국내에 서식하는 지중흰개미는 목재 내부에 공동화 현상이 발생되어 붕괴가 일어나기 직전까지도 외관상 특별한 변화가 발견되지 않는다. 이러한 흰개미의 활성을 비파괴적으로 측정하는 기술은 현재 국내에 적용된 사례가 없었다. 따라서 본 연구는 극초단파 탐지 장비(Termatrac, Australia)를 이용하여 목조 문화재의 비파괴 진단 기술을 정립하고자 한다. 연구 결과, 소나무의 경우 16cm(민감도 5, 6), 느티나무와 Douglas fir의 경우 17cm(민감도 5, 6)까지 측정이 가능하여 국내 대부분의 목조 건축물에 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 현장조사 결과 전국 목조건축물 231동 중 33.8%가 흰개미에 의한 손상을 입었으며, 7.8%인 총 18개 건물에서 흰개미 가해가 진행 중인 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해 목조 문화재의 비파괴 분석법으로서 적용이 가능할 것이라 예상된다.
신경망 기반의 신호 분류 시스템은 비파괴 검사 시 추출되는 많은 양의 데이터를 처리하기 위한 방법으로 꾸준히 이용되고 있다. 비파괴검사 방법 중, 초음파 탐상법은 용접 지역에서 결함들을 찾기 위하여 비파괴 검사에서 일반적으로 사용되고 있는 추세다. 초음파 탐상법의 중요한 특징은 특정 신호에서 발생하는 불연속성을 판별해내는 능력이다. 지금까지의 보편화되어 있는 기술은 신호를 분류하기 위해 각각의 A-scan 신호를 처리하는 반면 본 논문에서는 이웃하는 A-scan 신호의 정보를 기반으로 하는 2차원 푸리에 변환(Fourier transform)과 주성분 분석(principal component analysis) 기법을 이용하여 특징 벡터를 추출, 분류하는 방법을 제시하고자 한다.
응력파의 기반한 비파괴 검사법은 비교적 실험 절차 및 실험에 필요한 장비가 단순하고, 인체에 해가 없으며, 비용이 저렴한 특성을 갖고있다. 따라서 건축/토목 구조물의 비파괴 검사에 매우 효과적인 방법으로 알려져 있다. 하지만 기존의 가속도계, 변위계, 지오폰과 같은 부착 센서를 사용할 경우 표면 처리, 센서의 부착 및 이동에 따른 추가적인 시간이 소요되고, 센서와 구조물의 불완전한 커플링으로 인한 측정 결과의 신뢰성 및 일관성을 유지하지 어렵다는 문제를 발생시킨다. 최근 이러한 문제의 해결책으로 Air-coupled sensor (ACS)의 사용이 각광받고 있으며, 여러 연구자들에 의해 ACS의 가능성 및 실용성이 증명되고 있다. 기존의 접촉센서와 비교하여 ACS를 사용했을 때 얻을 수 있는 가장 큰 장점은 센서의 커플링 문제를 근본적으로 해결하여 신뢰도가 높고 일관적인 측정이 가능하고, 대형 건축/토목 구조물의 표면을 음향스캔하여 결과를 신속하게 처리하여 실시간으로 시각화 할 수 있다는 점이다. 이론적으로 ACS를 이용하여 측정하는 물리값은 콘크리트 내부에서 발생된 응력파의 일부가 공기중으로 전파된 누설파 (Leaky wave)이다. 콘크리트 비파괴 검사에 주로 사용하는 100 kHz이하의 저주파를 측정할 경우 일반적으로 콘텐서마이크가 ACS로 사용될 수 있다. 기존 연구자들은 실험 및 이론적 연구를 통하여 응력파에 기반한 비파괴 방법에서 ACS가 기존의 접촉 센서를 대체할 수 있다는 점을 보여주고 있다. 현재 미국에서는 연방 도로청 (FHWA) 및 국가표준기술연구소 (NIST)의 연구비 지원으로 ACS의 실용성을 높이기 위하여 최적화된 음향반사판의 설계를 통한 ACS 의 민감도를 높이기 위한 연구, 다채널 센서 배열 및 데이터 통합을 위한 새로운 알로리즘 개발, 자동화 및 로봇 기술과 융합과 같은 연구가 활발히 진행되고 있다. 멀지 않은 미래에는 ACS를 장착한 무인 로봇이 다양한 종류의 건축/토목 구조물의 건전도를 평가하기 위하여 종횡무진 활약하는 모습을 현실 속에서 볼 수 있을 것이라 기대한다.
