분포형 광섬유 변형률 센싱 케이블 (DSS, Distributed Strain Sensing) – Solifos BRUsens
| 핵심 요약
DSS(분포형 광섬유 변형률 센싱)는 광섬유 한 가닥으로 터널·교량·댐·배관·지반의 변형을 수 km에 걸쳐 연속 측정하는 기술입니다. DSS의 정확도는 계측기만큼 케이블이 구조물의 변형을 광섬유까지 얼마나 손실 없이 전달하느냐에 좌우됩니다. 스위스 Solifos BRUsens DSS 케이블은 인터록(Interlock) 다층 변형 전달 구조와 구조화 표면 외피로 층간 미끄러짐을 막고, 316L 금속관으로 광섬유를 보호하며, 최대 1%(10,000 µε)까지 측정합니다. |
한눈에 보는 Solifos DSS 핵심 사양 (데이터시트 기준)
| 항목 | 사양 |
| 측정 범위 | 최대 1% (10,000 µε), 전 모델 |
| 측정 방식 | Brillouin (BOTDR/BOTDA), Rayleigh / BSSH V13은 DSS + DTS + DAS |
| 변형 전달 기술 | 인터록 변형 전달층·보호층, 구조화 표면 PA 외피 (V3·V9·V13) |
| 브릴루앙 계수 (1550 nm) | 변형 약 450 MHz/%, 온도 약 2 MHz/°C (V3·V4·V9·V13) |
| 외경 / 중량 | 2.8 mm·5.9 kg/km (V1) ~ 7.2 mm·75 kg/km (V3) |
| 설치 | 토양·콘크리트·복합재 직접 매립, 표면 부착, 해저 (모델별) |
DSS란? 광섬유로 구조물의 변형을 연속 측정하는 원리
광섬유가 늘어나거나 줄어들면 광섬유 안에서 되돌아오는 브릴루앙 산란광의 주파수가 변합니다(Solifos 데이터시트 기준 약 450 MHz/%). 계측기는 이 주파수 변화를 변형률로, 빛이 돌아오는 시간을 위치로 환산해 케이블 전 구간의 변형 분포를 얻습니다. Solifos 자료에 따르면 브릴루앙 계측기로 수 µε(마이크로스트레인) 수준의 변화까지 검출할 수 있습니다.
| 비교 항목 | 점형 센서 (스트레인 게이지·진동현식) | DSS 광섬유 변형률 센싱 |
| 측정 범위 | 설치 지점만 | 케이블 전 구간 연속 측정 |
| 균열 위치 | 센서 사이에서 생기면 놓칠 수 있음 | 국부 변형률 피크로 위치 확인 |
| 배선·전원 | 센서마다 전기 배선 | 광섬유 1가닥, 현장 전원 불필요 |
| 내구성 | 전자 부품의 장기 드리프트·낙뢰 | 수동 소자, 수십 년 무보수 운용 설계 |
| 데이터 활용 | 지점 시계열 | 지진·사고 전후 전체 구간 비교 가능 |
왜 Solifos DSS 케이블이 뛰어난가 – 고유의 인터록(Interlock) 변형 전달 구조
DSS 측정값은 “구조물 → 케이블 외피 → 보호층 → 버퍼 → 광섬유”로 이어지는 변형 전달 사슬을 거칩니다. 이 사슬의 한 곳에서라도 미끄러짐(Slip)이 생기면 광섬유는 실제보다 작은 변형을 측정하고, 하중이 반복되면 이력(Hysteresis)과 장기 크리프가 생겨 데이터를 신뢰하기 어려워집니다.
일반적인 케이블 구조의 한계
| 케이블 구조 | 변형 측정상의 문제 |
| 루즈튜브 (통신·DTS 케이블) | 광섬유가 튜브 안에서 여장을 두고 자유롭게 움직이도록 설계 → 외부 변형이 광섬유에 거의 전달되지 않음 |
| 단순 타이트버퍼 케이블 | 변형은 전달되지만 층과 층 사이 접촉면이 하중·온도 변화에 따라 미끄러짐 → 측정값 저감, 이력 발생 |
| 매끈한 외피 | 콘크리트·그라우트·토양 안에서 외피 표면이 미끄러짐 → 구조물과 케이블의 변형 불일치 |
| 보호층을 늘린 케이블 | 현장 보호를 위해 층을 추가할수록 미끄러질 접촉면도 늘어남 → 보호와 감도의 상충(Trade-off) |
Solifos의 해법: 보호와 감도를 동시에 확보하는 4가지 설계
|
이 구조는 실제 대형 프로젝트에서 검증되었습니다. 세계 최장 철도터널인 브레너 베이스 터널(64 km)에는 구조 변형 감시용으로 BRUsens DSS V9가 공급되었고, 뮌헨 지하철 터널의 노후 프리스트레스트 콘크리트 천장에는 Solifos 센싱 케이블과 브릴루앙 계측으로 균열과 변형을 실시간 감시하고 있습니다(Bautechnik, 2023).
