• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.17-20
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• 2005

In-situ structural health monitoring of filament wound pressure tanks were conducted during water-pressurizing test using embedded fiber Bragg grating (FBG) sensors. We need to monitor inner strains during working in order to verify the health condition of pressure tanks more accurately because finite element analyses on filament wound pressure tanks usually show large differences between inner and outer strains. Fiber optic sensors, especially FBG sensors can be easily embedded into the composite structures contrary to conventional electric strain gages (ESGs). In addition, many FBG sensors can be multiplexed in single optical fiber using wavelength division multiplexing (WDM) techniques. We fabricated a standard testing and evaluation bottle (STEB) with embedded FBG sensors and performed a water-pressurizing test. In order to increase the survivability of embedded FBG sensors, we suggested a revised fabrication process for embedding FBG sensors into a filament wound pressure tank, which includes a new protecting technique of sensor heads, the grating parts. From the experimental results, it was demonstrated that FBG sensors can be successfully adapted to filament wound pressure tanks for their structural health monitoring by embedding.

• Composites Research
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• 제18권5호
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• pp.1-8
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• 2005

여러 복합재료 제작기법 중에서 필라멘트 와인딩 제작 기법은 압력탱크, 파이프 등과 같은 실린더 형태의 축대칭 구조물의 제작에 가장 효율적인 방법이다. 또한, 필라멘트 와인딩으로 제작된 복합재료 압력탱크는 운용 중 큰 내압을 받게 되며 복잡한 손상 메커니즘과 파손 모드를 가지고 있다. 그러므로, 필라멘트 와인딩으로 제작된 복합재료 압력탱크는 탱크의 제작 과정과 제작 후 전 과정 동안의 탱크에 대한 건전성 모니터링이 필요하며 이를 위해 탱크의 제작 시부터 탱크 내부의 여러 지점에 센서가 삽입 적용되어야 한다. 여러 센서 중에서 광섬유 센서는 복합재료 내부에 삽입이용이한 센서이며 특히, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber Bragg grating Sensors, FBG센서)는 다중화(multiplexing)가 용이한 것을 큰 장점으로 가장 많이 채택되고 있다. 하지만, FBG 센서를 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크에 성공적으로 삽입 적용하기 위해서는 극심한 탱크의 삽입 환경에 대한 센서의 삽입 기법의 개발이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크의 제작 시 FBG 센서를 탱크 내부에 다중화하여 삽입적용하기 위한 기법에 대하여 연구하였다.

• 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.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제15권4호
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• pp.329-334
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• 2011

We proposed a poly-dimethylsiloxane (PDMS)-coated fiber Bragg grating (FBG) temperature sensor for enhancing temperature sensitivity. By embedding the bare FBG in a temperature-sensitive elastomeric polymer, the temperature sensitivity of the proposed structure could be effectively improved by 4.2 times higher than those of the conventional bare-type FBG sensors due to the high thermal expansion coefficient of the PDMS. We analyzed the temperature-sensitivity enhancement effect with the increased Bragg wavelength shift in our structure and dependence on the temperature sensitivity with respect to the cross-section area of the PDMS.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권6호
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• pp.137-145
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• 2006

최근 건설기술이 발달함에 따라 점차적으로 더욱 높은 정확성과 신뢰성을 바탕으로 구조물의 상태를 파악 또는 예측 할 수 있는 기술적인 체제가 요구되고 있는 시점에서, 광섬유센서는 내구성과 높은 분해능, 전자기파 노이즈 저항성, 절대값의 측정, 다중화 등의 가지고 있는 여러 장점 때문에 미국 등 선진국의 경우 교량, 터널 그리고 건물 등에 변위와 변형률 측정에 많은 설치가 진행되어 왔고, 광섬유 센서를 이용한 시스템이 구조물의 안정성과 잔존수명을 판단하는 기준으로 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 본 논문에서는 이러한 광섬유센서 중에서 일반적으로 가장 많이 사용하고 있는 광섬유격자 센서의 응용의 폭을 확대하기 위하여 여러 가지 응용분야에 적용하고자 하였으며, 특히 전단응력이 많이 걸려 foil형 스트레인 게이지를 사용하기 어려운 보 기둥 접합부에 적용하여 광섬유격자 센서가 일반적으로 사용되는 전자식 변위 센서들과 정밀도가 대단히 차이가 나고 있음을 보여주고 있고, 복합재료와 콘크리트 접합 구조물에 적용하여 흔히 발생하는 결함인 delamination을 측정하는데 광섬유격자 센서가 유효적절함을 보여주고 있으며, 원자력발전소 격납구조물과 같은 대형구조물에 적용하여 변위를 측정함에 있어서 광섬유격자 센서가 시공도 용이하고 데이터도 양호함을 보여 주고 있어, 기존의 어떤 구조물도 광섬유센서를 적용하여 쉽게 광섬유 스마트구조물화 할 수 있음을 보여준다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제13권2호
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• pp.221-228
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• 2012

An active compensation method for the deformation of composite structures using additional controllable metal parts is proposed, and its feasibility is experimentally investigated in a simulated space environment. Composite specimens are tested in a vacuum chamber, which is able to maintain pressure on the order of 10-3 torr and interior temperature in the range of ${\pm}30^{\circ}C$. The displacement-measuring interferometer system, which consists of a heterodyne HeNe laser and an interferometer, is used to measure the displacement of the whole structure. Meanwhile, the strain of the composite part and temperature of both parts are measured by fiber Bragg grating sensors and thermistors, respectively. The displacement of the composite structure is maintained within a tolerance of ${\pm}1{\mu}m$ by controlling the elongation of the metal part, which is bonded to the end of the composite part. Also, the possibility of fiber Bragg grating sensors as control input sensors is successfully demonstrated using a proper corrective factor based on the specimen temperature gradient data.

