KR20060025908A - Package for fiber bragg grating sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광섬유격자센서(FBG ; Fiber Bragg Grating ) 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초기 설정값 유지 및 현장 설치 시 취급이 까다로운 광섬유격자센서를 누구나 손쉽게 이동 및 설치할 수 있게 하고, 상기 광섬유격자센서의 측정감도를 높이며 설치된 후에도 상기 광섬유격자센서를 안전하게 보호하고 내구성을 증대 할 수 있도록 모듈 화한 것이다.The present invention relates to a fiber bragg grating (FBG) package, and more particularly, to allow anyone to easily move and install an optical fiber grating sensor that is difficult to handle during maintenance and initial installation, and the fiber grating sensor It is modularized to increase the measurement sensitivity of the fiber optic grating sensor and to increase the durability even after installation.
이를 위해 본 발명은, 파장 변위를 측정하기 위한 광섬유격자센서(S)의 초기 설정값의 유지 및 이동과 피측정물에 취부하는 것에 있어서, 광섬유격자센서(S)가 내부를 통해 삽입된 상태로 고착재(F)에 의해 상기 광섬유격자센서(S)의 양측이 일체로 고정되어짐과 함께 저면이 각각 피측정물에 부착 고정되는 한 쌍의 고정편(3)과, 상기 각 고정편이 초기 설정값으로 이격된 상태를 유지하도록 하는 동시에 광섬유격자센서(S)가 중공을 통해 끼워진 상태로 외부의 물리적 압력으로 보호받을 수 있도록 하는 관(2)과, 상기 고정편(3)과 관을 0.0002mm 이상의 이격오차가 발생되지 않도록 정밀하게 고정하기 위한 고정수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention, in the maintenance and movement of the initial setting value of the optical fiber grating sensor (S) for measuring the wavelength displacement and mounting to the object to be measured, with the optical fiber grating sensor (S) is inserted through the inside A pair of fixing pieces 3, in which both sides of the optical fiber grating sensor S are fixed integrally by the fixing member F, and a bottom surface thereof is attached and fixed to the object to be measured, respectively, and the fixing pieces are initially set values. The tube 2 and the fixing piece 3 and the tube to allow the optical fiber lattice sensor S to be protected by external physical pressure while being inserted through the hollow at the same time while maintaining the spaced apart from each other. Characterized in that the fixing means for precisely fixing so that no gap error occurs.
광섬유격자센서, FBGFiber Optic Grating Sensor, FBG
Description
도 1은 본 발명 광섬유격자센서 패키지의 일실시예1 is an embodiment of the present invention optical fiber grating sensor package
도 2는 도1의 분해도2 is an exploded view of FIG.
도 3은 본 발명 광섬유격자센서 패키지를 개략적으로 보인 저면도Figure 3 is a bottom view schematically showing the optical fiber grating sensor package of the present invention
도 4는 온도측정, 신호처리, 기준파장, 정보통신 필터용으로 사용되는 광섬유격자센서 패키지Figure 4 is a fiber optic grating sensor package used for temperature measurement, signal processing, reference wavelength, telecommunications filter
도 5는 기존의 광섬유격자센서 패키지5 is a conventional optical fiber grating sensor package
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 관 2 : 보호관1: tube 2: protective tube
3 : 고정편 3a : 관 끼움부3:
3b : 관 취부홈 3c : 슬립방지홈 3b:
3d, 3e : 나사공 3f: 센서 취부홈3d, 3e:
4 : 조임볼트 5 : 고정볼트4: tightening bolt 5: fixing bolt
6 : 덮개 7 : 회전방지텝 6: cover 7: anti-rotation tap
S : 광섬유격자센서 F : 고착재S: Fiber Optic Grid Sensor F: Fixture
본 발명은 파장변위를 측정하는데 이용되는 광섬유격자센서의 초기 설정값 유지와, 피측정물에 설치하기 위한 광섬유격자센서 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 한 쌍의 고정편에 관을 조임 볼트로 고정시키고, 광섬유격자센서를 삽입해서 고정편에 고착시킨다. 이때 조임볼트는 관으로 하여금 광섬유격자센서의 초기 설정값 유지 및 보호의 역할을 동시에 수행한다.The present invention relates to an optical fiber grating sensor package for maintaining an initial set value of an optical fiber grating sensor used to measure a wavelength displacement, and to be installed on an object to be measured. More particularly, the present invention relates to a pair of fastening bolts. Fix and insert the optical fiber grating sensor into the fixing piece. At this time, the tightening bolt allows the pipe to simultaneously maintain and protect the initial setting value of the optical fiber grating sensor.
