In this study, we proposed a novel concept of liquid level indicator that can stably measure the liquid level even with changes in liquid density by enormous temperature changes. This uses a distributed optical fiber sensor based on Rayleigh scattering with high spatial resolution. Additionally, taking advantage of the flexibility of an optical fiber sensor, we introduced a bendable supporting structure and made it possible to freely adjust the angle for ease of installation of the liquid level indicator. In the proof-of-concept experiment using a prototype incorporating the proposed concept, we confirmed that the interface location can be effectively detected by utilizing the difference in heat transfer characteristics between liquid and gas phases, demonstrating the feasibility of liquid level measurement. Such a liquid level indicator is expected to enable more accurate level measurements in environments with huge temperature changes and to be conveniently used even in situations where installation and maintenance of the level meter are challenging due to complex internal structures.

본 연구에서는 광섬유를 이용한 탄소섬유복합재료(CFRP) 긴장재 개발을 목표로 다양한 성능실험을 수행하였다. 광섬 유 센서를 활용한 탄소섬유 긴장재의 계측성능은 부착된 변형률 게이지의 계측 값과 비교한 결과, 3.7% 이내로 동일한 계측을 하는 것으로 나타났고, 탄소섬유 긴장재 파단까지 계측이 가능하기 때문에, 센싱용 긴장재로 활용이 가능함을 확인하였다. 현장 적용을 위한 장기성능 실험결과, 릴렉세이션의 경우 저릴렉세이션 강연선 기준 값인 2.5%를 만족하였고 피로시험의 경우 도로 교설계기준을 준용하여 200만회 이후 인장성능의 변화가 없는 것을 확인되어, 탄소섬유 긴장재 뿐만 아니라 정착구도 장기성능 을 확보한 것으로 판단된다

The purpose of this study was to develop a carbon fiber sheet with embedded fiber optic sensor for maintenance and performance improvement of aged concrete bridges. The carbon fiber sheet reinforcement method can separate the concrete and the carbon fiber sheet, so it is necessary to investigate the bond performance level. However, separation of concrete and carbon fiber sheet and investigation of concrete scaling phenomenon are carried out by human, so it is difficult to secure objectivity and accurate investigation. Therefore, in this study, a method to confirm the bond level of carbon fiber sheet by reinforcing with a carbon fiber sheet with a fiber optic sensor was examined. In this study, we investigated the strain of fiber optic sensor embedded in carbon fiber sheet to identify the separate point of carbon fiber sheet. The strain measured by fiber optic sensor was measured by numerical analysis. The strain rate of the carbon fiber sheet was compared with that of the carbon fiber sheet. As a result, it was confirmed that the strain was changed at the point where the carbon fiber sheet was separated, and the strain occurred in the carbon fiber sheet was examined to predict the separate point.

The purpose of this study is to develop a carbon fiber sheet with embedded fiber optic sensor for maintenance and performance improvement of aged concrete bridges. The carbon fiber sheet bonded method has many advantages in terms of member repair and reinforcement, but it is disadvantageous in that it is necessary to directly identify the separate point generated during the bonded of the carbon fiber sheets by an artificial method. In this study, we examined the method of confirming the separate point of the carbon fiber sheets by examining the strain of the fiber optic sensor embedded in the carbon fiber sheets. The strain rate measured by the fiber optic sensor was replaced by the strain of the carbon fiber sheets derived from the FEM analysis.

In this study, an acceleration sensor that has optical fibers to measure the inclination and acceleration of a structure through contradictory changes in two-component FBG sensors was examined. The proposed method was to ensure precise measurement through the unification of the deformation rate sensor and the angular displacement sensor. A high sensitivity three-axis accelerometer was designed and prepared using this method. To verify the accuracy of the accelerometer, the change in wavelength according to temperature and tension was tested. Then, the change in wavelength of the prepared accelerometer according to the sensor angle, and that of the sensor according to the change in ambient temperature were measured. According to the test results on the FBG-based vibration sensor that was developed using a high-speed vibrator, the range in measurement was 0.7 g or more, wavelength sensitivity, 2150 pm/g or more, and the change in wavelength change, 9.5 pm/℃.

이 연구에서는 FBG센서가 내장된 강연선을 포스트텐션 UHPC 교량(길이 11.0m, 폭 5.0m, 높이 0.6m)에 적용하고 약 1년간의 긴장력 장기모니터링 결과를 정리하였다. 그리고 초기 도입 긴장력과 차량재하시험을 통하여 콘크리트 내부 강연선의 긴장력 변화를 계측하고 계측결과에 대한 분석을 수행하였다. 연구결과, 이 연구에서 제안하는 콘크리트 내부 긴장력 측정방법이 공영 중인 교량에서 외력으로 인한 콘크리트 내부의 작은 프리스트레스 변화를 효과적으로 측정할 수 있음을 알 수 있었다. 아울러 장기 계측결과를 이용하여 응력변화에 의한 유효변형률을 정확하게 얻기 위해서는 온도보정에 사용되는 열팽창계수의 선택이 매우 중요함을 알 수 있었다.

