KR20190073696A - Impact trigger optical sensor module using fracto-mechanoluminescent crystals - Google Patents

Impact trigger optical sensor module using fracto-mechanoluminescent crystals Download PDF

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Abstract

The present invention provides an impact sensing optical sensor module which quantitatively measures light due to a high-speed compressive stress. According to an embodiment of the present invention, the impact sensing optical sensor module based on fracto-mechanoluminescent crystals comprises: a sensing composite member having fracto-mechanoluminescent crystals; an optical fiber arranged to be spaced apart from an end unit of the sensing composite member at predetermined gaps; and a measurement unit sensing light generated from the fracto-mechanoluminescent crystals.

Description

파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈{IMPACT TRIGGER OPTICAL SENSOR MODULE USING FRACTO-MECHANOLUMINESCENT CRYSTALS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a collision sensing optical sensor module based on a wave material,

본 발명은 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a collision sensing optical sensor module based on wave materials.

최근 구조 건전성 모니터링 (structural health monitoring, SHM)에 이용되는 다양한 센서 중 충돌(Impact) 및 폭발(Blast)에 의한 구조물 손상 측정에 특화된 센서의 필요성 및 요구 증가되고 있다. 종래의 기계적 센서 중 광범위하게 쓰이는 저항 변위 센서는 주로 정적 또는 저속에서의 동적 변위 측정에 특화되어 있다.Recently, there is an increasing need and demand for a sensor specialized in the measurement of structure damage by impact and explosion among various sensors used for structural health monitoring (SHM). Among the conventional mechanical sensors, resistance displacement sensors widely used are mainly specialized in measuring dynamic displacement at static or low speed.

일반적으로 충돌 및 폭발에 의한 구조물 손상 측정을 위한 센서로 압전물질을 이용한 센서 네트워크를 많이 사용하고 있다. 이와 같은 압전물질을 이용한 센서 네트워크는 유전(dielectric) 박막(thin film)에 다수의 센서가 배열된 형태이다. 구체적으로 외부 충돌에 의해 발생한 표면의 탄성파를 구조물의 표면에 부착된 다수의 압전물질에 기반한 초음파 센서가 측정하고, 측정값에 기초하여 충돌 위치와 강도에 대한 정량적 정보를 제공한다.Generally, a sensor network using piezoelectric materials is widely used as a sensor for measuring structure damage caused by collision and explosion. In the sensor network using the piezoelectric material, a plurality of sensors are arranged on a dielectric thin film. Specifically, an ultrasonic sensor based on a plurality of piezoelectric materials attached to the surface of a structure generates acoustic waves on the surface caused by external impact, and provides quantitative information on the impact position and intensity based on the measured values.

그러나 이러한 종래의 압전물질을 이용한 센서 네트워크는 복잡하지 않은 형태의 평면 구조물에서는 정확한 충돌을 감지 할 수 있으나 굴곡이 심하거나 다소 복잡한 형태의 구조물에서는 성능이 제한되는 문제가 있다. 또한, 표면 탄성파를 이용한 충돌감지 기제로 인해서 구조물 내부의 손상을 측정하는데 있어서 원천적으로 성능이 제한된다. 즉, 압전물질 기반의 초음파 센서에 의한 표면 탄성파를 이용한 충돌 및 폭발에 의한 구조물 손상범위 감지는 주로 구조물의 표면에 제한되는 문제가 있다.However, the conventional sensor network using the piezoelectric material can detect the accurate collision in a complicated planar structure, but has a problem that its performance is limited in the case of a bent or a complicated structure. In addition, due to the collision sensing mechanism using surface acoustic waves, the performance is inherently limited in measuring the damage inside the structure. That is, the detection of the damage range of the structure by the impact and explosion using the surface acoustic wave by the ultrasonic sensor based on the piezoelectric substance is mainly limited to the surface of the structure.

