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문제 정의
- 그 중에서 광섬유 간섭형 센서와 광섬유 브래그 격자를 이용하는 광섬유 브래그 격자 센서와 광섬유의 비선형 산란을 이용하는 브릴루앙 산란형 시간영역 반사 센서와 라만 시간 영역 반사 센서가 가장 유용한 것으로 알려져 있다. 본 고에서는 이러한 구조물 안전성 모니터링을 위한 광섬유 센서를 살펴보고 저자의 개발 내용을 간단히 소개한다.
- 이러한 라만 산란광을 시간영역 반사계 방식으로 후방에서 측정하게 되면 광섬유의 임의 위치에서의 후방산란광의 증감을 검출하여 온도 결정식 (1)을 사용하여 온도를 측정할 수 있다. 본 연구팀은 최근 이러한 광섬유라만 시간 영역 반사 센서의 신호를 자동 보정하는 신호처리 방식을 개발하여 국내 특허 등록 및 국외 특허 출원을 하였다[6]. 이 새로운 방식은 광섬유 라만 시간영역반사 센서가 광세기 방식의 센서로 그 세기가 여러 요인에 의하여 흔들려서 측정 오차를 만들어내는 단점을 보완하는 방식이다[7].
- 그 이유로는 전자기 잡음이 없고, 내부식성이 강하여 내구성이 좋고, 구부릴 수 있으며 작아서 설치가 손쉬운 장점을 갖고 있기 때문이다. 본 원고에서는 구조물 안전성 모니터링 분야에 적용하기 위한 광섬유 센서기술 중에 본 저자의 연구팀에서 수행해왔던 대표적인 일들을 소개하였다. 세계적으로 그동안 개발된 광섬유 센서는 약 80여종이 존재하는 것으로 알려져 있고, 구조물 안전성 모니터링 분야를 위한 광섬유 센서로는 광섬유 브래그 격자 센서와 광섬유 라만 또는 브릴루앙 시간 영역반사 센서가 가장 유망한 센서로 부각되어 있다.
- 따라서 이 특성을 이용하면 브래그 파장이 다른 광섬유 브래그 격자를 광섬유 한 라인에 여러 개를 결정되어진 광섬유 라인의 임의의 위치에 설치해 두고 반사해 돌아오는 브래그 파장을 검출하면 해당 위치에서의 온도나 변형률을 브래그 파장으로부터 측정할 수 있다. 이러한 광섬유 브래그 격자 센서와 관련하여 비교적 새로운 연구 결과인 동일한 브래그 파장을 갖는 브래그 격자 센서에 대하여도 다중화가 가능하도록 하는 기법을 소개한다[2]. 이 센서 구성은 그림 1과 같은데 광전변조기에 의하여 1 MHz의 삼각파 형태로 광세기를 변조하여 광섬유에 입사시키고, 광섬유 브래그 격자 센서 5개를 광섬유연계기를 사용하여 연결하였을 때, 동일한 브래그 파장을 갖는 브래그 격자 센서 1,2,3는 각각 그림 1의 (b)와 같이 파란 색선의 결과를 줄 것이다.
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