초록 ▼

스마트센서와 원격무선통신 시스템을 이용하여 비행체 구조물의 저속충격 및 외부하중에 의한 손상을 실시간으로 감지/탐지하여 자체 진단/평가할 수 있는 구조건선성 모니터링 기술 개발
복합재료로 제작된 항공기인 경우, 손상 발생이 예상되는 부분 이외에서 손상이 발생할 경우에는 손상을 탐지할 수 없으므로 압전센서 등을 구조물에 장착하여 감지된 센서의 신호 분석을 통한 손상을 감지하고 센서신호와 손상에 대한 관계를 정립하여 정량적인 손상의 탐지/평가기술을 개발한다. 소형안테나를 이용하여 스마트 센서들로부터 얻은 데이터들을 원격 송수신할

스마트센서와 원격무선통신 시스템을 이용하여 비행체 구조물의 저속충격 및 외부하중에 의한 손상을 실시간으로 감지/탐지하여 자체 진단/평가할 수 있는 구조건선성 모니터링 기술 개발
복합재료로 제작된 항공기인 경우, 손상 발생이 예상되는 부분 이외에서 손상이 발생할 경우에는 손상을 탐지할 수 없으므로 압전센서 등을 구조물에 장착하여 감지된 센서의 신호 분석을 통한 손상을 감지하고 센서신호와 손상에 대한 관계를 정립하여 정량적인 손상의 탐지/평가기술을 개발한다. 소형안테나를 이용하여 스마트 센서들로부터 얻은 데이터들을 원격 송수신할 수 있는 무선 통신시스템기술을 적용하여 구조물에 장착된 센서신호들을 원거리에서 모니터링할 뿐 아니라 시스템의 소형화, 경량화, 단순화를 추구할 수 있고 실시간으로 항공기 구조물의 건전성 을 모니터링 할 수 있는 기술에 대하여 연구하였다.
- 저속/고속충격에 의한 압전센서 신호 특성 규명: 충격시편에는 압전센서와 스트 레인게이지, A.E. 센서를 부착한다. 충격체의 질량과 충격높이를 변화시키면서 충격에너지에 따른 충격력, 충격속도, 각 센서신호를 동시에 취득한다. 취득한 신호는 FFT, STFT, WT 등 신호분석 알고리즘을 통하여 복합재 시편의 손상 모드와의 정성적 관계를 고찰하였다.
- 균열성장에 의한 음향파, 응력파 신호 감지 특성: 동적충격을 감지할 수 있는 고분자 압전 필름센서(PVDF)와 스트레인게이지를 통해 저속/고속 충격신호를 획득한다. 신호처리/분석을 통하여 복합재료 구조의 초기 손상을 규명하였다. 초기손상은 비파괴검사인 C-scan과 단면검사를 통해 손상영역을 정량적으로 탐지하며 운동에너지 변화에 따른 손상 모드및 크기에 대한 정성적 관계를 고찰하였다.
- 손상의 위치, 크기 등을 진단할 수 있는 비선형 역방향 문제해석 알고리즘 개발 및 손상검증: 저속충격 위협을 받는 복합재 구조물의 경우, 센서신호를 이용하여 충격위치, 충격력을 복원할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 센서신호로 복원된충격력과 실제 측정한 충격력과의 비교분석을 통하여 역방향 문제 알고리즘과 모델링에 대한 검증을 수행한다. 충격시편의 비파괴검사와 단면검사를 통하여 실제 파손의 모드, 크기 및 형상 등을 관찰하여 측정된 센서신호와의 정량적 관계에 대하여도 고찰하였다.
- 소형화된 안테나를 이용한 송·수신 시스템의 확장 및 검증: 외부하중에 의한 구조물의 준정적 변형, 구조물의 진동, 구조물의 파손에 따라 구조물에 부착된 센서신호를 무선으로 송신할 경우, 송수신기 소형화 검토와 소형화 안테나 그리고 여기에 필요한 안테나의 소형화 문제와 소형화된 안테나를 이용한 송수신 시험 및 평가를 수행하였다.
- 저속/고속 충격시험을 수행하여 충격손상에 의한 압전센서신호, 스트인 게이지, 음향센서신호와의 상관관계 및 특성 규명
- 압전센서 신호 분석 및 충격후 비파괴 검사를 통한 손상의 크기와 상관관계 규명
- 복합적층판의 충격위치 및 충격력을 복원할 수 있는 비선형 역방향 알고리즘 개발
- 447Hz 대역의 송수신시스템을 구성하여 압전센서신호의 송수신 특성 평가
- 프린트형 반파장 소형 루프 안테나 개발 및 안테나 성능 평가

