• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.104-112
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• 2015

본 논문에서는 비접촉 표면파 측정을 이용하여 콘크리트 슬래브에 발생한 표면균열의 깊이를 측정하기 위한 비파괴 검사법을 연구하였다. 이를 위하여 표면파 측정, 해석 및 균열 깊이 평가의 과정을 포함한 새로운 측정모델을 제안하였다. 먼저, 3차원 유한요소해석 모델을 이용하여 표면파의 에너지와 콘크리트 균열의 깊이의 상관관계를 표현하는 표면파 전달함수를 구하였다. 제안된 측정모델은 실험을 통하여 증명하였다. 한 쌍의 비접촉 센서를 이용하여 깊이 0~100mm의 10개의 표면균열을 포함한 콘크리트 슬래브 ($1500{\times}1500{\times}180mm^3$)을 통과하여 전달되는 표면파를 측정하였다. 측정모델은 콘크리트 균열 깊이에 대하여 약 최대 10%의 오차를 보이며 실제 깊이를 예측하는 것으로 나타났다. 비접촉 표면파 측정을 통하여 얻은 결과는 기존의 TOFD에 바탕을 둔 초음파법에서 얻은 결과보다 향상된 정확도를 보이는 것으로 나타났다. 특히 비접촉 센서의 특성상 매우 향상된 측정 속도 및 측정값의 일관성을 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 모델의 실제구조물에 적용성에 관한 토의를 포함하고 있다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.162-162
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• 2011

표면파 속도 측정은 근래 토목분야에서는 비파괴 지반조사기법으로 활용되고 있다. 최근에는 디지털 신호처리기술의 발달과 함께, 더욱 정확해진 자료분석 알고리즘을 통하여 표면파 탐사관련 기술이 향상되어 3차원의 공간연속적인 시험이 가능해졌다. 본 연구는 표면파의 분산 특성을 이용하여 콘크리트 구조물의 깊이별 강성평가를 하는 SASW(Spectral Analysis of Surface Waves)기법과 STFT(Short time Fourier Transform)과 HWT(Harmonic Wavelet Transform)를 이용한 주파수영역에서의 공진주파수를 통한 부재평가 기법인 IE(Impact Echo)기법을 이용하여 대상부재의 강도평가를 수행하기 위한 시제품 개발을 수행하였다. 시제품은 메인프레임과 2개의 센서로 이루어져 측정을 수행하며 측정장치와 DAQ장치 및 S/W로 구성되어 있다. 메인프레임의 진동특성영향을 제거하기 위하여 2개의 센서는 프레임과 띄움구조로 설계하였고 센싱하는 위치는 대상 재료의 밀착되어 계측할 수 있도록 설계하였다. 탄성파를 계측하여 대상 재료의 깊이별 측정된 표면파의 속도를 계측하며 개발된 시제품의 구조물별 적용성 평가를 위한 실험을 수행하였고 평균 표면파 속도를 통해 추정한 콘크리트 두께와 결함 및 강도 추정의 적용성을 평가하였다. 시제품을 이용해 시험콘크리트 표면파를 측정한 결과 SASW기법을 이용하여 깊이에 대한 위상속도 분포와 IE기법의 결과로 개발된 시제품의 합리적 적용성이 평가되었다. 그러나 재료의 강도추정에 있어서는 각각 알고리즘의 주파수분석 요소들에 의해 변동되는 경향을 보여 추후 많은 테스트를 통해 속도-강도 추정의 회귀곡선식을 S/W에 탑재시키고 다양한 방법으로 조합하는 알고리즘으로 신뢰성있는 강도추정을 위한 알고리즘을 개발하여야 한다.