파장의 변위를 측정하기위해 피측정물의 표면에 고정편의 저면을 부착하고, 조임볼트를 해지함으로서 광섬유격자센서의 감도를 높이며, 이때 관은 외부요인으로부터 반영구적으로 광섬유격자센서를 보호한다. In order to measure the displacement of the wavelength, the bottom of the fixing piece is attached to the surface of the object to be measured and the tightening bolt is released to increase the sensitivity of the optical fiber grating sensor, and the tube protects the optical fiber grating sensor semi-permanently from the external factors.
일반적으로 광섬유격자센서는 파이버 브랙 그레이팅（Fiber Bragg Grating; FBG)이라고도 불리며, 광파이버의 코어부의 굴절율을 일정한 주기로 변화시킨 것으로서, 특정 파장(Bragg파장; 브랙 파장이라고 함)의 광 만을 선택적으로 반사한다. In general, a fiber grating sensor is a fiber bragg grating; Also referred to as FBG), the refractive index of the core portion of the optical fiber is changed at regular intervals, and selectively reflects only light having a specific wavelength (Bragg wavelength; referred to as Bragg wavelength).
또한 이러한 광섬유격자센서는 고유한 파장 값을 가지며, 전자기파의 영향을 받지 않는 등 물리적인 특성이 매우 우수하여 기존의 전기식 게이지를 대체해가고 있는 우수한 물리량 측정소자로서, 현재 그 활용범위는 급속도로 증대되고 있는 실정이라 하겠다. In addition, the optical fiber grating sensor has a unique wavelength value and is excellent in physical properties such as being unaffected by electromagnetic waves and thus replacing the existing electric gauge, and its use range is rapidly increasing. It is a situation that is becoming.
대체로 이러한 광섬유격자센서는 단위면적당 인장력이 매우 높은 반면, 지름이 125㎛로 매우 작기 때문에 외부의 충격에 쉽게 파단 될 수 있어 건물이나 교각 등의 피측정물에 부착 시에는 매우 섬세한 작업이 요구된다. In general, the optical fiber grating sensor has a very high tensile force per unit area, but because the diameter is very small (125 μm), it can be easily broken by external impacts, so very delicate work is required when attaching it to a measurement object such as a building or a pier.
또한 이를 설치할 때에는 적당한 인장력을 갖도록 팽팽하게 당겨진 상태로 설치되어야만 정확한 값을 측정할 수 있는 데에도 불구하고, 기존에는 마땅한 광섬유격자센서 패키지가 없는 관계로 현장에서 직접 전문가가 일일이 그 값을 설정해야 하는 시공간상의 어려움이 현존하고 있다. In addition, even though it is possible to measure the exact value only when it is installed in a state where it is pulled tightly to have a proper tensile force, there is no suitable optical fiber grating sensor package. Therefore, the expert must set the value manually in the field. Space and time difficulties exist.
이에 따라 상기와 같은 광섬유격자센서의 우수한 측정능력에도 불구하고 설치 및 취급이 까다로워 각 분야의 산업현장에서 널리 사용되지 못하고 있는 것이 현실이다. Accordingly, despite the excellent measurement capability of the optical fiber grating sensor as described above is difficult to install and handle, it is a reality that is not widely used in the industrial field of each field.