온도 보상이 중요한 이유 (모델별 온도 계수)
| 모델 | 온도 계수 | 1 °C 변화의 변형률 환산값 | 의미 |
| DSS V0 | 약 1.1 MHz/°C | 약 24 µε | 온도 영향이 가장 작아 지반·장거리에 유리 |
| DSS V3 · V4 · V9 · V13 | 약 2 MHz/°C | 약 44 µε | 구조물 감시 표준, 온도 보상 광섬유 병행 |
| DSS V1 (비금속) | 약 4.2 MHz/°C | 약 93 µε | 온도 변화가 큰 환경은 보상 필수 |
※ 환산값 = 온도 계수 ÷ 변형 계수(약 450 MHz/% = 0.045 MHz/µε), 데이터시트의 대표값으로 계산한 참고치입니다.
Solifos를 선택하는 이유 – 스위스 광섬유 센싱 케이블 전문 제조사
20년 이상의 특수 광케이블 제조 경험: 스위스 최대 케이블 기업 Brugg Cables의 광섬유 시스템 사업부에서 분사한 스위스 Windisch 소재 제조사로, 통신·군용·분포형 광섬유 센싱(DFOS) 케이블을 생산합니다.
DTS·DSS·DAS 전용 케이블 17종: 통신용 케이블을 센서로 전용하는 것이 아니라, 측정 원리별로 설계된 전용 센싱 케이블과 세 가지를 한 케이블로 측정하는 하이브리드 케이블(BSSH V13)을 공급합니다.
316L 스테인리스 강관 광섬유(FIMT): 광섬유를 밀봉된 금속관에 넣어 수분·수소·설치류·압력(최대 300 bar)으로부터 보호합니다.
극한 환경 대응: 적용 온도 -180 °C ~ +600 °C, 화학·방사선 환경까지 고려한 설계 (Solifos 공식 자료 기준).
계측기 조합의 유연성: Raman·Brillouin·Rayleigh 방식 계측기(Interrogator)와 조합하도록 설계되며, 데이터시트에 Brillouin 계수 등 설계값을 제공합니다.
현장 맞춤 공급: 미터 마킹, 루프·팬아웃·커넥터·앵커·브래킷, 스플라이싱 키트, 맞춤 광섬유 사양과 취급 교육을 지원합니다.
대형 인프라 실적: 세계 최장 철도터널인 브레너 베이스 터널(64 km), 뮌헨 지하철 터널, 스위스 Lago Bianco 댐, ETH Zürich 빙하 지진 관측 등.
Solifos BRUsens DSS 제품 라인업 (6종)
| 모델 | 구조 (외 → 내) | 외경 / 중량 | 압착 저항 | 운용 온도 | 특징 |
| DSS V0 | HDPE 외피 + 316L 강선 + 젤 충진 316L 강관(여장 최소화) | 3.5 mm / 19 kg/km | 800 N/cm | -40~+85 °C | 최대 인장 700 N, 고강도·지반 |
| DSS V1 | EPR 외피 + 인터록 보호층 + 인터록 변형 전달층 (비금속) | 2.8 mm / 5.9 kg/km | 150 N/cm | -30~+70 °C | 전 유전체, 초경량·고감도 |
| DSS V3 | 구조화 PA 외피 + 아연도 강선 + 인터록 보호층 + 316L 강관 + 인터록 결합 광섬유 | 7.2 mm / 75 kg/km | 500 N/cm | -30~+70 °C | 중장비급 보호, 배관·지반 매설 |
| DSS V4 | 인터록 PA 외피 + 316L 강관 + 인터록 변형 전달층 | 3.2 mm / 10.5 kg/km | 250 N/cm | -30~+70 °C | 소형 금속관형, 배관 |
| DSS V9 | 구조화 PA 외피 + 316L 강관 + 다층 버퍼·인터록 변형 전달층 + 변형 전용 광섬유 | 3.2 mm / 10.5 kg/km | 250 N/cm | -30~+70 °C | 대표 모델, 브레너 터널 적용 |
| BSSH V13 | 구조화/평활 PA 외피, 변형용 금속관 2개 + DTS·DAS용 FIMT | 5.9~6.5 mm / 46~55 kg/km | 300 N/cm | -30~+70 °C | DSS + DTS + DAS 하이브리드, 300 bar |
※ 전 모델 최대 1%(10,000 µε) 변형 측정, 단일모드 광섬유, IEC 60794-1-2 시험, 할로겐프리 외피. 인장하중 값은 일부 데이터시트 표기가 모호해 본문에서 제외했으며 최신 데이터시트로 확인하십시오.
