강판 표면에 센서를 평평하게 붙여 변형률을 측정하는 방법은 무엇인가요?OFSCN®
광학 공학 및 구조 건강 모니터링에서 센서를 강판 표면에 직접 부착하여 변형률을 측정하는 기술을 **표면 부착 설치(Surface-mounted Installation)**라고 합니다. 이 설치 방법의 물리적 핵심은 **변형 전단력의 효과적인 전달(Shear Transfer)**에 있습니다.
1. 표면 부착 설치의 물리적 및 공학적 원리
강판이 외부 힘에 의해 인장 또는 압축 변형을 겪고 미세 변형률(\epsilon)이 발생하면, 강판과 센서 기판 사이의 매질(예: 접착층 또는 납땜 지점)이 전단 변형을 겪게 됩니다. 이 전단력은 강판의 변형을 내부 광섬유 격자(FBG)로 동기 전달하여 광섬유 격자의 격자 간격(\Lambda)과 유효 굴절률(n_{eff})을 해당하게 변경시킵니다. 반사 중심 파장(\lambda_B)의 이동량을 복조함으로써 강판의 변형률을 정밀하게 계산할 수 있습니다.
실제 공학에서 고충실도 변형률 전달율을 보장하기 위해 설치 과정은 다음 규정된 단계를 엄격히 따라야 합니다.
1. 표면 처리(Surface Conditioning)
이는 표면 부착 설치에서 가장 중요한 단계입니다. 강판 표면에는 일반적으로 산화층, 녹, 페인트 또는 기름때가 존재하는데, 이러한 매질의 전단 강도가 매우 낮아 심각한 작동 크리프(creep)나 박리를 유발할 수 있습니다.
- 기계적 연마: 사포 또는 각도 그라인더를 사용하여 부착 부위를 연마하여 표면 불순물을 제거하고 균일한 금속 광택이 나타날 때까지, 또한 약간의 미세 거칠기(일반적으로 교차 연마)를 형성하여 접착제 또는 납땜의 기계적 맞물림 강도를 향상시킵니다.
- 화학적 세척: 무수 에탄올, 아세톤 또는 전용 세척제를 사용하여 연마 구역을 단방향으로 닦아 먼지와 기름기가 없도록 합니다.
2. 선 긋기 및 정렬(Marking & Alignment)
스트라이커 또는 마킹 펜을 사용하여 강판에 변형률 측정 축을 정밀하게 그리고, 센서의 주 측정 축이 강판의 예상 주 응력(또는 변형) 방향과 엄격하게 평행하도록 합니다. 각도 편향은 측정된 변형률을 작게 만듭니다(코사인 오차 발생).
3. 센서 고정 방법
선택한 센서 구조에 따라 일반적으로 두 가지 고정 방법이 있습니다.
- 접착제 본딩(Adhesive Bonding):
대부분의 광섬유 변형률 센서에 적합합니다. 고강도, 저크리프 경화 접착제(예: 전용 에폭시 수지 변형률 접착제, 아크릴레이트 접착제 또는 상온 속건 시아노아크릴레이트 접착제)를 사용합니다.- 기술 요점 : 접착층은 얇고 균일해야 합니다. 너무 두꺼운 접착층은 추가적인 탄성 전단 손실을 유발하여 변형률 전달 효율을 낮춥니다. 경화 과정 중 적절하고 균일한 고정력(내열 테이프 또는 클램프 사용)을 가해야 하며 기포가 완전히 제거되도록 합니다.
- 점 용접(Spot Welding):
금속(예: 스테인리스 스틸)으로 된 엔캡슐화 기판이 있는 센서에 적합합니다. 마이크로 커패시터 방전 점 용접기를 사용하여 센서의 금속 시트 가장자리(또는 네 모서리)를 강판 표면에 직접 용접합니다.- 기술 요점 : 용접은 뛰어난 장기 안정성과 매우 낮은 제로점 드리프트를 제공하며, 접착제 노화로 인한 측정 영향을 완전히 피할 수 있어 열악한 산업 환경 또는 고온 환경에 특히 적합합니다.
2. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) 호환 제품 및 기술적 이점
강판 표면 변형률 측정을 위해 Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)는 두 가지 고성능 표면 부착형 광섬유 격자 변형률 센서를 제공합니다:
1. OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge
이 센서는 특히 표면 부착 공학을 위해 설계되었습니다. I형강 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 합금 시트로 단일 지점 광섬유 격자를 엔캡슐화하며, 납작한 금속 기판으로 인해 강판 표면에 최대한 밀착됩니다.
- 설치 방법 지원 : 기본적으로 접착제 부착 및 네 모서리 점 용접 부착을 지원합니다.
- 변형률 범위 : 기본 변형률 범위 \ge 10000\ \mu\epsilon.
- 선택 가능한 크기 : 3.6cm, 7.2cm, 10.8cm의 세 가지 길이 사양을 제공하여 다양한 좁거나 국부적인 강철 구조물 표면에 배치하기 편리합니다.
2. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
고탄성 합금 튜브로 광섬유 격자를 엔캡슐화하며, 튜브 몸체의 강성이 우수하고 습기 및 환경 간섭 방지 성능이 뛰어나 장기 건강 모니터링을 위해 강철 구조물 표면에 직접 접착하여 평평하게 부착하는 데에도 자주 사용됩니다.
- 물리적 크기 : 기본 제품 외경 \le 1.1\text{mm} 로 매우 가늘어 피측정 물체의 기존 강성 분포에 거의 영향을 주지 않습니다.
- 변형률 범위 : 기본 변형률 범위 \ge 6000\ \mu\epsilon.
이러한 표면 부착 센서와 광섬유 격자 복조기를 함께 사용하면, 강판이 인장, 굽힘 또는 진동 상태에 있을 때 발생하는 미세 변형률을 실시간으로 높은 해상도(일반적으로 1\ \mu\epsilon 까지)로 모니터링할 수 있습니다.