 된다. 이로 인하여, 블레이드의 변형과 함께 상기 센서가 변형될 때 센서에 변형이 잘 전달된다.

Description

센서 고정장치 및 고정방법{APPARATUS FOR FIXING SENSER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 센서 고정장치 및 고정방법에 관한 것이다.
구조물 건전성 검사 기술은 사용중인 구조물의 상태를 검사하여 구조물의 안전성을 검사하는 기술이다. 일반적으로 사용되는 구조물 건전성 검사 기술은 외관 검사, 초음파 검사, X선 검사 등이 있다. 상기 초음파 검사 및 X선 검사는 검사를 위해 구조물의 작동을 중지하여야 하고 또한 손상 발생 위치를 모르기 때문에 검사에 소요되는 시간 및 비용이 많이 발생하게 된다.
최근, 구조물 건전성 검사 기술 중의 하나로 센서들을 이용하여 구조물의 건전성(안전성)을 모니터링하는 기술이 연구 개발되고 있다. 센서들을 이용하여 구조물의 건전성을 모니터링하는 기술은 풍력 발전기의 블레이드 등에 적용되고 있다.
센서들을 이용하는 구조물 건전성 모니터링 기술을 풍력 발전기의 블레이드에 적용한 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 블레이드(100)의 전체에 걸쳐 다수 개의 센서(S)들이 장착되고 그 다수 개의 센서(S)들에 각각 연결된 와이어(W)들은 블레이드(100)가 결합된 유선형 동체(200)에 설치된 제어 박스(300)에 연결된다. 상기 블레이드(100)가 회전 중 블레이드(100)에 외력이 가해지게 되면 그 외력이 센서들에 의해 감지된다. 상기 센서들에 의해 감지되는 신호들이 제어 박스에 입력되어 제어 박스에서 블레이드(100)의 손상 정도를 인식하게 된다.
상기 풍력 발전기의 블레이드는 무게를 감소시키고 기계적 성질을 향상시키기 위하여 복합재로 제작된다.
상기 센서들은 일반적으로 광섬유센서들이 적용된다. 상기 광섬유센서는 크기가 작고 내구성이 우수하며 재료에 삽입되거나 일체화가 쉽다.
상기 광섬유센서의 일예로, 한 가닥의 광케이블에 여러 개의 센싱부가 구비된다. 광원을 상기 광케이블에 입사시킬 경우 센싱부의 조건에 맞는 파장 성분은 센싱부에서 반사되고 나머지 파장 성분은 센싱부를 그대로 통과한다. 상기 센싱부에 온도나 변형률 등의 외부 물리량을 가할 경우 이들 값이 변하여 센싱부에서 반사되는 파장이 달라진다. 상기 센싱부에서 반사되는 파장의 변화를 정밀하게 측정하면 센싱부에 가해진 미지의 물리량을 계산할 수 있다.
상기 광섬유센서들이 상기 블레이드(100)의 전체에 걸쳐 장착된 상태에서 블레이드(100)가 외력을 받아 휘어지게 되면 블레이드(100)에 장착된 광섬유센서의 센싱부(들)가 변형되며 그 센싱부의 변형에 의해 반사 파장이 변하게 된다. 상기 센싱부의 반사 파장을 측정하여 블레이드의 변형을 측정하게 된다.
도 2는 종래 블레이드에 광섬유센서를 장착한 종래 구조를 도시한 정단면도이다. 도 3은 종래 블레이드에 광섬유센서를 장착한 종래 구조를 도시한 측단면도이다.
