상수도 배관 '납'없는 친환경 센서로 검사한다

기사내용 요약
표준연구원, 고려대와 비납계 압전 물질로 전방향 유도초음파 센서 개발
친환경·무인 모니터링 기술, 국내 비파괴검사 경쟁력 강화

[대전=뉴시스] 수도용 배관의 무인 모니터링에 적용 가능한 친환경 전방향 초음파 센서 개념도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국표준과학연구원(KRISS)은 지능형파동측정팀이 고려대학교 신소재공학과와 함께 상수도 배관 등 대형 구조물의 안전성을 무인으로 검사할 수 있는 친환경 초음파 센서를 개발했다고 10일 밝혔다.

유도초음파를 이용한 상수도 배관검사는 부식 등 배관 내부의 손상을 확인키 위한 작업으로 적은 개수의 센서로 넓은 범위를 비파괴 방식으로 검사할 수 있어 효율성이 좋다.

하지만 유도초음파 센서에는 대부분 유해물질인 납이 들어간 압전물질로 만들어진다는 단점이 있다.

이번 공동연구에서 KRISS-고려대 연구팀은 납을 포함하지 않는 비납계 압전물질을 이용해 유도초음파 센서 개발에 성공했다. 인체 및 환경 유해성에 대한 우려를 해소하면서도 기존 납 기반 센서 대비 뛰어난 성능을 갖췄다.

이번에 개발한 센서는 360도 방향으로 신호를 고르게 출력하는 전(全)방향 센서다. 초음파의 횡파 모드(shear wave mode)를 사용해 고체와 액체를 동시에 통과해도 신호가 왜곡되거나 약해지지 않는 것이 특징이다. 또 배관에 물이 흐르고 있어도 에너지 손실없이 넓은 범위를 효율적으로 검사할 수 있다.

이번에 공동연구팀은 기존 센서 대비 출력효율이 높은 횡파 모드 센서를 만들기 위해 소자 설계방식을 독창적인 사다리꼴 형태로 개선했다.

이를 통해 비납계 친환경 물질로 센서를 개발한 결과, 기존의 납 기반 센서에 비해 횡파 모드 초음파의 출력 강도가 15% 이상 더 큰 것으로 나타났다.

이번 성과를 활용하면 일반적으로 검사원이 특정 지점에 정기 방문해 시행하고 있는 배관검사를 넓은 영역에 걸쳐 무인 상시 모니터링 방식으로 실시할 수 있을 것으로 기대된다.

연구 내용은 재료과학 분야 국제학술지 '세라믹스 인터내셔널(Ceramics International, IF: 5.532)'에 지난 3월 게재됐다.(논문명:Developing a face-shear lead-free piezoelectric transducer through anti-parallel co-poling and its application to an omnidirectional piezoelectric transducer)

KRISS 승홍민 선임연구원은 "이번에 개발한 센서는 납이없는 친환경 소재로 배관에 장기간 설치해도 주변환경이나 용수에 영향이 없어 안심하고 사용할 수 있다"며 "배관검사 외에도 향후 제조·건설업 분야 등 글로벌 비파괴검사 시장에서 국내 기업의 기술 우위 확보에 기여할 것"이라고 말했다.

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