• 한국음향학회지
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• 제9권6호
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• pp.81-90
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• 1990

유체 동역학에서, 난류에 의해 수중 구조물에 가해지는 압력과 전단력의 측정은 중요한 문제이 다. 이러한 유체의 흐름에 의한 압력과 전단력, 나아가 유체의 흐름방향까지 시간과 거리의 함수로 측정 할 수 있는 새로운 탄성표면파 센서가 개발되었다. 센서는 압축 인장형 전단력을 받는 두 개의 표면파 와 흐르는 유체 속의 표면파의 속도차는 또한 유체흐름에 의해 가해지는 압력에 비례한다. 정지류 속의 표면파와 흐르는 유체 속의 표면파의 속도차는 또한 유체흐름에 의해 가해지는 압력에 비례한다. 이 센 서를 응력 로젯과 같이 배열하면 유체의 진행방향도 함께 측정할 수 있다. 표면파 센서는 넓은 주파수 대역에 걸쳐 사용이 가능하므로, 적절히 설계하면 유체의 흐름에 의한 표면력과 유체의 진행방향을 동 시에 거리와 시간의 함수로서 국부적으로, 광역적으로 측정할 수 있다.

• 비파괴검사학회지
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• 제34권2호
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• pp.171-175
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• 2014

본 연구에서는 박막 표면을 따라 전파하는 표면파의 속도 분산성을 이용하여 박막의 두께를 비파괴적으로 측정할 수 있는 기법을 제안하였다. 표면파의 분산성을 이용하여 박막의 두께를 측정하기 위하여 전자빔증착법(E-beam evaporation)을 이용하여 Si(100) 웨이퍼 위에 니켈의 증착시간을 제어함으로서 두께가 다른 니켈 박막시험편을 제작하였다. 제작된 시험편의 실제 증착된 박막의 두께를 확인하기 위하여 SEM(scanning electron microscope)을 이용하여 박막의 단면사진을 촬영하여 두께를 확인하였다. 그 후에 두께가 다른 시험편에서의 표면파의 속도를 초음파현미경(scanning acoustic microscope)의 V(z) 곡선법을 이용하여 표면파의 속도를 측정하고 실제 측정된 두께와 표면파 속도와의 상관성을 확인하였다. 박막의 두께가 증가함에 따라 표면파의 속도는 감소하는 경향성을 나타내었다. 결론적으로 본 연구에서 제안한 표면파의 속도 분산성을 이용하여 나노 스케일 니켈 박막의 두께를 측정하는 기법이 가능성이 있음을 확인하였다.

• 기계저널
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• 제34권7호
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• pp.510-516
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• 1994

탄성파의 속도는 파동 전파 매질의 밀도와 탄선계수에 달려 있으므로, 박막이 입혀진 기판에서 전파하는 표면파에 대해서 기판과 박막의 밀도와 탄성계수 및 박막의 두께 등을 알면 전파 속 도를 계산할 수 있다. 박막의 탄성계수를 모르는 경우에는 표면파 속도를 측정하여 역으로 탄 성계수를 산출할 수 있다. 이러한 역산과정에는 일반적인 비선형 방정식의 curve-fitting에 이용될 수 있는 simplex법이 효율적으로 활용된다. 이 글에서는 표면파 속도를 측정하고 그 데이터로 부터 역산하여 박막의 탄성계수를 구하는 원리와 과정을 설명한다.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권4호
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• pp.344-350
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• 2009

본 연구의 목적은 탄성 표면파에서의 비선형 거동의 이론적 배경을 소개하고 실험적으로 검증하는 것으로서, 이론상의 표면파의 비선형 파라미터는 벌크파에서와 같이 전파된 표면파의 2차 고조파 성분과 기본파 성분 크기의 비에 의존한다. 이를 검증하기 위해 접촉식 탐촉자를 이용한 측정 시스템을 구축하였고, 표면파 전파거리와 인가전압 크기를 변화시키며 알루미늄 6061 합금의 비선형 파라미터를 측정하였다. 또한, 비선형 파라미터를 측정함에 있어서 주파수 의존적 감쇠의 영향을 고려하였다. 이러한 과정을 통한 결과는 탄성 표면파의 비선형 파라미터가 인가전압의 크기에 독립적이며, 2차 고조파 성분의 크기는 전파거리에 선형적으로 의존할 것이라는 이론적 예측과 일치한다.

