• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2004년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.95-102
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• 2004

변형률과 파손신호를 동시에 계측하기 위하여 이중복조기를 갖는 광섬유 브래그 격자센서시스템을 제안하였다. 이중복조기는 가변 패브리-페로 필터를 사용하여 변형률과 같이 변화가 큰 저주파신호를 측정하는 복조기와 수동 마흐-젠더 간섭계를 사용하여 파손신호나 충격신호와 같이 미세한 크기의 고주파 신호를 측정하는 복조기로 구성된다. 제안된 광섬유 브래그 격자센서시스템을 이용하여 인장하중을 받는 직교적층 복합재 구조물의 변형률과 파손신호를 동시에 계측할 수 있었다. 하나의 광섬유브래그격자센서로 측정한 변형률과 파손신호를 분석한 결과, 복합재 시편의 90도 층에서 모재균열이 발생할 때 급격한 변형률 변이가 유발되고, 최대 수백킬로헤르쯔에 이르는 주파수 성분을 가진 진동신호가 발생함을 알 수 있었다.

• 비파괴검사학회지
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• 제36권3호
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• pp.225-230
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• 2016

광섬유 브래그 격자센서(FBG)는 다중화가 용이하고 절대측정이 가능한 고유의 장점으로 다양한 구조물의 구조건전성 모니터링(SHM)에 활용도를 넓혀가고 있다. 하지만, 구조건전성 모니터링을 위해 FBG 센서를 온도 변화 환경에서 장기간 사용할 경우 FBG 센서는 계절적 요인에 의한 큰 폭의 주기적 온도 변화 환경에 노출되므로 센서의 신뢰성 확보를 위해 신호 특성에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 패키징된 FBG 센서의 제작에 많이 활용되는 각각 2가지의 모재 및 접착제를 대상으로 시편을 제작한 후 항온항습기 내에서 -$20^{\circ}C{\sim}60^{\circ}C$의 온도 조건에서 300사이클의 반복 열하중시험을 수행하였다. 시험 결과, FBG 센서에 주기적인 반복 열하중이 가해질 경우 일정량의 압축변형이 작용하며 이는 센서로 사용 시 측정 오차로 작용하므로 장기 구조건전성 모니터링을 위해 FBG 센서의 사용 전 안정화 과정을 통한 사전보정이 필요함을 확인하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제16권1호
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• pp.22-29
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• 2011

In this study, the glass fiber drawing from a silica preform in the furnace for the optical fiber manufacturing process is numerically simulated by considering the radiative heating of cylindrically shaped preform. The one-dimensional governing equations of the mass, momentum, and energy conservation for the heated and softened preform are solved as a set of the boundary value problems along with the radiative transfer approximation between the muffle tube and the deformed preform shape, while the furnace heating is modeled by prescribing the temperature distribution of muffle tube. The temperature-dependent viscosity of silica plays an important role in formation of preform neck-down profile when the glass fiber is drawn at high speed. The calculated neck-down profile of preform and the draw tension are found to be reasonable and comparable to the actual results observed in the optical fiber industry. This paper also presents the effects of key operating parameters such as the muffle tube temperature distribution and the fiber drawing speed on the preform neck-down profile and the draw tension. Draw tension varies drastically even with the small change of furnace heating conditions such as maximum heating temperature and heating width, and the fine adjustment of furnace heating is required in order to maintain the appropriate draw tension of 100~200 g.

• 한국전산유체공학회지
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• 제18권4호
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• pp.69-73
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• 2013

Mass manufacturing of optical fiber includes the process of very thin glass fiber drawing by heating and softening the high purity silica preform and applying the draw tension on the softened tip of preform neck-down profile in a draw furnace. In this computational study, this process is numerically modeled with simplified geometry of the draw furnace which is comprised of essential parts such as concentric graphite heater, muffle tube, and insulation surrounding the heater. The iterative computational scheme is employed between one-dimensional model of neck-down profile prediction and two-dimensional axisymmetric thermo-fluid CFD computation of radiative heating and working gas convection. The computational results show the experimentally observed neck-down profile in heated section of preform, while yielding the reasonable values of draw tension and heater wattage. Also, this study analyzes and discusses the effects of heating conditions such as heater length and temperature on several important aspects of glass fiber drawing process.

• 한국광학회지
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• 제8권4호
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• pp.333-339
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• 1997

클래딩 지름이 다른 광섬유 브래그 격자를 용융 접착하여 스트레인과 온도를 분리하여 측정할 수 있는 센서를 구성하였다. 굵기차에 의해서 스트레인에 대한 각 브래그 파장 변화량은 서로 다르며, 동일한 모재(perform)에서 생산된 광섬유를 사용하였으므로 온도에 대한 파장 변화량은 같았다. 두 브래그 파장의 변화량을 측정하고 잘 정의된 행렬함수에 대입하여, 가해진 스트레인과 온도의 양을 분리하여, 계산할 수 있었다. 0-1500 .mu.strain, 20-100.deg. C 범위의 스트레인과 온도 변화를 가하면서 제작된 센서의 특성을 관측하였고, 브래그 파장 변화를 측정하여 계산한 결과, 온도계와 마이크로미터 값에 비하여 10% 이내의 측정오차를 얻을 수 있었다. 스트레인의 측정 정일도를 높이기 위해서 일정한 광경로차를 갖는 마하젠더 간섭계를 이용하여 두 격자의 상대 파장변화를 간섭 신호의 크기변화로 변환하는 새로운 방법을 제안하였으며, 시스템을 구축하여 실험한 결과로 온도에 무관하게 분광분석기에 비항 80배 이상 향상된 스트레인 측정 정밀도를 얻을 수 있었다.

