• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집A
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• pp.26-36
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• 2001

Smart sensors and actuators have recently been developed. In this study, first, small-diameter fiber Bragg grating (FBG) sensors developed by the author, whose cladding and polyimide coating diameters were 40 and $52{\mu}m$, respectively, were embedded inside a laminate without resin-rich regions around sensors and the deterioration of mechanical properties of the composite laminate. The small-diameter FBG sensor was embedded in $0^{\circ}$ ply of a CFRP laminate for the detection of transverse cracks in $90^{\circ}$ ply of the laminate. The reflection spectra from the FBG sensor were measured at various tensile stresses. The spectrum became broad and had some peaks with an increase of the transverse crack density. Furthermore, the theoretical calculation reproduced the change in the spectrum very well. These results show that the small-diameter FBG sensors have a potential to detect the occurrence of transverse cracks through the change in the form of the spectrum, and to evaluate the transverse crack density quantitatively by the spectrum width. On the other hand, shape memory alloy (SMA) films were used to suppress the initiation and growth of transverse cracks in CFRP laminates. Pre-strained SMA films were embedded between laminas in CFRP laminates and then heated to introduce the recovery stress in SMA films and compressive stresses in the weakest plies ($90^{\circ}$ ply). The effects of recovery stresses are demonstrated in the experiments and well predicted using the shear-lag analysis and the nonlinear constitutive equation of SMA films.

• 한국생산제조학회지
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• 제23권2호
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• pp.178-185
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• 2014

This paper describes a fabrication multiplexing sensor probe that employs a fiber Bragg grating(FBG) based on multiple measurements to determine the blade deflection of a wind power generator the reliability analysis of this probe is also presented. To diminish the temperature sensitivity of the FBG sensor, we form multiple CFRPs onto the upper and lower layers of the FBG and package it with an epoxy resin. As a result, the depth of the CFRP is 1mm, and the temperature sensitivity is $2.39pm/^{\circ}C$. We construct a sensor network utilizing the fabricated sensor with a blade beam model. As the number of pendulums is increased on the fore-end of the beam, the strain value is measured. The strain variation is calculated from the measurement of the load on the blade beam model by monitoring the strain of the FBG sensor. When the linear equation is applied, the strain error is 0.4% and when the finite difference method is used, the tip deflection error is 3.3%. The displacement error derived from the strain value of the FBG sensor is 4.39%. The calculated result between the measured value of the dead-end of the beam and the strain is less than 2.46% tip distortion error. Therefore, our proposed multiplexing sensor probe is a low-cost and high-reliability solution for a commercial wind power generator.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제16권10호
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• pp.2287-2292
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• 2012

본 논문에서는 Ge가 함유된 일반 단일모드 광섬유의 감마선 유입손실을 측정하였다. 방사선 선원은 $Co^{60}$ 감마선 선원을 이용하였으며, 총 4시간동안 0.5 kGy/hr, 2 kGy/hr, 8 kGy/hr의 선량률로 조사하였다. 그 결과 감마선 조사에 의한 단일모드 광섬유의 전송손실이 뚜렷하게 나타났으며, 동일 누적선량에서 선량률이 클수록 전송손실이 증가하는 선량률 효과가 나타났다. 또한 감마선 조사 종료 후 광섬유의 전송손실이 클수록 유입손실의 회복률이 증가하는 어닐링 특성을 보였다. 본 실험결과는 향후 광섬유의 내방사화 연구의 기초자료로 활용할 것이다.

• 한국광학회지
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• 제17권3호
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• pp.216-222
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• 2006

전력시스템의 비정상적 동작에 의한 열적 현상을 감지하기 위하여 준분배형 광섬유격자 온도센서를 구현하였다. 2개의 기준격자와 4개의 센서격자를 사용하고, Fabry-Perot 가변파장필터를 사용하여 반사파장의 변화를 측정함으로써 각 센서 위치에서의 온도변화를 관측하였다. 측정의 정밀도를 높이기 위하여 광검출기의 신호를 가우시안 cure-fitting 알고리즘으로 처리한 후 계산된 파형에서 피크를 검출하였다. 실험을 통하여 기존의 피크검출방식에 비하여 높은 정밀도를 얻었으며, 반사 스펙트럼이 왜곡된 광섬유격자 센서의 출력검출에서도 뛰어난 오차보상 특성을 보여주는 것을 확인할 수 있었다. 2 Hz의 대역폭에서 $0.3^{\circ}C$의 정밀도를 얻었고, thermocouple 기준온도계와 비교한 온도측정실험에서 약 0.37 %의 선형화오차를 확인할 수 있었다.

