• Smart Structures and Systems
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• 제18권3호
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• pp.405-423
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• 2016

In this study, the feasibility of using telecommunication single-mode optical fiber (SMF) as a distributed fiber optic strain and crack sensor was evaluated in concrete pavement monitoring. Tensile tests on various sensors indicated that the $SMF-28e^+$ fiber revealed linear elastic behavior to rupture at approximately 26 N load and 2.6% strain. Six full-scale concrete panels were prepared and tested under truck and three-point loads to quantify the performance of sensors with pulse pre-pump Brillouin optical time domain analysis (PPP-BOTDA). The sensors were protected by precast mortar from brutal action during concrete casting. Once air-cured for 2 hours after initial setting, half a mortar cylinder of 12 mm in diameter ensured that the protected sensors remained functional during and after concrete casting. The strains measured from PPP-BOTDA with a sensitivity coefficient of $5.43{\times}10^{-5}GHz/{\mu}{\varepsilon}$ were validated locally by commercial fiber Bragg grating (FBG) sensors. Unlike the point FBG sensors, the distributed PPP-BOTDA sensors can be utilized to effectively locate multiple cracks. Depending on their layout, the distributed sensors can provide one- or two-dimensional strain fields in pavement panels. The width of both micro and major cracks can be linearly related to the peak strain directly measured with the distributed fiber optic sensor.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권7호
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• pp.613-620
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• 2017

금속이 코팅된 FBG(fiber Bragg grating) 센서는 구조물이 과거에 겪은 최대 변형률을 기억하는 기억효과(memory effect)를 가진다. 본 연구에서는 무전해 도금법과 전해 도금법을 이용하여 약 $43{\mu}m$의 두께를 가지는 니켈(nickel)이 코팅된 FBG 센서를 제작하였다. 니켈 코팅된 FBG 센서의 잔류 변형률 생성 성능, 즉, 기억효과를 검증하기 위해 반복하중 실험(잔류 변형률 생성실험)을 수행하였다. 인가한 최대 변형률의 크기가 증가함에 따라 잔류 변형률이 증가함을 확인함으로써 기억효과를 검증하였다. 본 연구에서 수행한 니켈이 코팅된 FBG 센서의 제작 기법과 센서에 대한 반복하중 실험결과는 향후 광섬유 센서를 이용한 구조물 건전성 감시(SHM, structural health monitoring)기법 개발에 기본 데이터로서 활용될 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권4A호
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• pp.605-609
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• 2006

이 연구에서는 최근 사회기반시설물의 스마트 모니터링을 위하여 많은 관심을 받고 있는 광섬유 FBG형 가속도계와 MEMS형 가속도계의 적용성을 평가하고자 하였다. 이들의 성능을 비교하기 위하여 저주파수 영역에서 높은 민감도와 신뢰성을 가지고 있는 ICP형 가속도계를 스마트 센서와 동시에 모형구조물에 부착하여 소규모 진동대 실험을 수행하였으며, 계측된 응답을 이용하여 모드해석을 수행함으로써 간접적으로 계측자료의 신뢰성을 비교하였다. 계측자료로부터 구한 모드자료를 이용하여 진단빌딩의 층간 강성을 추정하였다. 추정된 강성의 신뢰성을 검증하기 위하여 기지의 질량을 추가하여 구조물의 특성을 변경시킨 후, 다시 진동대 실험을 수행하여 구한 실험모드해석 결과를 수치해석결과와 비교하였다.

• Composites Research
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• 제16권6호
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• pp.41-47
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• 2003

복합재료는 비강성, 비강도가 높고 열팽창 계수가 낮으며 우수한 내열 특성 등 기계적, 열적 특성이 좋아 항공기, 인공위성을 비롯하여 여러 다른 구조물에 폭넓게 사용되고 있다. 하지만, 복합재료를 고온 환경에 사용하기 위해서는 고온 환경에서의 물성에 대한 검증이 필요하다. 본 연구에서는 FBG 센서가 삽입된 T700/Epoxy 복합재료 시편에 대해 온도에 따른 물성을 측정하였다 실험은 열챔버 내에서 수행하였고 온도 범위는 상온, $100^{\circ}$, $200^{\circ}$, $300^{\circ}$, $300^{\circ}$이다. 삽입된 광섬유의 예비 시험을 통해, 광섬유 센서의 삽입이 물성값에 미치는 영향을 확인하였다. 시험에는 [0/{0}/0]$_{T}$, [$90_2$/{0}/$90_2$] 와 같은 적층각을 갖는 두 종류의 시편을 사용하였다. 실험 결과로부터 온도에 따른 복합재료의 물성 변화를 성공적으로 측정하였으며 FBG 센서가 고온 환경의 변형률 측정 센서로 매우 적합함을 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제36권6호
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• pp.443-450
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• 2016

