Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing (비파괴검사학회지)

The Korean Society for Nondestructive Testing (한국비파괴검사학회)
권호 표지

Feasibility Study on Packaged FBG Sensors for Debonding Monitoring of Composite Wind Turbine Blade

풍력발전기 복합재 블레이드의 접착 분리 모니터링을 위한 패키징 광섬유 브래그 격자 센서 탐촉자의 사용성 검토

  • Kwon, Il-Bum (Center for Safety Measurement, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Choi, Ki-Sun (Center for Safety Measurement, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Kim, Geun-Jin (Center for Safety Measurement, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Kim, Dong-Jin (Center for Safety Measurement, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Huh, Yong-Hak (Center for Safety Measurement, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Yoon, Dong-Jin (Center for Safety Measurement, Korea Research Institute of Standards and Science)
  • 권일범 (한국표준과학연구원 안전측정센터) ;
  • 최기선 (한국표준과학연구원 안전측정센터) ;
  • 김근진 (한국표준과학연구원 안전측정센터) ;
  • 김동진 (한국표준과학연구원 안전측정센터) ;
  • 허용학 (한국표준과학연구원 안전측정센터) ;
  • 윤동진 (한국표준과학연구원 안전측정센터)
  • Received : 2011.03.08
  • Accepted : 2011.06.03
  • Published : 2011.08.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Smart sensors embedable in composite wind turbine blades have been required to be researched for monitoring the health status of large wind turbine blades during real-time operation. In this research, the feasibility of packaged FBG sensor probes was studied through the experiments of composite blade trailing edge specimens in order to detect cracking and debonding damages. The instants of cracking and debonding generated in the shear web were confirmed by rapid changes of the wavelength shifts from the bare FBG sensor probes. Packaged FBG sensor probes were proposed to remove the fragile property of bare FBG sensor probes attached on composite wind blade specimens. Strain and temperature sensitivity of fabricated probes installed on the skin of blade specimen were almost equal to those of a bare FBG sensor. Strain sensitivity was measured to be ${\mu}{\varepsilon}$/pm in a strain range from to 0 to 600 ${\mu}{\varepsilon}$, and the calculated temperature sensitivity was to be 48 pm/$^{\circ}C$ in the heating test up to 80 degree.

최근 대형화되는 복합재 풍력 블레이드의 운전 중 발생되는 손상을 조기에 모니터링하기 위하여 블레이드 내부에 일제형으로 설치가 가능한 스마트 센서들이 연구되고 있다. 본 연구에서는 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg grating) 센서를 복합재 모형 블레이드 후연부 시편에 부착하여 균열 또는 접착층 분리를 감지하는 실험을 수행하여 패키징된 광섬유 브래그 격자 센서 탐촉자의 풍력 블레이드에 적용 가능성을 검토하였다. 블레이드 시편에 인가된 연장 하중이 1100 N부터 1260 N 사이에서 노출된 광섬유 브래그 격자 센서의 파장 이동 방향이 급격히 반전되는 결과로부터 전단 웹의 균열과 접착 분리 파손을 확인할 수 있었다. 블레이드에 사용하기 위한 노출된 광섬유 브래그 격자 센서는 깨지가 쉽기 때문에 이 단점을 보완하기 위하여 에폭시로 패키징된 광섬유 브래그 격자 센서 탐촉자를 제작하였다. 블레이드 시편의 스킨 위에 제작된 탐촉자를 설치한 후 인장 시험을 수행한 결과 변형률에 대한 감지도는 약 1.3 ${\mu}{\varepsilon}$/pm으로 노출된 광섬유 브래그 격자 센서의 감지도와 거의 동일한 것으로 확인되었다. 한편 온도 감지도는 $80^{\circ}C$ 까지의 가열 테스트를 통하여 약 48 pm/$^{\circ}C$의 온도 감지도를 보였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 한국에너지기술평가원

References

  1. 서대철, 권일범, 윤동진, 이승석, 이정률, "광섬유 FBG 센서를 이용한 탄성파 검출", 비파괴검사학회지, Vol. 30, No. 1, pp. 1-5 (2010)
  2. 정달우, 권일범, 최낙삼, "온도보상형 Double FBG 센서의 제작과 기계적 변형률 측정 시험", 비파괴검사학회지, Vol. 25, No. 5, pp 356-361 (2005)
  3. 권일범, "광섬유 센서를 이용한 구조물 안전 모니터링 기술", 비파괴검사학회지, Vol. 25, No. 5, pp. 400-404 (2005)
  4. S. Park, T. Park and K. Han, "Real-time monitoring of composite wind turbine blades using fiber bragg grating sensors," Advanced Composite Materlals, Vol. 20, No. 1, pp. 39-51 (2011) https://doi.org/10.1163/092430410X504198
  5. A. Turner, T. W. Graver and A. Mendez, "Structural monitoring of wind turbine blades using fiber optic bragg grating strain sensors," Society for Experimental Mechanics-SEM Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics 2010, Vol. 2, pp. 1285-1290 (2010)
  6. H-J. Bang, H-K. Shin and Y-C. Ju, "Structural health monitoring of a composite wind turbine blade using fiber Bragg grating sensors," Proc. SPIE The International Society for Optical Engineering, Vol. 7647, No. 76474H, (2010)
  7. Z-S. Guo, "Fiber Bragg grating sensors for fatigue monitoring of composite wind blades," Proc. of International SAMPE Symposium and Exhibition, Vol. 52, pp. 12 (2007)
  8. C. S. Shin, B. L. Chen, J. R. Cheng and S. K. Liaw, "Impact response of a wind turbine blade measured by distributed FBG sensors," Materials and Manufacturing Processes, Vol. 25, No. 4, pp. 268-271 (2010) https://doi.org/10.1080/10426910903426448
  9. S. H. Eum, K. Kageyama, H. Murayama, K. Uzawa, I. Ohsawa, M. Kanai and H. Igawa, "Process/health monitoring for wind turbine blade by using FBG sensors with multiplexing techniques," Proc. of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Vol. 7004, No. 70045B, (2008)
  10. B. Allan, D. A. Horsley and J. R. Zayas, "Development of an embedded high performance MEMS-based fiber Bragg grating interrogation system for wind turbine applications," Collection of Technical Papers - 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Vol. 10, pp. 7254-7264 (2006)