KR20200101303A - 스피로피란 복합체 및 광섬유를 이용한 구조 안전 진단용 시스템 - Google Patents
스피로피란 복합체 및 광섬유를 이용한 구조 안전 진단용 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 자가진단 소재인 스피로피란 복합체에 광섬유를 삽입해 구조 안전 진단용 시스템을 구성하는 것으로, 보다 상세하게는 스피로피란 혹은 고분자가 포함된 건축물 또는 운송수단 등에 광섬유를 혼입하여 내부적 혹은 외부적 구조 안전을 원거리에서 진단하여 측정 및 분석할 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 자가 진단 스마트 소재인 스피로피란 복합체에 광섬유를 혼입하여 제조된 진단 시스템을 통해, 건축물 또는 운송수단 등의 응력 및 변형을 외부 또는 원거리에서 실시간으로 모니터링할 수 있어, 대상의 구조적 안전을 보다 편리하고 빠르게 진단하는데 현저한 효과를 나타낸다.
뿐만 아니라, 종래의 진단 시스템 단점을 완벽히 보완하여 저가에 구현이 가능한 스마트 소재로 개발할 수 있어 상시적으로 사회 안정성을 담보할 수 있으며, 이는 구조물의 붕괴나 수송기의 파손과 같은 대형 사고를 미연에 방지하는데도 효과적으로 활용될 수 있다.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 자가 진단 스마트 소재인 스피로피란 복합체에 광섬유를 혼입하여 제조된 진단 시스템을 통해, 건축물 또는 운송수단 등의 응력 및 변형을 외부 또는 원거리에서 실시간으로 모니터링할 수 있어, 대상의 구조적 안전을 보다 편리하고 빠르게 진단하는데 현저한 효과를 나타낸다.
뿐만 아니라, 종래의 진단 시스템 단점을 완벽히 보완하여 저가에 구현이 가능한 스마트 소재로 개발할 수 있어 상시적으로 사회 안정성을 담보할 수 있으며, 이는 구조물의 붕괴나 수송기의 파손과 같은 대형 사고를 미연에 방지하는데도 효과적으로 활용될 수 있다.
Description
본 발명은 자가진단 소재인 스피로피란 복합체에 광섬유를 삽입해 구조 안전 진단용 시스템을 구성하는 것으로, 보다 상세하게는 스피로피란 혹은 고분자가 포함된 건축물 또는 운송수단 등에 광섬유를 혼입하여 내부적 혹은 외부적 구조 안전을 원거리에서 진단하여 측정 및 분석할 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
현재 빌딩 및 다리 등과 같은 일반 건축물, 조선, 자동차 및 항공 등의 운송수단에 사용되는 다양한 구조용 소재의 대형화 및 경량화 추세로 인하여 대형사고의 위험이 지속적으로 발생하고 있으며, 이에 지난 수십년 동안 구조용 소재의 건전도 진단에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 이러한 건설/토목 및 운송 분야의 구조용 부품들은 다양한 내·외부 하중 및 환경에 노출되어 있고, 구조용 소재의 경우 손상 및 파괴가 종국에는 대참사로 이어지기 때문에 구조용 부품을 실시간으로 신뢰성 있게 평가하는 것은 매우 중요하다.
일반적으로 구조용 소재의 모니터링을 위해 가장 널리 사용되는 방법은 PZT(piezoelectric materials element) 센서의 전기역학적 임피던스(Electro-mechanical impedance, EMI) 기법을 활용한 비파괴 검사이다. PZT 센서를 구조물에 매립하게 되면, 초기에 구조물이 지니는 고유의 진동수에 대한 임피던스(impedance) 신호를 출력하는데, 구조물에 손상이 가해지게 되면 신호 패턴이 변화하여 모니터링 대상의 손상 여부를 평가할 수 있다. 구조물의 안전성에 관련된 다른 측정장비로는 LVDT(Linear variable differential transformer), 가속도계 및 GPS(Global Positioning System)와 같은 접촉식 계측기 및 LiDAR(Light detection and ranging)를 등 다양한 방법들이 소개되어져 왔다.
하지만, PZT 센서는 외부 온도/습도 및 기후 환경의 영향에 지나치게 민감하고, LVDT의 경우 1방향의 변위만을 측정하여 동적 변위의 측정이 불확실하며, LiDAR는 촬영을 기반으로 닿기 힘든 지형의 분석이 어렵다. 결정적으로, 상기 모든 방법들은 외부 동력(전기 등)이 지속적으로 공급된 조건하에서 측정이 가능하며, 전문적으로 교육받은 전문가들만이 신호처리 결과를 통하여 손상 여부를 판단할 수 있다. 따라서 가장 효과적인 모니터링 감시자라고 할 수 있는 일반 대중은 매일 같은 장소를 지나가면서도 대상의 이상 유무를 감지하기 어려운 실정이다. 뿐만 아니라, 일부 기술은 활용에 필요한 장비가 지나치게 고가인 이유로 제한적으로 활용될 수 밖에 없으며, 이는 다양한 외부환경에 노출되는 구조 소재들의 특수성을 고려할 때 기술 상용화에 큰 제약이 되고 있다.
따라서, 전문 인력이나 고가의 외부 장비없이 구조용 소재의 내부 응력 및 변형을 모니터하고 맵핑(mapping)하여 손상 및 파손까지 예측/진단할 수 있는 구조안전 진단 기술이 절대적으로 필요한 실정이다.
