브릴루앙 센서는 광섬유에 세기가 큰 빛(펌프광)이 진행할 때, 실리카 유리안에 존재하는 음향 진동파에 의해 펌프광이 반사되는 현상을 이용한 센서로서, 이때 반사된 빛의 중심 파장이 주변 온도나 인장에 따라 달라지는 성질을 이용한 것이 다.
브릴루앙 분포 계측 센서에서 광섬유 각 위치별 온도나 인장 강도 변화를 구분 하여 측정하기 위한 방법으로는 일반적으로 시간분할방식이 사용되며, 높은 세기
의 광펄스를 입사시킨 후, 반사되는 빛의 스펙트럼을 시간에 대한 함수로 측정함 으로써 광섬유 위치에 따른 온도나 인장 강도의 변화를 측정할 수 있다.
이 센서는 각종 토목 구조물의 안전 진단에 활용되고 있으며, 특히 광통신용 광 선로의 구부러짐, 인장 강도, 온도 등을 측정하는데 응용되고 있다.
3. 구조물 진단 적용사례
광통신 기술의 발전과 함께 광섬유 센서의 가격이 하락함에 따라 최근에는 광 섬유 센서를 이용하여 교량, 댐, 빌딩, 도로, 파이프라인, 발전소 등과 같은 구조물 의 상태, 변화, 안정성 등을 모니터할 수 있는 기술들이 개발되고 있다.
가. 콘크리트 경화 감지 센서
콘크리트 구조물 내에 설치되어 온도를 측정할 수 있는 머리카락 굵기의 광섬 유 온도 센서로서, 현재 상용화되어 사용되고 있다. 이와 같은 광섬유 온도 센서 는 수 km 길이에 걸쳐 1m 간격으로 콘크리트 내부의 온도를 읽어 낼 수 있다.
이러한 시스템은 거대하고 두꺼운 콘크리트 패드가 경화되는 동안의 온도 분포를 모니터해 낼 수 있다.
<그림 1-6> 콘크리트 구조물의 경화과정을 감지하는 온도 센서
나. 지지벽 스트레인 센서
산사태 방지벽 등과 같이 많은 하중을 밀어내고 있는 지지벽에 가해지는 스트 레인 감지 광섬유 센서는 미국 오레곤주에 많이 설치되어 있는데, <그림 1-7>과 같이 설치되어 지지벽이 하중을 제대로 견디어내고 있는지를 감지하는데 사용되 고 있다. 스트레인 센서를 지지벽 내부에 수직방향으로 포설하게 되면 지지벽의 길이에 따른 피로도를 측정함으로서 보완이 필요한 지점을 미리 알 수 있게 된다.
<그림 1-7> 지지벽에 장치된 광섬유 스트레인 게이지
다. 터널
광섬유 센서 그물망을 이용하여 가로, 세로 방향의 스트레인을 측정할 수 있으 며, 광섬유 센서는 터널의 천장, 측면 등에 설치된다. 수 km 간격으로 새겨져 있 는 광섬유 센서를 수 km의 거리에 걸쳐 포설할 수 있기 때문에 현재 미국에서 터널 시공시 많이 이용되고 있으며, 터널내의 콘크리트 보강용 철강에 설치될 경 우 철강의 부식 정도를 감시할 수 있다.
<그림 1-8> 터널의 상태를 모니터 할 수 있는 스트레인 감지시스템
라. 부식 센서
많은 구조물의 주요 관심사 중의 하나가 부식으로서, 특히 구조물 철강재의 주 요 지점에 장착되어 상대적으로 낮은 비용으로 높은 효과를 거둘 수 있다.
마. 교량
광섬유 센서를 <그림 1-9>와 같이 교량의 버팀목, 지지대에 설치하는 구조로서, 이들 센서는 부식 정도를 감지하는 역할을 겸하는 경우가 많다.
<그림 1-9> 교량에 설치된 광섬유 센서
바. 탄성파 센서
광섬유 센서는 수 십 km 거리에 있는 탄성파 장애의 세기와 거리를 감지함으로 서 도로 또는 교량에 생긴 웅덩이의 정도와 위치를 파악하는 데 이용될 수 있다.
이러한 시스템을 좀 더 복잡하게 구성하면 사고 발생 및 위치를 감지하는데 이용 될 수 있다.
<그림 1-10> 이형 변화를 감지하는데 이용되는 광섬유 센서
사. 교통제어
도로에 포설된 횡축 스트레인 감지 광섬유 센서는 도로에서 좌/우 회전 차량을 감지하여 이에 해당하는 차선의 교통을 통제할 수 있다.
<그림 1-11> 교통제어를 위한 스트레인 센서