초록 ▼

현재 원전 시설의 안전진단은 노동집약적이고 고비용적인 문제를 가지고 있으며 손상으로 인한 재난 상황을 대비하기 위해서는 상시적이고 즉시적인 구조물 검사 시스템이 도입에 대한 중요성이 대두되고 있다. 본 연구는 압전센서 Networking을 기반으로 원전기기 및 시설의 안전성을 실시간으로 검사하고 손상을 감지할 수 있는 원천기술을 개발함으로써, 궁극적으로는 원전기기 및 시설의 성능 및 안전성 평가 기술을 향상시키고자 한다. 이를 위하여 Request For Proposal(RFP)에 근거하여 연구범위를 설정하고, 아래에 기술된 분야에

현재 원전 시설의 안전진단은 노동집약적이고 고비용적인 문제를 가지고 있으며 손상으로 인한 재난 상황을 대비하기 위해서는 상시적이고 즉시적인 구조물 검사 시스템이 도입에 대한 중요성이 대두되고 있다. 본 연구는 압전센서 Networking을 기반으로 원전기기 및 시설의 안전성을 실시간으로 검사하고 손상을 감지할 수 있는 원천기술을 개발함으로써, 궁극적으로는 원전기기 및 시설의 성능 및 안전성 평가 기술을 향상시키고자 한다. 이를 위하여 Request For Proposal(RFP)에 근거하여 연구범위를 설정하고, 아래에 기술된 분야에서 연구 개발을 진행하였다.
● 임피던스 및 유도파 측정을 위한 회로 개발 및 자동화 추진: 기존의 임피던스 기반 손상감지기법은 임피던스 계측을 위하여 고가의 임피던스 분석기를 사용해 왔다. 하지만 이 장비는 고가일 뿐 아니라 무게와 부피가 커 실제 현장 구조물에 적용하기에는 어려움이 있다. 이런 단점을 개선하기 위하여 현장에 적용이 가능 하도록 가볍고 소형인 임피던스 측정 기기를 개발하였다. 또한 임피던스/유도파의 동시 측정에 적합한 회로 및 Graphical User Interface(GUI)를 개발하여 Integrated Impedance and Guided wave(IIG) 계측시스템을 구축하고 이에 대한 신뢰성과 적용성을 제고하였다.
● 기저데이터를 사용하지 않는 통합된 임피던스/유도파 손상진단기법의 개발: 기존의 임피던스 및 유도파를 바탕으로 한 비파괴검사법은 우선 구조물에 손상이 없는 상태에서의 기저데이터(baseline data)와, 차후에 손상이 우려되는 상황에서 추가로 계측한 데이터를 비교분석함으로써 이루어진다. 하지만 실구조물에서는 손상과 무관한 다른 요소들이 계측 데이터의 신호변화에 큰 영향을 미치기 때문에, 기존의 임피던스 및 유도파 방법을 실구조물의 손상 진단에 적용함에 있어서 기술적 한계가 있어왔다. 본 연구에서는 기저데이터를 사용하지 않고 손상을 감지할 수 있는 새로운 무기저 기반의 임피던스/유도파 진단 기법을 세계 최초로 개발하였다.
● FEM/SEM 수치해석 및 통계적 기법에 기반한 손상 감지: 유한요소법(FEM) 및 스펙트럼요소법(SEM)을 활용하여 구조물과 압전소자의 상호 작용을 분석하고, 손상이 유도파 및 임피던스 신호에 미치는 영향에 대하서 연구를 수행하였다. 이를 바탕으로 계측신호의 통계적 분석을 통해서 손상의 유무, 위치 및 크기를 추정할 수 있는 통계적 손상 감지 기법을 개발하였다.
● 다중 압전센서 인터페이스 개발: 실제 현장의 대형 구조물에 대한 검사 시스템을 구축할 경우 다수의 압전센서가 소요된다. 따라서 실제 구조물 검사 과정에서 설치될 다수의 압전센서를 제어하여 가진하고 신호를 계측하기위한 맞춤형 하드웨어 및 소프트웨어를 구성하였다. 또한 압전소자의 설치를 용이하게하고 내구성을 향상시킬 수 있는 새로운 패키징 기술, 유선 광섬유 및 무선 레이저를 통한 다채널 계측시스템을 개발하였다.
개발된 손상감지기법을 통하여 소규모 원전사고도 미연에 방지함으로써 국가 전력공급의 중추적 역할을 담당하는 원자력 발전소의 안전성을 제고하고, 원전 사고 및 고장으로 인한 사회적 손실을 방지하고, 원전 기기 및 시설물 유지관리에 대한 국민의 신뢰도 및 이미지를 향상시킬 것으로 기대된다. 또한 개발된 기술을 항공 우주구조물, 사회기반시설물 및 녹색에너지 인프라의 모니터링에 확대 적용하기 위한 추가연구를 진행하고 있다.

