• Composites Research
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• 제18권1호
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• pp.16-22
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• 2005

광섬유 브래그 격자를 이용한 모니터링 연구는 시편 단위의 연구뿐만 아니라 최근 2차 구조물을 비롯하여 주 구조물로까지 그 적용 영역이 점차 확대되고 있어 신뢰성에 대한 검증이 더욱 중요해지고 있다. 본 연구에서는 광섬유 브래그 격자의 제작 방법과 반사율에 따른 기계적 강도 특성을 다양한 격자의 길이에 대해 고찰하였다. 인장 시험을 통해 광섬유는 피복 제거만으로도 약 $50\%$ 정도의 강도 저하가 발생하며 피복 제거 방법에 따라 감소량이 달라짐을 확인하였다. 피복이 제거된 광섬유에 브래그 격자를 형성하게 될 경우 반사율과 격자의 길이와는 무관하게 약 $55\%$ 정도의 강도 저하가 발생하였다. 반면, 반사율이 증가할수록 강도의 분산도는 상대적으로 증가하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.208-208
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• 2009

최근 광섬유 센서기술의 수요는 전 산업분야에 걸쳐 높아지고 있으며, 이에 비례하여 기업 간, 국가 간 경쟁이 첨예화되고 있다. 또한 소형화, 경량화, 고성능화 센서에 대한 요구도 높아지고 있어 종래의 각종 센서들의 형태와 개선을 위한 연구개발이 매우 활발하게 전개되고 있으므로 이를 대체할 수 있는 광섬유 센서의 수요가 급격히 늘어날 전망이다. 기존 침입자 감지 시스템은 태풍, 낙뢰, 폭설, 폭우 등의 기상변화나 지반 흔들림, 통행차량 진동 및 전자기 간섭 등에 영향을 받아 오작동, 오경보가 빈번히 발생된다. 이러한 문제의 해결책으로 광섬유 센서 케이블을 이용한 시스템이 대안으로 부각되고 있다. 현재 국내에서 군부대, 공항을 중심으로 펜스와 휴전선 철책에 힘입자 감지를 위하여 도입되고 있다. 광섬유 센서 케이블을 사용하는 광망경비시스템은 광섬유 센서 케이블을 그물망 형태(광망)로 만들어 경계 지역에 설치된다. 광망경비시스템의 원리는 광섬유에 광펄스를 입사시켜 순환시키는데 침입자가 광망을 절단하거나 외력을 가할 경우 발생되는 레일리 산란에 기인하는 후방산란과 접속점과 파단점에서 생기는 반사광을 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)로 검출하여 침입상황 및 침입위치를 탐지한다. 그러나 이러한 침입자 감지를 위한 광망경비시스템의 핵심부품인 광섬유 센서 케이블은 기존에 전량 해외수입에 의존하고 있는 실정이며, 지금까지 국내에서 생산하기 위한 제작 기술과 노하우가 초보단계에 머물러 있다. 이러한 광섬유 센서 케이블 제작에 있어서 중요한 부분이 패키징 기술이라 할 수 있다. 이는 광섬유 센서를 일반적인 피복 구조로 패키징하게 되면, 센서 고유의 특성이 패키징 과정과 운반과정, 포설과정에서 변하게 되고 센서로써의 신뢰성이 크게 저하된다. 본 연구에서는 힘입자 감지용 광섬유 센서 케이블의 설계와 제작을 위한 제조공법을 확립하고, 이를 이용해 제작된 광섬유 센서 케이블의 신뢰성 특성을 평가하였다. 설계 제작된 광섬유 센서 케이블의 구조는 멀티모드광섬유(MMF) 에 0.9 mm Tight buffer를 코팅하고, 광심선 주위에 아라미드 얀을 삽입시킨 후 고문자 수지를 적용하여 외부 피복 (jacket)을 하였다. 제작된 광섬유 센서 케이블의 외경 측정결과 기준치 ($2.95\;{\pm}\;0.03$ mm)를 모두 만족하였고, 850 nm 파장에서의 광 손실 측정 결과 4.0 dB/km 이하였다. 또한 주요 항목의 신뢰성 특성 시험결과, 인장강도는 8~10 kg의 인장력을 갖으며 온도순환시험 ($-30^{\circ}C\;{\sim}\;+75^{\circ}C$)에서의 광 손실은 0.6 dB 이하로 나타나 침입자 감지용 광섬유 센서 케이블로 적합함을 확인할 수 있었다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2011년 춘계학술대회논문집
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• pp.96-99
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• 2011

Fiber coatings are essential in optical fiber manufacturing, since they provide the protective layers from the surface damages and the adequate fiber strength. Flow and temperature fields of coating liquid in a fiber coating applicator are numerically investigated by using a commercial CFD software. The main focus of this computational study is on the thermal effects by viscous dissipation and the effects of coating supply temperature on the final fiber coating thickness. The numerical results reveal that the thermal effects play a major role in the high-speed optical fiber coating process and give substantial influences on the determination of coating thickness. Changing the supply temperature of coating liquid is found to relieve the radial variation of coating liquid viscosity in the coating die and it can be an effective way to control the fiber coating thickness.

