비파괴 검사에 널리 쓰이는 Ground Penetrating Radar (GPR)의 콘크리트내 공동 탐사 성능을 알아보기 위해, 일련의 실험을 실시하였다. 공동 탐사는 사용하는 안테나의 주파수에 가장 큰 영향을 받으며, 실험에서는 900 MHz, 1 GHz, 1.5 GHz 3개의 안테나를 사용하였다. 콘크리트 기본시편의 크기는 1,000 mm (길이) ${\times}$ 600 mm (폭) ${\times}$ 140 mm (두께)이고, 공동은 200 mm (길이) ${\times}$ 600 mm (폭) ${\times}$ 50 mm (두께)의 크기를 갖고 있다. 공동의 매립 깊이를 20 mm, 30 mm, 60 mm, 70 mm 4개고 달리한 결과, 모든 경우에서 공동을 성공적으로 탐사하였으며, 각 안테나 주파수에서의 특성을 파악하였다. 또한 상업용 레이더 시스템의 영상 처리 결과를 향상시킨 결과를 논문에서 다루었다.
비파괴 검사에 널리 쓰이는 Ground Penetrating Radar (GPR)의 콘크리트내 공동 탐사 성능을 알아보기 위해, 일련의 실험을 실시하였다. 공동 탐사는 사용하는 안테나의 주파수에 가장 큰 영향을 받으며, 실험에서는 900 MHz, 1 GHz, 1.5 GHz 3개의 안테나를 사용하였다. 콘크리트 기본시편의 크기는 1,000 mm (길이) ${\times}$ 600 mm (폭) ${\times}$ 140 mm (두께)이고, 공동은 200 mm (길이) ${\times}$ 600 mm (폭) ${\times}$ 50 mm (두께)의 크기를 갖고 있다. 공동의 매립 깊이를 20 mm, 30 mm, 60 mm, 70 mm 4개고 달리한 결과, 모든 경우에서 공동을 성공적으로 탐사하였으며, 각 안테나 주파수에서의 특성을 파악하였다. 또한 상업용 레이더 시스템의 영상 처리 결과를 향상시킨 결과를 논문에서 다루었다.
A series of experimental work has been conducted to evaluate the capability of Ground Penetrating Radar (GPR) system in detecting delamination inside concrete. Three antenna at 900 MHz, 1000 MHz, and 1500 MHz frequency are used in the experiments for laboratory size specimens, and 400 MHz antenna ha...
A series of experimental work has been conducted to evaluate the capability of Ground Penetrating Radar (GPR) system in detecting delamination inside concrete. Three antenna at 900 MHz, 1000 MHz, and 1500 MHz frequency are used in the experiments for laboratory size specimens, and 400 MHz antenna has been used for a large size specimen. The laboratory size specimens have the dimensions of 1,000 mm (length) ${\times}$ 600 mm (width) ${\times}$ 140 mm (thickness) with a delamination of 200 mm (length) ${\times}$ 600 mm (width) ${\times}$ 140 mm (thickness). The cover depth of the delamination is varied as follows: 20 mm, 30 mm, 60 mm, and 70 mm. In all cases, the delamination has been successfully identified. The property of three frequencies was seized about detecting delamination. Also, it was shown that the image results in GPR were improved by signal processing.
A series of experimental work has been conducted to evaluate the capability of Ground Penetrating Radar (GPR) system in detecting delamination inside concrete. Three antenna at 900 MHz, 1000 MHz, and 1500 MHz frequency are used in the experiments for laboratory size specimens, and 400 MHz antenna has been used for a large size specimen. The laboratory size specimens have the dimensions of 1,000 mm (length) ${\times}$ 600 mm (width) ${\times}$ 140 mm (thickness) with a delamination of 200 mm (length) ${\times}$ 600 mm (width) ${\times}$ 140 mm (thickness). The cover depth of the delamination is varied as follows: 20 mm, 30 mm, 60 mm, and 70 mm. In all cases, the delamination has been successfully identified. The property of three frequencies was seized about detecting delamination. Also, it was shown that the image results in GPR were improved by signal processing.
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문제 정의
본 연구에서는 Ground Penetrating Radar (GPR)을 이용하여 콘크리트 구조물 내부에 위치한 공동을 탐사하기 위한 실험을 실시하고 그 내용을 분석하였다. 기본시편의 실험에서는 900MHz, 1000MHz, 그리고 1500MHz의 세 종류의 안테나를 사용하였으며, 공동까지의 매립 깊이를 20mm, 30mm, 60mm, 70mm로 각각 변화시켜서 시편을 제작하였다.
(1),(2) 콘크리트 구조물의 내구성 진단의 중요한 요소인 강도측정과 더불어 내부결함 즉, 공동이나 균열 등의 탐사를 하는 것은 매우 중요하다. 이것을 레이더를 활용해 탐사 할 수 있는지를 실험을 통하여 알아보고자 한다.