도 2, 3에 도시한 바와 같이, 블레이드(100)에 광섬유센서를 장착한 종래 고정구조는 블레이드(100)의 내면 또는 외면에 위치한 광섬유센서(S)를 접착제로 코팅한 것이다. 즉, 상기 블레이드(100)의 내면 또는 외면에 광섬유센서(S)의 장착 위치를 설정한 다음 그 센서 장착 위치에 광섬유센서(S)를 배치한다. 그리고 상기 광섬유센서(S) 위에 에폭시를 주성분으로 하는 접착제(epoxy-based adhesive)(400)를 코팅한 것이다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 센서 고정구조는 광섬유센서(S)를 접착제(400)로 코팅하게 되므로 광섬유센서(S)에 코팅된 접착제 코팅 두께가 종종 균일하지 못하게 된다. 상기 접착제의 두께가 균일하지 않게 되면 블레이드(100)에 외력이 가해져 블레이드(100)가 휘어지게 될 경우 블레이드(100)의 휘어짐(변형)이 광섬유센서에 잘 전달되지 못하게 되어 광섬유센서에서 블레이드(100)의 변형(strain)을 정확하게 감지하지 못하게 된다. 즉, 상기 블레이드(100)의 변형과 함께 광섬유센서의 센싱부가 함께 변형되어야 하나, 광섬유센서를 도포하고 있는 접착제층이 균일하지 못하게 되면 그 불균일한 접착제층 때문에 블레이드(100)의 변형이 광섬유센서의 센싱부에 잘 전달되지 못하게 된다. 이로 인하여, 광섬유센서가 블레이드(100)의 변형을 정확하게 감지하지 못하게 되어 블레이드(100)의 변형을 정확하게 측정하지 못하게 된다.
본 발명의 목적은 센서를 부재에 부착시키는 접착(제)층을 센서 위에 균일하게 형성하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 부재에 놓여진 센서; 상기 센서를 덮는 균일한 두께의 함수 부재; 및 상기 함수 부재에 흡수된 접착물질을 포함하는 센서 고정장치가 제공된다.
상기 부재는 풍력 발전기의 블레이드인 것이 바람직하고, 그 블레이드는 복합재인 것이 바람직하다.
상기 흡수 부재는 부직포인 것이 바람직하다.
상기 접착물질은 에폭시를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 센서는 광섬유센서인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 부재에 센서를 배열하는 단계; 상기 센서 위에 함수 부재를 덮는 단계; 상기 함수 부재에 접착물질을 스며들게 하는 단계; 상기 접착물질을 경화시키는 단계를 포함하는 센서 고정방법이 제공된다.
상기 부재는 풍력 발전기의 블레이드인 것이 바람직하고, 그 블레이드는 복합재인 것이 바람직하다.
상기 흡수 부재는 부직포인 것이 바람직하다.
상기 접착물질은 에폭시를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 센서는 광섬유센서인 것이 바람직하다.
본 발명은 블레이드 등과 같은 부재의 변형을 측정하기 위하여 부재에 센서(광섬유센서)를 고정(부착)할 때 두께가 균일한 함수 부재에 접착물질을 스며들게 한 후 그 접착물질을 경화시킴에 의해 접착물질이 스며든 함수 부재가 센서를 블레이드에 고정하게 되므로 센서를 고정(본딩)하기 위해 센서에 도포된 접착제층(본딩층)의 두께가 균일하게 된다. 상기 센서 위에 도포된 접착제층의 두께가 균일하게 되므로 블레이드의 변형과 함께 상기 센서가 변형될 때 센서에 변형이 잘 전달되어 센서에서 블레이드의 변형을 정확하게 감지하게 된다.
도 1은 구조물 건전성 모니터링 기술이 적용된 풍력 발전기의 일부분을 도시한 측면도,
도 2는 종래 센서 고정구조를 도시한 정단면도,
도 3은 종래 센서 고정구조를 도시한 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 센서 고정장치의 일실시예가 구비된 풍력 발전기의 블레이드를 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 센서 고정장치의 일실시예를 도시한 정단면도,
도 6은 상기 센서 고정장치를 도시한 측단면도,
도 7은 본 발명에 따른 센서 고정방법의 일실시예를 도시한 순서도.
이하, 본 발명에 따른 센서 고정장치 및 고정방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 센서 고정장치의 일실시예가 구비된 풍력 발전기의 블레이드를 평면도이다. 도 5는 본 발명에 따른 센서 고정장치의 일실시예를 도시한 정단면도이다. 도 6은 상기 센서 고정장치를 도시한 측단면도이다.
