• Title, Summary, Keyword: 광섬유 센서

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Fabrication and Reliability Properties of Optical Fiber Sensor Cable for Detecting Intruders (침입자 감지용 광섬유 센서 케이블 제작 및 신뢰성 특성)

  • Kim, Jun-Hyong;Jung, Yoon-Seok;Sung, Tae-Kyung;An, Bo-Young;Park, In-Chul;Lee, Hyun-Yong
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.208-208
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    • 2009
  • 최근 광섬유 센서기술의 수요는 전 산업분야에 걸쳐 높아지고 있으며, 이에 비례하여 기업 간, 국가 간 경쟁이 첨예화되고 있다. 또한 소형화, 경량화, 고성능화 센서에 대한 요구도 높아지고 있어 종래의 각종 센서들의 형태와 개선을 위한 연구개발이 매우 활발하게 전개되고 있으므로 이를 대체할 수 있는 광섬유 센서의 수요가 급격히 늘어날 전망이다. 기존 침입자 감지 시스템은 태풍, 낙뢰, 폭설, 폭우 등의 기상변화나 지반 흔들림, 통행차량 진동 및 전자기 간섭 등에 영향을 받아 오작동, 오경보가 빈번히 발생된다. 이러한 문제의 해결책으로 광섬유 센서 케이블을 이용한 시스템이 대안으로 부각되고 있다. 현재 국내에서 군부대, 공항을 중심으로 펜스와 휴전선 철책에 힘입자 감지를 위하여 도입되고 있다. 광섬유 센서 케이블을 사용하는 광망경비시스템은 광섬유 센서 케이블을 그물망 형태(광망)로 만들어 경계 지역에 설치된다. 광망경비시스템의 원리는 광섬유에 광펄스를 입사시켜 순환시키는데 침입자가 광망을 절단하거나 외력을 가할 경우 발생되는 레일리 산란에 기인하는 후방산란과 접속점과 파단점에서 생기는 반사광을 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)로 검출하여 침입상황 및 침입위치를 탐지한다. 그러나 이러한 침입자 감지를 위한 광망경비시스템의 핵심부품인 광섬유 센서 케이블은 기존에 전량 해외수입에 의존하고 있는 실정이며, 지금까지 국내에서 생산하기 위한 제작 기술과 노하우가 초보단계에 머물러 있다. 이러한 광섬유 센서 케이블 제작에 있어서 중요한 부분이 패키징 기술이라 할 수 있다. 이는 광섬유 센서를 일반적인 피복 구조로 패키징하게 되면, 센서 고유의 특성이 패키징 과정과 운반과정, 포설과정에서 변하게 되고 센서로써의 신뢰성이 크게 저하된다. 본 연구에서는 힘입자 감지용 광섬유 센서 케이블의 설계와 제작을 위한 제조공법을 확립하고, 이를 이용해 제작된 광섬유 센서 케이블의 신뢰성 특성을 평가하였다. 설계 제작된 광섬유 센서 케이블의 구조는 멀티모드광섬유(MMF) 에 0.9 mm Tight buffer를 코팅하고, 광심선 주위에 아라미드 얀을 삽입시킨 후 고문자 수지를 적용하여 외부 피복 (jacket)을 하였다. 제작된 광섬유 센서 케이블의 외경 측정결과 기준치 ($2.95\;{\pm}\;0.03$ mm)를 모두 만족하였고, 850 nm 파장에서의 광 손실 측정 결과 4.0 dB/km 이하였다. 또한 주요 항목의 신뢰성 특성 시험결과, 인장강도는 8~10 kg의 인장력을 갖으며 온도순환시험 ($-30^{\circ}C\;{\sim}\;+75^{\circ}C$)에서의 광 손실은 0.6 dB 이하로 나타나 침입자 감지용 광섬유 센서 케이블로 적합함을 확인할 수 있었다.

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Performance Test of Optical Fiber Sensors Using Embankment Pool Model (토조모형을 이용한 광섬유 센서 성능 시험)

  • Park, Kyoung-Won;Hwang, Eui-Ho;Lee, Gwang-Man
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.649-653
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    • 2012
  • 제방붕괴에 따른 피해발생을 억제하기 위해서는 제방거동 특성을 사전에 충분한 정보를 통하여 파악할 필요가 있으며, 이를 위해 광섬유를 이용한 제방누수감지 센서를 개발하였다. 광섬유는 내구성 및 유지관리가 우수하고 장기간 사용에도 장점을 가지고 있다. 개발된 센서들은 현장에 적용하기 전에 충분한 실험을 통해 성능과 기능에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 개발된 광섬유 센서를 대상으로 제방누수감지 목적으로 설치할 경우 센서의 이행도를 시험하였다. 시험방법은 토조를 설치하여 제체에 작용하는 간극수압, 온도 및 변위 등을 대상으로 하였다. 이를 위해 폭 5m, 길이 7m 및 높이 2m의 토조를 설치하여 가제방의 주요 부위에 기존 계측기기와 광섬유 센서를 같이 매설하고 수위와 시간변화에 따른 주요 특성치에 대하여 실험하였다. 실험결과 광섬유 센서가 연구목적에 부합하는 계측치를 보여주어 제방누수감지 센서로 활용 가능함을 확인하였다. 아울러 광섬유 센서의 기능에 대한 전반적인 실험을 통하여 현장적용에 대한 사용성을 입증하였다.