따라서, 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 외부 장비나 동력원 없이 스스로 응력, 변형 및 손상을 감지할 수 있는 자가 진단 스마트 소재인 스피로피란 복합체를 이용하여 진단 시스템을 구현하고자 하는 것이다. 즉, 스피로피란 혹은 고분자가 결합된 스피로피란 복합체가 포함된 건축물 또는 운송수단 등에 광섬유를 혼입하여 외부 또는 원거리에서 응력 및 변형을 모니터링할 수 있어 대상의 구조적 안전을 실시간으로 진단할 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면, 스피로피란 및 고분자가 결합된 스피로피란 복합체; 및 상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체가 함침되어 형성되는 하나 이상의 광섬유;를 포함하는 구조 안전 진단용 시스템으로서, 상기 스피로피란 복합체에 힘, 응력 또는 변형이 인가되었을 때 광 특성 변화가 일어나며, 상기 광 특성 변화는 상기 광섬유에 빛을 조사하여 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템에 관한 것이다.
상기 광 특성 변화는 광섬유의 색상, 형광, 흡수, 산란, 반사 및 투과 중 어느 하나 이상의 변화를 나타내는 것이 바람직하다.
상기 광섬유는 빛이 공급되는 제1 광섬유; 또는 공급된 빛을 받아 변화된 광 특성을 측정하는 제2 광섬유;를 포함하거나, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유를 모두 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유는 각각 단수 또는 복수 개로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 광섬유의 개수가 M이고, 상기 제2 광섬유의 개수가 N일 때, 상기 광 특성 변화의 측정은 M × N 개 이하의 교차 위치에서 측정하는 것이 바람직하다.
상기 제1 광섬유의 개수가 M이고, 상기 제2 광섬유의 개수가 N일 때, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 각각 상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 종방향과 횡방향으로 일정 간격 이격되어 있되, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 서로 교차하거나 마주보도록 배열된 구조인 것이 바람직하다.
상기 시스템은 상기 광 특성 변화를 측정하기 위한 RGB 센서, 분광기 및 광학 필터 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 빛은 레이저 또는 모노크로메이터가 부착된 광원으로부터 조사되거나, 또는 자연광으로부터 공급되는 것이 바람직하다.
상기 광원 또는 자연광은 하나 이상의 제1 광섬유에 빛이 조사되고, 상기 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터는 하나 이상의 제2 광섬유로부터 감지되는 상기 광 특성 변화를 측정하는 것이 바람직하다.
상기 광섬유는 빛이 공급되는 제1 광섬유; 및 공급된 빛을 받아 변화된 광 특성을 측정하는 제2 광섬유;를 포함하고, 상기 제1 광섬유의 개수가 M이고, 상기 제2 광섬유의 개수가 N일 때, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 각각 상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 종방향과 횡방향으로 일정 간격 이격되어 있되, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 서로 교차하거나 마주보도록 배열된 구조이며, 상기 광 특성 변화의 측정은 M × N 개 이하의 교차 위치에서 측정하고, 상기 시스템은 상기 광 특성 변화를 측정하기 위한 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터를 더 포함하고, 상기 빛은 레이저 또는 모노크로메이터가 부착된 광원으로부터 조사되고, 상기 광원은 하나 이상의 제1 광섬유에 빛이 조사되고, 상기 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터는 하나 이상의 제2 광섬유로부터 감지되는 상기 광 특성 변화를 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 대표적인 일 측면에 따르면, 상기 구조 안전 진단용 시스템의 측정 방법에 있어서, 스피로피란 복합체에 힘, 응력 또는 변형이 인가되었을 때 광 특성 변화를 광섬유로 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 대표적인 일 측면에 따르면, 상기 스피로피란 복합체; 및 광섬유;를 포함하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법에 있어서, (A) 광원으로부터 공급되는 빛을 직접 또는 제1 광섬유를 통해 받아서 변화된 광 특성을 나타내는 제2 광섬유의 광 특성 변화 정도를 측정하는 단계; 및 (B) 상기 측정된 광 특성 변화를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법에 관한 것이다.
상기 제1 광섬유는 광원으로부터 광분배기를 이용하여 빛이 조사된 것이 바람직하다.
상기 제1 광섬유 또는 광원으로부터 공급되는 빛은 위치 별로 순차적으로 공급되어, 구조체에 인가되는 힘, 응력 또는 변형을 위치 별로 분해하여 측정하는 것이 바람직하다.
상기 순차적으로 공급되는 빛은 시간에 따라 빛의 강도가 변화하는 광원을 이용해 구현하는 것이 바람직하다.
상기 (A) 단계에서의 측정은 상기 제2 광섬유로부터 전송되는 모든 광신호를 합산하여 구조체 전체에 인가되는 힘, 응력 또는 변형의 유무를 측정하는 것이 바람직하다.
상기 (A) 단계는 상기 제2 광섬유로부터 전송되는 광신호를 순차적으로 측정하는 것이 바람직하다.
상기 (B) 단계는 측정된 광 특성 변화를 힘, 응력 또는 변형으로 환산하여 정량화하는 것이 바람직하다.
상기 광신호는 하나 이상의 픽셀 구획별로 나누어 측정하여, 스피로피란 복합체에 인가되는 힘, 응력 또는 변형 정도를 위치별로 분해하는 것이 바람직하다.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 응력, 변형 및 손상을 감지할 수 있는 자가 진단 스마트 소재인 스피로피란 복합체에 광섬유를 혼입하여 제조된 시스템을 통해, 건축물 또는 운송수단 등의 응력 및 변형을 외부 또는 원거리에서 실시간으로 모니터링할 수 있어, 대상의 구조적 안전을 보다 편리하고 빠르게 진단하는데 현저한 효과를 나타낸다.
