• 센서학회지
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• 제9권1호
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• pp.22-27
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• 2000

고자왜특성과 연자성특성을 가짐으로서 우수한 자기기계결합특성을 나타내는 아몰퍼스 FeCoSiB 박막의 스트레인 검출특성에 대해 연구하였다. 투자율은 박막기판을 마이크로메타를 이용하여 벤딩시켜 박막에 스트레인을 인가하면서 조사하였으며, 이때 박막에 스트레인이 인가되면 박막의 자기기계결합에 의해 투자율이 변화하였다. 스트레인에 의한 성능지수 $F=({\Delta}{\mu}/{\mu})/{\varepsilon}$ (단위스트레인에 대한 투자율의 변화)가 $1.2{\times}10^5$라는 매우 높은 값을 나타내어 본 연구에서 제작한 박막이 스트레인에 대하여 고감도특성을 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한 제작된 박막을 센서소자로 응용하기 위해 박막을 미세 가공하고, 스트레인에 대한 고주파 임피던스의 변화를 조사하였으며, 박막의 우수한 자기기계결합특성으로 박막패턴의 임피던스는 인가된 스트레인에 의해 민감하게 변화되었다. 특히, 100MHz의 구동주파수에 있어서 $300{\times}10^{-6}$의 스트레인이 인가된 경우 46%의 임피던스변화율이 얻어졌다. 따라서 본 연구에서 제작한 박막소자는 초고감도의 스트레인 센서로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국광학회지
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• 제25권3호
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• pp.131-136
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• 2014

본 논문에서는 짧은 길이의 편광유지 광자결정 광섬유(polarization-maintaining photonic crystal fiber : 이하 PM-PCF)와 3 dB 광섬유 결합기(fiber coupler), 그리고 편광 조절기(polarization controller)로 구성된 사냑(Sagnac) 복굴절 간섭계(birefringence interferometer)를 이용하여 온도에 둔감한 편광 간섭형 스트레인 센서(polarimetric strain sensor)를 구현하였다. 센서부(sensor head)로 사용된 PM-PCF의 길이는 2 cm이었고, 이는 기존의 PM-PCF 기반 편광 간섭형 스트레인 센서들과 비교할 때 가장 짧은 센서부 길이이다. 제안된 센서는 $0{\sim}8m{\varepsilon}$의 범위에 대해서 스트레인 측정을 수행하였으며, ${\sim}0.87pm/{\mu}{\varepsilon}$에 해당하는 스트레인 민감도를 얻을 수 있었다. 또한, 외부 온도를 $30^{\circ}C$에서 $100^{\circ}C$까지 변화시키며 제안된 센서의 온도 의존성을 조사한 결과, 약 $-12pm/^{\circ}C$의 온도 민감도를 얻을 수 있었으며, 이는 기존의 편광 유지 광섬유의 온도 민감도(약 $-990pm/^{\circ}C$) 에 비해 약 82배정도 작은 값이다. 특히, 실용적인 관점에서 센서 표지자(indicator)로 사용되는 파장이 스트레인 민감도에 큰 영향을 주지 않는다는 것을 실험 및 이론적으로 확인하였다.

• 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.

• 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.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제33권2호
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• pp.330-335
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• 2009

A fiber-optic liquid level sensor based on bending cantilever beam has been proposed. A fiber Bragg grating(FBG) embedded in the cantilever beam is used to sensing elements. The basic concept is elongation and constriction of the FBG corresponding to the liquid level variation. The best FBG position on the cantilever for obtaining the high sensitivity was 4 cm from the fixing point. When the liquid level moves up and down vertically, the Bragg wavelength is linearly shifted. But, the wavelength sensitivity of the FBG installed on the upper side of cantilever was four times better than that of the FBG equipped in the lateral side due to the difference of unit strain applied to the FBG. Intensity demodulation using the low-cost edge filter is used to interrogate the Bragg wavelength through converting the wavelength signals into the optical intensity ones. Experiment results show that the electrical output is exponentially proportional to the liquid level. But, it should be overcome for applying to the ships.

