비납계 압전 물질 기반 초음파 센서로 상수도 배관을 비롯한 대형 구조물 안전성을 안전하게 파악할 수 있는 기술이 개발됐다.
한국표준과학연구원(원장 박현민)은 산하 지능형파동측정팀이 고려대 신소재공학과 전자재료연구실과 이런 친환경 초음파 센서를 공동 개발했다고 10일 밝혔다.
유도초음파를 이용한 기존 상수도 배관 검사는 부식 등 배관 내부 손상을 확인하기 위한 검사다. 적은 센서로 넓은 범위를 비파괴 검사할 수 있는데, 다만 대부분 납이 들어간 압전 물질로 센서가 만들어진다.
연구팀은 납을 포함하지 않는 비납계 압전 물질로 유도초음파 센서 개발에 성공했다. 유해성 우려를 해소하면서 기존 대비 성능도 높였다.
개발 센서는 360도 방향으로 신호를 고르게 출력하는 전방향 센서다. 표면 하중이나 액체에 영향을 받지 않고, 신호 왜곡도 적은 초음파 ‘횡파 모드’를 사용한다. 배관에 물이 흐르고 있어도 에너지 손실 없이 광범위를 효율적으로 검사할 수 있다.
연구진은 기존 센서 대비 출력 효율이 높은 횡파 모드 센서를 만들기 위해 소자 설계방식을 독창적인 사다리꼴 형태로 개선했다. 이를 적용해 비납계 친환경 물질로 센서를 개발한 결과, 기존 납 기반 센서 대비 횡파 모드 초음파 출력 강도가 15% 이상 더 컸다.
이 성과를 활용하면 검사원이 정기 방문해 직접 시행하는 배관 검사를 무인 상시 모니터링 방식으로 바꿀 수 있을 전망이다.
승홍민 표준연 지능형파동측정팀 선임연구원은 “개발 센서는 납이 없는 친환경 소재로, 배관에 장기간 설치해도 주변 환경이나 용수에 영향이 없다”며 “제조·건설업 분야 등 글로벌 비파괴검사 시장에서 국내 기업 기술 우위 확보에 기여할 것”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