뿐만 아니라, 종래의 진단 시스템 단점을 완벽히 보완하여 저가에 구현이 가능한 스마트 소재로 개발할 수 있어 상시적으로 사회 안정성을 담보할 수 있으며, 이는 구조물의 붕괴나 수송기의 파손과 같은 대형 사고를 미연에 방지하는데도 효과적으로 활용될 수 있다.
도 1은 스피로피란 분자의 외부자극(힘, 응력, 변형)에 따른 화학구조의 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1에서 합성된 스피로피란 복합체의 응력 또는 변형에 의한 색 변화를 실험하여 실험 전과 후의 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 광섬유 내부 배치 방법 및 표면 배치 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.
도 4는 광 공급 광섬유와 광 측정 광섬유의 1 : 1 대응 및 M × N 대응(2 ×3) 배치 방법 모식도를 나타낸 것이다.
도 5는 광 공급 광섬유로 공급되는 빛의 순차적 변경 방법의 예를 나타낸 것이다.
도 6은 광 측정 광섬유에서 광측정장치로 연결되는 방법의 예를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1에서 합성된 스피로피란 복합체(SP-PMMA)를 외부자극(힘, 응력, 변형)에 의한 자가진단 색 분석법을 통해 정량화한 그래프를 나타낸 것이다.
도 8는 도 2의 외부 자극(힘, 응력, 변형)에 의한 복합체의 변화를 형광세기 분석법을 통해 해석한 그래프이다.
도 9는 실시예의 스피로피란 복합체 소재 내·외부에 광섬유를 함침시켜 상기 광섬유를 이용한 응력(또는 변형)에 따른 광 스펙트럼의 변화를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예의 스피로피란 복합체 소재 내·외부에 광섬유를 함침시켜 상기 광섬유를 이용한 응력(또는 변형)에 따른 색의 세기 변화를 나타낸 것이다.
도 11은 실시예의 스피로피란 복합체 소재 내·외부에 광섬유를 함침시켜 상기 광섬유를 이용한 응력(또는 변형)에 따른 형광 세기를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 12의 (a)는 건설/토목 및 운송 분야의 구조용 소재의 손상 및 파괴로 인한 실제 사례를 나타낸 이미지이고, (b)는 본 발명의 일 구현예에 따른 스피로피란 복합체 소재 내·외부에 광섬유를 함침시켜 상기 광섬유를 이용한 힘/응력/변형 분포에 따른 진단 및 분석 인터페이스 시스템의 예를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1에서 합성된 스피로피란 복합체의 응력 또는 변형에 의한 색 변화를 실험하여 실험 전과 후의 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 광섬유 내부 배치 방법 및 표면 배치 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.
도 4는 광 공급 광섬유와 광 측정 광섬유의 1 : 1 대응 및 M × N 대응(2 ×3) 배치 방법 모식도를 나타낸 것이다.
도 5는 광 공급 광섬유로 공급되는 빛의 순차적 변경 방법의 예를 나타낸 것이다.
도 6은 광 측정 광섬유에서 광측정장치로 연결되는 방법의 예를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1에서 합성된 스피로피란 복합체(SP-PMMA)를 외부자극(힘, 응력, 변형)에 의한 자가진단 색 분석법을 통해 정량화한 그래프를 나타낸 것이다.
도 8는 도 2의 외부 자극(힘, 응력, 변형)에 의한 복합체의 변화를 형광세기 분석법을 통해 해석한 그래프이다.
도 9는 실시예의 스피로피란 복합체 소재 내·외부에 광섬유를 함침시켜 상기 광섬유를 이용한 응력(또는 변형)에 따른 광 스펙트럼의 변화를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예의 스피로피란 복합체 소재 내·외부에 광섬유를 함침시켜 상기 광섬유를 이용한 응력(또는 변형)에 따른 색의 세기 변화를 나타낸 것이다.
도 11은 실시예의 스피로피란 복합체 소재 내·외부에 광섬유를 함침시켜 상기 광섬유를 이용한 응력(또는 변형)에 따른 형광 세기를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 12의 (a)는 건설/토목 및 운송 분야의 구조용 소재의 손상 및 파괴로 인한 실제 사례를 나타낸 이미지이고, (b)는 본 발명의 일 구현예에 따른 스피로피란 복합체 소재 내·외부에 광섬유를 함침시켜 상기 광섬유를 이용한 힘/응력/변형 분포에 따른 진단 및 분석 인터페이스 시스템의 예를 나타낸 것이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스피로피란 및 고분자가 결합된 스피로피란 복합체; 및 상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체가 함침되어 형성되는 하나 이상의 광섬유;를 포함하는 구조 안전 진단용 진단 시스템으로서, 상기 스피로피란 복합체에 힘, 응력 또는 변형이 인가되었을 때 광 특성 변화가 일어나며, 상기 광 특성 변화는 상기 광섬유에 빛을 조사하여 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템을 제공한다.
상기 스피로피란(Spiropyran) 분자는 응력 또는 변형 등의 외부 자극에 스스로 색이 변하고 형광 특성을 나타내므로, 별도의 외부 장비와 동력원 없이 소재 자체적으로 손상을 감지하는데 현저한 효과를 나타낸다. 뿐만 아니라 다른 재료와의 배합에 따라 저렴하면서도 매우 안정한 물질로 합성이 가능하며 고분자, 콘크리트, 또는 금속 등에 직접 혼입하거나 이차원(2D) 필름, 구조 모듈 등과 같이 다양한 형태로 가공이 용이하며 인체에 무해하여 반영구적으로 사용이 가능한 장점을 갖는다.
