$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 복합재 구조물의 충격 모니터링 기법 연구
Impact Monitoring of Composite Structures using Fiber Bragg Grating Sensors 원문보기

복합재료 : 한국복합재료학회지 = Journal of the Korean Society for Composite Materials, v.24 no.1, 2011년, pp.24 - 30  

장병욱 (한국과학기술원 기계공학과 항공우주공학 대학원) ,  박상오 (삼성전자 반도체연구소 공정개발팀) ,  이연관 (한국과학기술원 기계공학과 항공우주공학 대학원) ,  김천곤 (한국과학기술원 기계공학과 항공우주공학) ,  박찬익 (국방과학연구소 제7기술연구본부) ,  이봉완 ((주)파이버프로)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

복합재 구조물에서 발생하는 저속 충격에 의한 손상은 대부분 복합재의 내부나 충격을 받은 면의 반대 면에서 발생하기 때문에 검출이 쉽지 않아 시간이 지날수록 구조물이 위험에 처할 확률이 높아진다. 하지만 기존의 비파괴검사 방법은 일정한 주기에 따라 수행되기 때문에 즉각적으로 충격 손상을 감지할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 최근에는 이러한 단점을 극복하고자 비파괴검사 장비를 구조물 내에 탑재하여 실시간으로 구조물의 건전성을 확인하는 개념인 구조 건전성 모니터링에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중의 하나인 충격 모니터링 시스템은 운용 중에 발생한 충격 이벤트를 감지하고 그 위치 및 손상 정도에 대한 정보를 제공해 주어야 한다. 이를 위한 첫 번째 단계로 본 연구에서는 복합재 평판 및 복잡한 복합재 시편 구조물에 FBG 센서를 부착하여 충격 위치 검출 시험을 수행하였고, 이와 같은 복합재 시편에 대해 충격 파손 시험을 수행하여 손상 발생 유무를 예측하는 시험을 수행하였다. 저속 충격에 의해 발생하는 음향 파는 (주)파어버프로에서 개발한 고속 FBG interrogator를 사용하여 4개의 다중화된 FBG 센서로부터 동시에 취득하였고, 신경회로망을 이용한 학습을 거쳐 충격 발생 위치를 검출하였다. 또한 충격 파손 시험으로부터 취득한 음향 파의 웨이블릿 변환을 통해 충격 손상의 발생 유무 예측 가능성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Low-velocity impact can cause various damages which are mostly hidden inside the laminates or occur in the opposite side. Thus, these damages cannot be easily detected by visual inspection or conventional NDT systems. And if they occurred between the scheduled NDT periods, the possibilities of exten...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 그러나 압전 셴서는 전자기장 환경에서 잡음에 취약하고 센서의 개수에 따라 신호 케이블의체적이 증가할 뿐만 아니라 이에 따른 측정 장비의 규모나 비용이 커진다는 단점이 있기 때문에 향후 실 구조물예 적용하기에는 한계가 있을 것으로 예상된다. 딱라서 본 연구에서는 다중화된 4개의 F8G 센서를 통해 넓은 범위의 복합 재평판과 복잡한 보강 패널에 대한 충격 위치 검출을 수행하여 실 구조물에 대한 적용성을 높이고자 하였다.
  • 파손 여부를 판단하기 위해서 파손 신호의 주파수 영역 분석을 위한 푸리에 변환(Fourier transform) 이나 시간에 따른 주파수 성분 변화 등을 확인할 수 있는 국소푸리에 변환(short-time Fourier transform; STFT)과 웨이블릿 변환(wavelet transform; WT) 등을 이용한 연구들이 수행된 바 있다[6-8]. 본 연구에서는 100 kHz의 취득 주파수로 측정한 충격 신호를 다양한 신호처리 기법을 통해 분석하여 충격 파손 검출이 가능한지의 여부를 확인하였다. 우선 STFT를 통해 파손 신호에서 발생하는 주파수 대역을 확인하였고, "를 거쳐 분해된 각 주파수 성분들의 성분비를 통해 파손 유무를 판단하는 방법을 제시하였다.
  • 본 연구에서는 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating; FBG) 센서 시스템을 이용하여 충격이 발생한 위치를 검출하고 실시간으로 손상 발생 유무를 예측하는 충격 모니터링 기법을 제안하고자 한다. FBG 센서는 하나의 광섬유 라인에 다수의 센서를 제작하여 동시에 다점을 측정할 수 있는 다중화(multiplexing)가 가능하나, 고주파 신호 측정의 경우 측정 방법을 구현하기에 복잡하고 구성 비용이 많이 들어 실제 적용에는 불리한 점이 많았다.
  • 본 연구에서는 복합재 구조물의 안전한 운용과 효율적인 유지/보수에 필수적인 충격 모니터링 기법의 실적용 가능성을 높이기 위해 상용화된 고속 FBG 센서 시스템을 이용한 충격 위치 검출 및 파손 유무 판단 기법의 개발을 수행하였다. 기존에는 고주파 신호 취득에서는 다중화가 불리하였던 FBG 센서의 단점을 극복한 (주) 파이버프로의 시스템을 이용하여 스트링거가 포함된 복잡한 구조물에서의 충격 위치 검출에 성공하였고' 비교적 낮은 주파수 대역을 가진 신호로부터 파손 여부를 판단할 수 있는 신호 처리 기법을 제안하였다.
  • 조절하는 학습 과정을 거쳐 결정된다. 앞서 언급했던 것처럼 충격 위치 검출 문제는 비선형 역 처리 문제이기 때문에 이 같은 신경회로망을 이용한 충격 위치 검출연구가 다양하게 수행되고 있는데, 본 연구에서는 센서에 도달하는 충격 선행 파의 도달 시간 차이와 이 때의 충격 위치 정보인 X와 y를 각각 신경망의 입력과 출력으로 하는 패턴들을 학습시켜 충격 위치를 검출하고자 하였다.
  • 할 필요성이 있다. 이러한 이유로 충격이 발생했을 때 근방의 센서로부터 취득된 신호의 분석을 통해 파손 발생 유무를 판단할 수 있는지 그 가능성을 확인해 보았다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (12)