Abstract ▼

To develop the structural health monitoring technology of aerospace structures based on remote wireless system which can monitor/detect/evaluate damage due to the impact and external loading.
The increase use of composite materials in aircraft structures introduces the potential for BVID(Barely V

To develop the structural health monitoring technology of aerospace structures based on remote wireless system which can monitor/detect/evaluate damage due to the impact and external loading.
The increase use of composite materials in aircraft structures introduces the potential for BVID(Barely Visible Impact Damage). Experimental correlation
between sensor signal and damage will be established through the impact test and crack induced loading test in this research. These damage detection technology can be a part of structural health monitoring technology. Design of near field wireless communication system, network, and miniaturization of
antenna is examined for telemetry of data from piezoelectric sensor. The research effort is to develop light-weight, cost effective wireless microsystems that can be used for health monitoring of existing and future aircraft, which will not affect aerodynamic shape and structural integrity.
- Characterization of piezoelectric sensor signals due to low/high-velocityimpact
- Detection of stress wave and/or acoustic emission signals due to impactdamage
- Examination of the nonlinear inverse problem for externalloading and structural responses.
- Evaluation for the wireless microsystems with the miniaturization of microstrip antenna using folded structure.
The signals of piezoelectric sensors, strain gags, and acoustic emission transducers are measured simultaneously during impact loading and analyzed.
The relationship between sensor signals and failure mode/extent of composite specimen are examined by using the FFT, STFT, WT signal processing algorithm. The algorithm for nonlinear inverse problem which impact location and impact force can be reconstructed using sensor responses are developed both analytically and numerically. Damage detection/identification analysis plays a major role in the health monitoring system. The relationship between
damage or defects and measurable physical quantities of the structures with damage needs to be established.
\cdot Applications in structural health monitoring technology
- Airplane, spacecraft, automobile, ship
\cdot Applications in civil & infra structural health monitoring
\cdot Communication between moving and fixed system
- Helicopter rotor blade, Jet engine health monitoring
\cdot Wireless network for automatic detection traffic ticket
\cdot Portable wireless network of miniaturized guidance missile.

목차 Contents

• 연구계획요약문...3
• 연구결과요약문(국문)...4
• 연구결과요약문(영문)...5
• 1. 서론...6
• 1.1 연구배경 및 중요성...7
• 1.2 연구목표 및 연구내용...9
• 2. 연구방법 및 이론...10
• 2.1 스마트센서 신호 특성 및 처리기술...10
• 가. 구조건전성 모니터링 기술...10
• 나. 손상에 의한 센서신호(PVDF, PZT 센서신호) 특성...12
• 2.2 손상탐지 및 진단기술...19
• 가. 충격손상진단법...19
• 나. 충격손상평가방법...19
• 다. 비선형 역방향 문제해석 알고리즘 개발...20
• 라. 저속충격시험을 통한 충격손상 특성 평가...27
• 마. 고속충격시험을 통한 충격손상 특성 평가...16
• 2.3 원격무선 통신 소형화기술...33
• 가. 송수신기 시스템설계...33
• 나. 안테나의 소형화 설계...40
• 3. 결과 및 고찰...47
• 3.1 저속충격을 받는 복합적층판의 충격력 복원...47
• 3.2 저속충격시험을 통한 손상신호 분석 및 평가...58
• 3.3 고속충격시험을 통한 손상신호 분석 및 평가...72
• 3.4 소형화된 안테나를 이용한 송\cdot수신 시험 및 평가...83
• 3.5 결과 요약...97
• 4. 결론...98
• 5. 인용문헌...99
• 6 연구성과...101