상기 스피로피란 분자를 원하는 구조용 소재인 고분자에 화학적으로 결합시키는 과정이 필요한데, 상기 스피로피란 화학 구조에 공유결합을 통해 연결시켜 외부에서의 힘, 응력 및 변형(변위)의 전달이 효율적으로 이루어지게 하는 것이 핵심이다. 상기 고분자와 스피로피란 분자를 화학적으로 결합시키기 위해서는 상기 스피로피란 분자의 양단을 기능화시켜야 하는데, 이는 한쪽만 화학적으로 결합된 스피로피란의 경우 힘, 응력 및 변형(변위)에 대한 활성을 나타내지 않기 때문이다.
상기 고분자로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리디메틸실록세인, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카프로락톤, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리아닐린, 폴리스타이렌, 폴리부틸아크릴레이트, 에폭시 및 실리콘 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
이와 관련하여 도 2는 스피로피란 복합체의 응력 또는 변형에 의한 색 변화에 대한 일 구현예를 나타낸 이미지로서, 상기 스피로피란 복합체는 외부 자극에 의하여 보라색으로 변색되고, 상기 변색된 스피로피란 복합체는 가시광선에 의해 다시 색상이 원상태로 복구되는 것을 확인하였다.
또한, 상기 스피로피란 복합체는 (a) 스피로피란 전구체, 제1 고분자 전구체, 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 반응시키는 단계;를 포함하여 제조될 수도 있다.
보다 상세하게는 상기 (a) 단계는 스피로피란 전구체, 제1 고분자 전구체, 및 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계로서, 질소 분위기하에서 0 내지 150 ℃의 온도에서 1분 내지 24시간 동안 교반하여 혼합하는 것이 바람직하다. 만일 상기 온도 및 시간 범위를 벗어나는 경우에는 충분한 교반이 이루어지지 않아 불균일한 혼합물을 형성할 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 공기중의 산소와의 부 반응을 억제하기 위해 비활성 기체인 질소 분위기를 유지해야만 한다.
앞서 상술한 바와 같이, 상기 스피로피란 화학 구조에 공유결합을 통해 연결시켜 외부에서의 힘, 응력 및 변형(변위)의 전달이 효율적으로 이루어지게 하는 것이 핵심이다. 상기 고분자와 스피로피란 분자를 화학적으로 결합시키기 위해서는 상기 스피로피란 분자의 양단을 기능화시켜야 하는데, 이는 한쪽만 화학적으로 결합된 스피로피란의 경우 힘, 응력 및 변형(변위)에 대한 활성을 나타내지 않기 때문이다.
따라서, 상기 스피로피란 전구체는 메타크릴레이트기, 아크릴레이트기, 히드록실기, 바이닐기, 아민기, 아미드기, 아마이드기, 에스테르기, 에폭시기 및 이소시아네이트기 중에서 선택된 어느 하나가 결합된 스피로피란 공중합체인 것이 바람직하다.
상기 제1 고분자 전구체는 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 아크릴레이트, 이소시아네이트, 히드록실, 아민, 아크릴로니트릴, 아미드, 아마이드, 아닐린, 스타이렌, 부틸아크릴레이트 및 에폭사이드 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 첨가제는 가교제, 개시제, 촉매, 사슬 연장제 및 용매 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 Ethylene glycol dimethacrylate, Benzoyl peroxide, N, N-dimethylaniline 및 Tin 촉매 중에서 선택된 1종 이상인 것이다.
상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계를 통해 혼합된 혼합물을 반응시키는 단계로서, 후술하는 (b1) 또는 (b2) 단계를 선택적으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 (b1) 단계는 상기 혼합물에 경화제를 첨가하여 경화시키는 단계로, 바람직하게는 상기 혼합물에 경화제를 첨가하고 20 내지 30 ℃의 온도에서 5 내지 20시간 동안 1차로 경화시킨 후, 70 내지 90 ℃의 온도로 승온시켜 1 내지 100 분 동안 2차로 경화시키는 것이다. 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 경화가 필요한 고분자를 스피로피란에 결합시키는 경우에는 상술한 경화 공정 단계(b1)로 수행되는 것이 바람직하다. 상기 경화 공정에 있어서 상술한 바와 같이 1차 및 2차 경화를 차례로 수행되고 상기 온도 및 시간 범위 내에서 수행되는 것이 바람직한데, 상기 조건에서 후술하는 광섬유를 이용한 분석 시 시그널의 감소가 전혀 없는 것을 확인하였다. 그러나 만일 상기 경화 공정(b1) 중 어느 하나라도 충족시키지 못하거나 범위를 벗어나는 경우에는 시그널 감소가 발생하는 것을 확인하였다.
상기 (b2) 단계는 상기 혼합물에 제2 고분자 전구체를 첨가하고 40 내지 100 ℃의 온도에서 1 내지 10 시간 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 만일 상기 온도 및 시간 범위를 벗어나는 경우에는 미반응물이 잔존할 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 제2 고분자 전구체는 Polytetramethylene etherglycol인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 구조 안전 진단용 시스템을 광섬유의 종류 및 개수, 광원 및 광 특성 변화 측정 장치 구성을 달리하여 제작한 후 광 특성 변화를 100회 반복하여 분석하였다.