공항 활주로의 균열 및 파손은 항공기의 이착륙 시 발생하는 충격과 기체의 엔진에서 발생하는 열, 그리 고 외부환경조건 등과 같은 다양한 요인으로 인해 발생하게 된다. 활주로 포장 파손이 결과적으로 기체에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 적절한 유지보수가 신속히 이루어져야 한다. 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 경우 우수한 강도와 내구성능, 구조적 특성, 그리고 경제성과 같은 장점을 지니고 있기 때문에 유지보수 재료로 활발히 사용되고 있으나, 낮은 인장강도와 접착강도로 인해 보수재료 자체에 균열이 발생하거나 기 존 포장과 새로 타설된 재료의 계면 사이에서 조기 균열이 발생하여 추가적인 유지보수를 진행해야하는 상 황이 발생할 수 있다. 이러한 기존 시멘트 콘크리트의 단점을 개선하고자 새로운 포장 재료에 대한 연구가 많은 학자들에 의해 진행되어왔으며, 대표적인 재료로는 시멘트 수화물이 아닌 에폭시와 같은 고분자 재료 가 결합재를 대신하는 폴리머 콘크리트(Polymer concrete)가 있다. 폴리머 콘크리트의 경우 우수한 내약 품성과 기계적 물성, 그리고 빠른 경화시간을 가지기 때문에 신속한 시공이 요구되는 활주로 유지보수 분 야에 적합하나, 기존 포장 재료와 상이한 열팽창계수로 인해 환경하중이 반복되는 동안 보수재료보다 강도 가 낮은 기존 포장 부분에서 파손이 발생할 수 있으므로 이를 미리 예측할 수 있는 모니터링 시스템의 구 축이 필요하다. 또한, 다양한 하중조건과 외부 온도조건에 노출되는 보수부의 특성상 구조물의 파손과 내 구성능의 저하를 효과적으로 모니터링 할 수 있는 기술의 필요성이 이전부터 제시되어왔다.

This paper presents a new type of optical silicon accelerometer using deep reactive ion etching (DRIE) and micro-stereolithography technology. Optical silicon accelerometer is based on a mass suspended by four vertical beams. A vertical shutter at the end of the mass can only moves along the sensing axis in the optical path between two single-mode optical fibers. The shutter modulates intensity of light from a laser diode reaching a photo detector. With the DRIE technique for (100) silicon, it is possible to etch a vertical shutter and beam. This ensures low sensitivity to accelerations that are not along the sensing axis. The microstructure for sensor packaging and optical fiber fixing was fabricated using micro stereolithography technology. Designed sensors are two types and each resonant frequency is about 15 kHz and 5 kHz.

주5일제 정착, 소득의 향상, 연안지역 접근성 개선으로 해양관광 활동에 대한 관심과 해양레저 활동에 대한 수요가 증가하고 있으나, 해양활동을 위한 인프라구축 및 레저선박과 인명의 안전을 위한 시스템개발은 미비한 실정이다. 일반선박과 달리 레저선박은 구조안전성 평가 시스템을 위한 규정 및 적용 기준이 명확히 정립되어 있지 않으며, 시스템 개발이 전무하여 레저보트의 운항안전성 확보를 위한 레저보트 구조 안전모니터링시스템의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 도파로 어레이 격자(AWG, Arrayed waveguide grating)와 광섬유 브래그 격자 센서(FBG)를 이용하여 레저보트의 실시간 선체구조모니터링이 가능한 시스템을 개발하여 해상에서의 인명과 레저선박의 안전성을 확보하고자 한다.

인체의 동작 센싱 방법에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 기존의 동작 센싱 방식에는 많은 한계점들이 있다. 기존의 동작 센싱 방식의 한계점을 보완하기 위한 일환의 노력으로, 이 논문에서는 비구속적인 동작 센싱이 가능한 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서를 탐색적으로 연구하는데 목표를 두었다. 이 논문에서는 광섬유 기반의 의류 소매형 동작 센서를 고안하고, 이를 통하여 일상생활 중에 다양한 동작을 센싱하는 것이 가능한가에 대하여 탐색적 연구를 수행하였다. 또한 본 연구의 범위는 광섬유 기반 동작센서의 가능성 여부와 주요 요건을 탐색하는 것이며, 소매 패턴과 봉제 방식의 특성, 착용자의 체형 특성이 미친 영향은 연구 범위에서 제외되었다. 이러한 방식으로 의복에 적용 가능하도록 고안된 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서는, 기존의 동작 센싱 시스템에 비하여 더욱 미세한 인체 동작 측정이 가능하며 시간 공간의 제약 없이 저 비용으로 인체 동작 측정이 가능하다는 장점을 갖는다.

