초록 ▼

지반매질 내부의 물리적 변화를 관찰하기위한 지반 매질용 물리적 변화 관측을 위한 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 통합시스템을 제안함. 지반매질의 테라헤르츠에 대한 종류별 두께별 함수비에 따른 투과율 및 지반매질의 동결상태에 따른 흡수정도를 규명을 하였음. 지하구조물인 터널에 널리 사용되는 숏크리트의 재령일에 따른 함수비변화를 측정하는데 본 시스템을 적용 시켰보았으며 이와 숏크리트의 강도와의 관계를 알아봄. 최종적으로 구축한 테라헤르츠 펄스 레이저를 이용한 테라헤르츠 타임 도메인 기반 영상화 시스템을 이용하여 지반매질샘플의

지반매질 내부의 물리적 변화를 관찰하기위한 지반 매질용 물리적 변화 관측을 위한 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 통합시스템을 제안함. 지반매질의 테라헤르츠에 대한 종류별 두께별 함수비에 따른 투과율 및 지반매질의 동결상태에 따른 흡수정도를 규명을 하였음. 지하구조물인 터널에 널리 사용되는 숏크리트의 재령일에 따른 함수비변화를 측정하는데 본 시스템을 적용 시켰보았으며 이와 숏크리트의 강도와의 관계를 알아봄. 최종적으로 구축한 테라헤르츠 펄스 레이저를 이용한 테라헤르츠 타임 도메인 기반 영상화 시스템을 이용하여 지반매질샘플의 건조균열을 관찰 하고 분석하였으며 지반 매질용 물리적 변화 관측을 위한 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 통합시스템의 실제적용 가능성을 확인함.

연구의 목적 및 내용
최근 광학분야에서의 고출력 펄스레이저 기술의 발전으로 인해 테라헤르츠파에서 부터 적외선, 자외선에 이르기까지 여러 파장대역(혹은 주파수대역)의 레이저가 개발됨에 따라 반도체, 의료 및 기계산업 분야에서 활발히 쓰이고 있지만, 지반공학 분야에서는 그간 활용이 거의 미비함.

지반공학분야에서 지반 매질 내부에서 일어나는 변화관측을 필요로할 때, X-ray CT와 같은 장비가 필요하며 이러한 장비의 공간적, 경제적, 기능적(해상도)제약으로 인해 지반매질내부를 측정하기에 많은 번거로움이 있음. 이를 해결하고자 지반 매질 내부의 물리적 변화를 시각적으로 확인할 수 있는 ‘지반 매질용 물리적 변화 관측을 위한 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 기술’개발을 연구목적으로 함.

본 연구는 KAIST 건설환경공학과와 포항공과대학교(POSTECH) 막스프랑크 한국/포스텍 연구소의 아토초과학 연구센터와의 공동연구로 진행되었으며, KAIST는 지반매질 내부의 물리적 변화 관측용 레이저 기반 영상화 통합 시스템의 개발을 주제로, POSTECH은 지반시료용 레이저 하드웨어 구축 및 영상처리기술 개발을 목표로 연구를 수행하였음.

연구개발성과
(1) 지반 매질의 물리적 변화관측을 위한 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 장비·장치
(2) 흙의 구성물질 및 함수비에 따른 레이저 파장 흡수관계 표
(3) 이미지 프로세싱 소프트웨어 구축
(4) 지반 시료 내부의 물리적 변화에 대한 레이저 기반 최적 영상화 시스템

연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
■ 지반 매질 시료를 이용한 실내 실험시, 시료 내부 구조적 배열 상태를 확인할 때 사용가능.
■ 지반 내부에서의 현상(미생물 활동, 동결융해, 균열 생성, 파괴 등)의 진행 상태를 눈으로 확인하고자 할 때 사용가능.
■ 지반 내부의 물리적 변화의 이해를 높임.
■ 건설산업에서 현장조사시 지반에 대한 분석시 사용.
■ 타 건설 재료 및 공학 재료에서의 내부 구조 시각화 및 분석시 사용 가능.
■ 후속 연구를 통한 지반 매질 내부의 물리적 변화를 관찰할 수 있는 3D 레이저 영상화 시스템을 구축할 수 있음.
■ 후속연구를 통한 본 지반과 유사환경에서의 장비/장치 모델 또는 제품화 하기 위한 시제품을 제작하여 시험 성능을 검증 할 수 있으며 신뢰성을 평가할 수 있음. 이에 따른 검증과 신뢰성을 바탕으로 실제 현장에서 사용가능한 기술로 발전시킬 수 있을 것으로 기대됨.

Abstract ▼

Purpose & Contents
Terahertz laser has been used in various fields such as medicine, semiconductor, chemistry, and mechanical industry. However, application of terahertz laser to soil imaging has not been conducted actively. This research aims on to develop a micrometer-level THz laser-based imag

Purpose & Contents
Terahertz laser has been used in various fields such as medicine, semiconductor, chemistry, and mechanical industry. However, application of terahertz laser to soil imaging has not been conducted actively. This research aims on to develop a micrometer-level THz laser-based imaging system for pore-scale physical processes in soils.

Results
(1) Micrometer-level THz laser based imaging apparatus
(2) Absorption coefficients of soils in terahertz frequency
(3) Development of an imaging processing code
(4) Optimumization of the imaging system based on the laser for observing physical variation in a soil specimen

Expected Contribution
■ It is used to observe the structural arrangement of inner soil.
■ Processing of phenomena such as freezing, melting, crack, and failure occur in soil can be observed.
■ Increase of understanding about physical variation of inner soil.
■ Analysis of soil for site investigation by construction company.
■ other material except for soil can be observed.
■ Through the successive study, 3D imaging system which enables to observe physical variations in soils by terahertz laser can be developed.
■ Through the successive study, development prototype can be made for commercialization.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• SUMMARY ... 6
• Contents ... 7
• 목차 ... 7
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1. 연구개발 목적 ... 9
• 2. 연구개발의 필요성 ... 9
• 3. 연구개발 범위 ... 10
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 10
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 13
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 14
• 1. 목표 달성도 ... 14
• 2. 연구개발 주요내용 ... 15
• 2. 관련 분야 기여도 ... 56
• 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 56
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 57
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 57
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 57
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 57
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 57
• 제11장. 기타 사항 ... 59
• 제12장. 참고 문헌 ... 59
• 끝페이지 ... 59