• 센서학회지
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• 제25권2호
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• pp.148-154
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• 2016

This paper describes the design and fabrication of a two-axis force/torque sensor and an one-axis force sensor with parallel plate beams(PPSs) for measuring forces and torque in an ankle rehabilitation exercise using by a lower rehabilitation robot. The two-axis force/torque sensor is composed of a Fy force sensor and Tz torque sensor and the force sensor detects x direction force. The two-axis force/torque sensor and one-axis force sensor were designed using by FEM(Finite Element Method), and manufactured using strain-gages. The characteristics experiment of the two-axis force/torque sensor and one-axis force sensor were carried out respectively. As a test results, the interference error of the two-axis force/torque sensor was less than 1.56%, the repeatability error and the non-linearity of the two-axis force/torque sensor were less than 0.03% respectively, and the repeatability error and the non-linearity of the one-axis force sensor were less than 0.03% and 0.02% respectively.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제3권4호
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• pp.199-204
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• 1999

The continuing development of the sensors for the measurement of the safety of structures has been making a turning point in measuring and evaluating the larger civil structural system as well. However, there are still remaining problems to be solved for the extremely large structure because the natural damages of those structures are not so simple to be monitored for the reason of their locational and structural conditions. One of the most significant problems is that a number of cables which connect the measuring system to the analyzer are liable to distort actual data. This paper presents a new monitoring system for large structures by means of a local wireless communication technique which would eliminate the possibility of the distortion of data by noise in cables. This new monitoring system employs the wireless system and the software for data communication, along with the strain sensor and accelerometers which have been already used in the past. It makes it possible for the data, which have been chosen by the central controling system from the various sensors placed in the large civil structures, to be wirelessly delivered and then analyzed and evaluated by decision making system of the structures.

• Smart Structures and Systems
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• 제5권1호
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• pp.23-42
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• 2009

In order to reduce vibration or to control shape of structures made of metal or composites, piezoelectric materials have been extensively used since their discovery in 1880's. A recent trend is also seen to apply piezoelectric materials to flexible structures made of rubber-like materials. In this paper a non-linear finite element model using updated Lagrangian (UL) approach has been developed for static analysis of rubber-elastic material with surface-bonded piezoelectric patches. A compressible stain energy function has been used for modeling the rubber as hyperelastic material. For formulation of the nonlinear finite element model a twenty-node brick element is used. Four degrees of freedom u, v and w and electrical potential ${\varphi}$ per node are considered as the field variables. PVDF (polyvinylidene fluoride) patches are applied as sensors/actuators or sensors and actuators. The present model has been applied to bimorph PVDF cantilever beam to validate the formulation. It is then applied to study the smart rubber components under different boundary and loading conditions. The results predicted by the present formulation are compared with the analytical solutions as well as the available published results. Some results are given as new ones as no published solutions available in the literatures to the best of the authors' knowledge.

• 센서학회지
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• 제28권4호
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• pp.205-215
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• 2019

A flexible polyvinylidene fluoride (PVDF)/polydimethylsiloxane (PDMS) composite prototype with high piezoelectricity and force sensitivity was constructed, and its huge potential for applications such as biomechanical energy harvesting, self-powered health monitoring system, and pressure sensors was proved. The crystallization, piezoelectric, and electrical properties of the composites were characterized using an X-ray diffraction (XRD) experiment and customized experimental setups. The composite can sustain up to 100% strain, which is a huge improvement over monolithic PVDF fibers and other PVDF-based composites in the literature. The Young's modulus is 1.64 MPa, which is closely matched with the flexibility of the human skin, and shows the possibility for integrating PVDF/PDMS composites into wearable devices and implantable medical devices. The $300{\mu}m$ thick composite has a 14% volume fraction of PVDF fibers and produces high piezoelectricity with piezoelectric charge constants $d_{31}=19pC/N$ and $d_{33}=34pC/N$, and piezoelectric voltage constants $g_{31}=33.9mV/N$ and $g_{33}=61.2mV/N$. Under a 10 Hz actuation, the output voltage was measured at 190 mVpp, which is the largest output signal generated from a PVDF fiber-based prototype.

• 한국기계가공학회지
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• 제19권10호
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• pp.87-97
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• 2020

In general, tires require various sensors and power supply devices, such as batteries, to obtain information such as pressure, temperature, acceleration, and the friction coefficient between the tire and the road in real time. However, these sensors have a size limitation because they are mounted on a tire, and their batteries have limited usability due to short replacement cycles, leading to additional replacement costs. Therefore, vibration energy harvesting technology, which converts the dynamic strain energy generated from the tire into electrical energy and then stores the energy in a power supply, is advantageous. In this study, the output voltage and power generated from piezoelectric elements are predicted through finite element analysis under static state and transient state conditions, taking into account the dynamic characteristics of tires. First, the tire and piezoelectric elements are created as a finite element model and then the natural frequency and mode shapes are identified through modal analysis. Next, in the static state, with the piezoelectric element attached to the inside of the tire, the voltage distribution at the contact surface between the tire and the road is examined. Lastly, in the transient state, with the tire rotating at the speeds of 30 km/h and 50 km/h, the output voltage and power characteristics of the piezoelectric elements attached to four locations inside the tire are evaluated.