이와 관련하여, 선행기술 한국등록특허 제 10-1337896호(발명의 명칭: 압광소재를 이용한 구조물의 균열 안전진단장치 및 그 방법)는 표면에 일정 두께로 도포되어 균열시 균열길이만큼 발광되는 압광소재를 이용한 구조물의 균열 안전진단장치 및 그 방법에 대하여 개시하고 있다.In this regard, prior art Korean Patent Registration No. 10-1337896 (entitled " Crack Safety Diagnosis Apparatus and Method for Inspection of Structures Using an Extruded Material ") is applied to a surface of a crimping material And a method for diagnosing a crack safety of a structure using the method.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 파광물질(fracto-mechanoluminescent crystals, FML crystals)을 광섬유 및 광 다이오드(photodiode)와 결합하여 충돌에 의해 발생하는 고속의 압축응력에 의한 광을 정량적으로 계측하는 충돌 감지 광센서 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a method for quantitatively measuring light due to high-speed compressive stress caused by collision by combining fracto-mechanoluminescent crystals (FML crystals) with an optical fiber and a photodiode And to provide a collision detection optical sensor module.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.It is to be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may be present.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈은 파광물질을 갖는 센싱복합부재; 센싱복합부재의 단부에 소정의 간격(gap)으로 이격되어 배치되는 광섬유; 및 파광물질로부터 발광되는 광을 감지하는 측정부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a collision sensing optical sensor module based on a wave material, comprising: a sensing complex member having a wave material; An optical fiber disposed at an end of the sensing composite member and spaced apart by a predetermined gap; And a measuring unit for sensing light emitted from the wave source.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 파광물질을 광섬유 및 광 다이오드와 결합하여 충돌에 의해 발생하는 고속의 압축응력에 의한 광을 정량적으로 계측함으로써, 외부 충돌이나 폭발에 의해 발생된 구조물 심부의 발생 손상을 3차원으로 감지할 수 있다. 더불어 비교적 간단한 데이터 처리로 인하여 시간과 비용을 절감할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present invention, by combining the wave material with the optical fiber and the photodiode, quantitatively measuring the light due to the high-speed compressive stress generated by the collision, The generated damage can be detected in three dimensions. In addition, time and cost can be saved due to relatively simple data processing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈의 센싱복합부재의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 외부 충돌에 의한 본 발명의 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈로부터 발생한 전압(DC)을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질의 결정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질이 박힌(embed) 센싱복합부재를 도시한 도면이다.1 is a block diagram showing the configuration of a collision sensing optical sensor module based on a wave material according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a sensing composite member of a collision sensing optical sensor module based on a wave material according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the collision detection optical sensor module based on a wave mineral according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a voltage (DC) generated from a collision sensing optical sensor module based on the wave material of the present invention due to an external collision.
5 is a diagram illustrating the determination of a wave material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a sensing complex compound embedded in a wave material according to an embodiment of the present invention. FIG.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "including" an element, it is to be understood that the element may include other elements as well as other elements, And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a collision sensing optical sensor module based on a wave material according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈의 센싱복합부재의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a sensing composite member of a collision sensing optical sensor module based on a wave material according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.3 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the collision detection optical sensor module based on a wave mineral according to an embodiment of the present invention.

도 4는 외부 충돌에 의한 본 발명의 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈로부터 발생한 전압(DC)을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing a voltage (DC) generated from a collision sensing optical sensor module based on the wave material of the present invention due to an external collision.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질의 결정을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating the determination of a wave material according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질이 박힌(embed) 센싱복합부재를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing a sensing complex compound embedded in a wave material according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 충돌 감지 광센서 모듈(1)은 손상을 측정하고자 하는 구조물 내에 x, y 및 z축의 3차원 방향으로 복수개 배치될 수 있으며, 이를 통해 충돌 감지 광센서 시스템을 구성할 수 있다. 즉 외부충돌이나 폭파에 의한 고속의 압축응력 발생에 따른 구조물 표면 및 내부에 발생하는 손상의 3차원 위치와 손상 범위를 정략적으로 측정할 수 있다. 이러한 충돌 감지 광센서 시스템에 대한 구체적인 구성은 후술하기로 한다. Referring to FIG. 1, the collision sensing optical sensor module 1 of the present invention can be arranged in a plurality of three-dimensional directions of x, y and z axes in a structure to be measured for damage, can do. In other words, the three-dimensional position and damage range of damage occurring on the surface and inside of the structure due to the occurrence of high-speed compressive stress due to external collision or explosion can be measured. A concrete configuration of such a collision detection optical sensor system will be described later.

