The thermal runaway phenomenon in lithium-ion batteries hinders their large-scale application and leads to safety issues, including smoke, fire, and explosion. Therefore, early warning systems must be employed rapidly and reliably to ensure user safety, with methods for detecting gases such as hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons-all indicators of the thermal runaway process-considered a promising approach. In particular, metal-oxide-semiconductor-based gas sensors can be used to monitor target gases owing to their high response, fast response, and facile integration. In this paper, we review various strategies for enhancing the performance of metal-oxide-semiconductor-based gas sensors, including nanostructure design, catalyst loading, and composite design. Future perspectives on employing metal-oxide-semiconductor-based gas sensors to monitor thermal runaway in lithium-ion batteries are also discussed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.2
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pp.59-66
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2002
In this paper, we present the simulataneous monitoring of the strain and temperature during cures f various composite laminates using fiber Bragg grating/extrinsic Fabry-Perot interferometric (FBG/EFPI) hybrid sensors. Three types of graphite/epoxy composite were used : a undirectional laminate, a symmetric cross-ply laminate, and a fabric laminate. Two FBG/EFPI hybrid sensors were embedded in each laminate at different directions and different locations. We performed the real time monitoring of fabrication strains and temperatures at two points within the composite laminates during cure process in an autoclave. Throuhg these experiments, FBG/EFPI sensors proved to be an efficient choice for smart cure monitoring of composite structures.
Jaehyun Park;Si-Maek Lee;Beom-Joo Lee;Seon Ju Kim;Hyeong-Min Yoo
Composites Research
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v.36
no.6
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pp.429-434
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2023
In this study, aimed at improving the existing acoustic emission sensor for real time monitoring, a macro-fiber composite (MFC) transducer was employed as the acoustic emission sensor in the gas leak detection system. Prior to implementation, structural analysis was conducted to optimize the MFC's design. Consequently, the flexibility of the MFC facilitated excellent adherence to curved pipes, enabling the reception of acoustic emission (AE) signals without complications. Analysis of AE signals revealed substantial variations in parameter values for both high-pressure and low-pressure leaks. Notably, in the parameters of the Fast Fourier Transform (FFT) graph, the change amounted to 120% to 626% for high-pressure leaks compared to the case without leaks, and approximately 9% to 22% for low-pressure leaks. Furthermore, depending on the distance from the leak site, the magnitude of change in parameters tended to decrease as the distance increased. As the results, in the future, not only will it be possible to detect a leak by detecting the amount of parameter change in the future, but it will also be possible to identify the location of the leak from the amount of change.
Although the Radar-AWS Rainrate (RAR) calculation system operated by Korea Meteorological Administration estimated precipitation using 2-dimensional composite components of single polarization radars, this system has several limitations in estimating the precipitation accurately. To to overcome limitations of the RAR system, the Korea Meteorological Administration developed and operated the RMQ (Radar-based Multi-sensor Quantitative Precipitation Estimation) system, the improved version of NMQ (National Mosaic and Multi-sensor Quantitative Precipitation Estimation) system of NSSL (National Severe Storms Laboratory) for the Korean Peninsula. This study introduced the RMQ system domestically for the first time and verified the precipitation estimation performance of the RMQ system. The RMQ system consists of 4 main parts as the process of handling the single radar data, merging 3D reflectivity, QPE, and displaying result images. The first process (handling of the single radar data) has the pre-process of a radar data (transformation of data format and quality control), the production of a vertical profile of reflectivity and the correction of bright-band, and the conduction of hydrid scan reflectivity. The next process (merger of 3D reflectivity) produces the 3D composite reflectivity field after correcting the quality controlled single radar reflectivity. The QPE process classifies the precipitation types using multi-sensor information and estimates quantitative precipitation using several Z-R relationships which are proper for precipitation types. This process also corrects the precipitation using the AWS position with local gauge correction technique. The last process displays the final results transformed into images in the web-site. This study also estimated the accuracy of the RMQ system with five events in 2012 summer season and compared the results of the RAR (Radar-AWS Rainrate) and RMQ systems. The RMQ system ($2.36mm\;hr^{-1}$ in RMSE on average) is superior to the RAR system ($8.33mm\;hr^{-1}$ in RMSE) and improved by 73.25% in RMSE and 25.56% in correlation coefficient on average. The precipitation composite field images produced by the RMQ system are almost identical to the AWS (Automatic Weather Statioin) images. Therefore, the RMQ system has contributed to improve the accuracy of precipitation estimation using weather radars and operation of the RMQ system in the work field in future enables to cope with the extreme weather conditions actively.
