김인성 박사가 개발한 프리앰프 내장 전기센서를 들어보이고 있다.[한국전기연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 급격한 기후변화에 따른 자연재해의 영향으로 대형 외부 건축 및 구조물에 대한 내구성과 안전성 유지 문제가 큰 관심을 받고 있다.

한국전기연구원은 전기변환소재연구센터 김인성 박사팀이 탄성체로부터 전달되는 미세한 진동(탄성파)을 감지해 각종 설비나 시설물의 열화나 고장 징후를 사전에 진단할 수 있는 ‘프리앰프 내장형 전기 센서 기술’을 개발했다고 10일 밝혔다.

탄성파는 대상물질이 변형되거나 끊어질 때 발생하는 일종의 파동이다. 물질의 파괴 혹은 이상 정도가 클수록 더 많은 탄성파가 발생한다. 이 기술은 설비 자체로부터 자연 발생하는 탄성파의 감지를 통해 설비의 열화나 고장 징후를 사전에 모니터링해 대형 사고를 미연에 방지할 수 있게 하는 시스템 센서다.

연구팀은 작은 탄성파를 발원 지점에서 증폭하는 ‘프리앰프’를 통해 측정을 방해하는 소음 차단선을 25dB 수준으로 만들었고, 85~90dB 수준의 측정 감도를 가지는 ‘프리엠프 내장형 탄성파 전기 센서’의 국산화에 성공했다.

연구팀은 기존 센서 소재로 사용되던 ‘납’을 대체하는 무연소재도 새롭게 개발하고, 이를 적용한 ‘친환경 탄성파 전기 센서’를 국내 최초로 선뵀다. 내년 7월부터 ‘유해물질 사용제한(RoHS) 유해물질 사용이 제한되는 만큼 기존 제품을 대체할 수 있는 친환경 센서 기술로 주목받고 있다.

이 센서 기술은 ▷원자력·화력·풍력·수력 발전소의 각종 설비 및 부품 진단 ▷대형 변전소와 발전소의 변압기 및 차단기의 이상 진단 ▷오일 탱크 및 대형 유조선의 구조물 열화 및 변형의 사전 감지 등 에너지 산업의 안전 진단 분야에서 주로 활용될 것으로 기대하고 있다. 특히 그린뉴딜 정책으로 주목받는 풍력의 경우, 발전기의 축과 베어링, 기어 손상, 오일 오염 등을 미리 측정할 수 있어 안정적인 설비 운영을 가능하게 한다. 수력발전소에도 밸브, 스팀라인, 조인트 파이프라인 등에서 발생할 수 있는 고장을 사전에 모니터링해 적절한 조치를 취할 수 있다.

또한 ▷대형 현수교의 주탑 및 로프 이상 진단 ▷콘크리트 및 토목 구조물의 구부러짐 및 파괴 관찰 ▷지각 내에서 전달되는 지진파 감지 등 대형 건축 및 시설물의 사고를 미연에 방지하는데 활용될 수 있다.

김인성 박사는 “이번에 개발한 센서는 국가 안전 진단 부문의 경쟁력 강화 기여는 물론, 4차 산업혁명 핵심산업인 자율주행차, 지능형 공장, 스마트 헬스케어 등 다양한 분야까지 확대 적용할 수 있는 잠재성 높은 기술”이라면서 “현재는 지정된 공진 주파수 대역의 탄성파를 감지하는 센서 단계이지만, 향후 대역폭을 넓혀 광대역 및 가속도가 포함된 복합형 센서까지 개발할 예정”이라고 밝혔다.

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