그 결과, 다른 조건에서와는 달리, 아래 조건을 모두 만족하였을 때 외부에서 민감한 광 특성 변화에도 정량적인 측정이 가능할 뿐만 아니라 다양한 위치에서도 광 특성 변화가 측정되었고, 100회 반복 실시하여도 오차 범위가 거의 발생하지 않는 것을 확인하였다.
상기 광섬유는 빛이 공급되는 제1 광섬유; 및 공급된 빛을 받아 변화된 광 특성을 측정하는 제2 광섬유;를 포함하고, 상기 제1 광섬유의 개수가 M이고, 상기 제2 광섬유의 개수가 N일 때, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 각각 상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 종방향과 횡방향으로 일정 간격 이격되어 있되, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 서로 교차하거나 마주보도록 배열된 구조이며, 상기 광 특성 변화의 측정은 M × N 개 이하의 교차 위치에서 측정하고, 상기 시스템은 상기 광 특성 변화를 측정하기 위한 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터를 더 포함하고, 상기 빛은 레이저 또는 모노크로메이터가 부착된 광원으로부터 조사되고, 상기 광원은 하나 이상의 제1 광섬유에 빛이 조사되고, 상기 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터는 하나 이상의 제2 광섬유로부터 감지되는 상기 광 특성 변화를 측정하는 것일 수 있다.
다만, 상기 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 일부 위치에서는 신호의 세기가 매우 약하였고, 두꺼운 소재, 불투명 또는 오염 가능성이 높은 소재에서는 광 특성 변화가 제대로 측정되지 않았으며, 100회 반복 실시하였을 때 오차 범위가 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 스피로피란 복합체에 힘, 응력 또는 변형이 인가되었을 때 광 특성 변화를 광섬유로 분석하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스피로피란 복합체; 및 광섬유;를 포함하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법에 있어서, (A) 제1 광섬유, 또는 광원으로부터 공급되는 빛을 받아 변화된 광 특성을 나타내는 제2 광섬유의 광 특성 변화 정도를 측정하는 단계; 및 (B) 상기 측정된 광 특성 변화를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법을 제공한다.
건축물 또는 운송수단의 구조용 소재는 손상과 혹시 모를 대참사를 사전에 정확하게 진단하기 위해서는 힘/응력/변위에 따른 소재 내부에서의 구조 변화를 실시간으로 모니터링하고 분석할 필요가 있다. 상술한 스피로피란 복합체(SP 분자 센서)를 포함하는 자가진단 스마트 소재의 경우 내부에서 발생하는 힘, 응력 또는 변형을, 스피로피란 복합체에서 발생하는 가시적인 색상, 형광 특성, 흡수 특성 및 발광 특성 중에서 어느 하나 이상의 광 특성 변화를 외부에서 감지 및 정량화함으로써 소재의 실시간 응력을 각 위치 별로 측정/분석하고 구조 안정성을 진단할 수 있다.
상기 광 특성 변화를 위해서는 상기 스피로피란 복합체 내부로 광이 입사되어 흡수, 형광, 산란, 발색 등의 반응을 나타내야 하는데, 이를 위한 광원은 태양광이나 구조물이 위치한 곳에 기존에 설치된 광원을 그대로 사용하거나 필터 혹은 단색화 장치 등을 통해 특정 파장 대역의 빛을 선택적으로 조사할 수 있으며, 빛이 충분하지 않거나 입사 광원의 빛의 특성의 제어가 필요한 경우 추가적인 광원을 통해 빛을 조사할 수 있다.
상기 광 특성 변화 관찰을 위해서는 외부에서 빛의 공급이 필요하나, 외부에서 상기 복합체 내부로 빛이 공급되는 경우 빛이 측정위치까지 도달하는 경로에서 빛의 흡수, 형광, 산란 등으로 광량 뿐만 아니라, 스펙트럼, 즉, 파장 별 빛의 강도 분포까지 변화하므로 측정 위치 별 광원 특성 변화를 유발하여 광 특성 변화의 정량적인 측정이 매우 어려워지게 된다.
한편, 광섬유는 내부 전반사에 의해 광을 손실없이 전달할 수 있고 두께를 최소화하여 원 소재의 구조적 안정성을 크게 해치지 않는다는 장점이 있다. 그러므로 상기 광섬유를 구조체 내부 혹은 표면에 개재하여 빛을 공급함으로써 상기 측정 위치 별 광원 특성 변화를 최소화 할 수 있으며, 어두운 소재에도 빛을 충분히 공급하거나, 측정을 원하는 위치에 빛을 집중적으로 공급할 수 있어 내부의 구조 변화 감지가 용이해 진다. 이를 도 3에 나타내었다.
또한, 상기 빛의 공급을 위한 광섬유 이외에 빛의 관찰을 위한 광섬유가 별도로 상기 구조체 내부 혹은 표면에 개재되어, 상기 스피로피란 복합체에서 위치 별로 발생하는 광 특성 변화를 노이즈 발생을 최소화하여 측정할 수 있으며, 이에 따라 측정 신호의 잡음 대비 신호 비율을 최대화 하며 측정 감도를 향상할 수 있다. 다른 실시예로 상기 측정을 위한 광섬유는 광 공급을 위한 광섬유의 일부 혹은 전체를 활용해 별도의 배치 없이 공용으로 광섬유를 사용할 수 있다.
상기 광 공급을 위한 제1 광섬유와 광 측정을 위한 제2 광섬유는 각각 1 대 1 대응 되어 사용될 수 있으며, 이때 상기 1 대 1 대응쌍 광섬유는 서로 근방에 배치되어 상기 광 공급 경로 및 광 측정 경로에서 흡수/형광/산란 등으로 인한 스펙트럼 변화, 광량 감소를 최소화 할 수 있다.
