This study proposes an integrated lead zirconate titanate/fiber Bragg grating (PZT/FBG) system that can generate and measure guided waves for structural health monitoring (SHM) using a common laser source and opticalcables. Among various SHM devices used for guided wave generation and sensing, PZT transducers and FBG sensors have been widely used because of their light weight, non-intrusive nature and compactness. To take the best advantage of the merits of these SHM devices, a combination of PZT-based guided wave generation and FBG-based sensing has been attempted by some researchers. However, the existing hybrid approaches have two independent systems: a wave generation system using electrical devices and a sensing system with optical devices. We have developed a fully integrated PZT/FBG system that uses a single laser source and optical cables. This system can alleviate problems associated with conventional electrical cables, such as electromagnetic interference (EMI), signal attenuation, and vulnerability to noise. A tunable laser, the common power source for guided wave generation and sensing, is modulated and amplified to excite PZT transducers. This laser is also used with FBG sensors for measuring high-speed strain changes induced by guided waves. The feasibility of this system has been experimentally demonstrated in an experimental setup.
유도파를 이용한 사회기반시설물의 구조물건전성모니터링이나 손상감지는 지금까지 활발하게 이루어지고 있다. 압전센서와 FBG센서는 무게와 부피가 작아 구조물에 쉽게 일체화 될 수 있다는 장점 때문에, 유도파를 생성하고 계측하는데 많이 쓰여왔다. 능동센싱이 가능한 압전센서와 전자기간섭현상에 무관한 FBG센서의 장점을 모두 살리기 위하여, 두 센서를 모두 활용한 복합형센싱기법이 최근 연구되어 오고있다. 그러나 기존의 복합형 센싱기법은 유도파를 생성하기 위하여 기존의 전력케이블을 사용하기 때문에, 유도파의 생성과정에서 전자기적 간섭으로 인한 신호왜곡에 취약하고, 원거리전력/신호송신의 경우 출력이 감소되어 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 단일한 레이저 광원과 광섬유로 기존의 전력케이블을 대체하고자 하였다. 이를 통하여 기존의 전력케이블이 초래할 수 있는 전자기적간섭에 의한 신호왜곡과 원거리 신호전송에 의한 출력감쇠, 노이즈에 취약한 문제등을 해결 할 수 있다. 파장변조레이저를 단일광원으로 하여, 일부 광선은 변조과정을 거쳐 유도파신호를 압전센서로 생성하고, 나머지 광선은 FBG센서로 입사하여 유도파로 인한 구조물 변위의 변화를 고속으로 감지한다. 본기법의 유용성은 몇 가지 실내실험을 통하여 실험적으로 증명하였다.