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Basic Experiment of Multiplexed Fiber Optic Sensor Using Fiber Bending Loss (굽힘 손실을 이용한 다중화 광섬유센서의 기초실험)

  • 유정애;권일범;조재흥
    • Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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    • pp.200-201
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    • 2003
  • 광섬유 OTDR 센서는 전자기 잡음이 없으며 원거리 가시 및 다중화가 가능한 유망한 센서이다. 광섬유 내부를 진행하는 빛은 광섬유의 밀도 변화에 따라 미소한 광산란이 연속적으로 발생하게 되는데 이러한 광산란을 레일리 (Rayleigh) 광산란이라고 한다. OTDR 센서는 펄스광을 광섬유에 입사한후 되돌아오는 레일리 산란광을 측정하면서 임의의 위치에 주어지는 외란의 영향을 후방 산란광의 감소로 알아내는 센서이다. 광섬유 OTDR 센서에 관련한 연구는 다음과 같다. (중략)

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Integrity of Optical Fiber Sensor for Measurement of Ground Thermal Conductivity (지중 열전도도 측정을 위한 광섬유 센서의 건전성)

  • Yoon, Seok;Choi, Jung-Chan;Lee, Seung-Rae;Lee, Michael-MyungSub
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.157-160
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    • 2011
  • 본 연구에서는 광섬유 센서 기반 스마트 모니터링 시스템이 지중 열전도도 측정에도 효율적으로 적용될 수 있는지를 분석하였다. 이를 위해 광섬유 온도센서를 이용하여 지반의 열전도도를 측정할 수 있는 열응답 시험기가 개발되었다. 개발된 열응답 시험기는 기존의 RTD(Resistance Temperature Detector) 온도 센서 외에 광섬유 센서의 한 종류인 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서도 실시간적으로 측정할 수 있는 시스템으로 구성되어 있다. 개발된 장비의 적용성 검증을 위하여 주문진 표준사를 이용하여 모형토조 내에 일정한 간극비에 맞추어 시료가 조성되었으며 지중열교환기는 U자형 파이프가 사용되었다. 20시간동안 열응답 시험을 통하여 광섬유 센서와 RTD 센서를 동시에 이용하여 온도값을 측정하여 표준사의 열전도도 값을 산출하였다. 그 결과 모형실험을 통한 열전도도 값은 탐침법을 통해 얻어진 열전도도 값과 선형 열원 모델(line source model) 해석해와 거의 유사하게 나타났으며 광섬유 센서와 RTD 센서와의 온도차는 0.1~0.3$^{\circ}$로써 유사한 값을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 개발된 광섬유 기반 열응답 시험기는 지반의 열전도도를 측정하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었으며 향후 지열시스템 가동에 따른 지중열 교환기의 손상도 평가 및 경보시스템 개발을 위해 지중열교환기의 거동을 실시간으로 모니터링 하는데 있어서도 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

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Polarimetric fiber-optic current sensor system using a twisted fiber sensing coil (비틀린 광섬유 센서코일을 이용한 편광분석형 광섬유 전류센서)

  • 송민호;김기혁
    • Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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    • v.18 no.2
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    • pp.135-141
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    • 2004
  • We developed a polarimetric fiber-optic current sensor system for protective relaying usage. A fiber sensing coil that consisted of a length of twisted fiber and a FRM (Faraday rotator mirror) was used in order to suppress the linear birefringence effect. From the experiments with various sensing coil configurations and environmental conditions, the proposed current sensor system showed feasibility of suppressing environmental noises, and the obtained measurement stability was less than $\pm$3% at rated primary current.

