KERI, 친환경 프리앰프 내장 탄성파 전기 센서 기술 개발

탄성파 전기 센서로 건물 등 열화·고장 징후 파악

원자력·풍력·수력 설비, 대형 현수교, 오일탱크 등 이상 징후 사전 파악으로 대형사고 예방울 진단할 수 있는 업그레드 된 기술이 경남도 본원을 둔 한국전기연구원 팀에 의해 개발됐다.

최근 급격한 기후변화에 따른 자연재해의 영향으로 대형 외부 건축과 구조물에 대한 내구성과 안전성 유지 문제가 큰 관심을 받고 있다.

이에 한국전기연구원(KERI) 전기변환소재연구센터 김인성 박사팀이 탄성체로부터 전달되는 미세한 진동을 감지해 각종 설비나 시설물의 열화나 고장 징후를 사전에 진단할 수 있는 ‘프리앰프 내장형 전기 센서 기술’을 개발했다.

▲김인성 한국전기연구원 박사가 자신의 연구팀이 개발한 ‘프리앰프 내장형 탄성파 전기 센서’를 들어 보이고 있다. ⓒ한국전기연구원

김인성 박사는 “KERI가 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 기술이다”며 “현재는 지정된 공진 주파수 대역의 탄성파를 감지하는 센서 단계이지만 앞으로 대역폭을 넓혀 광대역 그리고 가속도가 포함된 복합형 센서까지 개발할 예정”이라고 밝혔다.

KERI 연구팀은 작은 탄성파를 발원 지점에서 증폭하는 ‘프리앰프’를 내장해 측정을 방해하는 소음 차단선을 선진국의 제품(미국 PAC사 기준)과 같은 25dB 수준으로 만들었다. 다년간의 연구로 보유한 ‘압전 기술’을 통해 선진국 제품(80dB)보다도 높은 85~90dB 수준의 측정 감도를 가지는 ‘프리앰프 내장형 탄성파 전기 센서(AE Sensor)’의 국산화에 성공했다.

또 기존 센서 소재로 사용되던 ‘납’을 대체하는 무연 소재도 새롭게 개발했다. 특히 내년 7월부터 ‘유해물질 사용 제한(RoHS)' 지침에 따라 전기·전자기기 내에 납의 사용이 제한되는 만큼 KERI 성과는 기존 제품을 대체할 수 있는 친환경 센서 기술로 주목받고 있다.

이번에 개발한 센서 기술은 원자력·화력·풍력·수력 발전소의 각종 설비 부품 진단과 대형 변전소와 발전소의 변압기·차단기의 이상 진단, 오일 탱크와 대형 유조선의 구조물 열화 그리고 변형의 사전 감지 등 에너지 산업의 안전 진단 분야에서 주로 활용된다.

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 조처를 할 수 있다.

이외에 대형 현수교의 주탑과 로프(rope) 이상 진단, 콘크리트 등 토목 구조물의 구부러짐과 파괴 관찰, 지각 내에서 전달되는 지진파(P파, S파) 감지 등 대형 건축 등 시설물의 사고를 미연에 방지에 사용된다.

탄성파는 대상 물질이 변형되거나 끊어질 때 발생하는 일종의 파동으로 물질의 파괴 혹은 이상 정도가 클수록 더 많은 탄성파가 발생한다.

KERI의 기술은 설비 자체로부터 자연 발생하는 탄성파의 감지를 통해 설비의 열화나 고장 징후를 사전에 모니터링하여 대형 사고를 미연에 방지할 수 있게 하는 시스템 센서다.

한국전기연구원은 이번 기술의 완성도를 높여 경남 창원에 특화된 ‘강소연구개발특구 사업’과 연계해 센서 소자의 양산화를 추진과 더불어 수요 업체를 발굴해 상용화를 추진한다는 계획이다.