철도시스템 적용을 위한 광섬유 브래그 격자 센서의 온도특성 평가

초록

항공우주 분야를 중심으로 활발히 연구개발이 진행되어 온 광섬유 센서의 적용 영역이 점차 철도를 비롯한 수송기계 분야로 확대되고 있다. 최근, 철도는 높은 친환경성과 정시성으로 인해 타 수송수단에 비해 사회적 관심이 크게 증가하고 있다. 특히, 고속철도 개통으로 인한 철도의 고속화는 안전시스템에 대한 필요성을 증가시켜 구조물의 건전성 모니터링 기술을 부각시키는 결과로 이어졌다. 한편, 광섬유 브래그 격자 센서는 다중화가 용이하고 절대측정이 가능해 광섬유 센서 중 가장 널리 활용되고 있다. 광섬유 브래그 격자 센서는 온도와 변형률에 대한 브래그 파장 이동량으로부터 물리량을 측정하는 원리로 작동한다. 온도 변화가 적은 경우 일반적으로 온도 계수(열팽창계수와 열광학계수의 합)는 상수로 취급하지만 실제 철도현장에서는 장기간 적용할 경우 계절적 요인에 의한 온도 변화를 고려해야 한다. 따라서, 본 연구에서는 계절적 요인을 반영한 온도 환경(-20∼60oC)에서 장기간(300사이클) 적용될 때를 고려한 광섬유 브래그 격자 센서의 온도 특성 검증을 위해 챔버를 이용한 열 사이클 시험을 수행하였다. 시험 결과, 광섬유 브래그 격자 센서는 -20oC에서 60oC로 온도가 증가함에 따라 온도 계수가 6.0&#61620