구체적으로 충돌 감지 광센서 모듈(1)은 파광물질을 갖는 센싱복합부재(10), 센싱복합부재(10)의 단부에 소정의 간격(gap)을 갖도록 이격되어 배치되는 광섬유(20) 및 파광물질로부터 발광되는 광을 감지하는 측정부(30)를 포함한다. 센싱복합부재(10)는 광섬유(20)와 일정한 간격(gap)을 갖는 형태로 비접촉식으로 연결되기 때문에, 외부 충돌이나 폭발에 의한 이벤트 발생으로 인한 파손 시 직접적으로 충격을 받은 센싱복합부재(10)만 교체함으로써 본 발명의 충돌 감지 광센서 모듈(1)은 반복적으로 사용 가능하다.Specifically, the collision detection optical sensor module 1 includes a sensing composite member 10 having a wave material, an optical fiber 20 disposed at an end of the sensing composite member 10 so as to have a predetermined gap, And a measurement unit 30 for sensing the light emitted from the light source unit. Since the sensing composite member 10 is connected to the optical fiber 20 in a non-contact manner in a form having a predetermined gap, the sensing composite member 10, which is directly impacted when an event occurs due to an external collision or an explosion, The collision detection optical sensor module 1 of the present invention can be used repeatedly.

도 2를 참조하면 본 발명의 센싱복합부재(10)는 외부 충돌 또는 폭발에 따른 충격을 감지하고, 파광물질(110)로부터 발생된 광을 비접촉식으로 연결된 광섬유(20)로 전달 및 전파하는 역할을 한다.Referring to FIG. 2, the sensing composite member 10 of the present invention senses an impact caused by an external impact or an explosion, and transmits and propagates light generated from the wave material 110 to an optical fiber 20 connected in a non-contact manner do.

구체적으로 센싱복합부재(10)는 광에 대하여 투과성을 가지고, 탄성을 갖는 기둥 형상의 바디부(101) 및 바디부(101)의 둘레면을 감싸도록 형성된 필름(102)을 포함하되, 파광물질(110)은 바디부(101)의 상부에 박힌(embed) 것일 수 있다. Specifically, the sensing composite member 10 includes a columnar body 101 having permeability to light and having elasticity, and a film 102 formed to surround the peripheral surface of the body 101, (110) may be embedded in the upper part of the body part (101).

이때 바디부(101)는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다. 즉 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성된 바디부(101)로 인해, 파광물질(110)을 바디부(101)의 일 측 상부에 임베드(embed)시키는 단순한 공정으로 센싱복합부재(10)를 간단하게 제작할 수 있어, 제작비용을 절감시키는 효과가 있다.At this time, the body part 101 may be made of polydimethylsiloxane (PDMS). The sensing composite member 10 can be easily and simply formed by a simple process of embedding the wave material 110 on one side of the body 101 due to the body 101 formed of polydimethylsiloxane (PDMS) So that the manufacturing cost can be reduced.

일 예로, 필름(102)은 광 반사 특성을 갖는 폴리에스테르(polyester, PE) 재질의 마일러(mylar) 필름으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 광 반사 특성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같이 바디부(101)의 외주면을 둘러싼 필름(102)은 파광물질(110)을 통해 바디부(101) 내부에서 외측을 향하여 발생한 광을 바디부(101) 내부로 다시 반사시키는 역할을 한다. 이로 인해, 복합센싱부재(10)에서의 광의 유출을 방지할 수 있으며, 후술하는 측정부(30)가 광의 세기를 정확히 측정할 수 있다.For example, the film 102 may be a mylar film made of polyester (PE) having light reflection properties, but is not limited thereto, and may be made of a material having a light reflection characteristic. The film 102 surrounding the outer circumferential surface of the body 101 serves to reflect light generated inside the body 101 to the inside of the body 101 through the wave material 110 again. Thus, the light can be prevented from flowing out of the compound sensing member 10, and the measurement unit 30, which will be described later, can accurately measure the light intensity.

