친환경 초음파 센서로 상수도 배관 원격 검사… "국내 기술, 글로벌 시장서 우위"

한국표준과학硏·고려대 공동개발

국내 연구진이 초음파로 인체 내부의 문제나 이상 징후를 조기 진단하듯 제조·건설업 분야에서 구조물이나 시설물, 기계시스템 등의 이상 및 결함을 검사할 수 있는 친환경 초음파 센서를 개발했다. 이 센서는 일반적으로 검사원이 특정 지점에 정기 방문해 시행하고 있는 배관 검사를 넓은 영역에 걸쳐 무인 상시 모니터링이 가능하다. 또 기존 센서에 비해 납이 들어가지 않아 친환경적이며, 적은 개수의 센서로도 넓은 범위를 비파괴 방식으로 검사할 수 있어 효율적이다.

한국표준과학연구원 지능형파동측정팀과 고려대 신소재공학과 전자재료연구실은 납을 포함하지 않는 비납계 압전 물질로 유도초음파 센서를 개발했다고 10일 밝혔다. 인체 및 환경 유해성에 대한 우려를 해소하면서도 기존의 납 기반 센서 대비 뛰어난 성능을 갖췄다.

이 센서는 360도 방향으로 신호를 고르게 출력하는 전방향 센서다. 초음파의 횡파 모드를 사용해 고체와 액체를 동시에 통과해도 신호가 왜곡되거나 약해지지 않는 것이 특징이다. 배관에 물이 흐르고 있어도 에너지 손실 없이 넓은 범위를 효율적으로 검사할 수 있다. 연구진은 기존 센서 대비 출력 효율이 높은 횡파 모드 센서를 만들기 위해 소자 설계방식을 독창적인 사다리꼴 형태로 개선했다.

이를 적용해 비납계 친환경 물질로 센서를 개발한 결과, 기존의 납 기반 센서에 비해 횡파 모드 초음파의 출력 강도가 15% 이상 더 컸다.

승홍민 표준과학연구원 선임연구원은 "이 센서는 납이 없는 친환경 소재로, 배관에 장기간 설치해도 주변 환경이나 용수에 영향이 없어 안심하고 사용할 수 있다"며 "배관 검사 외에도 향후 제조·건설업 분야 등 글로벌 비파괴검사 시장에서 국내 기업의 기술 우위 확보에 기여할 것"이라고 말했다.

한편, 연구진은 이 센서를 재료과학 분야 국제학술지 '세라믹스 인터내셔널(Ceramics International)'에 발표했다.

김만기 기자