와전류를 이용한 철근부식 센서 및 ZigBee 기반의 무선센서 네트워크를 이용한 측정 시스템 개발

Abstract

본 논문에서는 비파괴검사의 방법 중 하나인 와전류 탐상 검사에서 검사 방식을 재해석하여 기술 및 구현했다. 기존 연구되고 있는 논문에서는 주로 코일을 추가하거나 다른 환경에 적용하는 것에 대한 내용이지만, 본 논문에서는 검사 센서가 되는 코일의 수직 방향을 사용하는 것이 아닌 수평 방향을 사용하는 것으로 구현했다. 실험에 사용되는 철근에 최적화하기 위한 코일의 전선 굵기 및 코일의 직경, 길이가 결정되었고 실험을 통해 전원 인가 조건까지 결정되었다. 또한 검증을 위해 ANSYS Maxwell을 통한 시뮬레이션을 구현했다. 실제 환경에 적용하기 위해 부식 가속을 위한 염화나트륨 수용액 환경에 모사 실험을 진행하였고, 이후 유사한 환경에 맞추기 위해 모르타르 내부 환경에서 실험을 진행하였다. 실험 결과에 따라 철근이 부식함에 따라 표면에 생기는 녹에 의해 와전류에 변화가 생겨 측정되는 실효전압이 점차 감소하는 센서를 구현하였다. 센서를 콘크리트 속에 내장시켜 고정을 할 수 있다는 장점을 최대화하기 위해 ZigBee를 이용한 무선 센서 네트워크를 제안하였다. 센서로부터 데이터를 받아서 마스터 노드로 전송하는 슬레이브 노드와 슬레이브 노드로부터 전송받은 데이터를 클라우드 서버로 전송하는 마스터 노드를 제작하였고, 노드를 통한 Mesh Network를 이용하여 구조물 전 영역에서 동시다발적으로 부식의 정도를 파악할 수 있는 가능성을 입증하였다.