다른 예로, 필름(102)은 허니컴 셀(honeycomb cell) 구조로 이루어질 수 있다. 이와 같은 허니컴 셀 구조로 이루어진 필름(102)은 가볍지만 강도가 우수한 장점이 있다. 즉 바디부(101)의 외주면을 둘러싼 허니컴 셀 구조의 필름(102)으로 인해, 센싱복합부재(10)의 강도를 향상시킬 수 있다.As another example, the film 102 may have a honeycomb cell structure. The film 102 made of such a honeycomb cell structure is advantageous in that it is light but has excellent strength. That is, the strength of the sensing composite member 10 can be improved by the film 102 of the honeycomb-cell structure surrounding the outer peripheral surface of the body portion 101. [

파광물질(110)은 유로퓸(europium), 테트라키스 디벤조일메탄(tetrakis(dibenzoylmethide)) 및 트리에틸암모늄(triethylammonium (EuD4TEA)) 으로 이루어질 수 있다. The wave material 110 may be composed of europium, tetrakis (dibenzoylmethide), and triethylammonium (EuD 4 TEA).

예시적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱복합부재(10)의 제작방법을 설명하면, 우선 투명하고 탄성을 가진 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 원기둥 형태의 바디부(101)를 형성할 수 있다. 이어서, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질(110)의 결정을 나타낸 것으로, 이와 같은 파광물질(10)을 도 6에 도시된 것처럼, 바디부(101)의 일 측 상부에 임베드(embed)시킬 수 있다. 이후 폴리에스테르 소재의 마일러(mylar) 필름(102)으로 바디부(101)의 둘레면을 감싸도록 하여 본 발명의 센싱복합부재(10)를 제작할 수 있다. 센싱복합부재(10)에 외부 충격 또는 폭발에 따른 압력이 가해질 경우, 충격파에 의해 바디부(101)에 임베드(embed)된 파광물질(10)이 광을 발생하고, 광 반사 특성을 갖는 필름(102)으로부터 반사된 광이 바디부(101)를 통하여 광섬유(20)로 전달될 수 있다.Illustratively, a method of manufacturing the sensing composite member 10 according to an embodiment of the present invention will be described. First, a cylindrical body part 101 can be formed of transparent and elastic polydimethylsiloxane (PDMS) have. 5 shows the crystal of the wave material 110 according to an embodiment of the present invention. The wave material 10 is embedded in the upper part of one side of the body part 101 as shown in FIG. 6, (not shown). Then, the sensing composite member 10 of the present invention can be manufactured by wrapping the peripheral surface of the body 101 with a polyester mylar film 102. When the external impact or the pressure due to the explosion is applied to the sensing composite member 10, the wave material 10 embedded in the body 101 by the shock wave generates light, and the film 102 can be transmitted to the optical fiber 20 through the body part 101. [

도 2를 참조하면 센싱복합부재(10)는 바디부(101)의 상부면과 대응하도록 배치되어 외부 충격이 가해지는 상부 플레이트(120), 바디부(101)의 하부면과 대응하도록 배치되되, 통공(131)이 중심 부분에 형성된 하부 플레이트(130)를 포함하되, 통공(131)은 파광물질(110)에서 발생하는 광이 바디부(101)에서 광섬유(20)로 전달하는 통로 역할을 한다.2, the sensing composite member 10 includes an upper plate 120 disposed to correspond to an upper surface of the body 101 and to be subjected to an external impact, a lower plate 120 disposed to correspond to a lower surface of the body 101, The through hole 131 serves as a path for transmitting the light generated from the wave material 110 from the body 101 to the optical fiber 20 .

