고층 빌딩, 교량과 같은 기반시설과 산업현장의 중대형 설비의 노후화는 초기에 감지하지 못할 경우 대형 안전사고로 이어질 위험이 높다. 특히 구조물에 과다하게 가해지는 하중은 안전성 저하의 주범으로 손꼽힌다. 이 때 기존 구조물 분석 방식인 분포형 광섬유 센서로는 정확한 변형 발생 지점을 찾는 것이 어려웠다. 복잡한 주파수 제어가 필수였으며 수십 ㎞의 광섬유를 부가적으로 사용하다 보니 부피가 커지고 온도 등 외부 영향에 취약했다. 광섬유 온도에 따라 굴절률도 달라져 전혀 다른 곳을 변형 지점으로 측정할 수 있다.
권 연구원팀은 부가적인 광섬유 없이 안정성을 확보한 스마트 광섬유 BOCDA(브릴루앙 광학 상관 영역 분석) 센서를 개발, 위상변조 시간차 선택방식을 도입해 최소한의 감지 광섬유만으로 정확한 하중 지점을 찾아냈다. 연구팀은 이번 기술을 교량 모형의 강철 구조물과 그라운드 앵커(지반 강화 구조물)에 적용, 시험을 마쳤다.
센서를 교량에 설치하면 지속적으로 변형이 증가하는 지점을 발견해 결함 발생 전 조치를 취할 수 있다. 그라운드 앵커의 경우 구조물 해체 없이 단순 센서 설치만으로 점검이 가능하다. 스마트 광섬유 센서는 교량·댐·터널 등과 화학 및 원자력 설비·항공기·우주 발사체 등 구조물 안전성 모니터링을 위한 측정기술로 활용될 것으로 전망된다. 권일범 연구원은 "이 기술을 활용하면 통증 부위를 스스로 감지하는 사람처럼 하중 지점을 자동으로 탐지하는 `스마트 구조물`을 기대할 수 있다"고 말했다.주재현 기자
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