• Composites Research
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• 제15권3호
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• pp.30-38
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• 2002

다른 광섬유 센서와 마찬가지로 광섬유 브래그 격자센서도 삽입가능의 장점을 가진다. 삽입가능과 관련된 실제적 가티를 높이기 위해서 본 논문에서는 복합재 평판에 삽입된 브래그 격자센서의 안전성과 스펙트럼특성이 연구되었다. 피복광섬유와 피복이 벗겨진 광성유의 삽입 환경이 현미경 분석에 의해 수행되어졌고 이 현미경 사진들과 성형모니터링 (cure monitoring)의 결과를 기초하여, 저복굴절(Li-Bi) 광섬유에 새겨진 브래그 격자의 단일 브래그 조건을 붕괴하는 주원인이 성형 잔류음력임을 확인했고 이로 인해 광성유가 겪게 되는 응력/변형률 상태를 정략적으로 보고하였다. 또한 성형모니터링은 브래그 공진파장이 어떻 게 분리되어져 가는지 묘사하였고 횡응력 미감도 브래그 격자(TIG)가 재코팅 방법에 의해 쉽게 획득되어짐을 보였다. TIG는 실시간 신호 처리와 관련하여 중요만 장점으로 작용한다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권4호
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• pp.11-18
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• 2016

A numerical study is conducted on the optical fiber coating flow in a primary coating nozzle consisting of three major parts: a resin chamber, a contraction and a coating die of small diameter. The flow is driven by the optical fiber penetrating the center of the nozzle at a high speed. The axisymmetric two-dimensional flow and heat transfer induced by viscous heating are examined based on the laminar flow assumption. Numerical experiments are performed with varying the convergent angle of nozzle contraction and the optical fiber drawing speed. The numerical results show that for high drawing speed greater than 30 m/s, there is a transition in the essential flow features depending on the convergent angle. For a large convergent angle greater than $30^{\circ}$, unfavorable multicellular flow structures are monitored, which could be associated with wall boundary-layer separation. In the regime of small convergent angle, as the angle increases, the highest resin temperature at the exit of die and the coating thickness decrease but the sensitivity of coating thickness on drawing speed and the maximum shear strain of resin on the optical fiber increase. The effects of the convergent angle are discussed in view of compromise searching for an appropriate angle for high-speed optical fiber coating.

• 지구물리
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• 제7권4호
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• pp.269-276
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• 2004

광섬유 센서는 구조물의 실시간 건전도 모니터링의 가능성을 보여주고 있다. 구조물에 설치가 용이하고 전자기장에 영향을 받지 않는 장점이 있다. 더욱이 광섬유 센서는 센서크기의 융통성과 함께 매우 정밀한 특징을 보이고 있다. 본 연구에서는 부착된 bare fiber가 보호 피복을 가진 것에 비해 모재와의 일체성과 민감도(sensitivity)가 높은 것을 보여주고 있으며, 특히, 산란파를 이용한 광센서(BOTDR)의 경우, 여타의 다른 광섬유센서와는 달리 센싱 소자의 역할과 데이터 전송의 기능을 동시에 수행함으로써, 대형 토목구조물에 적합한 광섬유 센서로 그 유용성이 높은 것으로 판단된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.129-135
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• 2003

