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부분탈피 매설형 광섬유센서 시설물 유지관리 시스템(신기술575호)

연구배경

현재 지하구조물 유지관리 센서 문제점

기존 전기식 센서:침수및 누전시 센서 파손,내구성 결여,부식발생,고압전기에 의한 데이터 노이즈 발생 . 기존 광섬유 센서: Drift에 따른 실효성 없는 Data발생,해외기술 무분별한 수입. > 열악한 환경에 있는 지하공간 구조물에 대한 내구성,실효성 있는 계측 시스템 부재

기술개요

프리스트레인 가변형 변위 센서 패키지

프리스트레인 가변형 변위 센서 패키지

등록특허 (10-0941227호)“광섬유센서용 고정자 및 이를 이용한 광섬유센서 부착방법”실용신안(0358229호) “스트레인 가변 장치”

FBG 로거 및 모니터링 시스템

FBG 로거 및 모니터링 시스템

등록특허(10-0614006)“온도 제어 가능한 파장 가변 광발생기를 구비한 스트레인계측 모듈 및 이를 이용한 광섬유 스트레인 계측 시스템”

현장적용 방안

현장적용 방안

등록특허(10-0879601)“광섬유센서를 이용한 토목구조물의 변형 측정장치 및 그 방법”

자동화 계측

자동화 계측

FBG센서의 구성 및 작동원리

광섬유의 구성
광섬유의 구성 재료 및 물성
구분 구성 재료 직경(μm) 비고
코어(Core) SiO₂ㆍGeO₂ 8∼10 굴절률 높은 유리질
클래딩(Cladding) SiO₂ 125 굴절률 낮은 유리질
자켓(Jacket) Polymer, Arcylate 250 코어 및 클래딩 보호

광섬유의 구성 : 자켓,클래딩,코어

광섬유격자(FBG)센서의 구성
광섬유격자센서(FBG센서)의 원리

광섬유격자센서(FBG센서)의 원리

FBG(Fiber Bragg Grating)

광섬유 내부 코어에 굴절율이 조금씩 다른 격자를 새겨 넣어 광섬유 내부를 도파하는 일부 파장을 반사시키는 역할을 하는 광섬유 수동소자

  • 모든 FBG 센서는 프리 스트레인을 가해준 상태에서 설치를 하게 된다.
  • 만약 인장을 받으면?
  • 광섬유의 길이가 늘어나게 되면서, 격자간의 거리도 늘어나게 된다.
  • 따라서, 반사되는 파장이 장파장으로 변화하게 된다.

인장을 받으면?

  • 압축을 받으면?
  • 광섬유의 길이가 줄어들게 되면서 격자간의 거리가 줄어들게 된다.
  • 따라서 반사되는 파장은 단파장으로 이동하게 된다.

압축을 받으면?

핵심기술

프리스트레인 가변형 광섬유센서 패키지

미끄러짐 현상 모식도

미끄러짐 현상 모식도

부분 탈피 후 고정자에 고정

부분 탈피 후 고정자에 고정

등록특허 (10-0941227호) 광섬유센서 계측 데이터 미끄러짐(slip) 방지

프리스트레인 가변 장치

프리스트레인 가변 장치

실용신안(0358229호) 볼트와 너트를 사용한 가변 장치, 프리스트레인 조절 가능

변위 센서 패키지

변위 센서 패키지

센서의 패키지화를 통한 센싱 소자 부분의 보호, 스트레인 가변장치 적용, 인장/압축 거동 측정

FBG 로거 및 모니터링 시스템

FBG Data Logger(또는 FBG Interrogator)

FBG Data Logger(또는 FBG Interrogator)

특허등록(10-0614006) 프리스트레인 가변형 광섬유격자 센서 패키지의 계측 테이터 수집 장비, 온도 제어 가능한 파장 가변 광발생기를 구비한 스트레인계측 모듈 및 이를 이용한 광섬유 스트레인 계측 시스템

FBG 계측 프로그램

FBG 계측 프로그램

분석 및 유지관리 가능한 지하공간 변위 계측 모니터링 시스템

현장 적용방안

특허등록(10-0879601)

특허등록(10-0879601)

콘크리트 라이닝 철근 내부 설치

콘크리트 라이닝 철근 내부 설치

콘크리트 라이닝 조인트부 설치

콘크리트 라이닝 조인트부 설치

콘크리트 라이닝 표면 설치

콘크리트 라이닝 표면 설치
자동화 계측

자동화 계측

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