• 제목/요약/키워드: Fiber sensor

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Sensing properties of optical fiber sensor to ultrasonic guided waves

  • Zhou, Wensong;Li, Hui;Dong, Yongkang;Wang, Anbang
    • Smart Structures and Systems
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    • 제18권3호
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    • pp.471-484
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    • 2016
  • Optical fiber sensors have been proven that they have the potential to detect high-frequency ultrasonic signals, in structural health monitoring field which generally refers to acoustic emission signals from active structural damages and guided waves excited by ultrasonic actuators and propagating in waveguide. In this work, the sensing properties of optical fiber sensors based on Mach-Zehnder interferometer were investigated in the metal plate. Analytical formulas were conducted first to explore the parameters affecting its sensing performances. Due to the simple and definable frequency component, the Lamb wave excited by the piezoelectric wafer was employed to study the sensitivity of the proposed optical fiber sensors with respect to the frequency, rather than the acoustic emission signals. In the experiments, according to above investigations, spiral shape optical fiber sensors with different size were selected to increase their sensitivity. Lamb waves were excited by a circular piezoelectric wafer, while another piezoelectric wafer was used to compare their voltage responses. Furthermore, by changing the excitation frequency, the tuning frequency characteristic of the proposed optical fiber sensor was also investigated experimentally.

광섬유 센서를 이용한 부분방전 측정연구 (A Study on Partial Discharge Measurement using Optical Fiber Sensors)

  • 이준호;이철규
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 1998년도 추계학술대회 논문집 학회본부 C
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    • pp.922-924
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    • 1998
  • In this paper, an optical fiber sensor(OF sensor) utilizing the principal of Mach-Zehnder interferometer were proposed to detect the partial discharge signals in insulating oil. At first the AC breakdown signals were detected to check the response of the OF sensor. The detected signals from OF sensor was consistent with that from current probe. After the response checking, simultaneous measurements and continuous recording were made of electrical and the OF sensor signals from partial discharge(PD) produced by IEC(b) electrode system immersed in insulating oil. The continuous recording made it possible to extract basic quantities of PD from the OF sensor signals, such as pulse phase and pulse amplitude distribution. Through the signal analysis, the absolute peaks of the OF sensor PD signal was found to be increased with the amplitude of electrical signals, and these results mean that there is a strong correlation between OF sensor and electrical PD signals. It was demonstrated that the OF sensor in this research had a possibility to detect the PD signals in power apparatus.

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Characterization of Fiber Pull-out in Orthogonal Cutting of Glass fiber Reinforced Plastics

  • Park, Gi-Heung
    • 한국산업안전학회:학술대회논문집
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    • 한국안전학회 2003년도 추계 학술논문발표회 논문집
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    • pp.113-117
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    • 2003
  • The reliability of machined fiber reinforced composites (FRC) in high strength applications and the safety in using these components are often critically dependent upon the quality of surface produced by machining since the surface layer may drastically affect the strength and chemical resistance of the material [1,2,3,4]. Current study will discuss the characterization of fiber pull-out in orthogonal cutting of a fiber-matrix composite materials. A sparsely distributed idealized model composite material, namely a glass reinforced polyester (GFRP) was used as workpiece. Analysis method employs a force sensor and the signals from the sensor are processed using AR time series model. The experimental correlation between the fiber pull-out and the AR coefficients is examined first and effects of fiber orientation, cutting parameters and tool geometry on the fiber pull-out are also discussed.

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광섬유 브래그 격자 변형률 센서용 현공진기의 고정밀 측정 (High Precision Measurement for String Resonator used in FBG Strain Sensors)

  • 이영균;송인천;정성호;이병하;이선규
    • 한국정밀공학회:학술대회논문집
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    • 한국정밀공학회 2001년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.135-139
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    • 2001
  • This paper describes a string resonator that is used for the interrogation system of a Fiber Bragg Grating(FBG) strain sensor. The strain on the fiber piece is calculated from the measured frequency based on that the natural frequency of a string is a function of the applied absolute strain. Existing research considered a fiber as a string, but a fiber is not a string in the strict sense due to its bending stiffness, thus the fiber should be modeled as a beam accompanied with an axial force. In the vibration modeling, the relationship between the strain and the natural frequency is derived, and then the resonance condition is described in terms of both the phase and the mode shape for sustaining resonant motion. Several experiments verify the effectiveness of the proposed model of the fiber. The performance of the string resonator is analyzed by measuring the frequency change according to the applied strains in the dynamic range of 1100$\mu\varepsilon$ referred to the displacement from capacitance sensor. From the experimental results, the implemented string resonator provides the accuracy of $\pm$3$\mu\varepsilon$, the quasi-static resolution of ~0.1$\mu\varepsilon$(rms) which amount to be $\pm$0.17$\mu\textrm{m}$ and ~6nm respectively, in case of fiber length of 56mm. For a dynamic strain, it can provide the accuracy of ~3$\mu\varepsilon$ until the frequency comes to 8Hz. As a consequence, the string resonator proposed for FBG sensor provides the high accuracy and the high resolution in strain measurement, and also it is expecting to be used, for the application, to not only strain but also displacement measuring device.