소득의 향상 및 연안지역 접근성 개선으로 해양관광 활동에 대한 관심증가 및 해양레저에 대한 수요가 증가하고 있으나, 해상에서의 레저선박과 인명의 안전을 위한 시스템 개발은 미비한 실정이다. 레저선박의 경우 구조안전성에 관한 규정 및 적용 기준이 명확히 정립되어있 지 않으며, 안전성 평가를 위한 시스템 개발이 전무하여 레저보트의 운항안전성 확보를 위한 레저보트 구조안전모니터링시스템의 개발이 필요 하다, 본 연구에서는 도파로 어레이 격자(AWG)와 광섬유 브래그 격자센서(FBG)를 이용하여 레저보트의 실시간 구조안전모니터링 가능한 시스 템을 개발하여 해상에서의 인명과 레저보트의 안전성을 확보하고자 한다.

가진력의 영향을 평가하기 위해 이용되는 압전소자와 물체의 변형량을 분석하기 위해 사용되는 광섬유 센서와 변형 게이지는 각종 시험과 실험에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 케이블 시스템에서 발생한 손상을 검토하기 위해 압전소자와 광섬유센서를 이용하였다. 케이블 시스템은 압축이나 휨이 발생하지 않고 막구조에서 단지 인장력을 분담한다. 그러나 기존의 안전진단법을 이용하여 케이블 시스템의 손상을 판단하는 것은 전체구조의 특이한 구조거동 등으로 검토하기 어렵다. 인장부재에서 케이블의 풀림과 할렬이 발생하면 진동을 유발하기 때문에 압전소자를 케이블의 손상을 검토하기 위해 이용하였으며, 이를 광섬유 센서를 이용한 실험의 결과와 비교하였다. 본 연구는 인장응력 하에 케이블 시스템의 손상을 검토하는 방법을 제안하기 위한 실험적 연구이다.

광섬유의 클래딩 부분을 별도의 고정구에 직접 부착하는 방식으로 고정하여, 변형발생 시 광케이블을 구성하는 재료들 사이에서 발생하는 미끄러짐(Slip)현상을 방지하고, 외력에 의해 발생하는 변형을 정확하게 측정이 가능하도록 함과 기존 광섬유격자센서가 자체적으로 압축변형의 측정이 곤란한 점을 개선하기 위해 미리 긴장(Pre-Strain)상태를 유지하기 위하여 두 개의 접점사이를 볼트와 너트로 조절하여 프리스트레인 가변이 가능하도록 하여 인장/압축변형 측정을 가능하게 한 광섬유격자센서 패키지를 사용하는 지하구조물 변위 모니터링시스템이 본 연구에 의해 개발되었다. 이러한 광섬유격자센서 패키지는 콘크리트 라이닝구조물에 콘크리트의 불균일성을 극복하고 대표성을 가지기 위해 1미터 게이지 길이를 갖도록 하여 모니터링시스템에 적용되었으며, 대구 지하철 지하구조물에 현재 운영 중인 이 시스템은 한국전력 공동구 설치공사가 진행되면서 구조물에 미치는 영향을 판단하기 위한 모니터링시스템으로 적용되었다.

본 연구는 광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 텐서그리티 구조물의 실시간 모니터링 결과를 보고한다. 기존의 간접적인 계측방식에서 탈피하여 케이블에 직접적으로 센서를 부착하여 케이블의 변형율을 측정하였다. 우선, 텐서그리티 구조모형을 시험체를 제작하고, 시험체에 광섬유 브래그 격자 센서를 부착하여 외력을 가하였다. 그 결과 하중의 증가에 따라 광섬유 브래그 격자센서는 케이블의 변형을 정밀히 측정할 수 있었으며, 계측의 안정성 측면에서 탁월함을 알 수 있었다. 또한 텐서그리티 구조물과 같이 케이블로 구성된 구조물의 변형측정 및 상시모니터링에는 광섬유 브래그 격자 센서가 유용함을 확인하였다.

