Development of Fiber Optic Total Reflected Extrinsic Fabry-Perot Interferometric Sensor for Structural Strain Measurement

구조물의 변형률 측정을 위한 광섬유 TR-EFPI 센서의 개발

Fiber optic TR-EFPI(total reflected extrtinsic Fabry-Perot interferometric) sensor was developed to measure the strain of structures, such as building, bridge, aircraft, etc. It has been difficult to distinguish the increase and decrease of the strain from the conventional fiber optic EFPI sensor because their signals only have a sinusoidal wave pattern related to the change of strain. Also, the absolute strain could not be measured by the simple fiber optic EFPI sensor. In this study, in order to measure the magnitude of strain with the direction of strain, the fiber optic sensor was simply constructed with the total reflected EFPI sensor probe. This probe was manufactured with a single mode fiber and a mirror coated fiber in a silica glass capillary tube. The output signal of this fiber optic TR-EFPT sensor can give the information about the magnitude and the direction of strain. The loading-unloading test was performed by the universal testing machine with alluminum beam specimen to compare the strain from fiber optic TR-EFPI sensor with the value from electrical strain gauge. In the result of this experiment. the strain from fiber optic TR-EFPI sensor had a good agreement with the values from the electrical strain gauge.

광섬유 TR-EFPI(total reflected extrtinsic Fabry-Perot interferometric) 센서가 빌딩, 교량, 항공기 등의 구조물의 변형률을 측정하기 위하여 개발되어졌다. 기존의 광섬유 EFPl(extrinsic Fabry-Perot interferometric) 센서는 그 신호가 변형률의 변화에 따라 정현파 형태로 출력되기 때문에 변형률의 증가 또는 감소를 구별하기 어렵다. 또한 절대 변형률은 이러한 단순한 광섬유 EFPI 센서로는 측정이 불가능하다. 본 연구에서는 변형률의 크기와 방향을 측정하기 위해서 광섬유 EFPI 센서를 전반사형 탐촉자로 개조한 광섬유 TR-EFPI 센서를 구성하였다. 이 광섬유 TR-EFPI 센서의 탐촉자는 모세유리관 안에 공기간극을 이루는 단일모드 광섬유(single mode fiber)와 거울코팅 광섬유(mirror coated fiber)에 의하여 구성된다. 이 광섬유 TR-EFPI 센서의 광출력 신호로부터 변형률의 크기와 방향을 결정하기 위하여 필요한 정보를 얻을 수 있다. 광섬유 TR-EFPI 센서로부터 구한 변형률과 전기저항형 변형률 게이지에 의한 변형률을 비교하기 위하여 광섬유 TR-EFPI 센서를 구성하고 알루미늄보 위에 전기저항형 변형률 게이지와 동일한 위치에 적용하여 만능시험기를 사용하여 하중 증가-감소에 따른 변형률 측정 실험을 수행하였다. 이 실험을 통하여 광섬유 TR-EFPI 센서에 의하여 구한 변형률은 전기저항형 변형률 게이지에 의한 변형률과 잘 일치함을 확인하였다.