DSS 적용 분야와 추천 모델
| 적용 분야 | 감시 내용 | 추천 모델 |
| 도로·철도·지하철 터널 | 라이닝 배면에 나선형으로 시공해 3차원 변형 감시, 천장 균열·처짐 | DSS V9, V3, BSSH V13 |
| 교량·건축물 | 장기 처짐·균열 추세, 지진·사고 전후 전 구간 비교 | DSS V9 (+ DAS AC1) |
| 말뚝·기초 | 말뚝 축 방향 변형으로 초기 거동 감지, 외부 접속점으로 주기 측정 | DSS V1, V9 |
| 댐·제방·저수지 | 제체 변형·침하 감시, 브릴루앙으로 변형과 온도 동시 측정 | DSS V1, V9 (+ DTS AHFO) |
| 파이프라인 | 배관 부착 또는 수 m 이격 매설로 지반 이동·배관 변형 감시 | DSS V3, V4 |
| 지반·사면·산사태 | 지반 이동 조기 경보, 대형 토목 현장 보호 | DSS V0, V3, V9, BSSH V13 |
| 철도 노반·포장 | 노반 침하, 포장 변형 | DSS V3, V9 |
| 해저·해상 구조물 | 해저 매설 및 수중 구조물 변형 | DSS V0, V3, V9 (해저 적용 명시) |
※ 추천 모델은 Solifos 적용 분야 페이지 기준이며, 철도 노반·해저 항목은 데이터시트의 적용 조건을 근거로 한 위트솔루션즈의 제안입니다.
터널 구조 감시
Solifos는 도로·철도·트램 터널의 라이닝 배면에 변형률 케이블을 그라우팅해 평행 나선형으로 설치하는 방법을 제시합니다. 이렇게 하면 단면 방향과 축 방향 변형을 함께 파악해 3차원 영역의 변화를 감시할 수 있습니다. 화재 감시가 함께 필요하면 DTS 온도 센싱 케이블 페이지(내부 링크)를 참고하십시오.
교량·건축물과 말뚝 기초
분포형 케이블은 수년에 걸친 느린 변화를 기록하므로, 지진이나 차량 충돌 같은 사건이 생기면 사건 전후의 전 구간 변형을 정량 비교할 수 있습니다. 말뚝에는 시공 시 변형률 케이블을 부착하고 외부 접속점을 두어, 이동식 계측기로 여러 현장을 주기적으로 측정할 수 있습니다.
댐·제방과 파이프라인
댐과 제방은 변위, 지진, 침투수가 주요 위험입니다. 브릴루앙 계측기는 변형률 케이블과 함께 쓰면 변형과 온도를 동시에 측정할 수 있으며, 침투수 조기 감지에는 가열형 DTS 케이블을 병행합니다. 파이프라인에는 케이블을 배관에 부착하거나 수 m 떨어진 곳에 매설해 지반 이동을 감시하고, 특수한 경우 배관 내부 벽에 고정해 압력 저하를 감지합니다. 진동 기반 누설 감지는 DAS 음향·진동 센싱 케이블 페이지(내부 링크)를 참고하십시오.
DSS 설치 가이드 – 측정 품질을 결정하는 시공 포인트
시공 시점: 구조물 내부 변형까지 보려면 타설·시공 단계에서 매립합니다. 기존 구조물은 표면 감시로 제한됩니다.
