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Smart Structure Technologies for Offshore Wind Turbine
방형준(Hyung-joon Bang) 한국마린엔지니어링학회 2010 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2010 No.10
As wind turbines become large, the early detection of structurally unstable condition becomes increasingly important for safety. This paper introduces the fiber Bragg grating based smart structure technologies for use in multi-MW scale wind turbine health monitoring. From 2008, the Korea Institute of Energy Research (KIER) has been developing smart structure technologies for large wind turbines in order to increase the structural reliability and aerodynamic performances funded by the Ministry of Knowledge Economy. In this study, wavelength and time division multiplexing (WTDM) Bragg grating sensing system was developed for high speed strain sensing in large wind turbine structures. This health monitoring system is plan to monitor the structural behaviors of an offshore wind turbine in Woljeong offshore test filed in Jeju island.
안정화된 광섬유 브래그 격자 센서 시스템을 이용한 실시간 충격위치검출에 관한 연구
방형준(Hyung-Joon Bang),홍창선(Chang-Sun Hong),김천곤(Chun-Gon Kim) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.7
본 논문에서는 실시간 충격위치 검출이 가능한 FBG 센서 시스템의 개발에 관하여 설명하였다. 충격위치 검출을 위해서는 동시 다점 신호취득이 가능한 초음파 센서 시스템이 요구된다. 본 연구에서는 23.80 ㎜의 투과파장 간격을 갖는 가변 패브리-페로 복조화 장치를 사용하여 파장분할 다중화가 가능한 FBG 고주파 진동 센서시스템에 적용하였다. 또한 외부의 준정적 환경변화에 대해 FBG 센서의 민감도를 일정하게 유지시키기 위한 민감도 안정화 장치를 사용하였다. 저속충격 실험을 위한 알루미늄보 시편의 아랫면에는 두개의 FBG 센서를 부착하였으며 시편 표면의 세 지점에 대해 1차원 충격위치 검출을 시도하였다. 실험결과 FBG 센서를 이용하여 저속충격 시점을 정확히 감지할 수 있었으며, 평균 오차 0.58 ㎜로 충격위치를 검출할 수 있음을 확인하였다. In order to monitor the impact locations in smart structures, multipoint ultrasonic sensors are to be employed. In this study, a multiplexing demodulator with wide dynamic range was proposed to detect the impact locations using FBG sensors, and a stabilization controlling system was also developed for the maintenance of maximum sensitivity of sensors. Two FBG sensors were attached on the bottom side of the aluminum beam specimen and low velocity impact tests were performed to detect the one-dimensional impact locations. As a result, multiplexed in-line FBG sensors could detect the moment of impact precisely, and found the impact locations with the average location error below 0.58 ㎜.
복합적층판의 변형파손 동시감지를 위한 광섬유 센서 시스템에 관한 연구
방형준 ( Hyung Joon Bang ),강현규 ( Hyun Kyu Kang ),홍창선 ( Chang Sun Hong ),김천곤 ( Chun Gon Kim ) 한국복합재료학회 2003 Composites research Vol.16 No.3
본 연구에서는 구조의 건전성을 실시간으로 모니터링하기 위해 변형률 및 파손을 동시에 감지할 수 있는 두 가지 형태의 광섬유 센서 시스템을 제안하였다. 구성된 광섬유 센서 시스템은 파손신호 취득에 사용되는 단파장 광원의 형태에 따라 EDFA에 FBG 사용한 것과 Fabry-Perot 필터를 사용한 것으로 나뉘며 EFPI 센서를 통해 복합재 시편의 인장실험을 모니터링 하는데 적용되었다. 먼저, 복합재의 초기파손모드에 해당하는 모재균열 신호의 주파수영역 특성이 변화함을 확인하였다. 광섬유 센서로 취득 된 파손신호 및 변형률 측정값을 각각 압전세라믹 센서와 변형률게이지의 결과 값과 서로 비교하였다. 광섬유 센서 시스템들을 이용한 장시간동안의 인장실험 결과 변형률의 값은 변형률게이지의 측정값과 잘 일치하였으며 파손감지 시스템 또한 미세한 파손신호까지 민감하게 감지해 낼 수 있음을 알 수 있었다. To perform the real-time strain and fracture monitoring of the smart composite structures, two optical fiber sensor systems are proposed. The two types of the coherent sources were used for fracture signal detection - EDFA with FBG and EDFA with Fabry-Perot filter. These sources were coupled to EFPI sensors imbedded in composite specimens. To understand the characteristics of matrix crack signals, at first, we performed tensile tests using surface attached PZT sensors by changing the thickness and width of the specimens. This paper describes the implementation of time-frequency analysis such as short time Fourier transform (STFT) and wavelet transform (WT) for the quantitative evaluation of fracture signals. The experimental result shows the distinctive signal features in frequency domain due to the different specimen shapes. And, from the test of tensile load monitoring using optical fiber sensor systems, measured strain agreed with the value of electric strain gage and the fracture detection system could detect the moment of damage with high sensitivity to recognize the onset of micro-crack fracture signal.
