![Table 1. Dimensions and mechanical properties of theoretical model [13]](http://ocean.kisti.re.kr/downfile/bibText/kscm/BHJRB9/2018/v31n6/BHJRB9_2018_v31n6_429_t0001.png "Table 1. Dimensions and mechanical properties of theoretical model [13]")
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코팅된 분포형 광섬유 센서의 변형률 전달률
Strain Transmission Ratio of a Distributed Optical Fiber Sensor with a Coating Layer
원문보기
Composites research = 복합재료, v.31 no.6, 2018년, pp.429 - 434
윤상영 (Department of Mechanical System Engineering, Chonbuk National University) , 권일범 (Center for Safety Measurement, Korea Research Institute of Standard and Science) , 유효선 (Department of Mechanical System Engineering, Chonbuk National University) , 김은호 (Automotive Hi-Technology Research Center and LANL-CBNU Engineering Institute-Korea, Chonbuk National University & Department of Mechanical System Engineering, Chonbuk National University)
초록
본 연구에서는 구조물에 부착된 분포형 광섬유 센서의 변형률을 정밀하게 분석하기 위해 위치에 따른 변형률의 변화를 고려하여 광섬유 센서의 변형률 전달률을 분석하였다. 표면에 부착된 코팅된 광섬유 센서의 모델로부터 해석적으로 광섬유 센서의 변형률 전달률을 유도하였으며, 유도된 변형률 전달률은 유한요소해석을 통해 수치적으로 해석한 결과와 비교 검증하였다. 주 구조물의 변형률이 동일한 파장을 가지며 변하는 경우 센서의 변형률 전달률은 위치에 따라 동일한 값을 보였으며, 따라서 변형률 분포의 형상은 왜곡되지 않는다. 하지만 위치에 따라 변형률 파장이 변하면 변형률의 전달률이 위치에 따라 달라져 변형률 분포의 형상이 왜곡될 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 얻어진 파장에 따른 변형률 전달률은 분포형 광섬유 센서로부터 주 구조물의 변형률 분포를 정밀하게 추정하는데 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
Abstract
AI-Helper
We investigate strain transmissions of a surface bonded distributed optical fiber sensor considering strain variation according to positions. We first derive a strain transmission ratio depending on a wavelength of a strain distribution of the host structure from an analysis model. The strain transm...
주제어
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AI 본문요약
문제 정의
- 본 연구에서는 위치에 따른 변형률의 변화를 고려한 광섬유 센서의 변형률 전달률을 분석하기 위해 해석적/수치적 연구를 수행하였다. 이를 위해 먼저 구조물에 부착된 광섬유 센서 모델을 기반으로 해석적으로 파장에 따른 변형률의 전달률을 유도하였으며, 유한요소 해석을 통해 이를 검증하였다.
가설 설정
- 해석 모델에서 모든 재료는 선형 탄성 거동을 하는 것으 로 가정하였다. 또한 모든 층은 완전한 접합을 이루고 있으며, 축 방향(길이방향, z-축) 응력만 받는다는 가정하였다. 위의 가정들로부터 광섬유 센서의 변형률(εf)과 주 구조물의 변형률(εh) 관계식을 다음과 같이 유도할 수 있다[13,16].
- 본 연구에서는 먼저 주 구조물의 변형률 변화에 따른 변형률 전달률을 분석하기 위해 변형률을 특정 주기를 갖는 조화함수로 εh(z) = δcosaz 가정하였다. 여기서 a는 파수(wave number)로 2π/L로 정의되며, 파장(L)의 역수에 비례한다.
- 해석 모델에서 모든 재료는 선형 탄성 거동을 하는 것으 로 가정하였다. 또한 모든 층은 완전한 접합을 이루고 있으며, 축 방향(길이방향, z-축) 응력만 받는다는 가정하였다.
질의응답
| 핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
|---|---|---|
| 분포형 광섬유 센서는 어떤 장점이 있는가? | 최근에는 특정 위치의 변형률만 측정하는 FBG 형태의 광섬유 센서와 달리 긴 광섬유 전체를 이용하여 광범위한 영역의 변형률을 측정하는 분포형 광섬유 센서에 대한 연구 가 많은 관심을 받고 있다[5]. 분포형 광섬유 센서는 구조물의 넓은 부분에 부착 혹은 삽입되어 넓은 영역의 변형률 분포를 한번에 파악할 수 있는 장점이 있다. 이 경우 센서를 보호하기 위해 특정 부분을 패키징하는 방법보다는 코 팅을 하는 방법이 더 용이하다. | |
| 광섬유 센서의 쉽게 깨지는 취약성을 보완하기 위해 어떤 방법들이 사용되는가? | 일반적인 광섬유 센서는 탄성물질인실리카 유리로 만들어 졌기 때문에 외부변형 및 온도에 선 형으로 반응하는 성질을 가지고 있다[9,10]. 하지만 이러한광섬유 센서는 쉽게 깨지는 취약성으로 인해 센서를 보호 하기 위해 패키징(packaging)을 하거나 광섬유에 보호 코팅을 하는 방법들이 사용되고 있다[11,12]. 또한, 패키징과 코팅은 센서에 전달되는 변형률을 감소시켜 구조물의 변형률 신호를 왜곡시킬 가능성이 있어 센서의 부착 위치의 변형률을 정확하게 파악하기 위해서는 패키징과 접착제에 따 른 변형률 전달률을 파악할 필요가 있다. | |
| 광섬유 센서의 패키징과 코팅은 어떤 문제점을 야기할 수 있는가? | 하지만 이러한광섬유 센서는 쉽게 깨지는 취약성으로 인해 센서를 보호 하기 위해 패키징(packaging)을 하거나 광섬유에 보호 코팅을 하는 방법들이 사용되고 있다[11,12]. 또한, 패키징과 코팅은 센서에 전달되는 변형률을 감소시켜 구조물의 변형률 신호를 왜곡시킬 가능성이 있어 센서의 부착 위치의 변형률을 정확하게 파악하기 위해서는 패키징과 접착제에 따 른 변형률 전달률을 파악할 필요가 있다. 이를 위해 패키징된 광섬유 센서에 전달되는 변형률 전달률에 대한 다양한 해석적/실험적 연구가 진행되어왔다[11-16]. |
참고문헌 (16)
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- [본원] 대전광역시 유성구 대학로 245 한국과학기술정보연구원
- [분원] 서울시 동대문구 회기로 66 한국과학기술정보연구원
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