고정 방식: 연속 접착·매립은 연속 변형 분포를, 앵커 고정은 앵커 사이의 평균 변형을 측정합니다. 균열 탐지 목적이면 앵커 간격을 예상 균열 간격에 맞춥니다.
사전 인장(Pre-strain): 수축·단축을 측정하려면 케이블에 미리 인장을 주어 설치합니다 (Solifos 사전 인장 케이블 방식).
온도 보상: 변형이 전달되지 않는 온도 측정용 광섬유를 같은 경로에 병행 설치하거나 BSSH V13을 사용합니다.
접속·인출부 보호: 스플라이스와 구조물 인출부는 꺾임·손상 위험이 가장 큰 곳이므로 보호 브래킷·스플라이스 박스를 사용합니다.
액세서리·교육: Solifos는 앵커, 브래킷, 루프·팬아웃, 스플라이싱 키트와 취급 교육을 제공합니다.
DSS 케이블 선정 가이드
| 검토 항목 | 확인 내용 |
| 대상 구조물 | 콘크리트·강구조·지반·배관, 신설/기존 여부 |
| 설치 방식 | 매립(콘크리트·토양·그라우트), 표면 접착, 앵커 고정, 해저 |
| 예상 변형 | 최대 변형률(≤ 1%), 인장/압축, 검출하려는 최소 변화량 |
| 기계적 보호 | 시공 장비·다짐·설치류·수압 → V3(중보호) / V9·V4(소형) / V1(비금속) |
| 온도 조건 | 온도 변화 폭, 온도 보상 방법 (병행 광섬유 또는 V13) |
| 계측기 | BOTDR / BOTDA / Rayleigh 방식, 측정 거리·공간 분해능, 이동식 측정 여부 |
| 추가 측정 | 온도·진동을 함께 볼 것인지 → BSSH V13 하이브리드 |
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. DSS(분포형 광섬유 변형률 센싱)란 무엇인가요?
DSS는 구조물에 매립하거나 부착한 광섬유 전체를 변형률 센서로 사용해, 케이블을 따라 연속된 변형 분포를 측정하는 기술입니다. 주로 브릴루앙(Brillouin) 계측기를 사용하며, 터널·교량·댐·배관·지반의 미세한 변형과 균열 발생 위치를 찾습니다.
Q. 일반 통신용 광케이블로도 변형률을 측정할 수 있나요?
정확한 측정은 어렵습니다. 통신용 케이블과 DTS 케이블은 광섬유가 튜브 안에서 느슨하게(루즈튜브) 움직이도록 만들어져 외부 변형이 광섬유에 전달되지 않습니다. DSS에는 구조물의 변형이 층간 미끄러짐 없이 광섬유까지 전달되는 전용 변형률 케이블이 필요합니다.
Q. Solifos DSS 케이블이 변형을 더 정확하게 측정하는 이유는 무엇인가요?
Solifos는 광섬유를 둘러싼 버퍼·보호층·외피를 서로 맞물리게 한 인터록(Interlock) 변형 전달 구조와, 콘크리트·지반에 걸리도록 요철을 낸 구조화 표면 외피를 적용합니다. 층 사이 미끄러짐을 줄여 구조물의 변형이 광섬유에 그대로 전달되며, 동시에 316L 금속관으로 광섬유를 보호합니다.
Q. Solifos DSS 케이블의 측정 범위는 어떻게 되나요?
BRUsens DSS 전 모델은 최대 1%(10,000 µε)의 변형률을 측정하도록 설계되었습니다. 브릴루앙 계측기를 사용하면 수 µε 수준의 미세 변형까지 검출할 수 있으며, 실제 분해능은 계측기 사양에 따라 다릅니다.
Q. DSS 측정에서 온도 영향은 어떻게 보상하나요?
브릴루앙 주파수는 변형률(약 450 MHz/%)과 온도(약 2 MHz/°C) 모두에 반응하므로, 온도 1 °C 변화가 약 44 µε의 변형처럼 보일 수 있습니다. 변형이 전달되지 않는 온도 측정용 광섬유를 나란히 설치해 보상하며, Solifos BSSH V13은 변형용·온도용 광섬유를 한 케이블에 통합했습니다.
Q. DSS와 스트레인 게이지·진동현식 센서는 어떻게 다른가요?
스트레인 게이지와 진동현식 센서는 설치한 지점의 변형만 측정합니다. DSS는 케이블 한 가닥으로 수 km 구간을 연속 측정하므로 센서 사이의 사각지대 없이 균열이나 변형 집중 위치를 찾을 수 있습니다.