한편, 종래에는 이러한 광섬유격자센서를 설치 시 피측정물에 직접 접착제로 부착하여 사용하거나, 각 사용자가 임의의 형태로 고정편을 제작하여 설치하였음에 따라 각종 외부요인; 예를 들어 비, 바람, 곤충이나 동물 등의 외부충격에 광섬유격자센서가 노출되어 있었다. On the other hand, conventionally, such an optical fiber lattice sensor is used to attach directly to the object to be measured when the installation, or various external factors according to each user to make and install a fixed piece in any form; For example, fiber optic lattice sensors were exposed to external shocks such as rain, wind, insects and animals.
이로 인해 상기와 같이 외부요인에 노출된 광섬유격자센서는 잘못된 변형 값이 측정되어질 뿐만 아니라, 공기중에 포함된 수분이, 온도차에 의한 응결로 인하여 광섬유와 물리적반응을 일으켜 물성이 저하되고, 심지어 균열이 진전하여 광섬유가 파단되는 현상이 생기기도 한다. 이와같은 이유로 종래에는 토목구조물의 상시감시와 계측시스템을 유지 보수하는 데에도 많은 어려움이 있었다. As a result, the fiber optic lattice sensor exposed to the external factors as described above is not only measured the wrong deformation value, but also the moisture contained in the air, the physical reaction with the optical fiber due to the condensation due to the temperature difference, the physical properties are degraded, even cracks As it progresses, the optical fiber breaks. For this reason, there have been many difficulties in maintaining the monitoring system and the measurement system of the civil engineering structure.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 본 발명은 장소에 상관없이 누구라도 광섬유격자센서가 정확한 값을 가질 수 있도록 설정 및 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 한번 설치 시에는 광섬유격자센서가 반영구적으로 피측정물에 고정 및 보호되 도록 하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention not only can be set and installed so that anyone can have an accurate value regardless of the place, the optical fiber grating sensor is fixed semi-permanently at the time of installation. And to be protected.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 파장 변위를 측정하기 위한 광섬유격자센서를 피측정물에 고정하는 것에 있어서, 광섬유격자센서가 내부를 통해 삽입된 상태로 고착재에 의해 상기 광섬유격자센서의 양측이 일체로 고정되어짐과 함께 저면이 각각 피측정물에 부착 고정되는 한 쌍의 고정편; 상기 각 고정편이 일정간격 이격된 상태를 유지하도록 구비되어 광섬유격자센서가 중공을 통해 끼워진 상태로 외부로부터 광섬유격자센서를 보호하고, 그 끝단에 텝을 내어 조임볼트와 수평을 이루도록 하며, 회전방지 및 수평유지를 용이 하게 할 수 있는 관; 조임볼트가 고정편의 측면에 위치하여 고정편의 높이를 낯춰 감도를 높이며, 조임볼트의 맞은편에는 관이 안정적으로 안착 고정될 수 있도록 관 취부홈을 구비하며; 관 내부에 질소를 충진하여 수분의 생성을 원천적으로 차단하고, 관 내부 양끝단에 구리스와 같은 젤타입의 오일을 충진하여 질소가스의 유출을 막고 센서의 감도를 유지시켜주며; 상기 고정편과 보호관을 고정하기 위한 고정수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유격자센서 패키지를 제공한다.