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EOM-BSO 소자를 이용한 광전압센서에 관한 연구 (A Study on the Fiber-Optic Voltage Sensor Using EMO-BSO)

  • 김요희;이대영
    • 대한전자공학회논문지
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    • 제27권11호
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    • pp.119-125
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    • 1990
  • 전기광학 소자인 비스무스 실리콘 옥사이드($Bi_{12}SiO_{20}$ : 이하 BSO라 칭함)와 편광자(polarizer), 1/4파장판(1/4 waveplate), 검광자(analyzer)와 결합하여 광변조기를 만들었고 이를 전압세선로 이용할 수 있도록 전기광학 측정 시스템을 구성하고 그 특성을 실험하였다. 송수신부인 E/O 변환기 및 O/E 변환기는 LED와 PIN-PD로 구성하여 구동되며 전송로는 코아/클래드경이 $100/140{\mu}m$인 멀티모드 광파이버를 사용하였다. 센서부와 광파이버 사이에는 셀폭 마이크로렌즈로서 결합하였다. 실험에 앞서 맥스웰 방정식과 파동방정식을 이용하여 BSO 단결성 내부에서 일어나는 광파의 전파특성에 관한 행렬식을 구하였고 센서가 갖는 광강도 변조식을 유도하였다. 실험 결과로부터 제작된 BSO 전압 센서는 교류전압 50V~800V(60Hz)에서 ${\pm}2.5{\%}$ 측정오파를 보였다. 인가전압의 증가에 따라 출력의 포화값이 커지는데 이러한 현상은 광강도 변조식에서 센서의 선광성에 기인한다는 것을 확인할 수 있었다. 센서의 온도특성 실험결과 $-20^{\circ}C~60^{\circ}C$에서 변화율은 ${\pm}0.6{\%}$ 이하로 측정되었다. 주파수 특성실험 결과 DC~100KHz까지 양호한 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.

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광섬유격자센서와 회전광학커플러를 사용한 새로운 회전축의 토크 측정방법 (Torque Measurement of Rotating Shaft Using Fiber Bragg Grating Sensors and Rotary Optical Coupler)

  • 이종민;황요하
    • 한국소음진동공학회논문집
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    • 제17권12호
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    • pp.1195-1200
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    • 2007
  • Torque of a rotating shaft has been mostly measured by strain gages combined with either a slip ring or telemetry. However, these methods have severe inherent problems like low S/N ratio, high cost, limited number of channels and difficult installation. In this paper, a new method using FBG(fiber bragg grating) sensors and a rotary optical coupler for online non-contact torque monitoring is suggested. FBG sensor can measure both strain and temperature, and has much batter characteristics than those of a strain gage. A rotary optical coupler is a optical connecting device between a rotating shaft and stationary side without any physical contact. It has been devised for transmitting light between a rotating optical fiber and a stationary optical fiber. The proposed method uses this rotary optical coupler to connect FBG sensors on the rotating shaft to instruments at stationary side. And a reference FBG sensor is also applied to compensate the insertion loss change of the rotary optical coupler due to rotation. Three FBG sensors have been fabricated in a single optical fiber. Two FBG sensors are attached on the shaft surface to measure torque and one sensor is installed at the shaft center to compensate the insertion loss change. The torque of a rotating shaft has been successfully measured by the suggested method proving its superior performance potential.

광파이버 브래그 격자형 무게 센서에 관한 연구 (A Study on n FBG Weight Sensor)

