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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김대현
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수18
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광섬유 센서 중 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating, FBG) 센서는 여러 장점을 가지고 있어 구조 건전성 감시를 비롯하여 다양한 분야에서 현장 적용을 위해 많은 연구가 진행중이다. 그리고, FBG 센서는 고온 및 저온에서도 온도 측정이 용이하여 허용 온도 범위가 넓어, 많은 선행 연구에서는 FBG 센서의 열 특성 계수인 열팽창 계수와 열광학 계수를 상수값으로 취급하였다. 하지만, 열 특성 계수는 온도가 변화함에 따라 변화한다. 따라서, 정밀하고 초고온 및 극저온 환경의 온도를 측정하기 위해서는 열 특성 계수를 변수로써 활용하여야 한다. 본 논문에서는, FBG 센서의 열팽창 계수와 열광학 계수를 분석하기 위해 이론적인 접근과 기초실험, 초고온 및 극저온 환경시험을 수행하였다. 이론적으로 열 특성 계수가 변수임을 증명하고 새로운 온도 측정 원리를 제안하였다. 기초실험 및 초고온, 극저온 환경시험결과 열 특성 계수가 상수가 아님을 검증하였고, 비선형적으로 거동함을 확인하였다. 열 특성 계수는 영하 160℃에서 1.6×10E-06 /℃의 값을 가지고, 650℃에서는 10.7×10E-06 /℃의 값으로 변화한다. 650℃부터 900℃까지는 거의 일정한 값을 가지며 이후에는 신호가 사라져 초고온 환경에서의 측정 허용 온도 범위가 제한적이다. 추가적으로 열 피로에 의한 FBG 센서의 수명 평가를 수행하였다. 항온 챔버를 이용하여 우리나라 기후를 고려한 영하 20℃에서 60℃까지 300회 반복 열 사이클의 열 피로를 가하였다. 열 특성 계수는 영하 20℃에서 6.0×10E-06 /℃, 60℃에서 7.0×10E-06 /℃의 값을 도출하였다. 반복 사이클 횟수에 따라 열 가속노화가 진행되었지만, 열 특성 계수의 변화가 없었다. 따라서, 장시간 외부 환경에 노출 및 노후화에 의한 계측의 재현성이 우수하여, 주기적인 보정(Calibration)없이 사용이 가능함을 확인하였다.
목차
I. 서 론 1II. 광섬유 브래그 격자 센서 32.1 광섬유 브래그 격자 센서의 측정 원리 32.2 정밀 온도 측정을 위한 이론적 접근 7III. 열 특성 평가 기초 실험 93.1 실험 장치 및 방법 93.2 실험 결과 12IV. 열 특성 평가 시험 164.1 초고온 시험 164.1.1 시험 구성 및 방법 164.1.2 시험 결과 194.2 극저온 시험 244.2.1 시험 구성 및 방법 244.2.2 시험 결과 274.3 반복 열 피로 시험 324.2.1 시험 구성 및 방법 324.2.2 시험 결과 344.4 열 특성 평가 시험 결과 39V. 결 론 42참고문헌 44영문초록(Abstract) 47
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