FBG sensor peaks could be split due to polarization by shear strain, when the fiber optic sensors embedded or attached to the structure. For the fiber optic sensor packages, sensor grating has to be protected from shear strains. Also, pretension has to be applied to the sensor because compressive strain must be measured. Without pretension of sensor, the sensor does not show any change of signal until it is stretched. In order to mesure compressive and tensile strains, two fixing point and prestressed sensor need. In the fixing point, just holding the optical fiber cause slip between core and cladding in the fiber. A Fixation method of prestressed FBG sensors fixed with partially stripped fibers was developed. The sensor package has the prestress controllable fixtures at the fixing points. Prestress to the sensor imposed by controlling the two fixed points with bolts and nuts make it easy to measure compressive strain as well as tensile strain. The fiber optic sensor packages applied to the actual structure and the structural monitoring system using the package can be applied to safety through surveillance.
Han, Dong Gyun;Song, Dae Seok;Jho, Jae Young;Kim, Dong Min
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.10
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pp.865-871
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2015
This study was conducted in order to develop a finger exoskeleton system using ionic polymer metal composites (IPMCs) as the actuator and sensor in a hybrid structure. To use the IPMC as an actuator producing large force, a first order transfer function was obtained using results from a block force for DC excitation that applied to two IPMCs of 20mm-width, 50mm-length, and 2.4mm thickness together. After which the validation of 200gf control with anti-windup PI controller was confirmed. A 5mm-width, 50mm-length, 0.6mm-thickness of IPMC was also modeled as a sensor for tip displacement. As a result, the IPMC sensor could been utilized as a trigger role for the actuator. Finally, an IPMC sensor and actuator were installed on the joint of a single DOF exoskeleton in the hybrid structure, and test for the control of 40gf of block force and predefined sequence of motion was performed.
The magneto-electro-elastic (MEE) material under thermal environment exhibits pyroelectric and pyromagnetic coefficients resulting in pyroelectric and pyromagnetic effects. The pyroelectric and pyromagnetic effects on the behavior of multiphase MEE sensors bonded on top surface of a mild steel beam under thermal environment is presented in this paper. The aim of the study is to find out how samples having different volume fractions of the multiphase MEE composite behave in sensor applications. This is studied at optimal location on the beam, where the maximum electric and magnetic potentials are induced due to pyroelectric and pyromagnetic effects under clamped-free and clamped-clamped boundary conditions. The sensor which is bonded on the top surface of the beam is modeled using 8-node brick element. The MEE sensor bonded on mild steel beam is subjected to uniform temperature rise of 50K. It is assumed that beam and sensor is perfectly bonded to each other. The maximum pyroelectric and pyromagnetic effects on electric and magnetic potentials are observed when volume fraction is ${\nu}_f=0.2$. The boundary conditions significantly influence the pyroelectric and pyromagnetic effects on electric and magnetic potentials.
Wearable sensors designed for strain, pressure, and temperature measurements are essential for monitoring human movements, health status, physiological data, and responses to external stimuli. Notably, recent research has led to the development of high-performance wearable sensors using innovative materials and device structures that exhibit ultra-high sensitivity compared with their commercial counterparts. However, the quest for accurate sensing has identified a critical challenge. Specifically, the mechanical flexibility of the substrates in wearable sensors can introduce interference signals, particularly when subjected to varying external stimuli and environmental conditions, potentially resulting in signal crosstalk and compromised data fidelity. Consequently, the pursuit of non-interference sensing technology is pivotal for enabling independent measurements of concurrent input signals related to strain, pressure, and temperature, ensuring precise signal acquisition. In this comprehensive review, we present an overview of the recent advances in noninterference sensing strategies. We explore various fabrication methods for sensing strain, pressure, and temperature, emphasizing the use of hybrid composite materials with distinct mechanical properties. This review contributes to the understanding of critical developments in wearable sensor technology that are vital for their ongoing application and evolution in numerous fields.
Structural model of laminated composite plate based on the first order shear deformation theory and subjected to a combination of piezoelectric, electromagnetic and thermal fields is established. Coupled equations of motion are derived via Hamilton's principle on the basis of electromagnetic and piezoelectric equations which are involved in constitutive equations. Proportional control and velocity feedback control logics are applied via boundary control moments and forces. Variations of dynamic chasracteristics of composite plate with collocated piezoelectric sensor and actuators, electromagnetic field and temperature gradient are investigated and it reveals that dynamic characteristics of structure can be effectively controlled by utilizing the piezoelectric effect and ply angles of fiber reinforced composites.
Recently the research for lightening the railway vehicle is actively made according to the demand of the environment-friendly technology development contributing to the energy cost reduction and the green growth. The railway vehicle lightweight research is expanded to the load-supporting first structure from the secondary structure which doesn't support the load. After the composite car body development used in the Korean tilting train is completed, the composite bogie frame development in which the weight reduction efficiency is large is progressed. In this paper, distributed strain was monitored when the train load was added to the central part of the composite bogie side-frame. By using the optical fiber which was attached to the lower part of the side-frame and the developed Brillouin correlation domain analysis (BOCDA) system, the strain distribution could be measured with 3cm step over 3m section. This strain distribution was compared with the design value by the FE analysis when the load of 14ton and 18ton added. This experiment can verify the manufactured composite bogie side-frame.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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