[논문]Acoustic Emission 모니터링 데이터의 Time-Frequency 기법 적용을 통한 처분장 현장암반에서의 소음원 위치추정 분석

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김진섭 (한국원자력연구원) , 이경수 (한국원자력연구원) , 권상기 (한국원자력연구원) , 조계춘 (한국과학기술원)

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AE 센서(AE603SW-GA: <D20x20H mm)는 60±20% (kHz)의 공진주파수를 가지며, 민감도가 115 dB이다. 샘플 데이터는 4096개, 그리고 샘플링 간격은 2usec이었다. 소음원으로는 52kHz의 초음파 펄서(Ultracon-2020: 中37x47H mm)가 사용되었다.
샘플 데이터는 4096개, 그리고 샘플링 간격은 2usec이었다. 소음원으로는 52kHz의 초음파 펄서(Ultracon-2020: 中37x47H mm)가 사용되었다.
암석시료에 대한 위치추정 기법을 적용하기 위하여 화강암 시편(LxWxH: 152x196x503 mm, 단 위중량 :2, 670 kg/n?) 을 사용하였다. AE 센서(AE603SW-GA: <D20x20H mm)는 60±20% (kHz)의 공진주파수를 가지며, 민감도가 115 dB이다.
현장암반에서의 시간-주파수 분석을 통한 소음 원 위치추정을 위하여 지하처분연구시설(KURT) 를 대상으로 현장실험을 수행하였다(Fig. 3). 소음원으로는 임팩트 해머를 이용하였으며 암반 시추 공 깊이 별로 타격을 하였다.

그러나 현장암반의 경우 필터링을 효율적으로 한다할지 라도 초기 도달 P파를 검출하는데 실험자의 주관과 노이즈가 상당부분 포함이 되게 된다. 따라서 본 연구에서는 AE 데이터를 분석하는데 Wigner-Ville Distribution 이 란 시간-주파수 신호 분석 기법을 활용하여, 가능한 실험자의 주관과 현장암반의 절리영향을 최소화할 수 있는 위치추정 기법을 시도하였다.
따라서 파의 전파특성을 정확하게 관찰하기 위해서는 시간에 따른 도달 주파수 성분을 분석할 수 있는 비정상상태 신호분석 방법이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 방법 중에서 시간 및 주파수 분해능을 동시에 향상시킬 수 있는 위그너-빌 분 포(Wigner-Ville Distribution)를 사용하였다.

1에 나타내었다. TOAD 방법을 이용한 위치추정을 수행한 결과 최대 오차가 1.5cm이었으며, WVD을 통한 위치추정 최대오차는 2.9cm이었다.
WVD 알고리즘을 이용한 신호의 시간-주파수 분석을 통해 AE의 위치표정 적용가능성을 확인할 수 있었다. 현재로선 WVD의 정확도를 더욱 높이고, 신호처리시 혼신성분(chjss term)의 효율적인 제거가 과제로 남아있다.
전반적으로 TOAD 방법을 통한 위치추정 결과가 WVD에 비해 더 정확한 결과를 도출하였다. 이는 신호발생 장치로 사용한 초음파 펄서의 직경이 47mm로 AE 센서 (25mm)에 비해 2배가량 크고, 상대적으로 시료의 크기가 작아 탄성파의 전파시 source directivity가 존재하기 때문인 것으로 판단된다.
4에 나타내었다. 현장실험 결과 대부분의 위치 표정은 0.6m 이내의 정확도를 보였으며, 암반손상 구간에서는 상대적으로 큰 오차가 발생하였다 (1.1m).

현재로선 WVD의 정확도를 더욱 높이고, 신호처리시 혼신성분(chjss term)의 효율적인 제거가 과제로 남아있다. 본 기술의 확립을 통해 주파수별로 현장암반의 감쇄계수를 측정(spectral ratio 기법)할 수 있으며, 이는 균열 발생위치에서의 정량적인 균열 에너지를 추정하는데 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

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