다중화된 광섬유 센서를 이용한 강철도교의 가속도 유추

초록

본 연구에서는 다중화된 FBG 센서를 이용하여 철도판형교의 변형률, 곡률, 수직처짐, 가속도를 동시에 측정하는 기법을 제안하였다. FBG 센서 2쌍을 철도 판형교의 상부와 하부 플랜지의 표면부착한 후 FBG 센서로부터 직접 변형률을 측정하고 이로부터 Bernoulli 보 이론의 평면가정으로부터 곡률을 측정한 후, 기하학적인 처짐-곡률관계와 회귀분석을 통해 교량의 처짐을 유추하였다. 또한 처짐이력을 시간영역에서 수치미분을 통해 교량의 가속도를 유추하였다. 제안된 방법의 정확도를 검증하기 위해 실제 강철도교의 중앙 지점에 기존의 전기식 변형률 센서, 처짐계, 가속도계를 설치하고 열차 증속실험을 실시하여 결과를 비교 검증하였다. 그 결과 모든 계측 결과에서 우수한 상관관계를 보였으며 효율적인 모니터링이 가능함을 보였다. 유추된 가속도는 고주파 성분을 포함하지는 못하고 있으나 철도교량의 주요 휨 모드 성분을 충분히 포함할 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 제안된 방법은 다중화 기법을 통해 실제 현장의 측정선을 최소화 시킬 수 있으며 이를 통해 대상교량과 같은 철도교의 모니터링을 위한 주요한 물리량을 일괄 측정할 수 있음을 확인하였다.