• 한국전자통신학회논문지
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• 제8권8호
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• pp.1137-1142
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• 2013

FBG센서는 구조물의 변형과 온도 측정에 주로 사용되고 있다. 본 논문에서는 FBG센서를 이용하여 균열을 측정하기 위하여 FPGA와 DSP를 이용하여 인테로게이터를 개발 구현하였다. 개발한 인테로게이터는 광원, 광서큘레이터, 광그레이팅 그리고 CCD센서 및 제어기로 구성된다. FBG센서로부터 반사된 광원의 스펙트럼을 분석하여 피크 파장를 검출하고 피크 파장의 변이를 이용하여 구조물의 변형 정도를 측정한다. 본 논문에서는 FBG센서 인테로게이터의 피크 검출 알고리즘에 주로 적용하는 중심점 알고리즘과 Gaussian 근사법을 비교한다. Gaussian 근사법에 개발한 인테로게이터에 적합함을 실험을 통하여 확인한다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제9권8호
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• pp.841-846
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• 2014

FBG센서는 터널, 교량, 선박과 같은 구조물의 변형을 측정하고 활용된다. 본 논문은 구조물의 상태를 FBG센서를 이용하여 원격모니터링 하기 위한 광전변환시스템의 개발 구현에 관한 것이다. 개발한 광전변환시스템은 원격 모니터링을 위하여 유선과 무선통신 기능으로 각각 CAN과 Zigbee를 포함한다. 광전변환시스템은 광회절격자에 의하여 분광된 FBG센서의 반사광을 선형 이미지센서로 입사하여 파장의 변이를 FPGA를 이용하여 측정한다. FBG센서신호에 대한 처리와 원격모니터링을 위한 데이터 전송을 위하여 DSC(digital signal controller)를 이용한다. 개발한 광전변환시스템이 구조물 변형 측정에 효율적임을 실험을 통하여 확인하였다.

• 한국생산제조학회지
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• 제23권2호
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• pp.199-205
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• 2014

This research focuses on the development of an interrogator that operates and measures fiber Bragg grating(FBG) multiplexing sensor probes for accurate-measurement of the blade deflection in a wind power generator. We designed and fabricated an optical source and spectrum module for the interrogator. Additionally, we verified the wavelength repeatability within 0.001 nm and the wavelength stability within 1 pm of the optical source, and we experimentally determined that the wavelength scanning range was about 44.4 nm. The FBG sensor with 2 nm resolution can be extended to a performance-efficient system that measures more than 20 sensors. The implemented interrogator has 0.141 nm wavelength variations corresponding to an ambient temperature range of $0^{\circ}C$ to $70^{\circ}C$. The measurement error can be easily reduced by employing a temperature compensation algorithm. In this study, we quantitatively confirmed the accuracy and operating stability of the interrogator.

• 대한기계학회논문집A
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• 제32권1호
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• pp.77-82
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• 2008

Strain-gauges have been dominantly used to measure strain at various points on a rotor, however, either a slip ring or telemetry has to be used to send sensor signals to data acquisition instruments at stationary side. Both slip ring and telemetry have numerous inherent problems which force severe limitations in real applications. This paper introduces a new rotor condition monitoring system using FBG(Fiber Bragg Grating) sensors and a rotary optical coupler. A single optical fiber with many FBG sensors is installed on the rotor and an optical dynamic interrogator is installed at stationary side. The sensor signal connection between rotating part and stationary part is made by the rotary optical coupling method which makes use of light's unique characteristic-light travels through space. Broad band light source from the interrogator travels to the optical fiber on the rotor and reflected FBG sensor signals travel back to the optical fiber on stationary side and are connected to the interrogator. Rotary optical coupler's insertion loss change due to rotation is compensated by using a reference sensor installed at the center of the rotor. The proposed system's performance has been successfully demonstrated by accurately measuring strains at 5 points on a blade rotating at high speed.

• 한국항행학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.465-470
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• 2020

복합 소재는 금속보다 가벼운 특성을 가져 경량화가 필수인 항공 산업에 널리 사용되고 있다. 하지만 복합소재는 생산 공정 중 내부 보이드 형성, 접착제 혼합 불량, 미접착 부분 발생 등 결함 요소가 발생할 수 있고, 저 에너지 충격에 의한 미세균열 및 층간분리가 발생할 위험이 있다. 그러므로 구조물 손상검사가 필수적으로 요구된다. 이에 FBG를 이용한 구조 건전성 모니터링이 주목받고 있다. FBG는 기존의 전기적 센서에 비해 전기적 노이즈 영향을 받지 않고 부식에 강하며 멀티플렉싱이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 FBG를 계측하는 인터로게이터는 대형 구조물 계측을 전제로 만들었기 때문에 가격이 고가이며, 크기가 큰 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 광 스위치와 WDM필터, LTF를 이용해 무인항공기나 소형항공기에 사용할 수 있도록 저가형 인터로게이터를 설계하여, 기존의 고가 인터로게이터와 비교를 진행하였다.