여기서, 상부 플레이트(120) 및 하부 플레이트(130)는 바디부(101)와 마주보는 면에 반사경(125)을 포함한다. 반사경(125)은 광 반사 특성을 갖는 폴리에스테르(polyester, PE) 재질의 마일러(mylar) 필름일 수 있으나 이에 한정된 것은 아니다. 이와 같은 반사경(125)은 파광물질(110)을 통해 바디부(101) 내부에서 방사상으로 발생한 광을 바디부(101) 내부로 다시 반사시키는 역할을 한다. 이로 인해, 복합센싱부재(10)에서의 광의 유출을 방지할 수 있으며, 후술하는 측정부(30)가 광의 세기를 정확히 측정할 수 있다.Here, the upper plate 120 and the lower plate 130 include a reflector 125 on a surface facing the body 101. The reflecting mirror 125 may be a mylar film made of polyester (PE) having light reflection characteristics, but is not limited thereto. The reflector 125 reflects the light radially generated in the body 101 through the waveguide 110 back into the body 101. Thus, the light can be prevented from flowing out of the compound sensing member 10, and the measurement unit 30, which will be described later, can accurately measure the light intensity.

또한 센싱복합부재(10)는 통공(131)의 주변에 위치하되, 하부 플레이트(130)의 외측으로 돌출되도록 형성된 어댑터(135)를 더 포함하되, 어댑터(135)는 바디부(101)와 광섬유(20) 사이의 이격 공간(A)을 유지하도록 광섬유(20)의 일단을 고정할 수 있다.The sensing member 10 further includes an adapter 135 positioned around the through hole 131 and protruding outwardly from the lower plate 130. The adapter 135 includes a body 101, One end of the optical fiber 20 can be fixed so as to maintain the spacing space A between the optical fibers 20.

일 예로, 도 2에 도시된 것처럼, 어댑터(135)는 하부 플레이트(130)의 통공(131) 주변에 위치하되, 외측으로 연장된 형태의 일체형으로 형성될 수 있다. 즉 하부 플레이트(130)의 통공(131)은 하부 플레이트(130)에서 외측으로 돌출된 어댑터(135)까지 연장된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 하부 플레이트(130)와 어댑터(135)를 연결하는 통공(131)에 광섬유(20)의 일단이 끼움 결합될 수 있다. 따라서, 바디부(101)와 광섬유(20) 사이의 이격 공간(A)의 길이는 하부 플레이트(130)와 어댑터(135)를 연결하는 통공(131)의 길이보다 작게 형성될 수 있다. For example, as shown in FIG. 2, the adapter 135 may be formed around the through hole 131 of the lower plate 130, and may be integrally formed as an outwardly extending shape. That is, the through hole 131 of the lower plate 130 may be extended to the adapter 135 protruding outward from the lower plate 130. That is, one end of the optical fiber 20 can be inserted into the through hole 131 connecting the lower plate 130 and the adapter 135. The length of the spacing space A between the body 101 and the optical fiber 20 may be smaller than the length of the through hole 131 connecting the lower plate 130 and the adapter 135. [

어댑터(135)는 일정한 이격 공간(A)을 갖도록, 광섬유(20)와 센싱복합부재(10)를비접촉식으로 연결하기 때문에, 외부 충돌이나 폭발에 의해 센싱복합부재(10)만 손상이 발생할 수 있다. 이 경우, 센싱복합부재(10)만 교체하여 본 발명의 광섬유(20) 및 측정부(30)는 반복 사용할 수 있다.Since the adapter 135 connects the optical fiber 20 and the sensing composite member 10 in a noncontact manner so as to have a constant spacing distance A, only the sensing composite member 10 may be damaged due to external collision or explosion . In this case, the optical fiber 20 and the measuring unit 30 of the present invention can be used repeatedly by replacing only the sensing composite member 10.