Amplification of Fiber Optic BOTDA Sensor Pulsed Signal Using Erbium-doped Fiber Amplifier (광섬유증폭기를 이용한 광섬유 BOTDA센서의 펄스신호 증폭특성)

  • 박형준;고광락;권일범
    • Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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    • pp.330-331
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    • 2003
  • 분포형 광섬유 센서시스템은 일정한 길이의 연속적인 광섬유 및 광케이블을 매질로 하여 길이 방향에서 생기는 투과율 또는 산란 특성의 변화를 통해 물리량의 변화와 그 위치를 감지하는 시스템을 말한다. 그 중에서 광섬유 내부의 브릴루앙 산란효과를 이용하여 광케이블 주위에 진동, 압력등에 매우 민감한 분포형 광섬유센서를 구성하고 외부로부터의 침입 유무와 위치를 파악함과 동시에 주요시설물의 감시 및 진단이 가능하도록 한다. (중략)

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The Fabrications of Michelson Interferometer Sensor Using Side Polished Fiber (측면 연마된 광섬유를 이용한 마이켈슨 간섭계 센서 제작)

  • Lee, Sang-Pil;Kim, Jun-Hyong;Yun, Young-Kab;Cho, Seung-Yong;Lee, Hyoun-Yong;HwangBo, Seung
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.388-389
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    • 2006
  • 굴절률 등을 측정하기 위한 광센서로 이용하기 위해 광섬유 형태의 마이켈슨 간섭계와 측면 연마된 광섬유를 결합한 구조를 제안하였고, 이를 제작 및 특성 평가하였다. 마이켈슨 간섭계 구성은 광 파워 분기비가 50:50인 광커플러와 센서부로 사용하기 위한 측면 연마한 광섬유를 이용하였다. 그리고 광섬유의 끝단에는 거울 역할을 하도록 은(Silver)을 증착하여 구성하였다. 광섬유 형태의 마이켈슨 간섭계 센서의 센서부 표면에 굴절률 용액을 이용하여 광학적 특성을 평가하였다.

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The Fabrications of Fiber Optical Mach-Zehnder Interferometer Sensor Using Side Polished Fiber (측면 연마된 광섬유를 이용한 광섬유형 마흐-젠더 간섭계 센서 제작)

  • Kim, Jun-Hyong;Shin, Eun-Soo;Kim, Kwang-Taek;Lee, Hyun-Yong
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.400-401
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    • 2006
  • 광-바이오센서로 이용하기 위해 광섬유 형태의 마흐-젠더 간섭계와 측면 연마된 광섬유를 결합한 구조를 제안하였고, 이를 제작 및 특성 평가하였다. 마흐-젠더 간섭계 구성은 1310nm와 1550nm 파장에서 광 파워 분기비가 50:50인 $2{\times}2$ 광커플러 2개를 제작하여 구성하였으며, 센서부로는 측면 연마한 광섬유를 이용하였다. 제작된 광섬유 형태의 마흐-젠더 간섭계 센서의 센서부 표면에 다양한 굴절률 용액을 이용하여 광학적 특성을 평가하였다.

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A study on the application of optical fiber sensors to smart composite structures (지능형 복합재 구조물에 대한 광섬유센서의 적용에 관한 연구)

  • Jang, Tae-Seong;Kim, Ho;Lee, Jung-Ju
    • Journal of Sensor Science and Technology
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    • v.5 no.6
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    • pp.15-24
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    • 1996
  • In this study, as a part of the basic study for the application of optical fiber sensors to smart composite structures, the integrity of optical fiber sensors embedded within the composite structures was examined and then the laser signal transmitted through optical fiber sensors during the deformation of host structures was investigated. Firstly, it was found that bending test could be substituted for tensile test by comparing cumulative failure distribution based on weakest link theory and introducing the correction factor. Weibull parameters were obtained through the experiments and the correction factor was found to be applied to cumulative failure distribution derived from bending test. The integrity of embedded optical fiber sensors due to the thermal effect was evaluated by the comparison of the mean tensile strengths of cured and uncured optical fibers. Secondly, relationships between stress-strain curve obtained in tensile test of composite laminate and the intensity of laser signal transmitted through embedded optical fibers were examined and the possibility of the effective damage detection using optical fiber sensors was studied.

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Fiber-Optic Interferometric Sensor System for Remote Sensing and Its Application to Pressure Sensing (원격 측정을 위한 간섭형 광섬유 센서 시스템과 그의 압력 센서 응용)

  • Yeh, Yun-Hae;Jung, Hwan-Soo;Lah, Doh-Sung
    • Journal of Sensor Science and Technology
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    • v.6 no.3
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    • pp.172-179
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    • 1997
  • This paper describes a multiplexed-multivariate fiber-optic interferometric sensor system with remote sensing capability. Signal processor of the implemented sensor system is designed as a digital fringe counter that is well adapted to the signal processing of the remote fiber-optic Fabry-Perot interferometric sensor array. By summing up the reported optical data of the optical fiber, a guideline for choosing the optical effect suitable for a specific measurand is presented. As an example, a pressure sensing device that utilizes the strain-optic effect of the optical fiber by attaching it onto a stainless steel diaphragm of which diameter is 4.3 cm, is built and attached to the sensor system. The changes in optical phase difference of the fiber-optic Fabry-Perot interferometric press ure sensor while filling a water tank 2 meters high, was counted by the half-fringe counting signal processor. Test results showed that the measurement error is less than ${\pm}3.6\;cm$ over the measured range of 2 meters.

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