스마트 구조물의 동시다점 진동 취득용 안정화된 광섬유 브래그 격자 센서 시스템의 개발
방형준(Hyung-Joon Bang),김대현(Dae-Hyun Kim),홍창선(Chang-Sun Hong),김천곤(Chun-Gon Kim) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.5
본 논문에서는 스마트 구조의 건전성 모니터링에 사용하기 위한 고주파 진동 검출용 브래그 격자 센서시스템의 개발에 대해 설명하였다. 하나의 복조기(demodulator)를 이용하여 복수의 브래그 격자 센서의 신호를 복조화 하기 위해 좁은 파장간격(FSR)을 갖는 가변 패브리-페로 필터를 이용하였으며, 복조화에 사용되는 협대역 필터의 투과 파장을 능동적으로 제어함으로써 브래그 격자 진동센서의 민감도를 항상 최대로 유지하기 위한 센서시스템 안정화 장치를 개발하였다. 개발된 브래그 격자 센서시스템의 성능 검증을 위해 민감도 측정시험을 하였으며, 시험결과 평균 2.56 ne<SUB>rms</SUB>?√Hz의 민감도를 얻었다. 최종적으로 다중화된 브래그 격자 센서의 동시다점 진동취득 시험을 실시하여 본 시스템의 유효성을 확인하였다. For the application of structural health monitoring such as AE detection, a stabilized FBG sensor system with wide dynamic range was proposed. A tunable Fabry-Perot filter with narrow free spectral range(FSR) was used to simplify the multiplexing demodulator for FBG vibration sensors. Stabilization controlling system was also developed for the maintenance of maximum sensitivity of the sensors. In order to verify the performance of the proposed FBG vibration sensor system, we measured sensitivity, and the system showed the average sensitivity of 2.56 ne<SUB>rms</SUB>?√Hz. Finally, multi-points vibration tests using in-line FBG sensors were conducted to validate the multiplexing performance of the FBG system.
저속충격에 의해 발생한 복합적층판 음향방출신호의 웨이블릿 분해 특성에 관한 연구
방형준(Hyung-joon Bang),김천곤(Chun-gon Kim) 한국비파괴검사학회 2009 한국비파괴검사학회지 Vol.29 No.4
구조물 손상시 방출되는 고주파 음향방출(AE)신호는 실시간 손상 감지에 유리하므로 지능형 구조물의 구조건전성 모니터링에 널리 응용되고 있다. 하지만 복합 적충 구조물에서 방출되는 AE신호의 경우에는 복합재 구조의 특성상 전달 경로에 따른 신호의 감쇄정도가 일반 금속 구조물에 비해 상대적으로 크므로 손상 전후 신호진폭의 크기만을 비교하여 손상을 예측하는 방법은 손상 판단에 오류를 야기할 수 있는 여지가 있다. 따라서 복합적층 구조에서의 정확한 충격손상 예측을 위해서는 신호감쇄의 영향을 덜 받는 신호의 분석 방법이 필요하고 손상 전후 신호특성을 정량적으로 구분할 수 있는 인자의 선택이 필요하다. 본 연구에서는 구조물의 경계조건에 따른 신호특성 변화의 영향을 줄이기 위해 충격손상 발생후 선행적으로 전파되는 선행파(leading wave)의 특성변화를 신호처리에 이용하였으며, 웨이블릿 변환을 이용하여 신호를 분해하였다. 최종적으로 복합적층판의 저속충격 시험에서 압전 센서로 취득된 층간분리 신호를 처리하였으며, 분해된 웨이블릿 고주파 세부성분 사이의 점유율 분포를 이용하여 복합적층판의 손상을 판단하기 위한 신호처리 방법을 제시하였다. Because the attenuation of AE signal in composite materials is relatively higher than that of metallic materials, it is required to develop a damage assessment technique less affected by the attenuation property of composite materials in order to use AE sensing as a damage detection method. In the signal processing procedure, it is profitable to use the leading wave that arrives first because the leading wave is less influenced by the boundary conditions. Using wavelet transform, we investigated the frequency characteristics of impact induced AE signals focused on the leading wave in advance and chose the key factors to discriminate the damaged condition quantitatively. In this research, we established a damage assessment technique using the sharing percentage of the wavelet detail components of AE signal, and conducted a low-velocity impact test on composite laminates to confirm the feasibility of the proposed signal processing method.
서울시 출퇴근-통학 통행여정의 통행고리 패턴 특성 연구
방형준(Bang, Hyeong-Jun),김익기 대한교통학회 2008 대한교통학회 학술대회지 Vol.58 No.-
통행자의 통행선택 행태에 대한 연구는 교통수요분석의 근간이 되는 기초 연구 분야이다. 현재에 이르기까지도 세계적으로 가장 보편적으로 활용되고 있는 분석방법은 통행기반(trip-based)의 교통수요분석에 의한 방법이다. 즉 통행기반 수요분석의 경우는 처음의 통행출발지(예: 집)에서 출발하여 활동목적지에 도착한 후 원하는 활동이 완료되면 다시 처음 출발지로 되돌아오는 피스톤 형태(piston-type)의 통행여정(tour)을 기본적으로 가정하고 분석하여 왔다. 하지만 통행패턴을 좀 더 현실적 현상과 유사하게 묘사하고자 하는 노력으로써 활동기반(activity-based)의 교통수요분석을 정책분석에 실용성 있게 적용하고자 하는 연구가 그동안 꾸준히 진행되어 온 것도 사실이다.