도 3을 참조하여 충돌 감지 광센서 모듈의 작동원리를 설명하도록 한다.The operation principle of the collision detection optical sensor module will be described with reference to FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 감지 광센서 모듈(1)은 광섬유(20)의 단부에 연결되어, 광 신호를 전압 신호로 변환하는 광 다이오드(310) 및 광 다이오드(310)를 통과한 전압 신호를 획득하는 데이터획득부(data acquisition, DAQ)(미도시)로 구성된 측정부(30)와 광 다이오드(310)에 전기적으로 연결되는 전원(40)을 더 포함한다.The collision sensing optical sensor module 1 according to an embodiment of the present invention includes a photodiode 310 connected to an end of an optical fiber 20 for converting an optical signal into a voltage signal, And a power source 40 electrically connected to the photodiode 310. The measurement unit 30 includes a data acquisition unit (DAQ) (not shown)

광 다이오드(310)와 전원(40)은 별도의 배선을 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 전원(40)은 기존에 알려진 기술을 사용하는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The photodiode 310 and the power source 40 may be electrically connected through separate wirings. The power source 40 uses a known technique, and a detailed description thereof will be omitted.

여기서, 데이터획득부(DAQ)는 광 다이오드(310)에서 처리된 신호를 컴퓨터와 같은 처리장치에서 인식할 수 있는 디지털 신호를 변환하는 것이며, 기존에 알려진 기술을 사용하는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Here, the data acquisition unit (DAQ) converts a digital signal that can be recognized by a processing device such as a computer, and processes the signal processed by the photodiode 310, using a known technique. It is omitted.

전원(40)을 통해 수집되는 전력은 전선용 케이블(1)과 구분되는 별도의 송전 배선을 통해 전달되며, 이를 위한 별도의 전력 수집 장치나 전력 저장 소자 등은 기존에 알려진 기술을 사용하는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The power collected through the power source 40 is transmitted through a separate power transmission line separated from the cable for electric cable 1. A separate power collecting device and a power storage device for the power transmission are used, A detailed description thereof will be omitted.

예를 들어, 측정부(30)는 외부 충격 또는 폭발에 따른 광의 세기를 측정할 수 있다. 다시 말해, 파광물질(110)에서 발생된 광이 바디부(101)를 거쳐 광섬유(20)를 따라 이동하고, 광섬유(20)의 단부에 연결된 광 다이오드(310)를 거쳐 전압 신호로 변환되는데, 이 전압 신호를 DAQ(data acquisition)로 측정함으로써 광의 세기를 측정할 수 있다.For example, the measuring unit 30 can measure the intensity of light due to an external impact or an explosion. In other words, the light generated from the wave material 110 travels along the optical fiber 20 through the body 101 and is converted into a voltage signal through the photodiode 310 connected to the end of the optical fiber 20, The intensity of light can be measured by measuring this voltage signal with DAQ (data acquisition).

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈(1)을 이용한 충돌 감지 광센서 시스템에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a collision detection optical sensor system using a collision detection optical sensor module 1 based on a wave material according to an embodiment of the present invention will be described.

충돌 감지 광센서 시스템은 구조물 내에 3차원으로 복수개 배치되되, 구조물의 내외부에 발생하는 충돌 또는 폭파에 의한 구조물의 손상 여부를 감지하는 충돌 감지 광센서 모듈(1) 및 복수의 충돌 감지 광센서 모듈(1)로부터 수신된 각각의 전압 신호에 기초하여 구조물의 손상 위치 및 범위를 측정하는 제어부(미도시)를 포함한다.The collision detection optical sensor system includes a plurality of collision detection optical sensor modules (1) and a plurality of collision detection optical sensor modules (1), each of which detects three or more collision detection optical sensor systems, (Not shown) that measures the position and extent of damage to the structure based on the respective voltage signals received from the sensors 1, 2,.

