Structural Health Monitoring in Composite Structures Using Fiber Optic and Piezoelectric Sensors삽입된 광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크의 내부 변형률 모니터링

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In-situ structural health monitoring of filament wound pressure tanks were conducted during water-pressurizing test using embedded fiber Bragg grating (FBG) sensors. We need to monitor inner strains during working in order to verify the health condition of pressure tanks more accurately because finite element analyses on filament wound pressure tanks usually show large differences between inner and outer strains. Fiber optic sensors, especially FBG sensors can be easily embedded into the composite structures contrary to conventional electric strain gages (ESGs). In addition, many FBG sensors can be multiplexed in single optical fiber using wavelength division multiplexing (WDM) techniques. We fabricated a standard testing and evaluation bottle (STEB) with embedded FBG sensors and performed a water-pressurizing test. In order to increase the survivability of embedded FBG sensors, we suggested a revised fabrication process for embedding FBG sensors into a filament wound pressure tank, which includes a new protecting technique of sensor heads, the grating parts. From the experimental results, it was demonstrated that FBG sensors can be successfully adapted to filament wound pressure tanks for their structural health monitoring by embedding.
삽입된 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating, FBG) 센서를 이용하여 수압시험 동안에 필라멘트 와인딩 된 복합재료 압력탱크의 실시간 구조 건전성 모니터링을 수행하였다. 일반적으로 압력탱크의 내부와 외부의 유한요소해석 결과는 변형률과 응력 모두 큰 차이를 보인다. 그러므로, 압력탱크의 건전성을 검증하기 위해서는 운용 중 탱크 내부의 변형률 값을 정확하게 측정해야 한다. 여러 광섬유 센서 중 FBG 센서는 변형률 게이지에 비해 구조물에 삽입이 용이하고 많은 수의 센서를 한 가닥의 광섬유에 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing, WDM) 기법을 통해 쉽게 다중화 할 수 있다. 본 연구에서는 다중화 된 FBG 센서를 삽입한 표준압력용기(standard testing and evaluation bottle, STEB)를 제작하고 수압시험을 수행하였다. 삽입된 센서의 생존율을 높이기 위해 격자 부분에 대한 보강법을 포함한 새로운 삽입 적용 기법을 고안하였다. 제작된 탱크에 대한 수압 시험을 통해 FBG 센서가 필라멘트 와인딩 된 복합재 압력탱크의 건전성 모니터링을 위해 성공적으로 삽입 적용될 수 있음을 확인하였다.
Issue Date

fiber Bragg grating; filament winding; pressure tank; internal strain; water-pressurizing test


한국복합재료학회 ( The Korean Society For Composite Materials ) Volume 18. Issue 4, pp. 1 ~ 1 , 2005

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AE-Conference Papers(학술회의논문)
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