이 연구에서는 교량 상부구조물의 보수 보강에 많이 사용되는 7연 강연선의 공용중 긴장력 관리를 위한 새로운 방법은 제안하였다. 제안된 스마트 강연선은 기존 강연선의 중앙 킹와이어를 강제튜브로 대체하고, 강제튜브의 내부에 FBG 광섬유센서를 설치하여 강연선의 변형률을 측정할 수 있도록 하였다. 내장된 센서를 통하여 이 스마트 강연선의 변형률을 쉽게 측정할 수 있으므로, 공용중 강연선의 긴장력을 모니터링할 수 있다. 본 연구에서 제안된 장력 모니터링 방법의 효용성을 증명하기 위하여 FBG센서 2개가 내장된 길이 7.0m인 스마트 강연선을 제작하고, 이를 길이 6.4m, 높이 0.6m인 RC T형 모형거더에 외장형 텐던으로 적용하였다. 그리고 이 시험거더에 대한 재하-제하시험을 실시하고 로드셀에서 계측된 긴장력과 스마트 강연선을 이용하여 예측한 긴장력을 비교하였다. 비교 결과, 제안된 스마트 강연선은 긴장력이 작용된 강연선의 장력을 정확하게 모니터링 하는데 유용함을 확인할 수 있었다.

본 논문은 광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 대공간 구조물의 실시간 모니터링을 설명하였고, 외부 외력 작용시에 대공간 구조물의 요소인 막이나 케이블의 변형을 계측하는데 광섬유 브래그 격자 센서가 매우 적합하다는 점을 검증하고 있다. 이와 함께 대공간 구조물에 광섬유 브래그 격자 센서를 이용하여 변형을 모니터링하는 실험을 실시하였다. 장스팬의 대공간 구조물을 모니터링하기 위하여 많은 요소를 계측할 수 있는 장비가 필요하다. 실험의 결과로 광섬유 브래그 격자 센서는 외력 작용시에 정확한 계측을 보여주었다. 그러므로 대공간 구조물의 변형율을 계산할 수 있고 실시간 모니터링이 가능하다.

최근 건설기술이 발달함에 따라 점차적으로 더욱 높은 정확성과 신뢰성을 바탕으로 구조물의 상태를 파악 또는 예측 할 수 있는 기술적인 체제가 요구되고 있는 시점에서, 광섬유센서는 내구성과 높은 분해능, 전자기파 노이즈 저항성, 절대값의 측정, 다중화 등의 가지고 있는 여러 장점 때문에 미국 등 선진국의 경우 교량, 터널 그리고 건물 등에 변위와 변형률 측정에 많은 설치가 진행되어 왔고, 광섬유 센서를 이용한 시스템이 구조물의 안정성과 잔존수명을 판단하는 기준으로 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 본 논문에서는 이러한 광섬유센서 중에서 일반적으로 가장 많이 사용하고 있는 광섬유격자 센서의 응용의 폭을 확대하기 위하여 여러 가지 응용분야에 적용하고자 하였으며, 특히 전단응력이 많이 걸려 foil형 스트레인 게이지를 사용하기 어려운 보 기둥 접합부에 적용하여 광섬유격자 센서가 일반적으로 사용되는 전자식 변위 센서들과 정밀도가 대단히 차이가 나고 있음을 보여주고 있고, 복합재료와 콘크리트 접합 구조물에 적용하여 흔히 발생하는 결함인 delamination을 측정하는데 광섬유격자 센서가 유효적절함을 보여주고 있으며, 원자력발전소 격납구조물과 같은 대형구조물에 적용하여 변위를 측정함에 있어서 광섬유격자 센서가 시공도 용이하고 데이터도 양호함을 보여 주고 있어, 기존의 어떤 구조물도 광섬유센서를 적용하여 쉽게 광섬유 스마트구조물화 할 수 있음을 보여준다.

구조물 이상 탐지를 위해 외력에 의한 광섬유의 모드변환을 이용한 새로운 광섬유 센서를 고안하고 제작하였다. 이러한 광섬유 센서는 민감도가 매우 좋으며, 크기가 작고, 전자파에 매우 둔감한 장점들이 있다. 이 센서는 적외선영역에서의 단일모드 광섬유와 635nm의 레이저 다이오드로 구성하였기 때문에 광섬유의 끝단에서의 횡모드는 가우시안 분포가 아닌 다른 형태의 횡모드 형태가 생긴다. 이 광섬유 중간을 구조물에 부착한 후, 구조물에 외력을 인가하면 광섬유 횡모드의 분포 변화가 생기고, 이를 감지함으로써 구조물 이상 유무를 판독할 수 있다. 본 논문에서는 광섬유 센서를 부착한 알루미늄 보를 변형시킴으로써 광섬유 센서의 횡모드 변화를 조사하였다. 이 실험결과 구조물의 이상상태를 감지할 적당한 신호를 얻을 수 있었으며, 구조물의 이상유무를 측정할 수 있는 광섬유 센서로의 가능성을 확인할 수 있었다.