예시적으로, 본 발명의 충돌 감지 광센서 모듈(1)은 모니터링 하고자 하는 구조물 내에 x, y 및 z축의 3차원 방향으로 복수개의 배치될 수 있다. 이때 복수의 충돌 감지 광센서 모듈(1)은 각 위치에서 센서 노드의 역할을 한다. 일 예로, 외부 충돌 또는 폭파에 의한 충격파에 노출될 경우, 각 센서 노드는 각 충돌 감지 광센서 모듈(1)이 배치된 위치에 따라 광의 발생 시기 및 광의 세기가 상이하게 발생할 수 있다. Illustratively, the collision-sensing optical sensor module 1 of the present invention may be arranged in a plurality of structures in the three-dimensional directions of the x, y and z axes in the structure to be monitored. At this time, the plurality of collision detection optical sensor modules 1 serve as sensor nodes at each position. For example, when the sensor node is exposed to shock waves due to external collision or explosion, the sensor node may generate different light intensity and intensity depending on the position where the collision detection optical sensor module 1 is disposed.

한편, 도 4는 본 발명의 충돌 감지 광센서 모듈(1)로부터 측정한 외부 충돌에 의한 발생 전압(DC)을 나타낸 것으로, 0.667s 내지 0.067s 사이에 광이 발생한 것을 알 수 있고, 광의 세기가 약 1.8V로 측정된 것을 알 수 있다. 이에 따라 제어부(미도시)는 구조물에 3차원으로 복수개 배치된 각 충돌 감지 광센서 모듈(1)로부터 측정된 광의 발생 시기 및 광의 세기에 기초하여 구조물의 손상 위치 및 범위를 정량적으로 계측할 수 있다.Meanwhile, FIG. 4 shows a generated voltage (DC) due to an external impact measured from the collision detection optical sensor module 1 of the present invention. It can be seen that light is generated between 0.667 s and 0.067 s, It can be seen that it was measured at about 1.8V. Accordingly, the control unit (not shown) can quantitatively measure damage positions and ranges of the structure based on the timing of light generation and the intensity of light measured from each of the plurality of collision-sensing photosensor modules 1 arranged three-dimensionally on the structure .

따라서, 본 발명의 충돌 감지 광센서 모듈(1)은 기존의 압전물질에 기반한 센서 네트워크가 감지하기 어려운 구조물 심부의 손상을 3차원으로 감지하는 효과가 있다. 또한 비교적 간단한 데이터 처리로 인하여 시간과 비용을 절감할 수 있다.Therefore, the collision sensing optical sensor module 1 of the present invention has an effect of three-dimensionally sensing the damage of the deep part of the structure, which is difficult to detect by the sensor network based on the conventional piezoelectric material. In addition, time and cost can be saved due to relatively simple data processing.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

1: 충돌 감지 광센서 모듈
10: 센싱복합부재
20: 광섬유
30: 측정부
40: 전원
101: 바디부
102: 필름
110: 파광물질
120: 상부 플레이트
125: 반사경
130: 하부 플레이트
131: 통공
135: 어댑터
310: 광 다이오드1: Collision detection optical sensor module
10: Sensing compound member
20: Optical fiber
30:
40: Power supply
101: Body part
102: Film
110: wave mineral
120: upper plate
125: reflector
130: Lower plate
131: Through hole
135: Adapter
310: photodiode

Claims (12)