  • 이종윤;정진호
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제8권4호
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    • pp.721-725
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    • 2007
  • 무게 센서를 기본으로 한 광파이버는 무게에 민감한 파이버 브래그 격자를 이용한 구조로 되어있다. FBG 본래의 특성을 이용한 센싱과 광파이버 브래그 격자를 통하여 스트레인 효과를 기본으로 하였다. 무게 레벨의 직접적인 표시는 센싱 물질의 팽창으로 말미암아 브래그 파장의 천이에 의하여 알 수 있다. FBG의 동작은 스트레인과 온도에 매우 민감하게 만들기 위해서 본래의 특성에 의한 것으로 특별한 필터와 같다. 이러한 센싱 원리는 무게를 인가한 것으로 FBG를 통해서 스트레인 효과를 기본으로 한 것이다. 실험 구성은 센서의 무게 응답특성을 초기 연구를 통해 이용하였다. 센서로부터 투과된 신호는 0.4nm의 분해능 대역폭을 가지며 광 스펙트럼분석기를 이용하여 관찰하였다. 본 논문에서는 무게에 따른 광파이버 브래그 격자의 중심 파장이 변화하는 것을 이용하는 동시에 작은 격자 부분에 무게로 영향을 주어 FBG의 스펙트럼 특성과 형태를 나타내었으며, 광파이버의 내구성이 사라졌을 때 파장과 스트레인 변화가 제거됨을 알 수 있었다. 즉, 무게에 의해 광파이버가 파괴되면 물리적인 손상을 입게 된다.

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헤테로코어 광섬유를 이용한 콘크리트 응력 측정용 매립형 센서모듈의 개발 (Development of Embedded Type Sensor Module for Measuring Stress of Concrete Using Hetero-core Optical Fiber)

  • 양희원;이환우
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제26권2호
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    • pp.68-75
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    • 2022
  • 본 연구에서는 PSC 구조물의 프리스트레스를 직접적으로 평가하기 위해 헤테로코어 광섬유를 활용하여 콘크리트의 변형량 계측을 기반으로 하는 새로운 센서모듈을 제안하고 성능실험을 수행하였다. 헤테로코어 광섬유는 전송로의 특정 부분이 구부러지면 광 손실이 발생하며, 곡률의 크기에 따라 광 손실량이 선형적으로 변한다. 센서모듈의 계측 성능과 광섬유의 적용성을 확인하기 위해 센서모듈에 변형을 발생시키며 광섬유를 통과하는 빛을 전력으로 변환하여 측정하였다. 센서모듈을 매립시킨 지름 15cm, 높이 35cm의 원주형 콘크리트 공시체에 최대 변형량 0.5mm을 0.12mm/min의 속도로 발생시키는 동안 광섬유를 통과한 빛은 변형과의 관계에서 0.9333의 선형성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이번 실험의 결과를 통해 헤테로코어형 광섬유를 활용한 센서모듈을 구조물에 매립하여 콘크리트 압축변형량 계측을 통해 PSC 구조물의 프리스트레스를 직접적으로 평가하는 것이 가능할 것으로 판단되며, 앞으로 진행될 PSC 부분 거더 모델 실험에 적용할 쉬스관 일체형 센서모듈 개발에 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Silver Halide 광섬유를 이용한 의료용 비접촉식 온도 센서 개발 (Development of Noncontact Temperature Sensor Using Silver Halide Optical Fiber for Medical Usages)

  • 유욱재;조동현;장경원;정순철;탁계래;이봉수
    • 대한의용생체공학회:의공학회지
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    • 제27권6호
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    • pp.337-342
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    • 2006
  • We have developed a noncontact temperature sensor using a silver halide optical fiber. The infrared collimator and focus head are connected both ends of a silver halide optical fiber with SMA connectors and used to collimate radiations of a heat source and to focus them to infrared sensors such as a pyroelectric sensor and a thermopile sensor, respectively. The relation ships between the temperatures of a heat source and the output signals of the infrared sensors are determined to measure the surface temperature of a heat source. The measurable temperature range is from 25 to $60^{\circ}C$. It is expected that a noncontact temperature sensor using a silver halide optical fiber can be developed for medical usages such as temperature monitoring during hyperthermia, cryosurgery, laser surgery and diagnostic procedure based on the results of this study.

새로운 구조의 큰 복 굴절을 가진 광자결정 광섬유의 제작에 관한 연구 (Study on the Novel Fabrication Method of Highly Birefringent Photonic Crystal Fiber)

  • 마경식;김길환;황규진;엄성훈;이관일;정제명;이상배
    • 한국광학회지
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    • 제21권6호
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    • pp.235-240
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    • 2010
  • Stack-and-draw 방법을 사용하여 새로운 구조의 높은 복굴절을 가진 광자 결정 광섬유(highly birefringent photonic crystal fiber, Hi-Bi PCF)를 제작하였다. 제작된 광섬유는 공기구멍으로 구성된 클래딩 외부에 큰 공기구멍을 추가함으로써 광섬유 인출 과정중에 코어와 공기층 클래딩 영역에 비대칭적인 압력이 인가되어 코어가 타원형으로 변형되어 복굴절이 유도된다. 제작된 Hi-Bi PCF의 복굴절은 1550 nm에서 $2.29{\times}10^{-4}$로 측정되었다.