• Current Optics and Photonics
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• 제6권2호
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• pp.137-142
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• 2022

Leak detection is one of the most important challenges in condition monitoring of water pipelines. Fiber Bragg grating (FBG) sensors offer an attractive technique to detect leak signals. In this paper, leak measurements were conducted on a water distribution pilot plant with a length of 270 m and a diameter of 100 mm. FBG sensors were installed on the pipeline surface and used to detect leak vibration signals. The leak was demonstrated with 1-, 2-, 3-, and 4-mm diameter leak holes in four different pipe types. The frequency response of leak signals was analyzed by fast Fourier transform analysis in real time. In the experiment, the frequency range of leak signals was approximately 340-440 Hz. The frequency shifts of leak signals according to the pipe type and the size of the leak hole were demonstrated at a pressure of 1.8 bar and a flow rate of 25.51 m³/h. Results show that frequency shifts detected by FBG sensors can be used to detect leaks in pipelines.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제32권8호
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• pp.1257-1262
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• 2008

A long-distance remote sensing of temperature and current based on a fiber Bragg grating (FBG) is proposed and demonstrated. The thermal expanding effect of the epoxy and the Er-doped fiber ring laser (EFRL) are applied to the sensor system to enhance the temperature and current sensitivity. An EFRL with a 5 km-single-mode fiber and a FBG shows a high extinction ratio of more than 60 dB and a low power fluctuation of less than 1 dB. The metal wires are used to supply the current to the sensors. When the NOA65 puts on the FBG as a thermal expanding material, the temperature and current sensitivity of the lasing wavelength shift are about $30\;pm/^{\circ}C$ and 3pm/mA, respectively. The proposed sensing scheme is useful for measurement of current or temperature at a distant object of more than several km.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제24권4호
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• pp.23-29
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• 2017

본 연구에서는 선박이송용 트레슬의 표면에 부착할 수 있는 광섬유센서 패키지를 설계하고 파장다중분할방식에 기초한 센서 네트워크를 설계한 후, 모의 트레슬 유닛을 이용한 실험을 통하여 트레슬의 구조적 건전 모니터링을 위한 스마트 트레슬의 가능성을 확인하였다. 광섬유 브래그 격자 센서는 알루미늄 관으로 만들어진 원통형으로 패키징 되었다. 또한, 패키징 된 광섬유 센서를 폴리머 튜브에 삽입 한 후, 튜브 내부에 에폭시를 충전하여 센서가 해수에 대한 부식저항과 내구성을 갖도록 하였다. 패키지 된 광섬유 센서는 0.2 MPa 하의 수압테스트를 통하여 해수에서의 사용에 대한 신뢰성도 검증되었다. 트레슬의 변형에 관한 유한 요소 해석에 의해 얻어진 트레슬 부재의 변위가 큰 곳을 중심으로 트레슬에 부착할 브래그 격자의 수와 위치를 결정하였다. 최대 하중이 가해지는 트레슬 부재의 변형은 ${\sim}1000{\mu}{\varepsilon}$의 변형율로 분석되었으며, 그 때 트레슬에 걸리는 최대 하중으로 인한 센서의 브래그 파장 변화는 ~1,200 pm으로 계산되었다. 유한 요소 해석에서 얻은 결과에 따라 센서의 브래그 파장 간격을 3~5 nm로 결정하여 트레슬에 하중이 가해 졌을 때 센서 사이의 브래그 격자 파장값이 겹치지 않도록 설계하였다. 5개의 광섬유센서 패키지로 구성된 센서 모듈 5개를 연결하면 브래그 격자 센서 50개가 네트워크 될 수 있으므로, 브래그 격자 파장 검출기의 광원 중심 파장이 1550 nm에서 150 nm 광학 창 내에서 모두 검출될 수 있도록 하였다. 모의 트레슬 유닛에 부착 된 5개의 광섬유 센서 패키지의 브래그 파장 이동은 광섬유 루프미러를 사용하는 브래그 격자 파장검출기에 의해 잘 검출되었으며, 그 때 검출된 브래그 격자 센서의 값은 최대 변형률이 약 $235.650{\mu}{\varepsilon}$로 측정되었다. 센서 패키징과 네트워킹의 모델링 결과는 실험 결과와 서로 잘 일치하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권3호
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• pp.32-38
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• 2005

FBG 센서는 다중화의 큰 장점으로 인해 다른 여러 광섬유 센서에 비해 더욱 활발한 연구가 진행 되어오고 있다. FBG 센서는 센서 피크 신호의 파장 이동량을 감지함으로써 변형률, 온도 등의 물리량을 측정하는 복조기법을 가지고 있다. 하지만, 센서를 구조물에 부착 혹은 삽입 적용하는 과정에서 구조물의 기하학적인 특성이나 결함 등에 의해 구조물에 변형률 구배가 발생할 수 있으며 이는 센서의 격자 부분에 작용할 경우 센서 피크 신호의 안정성에 영향을 미처 측정 오차로 작용하게 된다. 본 연구에서는 FBG 센서의 격자 부분에 변형률 구배가 작용할 경우 변형률 구배에 따른 FBG 센서의 신호 특성을 고찰하였고 또한 격자의 길이와 변형률 구배의 상관관계에 대해 알아보았다. 이를 통해, 변형률 구배가 작용할 경우 FBG 센서의 적절한 사용 영역을 FBG 센서의 격자 길이에 따라 정량적으로 제시하였다.