파광물질에 기반한 충돌 감지 광센서 모듈에 있어서,
파광물질을 갖는 센싱복합부재;
상기 센싱복합부재의 단부에 소정의 간격(gap)으로 이격되어 배치되는 광섬유; 및
상기 파광물질로부터 발광되는 광을 감지하는 측정부를 포함하는 충돌 감지 광센서 모듈.A collision sensing optical sensor module based on a wave material,
A sensing complex member having a wave material;
An optical fiber disposed at an end of the sensing composite member and spaced apart by a predetermined gap; And
And a measurement unit for sensing light emitted from the wave material. 제1항에 있어서,
상기 센싱복합부재는
광에 대하여 투과성을 가지고, 탄성을 갖는 기둥 형상의 바디부; 및
상기 바디부의 둘레면을 감싸도록 형성된 필름을 포함하되,
상기 파광물질은 상기 바디부의 상부에 박힌(embed) 것인, 충돌 감지 광센서 모듈.The method according to claim 1,
The sensing composite member
A columnar body portion having transparency to light and having elasticity; And
And a film formed to surround the circumferential surface of the body portion,
Wherein the wave material embeds at an upper portion of the body portion. 제2항에 있어서,
상기 센싱복합부재는
상기 바디부의 상부면과 대응하도록 배치되어 외부 충격이 가해지는 상부 플레이트;
상기 바디부의 하부면과 대응하도록 배치되되, 통공이 중심 부분에 형성된 하부 플레이트를 포함하는 것인, 충돌 감지 광센서 모듈. 3. The method of claim 2,
The sensing composite member
An upper plate disposed to correspond to an upper surface of the body portion and subjected to an external impact;
And a lower plate disposed to correspond to a lower surface of the body portion, wherein the through hole is formed in a central portion. 제3항에 있어서,
상기 통공은 상기 파광물질에서 발생하는 광이 상기 바디부에서 상기 광섬유로 향하도록 하는 통로 역할을 하는 것인, 충돌 감지 광센서 모듈.The method of claim 3,
And the through hole serves as a path for allowing light generated from the wave material to be directed from the body portion to the optical fiber. 제3항에 있어서,
상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트는
상기 바디부와 마주보는 면에 반사경을 포함하는 것인, 충돌 감지 광센서 모듈.The method of claim 3,
The upper plate and the lower plate
And a reflector on the side facing the body portion. 제3항에 있어서,
상기 통공의 주변에 위치하되, 상기 하부 플레이트의 외측으로 돌출되도록 형성된 어댑터를 더 포함하는 것인, 충돌 감지 광센서 모듈.The method of claim 3,
Further comprising an adapter positioned around the aperture and configured to protrude outwardly of the lower plate. 제6항에 있어서,
상기 어댑터는 상기 바디부와 상기 광섬유 사이의 이격 공간을 유지하도록 상기 광섬유의 일단을 고정하는 것인, 충돌 감지 광센서 모듈.The method according to claim 6,
Wherein the adapter fixes one end of the optical fiber to maintain a spaced space between the body and the optical fiber. 제2항에 있어서,
상기 바디부는
폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어지는 것인, 충돌 감지 광센서 모듈.3. The method of claim 2,
The body
(PDMS). ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제2항에 있어서,
상기 필름은
광 반사 특성을 갖는 폴리에스테르(polyester, PE) 재질의 마일러(mylar) 필름으로 이루어진 것인, 충돌 감지 광센서 모듈.3. The method of claim 2,
The film
Wherein the optical sensor module is made of a mylar film made of polyester (PE) having light reflection characteristics. 제1항에 있어서,
상기 측정부는
상기 광섬유의 단부에 연결되어, 상기 광을 전압 신호로 변환하는 광 다이오드 를 포함하는 것인, 충돌 감지 광센서 모듈. The method according to claim 1,
The measuring unit
And a photodiode coupled to an end of the optical fiber for converting the light into a voltage signal. 제10항에 있어서,
상기 측정부는,
상기 광 다이오드를 통과한 전압 신호를 획득하는 데이터획득부(DAQ)를 더 포함하는 충돌 감지 광센서 모듈.11. The method of claim 10,
Wherein the measuring unit comprises:
And a data acquisition unit (DAQ) for acquiring a voltage signal passing through the photodiode. 제1항에 있어서,
상기 파광물질은
유로퓸(europium), 테트라키스 디벤조일메탄(tetrakis(dibenzoylmethide)) 및 트리에틸암모늄(triethylammonium (EuD4TEA))으로 이루어지는 것인, 충돌 감지 광센서 모듈. The method according to claim 1,
The wave material
Europium, tetrakis (dibenzoylmethide), and triethylammonium (EuD 4 TEA).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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