The present invention for achieving the above object, in fixing the optical fiber grating sensor for measuring the wavelength displacement to the object to be measured, the optical fiber grating sensor by the fixing material in a state that is inserted through the inside of the optical fiber grating sensor A pair of fixing pieces on which both sides are fixed integrally and the bottom is attached and fixed to the object under test; Each fixing piece is provided to maintain a state spaced apart by a predetermined interval to protect the optical fiber grating sensor from the outside in a state that the optical fiber grating sensor is fitted through the hollow, and to take the tap at the end to be horizontal to the tightening bolt, and prevent rotation and A tube that can facilitate leveling; The tightening bolt is located on the side of the fixing piece to increase the sensitivity by reducing the height of the fixing piece, the opposite side of the tightening bolt is provided with a pipe mounting groove so that the pipe can be stably seated; Filling the inside of the tube with nitrogen to block the production of water, and filling the gel-type oil such as grease at both ends of the inside of the tube to prevent the outflow of nitrogen gas and maintain the sensitivity of the sensor; It provides an optical fiber grating sensor package comprising a fixing means for fixing the fixing piece and the protective tube.
첨부된 도 1은 본 발명 광섬유격자센서 패키지의 일실시예이고, 도 2는 도1의 분해도이며, 도 3은 본 발명 광섬유격자센서 패키지를 개략적으로 보인 저면도이고, 도 4는 기존의 광섬유격자센서 패키지 이다.Attached Figure 1 is an embodiment of the optical fiber grating sensor package of the present invention, Figure 2 is an exploded view of Figure 1, Figure 3 is a bottom view schematically showing the optical fiber grating sensor package of the present invention, Figure 4 is a conventional optical fiber grating Sensor package.
이하 상기 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명은 건물이나 교량 등 토목구조물 및 기타 피측정물에 부착되어 변형률, 온도 압력 등의 물리적 현상을 간편하게 측정하기위한 광섬유격자센서 패키지로, 광섬유격자 센서(S)가 내부를 통해 삽입된 상태로 고착재(F)에 의해 상기 광섬유격자센서(S)의 양측이 일체로 고정되어짐과 함께 저면이 각각 피측정물에 부착 고정되는 한 쌍의 고정편(3)과, 상기 각 고정편이 일정간격 이격된 상태를 유지하도록 구비되어 광섬유격자센서(S)가 중공을 통해 끼워진 상태로 외부로부터 보호하는 관(1)과, 상기 고정편(3)과 관(1)을 고정하기 위한 고정수단으로 크게 이루어진다. The present invention is attached to a civil engineering structure, such as buildings or bridges and other objects to measure the optical fiber grating sensor package for easily measuring physical phenomena such as strain, temperature and pressure, the optical fiber grating sensor (S) is inserted through the inside A pair of
또한 상기 고정수단은 고정편(3)의 일측면에 각각 일체로 돌설된 관 끼움부(3a)와, 상기 관 끼움부의 측면에 형성된 나사공(3d)과, 상기 나사공을 통해 조임 되어져 텝(7)이 구비된 관(1)의 양 끝단을 선택적으로 눌러 압박 고정하는 조임볼트(4)로 이루어진다. In addition, the fixing means is tightened through the
