In this study, low-speed impact was localized on a stiffened composite structure, using 4 FBG sensors with 100 kHz-sampling rate interrogator and devised localization algorithm. The composite specimen consists of a main spar and several stringers, and the overall size of the specimen’s surface is about 0.8×1.2 m. Pre-stored reference data for 247 grid locations and 36 stiffener locations are gathered and used as comparison target for a random impact signal. The proposed algorithm uses the normalized cross-correlation method to compare the similarities of the two signals; the correlation results for each sensor’s signal are multiplied by others, enabling mutual compensation. The verification results indicate that, using four FBG sensors, 20 verification points were successfully localized with a maximum error of 43.4 mm and an average error of 17.0 mm. For the same experimental setup, the performance of the proposed method is evaluated by reducing the number of sensors. It is revealed that the mutual compensation between the sensors is most effective in the case of a two sensor combination. For the sensor combination of FBG #1 and #2, the maximum localization error was 42.5 mm, with average error of 17.4 mm. In conclusion, the proposed method provides higher monitoring area-to-sensor ratio (MASR) than those of previous studies, and it is expected to be applicable to impact localizations in large complex structures.
본 연구에서는 4개의 FBG 센서가 설치된 보강된 복합재 구조물을 시편으로 사용하여, 충격해머로 가해진 저속 충격 위치를 탐색하였다. 100 kHz 의 데이터 샘플링 속도를 가진 FBG 인터로게이터를 사용하였으며, 제안된 알고리즘을 통해 예상 충격위치를 계산하였다. 복합재 시편은 주 스파(spar)와 몇 개의 스트링거(stringer)를 포함하며 전체 면적은0.8×1.2m 이다. 247개의 격자점과 36개의 보강재 지점에 대한 기준신호 데이터를 얻었으며, 이는 임의의 충격신호에 대한 비교대상이 되었다. 제안된 알고리즘은 normalized cross-correlation 을 사용하여 두 신호의 상호 유사성을 판독하는 방식으로 작동한다. 각각의 센서 신호로부터 얻어진 correlation 결과는 서로 곱연산되어 상호 보상적인 방법으로 사용되었다. 성능평가를 위해 대상 영역에 대한 20개의 임의의 충격시험을 수행하였다. 시험결과 성공적으로 충격위치를 탐색할 수 있었으며, 4개 센서신호를 사용하여 최대 오차 43.4 mm 와 평균 오차 17.0 mm 의 성능을 얻었다. 같은 시험에 대하여 사용된 센서의 개수를 변화시켜 가며 그 성능의 변화를 알아보았다. 두 개의 센서를 사용하였을 때 상호 보상적 효과가 최대가 됨을 확인하였으며, 2개의 센서 (1, 2번 센서)의 조합으로 최대 오차 42.5 cm 와 평균 오차 17.4 mm 의 성능을 얻을 수 있었다. 결론적으로 이전의 연구에 비해 높은 MASR(monitoring area-to-sensor ratio, 센서대비 모니터링 영역비)을 얻을 수 있었으며, 이는 향후 복잡한 거대 구조물에 대한 효율적인 충격위치 탐색을 가능케 할 것으로 기대된다.