  1. R. F. Gibson., Principles of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill, International Editions, 1994, pp. 6-13. 

  2. B. W. Lee, M. S. Seo, H. G. Oh and C. Y. Park, "High-speed wavelength interrogator of fiber Bragg gratings for capturing impulsive strain waveforms," Advanced Materials Research, Vol. 123-125, 2010, pp. 867-870. 

  3. P. M. Schindler, R. G., May and R. O. Claus, "Location of impacts on composite panels by embedded fiber optic sensor and neural network processing," Proc. of the SPIE, Vol. 2444, 1995, pp. 481-489. 

  4. J. R. LeClerc, K. Worden and W. J. Staszewski, "Impact detection in an aircraft composite panel - A neural-network approach", Journal of Sound and Vibration, Vol. 299, No. 3, 2007, pp. 672-682. 

  5. H. Sekine and S. Atobe, "Identification of locations and force histories of multiple point impacts on composite isogrid-stiffened panels", Composite Structures, Vol. 89, No. 1, 2009, pp. 1-7. 

  6. K. A. Murphy, C. A. Schmid, T. A. Tran, G. Carman, A. Wang and R. O. Claus, "Delamination detection in composite using optical fiber technique," SPIE : Smart Sensing, Processing and Instrumentation, Vol. 2191, 1994, pp. 227-231. 

  7. D. U. Sung, C. G. Kim and C. S. Hong, "Monitoring of impact damages in composite laminates using wavelet transform," Composites : Part B, Vol. 33, 2002, pp. 35-43. 

  8. 방형준, 강현규, 홍창선, 김천곤, "복합적층판의 변형파손 동시감지를 위한 광섬유 센서 시스템에 관한 연구," 한국복합재료학회지, 제16권, 제3호, 2003, pp. 58-67. 

  9. W. B. Spillman and P. L. Fuhr, "Impact detection and location system for smart skins applications," Proc. of the SPIE, Vol. 2370, 1990, pp. 308-315. 

  10. R. Seydel and F. K. Chang, "Impact identification of stiffened composite panels: 1. System development," Smart Materials and Structures, Vol. 10, 2001, pp. 354-369. 

  11. R. Seydel and F. K. Chang, "Impact identification of stiffened composite panels: 2. Implementation studies," Smart Materials and Structures, Vol. 10, 2001, pp. 370-379. 

  12. H. J. Bang and C. G. Kim, "Study on the wavelet decomposed details of impact induced AE signals in composite laminates using fiber Bragg grating sensors," Proc. of the SPIE, Vol. 7647, 2010, 76473E. 

저자의 다른 논문 :

LOADING...

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

BRONZE

출판사/학술단체 등이 한시적으로 특별한 프로모션 또는 일정기간 경과 후 접근을 허용하여, 출판사/학술단체 등의 사이트에서 이용 가능한 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로