제안 방법
900MHz, 1GHz 그리고 1.5GHz의 안테나를 사용하여 모르타르 시편 내에 매립된 피복 깊이가 각각 다른 공동을 탐사한 결과, 그 존재여부와 위치를 모두 확인하였다. 또한 대형시편에 대한 공동탐사에 있어서도 400MHz 안테나를 사용하여 공동의 위치를 정확하게 탐사하였다.
기본시편의 실험에서는 900MHz, 1000MHz, 그리고 1500MHz의 세 종류의 안테나를 사용하였으며, 공동까지의 매립 깊이를 20mm, 30mm, 60mm, 70mm로 각각 변화시켜서 시편을 제작하였다. 그리고, 응용시편의 실험에서는 400MHz의 안테나를 사용하여 원자력 발전소 격납건물 벽체 실물 모형에 대해서 실험하였다. 실험 결과 분석과정에서 일반 상용레이더의 출력 영상을 향상시킨 신호처리 방법을 적용하였다.
2에서와 같이 시편의 표면에 안테나를 접착시킨 상태에서 이동하면서 측정하였다. 대형시편 실험은 시편 표면에서 안테나를 수평, 수직방향으로 이동시키면서 공동을 탐사하였다.
5GHz의 안테나를 사용하여 모르타르 시편 내에 매립된 피복 깊이가 각각 다른 공동을 탐사한 결과, 그 존재여부와 위치를 모두 확인하였다. 또한 대형시편에 대한 공동탐사에 있어서도 400MHz 안테나를 사용하여 공동의 위치를 정확하게 탐사하였다. 초기 2차원 영상에서는 확인하기 힘든 공동의 정확한 위치를 신호처리 과정을 거친 2차원 영상에서 확인할 수 있었다.
똑같은 시편과 실험 방법으로 1.5 GHz 안테나를 이용하여 콘크리트 내 공동탐사 실험을 하였다.
그리고, 응용시편의 실험에서는 400MHz의 안테나를 사용하여 원자력 발전소 격납건물 벽체 실물 모형에 대해서 실험하였다. 실험 결과 분석과정에서 일반 상용레이더의 출력 영상을 향상시킨 신호처리 방법을 적용하였다.
안테나의 주파수는 주파수가 높을수록 해상도와 분해능은 우수해지지만, 투과 심도가 얕아지는 단점이 있다. 이러한 안테나의 영향 요인을 알아보기 위해 기본시편에 대해서 현재 실무에서 비파괴 검사에 주로 쓰이는 900MHz, 1000MHz, 1500MHz 의 3 종류의 안테나를 사용하여 탐사성능을 비교하였다.
대상 데이터
소형시편에는 900MHz, 1000MHz, 그리고, 1500MHz의 주파수를 갖는 안테나를 사용하였다. 그리고, 대형시편에는 100MHz의 중심주파수를 갖는 안테나를 사용하였다. 실험에 사용된 안테나는 송신안테나와 수신안테나가 상자 안에 따로 분리되어 있는 형태이다.
본 연구에서는 Ground Penetrating Radar (GPR)을 이용하여 콘크리트 구조물 내부에 위치한 공동을 탐사하기 위한 실험을 실시하고 그 내용을 분석하였다. 기본시편의 실험에서는 900MHz, 1000MHz, 그리고 1500MHz의 세 종류의 안테나를 사용하였으며, 공동까지의 매립 깊이를 20mm, 30mm, 60mm, 70mm로 각각 변화시켜서 시편을 제작하였다. 그리고, 응용시편의 실험에서는 400MHz의 안테나를 사용하여 원자력 발전소 격납건물 벽체 실물 모형에 대해서 실험하였다.
대형시편으로 400MHz 안테나를 이용하여 콘크리트 내 공동탐사 실험을 하였다. 900MHz, 1000MHz, 1500MHz 안테나를 사용하여 대형시편을 측정하지 않은 이유는 대형시편의 두께가 1.
대형시편은 원자력 발전소 격납건물 벽체 모형 시편을 사용하였다. 이 시편 안에 있는 공동의 위치와 크기는 사전 공개 없이 실험이 진행되었다.
소형시편에는 900MHz, 1000MHz, 그리고, 1500MHz의 주파수를 갖는 안테나를 사용하였다. 그리고, 대형시편에는 100MHz의 중심주파수를 갖는 안테나를 사용하였다.
시편은 실험실에서 측정할 수 있는 소형시편과 실제 콘크리트 구조물 크기로 만들어진 대형시편을 사용하였다. 소형시편의 크기는 길이 1,000mm × 폭 600mm × 두께 140mm이다. Fig.