이 때, 상기 관(1)은 두 개의 고정편(3) 사이에 일체로 구비된 관 끼움부(3a)로 양단이 각각 끼워진 상태로 광섬유격자센서(S)가 관(1)을 통해 삽입되어지며, 양측 고정편(3)의 관 끼움부(3a) 사이에서 구속되지 않는 범위에서 어느 정도 유격을 갖도록 함이 바람직하다. At this time, the tube (1) is inserted into the tube fitting portion (3a) integrally provided between the two fixing pieces (3) with the optical fiber grid sensor (S) is inserted through the tube (1) It is preferable to have a play to some extent in the range which is not restrained between the
한편, 상기 고정편(3)은 광섬유격자센서(S)가 삽입될 수 있도록 측면이 개방된 형상의 센서 취부홈(3b)이 일직선상으로 형성되고, 상기 센서 취부홈의 측면에는 센서 취부홈(3b)을 선택적으로 개폐할 수 있도록 덮개(6)가 더 구비된다. On the other hand, the fixing piece (3) is formed in a straight line sensor mounting groove (3b) of the open side shape so that the optical fiber grating sensor (S) can be inserted, the sensor mounting groove ( The
보다 자세하게는 상기 고정편(3)의 중앙부를 따라서는 광섬유격자센서(S)가 통과될 수 있도록 센서 취부홈(3b)이 형성되어 있는데, 이 때 상기 센서 취부홈(3b)을 따라 광섬유격자센서(S)가 삽입된 상태로 고착재(F)가 충진 됨으로써 상기 고착재에 의해 광섬유격자센서(S)는 양측으로 인장력을 받아 어느 정도 팽팽한 상태로 고정됨은 이해 가능하다. More specifically, a
또한 도 1을 참조할 때, 상기 센서 취부홈(3b)의 안쪽면에는 적어도 하나 이상의 슬립방지홈(3c)이 더 형성되어 있는데, 이는 센서 취부홈에 충진된 고착재(F)가 굳어진 경우, 고정편(3)과 고착재(F)의 선팽창계수의 차에 의한 센서 취부홈(3b) 내에서 슬립이 일어남에 따른 유격을 방지하게 된다. In addition, referring to Figure 1, at least one or more slip prevention groove (3c) is formed on the inner surface of the sensor mounting groove (3b), which is when the fixing material (F) is filled in the sensor mounting groove, The play of the slip occurs in the
예로서, 상기 고착재는 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다. For example, the fixing material may be an epoxy resin or the like.
또한 상기한 바와 같이 고정편(3)의 각 센서 취부홈(3b)에 광섬유격자센서(S)가 어느 정도 인장력을 갖는 팽팽한 상태가 되면 사용자는 수분의 생성을 억제하여 내구성을 증대시키기 위해 관내부에 질소가스를 충진하고, 관 양단에 젤타입의 오일을 충진하여 밀봉하며, 마지막으로 고정편(3)의 측면에 있는 센서 취부홈(3f)을 덮개(6)로 밀봉하면 광섬유격자센서 패키지는 완성되고, 고정편(3)의 저면을 피측정물(도면에는 미도시)의 표면에 접착제로 단단히 부착하면 된다. In addition, as described above, when the optical fiber grating sensor S is in a taut state with a certain degree of tension in each
한편, 상기 고정편(3)의 상부 측면에는 수직방향으로 관통되도록 적어도 하나 이상의 나사공(3e)이 더 형성되어 있는데, 이는 앞서 설명한 바와 같이 고정편(3)의 밑면을 피측정물에 접착제로 붙이기가 곤란한 경우에 상기 나사공(3e)을 통해 피측정물에 부착된 고정판으로 각각 고정볼트(5)를 나사결합 함으로써 상기 고정편(3)을 피측정물에 단단하게 고정시킬 수도 있고, 필요에 따라서는 고정볼트(5)를 해지함으로 손쉽게 반복 사용을 가능케 한다. On the other hand, at least one screw hole (3e) is further formed on the upper side of the fixing piece (3) so as to penetrate in the vertical direction, as described above, the bottom surface of the fixing piece (3) by adhesive to the object to be measured. If it is difficult to attach, the
따라서, 상기한 바와 같이 접착제를 이용하거나 고정볼트(5) 및 고정판을 이용하여 고정편(3)을 피측정물의 표면에 단단히 결합한 후에는 광섬유격자센서(S)의 인장력을 유지시켜주기 위해 설치했던 관 끼움부(3a)의 조임볼트(4)를 풀어 느슨하게 하거나, 제거함으로써 피측정물의 변형률을 계측하기 위한 광섬유격자센서 패키지의 설치를 모두 완료하게 된다. Therefore, as described above, after the
이어서 상기와 같이 광섬유격자센서(S)가 피측정물의 표면에 모두 설치 완료된 경우에는 본 발명 광섬유격자센서 패키지의 관(1) 및 고정편(3)에 의해 안전하게 보호되므로 외부요인; 비, 바람, 곤충 등에 의해 안전하게 보호될 뿐만 아니라, 시간에 따른 인장력의 변화도 발생되지 않아 변형률의 계측을 정확하게 할 수 있게 되는 것이다. Subsequently, when all of the optical fiber grating sensors S are installed on the surface of the object to be measured as described above, external factors are secured by the tube 1 and the