Q. DSS 케이블을 콘크리트나 지반에 직접 매립할 수 있나요?
네. BRUsens DSS V0·V1·V3·V4·V9는 데이터시트에 토양·콘크리트·복합재 직접 매립이 명시되어 있습니다. 구조화 표면 외피를 가진 V3·V9·BSSH V13은 콘크리트·그라우트와의 부착이 특히 유리합니다.
Q. 기존 구조물에도 DSS를 설치할 수 있나요?
가능하지만 표면 부착 방식이 됩니다. Solifos는 구조물 내부 변형까지 감시하려면 시공 단계에서 매립하는 것을 권장하며, 기존 구조물에는 표면 접착 또는 앵커 고정으로 설치합니다.
Q. DSS로 균열 폭을 직접 측정할 수 있나요?
DSS는 변형률 분포를 측정하며, 균열이 생긴 위치는 국부적인 변형률 피크로 나타납니다. 균열 폭은 측정 구간 길이와 고정 방식, 구조 해석을 통해 추정하므로 설계 단계에서 측정 방법을 함께 정해야 합니다.
Q. 한국에서 Solifos DSS 케이블을 공급받을 수 있나요?
네. 위트솔루션즈에 대상 구조물, 설치 길이, 매립·부착 방식, 예상 변형 범위, 온도 조건, 사용 계측기를 알려주시면 적합한 모델과 데이터시트, 견적을 안내해 드립니다.
DSS 데이터시트 다운로드
BRUsens DSS V0 (PDF, EN) https://solifos.com/wp-content/uploads/2023/10/Solifos_3-50-2-006_en.pdf
BRUsens DSS V1 (PDF, EN) https://solifos.com/wp-content/uploads/2023/10/Solifos_3-50-2-004_en.pdf
BRUsens DSS V3 (PDF, EN) https://solifos.com/wp-content/uploads/2023/10/Solifos_3-50-2-002_en.pdf
BRUsens DSS V4 (PDF, EN) https://solifos.com/wp-content/uploads/2023/10/Solifos_3-50-2-003_en.pdf
BRUsens DSS V9 (PDF, EN) https://solifos.com/wp-content/uploads/2023/10/Solifos_3-50-2-005_en.pdf
BRUsens BSSH V13 Hybrid (PDF, EN) https://solifos.com/wp-content/uploads/2023/10/Datasheet-BSSH-V13.pdf
관련 센싱 케이블
DTS 광섬유 온도 센싱 케이블 https://www.witsolutions.co.kr/solifos/dts-fiber-optic-temperature-sensing/
DAS 광섬유 음향·진동 센싱 케이블 https://www.witsolutions.co.kr/solifos/das-fiber-optic-acoustic-sensing/
Solifos 광섬유 센싱 케이블 (DFOS) https://www.witsolutions.co.kr/solifos/fiber-optic-sensing-cable/
Solifos DSS 케이블 국내 공급 및 기술 상담 – 위트솔루션즈
위트솔루션즈는 스위스 Solifos AG의 한국 공급 파트너(대리점)로서 DSS 센싱 케이블의 제품 선정, 데이터시트·기술자료 제공, 설치 방식 검토와 프로젝트 견적을 지원합니다. 아래 정보를 함께 보내주시면 검토가 빨라집니다.
대상 구조물과 감시 목적(균열·처짐·침하·지반 이동)
설치 길이, 매립·부착·앵커 방식, 시공 단계
예상 변형 범위와 온도 조건
사용 예정 계측기(BOTDR/BOTDA/Rayleigh)와 프로젝트 일정
출처
Solifos – Structural Health Monitoring https://solifos.com/en/produkte/structural-health-monitoring/
Solifos – Geotechnical Monitoring https://solifos.com/en/produkte/geotechnical-monitoring/
Solifos – Brenner Base Tunnel https://solifos.com/en/brenner-base-tunnel-monitoring/
Solifos – Munich subway tunnel ceiling https://solifos.com/en/fiber-optic-sensor-technology-in-the-heart-of-munich-monitoring-the-subway-tunnel-ceiling/
Solifos – Sensing 데이터시트 https://solifos.com/en/downloads-sensing/