A force/torque sensor using carbon fiber plate was designed and developed to make the sensor be able to measure a wide range of multi degree of force and torque. Using carbon fiber plate of 0.3 mm thickness, the sensor was designed and developed, which has a ${\mu}N$ level order of resolution and about 0.01 N ~ 390 N of wide measurement range. The elastic deformation part has a tripod plate structure and strain gauges are attached on the part to detect the force/torque. The coefficient of determination for the sensor is over 0.955 by the calibration experiment so that the linearity of the sensor is confirmed to be good. Also, experiments on applying 0.005 ~ 40 kg (0.05 ~ 390 N) to each axis were implemented and the sensor is proved to be safe under a high load. Finally, to verify the function calculating the direction of load vector, the directions of various load vectors which have the same magnitude but different directions and the directions of the calculated load vectors are compared and analyzed to accord well.
본 논문에서는 단일 광섬유 FBG/EFPI 복합 센서를 이용하여 변형률, 온도, 그리고 진동으 세 가지 물리량을 동시에 측정하는 방법에 대해 설명하였다. 변형률과 온도를 측정하기 위한 FBG/EFPI 센서 시스템과 진동을 감지하기 위한 EFPI 센서 시스템을 wavelength division multiplexer를 이용하여 하나의 시스템으로 결합하였다. FBG/EFPI 센서 시스템의 광원은 파장 이동 광섬유 레이저(WSFL)이며 EFPI 센서 시스템의 광원은 단파장 레이저 다이오드이다. 구성된 시스템을 이용하여 열챔버에서 알루미늄 보의 열변형률, 온도, 그리고 진동의 동시 측정을 수행하여 본 시스템의 유효성을 확인하였다.
The fiber Fabry-Perot interferometric(FFPI) sensor is well known in the field of industrial diagnosis due to its outstanding properties such as tiny size, simple and rugged structure, and easy interrogation. As other fiber interferometric sensors, it also suffers from ambiguous output caused by highly periodic feature in its optical transfer function. In most cases, the ambiguity leads to relatively short dynamic operating range and long processing time during power-on reset, which limits its application to some specific fields requiring very high resolution. In this paper a method based on double sensing scheme was proposed to overcome the above difficulty. By employing a fringe selection auxiliary FFPI sensor the original FFPI sensor can identify its true position on the phase domain. The performance test with 10mm FFPI sensor and a thermocouple temperature sensor for reference shows wide dynamic range 0-900$\ell$ keeping a reasonable resolution of 0.1$\ell$ over the entire range.
We propose a simple ultraviolet (UV) sensor consisting of a conventional single-mode optical fiber capped with an azobenzene-moiety-containing polymer. The UV light changes the dimensions of the azobenzene polymer, as well as the refractive index of the material. Incident light with a wavelength of 1550 nm was reflected at the fiber/polymer and polymer/air interfaces, and interference of the reflected beams resulted in spectral interference that shifted the wavelength by 0.78 nm at a UV input power of $2.5mW/cm^2$. The UV sensor's response to wavelength is nonlinear and stable. The response speed of the sensor is limited by detection noise, which can be improved by modifying the insertion loss of the UV sensor and the signal-to-noise ratio of the detection system. The proposed compact UV sensor is easy to fabricate, is not susceptible to electromagnetic interference, and only reacts to UV light.
본 연구에서 광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 보행 진동 측정에 관한 연구를 수행하였다. 보행 진동 측정 시스템의 민감도를 향상시키기 위하여 FBG Seismic sensor 부를 재설계하였다. 성인남성의 평균 걷는 주기 1.5~2.5 Hz를 설계목표인 외부가진 값으로 가정하고, FBG Seismic sensor 부의 1차 모드 고유진동수 값을 외부 가진 주파수 부근 값인 3.5 Hz를 갖도록 CATIA와 ABAQUS를 이용하여 설계하고 제작함으로써 기존의 보행 진동 측정 시스템과 대비하여 민감도를 약 15배 향상 시킬 수 있었고, 침입 감지 분야 적용에 적합함을 확인하였다.
