Simultaneous Measurement of Strain and Damage Signal of Composite Structures Using a Fiber Bragg Grating Sensor

광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 복합재 구조물의 변형률 및 파손신호 동시 측정

For the simultaneous measurement of strain and damage signal, a fiber Bragg grating sensor system with a dual demodulator was proposed. One demodulator using a tunable Fabry-Perot filter can measure low-frequency signal such as strain and the other demodulator using a passive Mach-Zehnder interferometer can detect high-frequency signal such as damage signal or impact signal. Using a proposed fiber Bragg grating sensor system, both the strain and damage signal of a cross-ply laminated composite beam under tensile loading were simultaneously measured. Analysis of the strain and damage signals detected by single fiber Bragg grating sensor showed that sudden strain shifts were induced due to transverse crack propagation in the 90 degree layer of composite beam and vibration with a maximum frequency of several hundreds of kilohertz was generated.

변형률과 파손신호를 동시에 계측하기 위하여 이중복조기를 갖는 광섬유 브래그 격자센서시스템을 제안하였다. 이중복조기는 가변 패브리-페로 필터를 사용하여 변형률과 같이 변화가 큰 저주파신호를 측정하는 복조기와 수동 마흐-젠더 간섭계를 사용하여 파손신호나 충격신호와 같이 미세한 크기의 고주파 신호를 측정하는 복조기로 구성된다. 제안된 광섬유 브래그 격자센서시스템을 이용하여 인장하중을 받는 직교적층 복합재 구조물의 변형률과 파손신호를 동시에 계측할 수 있었다. 하나의 광섬유브래그격자센서로 측정한 변형률과 파손신호를 분석한 결과, 복합재 시편의 90도 층에서 모재균열이 발생할 때 급격한 변형률 변이가 유발되고, 최대 수백킬로헤르쯔에 이르는 주파수 성분을 가진 진동신호가 발생함을 알 수 있었다.