한 개의 감지 광섬유 라인으로 분포 온도와 몇 개의 변형률을 측정할 수 있는 새로운 광섬유 센서 연구를 수행하였다. 분포 온도는 감지 광섬유의 라만 안티-스토크스 산란광을 시간영역 반사계(OTDR: optical time domain reflectometry)로 측정하고, 변형률은 광섬유 브래그 격자(FBG: fiber Bragg grating)를 사용하여 측정하였다. 분포 온도는 4 km의 단일 모드 광섬유의 감지 광섬유로부터 안티-스토크스 후방 산란광을 양방향에서 취득하고 새로이 고안된 수식으로 온도를 계산하였다. 온도 실험은 감지 광섬유의 중간쯤에서 약 50 m의 광섬유 부분의 온도를 $30^{\circ}C$부터 $70^{\circ}C$까지 $10^{\circ}C$ 간격으로 변화시키면서 실험한 결과 온도 측정 오차 범위는 $0.50^{\circ}C$이하로 확인되었다. 또한 감지 광섬유에 설치된 FBG는 변위 스테이지로 변형시키고 파장 변화를 광학 스펙트럼 분석기로 측정한 결과 각각 0.10 nm, 0.17 nm, 0.29 nm, and 0.00 nm를 얻었다. 이러한 파장 이동은 각각 $85.76{\mu}{\epsilon}$, $145.55{\mu}{\epsilon}$, $247.86{\mu}{\epsilon}$, $0.00{\mu}{\epsilon}$에 해당되었다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제7권3호
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• pp.49-55
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• 2007

본 논문은 광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 대공간 구조물의 실시간 모니터링을 설명하였고, 외부 외력 작용시에 대공간 구조물의 요소인 막이나 케이블의 변형을 계측하는데 광섬유 브래그 격자 센서가 매우 적합하다는 점을 검증하고 있다. 이와 함께 대공간 구조물에 광섬유 브래그 격자 센서를 이용하여 변형을 모니터링하는 실험을 실시하였다. 장스팬의 대공간 구조물을 모니터링하기 위하여 많은 요소를 계측할 수 있는 장비가 필요하다. 실험의 결과로 광섬유 브래그 격자 센서는 외력 작용시에 정확한 계측을 보여주었다. 그러므로 대공간 구조물의 변형율을 계산할 수 있고 실시간 모니터링이 가능하다.

• Advanced Composite Materials
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• 제17권1호
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• pp.41-56
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• 2008

In this research, optical fiber sensors and shape memory alloys (SMA) were incorporated into sandwich panels for development of a smart honeycomb sandwich structure with damage detection and shape recovery functions. First, small-diameter fiber Bragg grating (FBG) sensors were embedded in the adhesive layer between a CFRP face-sheet and an aluminum honeycomb core. From the change in the reflection spectrum of the FBG sensors, the debonding between the face-sheet and the core and the deformation of the face-sheet due to impact loading could be well detected. Then, the authors developed the SMA honeycomb core and bonded CFRP face-sheets to the core. When an impact load was applied to the panel, the cell walls of the core were buckled and the face-sheet was bent. However, after the panel was heated over the reverse transformation finish temperature of the SMA, the core buckling disappeared and the deflection of the face-sheet was relieved. Hence the bending stiffness of the panel could be recovered.

• 대한건축학회논문집:구조계
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• 제35권8호
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• pp.123-130
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• 2019

Recently, it is required to develop a monitoring technology that combines an FBG sensor as a means for continuously monitoring whether reinforcing effect of FRP is maintained on FRP reinforced structural members. However, most existing researches focus on the insertion of FBG sensors into bar-shaped FRPs, and there is insufficient study on the details strip-type FRPs combined with FBG sensors. Therefore, in this paper, it is studied to develop a reinforcement in which a FBG sensor is combined with a FRP strip. Especially, combination of FRP and FBG sensor. For this, a series of experiments were performed to find the adhesive strength of fiber-FRP-epoxy joints, the tensile strength of FBG sensor part with reflection-lattice, and the performance depending on the connection method of FRF and FBG sensor. As a result of the study, it was found that a minimum strength of $216.15N/mm^2$ is required for incorporating FBG sensors in FRP using epoxy. It is considered that the adhesion length of epoxy joints should be more than 50mm. When the FBG sensor is attached to the FRP strip as an epoxy, it is considered appropriate to use the complete attachment and the sensor non-attachment method.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2007년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1062-1067
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• 2007

This study presents an experimental technique to monitor the dynamic behavior of the railway bridge system simultaneously using multiplexed fiber Bragg grating (FBG) sensors. The measuring quantities include stains, curvatures, vertical deflections, and vertical accelerations. The strains are directly measured from multiplexed FBG sensors at various locations of the test bridge followed by curvature calculations based on the plane section assumption. Vertical deflections are then estimated using the Bernoulli beam theory and regression analysis. Finally, vertical accelerations are obtained from the numerical differentiation in time domain. In order to verify the proposed method, several conventional electric strain gauges, displacement transducers, and accelerometers are installed at the mid-span of the bridge for comparisons. A test train is passed over the bridge to monitor the dynamic response of the bridge. The monitoring results show that the multiplexed FBG sensing system is able to capture the essential behavior of the test bridge while resolving wiring problem in practice.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제29권8호
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• pp.76-82
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• 2015

A hybrid fiber-optic sensor system which combines fiber Bragg grating sensors and a Michelson interferometer has been constructed and evaluated for condition monitoring of large scale wind turbines. In order to measure multiple stresses applied to wind turbines such as strain, temperature and vibration, the system uses single broadband light source. It addresses both types of sensors, which simplifies the optical setup and enhances the cost-effectiveness of condition monitoring system. An athermal-packaged FBG is used to supply quasi-coherent light, of which coherence length is about 3.28mm, for the Michelson interferometer demodulation. Experimental results demonstrated that the proposed fiber-optic sensor system was capable of measuring strain and temperature with measurement accuracy of 1pm. Also 500~2000Hz vibration signals were successfully analyzed by applying FFT signal processing to interference signals.