Abstract

To facilitate the SHM of the future nuclear power plant, this study focuses on (1) Multiple PZT interfaces, (2) Circuits for the impedance/guided wave signal measurement, (3) Reference-free integrated impedance/guided wave techniques, (4) Numerical and statistical methods for damage diagnosis.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 한글 요약문 ... 4
• 목차 ... 5
• 영문 요약서 ... 7
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 10
• 제1절 연구개발의 목표 및 범위 ... 10
• 제2절 연구개발의 필요성 및 목적 ... 11
• 1. 기술적 측면 ... 11
• 2. 경제 산업적 측면 ... 11
• 3. 사회 문화적 측면 ... 11
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 13
• 제1절 1차년도 연구 성과 (2007년) ... 13
• 1. 임피던스와 유도파 기술의 통합화 추진 ... 13
• 2. 임피던스와 유도파를 동시에 측정 가능한 회로 개발 ... 14
• 3. 수치해석을 통한 압전센서와 구조물의 상호 작용 분석 ... 17
• 가. 스펙트럼 요소법(SEM)을 이용한 수치해석 ... 17
• 나. 유한요소법(FEM)을 이용한 수치해석 ... 20
• 제2절 2차년도 연구 성과 (2008년) ... 25
• 1. 수치해석을 통한 임피던스 및 유도파와 손상과의 상호작용 분석 ... 25
• 2. 기저자료 없이 손상을 감지할 수 있는 무기저 임피던스 및 유도파 기법 개발 ... 30
• 가. 4개의 병치 압전센서 배치 ... 32
• (1) 유도파 기반의 무기저 손상 진단 기법 ... 32
• (2) 임피던스 기반의 무기저 손상 진단 기법 ... 38
• 나. 2개의 병치 압전센서 배치 ... 41
• 다. 2개의 이중 압전센서 배치 ... 46
• 3. 손상의 위치 및 크기의 정량적 추정이 가능한 통계적 기법 개발 ... 50
• 가. 손상 위치 추정 기법 ... 50
• 나. 손상 크기 추정 기법 ... 52
• 제3절 3차년도 연구 성과 (2009년) ... 55
• 1. 개발된 IIG 기법의 자동화 추진 ... 55
• 2. IIG 기법의 다채널 인터페이스 개발 ... 56
• 3. 복잡한 구조물에의 적용성 검증 ... 60
• 제4장 목표달성도 ... 68
• 제1절 RFP에 규정된 연구개발 달성도 ... 68
• 제2절 주요 성과 달성도 ... 69
• 제3절 SCI 논문 성과 ... 70
• 제4절 특허 성과 ... 72
• 제5절 학회논문 성과 ... 73
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 78
• 제1절 추가 연구의 필요성 ... 78
• 제2절 타 연구에의 응용 방안 ... 79
• 1. 원전 인프라 분야 ... 79
• 2. 항공우주 분야 ... 80
• 3. 사회기반시설분야 ... 82
• 제3절 기업화(기술 사업화) 추진 방안 ... 85
• 1. 실용화 및 제품화 방안 ... 85
• 2. 사업화 및 기술 이전 방안 ... 85
• 제6장 참고문헌 ... 86
• 끝페이지 ... 90