일부 센서는 설치 시 왜 먼저 팽팽하게 당겨야 하나요? 수명을 단축시키나요?
광섬유 센서(광섬유 격자 FBG 변형률 센서 및 분산형 광섬유 변형률 센서 포함) 기술에서 설치 또는 패키징 시 광섬유에 가해지는 초기 장력을 **사전 응력(Pre-stress)**이라고 하며, 이로 인해 발생하는 초기 신장을 **사전 변형률(Pre-strain)**이라고 합니다.
1. 센서를 설치할 때 먼저 조여야 하는 이유는 무엇입니까?
사전 응력을 가하는 것은 주로 다음의 두 가지 핵심 물리적 및 엔지니어링 이유 때문입니다.
1. 양방향 측정(인장 및 압축 측정) 구현
- 물리적 메커니즘:
이산화규소 석영 광섬유(일반적으로 외경 125\ \mu\text{m})는 유연한 길쭉한 구조로 우수한 인장 강도를 가지지만, 축 방향 압축에는 매우 취약합니다.
무응력 이완 상태에서 광섬유에 축 방향 압축이 가해지면 쉽게 미세 좌굴(Micro-buckling) 불안정 현상이 발생하여 파장이 정상적으로 선형 응답하지 못하게 됩니다. 따라서 음의 변형률(압축 변형률)을 측정할 수 없습니다. - 측정 원리:
설치 시 초기 인장 사전 변형률(예: +1000\ \mu\varepsilon 사전 인장, 파장 약 +1.2\ \text{nm} 홍조 이동)을 가하면 광섬유는 장력 상태가 됩니다.
측정 대상 기판이 압축되면 광섬유의 사전 인장력이 감소하고 파장은 단파 방향으로 단파 이동합니다.
이를 통해 측정 대상 구조물의 축 방향 압축을 광섬유 사전 인장량의 해제로 변환하여 센서가 대칭 양방향(인장/압축) 변형률을 측정할 수 있는 능력을 부여합니다.
2. 이완 비활성 구역 및 히스테리시스 제거(변형률 유효 전달 보장)
장거리 배치 또는 기판 고정 시, 미세한 초기 이완(Slack)은 센서에