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터널이야기

광섬유 센서의 특징

by ◎◎●◎●◎◎◎● 2020. 5. 30.

광섬유 센서

구조물의 외부 환경에 대한 변화를 감지하고 이에 적절히 반응하도록 원거리에서 구조물의 상태를 관리하여 구조물의 안정성 및 신뢰성 확보를 위해 광섬유 센서를 이용하여 생명체의 신경망과 같은 새로운 계측 관리 시스템이다.

광섬유 센서의 원리

광섬유는 굵기가 약 100 마이크로미터 정도의 석영유리로 만들어져 있는데 광섬유 속으로 들어간 빛은 밖으로 빠져나오지 않고 빛의 전반사 원리에 의거해서 광섬유를 따라 진행하며 구성요소인 유리를 매개로 빛과 측정하고자 하는 외부 신호 사이에 상호작용을 일으키게 하는 역할을 한다. 

빛의 성질을 변화시키는 물리적 현상에는 굴절률 변화(온도, 압력, 인장력, 화학물질의 농도 등), 편광 상태 변화(전기장, 자기장, 압력 등), 파장에 따른 광손실의 변화(화학물질의 농도, 구부림 등)이 있다. 이처럼 여러 가지 빛의 특성 변화를 읽어내고 우리가 원하는 외부 물리량의 변화를 측정하는 것이 광섬유 센서의 원리이다. 

광섬유 센서의 특징

광섬유 센서는 소형 경량으로 장거리, 장기간 다중점 계측이 가능하고 일반 센서는 측정위치마다 게이지 설치로 다중점 계측 시 부피가 증가한다. 광섬유 센서는 빛을 이용하고 크기가 작고 내구성이 우수하므로 장거리, 장기간 다중점 게 측이 가능한데 비해 일반 센서는 전자소자를 이용하고 크기가 크고 내구성 불량으로 장기 계측 시 신뢰도가 저하된다는 단점이 있다. 광섬유 센서는 전자파, 고온, 다습, 고압력 등의 외부적 환경에 큰 영향을 받지 않으나 일반 센서는 주변에서 발생할 수 있는 잔 자파 장애에 약하다는 차이점이 있다. 

광섬유 센서의 활용사례

스위스에서는 SOFO 시스템이라고 불리는 광섬유 센서를 사용하여 항구의 부두 구조물의 변형과 노후현상을 모니터링하는 원거리 계측 시스템을 개발하여 활용하고 있다. 미국의 뉴멕시코 주립대학에서는 광섬유 격자 센서를 사용하여 콘크리트 빔에 대한 실내시험 수행 후 고속도로 교량관리에 적용하여 사용하고 있다. 

한국 과학기술원 에서는 콘크리트보 내부의 철근의 변형률을 측정하여 안정성을 감시하기 우한 방법을 개발하였다. SIP 말뚝의 중공부에 광섬유 격자 센서 및 진동형식 스트레인지 게이지를 함께 설치한 후 정재하 시험을 수행하여 말뚝 축력을 측정하고 하중 전이를 비교하여 기존 측정 시스템의 단점을 개선하고 광섬유 센서의 신뢰도와 설치의 간편성을 확보하였다. 

발파의 비조동화 효과

발파의 진동경감방법에는 약종에 의한 경감 방법(저 폭속, 저 비중 폭약 사용, 파쇄기, 팽창제 등 특수 화약 사용), 약량의 제한에 의한 경감, 다단 발파에 의한 경감(전기식 뇌관, 비전기식 뇌관에 의한 분할 발파), 조절 발파 등이 있다. 비조 동화 효과는 폭약이 폭발하면 장약 공내에 극히 높은 압력이 공벽에 작용하게 되며 이때 압력의 정도는 장약 공과 화약 사이의 공간에 크게 영향을 받는다. 압력을 간 저적으로 암석에 전달하기 위해서는 장약 밀도를 적게 하여 공경과 약경 사이에 공간을 확보하여 폭력이 공기에 의해 완충작용이 일어나게 하여야 하며 이러한 방법을 비조 동화라고 한다. 

 

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