초록 ▼

□ 본 연구의 목표 및 주요 연구내용
■ 연구목표: 풍력발전기 블레이드 상태 모니터링에 적합한 intensity-based self-referencing 광섬유센서 구조와 이에 적합한 광섬유센서 head 구조를 제안하고 구현하여 그 성능을 제시한다. 또한 이를 풍력발전기 원격 상태 모니터링 시스템에 적용하는 방안을 제시한다.
■ 연구목표를 달성하기 위하여 다룬 주요 연구내용은 다음과 같다.
•Intensity-based self-referencing 광섬유센서 구조 제안 및 구현
•Intensit

□ 본 연구의 목표 및 주요 연구내용
■ 연구목표: 풍력발전기 블레이드 상태 모니터링에 적합한 intensity-based self-referencing 광섬유센서 구조와 이에 적합한 광섬유센서 head 구조를 제안하고 구현하여 그 성능을 제시한다. 또한 이를 풍력발전기 원격 상태 모니터링 시스템에 적용하는 방안을 제시한다.
■ 연구목표를 달성하기 위하여 다룬 주요 연구내용은 다음과 같다.
•Intensity-based self-referencing 광섬유센서 구조 제안 및 구현
•Intensity-based 광섬유센서 head 구조 제안 및 구현
•풍력발전기 원격 상태 모니터링 시스템에 적용 방안 제시 및 구현
□ 연구수행 내용 및 결과 요약
■ Intensity-based self-referencing 광섬유센서 구조 제안 및 구현
본 연구에서는 새로운 형태의 intensity-based self-referencing 광섬유센서 다중화 구조를 제안하고 구현하였다. 제안한 intensity-based self-referencing 광섬유센서 성능을 알아보기 위하여 다음과 같이 네가지 경우에 대하여 실험을 수행하고 결과를 제시하였다.
• 입력광원의 광세기 변동에 따른 시스템의 성능을 파악하기 위한 것으로서 결과를 그림 2에 나타내었다. 이러한 결과는 입력 광원의 광세기가 변화하더라도 측정결과가 유효함을 나타내며, 제안한 시스템이 self-referencing 특성을 가지는 것을 의미한다.
• Remote sensing point와 측정단 사이의 거리에 따른 특성을 알아보기 위한 것으로서 결과를 그림 3에 나타내었다. PD gain이 증가하고, 거리가 감소함에 따라 상대오차가 작아지는 경향을 보여준다.
• 사용하는 FBG 특성 변화에 따른 시스템의 성능을 파악하기 위한 것으로서, 표 1의 6가지 다른 FBG 특성을 이용하여 실험한 결과를 그림 4에 나타내었다. 이는 사용하는 FBG 특성이 바뀌어도 보정변수 β 값만 조정하면 제안한 광섬유센서가 정확히 동작할 수 있음을 보여주는 것으로, 사용하는 FBG를 선택하는 데 융통성이 있음을 보여준다.
• 제안한 광섬유센서의 다지점(multi-point) 측정 특성을 알아보기 위한 실험을 수행하고 결과를 그림 5에 나타내었다. 이는 제안한 광섬유센서 구조가 다지점 측정이 가능함을 보여준다.
■ Intensity-based 광섬유센서 head 구조 제안 및 구현
본 연구에서 제안한 광섬유센서에 적용할 수 있는 광섬유센서 head 구조를 제안하고 실험을 통하여 그 성능을 제시하였다. (그림 6 참조) 광섬유센서 head를 구성하는 철사 반지름(R), 철사 갯수(N), 철사 사이의 간격(d)를 조절함으로써 광섬유 구부러짐(bending) 손실이 달라진다. 이를 이용하여 광섬유센서의 민감도(sensitivity)와 동작범위(dynamic range)를 조절할 수 있다. (그림 7 참조, 여기서 철사 갯수(N)는 3으로 하였다.) 제안한 광섬유센서 head 구조를 FRP 시편에 적용하여 실제로 힘이 인가될 때 광섬유 센서 head의 동작을 확인하기 위하여, 만능시험기를 이용하여 tensile strain test와 three-point flexural test를 수행하였다. (그림 8 참조) 동일한 철사의 반지름(R), 철사의 갯수(N), 철사 사이의 간격(d)을 갖는 6가지의 FRP 시편을 각각 2개씩 제작하여 측정하였다. 표 2에 보인 각각 시편의 동작범위 및 민감도 를 활용하여, 풍력발전 블레이드 모니터링이 필요한 부분의 받는 힘에 대한 변형에 따라 광섬유 센서 head를 구성하는 철사 반지름(R), 철사 갯수(N), 철사 사이의 간격(d) 등을 조정하여 적용할 수 있다.
■ 풍력발전기 원격 상태 모니터링 시스템에 적용 방안 제시 및 구현 LabVIEW 프로그램을 이용하여 온도∙습도 정보 (arduino를 이용한 무선 전송), 가속도 센서를 이용한 진동 정보, 풍향∙풍속 신호를 그림 9(b)와 같이 그래프로 나타내었다. 또한 본 연구에서 구현한 intensity-based self-referencing 광섬유센서를 이용하여 측정된 데이터를 바탕으로 블레이드에 부착된 위치에 따라 lookup table 또는 수식을 적용하여, 풍력발전 블레이드의 상태 정보를 LabVIEW 프런트패널을 통해 사용자에게 제공할 수 있는 시스템 구현 방안을 제시하였다.
□ 연구결과의 활용계획
■ 본 연구에서 제안한 광섬유센서는 구조가 간단하고, 저비용, 원격 다지점 측정 등의 장점을 가지므로 터널, 교량 등의 구조물 변형 모니터링을 위한 센서로 이용하기에 적합함.
■ 구조물 모니터링을 다루는 기업에 기술이전 가능함: 관련 분야 특허등록 2건.
(출처:요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4 1. 연구과제의 개요 ... 4 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7 5. 연구결과의 활용계획 ... 7 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7Ⅲ. 연구성과 ... 8끝페이지 ... 12