• 비파괴검사학회지
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• 제23권5호
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• pp.445-454
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• 2003

구조건전성 모니터링은 복합재 구조물이 운용되는 단계에서뿐만 아니라 설계 및 제작단계에서도 중요한 관심사가 되고 있다. 과도한 하중이나 저속충격은 모재균열이나 층간분리와 같은 복합재 파손의 원인이 될 수 있으며 이러한 손상은 구조물의 하중지지성능을 저하시키게 된다. 지능형 복합재 구조물에서의 구조건전성 모니터링기술의 개발은 항공기와 길은 복합재 구조물의 안전성 향상에 도움이 될 수 있다 본 연구에서는 압전세라믹 센서 및 광섬유 센서를 복합재 구조물의 건전성 모니터링에 적용하였으며 파손신호의 특징파악 틴 충격위치 검출을 위한 신호처리 방법을 제안하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권10호
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• pp.21-26
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• 2003

본 논문에서는 광섬유 센서를 사용하여 우주환경하에 노출된 그래파이트/에폭시 복합재 적층판의 열팽창계수의 변화를 측정하였다. 열변형률과 온도를 동시에 측정하기 위해서 두개의 FBG 센서를 사용하였다. 또한 열-진공 챔버를 사용하여 고진공, 자외선, 열적 사이클 등의 인자를 가지는 저궤도(LEO) 우주환경을 모사하였다. 예비실험으로써, 본 실험에서 사용되는 온도범위에 대해 FBG 온도센서를 기준온도계로부터 보정하였고 알루미늄 시편에 부착된 FBG 변형률 센서와 변형률 게이지(ESG)의 비교실험을 통해 FBG 변형률 센서의 사용가능성을 검증하였다. 검증된 FBG센서가 삽입된 그래파이트/에폭시 복합재 평판을 모사된 우주환경에 노출하여 일정한 노화간격마다 열팽창계수 변화를 실시간으로 측정하였다. 실험결과 1000 사이클 노화후의 열팽창계수는 노화전에 비해 대체적으로 큰 변화는 없었지만 전 온도구간에서 약간 감소하는 경향을 보였다. 이러한 현상은 가스방출(outgassing), 수분방출, 모재균열 등에 기인한다.

• 산업기술연구
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• 제12권
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• pp.51-59
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• 1992

In this paper, the technique to fabricate the optical fiber preforms by centrifuge was investigated, using silica particles of different sizes. The injection tube was designed to traverse axially so that uniform coaling of tiny silica particles onto the substrate tube can be certified. The deposition efficiencies and deposition rates of $SiO_2$ particles were measured to elucidate the effects of process variables such as rotation speed of rotor, aqueous flow rate, suspension concentration, binder concentration and overflow weir diameter. This study shows dearly the merit of this technique by enhancing abruptly the deposition rates and deposition efficiencies, comparing to the conventional processes for optical fiber preforms.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권9호
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• pp.2342-2352
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• 1995

Deposition of flame-synthesized silica particles onto a target is utilized in optical fiber preform fabrication processes. The particles are convected and deposited onto the target. Falkner-Skan wedge flow was chosen as the particle laden flow. Typically the particles are polydisperse in size and follow a lognormal size distribution. Brownian diffusion, thermophoresis, and coagulation of the particles were considered and effects of these phenomena on particle deposition were studied. A moment model was developed in order to predict the particle number density and the particle size distribution simultaneously. Particle deposition with various wedge configurations was examined for conditions selected for a typical VAD process. When coagulation was considered, mean particle size and its standard deviation increased and particle number density decreased, compared to the case without coagulation. These results proved the fact that coagulation effect expands particle size distribution. The results were discussed with characteristics of thermal and diffusion boundary layers. As the boundary layers grow in thickness, overall temperature and concentration gradients decrease, resulting in decrease of deposition rate and increase of particle residence time in the flow and thus coagulation effect.

• 대한기계학회논문집B
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• 제22권1호
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• pp.61-69
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• 1998

Vapor Axial Deposition (VAD), one of optical fiber preform fabrication processes, is performed by deposition of submicron-size silica particles that are synthesized by combustion of raw chemical materials. In this study, flow field is assumed to be a forced uniform flow perpendicularly impinging on a rotating disk. Similarity solutions obtained in our previous study are utilized to solve the particle transport equation. The particles are approximated to be in a polydisperse state that satisfies a lognormal size distribution. A moment model is used in order to predict distributions of particle number density and size simultaneously. Deposition of the particles on the disk is examined considering convection, Brownian diffusion, thermophoresis, and coagulation with variations of the forced flow velocity and the disk rotating velocity. The deposition rate and the efficiency directly increase as the flow velocity increases, resulting from that the increase of the forced flow velocity causes thinner thermal and diffusion boundary layer thicknesses and thus causes the increase of thermophoretic drift and Brownian diffusion of the particles toward the disk. However, the increase of the disk rotating speed does not result in the direct increase of the deposition rate and the deposition efficiency. Slower flow velocity causes extension of the time scale for coagulation and thus yields larger mean particle size and its geometric standard deviation at the deposition surface. In the case of coagulation starting farther from the deposition surface, coagulation effects increases, resulting in the increase of the particle size and the decrease of the deposition rate at the surface.