상기 광 공급을 위한 제1 광섬유와 광 측정을 위한 제2 광섬유의 수는 1 대 1로 대응하지 않을 수 있으며, 이때 광 공급을 위한 제1 광섬유 M개와 광 측정을 위한 제2 광섬유 N개는 최대 M × N 개, 또는 그 이하의 교차 위치에서의 상기 광 특성 변화를 측정할 수 있다. 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 각각 상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 종방향과 횡방향으로 일정 간격 이격되어 있되, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 서로 교차하거나 마주보도록 배열된 구조인 것일 수 있다. 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 서로 거리를 두고 교차하는 구조의 경우 위치 특정면에서 이점이 있다. 바람직하게는 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 서로 마주보도록 배열된 구조일 수 있다. 이 경우, 스피로피란 복합체의 강도를 향상시킬 수 있고, 가장 신호의 세기가 강하며, 정량적인 측정에 유리한 이점이 있다. 또한 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 서로 마주보는 형태로 배치하게 되면 위치 특정은 약하나 강도를 최대로 하여 손상 정도에 대한 정량적 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 두껍거나 불투명도 또는 오염 가능성이 높은 소재에서도 측정이 가능한 이점이 있다(도 4의 첫 번째 도면 참고). 이와 같이 M × N 개의 교차 방법을 통해 상기 광 공급을 위한 제1 광섬유 혹은/및 광 측정을 위한 제2 광섬유 개수 대비 다양한 위치에서의 광 변화 특성을 측정할 수 있다. 이를 도 4에 나타내었다.
상기 광섬유를 통해 얻어지는 시그널은 가시광선 영역(400~750 nm), 적외선 영역 또는 자외선 영역 중 일부 파장 대역을 소스로 하여 진단 대상의 구조물에서 나오는 형광, 흡수, 산란, 반사 및 투과에 의한 광 특성 변화를 통해 정량적으로 분석할 수 있다.
상기 빛은 레이저 또는 모노크로메이터가 부착된 광원으로부터 조사되거나, 또는 자연광으로부터 공급되는 것일 수 있다. 상기 광원 또는 자연광은 하나 이상의 제1 광섬유에 빛이 조사되는 것일 수 있다. 일 실시예로 상기 광 공급을 위한 광원은 광분배기를 통해 여러 위치에 광섬유에 나누어져 공급할 수 있다. 다른 실시예로 상기 광 공급을 위한 광원은 상기 복수의 광원이 순차적으로 점멸되는 방식 대신, 순차적으로 광 스펙트럼 혹은 광량이 바뀌는 방식일 수 있다. 또 다른 실시예로 상기 복수의 광원의 순차적인 변화를 사용하는 방식 대신, 순차적으로 광원과 광측정장치의 연결구조를 변경하는 방식으로 힘/응력/변위 발생 위치를 특정할 수 있다. 상기 방법은 도 5에 표현하였다.
일 실시예로 상기 광 공급을 위한 광원은 도 4의 2 × 3 대응 배치 방법의 경우, 위치별로 복수의 광원이 순차적으로 점멸되는 방식으로 힘/응력/변위 발생 위치를 특정할 수 있다. 일 예로 도 4에서 기준 시간 t0 ~ t0 + 0.1초 구간에서는 광원 1이, t0 + 0.1초 ~ t0 + 0.2초 구간에서는 광원 2이 켜지는 경우, t0 + 0.05초의 시점에 광측정장치 2에서 측정된 광 특성 변화는 위치 2에서 기인함을 확인할 수 있다.
광 측정 장치의 경우, RGB(Red-green-blue) 센서, PM(Photomultiplier) tube에 결합된 필터, 분광기 등의 형태일 수 있다. 상기 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터는 하나 이상의 제2 광섬유로부터 감지되는 상기 광 특성 변화를 측정하는 것일 수 있다. 광 측정 장치와 광 측정 광섬유 연결 방법의 경우에는 일 실시예로, 상기 광 측정 광섬유에서 나오는 빛은, 여러 위치에서 측정된 빛이 모아져 측정장치에 인가되어, 위치별 측정이 아닌 임의의 위치에서의 힘, 응력 또는 변형의 변화를 감지하는 용도로 사용될 수 있다. 다른 실시예로 상기 광 측정 광섬유에서 나오는 빛은 여러 위치에서 측정된 빛이 각각 다른 측정장치에 인가되거나 한 측정장치 내 다른 픽셀 위치에 인가되어, 위치 별로 분해하여 위치 별, 힘, 응력 또는 변형의 변화를 감지하는 용도로 사용될 수 있다. 다른 실시예로 상기 광 측정 광섬유에서 나오는 빛은 순차적으로 연결상태가 변화하며 측정장치에 인가되어 적은 수의 측정 장치로 보다 다양한 위치에서의 위치 별, 힘, 응력 또는 변형의 변화를 감지하는 용도로 사용될 수 있다. 상기 개념은 도 6에 나타내었다.
광 측정 장치로 연결되는 이렇게 복수 개의 광섬유를 상기 스피로피란 복합체에 연결시켜 진단 대상 구조물의 여러 곳에 대한 분석 인터페이스를 구현할 수 있으며, 각각의 광섬유에서 나오는 색상과 형광을 분석하여 이를 디스플레이함으로써 비전문가도 쉽게 구조물의 위험을 진단하고 판단할 수 있는 인터페이스를 구축할 수 있다.
