• 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.

• 비파괴검사학회지
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• 제30권1호
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• pp.6-12
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• 2010

대형 구조물의 넓은 영역에 분포된 변형률이나 온도를 모니터링하기 위하여 광섬유 FBG(fiber Bragg grating:브래그 격자) 탐촉자를 사용하는 광섬유 FBG 센서가 사용된다. 본 논문에서는 광섬유 한개의 라인에 다수의 FBG 탐촉자를 사용하기 위하여 시간 분할 다중화와 파장 분할 다중화를 복합화한 다중화 기술을 제안한다. 일반적으로 광섬유 FBG 센서는 기본적으로 파장 분할 다중화 방식으로 작동되므로 본 연구에서는 시간 분할 다중화에 대한 특성을 고찰한다. 광섬유에 직렬로 연결된 FBG 탐촉자들의 반사도에 따른 반사광의 세기와 그 위치를 이론적으로 계산하고 실험결과와 비교한다. 이론적인 계산에 따르면 5개의 FBG 탐촉자의 반사도를 적절하게 선정함에 의하여 한개의 광섬유 라인에 설치하여 각각의 FBG 탐촉자에서 되돌아오는 반사광의 세기를 균일하게 얻을 수 있음을 확인한다. 이러한 결과를 실험으로 확인하기 위하여 반사도가 13%, 16%, 25%, 40%, 80%인 FBG 탐촉자를 제작하고, 시간 영역에서 각각의 FBG 탐촉자에서 되돌아오는 반사 신호를 관찰한다. 실험 결과는 신호잡음의 영향으로 이론적인 결과와 차이가 있지만, 복합 다중화 기법의 사용 가능성을 증명하는 5개의 FBG 탐촉자의 반사 신호를 모두 보인다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.320-325
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• 2009

In this study, a method to estimate the suspension bridge deflection is developed using mode decomposition technique. In order to examine the suspension bridge stability against these dynamic loadings, the prediction of displacement response is very important to evaluate bridge stability. However, it is recognized that any measurement of movement for suspension bridges may be difficult for the absence of proper methods to measure the displacement response on site. This study aims at suggesting a method to estimate the displacement response from the measured strain signals in an indirect way to predict the displacement response, not a direct way to measure the displacement response. Additionally, by applying the FBG sensors with multi-point measurements not influenced by electric noise, it can be expected that the technique would be applicable to infrastructures.

• Advanced Composite Materials
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• 제17권2호
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• pp.125-137
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• 2008

FBG (Fiber Bragg Grating) sensors and optical fibers were embedded into CFRP dry preforms before resin impregnation in VaRTM (Vacuum-assisted Resin Transfer Molding). The embedding location was the interface between the skin and the stringer in a CFRP-stiffened panel. The reflection spectra of the FBG sensors monitored the strain and temperature changes during all the molding processes. The internal residual strains of the CFRP panel could be evaluated during both the curing time and the post-curing time. The temperature changes indicated the differences between the dry preform and the outside of the vacuum bagging. After the molding, four-point bending was applied to the panel for the verification of its structural integrity and the sensor capabilities. The optical fibers were then used for the newly-developed PPP-BOTDA (Pulse-PrePump Brillouin Optical Time Domain Analysis) system. The long-range distributed strain and temperature can be measured by this system, whose spatial resolution is 100 mm. The strain changes from the FBGs and the PPP-BOTDA agreed well with those from the conventional strain gages and FE analysis in the CFRP panel. Therefore, the fiber-optic sensors and its system were very effective for the evaluation of the VaRTM composite structures.

• 전자공학회논문지SC
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• 제46권1호
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• pp.43-48
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• 2009

광섬유 격자 센서어레이용 파장가변 광섬유 레이저의 출력파장변화를 복조할 수 있는 시스템을 제안하였다. 광섬유 레이저는 반도체 광증폭기와 Fabry-Perot 필터를 이용하여 제작하였고, 더블패스 마하젠더 간섭계 구조를 적용하여, $90^{\circ}$위상차를 가지는 내부 트리거를 생성하였다. 내부 트리거를 이용하여 얻은 Lissajous 그래프에 원형 피팅을 적용하여 2.51 mrad의 평균위상오차를 얻었다. 실험을 통하여 파장가변필터의 비선형 동작 특성에 의한 광섬유 레이저의 비선형 출력을 확인하였다. 제안한 파장검출 방법을 적용하면 파장가변광원의 비선형성을 보상하여 광섬유격자 센서시스템을 위한 효율적인 광원으로 적용이 가능할 것으로 예상된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.395-399
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• 2007

Renewable energy sources such as wind energy is copiously available without any limitation. Wind turbines are used to tap the potential of wind energy which is available in millions of megawatt. Reliability of wind turbine is critical to extract this maximum amount of energy from the wind. We reviewed different techniques, methodologies, and algorithms developed to monitor the performance of wind turbine as well as for an early fault detection to keep away the wind turbines from catastrophic conditions due to sudden breakdowns. To keep the wind turbine in operation, implementation of Condition Monitoring System (CMS) is paramount, and for this purpose ample knowledge of these types of system is mandatory. So, an attempt has been made in this direction to review maximum approaches related to CMS in this piece of writing.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권4호
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• pp.469-475
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• 2019