도 4, 5, 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서 고정장치의 일실시예는 부재에 놓여진 센서(S); 상기 센서(S)를 덮는 균일한 두께의 함수 부재(500); 및 상기 함수 부재(500)에 흡수된 접착물질(600)을 포함한다.
상기 부재는 풍력 발전기의 블레이드이다. 상기 부재는 선박의 프로펠러 등 다양한 부품이 될 수 있다.
상기 블레이드(100)는 복합재로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 블레이드(100)는 무게를 감소시키기 위하여 내부에 공간이 형성된다.
상기 센서(S)는 광섬유센서인 것이 바람직하다. 상기 광섬유센서는 광케이블(광섬유)(11)과 그 광케이블(11)에 구비된 다수 개의 센싱부(12)들을 포함한다.
상기 광섬유센서는 복수 개이며, 복수 개의 광섬유센서들은 상기 블레이드(100)의 전체에 걸쳐 배치된다. 상기 복수 개의 광섬유센서들은 상기 블레이드(100)가 결합되는 유선형 동체에 설치된 제어 박스에 연결된다.
상기 광섬유센서는 블레이드(100)의 내면에 장착됨이 바람직하다. 상기 광섬유센서는 블레이드(100)의 외면에 장착될 수도 있다.
상기 함수 부재(500)는 두께가 균일하며 상기 접착물질을 흡수할 수 있는 재질이다. 상기 함수 부재(500)로 균일한 두께를 갖는 부직포인 것이 바람직하다. 상기 함수 부재(500)의 다른 실시예로 실로 짜여진 직물이 될 수 있고, 상기 직물은균일한 두께를 갖는다.
상기 함수 부재(500)는 광섬유센서의 센싱부(12) 폭보다 크고 설정된 길이를 갖는다. 상기 함수 부재(500)의 폭은 상기 센싱부(12)를 충분히 덮을 수 있는 것이 바람직하다. 상기 광섬유 센서의 직경은 보통 0.125mm이다. 상기 함수 부재의 폭은 5mm인 것이 바람직하다. 상기 함수 부재(500)의 길이는 상기 광섬유센서의 센싱부(12)를 커버하도록 상기 센싱부(12)의 길이보다 크다.
상기 접착물질(600)은 에폭시를 기초로 하는 접착제(epoxy-based adhesive)인 것이 바람직하다. 상기 접착물질(600)은 경화되어 광섬유센서를 블레이드(100) 에 고정시킨다.
상기 두께가 균일한 함수 부재(500)에 접착물질(600)을 스며들게 한 후 그 접착물질(600)을 경화시킴에 의해 접착물질(600)이 스며든 함수 부재(500)가 센서(S)를 블레이드(100)에 고정하게 되므로 센서(S)를 본딩하기 위해 센서(S)에 도포된 접착층(본딩층)의 두께가 균일하게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 센서 고정방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.
도 4, 5, 6, 7를 참조하여, 본 발명에 따른 센서 고정방법의 일실시예를 설명한다.
먼저, 블레이드에 센서(S)를 배열한다. 상기 블레이드(100)는 복합재로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 블레이드(100)는 무게를 감소시키기 위하여 내부에 공간이 형성된다.
상기 센서(S)는 광섬유센서인 것이 바람직하다. 상기 광섬유센서는 광케이블(광섬유)(11)과 그 광케이블(11)에 구비된 다수 개의 센싱부(12)들을 포함한다.
상기 광섬유센서는 복수 개이며, 복수 개의 광섬유센서들은 상기 블레이드(100)의 전체에 걸쳐 배치된다. 상기 복수 개의 광섬유센서들은 상기 블레이드(100)가 결합되는 유선형 동체에 설치된 제어 박스에 연결된다.
상기 센서 위에 함수 부재(500)를 덮는다. 상기 함수 부재(500)는 두께가 균일하며 상기 접착물질을 흡수할 수 있는 재질이다. 상기 함수 부재(500)는 균일한 두께를 갖는 부직포인 것이 바람직하다. 상기 함수 부재(500)의 다른 실시예로 실로 짜여진 직물이 될 수 있고, 상기 직물은 균일한 두께를 갖는다.
