Research Highlight

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이정률 교수님의 광전구조연구실에서 수행하는 연구에 대하여 소개하겠습니다.

 

진행중인 연구분야에는 ‘비파괴 검사 및 평가(Nondestructive Evaluation)’, ‘구조 건전성 모니터링(Structural Health Monitoring and Management)’, ‘레이저 응용 분야(Lasers in Engineering)’ 등이 있습니다. 이번 Research Highlight에서는 위에 나열된 각각의 연구에 대하여 대표적인 몇 가지만 간략하게 설명을 드리도록 하겠습니다.

 

비파괴검사 및 평가 (Nondestructive Evaluation)

비파괴검사 및 평가 (Nondestructive Evaluation) 검사하고자 하는 대상 물체에 손상이 있는지 없는지를 물체를 뜯어보지 않고 그 크기와 위치까지 확인 할 수 있는데 이를 비파괴검사 혹은 비파괴평가라고 부릅니다. 검사를 하는 것에는 다양한 방법이 있으 나 현재 연구실에서는 레이저 초음파를 사용해 다른 검사기법보다 빠르고 정확하게 검사하면서 동시 에 사용하기 쉬운 시스템을 개발하고 있습니다. 레이저를 물체에 가하게 되면 그 부분에서 열탄성 효과(thermoelastic effect)에 의해 초음파가 발생 하게 됩니다. 이렇게 전파되는 초음파는 손상위치에 도달하면 그 파형에 변화가 생기게 되는데 이는 마치 연못에 돌을 던져 퍼지 던 물결이 바위나 장애물을 만나 물결 모양이 변하는 원리와 같다고 볼 수 있습니다. 연구실에서는 이렇게 전파된 초음파를 센서 를 사용해 영상화하는 시스템을 개발하였으며 이를 UPI System(Ultrasonic Propagation Imaging System)이라 부릅니다. UPI System에는 접촉식 센서를 사용하는 PZT-UPI, 비접촉식 센서를 사용하는 LDV-UPI, 깊이 방향으로 검사하는데 최적화 된 Full Field - Pulse Echo UPI가 있습니다. PZT-UPI와 LDV-UPI의 경우 최대 초당 2만점의 레이저로 검사를 하기 때문에 매우 빠른 검사가 가능하며 실시간으로 초음파 전파영상을 보여주어 쉽고 정확하게 그 검사결과를 확인할 수 있습니다. PZT-UPI는 접촉식 센서를 사용하기 때문에 LDV-UPI 보다 감도가 좋습니다. 반면 LDV-UPI는 레이저로 초음파를 만들고 또 다른 레이저로 그 초음파 신호를 측정하기 때문에 아주 멀리서도 검사가 가능하며 센서를 설치하기 어려운 곡면 등을 검사하는데 매우 용이합니다. Full Field - Pulse Echo UPI는 깊 이 방향으로 debonding과 같은 손상을 검사하는 시스템으로 C-scan과 같은 검사를 한다고 볼 수 있습니다. 다만 C-scan과는 달리 검사할 때 표면에 물을 뿌려줄 필요 없이 완전 비접촉 방식으로 원거리에서 검사를 할 수 있습니다.

 

 

[그림 1] PZT-UPI & LDV-UPI

 

[그림 2] FF-PE UPI

 

구조 건전성 모니터링 (Structural Health Monitoring and Management)

비파괴 검사와 더불어 중요하게 여겨지는 것이 바로 구조 건전성 모니터링 과정입니다. 구조 건전성 모니터링이란 실제로 비행기 등이 작동하는 동안에 발생하는 어떤 손상들을 감지하여 마치 사람의 몸의 신경계처럼 작동할 수 있도록 시스템을 만드는 것을 이야기 합니다. 여기에서는 대표적으로 wearable haptic interface와 smart hangar 및 single channeled serial-connected PZT sensor Network를 소개하도록 하겠습니다. Wearable haptic interface는 UAV 날개에 설치한 광섬유 센서를 통해 strain data를 무선으로 통신하여 지상국의 조종사가 진동모터가 달린 소매를 입고 날개의 흔들리는 위치에 따라 소매의 진동이 울리는 시스템을 연구하고 있습니다.

 

[그림 3] Wearable haptic interface

 

Smart hangar는 비행기가 격납고(hangar)에 있을 때 레이저 초음파를 통해 빠르게 비행기를 검사하는 시스템으로 직접 비행기를 검사할 필요 없이 원거리에서 반사되는 거울을 이용해 PZT-UPI를 적용시켜 빠르게 검사를 하는 시스템을 완성하였고 단채널 직렬 연결 PZT 네트워크를 비행기 동체 안에 설치해 더 넓은 영역을 빠르게 검사할 수 있습니다.

 

[그림 4] Smart hangar(L) and single channeled serial-connected PZT sensor network(R)

 

레이저 및 광전 구조 응용 분야 (Lasers and opto-electro-structure in Engineering)

그 외에 pyroshock의 전파과정 등을 예측하고자 laser shock을 가지고 최대 8지점에서의 pyroshock 가속도를 완전 비접촉식 센서를 사용해 측정하고 예상할 수 있는 시스템과 마이크로웨이브를 통해 물체의 전파 흡수도, 반사도를 측정하여 스텔스 구조에 활용할 수 있는지 그 물성치를 측정하는 시스템을 개발하고 있습니다.

 

[그림 5] Laser pyroshock measurement system(L) and dual port free space measurement system (R)

 

 

편집         박재윤[dezukaquni@kaist.ac.kr]