시편은 실험실에서 측정할 수 있는 소형시편과 실제 콘크리트 구조물 크기로 만들어진 대형시편을 사용하였다. 소형시편의 크기는 길이 1,000mm × 폭 600mm × 두께 140mm이다.
Photo 1은 응용시편의 실물 사진이다. 시편의 크기는 길이 4,200mm × 폭 1,800mm × 두께 1,200 mm 이다.
그리고, 대형시편에는 100MHz의 중심주파수를 갖는 안테나를 사용하였다. 실험에 사용된 안테나는 송신안테나와 수신안테나가 상자 안에 따로 분리되어 있는 형태이다. 수신안테나에서 받은 반사파는 본체 제어부에 저장되고 여기서 측정된 데이터는 신호처리를 위한 데이터 분석용 프로그램에서 분석된다.
피복두께 d는 20mm, 30mm, 60mm, 그리고, 70mm 4가지 경우를 실험에 사용하였다.
성능/효과
1 GHz에 비해서 피복 깊이가 깊어지더라도 출력 영상이 크게 감소하지는 않았고, 그럴수록 측정의 정확도는 향상되었다. 이러한 이유는 1.
1) 소형시편의 실험에서 세 종류의 안테나 중에서 1.5 GHz의 안테나를 사용하였을 때, 보다 정확하게 공동의 형상이나 위치를 확인할 수 있었다.
2) 공동 탐사의 경우 피복 깊이가 깊어질수록 탐사의 정확도는 향상되지만, 공동의 형상이 작아짐을 알 수 있다. 이는 레이더의 전자파가 감쇠하기 때문이며, 이러한 감쇠 때문에 주파수가 높은 안테나일수록 투과 깊이의 한계가 얕아진다.
3) 유전상수 값은 양생기간이 길어질수록 감소하였다. 이는 양생기간이 길어질수록 콘크리트 속의 수분이 감소하기 때문인 것이다.
4) 일반 상용장비에서 판독하기 힘든 영상을 신호처리 후 판독능력을 향상시켰다. 신호처리 후에는 링잉(ringing)과 노이즈(noise)가 제거되어 비교적 쉽게 공동을 탐사할 수 있었다.
5) 1.2 m 의 두께를 갖는 시편에 대해서는 400MHz 안테나를 사용하여 공동의 위치를 탐사할 수 있었다.
2m의 매우 두꺼운 시편이었기 때문에 이 안테나들로는 공동을 탐사할 수 없었기 때문이다. 실험 결과 수평방향으로 스캔한 것으로는 정확히 공동의 위치를 찾을 수 있었다. 하지만 수직으로 스캔하였을 때는 그 방향으로 수직 철근이 들어있어 그 간섭에 의해 정확하게 찾을 수가 없었다.
후속연구
일반 상용레이더의 출력 영상에서는 주관적인 판단에 좌우될 수 있고 정확하지 않은 결과를 가져올 수 있다. 좀 더 정확한 방법으로 객관적인 결과를 얻기 위해 보다 향상된 신호처리 방법을 사용할 필요가 제기된다. 이러한 신호처리를 통해 나온 결과가 Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
레이더로 공동 측정 시 안테나의 주파수가 높을수록 어떤 문제가 생기는가?
레이더로 공동 측정 시, 중요한 변수는 안테나의 주파수와 콘크리트의 수분 함유상태 등이다. 안테나의 주파수는 주파수가 높을수록 해상도와 분해능은 우수해지지만, 투과 심도가 얕아지는 단점이 있다. 이러한 안테나의 영향 요인을 알아보기 위해 기본시편에 대해서 현재 실무에서 비파괴 검사에 주로 쓰이는 900MHz, 1000MHz, 1500MHz 의 3 종류의 안테나를 사용하여 탐사성능을 비교하였다.
공동 탐사는 무엇에 큰 영향을 받는가?
비파괴 검사에 널리 쓰이는 Ground Penetrating Radar (GPR)의 콘크리트내 공동 탐사 성능을 알아보기 위해, 일련의 실험을 실시하였다. 공동 탐사는 사용하는 안테나의 주파수에 가장 큰 영향을 받으며, 실험에서는 900 MHz, 1 GHz, 1.5 GHz 3개의 안테나를 사용하였다.
콘크리트 구조물의 비파괴 검사는 목적에 따라 어떻게 분류되는가?
콘크리트 구조물의 비파괴 검사는 그 실시 목적을 크게 두께 측정, 철근 탐사, 공동 탐사 등으로 분류할 수 있고, 그 중 공동 탐사는 주로 터널 라이닝 배면 공동 탐사에 많이 활용되어 왔다.(1),(2) 콘크리트 구조물의 내구성 진단의 중요한 요소인 강도측정과 더불어 내부결함 즉, 공동이나 균열 등의 탐사를 하는 것은 매우 중요하다.
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