스마트 광섬유 센서 시스템
[대전=일요신문] 육심무 기자 = 한국표준과학연구원(원장 박상열)은 구조물의 안전성을 정확하고 간편하게 측정해 대형 사고를 방지하는 스마트 광섬유 센서를 개발했다고 12일 밝혔다.
표준연 안전측정센터 권일범 책임연구원팀이 개발한 스마트 광섬유 센서는 구조물에서 변형이 집중되는 위치를 찾아 측정, 사고 위험에 노출돼 있는 불안정한 구조물들을 지속적으로 점검·관리할 수 있다.
고층 빌딩, 교량과 같은 기반시설부터 산업현장에 설치하는 중대형 설비까지 모든 구조물은 노후화됨에 따라 균열, 파손이 발생하고 안전성이 떨어지게 된다.
기존 방식인 분포형 광섬유 센서로는 정확한 변형 발생 지점을 찾는 것이 매우 어려웠다.
복잡한 주파수 제어가 필수적이었으며, 많게는 수십 ㎞의 광섬유를 부가적으로 사용하다 보니 부피가 커지고 온도와 같은 외부 영향에 취약했다.
권일범 책임연구원팀은 부가적인 광섬유 없이 안정성을 확보한 스마트 광섬유 BOCDA 센서를 개발, 불안요소를 근본적으로 제거하는 데 성공했다.
주파수 조작이 아닌 위상변조 시간차 선택방식을 도입해 최소한의 감지 광섬유만으로 정확한 하중 지점을 찾은 것이다.
스마트 광섬유 센서는 랜덤 코드의 위상을 변조하고, 두 코드 간 시간차를 제어함으로써 5㎝마다 각기 다른 디지털 번호를 부여한다. 센서가 알려주는 번호만으로 정확한 위치 파악이 가능한 것이다.
BOCDA(Brillouin Optical Corelation Domain Analysis, 브릴루앙 광학 상관 영역)은 광섬유의 고유한 주파수를 임의의 지점에서 찾아내는 센서 작동법으로 광섬유 양 끝단에서 펌핑광과 탐촉광을 입사시키고 두 빛의 위상이 일치하는 지점을 측정한다.
연구팀은 이번 기술을 교량 모형의 강철 구조물과 지반에 마치 못을 박듯 설치해 언덕 등에서 지반이 붕괴하는 방지그라운드 앵커에 적용해 테스트를 완료했다.
안전측정센터 연구팀
권일범 책임연구원은 “사람이 통증 부위를 스스로 감지해 느끼는 것처럼 구조물도 이번 기술을 적용하면 하중 지점을 자동으로 탐지하는 ‘스마트 구조물’이 될 수 있다”며 “스마트 광섬유 센서는 교량, 댐, 터널, 전기 및 가스 등의 사회 인프라부터 화학 및 원자력 플랜트, 철도, 항공기, 우주 발사체까지 다양한 구조물의 안전성 모니터링을 위한 측정기술로 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 레이저 피직스(Laser Physics) 등에 게재됐으며, 국내·외 특허출원을 마쳤다.
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