철근콘크리트 구조물에 내제된 RF 무선송수신 모듈의 콘크리트 투과성 실험 연구

Abstract

Ubiquitous is an information communication environment which peoples could connect on network without being conscious of the network and computer condition at anytime and anywhere. Presently, advanced technology, digital cities and eco-friendly cities using Ubiquitous technology are being focused through out the world. As recent information industry and communication technology have developed remarkably, studies on intelligent structures and structural maintenance methods by combining a general idea of connecting all objects on network by interpolating computers which is called Ubiquitous Computing, and USN(Ubiquitous Sensor Network) are being attempted. In this paper, a basic experiment on penetration of RF(Radio Frequency) sensor nodes using an experimental sample setting concrete and reinforcing bar as variables is studied to estimate the possibility of applying wireless sensor networks in structures. The spring of reinforcing bars, concrete thickness, intensity of radio frequency were set up as variables, transmitting and receiving distance were checked vertically and horizontally. Moreover, Spectrum Analyzer was used for checking the magnitude of the frequency used in order to measure the reduction of radio wave exactly. The radio wave reduction was numerically analyzed, and the influence of the wavelength was analysed as well. As a result, the penetration depth in concrete without reinforcing bars was 45㎝, and in reinforced concretes which reinforcing bars placed at spacing of 5㎝ and 15㎝, the penetration depth were 37㎝ and 45㎝ each. No influence on radio wave penetration depth were found when the spacing of reinforcing bars in the reinforced concrete structures becomes over 15㎝.유비쿼터스(Ubiquitous)란 사용자가 네트워크나 컴퓨터에 의식하지 않고 장소, 공간, 시간에 상관없이 자유롭게 네트워크에 접속할 수 있는 정보통신 환경을 말하며, 현재 이러한 유비쿼터스 기술을 이용한 첨단도시 및 생태도시 구현이 전 세계적인 화두로 각광받고 있다. 최근 정보산업과 이동통신 기술이 발전함에 따라 주변에 있는 모든 물체에 컴퓨터를 내장하여 서로 네트워크로 연결하고 상호간에 협조와 타협을 해 가면서 인간의 삶에 보이지 않게 컴퓨팅을 제공한다는 유비쿼터스 컴퓨팅(Ubiquitous Computing)을 개념(M. Weisre, 1993)으로 하여, 무선센서 네트워크 기술 USN (Ubiquitous Sensor Network)을 토목, 건축 구조물 같은 사회기반인프라에 적용한 신개념 지능형 구조물과 유지관리기법에 대한 연구가 시도 되고 있다. 이에 본 연구에서는 유비쿼터스 무선센서 네트워크의 건설구조물 적용 가능성을 판단하기 위하여 건설구조물에 가장 많이 사용되는 콘크리트와 철근을 변수로 실험체를 제작하여 센서노드의 전파투과성 실험에 대한 기초실험을 실시하였다. 이때 철근의 배근 간격 및 콘크리트의 타설 두께, 송수신기의 RF신호 강도 세기를 변수로 하였으며, 내부에 무선통신 모듈이 장착되었을 때 무근콘크리트의 송수신 가능 거리와 철근 배근 간격별 송수신 가능 거리를 수평, 수직 방향으로 각각 측정하였다. 또한, 변수별 전파의 감쇄를 정확히 측정하기 위하여 스펙트럼 아날라이저(Spectrum Analyzer)를 이용하여 사용주파수대의 전파의 크기를 측정하였다. 전파가 감쇄되는 현상을 수치적으로 분석하였으며, 주파수대역의 특성에 따른 주파수 파장의 영향을 분석 하였다. 이를 통하여, 무선센서의 건설 구조물 적용 가능성을 검토한 그 결과 무근콘크리트의 경우 45㎝의 투과 깊이를 보였고, 5㎝의 간격으로 배근한 철근콘크리트는 37㎝, 15㎝ 간격은 45㎝의 투과 깊이를 보였다. 철근 배근 15㎝ 이상이 되면 무선통신에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.