구조물의 장기적인 안전관리를 위하여 교량 장기계측시스템이 도입되어 운영 중에 있다. 그러나 일반적인 교량 장기계측시스템은 응답만 측정하고 입력하중은 측정하지 못하고 있기 때문에, 추세분석에 의한 관리기준 상회여부만을 판단하고 있어 정량적인 구조계의 상태평가가 어려운 실정이다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 본 논문에서는 도로교 입력하중 측정을 위한 FBG 기반 입력하중 측정센서를 개발하였으며, 실내실험을 통하여 그 타당성을 검증하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제40권6호
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• pp.547-553
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• 2020

노후화 시설물의 증가에 따라 선제적 유지관리의 중요성은 점차 증대되고 있다. 선제적 유지관리는 시설물의 응답 계측으로부터 시작되기 때문에 높은 정밀도를 가지는 응답을 획득하는 것이 중요하다. 국부적인 응답 중 변형률은 균열 감지 및 피로 진전 예측 등에 활용가능하다. 변형률 센서는 크게 이산형 및 분포형 센서로 구분된다. 이산형 센서의 대표적인 예가 광섬유 브래그 격자(FBG)와 전기 저항식 게이지이다. 이산형 센서는 높은 정확성과 재현성(고 정밀)을 가지지만, 측정점이 제한된다는 한계를 가진다. 브릴루앙 산란 기반 광섬유 변형률 계측 시스템 중 하나인 Brillouin Optical Correlation Domain Analysis (BOCDA)은 대표적인 분포형 센서이며, 5 cm 라는 높은 공간 분해능을 가진다. BOCDA는 투영된 광원에서 발생하는 산란파를 이용하여 광섬유 전 구간의 변형률을 계측한다. 측정점이 많아지는 장점이 있으나, 이산형 센서에 낮은 정확도와 재현성을 가진다. 본 연구에서는 고 정밀 데이터(이산형 센서)와 저 정밀 데이터(분포형 센서) 각각의 장점을 융합하는 후처리 기법을 제안하였으며, 이에 대한 가능성을 검증 실험을 통해 확인했다.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권5호
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• pp.436-441
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• 2009

광섬유 센서는 구조 건전성 감시 분야에 적용되는 유망한 센서 시스템이다. 특히 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서는 본 분야에 있어 가장 각광받는 센서들 중에 하나이다. 이러한 FBG 센서는 브래그 파장의 이 동량을 알아내는 방법에 따라 다양한 시스템 구성이 가능하다. 또한 센서 시스템의 동특성은 이러한 시스템에 의해 결정된다. 본 논문에서는 FBG 센서의 브래그 파장 스팩트럼 최대 경사부에 단일 파장 레이저의 중심 파장을 맞춰 놓을 경우, 센서의 경사도가 센서 감도로 작용할 수 있다는 측정 원리를 이용하였다. 이러한 원리는 전체 측정 범위의 한계는 있지만 높은 민감도를 보장한다. 본 측정 원리의 적용 예로서, FBG 센서를 삽입한 복합재 평판을 오토클래이브를 이용해 제작하고 앞서 설명한 측정 원리를 적용하였다. 첫째로 삽입된 FBG 센서를 이용해 충격 망치로 가격된 복합재 평판의 고유 진동수를 성공적으로 측정하였다. 둘째로 고출력 스피커를 이용해 앞서 측정된 고유진동수 중 하나의 특정 주파수로 복합재 평판을 강제 가진 시켰다. 이때 발생하는 구조 진동을 FBG 센서로 측정하였고 동시에 ESPI 측정 시스템을 이용해 진동 모드 형상 역시 성공적으로 측정하여 복합재 구조물의 동특성을 파악하였다. 따라서, 이러한 두 실험을 통해 FBG 센서 시스템과 ESPI 측정 시스템이 복합재 구조물의 동특성 측정에 매우 유용한 기술임을 증명하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제27권4호
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• pp.305-312
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• 2007

여러 종류의 경량전철 중에서, 고무차륜 경량전철은 가 감속 성능과 등판능력이 우수하고 소음과 진동이 적어 많은 국가에서 활발히 채택되고 있다. 하지만, 경량전철 시스템은 일반적으로 고전압의 급전시스템을 이용하기 때문에 높은 수준의 전자기파를 유발한다. 반면, 광섬유 센서는 전자기파의 영향을 받지 않는 장점으로 인해 최근 교량과 같은 토목 구조물에 적용이 확대되고 있으며 특히, 광섬유 브래그 격자 센서는 다중화가 용이하다는 장점으로 가장 활발히 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 한국형 경량전철의 시험선 구간에 설치된 콘크리트 교량에서 차량이 진행할 때 교량의 동적응답을 측정하였다. 측정센서로는 기존의 전기식 센서와 광섬유 브래그 격자 기반의 센서를 이용하였으며 변형률과 가속도를 측정하였다. 이를 바탕으로, 교량의 사용성 평가를 수행하였으며 실험 결과 전기식 센서의 경우 EMI의 영향을 받는 반면, 광섬유 브래그 격자 기반의 센서들은 EMI의 영향을 받지 않아 EMI의 영향이 극심한 경량전철 교량에서 교량의 사용성 평가를 위한 계측 센서로 광섬유 센서가 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다.