예를 들면, 자가진단 센서 분자를 포함하는 구조체의 서로 다른 지점에 혼입된 여러 광섬유 가닥들을 중앙 컨트롤 센터에서 하나의 번들로 모은 후, 광 스펙트럼, 색 또는 형광 분석 인터페이스의 구현을 통해 구조체의 위치에 따른 힘/응력/변위를 도식화하고 위험 상황을 실시간으로 모니터링하고 진단할 수 있다. 이와 관련하여 광섬유를 이용한 자가진단 소재의 구조안전 진단 인터페이스 시스템의 모식도를 도 12의 (b)에 나타내었다. 도 12의 (b)는 비행기 선체 내부의 수많은 응력 집중부들에 자가진단 스마트 소재 및 광섬유를 장착한 후, 형광(혹은 광 스펙트럼, 색) 변화를 감지하고 각 부위별로 장착된 광섬유들을 중앙의 컨트롤 센터에서 디스플레이화를 통해 힘/응력/변위 분포를 진단 및 해석하는 시스템을 나타내고 있다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
또한, 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1: SP linked PMMA 스피로피란 복합체 제조
SP(Spiropyran)이 화학적으로 결합된 SP linked PMMA(Polymethyl methacrylate)를 합성하기 위하여, MMA monomer, methacrylate-functionalized SP 분자, Eethylene glycol Dimethacrylate(crosslinking agent) 및 benzoyl peroxide(initiator)를 질소 분위기에서 0 내지 100 ℃의 온도로 24 시간 동안 충분히 교반하였다. 여기에 화학적 활성제인 N,N-Dimethylaniline를 첨가하여 고분자 경화를 시작하는데 상온에서 12시간 동안 경화시킨 후에 100 ℃ 이상의 온도로 승온시켜 최소 30분 이상 경화시켜 SP linked PMMA를 제조하였다.
시험예 1: 스피로피란 복합체의 응력 또는 변형에 의한 색 변화 분석
실시예 1에서 합성된 스피로피란 복합체를 응력 또는 변형에 의한 색 변화를 실험하여 실험 전과 후의 이미지를 도 2에 나타내었다.
도 2를 참조하면, 실시예 1의 스피로피란 복합체(SP-linked PMMA)는 힘, 응력, 혹은 변형을 가하면 시편의 색이 약한 노란색 혹은 투명한 색(왼쪽)에서 강렬한 보라색(오른쪽)으로 변화하는 것을 알 수 있다. 이는 별다른 외부 장비 또는 전문가의 도움 없이 일반인들도 색의 변화를 육안으로 쉽게 감지할 수 있을 정도로 충분한 색의 변화를 보여주고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1에서 합성된 스피로피란 복합체(SP-PMMA)를 외부자극(힘, 응력, 변형)에 의한 자가진단 색 분석법을 통해 정량화하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 실험 결과를 통해, 붉은색, 녹색, 파란색 등 다양한 색을 기준으로 분석이 가능하고, 외부 힘/응력/변위가 시편에 가해질 때 색이 증가(혹은 감소)함을 확인할 수 있다. 본 실험에서는 대표적으로 붉은색(red)의 분석 결과만을 나타내고 있는데, 흥미로운 점은 단순히 힘을 받는지에 대한 on/off의 개념보다 외부의 자극에 비례하여 붉은색의 세기(red intensity)도 증가한다는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 스피로피란 복합체(SP 센서 분자)를 이용한 자가진단 소재의 경우, 색의 분석을 통해 소재에 가해지는 응력 혹은 변형의 정도(혹은 세기)를 정량적으로 측정할 수 있음을 의미한다.
도 8은 도 2의 외부 자극(힘, 응력, 변형)에 의한 색 변화를 형광 분석법을 통해 해석한 그래프이다. 위에서 설명한 색 분석법과 마찬가지로, 외부 자극(힘, 응력, 변위)이 가해졌을 때 형광이 크게 향상함을 확인할 수 있다. 또한, 외부 자극의 세기에 비례하여 형광의 세기 역시 증가하여 정량적인 분석에 큰 이점이 있음을 확인할 수 있다. 형광 세기의 경우 RGB(red-green-blue) 보다 센서의 감도가 훨씬 좋아진다는 장점이 있기 때문에 미세한 힘 또는 변위를 측정할 수 있다.
시험예 2: 스피로피란(spiropyran) 복합체를 포함한 자가진단 스마트 소재의 광섬유를 통한 진단 분석
실시예 1의 스피로피란 복합체 소재 내부에 광섬유를 위치시키고 응력을 가하면서 광 스펙트럼, 색상 및 형광 세기를 측정하였으며, 그 결과를 도 9 내지 11에 나타내었다.
먼저, 광 스펙트럼 결과를 나타낸 도 9를 참조하면, 응력이 없는 상태에서는 60% 정도의 상대적으로 균일한 투과도(transmission)를 나타내지만, 응력이 가해지면 580 nm 근처에서 투과도가 크게 감소하고 450 nm와 700 nm 부근에서는 투과도가 크게 증가함을 알 수 있다.
또한, 색 분석의 경우는 응력을 가하면서 붉은색(red), 녹색(green), 파란색(blue)의 세기 변화를 측정하였는데, 그 결과 응력이 증가함에 따라 녹색은 줄어들고 붉은색과 파란색의 세기는 증가함을 확인할 수 있다(도 10 참조).
