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광섬유진동센서를 이용한 도로 평탄성 모니터링
Pavement Roughness Monitoring using Fiber Optic Vibration Sensors 원문보기

한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회, 2010 Apr. 08, 2010년, pp.791 - 794  

김기수 (홍익대학교 재료공학부) ,  유인균 (한국건설기술연구원 도로연구실) ,  김제원 (한국건설기술연구원 도로연구실)

초록
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고속도로에서 주행속도가 높아지게 되면, 도로의 노면 상태에 따라 차량의 안전과 쾌적한 운전자의 환경이 변화될 수 있다. 이처럼 도로의 노면 상태를 결정하는 주된 인자는 도로의 평탄성과 소성변형에 의한 노면의 요철이라고 할 수 있다. 평탄하지 못한 도로를 자동차가 고속으로 주행하게 되면, 자동차의 속도에 의한 도로와의 마찰이 발생하여 자동차에는 매우 큰 흔들림이 발생하게 된다. 또한, 도로의 경우에도 자동차의 차축과 도로면에서 발생하는 충격에 의해 미세한 진동이 발생하게 된다. 그리고 광섬유 브래그 격자(FBG)센서는 외부에서 작용하는 매우 미세한 물리량에 의한 변화의 측정이 가능한 매우 우수한 계측 센서로 사용이 가능하기 때문에 온도보상형 광섬유진동센서를 제작하였고, 이를 고속도로 포장면의 평탄성 모니터링에 활용하고자 하였다.

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

제안 방법

  • 현재에서 가장 좋은 방법은 줄눈형태의 얇은 공간을 확보하여 매설하는 방법이다. 갓길의 차선에 근접한 곳에 줄눈형태의 커팅을 만들어 이용하고, 그 속에 내장이 가능하도록 얇은 두께를 갖도록 그림 9와 같이 광섬유 진동센서를 초기 디자인 하였다.
  • 광섬유진동센서 시작품을 제작한 후 테스트를 위하여 큰길의 도로상에서 직접 실험을 하였다. 가능하면 충격을 유발하게 하기 위하여 단차가 있는 곳을 선택하였으며, 갓길에 센서와 시스템을 설치하여 측정하였는데 아래 그림에서 보듯이 차량이 지나갈 때의 진동이 잘 보여지고 있으며, 이 실험도 마찬가지로 분해능이 향상된 온도보상형 광섬유진동센서 시작품으로 수행하였다.
  • 그러나 스트레인 센서는 통상적으로 온도에 민감하기 때문에, 온도변화를 상쇄해 줄 수 있는 디자인이 되어야 하며, 이를 위하여 매스의 양쪽에 상하로 광섬유를 부착하여 상호 온도 보정을 해주고 분해능을 향상시켜 민감하게 측정할 수 있도록 디자인을 개선하였다.
  • 이 실험에서도 진동센서 시작품 내의 상부 FBG와 하부FBG의 데이터를 얻었으며 이를 합산하여 그림 5에 보이는 것과 같이 온도가 보상된 데이터를 계산하였다. 그리고 진동데이터의 피크부부을 확대하여 보면 그림6과 같다.

대상 데이터

  • 광섬유진동센서 시작품을 제작한 후 테스트를 위하여 큰길의 도로상에서 직접 실험을 하였다. 가능하면 충격을 유발하게 하기 위하여 단차가 있는 곳을 선택하였으며, 갓길에 센서와 시스템을 설치하여 측정하였는데 아래 그림에서 보듯이 차량이 지나갈 때의 진동이 잘 보여지고 있으며, 이 실험도 마찬가지로 분해능이 향상된 온도보상형 광섬유진동센서 시작품으로 수행하였다.
  • 온도가 보상되고 분해능이 향상된 광섬유진동센서 시작품을 설계하고 제작하였다. 패키지상부의 FBG에서부터 오는 데이터와 하부의 FBG에서부터 오는 데이터를 합산하여 온도보상된 데이터를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
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