• 비파괴검사학회지
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• 제26권5호
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• pp.291-296
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• 2006

표면파를 이용하여 쇼트피닝된 Al 7075 합금의 잔류응력 분포를 평가하고자 하였다. 재료 내 표면층에 대한 잔류응력분포를 달리하기 위해서 피닝볼의 속도를 30m/s로 하여 쇼트피닝을 수행하였다. 표면파의 속도는 초음파현미경을 이용하여 V(z)곡선법으로 측정하였다. 쇼트피닝 후 비커스경도를 측정한 결과 쇼트피닝에 의한 소성변형으로 0.25mm 깊이까지 가공경화가 나타났다. 압축잔류응력이 증가하면서 표면파의 속도는 증가를 하였고 인장잔류응력이 작용할수록 표면파의 속도가 감소하였다. 표면파의 속도 변화는 X선 회절에 의해 측정한 잔류응력 변화와 밀접한 연관성을 나타내었다.

• 한국음향학회지
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• 제20권1호
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• pp.62-67
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• 2001

직선집속 PVDF 초음파 트랜스듀서를 이용하여 누설탄성표면파 (Leaky Surface Acoustic Wave: LSAW)의 전파속도를 측정하고, 그 결과를 이론해석 결과와 비교하였다. 시료로는 등방성 재료인 구리, 알루미늄 및 용융석영, 이방성 재료인 Z-cut α/sup-/수정을 사용하였다. 측정방법으로는 초점면에 위치한 시료를 트랜스듀서 쪽으로 접근시켰을 때 LSAW가 트랜스듀서의 중심축을 통과한 후 시료표면에서 직접 반사되어오는 종파와 분리되어지는 현상을 이용하였다. 음속의 측정결과는 이론 해석결과와 오차 1％이내에서 잘 일치하였으며,α/sup-/수정의 (0,0,1)면에서는 LSAW 외에 의사누설탄성표면파 (Leaky Pseudo Surface Acoustic Wave : LPSAW)가 전형적인 6-fold 이방성을 가지고 전파됨을 알 수 있었다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
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• 한국음향학회 2004년도 춘계학술발표대회 논문집 제23권 1호
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• pp.163-166
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• 2004

표면 반사파가 존재하는 무향수조 내에서 근접 음향 홀로그래피의 적용 가능성을 살펴보기 위하여 여러 변수의 변화에 따른 음장 예측 수치해석을 수행하였다. 수직 배열 센서 및 수평 배열 센서를 이용하는 경우에 대해 해석하였으며 수직 배열센서를 이용하여 한 면에서 측정하는 경우 표면 반사파에 의한 영향은 무시할 만큼 작은 것을 확인하였다. 수평 배열센서를 이용하는 경우에는 표면 반사파의 영향이 상대적으로 크게 나타나 반사파를 고려하기 위해 두개의 측정면에서의 음압값이 필요하며 직접파와 반사파를 모두 고려하는 경우 음압 예측치의 오차가 적게 나타남을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.247-253
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• 2007

현장에서 콘크리트 구조물의 균열 깊이를 추정하기 위한 자기 보정 표면파 투과 측정과 측정된 투과 함수의 차단주파수를 이용하는 기존의 방법은 측정 조건에 따른 투과 함수의 변동성이 매우 커서 실제로 적용하기가 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 차단주파수와 같이 특정 주파수를 선정하여 균열 깊이를 추정하는 방법 대신에 측정된 자기 보정 표면파 투과 함수 자체를 균열 깊이 추정에 이용하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 위하여 다양한 균열 깊이에서 측정된 자기 보정 표면파 투과 함수를 주성분 분석법을 이용하여 차원을 축소한 후, 축소된 투과 함수를 인공신경망의 입력으로 사용하여 이로부터 균열 깊이를 추정하는 방법을 제시하였다. 한편, 제안된 방법의 유효성을 판단하기 위하여 서로 다른 균열 깊이를 가진 5개의 실험체에 대하여 실험적인 연구를 수행하였으며, 실험 결과 제안된 방법이 콘크리트 구조물이 균열 질이 평가에 매우 유효한 방법임을 알 수 있었다.