교량과 각종 건물을 비롯한 대형 토목 구조물에서 발생하는 수 mm의 변위를 한 개의 광섬유로 간편하게 측정하기 위하여 광커넥터에서 반사가 굽힘 손실에 의하여 변하는 현상을 이용한 새로운 다중화된 광섬유 변위센서를 제안하고 실험하였다. 한 쌍의 광커넥터 양끝에서 반사광의 신호차이가 두 광커넥터 사이에서 발생한 굽힘 변위에 의해서 달라지는 것을 Optical Time Domain Reflectometer로 측정하여 선형으로 그 변화가 측정되는 변위센서를 만들고, 이 센서 4개를 직렬형으로 배열하여 여러 지점의 변위를 동사에 측정이 가능한 다중화 센서 시스템을 구성하고 실험하였다. 그 결과 이 변위센서를 이용하면 4개 지점에서 각각 최대 6 mm까지의 변위를 6%의 오차범위 내에서 0.9942의 선형성을 가지고 변위를 측정할 수 있음을 확인하였다.
크기가 작고 감도가 높은 중공 광섬유를 이용한 In-Line 마이켈슨 간섭계형 전압 센서를 개발하였다. 개발된 In-Line 마이켈슨 갑섭계는 끝 단면은 단일모드광섬유에 연결되어 있고 다른 끝 단면은 깨끗하게 절단된 지름이 4 um의 공기구멍을 가지고 있으며 길이가 10 mm인 중공 광섬유로 구성되어 있다. 개발된 In-Line 마이켈슨 간섭계를 PZT위에 glue를 사용하여 고정시켜 In-Line 마이켈슨 간섭계형 전압 센서를 제작하였다. 제작된 센서는 60 Hz의 AC 전압을 인가하였을 때 출력파형의 주파수는 인가전압의 크기에 비례하였다. 그리고 출력파형의 위상은 인가전압의 크기와 거의 선형적인 관계에 있었으며 센서의 감도는 $0.065{\pi}$ radian/V였다.
Fiber Bra99 grating (FBG) sensor, one of the fiber optic sensor (FOS) offers lots of advantages for structural health monitoring due to its multiplexing capability. Also, it is proper to measure the structural vibration with no mass concentration effect. In this paper, we constructed two sensor arrays composed of 9 FBG sensors for the vibration and mode sensing of a composites beam. For an accurate measurement of wavelength shift, a signal processing board with an electric circuit based on time-interval counting was developed. This sensor system showed a good resolution of dynamic strain (<10${\mu}{\varepsilon}$). Using this sensor system, dynamic strains at 9 points of composite beam was measured and strain measured mode shape of the beam was calculated from the acquired strains and compared with numerical results by ABAQUS.
This paper proposes a new temperature-compensative displacement sensor with a pair of fiber Bragg gratings (FBG) attached to the inner and outer surfaces of an elastic metal band. The sensor can be also used as a temperature sensor with high sensitivity. The FBG pair shifted Bragg wavelengths in the same direction according to changes in the temperature. However, because the pressure of the metal band shifted a pair of Bragg wavelengths in the opposite direction, the displacement sensor could compensate for the effect of the temperature change in the proposed FBG pair. Results of the experiments showed that the two FBG displacement sensors responded linearly and symmetrically with respect to the displacement, and the displacement could be obtained using the difference between the two Bragg wavelengths.
Precision displacement of less than a few nm resolution was measured in real-time using fiber optic EFPI sensor. The novel method for real-time processing of analyzing EFPI output signal was developed and verified. Linearity in the mean values of interferometric light intensity among adjacent fringes was shown and verified the sinusoidal approximation algorithm that estimates past and coming fringe values. Real-time signal processing program was developed and the intensity signal of the EFPI sensor was transformed to the phase shift with this program. The resolution below $0.36{\sim}8.6$ nm in the displacement range of $0{\sim}300{\mu}m$ was obtained. The nano-positioner with a piezoelectric actuator and the EFPI sensor system was designed and tested. The positioner successfully reached to the desired destination within 1 nm accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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