탄소나노튜브와 그래핀 등으로 대표되는 탄소 동소체기반 나노재료의 우수한 기계적 특성을 이용해 콘크리트의 압축강도를 증가시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로, 나노재료 적용을 통한 강도 향상을 위해서는 콘크리트 내 나노재료의 분산성이 높아야 하며, 이를 검증하기 위해 외부에서 비파괴적으로 확인할 수 있는 검사 기술이 요구된다. 본 연구에서는, 적외선의 직진성과 마이크로파의 투과성을 동시에 갖고 있는 THz 전자기파를 이용하여 MWCNT 및 GO가 포함된 두 종류의 나노시멘트 모르타르 시편을 제작하여 굴절률 및 흡수율과 같은 기초 광학물성 측정 시험을 수행하였다. 시험을 통해 일반 시멘트 모르타르에 비해 나노재료가 포함된 시편에서 굴절률은 평균 1.0~2.5%, 흡수율은 평균 -14~28% 차이로 측정됨을 확인하였다. 이를 통해, 비파괴적으로 콘크리트 내부에 포함된 나노재료의 분포도를 영상화할 수 있는 기술의 실현 가능성을 확인하였다.
재료의 노화에 의한 강도 및 인성 감소치를 정량적으로 평가하는 비파괴적 기법의 개발이 시도되고 있으며 전기비저항법도 그 중의 하나이다. 본 연구에서는 전기비저항법의 열화도 평가에의 적용성을 살펴보기 위해 먼저 6종 10 가지의 비자성 금속을 측정시료로 선택하여 직류 two-point probe법(혹은 2탐침법)으로 전기비저항을 계산한 결과와 비접촉식 와전류 방법으로 전기비저항을 측정한 결과를 서로 비교하였다. 또한, 1Cr-1Mo-0.25V강에 대하여 비파괴적 측정 방법인 four-point probe 방법(혹은 4탐침법)을 사용하여 얻은 결과와 기존의 2탐침법을 사용하여 얻은 결과를 서로 비교하여 현장에서의 4탐침 기술의 적용 가능성을 살펴보았다. 1Cr-1Mo-0.25V강에 대하여 2탐침법으로 구한 비저항 값과 4탐침법으로 구한 비저항 측정값의 차이는 0.6%였다. 따라서 4탐침법을 사용하여 현장에서 금속소재의 열화도의 비파괴적 평가가 가능하다고 사료된다.
본 연구에서는 하나로 및 동위원소생산시설을 활용하여 비파괴 검사에 사용되는 $^{169}Yb$ 선원의 생산 기술을 개발하였다. 천연 존재비 0.14%의 $^{168}Yb$ 을 20% 까지 농축한 $Yb_2O_3$ 분말을 표적물질로 사용하였고 이 물질의 방사화를 위하여 펠릿 성형기술 및 장치를 개발하였다. 중성자 조사를 위한 표적캡슐 및 기존 $^{192}Ir$ 선원 조사기에 사용이 가능한 선원 어셈블리를 설계 제작하였다. 또한, 하나로를 이용하여 약 5 Ci의 방사능 강도를 갖는 시험용 선원을 제작하여 $^{192}Ir$ 선원과 비파괴검사 성능을 비교 평가하여 선원의 우수함을 확인하였고 선원캡슐의 안전성시험을 실시하여 캡슐의 안전성을 검증하였다.
본 연구에서는 사장교의 핵심부재인 케이블 점검을 위한 자동화 검사 시스템을 개발하였다. 강자성체로 이뤄진 연속체 구조물인 케이블의 내외부 검사에 적합한 비파괴검사법으로는 선행연구를 통해 검증된 누설자속탐상법이 적용되었고, 홀센서와 영구자석을 이용하여 다채널의 누설자속 측정용 자기센서헤드를 제작하였다. 또한 케이블 검사의 자동화로 접근성을 높이기 위해 사장교 케이블을 따라 이동할 수 있는 바퀴굴림 방식의 케이블 등반 로봇을 설계 및 제작하였고, 로봇을 다양한 디바이스에서 모니터링 및 제어하기 위한 컨트롤 프로그램을 제작하였다. WLAN 방식의 무선통신기술을 적용하여 원격으로 계측 데이터 전송 및 로봇제어를 가능하게 하였다. 최종적으로 본 연구를 통해 개발된 세부 기술들이 연동된 누설자속탐상법 기반 케이블 이동형 진단 시스템을 이용하여 실제 운용중인 서해대교의 케이블을 대상으로 현장 시험을 수행함으로써 본 시스템의 현장 적용성을 검증해보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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