• Composites Research
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• 제24권1호
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• pp.24-30
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• 2011

복합재 구조물에서 발생하는 저속 충격에 의한 손상은 대부분 복합재의 내부나 충격을 받은 면의 반대 면에서 발생하기 때문에 검출이 쉽지 않아 시간이 지날수록 구조물이 위험에 처할 확률이 높아진다. 하지만 기존의 비파괴검사 방법은 일정한 주기에 따라 수행되기 때문에 즉각적으로 충격 손상을 감지할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 최근에는 이러한 단점을 극복하고자 비파괴검사 장비를 구조물 내에 탑재하여 실시간으로 구조물의 건전성을 확인하는 개념인 구조 건전성 모니터링에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중의 하나인 충격 모니터링 시스템은 운용 중에 발생한 충격 이벤트를 감지하고 그 위치 및 손상 정도에 대한 정보를 제공해 주어야 한다. 이를 위한 첫 번째 단계로 본 연구에서는 복합재 평판 및 복잡한 복합재 시편 구조물에 FBG 센서를 부착하여 충격 위치 검출 시험을 수행하였고, 이와 같은 복합재 시편에 대해 충격 파손 시험을 수행하여 손상 발생 유무를 예측하는 시험을 수행하였다. 저속 충격에 의해 발생하는 음향 파는 (주)파어버프로에서 개발한 고속 FBG interrogator를 사용하여 4개의 다중화된 FBG 센서로부터 동시에 취득하였고, 신경회로망을 이용한 학습을 거쳐 충격 발생 위치를 검출하였다. 또한 충격 파손 시험으로부터 취득한 음향 파의 웨이블릿 변환을 통해 충격 손상의 발생 유무 예측 가능성을 확인하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제14권5호
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• pp.917-942
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• 2014

Multivariate statistics based damage detection algorithms employed in conjunction with novel sensing technologies are attracting more attention for long term Structural Health Monitoring of civil infrastructure. In this study, two practical data driven methods are investigated utilizing strain data captured from a 4-span bridge model by Fiber Bragg Grating (FBG) sensors as part of a bridge health monitoring study. The most common and critical bridge damage scenarios were simulated on the representative bridge model equipped with FBG sensors. A high speed FBG interrogator system is developed by the authors to collect the strain responses under moving vehicle loads using FBG sensors. Two data driven methods, Moving Principal Component Analysis (MPCA) and Moving Cross Correlation Analysis (MCCA), are coded and implemented to handle and process the large amount of data. The efficiency of the SHM system with FBG sensors, MPCA and MCCA methods for detecting and localizing damage is explored with several experiments. Based on the findings presented in this paper, the MPCA and MCCA coupled with FBG sensors can be deemed to deliver promising results to detect both local and global damage implemented on the bridge structure.

• Composites Research
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• 제29권1호
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• pp.1-6
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• 2016

본 연구에서는 4개의 FBG 센서가 설치된 보강된 복합재 구조물을 시편으로 사용하여, 충격해머로 가해진 저속 충격 위치를 탐색하였다. 100 kHz의 데이터 샘플링 속도를 가진 FBG 인터로게이터를 사용하였으며, 제안된 알고리즘을 통해 예상 충격위치를 계산하였다. 복합재 시편은 주 스파(Spar)와 몇 개의 스트링거(Stringer)를 포함하며 전체 면적은 $0.8{\times}1.2m$이다. 247개의 격자점과 36개의 보강재 지점에 대한 기준신호 데이터를 얻었으며, 이는 임의의 충격신호에 대한 비교대상이 되었다. 제안된 알고리즘은 normalized cross-correlation을 사용하여 두신호의 상호 유사성을 판독하는 방식으로 작동한다. 각각의 센서 신호로부터 얻어진 correlation 결과는 서로 곱연산되어 상호 보상적인 방법으로 사용되었다. 성능평가를 위해 대상 영역에 대한 20개의 임의의 충격시험을 수행하였다. 시험결과 성공적으로 충격위치를 탐색할 수 있었으며, 4개 센서신호를 사용하여 최대 오차 43.4 mm와 평균 오차 17.0 mm의 성능을 얻었다. 같은 시험에 대하여 사용된 센서의 개수를 변화시켜 가며 그 성능의 변화를 알아보았다. 두 개의 센서를 사용하였을 때 상호 보상적 효과가 최대가 됨을 확인하였으며, 2개의 센서(1, 2번 센서)의 조합으로 최대 오차 42.5 mm와 평균 오차 17.4 mm의 성능을 얻을 수 있었다.

• 한국광학회지
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• 제29권6호
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• pp.241-246
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• 2018

본 논문에서는 광섬유 브래그 격자(FBG)를 이용한 광온도센서를 제작하였으며 광원은 출력 파장의 온도 의존성을 가지는 저가형 VCSEL이 사용되며 FBG에서 반사되는 빛의 파장을 분석하는 interrogator는 VCSEL에서 변화되는 출력 파장을 VCSEL의 내부 온도로 확인하는 방법을 적용하여 저가격의 광온도센서를 구현하였다. VCSEL의 내부온도를 $52.2^{\circ}C$에서 $14^{\circ}C$까지 조절하면서 출력 파장을 1519.90 nm에서 1524.25 nm까지 총 4.35 nm 파장을 변화시켰으며 온도 조절에 따른 파장 변화 반복도 오차는 ${\pm}0.003nm$이며 온도 측정 오차는 ${\pm}0.18^{\circ}C$로 측정되었다. 광온도센서를 사용하여 $22.3{\sim}194.2^{\circ}C$의 온도를 측정한 결과 인가한 온도 ${\Delta}T$에 따른 광원 내부 온도 변화 값은 $0.146^{\circ}C/{\Delta}T$이고 인가한 온도 ${\Delta}T$에 따른 온도 프로브 반사 파장 변화 값(${\Delta}{\lambda}_{\beta}T/{\Delta}T$)은 $16.64pm/^{\circ}C$로 측정되었으며 센서의 측정 오차는 ${\pm}1^{\circ}C$로 나타났다. VCSEL의 출력 파장은 온도에 의존성을 가지고 있어 좁은 범위의 출력 파장을 변화시키기 위한 광원으로 사용하기에 매우 적합하다.