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/℃.

본 논문에서는 프리텐션된 고강도 콘크리트 부재에서의 전달길이를 측정하기 위해 FBG 센서가 기입된 스마트 강연선을 활용하여 실험을 수행하였다. 전달길이 측정을 위해 길이 3m, 단면 150×150mm의 고강도 콘크리트 시험체를 총 5개 제작하였으며, 프리텐션 도입 시 콘크리트 압축강도는 58MPa로 측정되었다. 실험 결과 콘크리트 표면에 부착하는 기존의 전기 저항식 게이지보다 FBG 센서로부터 보다 정밀하고 신뢰성있는 강연선의 전달길이를 계측할 수 있는 것으로 나타났다. 계측결과로부터 산정된 강연선 전달길이를 기존의 여러 모델들과 비교하였으며, 이를 통해 고강도 콘크리트 부재에서의 전달길이 산정에 대한 기존 모델들의 적용성을 분석하였다. 본 연구 내용은 향후 강연선의 부착 특성 분석 등의 관련 분야 연구 등에 유용할 것으로 기대된다.

본 논문에서는 건물의 횡방향 구조반응을 평가하기 위한 변형률 기반의 모니터링 기법이 제시되고, 이에 대한 기초 연구로써, 구조해석을 통해 제안된 기법을 검증한다. 광섬유 격자 센서(fiber Bragg grating, FBG)는 일반 변형률 센서와 비교하여 내구성이 뛰어날 뿐 아니라 높은 샘플링 수와 여러 지점을 동시에 계측할 수 있는 장점이 있다. 이러한 특성 때문에 FBG 센서는 구조 모니터링을 위해 많은 센서가 요구되는 건물의 모니터링에 적합하다. 본 연구에서 FBG 센서는 수직 부재의 변형률을 계측하며, 이는 해당 부재의 곡률을 평가한다. 이러한 곡률은 횡변위와 횡가속도를 평가하는데 사용된다. 추가적으로 횡방향 가속도는 frequency domain decomposition(FDD) 기법을 이용하여 구조물의 고유진동수와 모드형상을 추정하는데 사용된다. 9층 철골모멘트 골조 예제의 적용을 통해, 제시된 기법이 건물의 다양한 횡방향 구조 반응과 동적 특성을 평가하는데 적절함을 확인하였다.

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.

An accelerometer that has optical fibers to measure the inclination and acceleration of the architectural structures was examined. This was to ensure precise measurement through the unification of the deformation rate sensor and the angular displacement sensor.

Recently, many researches have been conducted to use FBG seonsors in order to measure the effective prestress force in a PSC girder. FBG sensors can be useful to investigate transfer length in prestressed concrete members since they do not have any effect on the bond mechanism between a tendon and concrete. In this research, an experimental program has been conducted to measure transfer length of tendons in high strength concrete members by using FBG sensors. The test results showed that FBG sensors gave a transfer length similar to that measured by concrete surface gauges, but they gave more stable results. This research can be useful for relevant areas such as investigation on the bond mechanism of a tendon in high strength concrete members.

A PSC girder with I-typed section is one of the most common types applied to road and rail bridges in South Korea. As public service life of PSC bridges is on increase, lots of effort has been devoted to verify safety of PSC bridges. On the safety of PSC bridges, effective prestress force is one of the most important factor. At the current time, however, indirect measurements are mostly employed to measure the effective prestress force during construction. In this study, performances of FBG and EM sensors, which can directly measure the effective prestress force, are tested and investigated. The test result can be useful to develop block-out PSC girders with FBG and EM sensors monitoring effective prestress force during service life.

Ground anchor method is one of the most popular reinforcing technology for slope in Korea. For the health monitoring of slope which is reinforced by permanent anchor for a long period, monitoring of the tension force of ground anchor is very important. Optical FBG sensors embedded tendon was developed to measure the strain of 7-wire strand by embedding FBG sensor into the center king cable of 7-wire strand. This FBG sensors embedded tendon has been successfully applied to measure the reinforcing force of ground anchor during four seasons through temperature compensation of the FBG sensors embedded tendon.

To evaluate the efficiency of the FBG sensors encapsulated into 7-wire strand, a field test for the UHPC girder bridge was performed using both FBG sensors and the conventional strain gages. Variations of prestressing forces from FBG sensors are compared to the values from the strain gages after this test.

FBG센서로 변형율을 계측하고 추정 가능한 일부 저차모드를 중첩하여 교량의 동적변위를 추정하는 알고리즘을 제안하였다. 모드별 진동형상은 단순보의 이론식에서 유도하였고, 일반화좌표는 FBG센서에서 계측한 변형율에서 유도하였다. 일반 교량의 저차모드에서 발생하는 휨 및 비틀림모드는 각 거더별 혹은 구간별로 분리하여 단순보의 이론적 휨모드로 고려함으로써 다양한 형식의 교량에 적용할 수 있도록 하였다. 알고리즘의 적용에 고려해야 할 진동모드의 개수 및 변형율 센서의 개수를 결정하는 기준은 이론적으로 제시되었다. 제안된 방법의 효용성을 다양한 형식의 교량에 대한 수치예제, 모형교량에 대한 실내실험 및 자기부상열차용 PC Box 거더교에 대한 현장실험을 통해 검증하였다. 수치예제에서는 교량 진동형상의 오차 및 변형률 측정오차가 동적변위 추정 결과에 미치는 영향을 분석하였다.