한편, 본 발명 광섬유격자센서를 산업현장에서 직접 사용할 때에도 피측정물의 종류나 계측기간에 따라 고정편의 접착방법을 달리할 수 있는데, 예로서 1년 미만의 단기 계측에는 고정편(3)을 피측정물에 직접 접착제로 부착하고, 1년 이상의 장기 계측에 이용할 때에는 고정볼트(5)와 고정판을 이용해 고정편(3)을 피측정물에 단단하게 부착하여 사용함이 가능하다. On the other hand, even when the optical fiber grating sensor of the present invention is used directly in the industrial field, the method of bonding the fixing piece may be different depending on the type of measurement object or the measuring period. For example, the
또한 사용자는 상기한 바와 같이 고정편(3)을 피측정물에 고정한 후, 관(1)의 상부에 결합된 조임볼트(4)를 풀어 유격을 주거나 제거함이 바람직한데, 이는 피측정물의 변형이 광섬유격자센서(S)에 더욱 민감하게 전달되도록 하기 위한 것으로, 이 때에는 실험에 의해 거의1㎲(백만분의일) 이하의 변형율도 계측이 가능하게 되는 것이다. In addition, after fixing the
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 기존 광섬유격자센서 설치시 광섬유격자센서 패키지를 사용함으로써 비전문가일 경우에도 상기 광섬유격자센서 패키지를 용이하게 설치할 수 있으며, 내구성 증대로 인한 반영구적인 사용이 가능할 뿐만 아니라, 광섬유격자센서 패키지의 감지부의 높이가 대폭 낮아져 감도가 좋아지며, 외부충격으로부터 광섬유격자센서를 확실하게 보호할 수가 있다.As described above, the present invention can be easily installed even if the non-expert by using the optical fiber grating sensor package when installing the existing optical fiber grating sensor, semi-permanent use is possible due to increased durability As the height of the sensing part of the fiber optic grating sensor package is significantly lowered, the sensitivity is improved and the fiber optic grating sensor can be reliably protected from external shock.
이에 따라 종래 외부요인에 따라 잘못된 측정값이 얻어지는 폐단이 방지되며, 전자파에 의한 왜곡이 없어 토목구조물의 상시 안전계측을 가능하게 할 뿐만 아니라, 정기 안전점검 때마다 전기식 스트레인게이지를 매번 설치해야 했던 번거로움을 해소할 수 있다. This prevents the closed end of obtaining wrong measurement values according to the external factors of the prior art, and enables the safety measurement of civil engineering structures at all times due to the absence of distortion caused by electromagnetic waves, and the hassle of having to install an electric strain gauge every time for regular safety checks. I can relieve the pain.
이에 더해 광섬유격자센서 설치에 따른 시간과 비용절감이 이루어지고, 광섬유격자센서의 고유한 파장값의 변화를 측정할 수 있으므로 초기대비 피 측정물의 변화율을 정확하게 계측할 수 있어 토목구조물의 피로도를 기존의 계측 시스템보다 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다. In addition, it saves time and cost according to the installation of the optical fiber grating sensor, and it is possible to measure the change of the unique wavelength value of the optical fiber grating sensor, so it is possible to accurately measure the rate of change of the measured object compared to the initial stage. This has the advantage of making more accurate measurements than a metrology system.
Claims (7)
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104279974A (en) * | 2014-09-28 | 2015-01-14 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | Split type optic fiber strain sensor assembly |
-
2004
- 2004-09-18 KR KR1020040074790A patent/KR20060025908A/en not_active Application Discontinuation
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