광섬유 센서의 주된 이점으로는 기계적 구동부가 없으므로 고신뢰성, 긴수명, 무전기적 간섭, 고응답속도, 저가이다. 본 연구에서는 공장설비 및 자동문 등과 같은 곳에서 많이 사용되어지는 자동장치의 오작동으로 인한 사고를 미연에 감지하여 인명피해를 줄이기 위하여 광섬유를 이용한 충격 및 압력센서를 제안 및 개발하였다. 센서의 원리로는 충격에 의해 다중모드 광섬유에서 발생하는 스펙클 패턴의 변화를 포토다이오드로 검출하는 방식이다. 광섬유에 충격의 세기를 변화하여 여러 차례 측정한 결과 충격의 세기의 변화에 따른 반응정도는 선형적으로 변하지는 않았으나 주어진 충격에 대해 민감하게 반응하는 것을 실험을 통하여 확인하였으며 광섬유의 피복 두께의 변화나 신호처리부에서의 증폭도를 조절함으로써 충격에 대한 반응감도를 조절할 수 있었다. 광섬유를 이용한 충격 및 압력센서의 장점으로는 점대점 방식이 아닌 라인 방식으로 설치하거나 측정함으로써 광섬유 전체가 센서역할을 하기 때문에 설치가 용이하고 감지범위가 넓어 센서로서의 우수한 특성을 가지므로 다양한 자동시스템 분야나 충격 및 압력센서로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권1호
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• pp.104-109
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• 2009

광섬유 센서 중 대표적인 FBG센서를 철도 구조물에 실제 적용하기 위해서는, 센서 자체의 기계적 강도에 대한 내구성이 확증되어야 하고, 철도 구조물의 파손 시까지 FBG 센서가 측정치를 측정할 수 있도록 충분한 변형률 한도를 가져야만 한다. 본 논문에서는 FBG센서의 기계적 강도에 영향을 미치는 변수들에 대한 연구를 수행하였다. 기계적 인장 강도 시험을 위한 시험 셋업을 구성하였고, 광섬유의 광민감성을 증진하기 위해 사용된 수소함침법과 코팅층을 제거하기 위한 피복 제거기법을 사용한 FBG 센서의 인장 강도 변화를 시험 및 통계 처리를 이용하여 측정하였고, 강도저하가 거의 없음을 보여 주었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.389-389
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• 2011

최근 생체분자 구조 연구가 의료진단, 생명 현상 규명 및 의약품 개발 등 다양한 분야에 응용되고 있으나 대부분의 분석방법이 제한적이어서 새로운 기술 개발의 필요성이 증대하고 있다. 종래의 DNA 등의 생체분자의 분석은 형광염료를 이용한 방법이 주로 이용되었다. 형광염료는 단백질을 포함한 여러 물질들에 대해 반응하지 않기 때문에 분석에 제한이 있으며, 이와 같은 단점을 보완하는 방법으로 SPR (surface plasmon resonance) 분석법이 연구되었다. SPR은 형광염료 분석에 필수적인 레이블링(labeling) 등의 전처리 과정 없이 높은 민감도로 분석이 가능한 장점이 있다. 한편, 그래핀은 뛰어난 전자기적 성질과 기계적 성질 을 가지는 반금속(semimetal)으로, 실험실 규모에서 안정적인 합성이 실현되면서 그 응용 분야에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 그래핀은 큰 표면적 대 부피비를 가지며, 이는 검출물질과의 반응성이 좋아야 하는 센서기술에 있어서 장점으로 작용한다. 특히, 비금속성을 띠는 단층 그래핀을 여러 장 겹치면 금속성을 갖게 되기 때문에 SPR 센서의 금속 필름으로 응용이 가능하다. 본 연구에서는 SPR 현상을 이용하는 광섬유 센서의 감도와 정확도를 증진시키기 위해 광섬유 표면에 그래핀을 적용하였다. 광섬유는 상부 피복과 클래딩을 제거하여 코어를 노출시킨 후, 다층 그래핀 필름을 코팅함으로써 검출부를 구성한다. 그 후, DNA-biotin 용액, DNA-biotin 용액, 그리고 Streptavidin 단백질 복합 용액에 대한 검출기 신호를 분석하였다. 구성된 센서에 각 용액을 1 ${\mu}{\ell}$ 씩 반응시켜 분광계로 파장에 따른 광강도를 측정하는 실험을 수행했으며, 450 nm에서 460 nm 범위의 푸른빛의 광원을 사용하였다. 그래핀 필름의 유무에 따라 확연히 구분되는 경향을 보이는 결과를 얻었고 그래핀 필름이 기존 SPR 센서의 금속박막을 대체 할 수 있음을 확인하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 1998년도 추계 학술대회논문집
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• pp.102-107
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• 1998

Axisymmetric flows in an optical fiber coating applicator were computed by using structured finite volume solver FLUENT. The numerical computations were performed for various draw speeds from 900m/min to 1,200m/min. The physical phenomena in the coating applicator is the main topic of this paper. The results of the simulations covering streamline, pressure, temperature, and fluid-fluid interface are shown in this paper.