상기 함수 부재(500)는 광섬유센서의 센싱부(12) 폭보다 크고 설정된 길이를 갖는다. 상기 함수 부재(500)의 폭은 상기 센싱부(12)를 충분히 덮을 수 있는 것이 바람직하다. 상기 광섬유 센서의 직경은 보통 0.125mm이다. 상기 함수 부재의 폭은 5mm인 것이 바람직하다. 상기 함수 부재(500)의 길이는 상기 광섬유센서의 센싱부(12)를 커버하도록 상기 센싱부(12)의 길이보다 크다. 상기 함수 부재(500)는 광섬유센서의 센싱부(12)를 전부 덮는다.
상기 센서(S)를 덮은 함수 부재(500)에 접착물질(600)을 침투시킨다. 상기 접착물질(600)은 에폭시를 기초로 하는 접착제(epoxy-based adhesive)인 것이 바람직하다. 상기 접착물질(600)은 함수 부재(500)의 외부로 흘러나오지 않는 것이 바람직하다.
한편, 상기 함수 부재(500)로 센서(S)를 덮기 전 함수 부재(500)에 접착물질(600)을 스며들게 한 후 그 접착물질(600)이 함수된 함수 부재(500)를 센서(S) 위에 덮을 수 있다.
상기 함수 부재(500)에 함수된 접착물질(600)을 경화시킨다. 상기 접착물질(600)이 함수된 함수 부재(500)를 상온에서 2 ~ 3일 노출시켜서 상기 접착물질(600)을 경화시키는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 센서 고정장치 및 고정방법의 작용과 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 풍력 발전기의 블레이드(100)가 회전하는 중에 블레이드(100)에 외력이 가해지면(예를 들면, 새가 블레이드에 부딪히거나 물체가 부딪히게 되는 것) 블레이드(100)가 휘어지게 된다. 상기 블레이드(100)가 휘어지게 되면 블레이드(100)에 장착된 센서(S), 즉 광섬유센서의 센싱부(들)가 변형되며 그 센싱부의 변형에 의해 광원으로부터 입사된 빛의 반사 파장이 변하게 된다. 상기 센싱부의 반사 파장을 감지한다. 그 감지된 반사 파장을 기초로 하여 블레이드(100)의 변형을 측정하게 된다.
본 발명은 두께가 균일한 함수 부재(500)에 접착물질(600)을 스며들게 한 후 그 접착물질(600)을 경화시킴에 의해 접착물질(600)이 스며든 함수 부재(500)가 센서(S)를 블레이드(100)에 고정하게 되므로 센서(S)를 본딩하기 위해 센서(S)에 도포된 접착층(본딩층)의 두께가 균일하게 된다. 상기 센서(S), 즉 광섬유센서에 도포된 접착층의 두께가 균일하게 되므로 상기 광섬유센서의 센싱부가 변형될 때 광섬유센서의 센싱부에 변형이 잘 전달되어 광섬유센서에서 블레이드(100)의 변형을 정확하게 감지하게 된다.
S; 센서 500; 함수 부재
600; 접착물질

Claims (10)

  1. 부재에 놓여진 센서;
    상기 센서를 덮는 균일한 두께의 함수 부재; 및
    상기 함수 부재에 흡수된 접착물질을 포함하는 센서 고정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부재는 복합재인 것을 특징으로 하는 센서 고정장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 함수 부재는 부직포인 것을 특징으로 하는 센서 고정장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 접착물질은 에폭시를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 고정장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 광섬유센서인 것을 특징으로 하는 센서 고정장치.
  6. 부재에 센서를 배열하는 단계;
    상기 센서 위에 함수 부재를 덮는 단계;
    상기 함수 부재에 접착물질을 스며들게 하는 단계; 및
    상기 접착물질을 경화시키는 단계를 포함하는 센서 고정방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 부재는 복합재인 것을 특징으로 하는 센서 고정방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 함수 부재는 부직포인 것을 특징으로 하는 센서 고정방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 접착물질은 에폭시를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 고정방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 센서는 광섬유센서인 것을 특징으로 하는 센서 고정방법.

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