• 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.

• 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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.33-40
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• 2020

광섬유를 이용한 구조물 건전도 모니터링은 다양한 연구가 이루어졌다. 광섬유는 다중 및 분포로 변형률을 계측 할 수 있다. 광섬유 센서 중, FBG 센서는 동적 응답 계측과 정밀도가 높은 장점이 있지만, 계측 포인트의 제한이 있다. 분포형 광섬유 센서는 계측 포인트가 1000개가 넘지만, 샘플링 속도가 낮아 동적 계측이 불가능하다. 본 연구에서는 FBG와 브릴루안 상관영역 측정법의 장점만을 이용한 하이브리드 신경망 센서 계측 시스템이 제안하였다. 광섬유 브래그 격자를 포함한 광섬유를 이용하여 정적응답과 동적 응답을 선택적으로 계측 할 수 있는 계측 시스템이다. 제안된 시스템검증을 위하여 실내 실험을 수행하였으며, 기존의 센서와의 비교를 통해 정확도와 재현성을 검증하였다. 제안된 시스템을 활용하여, 동적 응답을 상시 계측하고, 전역적인 구조물의 상태를 평가한다. 이상 상태가 감지 되면, 분포형 계측 시스템을 이용하여 정적 응답을 계측하여, 구조물의 국부적인 상태를 평가한다. 제안된 시스템을 통해 효율적인 구조물 건전도 모니터링에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 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.

• Smart Structures and Systems
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• 제7권4호
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• pp.303-317
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• 2011

A specially designed tendon, which is proposed by embedding an FBG sensor into the center king cable of a 7-wire strand tendon, was applied to monitor the prestress force and load transfer of ground anchor. A series of tensile tests and a model pullout test were performed to verify the feasibility of the proposed smart tendon as a measuring sensor of tension force and load transfer along the tendon. The smart tendon has proven to be very effective for monitoring prestress force and load transfer by measuring the strain change of the tendon at the free part and the fixed part of ground anchor, respectively. Two 11.5 m long proto-type ground anchors were made simply by replacing a tendon with the proposed smart tendon and prestress forces of each anchor were monitored during the loading-unloading step using both FBG sensor embedded in the smart tendon and the conventional load cell. By comparing the prestress forces measured by the smart tendon and load cell, it was found that the prestress force monitored from the FBG sensor located at the free part is comparable to that measured from the conventional load cell. Furthermore, the load transfer of prestressing force at the tendon-grout interface was clearly measured from the FBGs distributed along the fixed part. From these pullout tests, the proposed smart tendon is not only expected to be an alternative monitoring tool for measuring prestress force from the introducing stage to the long-term period for health monitoring of the ground anchor but also can be used to improve design practice through determining the economic fixed length by practically measuring the load transfer depth.

• Smart Structures and Systems
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• 제13권6호
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• pp.943-957
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• 2014

When subjected to fatigue loading, the main failure mode of partially prestressed concrete (PPC) structure is the fatigue fracture of tensile reinforcement. Therefore, monitoring and evaluation of the steel stresses/strains in the structure are essential issues for structural design and healthy assessment. The current study experimentally investigates the possibility of using fiber Bragg grating (FBG) sensors to measure the steel strains in PPC beams in the process of fatigue loading. Six full-scale post-tensioned PPC beams were exposed to fatigue loading. Within the beams, the FBG and resistance strain gauge (RSG) sensors were independently bonded onto the surface of tensile reinforcements. A good agreement was found between the recorded results from the two different sensors. Moreover, FBG sensors show relatively good resistance to fatigue loading compared with RSG sensors, indicating that FBG sensors possess the capability for long-term health monitoring of the tensile reinforcement in PPC structures. Apart from the above findings, it can also be found that during the fatigue loading, there is stress redistribution between prestressed and non-prestressed reinforcements, and the residual strain emerges in the non-prestressed reinforcement. This phenomenon can bring about an increase of the steel stress in the non-prestressed reinforcement.