뿐만 아니라, 형광을 측정하는 경우 응력이 없는 상태에서는 형광이 거의 발생하지 않았다. 하지만 응력이 가해짐에 따라 자가진단 스마트 소재 내부 스파이로 파이란 센서 분자가 SP form에서 MC form으로 변화하면서 형광 특성을 나타내고(도 1의 화학 구조 참조), 따라서 도 11에서 보는 바와 같이, 응력이 가해질 때 650 nm 파장을 중심으로 큰 형광이 측정되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 여러 구현예에 따르면, 자가 진단 스마트 소재인 스피로피란 복합체에 광섬유를 혼입하면 응력 및 변형에 대한 구조 안전 진단 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 상기의 시스템은 건축물 또는 운송수단 등의 외부 또는 원거리에서 응력 및 변형을 실시간으로 모니터링할 수 있어, 대상의 구조적 안전을 보다 편리하고 빠르게 진단하는데 현저한 효과를 나타낸다.
뿐만 아니라, 종래의 진단 시스템 단점을 완벽히 보완하여 저가에 구현이 가능한 스마트 소재로 개발할 수 있어 상시적으로 사회 안정성을 담보할 수 있으며, 이는 구조물의 붕괴나 수송기의 파손과 같은 대형 사고를 미연에 방지하는데도 효과적으로 활용될 수 있다.
Claims (18)
- 스피로피란 및 고분자가 결합된 스피로피란 복합체; 및
상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 일부 또는 전체가 함침되어 형성되는 하나 이상의 광섬유;를 포함하는 구조 안전 진단용 시스템으로서,
상기 스피로피란 복합체에 힘, 응력 또는 변형이 인가되었을 때 광 특성 변화가 일어나며,
상기 광 특성 변화는 상기 광섬유에 빛을 조사하여 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 광 특성 변화는 광섬유의 색상, 형광, 흡수, 산란, 반사 및 투과 중 어느 하나 이상의 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 광섬유는 빛이 공급되는 제1 광섬유; 또는
공급된 빛을 받아 변화된 광 특성을 측정하는 제2 광섬유;를 포함하거나,
상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 광섬유의 개수가 M이고, 상기 제2 광섬유의 개수가 N일 때,
상기 광 특성 변화의 측정은 M × N 개 이하의 교차 위치에서 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 광섬유의 개수가 M이고, 상기 제2 광섬유의 개수가 N일 때,
상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 각각 상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 종방향과 횡방향으로 일정 간격 이격되어 있되, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 서로 교차하거나 마주보도록 배열된 구조인 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 시스템은 상기 광 특성 변화를 측정하기 위한 RGB 센서, 분광기 및 광학 필터 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 빛은 레이저 또는 모노크로메이터가 부착된 광원으로부터 조사되거나, 또는 자연광으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제3항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원 또는 자연광은 하나 이상의 제1 광섬유에 빛이 조사되고, 상기 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터는 하나 이상의 제2 광섬유로부터 감지되는 상기 광 특성 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 광섬유는 빛이 공급되는 제1 광섬유; 및 공급된 빛을 받아 변화된 광 특성을 측정하는 제2 광섬유;를 포함하고,
상기 제1 광섬유의 개수가 M이고, 상기 제2 광섬유의 개수가 N일 때, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 각각 상기 스피로피란 복합체의 내부 또는 표면에 종방향과 횡방향으로 일정 간격 이격되어 있되, 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 서로 교차하거나 마주보도록 배열된 구조이며, 상기 광 특성 변화의 측정은 M × N 개 이하의 교차 위치에서 측정하고,
상기 시스템은 상기 광 특성 변화를 측정하기 위한 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터를 더 포함하고,
상기 빛은 레이저 또는 모노크로메이터가 부착된 광원으로부터 조사되고,
상기 광원은 하나 이상의 제1 광섬유에 빛이 조사되고, 상기 RGB 센서, 분광기 또는 광학 필터는 하나 이상의 제2 광섬유로부터 감지되는 상기 광 특성 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템.
- 제1항의 구조 안전 진단용 시스템을 이용한 측정 방법에 있어서,
스피로피란 복합체에 힘, 응력 또는 변형이 인가되었을 때 광 특성 변화를 광섬유로 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 측정 방법.
- 제1항의 스피로피란 복합체; 및 광섬유;를 포함하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법에 있어서,
(A) 광원으로부터 공급되는 빛을 직접 또는 제1 광섬유를 통해 받아서 변화된 광 특성을 나타내는 제2 광섬유의 광 특성 변화 정도를 측정하는 단계; 및
(B) 상기 측정된 광 특성 변화를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 (B) 단계는 측정된 광 특성 변화를 힘, 응력 또는 변형으로 환산하여 정량화하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 광섬유는 광원으로부터 광분배기를 이용하여 빛이 조사된 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 광섬유 또는 광원으로부터 공급되는 빛은 위치 별로 순차적으로 공급되어, 구조체에 인가되는 힘, 응력 또는 변형을 위치 별로 분해하여 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 순차적으로 공급되는 빛은 시간에 따라 빛의 강도가 변화하는 광원을 이용해 구현하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 (A) 단계에서의 측정은 상기 제2 광섬유로부터 전송되는 모든 광신호를 합산하여 구조체 전체에 인가되는 힘, 응력 또는 변형의 유무를 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 (A) 단계는 상기 제2 광섬유로부터 전송되는 광신호를 순차적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 광신호는 하나 이상의 픽셀 구획별로 나누어 측정하여, 스피로피란 복합체에 인가되는 힘, 응력 또는 변형 정도를 위치별로 분해하는 것을 특징으로 하는 구조 안전 진단용 시스템의 분석 방법.
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