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구조물 변형 모니터링을 위한 FBG센서 네트워크 시스템 구현
Implementation of FBG Sensor Network System for Monitoring Structure Deformation 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.9 no.8, 2014년, pp.841 - 846  

박장식 (경성대학교 전자공학과) ,  박근수

초록
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FBG센서는 터널, 교량, 선박과 같은 구조물의 변형을 측정하고 활용된다. 본 논문은 구조물의 상태를 FBG센서를 이용하여 원격모니터링 하기 위한 광전변환시스템의 개발 구현에 관한 것이다. 개발한 광전변환시스템은 원격 모니터링을 위하여 유선과 무선통신 기능으로 각각 CAN과 Zigbee를 포함한다. 광전변환시스템은 광회절격자에 의하여 분광된 FBG센서의 반사광을 선형 이미지센서로 입사하여 파장의 변이를 FPGA를 이용하여 측정한다. FBG센서신호에 대한 처리와 원격모니터링을 위한 데이터 전송을 위하여 DSC(digital signal controller)를 이용한다. 개발한 광전변환시스템이 구조물 변형 측정에 효율적임을 실험을 통하여 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

FBG sensors are mainly used to measure deformation of structures such as tunnels, bridges and ships. In this paper, an interrogator of FBG sensors is developed and implemented to measure the status of structures. A developed interrogator includes CAN wired and Zigbee wireless communication for remot...

주제어

#구조물 변형   #FBG 센서   #광전변환시스템  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적인 FBG센서 광전변환시스템은 광대역 레이저 광원을 FBG센서에 입사하여 광회절 격자로 분광된 반사광을 CCD센서로 측정한다. 본 논문에서는 CCD센서를 제어하여 반사광의 스펙트럼을 측정하는 광전변환시스템을 개발 구현하였다. 또한 개발 구현한 광전변환시스템은 구조물의 변형을 원격 모니터링할 수 있도록 유무선 통신기능을 텔레메트릭스(telemetrics) 국제표준인 IEEE 1451 표준에 부합하는 CAN과 Zigbee 통신 기능을 포함한다.
  • 본 논문에서는 FBG센서를 이용하여 구조물의 상태를 효율적으로 모니터링 하기 위하여 유무선통신 네트워크 기능을 갖춘 광전변환시스템을 FPGA와 마이크로컨트롤러를 이용하여 개발 구현하였다. 일반적인 FBG센서 광전변환시스템은 광대역 레이저 광원을 FBG센서에 입사하여 광회절 격자로 분광된 반사광을 CCD센서로 측정한다.
  • 본 논문에서는 구조물 변형을 원격 모니터링을 지원하기 위하여 유무선통신 기능을 가진 FBG센서 광전변환시스템을 개발 구현하였다. 구조물의 변형을 측정하기 위하여 이미지센서 방식의 FBG센서 반사광 측정을 FPGA를 이용하여 제어한다.
  • 물리적인 변형에 의한 반사광의 변형을 측정하기 위하여 회절격자(Diffraction grating) 에 의한 분광을 CCD센서에 입사하여 반사광의 파장 변화를 검출한다. 본 논문에서는 라인CCD센서 신호를 획득하기 위한 제어신호 생성을 위하여 FPGA 회로를 설계 구현하였다. 라인CCD센서의 출력신호로부터 FBG센서의 반사광 파장 변화를 측정하여 구조물의 변형을 측정 하는 시스템을 구현하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FBG센서는 무엇을 측정하는가? FBG센서는 터널, 교량, 선박과 같은 구조물의 변형을 측정하고 활용된다. 본 논문은 구조물의 상태를 FBG센서를 이용하여 원격모니터링 하기 위한 광전변환시스템의 개발 구현에 관한 것이다.
구조물의 균열, 기울기, 비파괴 검사는 무엇을 위한 것인가? 구조물의 변형을 측정하기 위하여 스트레인 게이지(strain gauge)를 이용한 변형검출 시스템이 사용되고 있다[2]. 구조물의 상태를 모니터링하기 위하여 구조물의 균열, 기울기, 비파괴 검사 등이 있으며, 균열 또는 변형의 측정은 구조물의 안전과 직결되는 중요한 요소이다. 일반적으로 진동현방식(vibrating wire) 변형 센서가 주로 사용되고 있다[3-4].
균열 또는 변형의 측정을 위해 어떠한 센서가 주로 사용되고 있는가? 구조물의 상태를 모니터링하기 위하여 구조물의 균열, 기울기, 비파괴 검사 등이 있으며, 균열 또는 변형의 측정은 구조물의 안전과 직결되는 중요한 요소이다. 일반적으로 진동현방식(vibrating wire) 변형 센서가 주로 사용되고 있다[3-4]. 다른 한편으로는 광섬유를 이용하여 균열과 변형을 검출하는 방법이 있다.
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참고문헌 (8)

  1. H. Lee, B. Oh, and H. Park, "A Study on the Safety Evaluation of Structural Members Based on Strain Sensors," Proc. of 2010 Annual Conf. of Computational Structural Engineering Institute of Korea, Jeju, Korea, Apr. 2010, pp. 700-703. 

  2. H. Kim, Y. Kim, J. Do, J. Park, and Y. Yu, "Development of FBG Sensor for Structure Deformation Measurement," Int. J. of Security and Its Applications, vol. 6, no. 2, Apr. 2012, pp. 251-256. 

  3. K.-H. Rew, S.-J. Go, J.-S. Park, K.-H. Yu, and S.-H. Lee, "Design of Automatic Tension Control Device for a Vibrating Wire Sensor," Proc. of 12th Int. Conf. on Control, Automation and System, Jeju, Korea, Oct. 2012. 

  4. S.-S. Kim, J.-S. Park, S.-J. Go, and H.-J. Ro, "Design and Development of Strain Measurement System Based on Zigbee Wireless Network," J. of the Korea Institute of Electronics Communications Sciences, vol. 7, no. 2, 2012, pp. 585-590. 

  5. Y.-B. Kim, "A Study on the Implementation of Wireless Sensor Network for Managing Bridges," J. of the Korea Institute of Electronics Communications Sciences, vol. 6, no. 5, 2011, pp. 783-788. 

  6. H.-S. Shin, "A Study on South Korea's Disaster Safety of Wireless Communication," J. of the Korea Institute of Electronics Communications Sciences, vol. 6, no. 1, 2011, pp. 1-6. 

  7. K. O. Hill, Y. Fujii, D. C. Johnson, and B. S. Kawasaki, "Photosensitivity in Optical Fiber Waveguides : Application to Reflection Fiber Fabrication," Applied Physics Letters, vol. 32, issue 10. May 1978, pp. 647-649. 

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  8. Y.-M. Kim, N.-K. Lee, S.-H. Lee, D.-M. Bae, and Y.-S. Yu, "Study on FBG Sensors for Hull Stress Monitering," J. of Sensor Science and Technology, vol. 21, no. 4, 2012, pp. 276-282. 

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