압전센서를 이용한 구조물 국부/광역 손상 진단 시스템

Local/Global Structural Health Monitoring System Using Piezoelectric Sensors

본 논문에서는 오실레이터 센서와 램파 센서를 결합하여 구조물 손상 진단을 위한 통합된 압전 센서 시스템을 제안한다. 구조물 손상으로 인한 공진주파수 변화를 관측 할 수 있는 오실레이터 센서는 손상 정도에 민감하게 반응하고 구조가 단순한 장치이지만 측정 범위가 센서 주위로 제한되는 특성을 가진다. 반면에 램파를 이용한 진단 시스템은 원거리에 위치한 구조물의 손상부를 감지하기에 유용하다. 본 논문에서는 오실레이터 센서를 이용한 취약 지점의 국부적인 손상 진단 방식과 램파를 이용한 광역적인 손상 진단 방식을 결합하여 각 시스템의 장점들을 활용할 수 있는 센서 시스템의 적용가능성을 연구하였다. PZT소자를 알루미늄 판에 적용하여, 알루미늄 판의 손상 정도에 따른 오실레이터 공진주파수의 변화와 램파 신호의 Time of flight 그리고 진폭의 변화를 이용하여 크랙의 위치와 크기, 개수의 판별 가능성을 제시하고 실험을 통하여 그 타당성을 검증하였다.

In the present work, a sensor system composed of an oscillator sensor and a Lamb wave sensor is proposed for the purpose of structural health monitoring. The oscillator sensing system detecting the shift of a structural resonant frequency in proportion to the amount of defects in the structure is a pretty sensitive and simple device, but its detectable range is limited to its local zone. The Lamb wave sensor system, however, is applicable to global detection of the defects. This study is aimed at investigating the feasible combination of the two systems to exploits their merits simultaneously. The scheme to use PZT patches as the oscillator sensor as well as the Lamb wave sensor was proposed to identify the position, length and number of cracks by means of TOF and amplitude of signals, and its validity was confirmed through experiments.