R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157213-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 레이져 유도 플라즈마 분광법(LIBS)기반 멀티스케일 진단기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 박원준 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
12명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 96,000,000 원 계 : 306,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 164,070,000 원 계 : 534,070,000 원 |
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| 연구기관명 | 강원대학교산학협력단삼척캠퍼스분단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
레이져 유도 플라즈마 분광법(LIBS)활용 건설재료 모니터링 멀티스케일 활용 필요성 ■ 미량원소 분석에서 LIBS의 기능과 장점은 연구적, 산업분야 활용에서 충분히 검증됨. ■ LIBS의 기능과 건설재료의 종류,성상,성능 등을 고려할 때, 활용가능성이 매우 크고, 실시간-소형화-다목적 활용모델개발이 수반되어야 함(공동연구필요) ■ 건설분야 LIBS 적용분야의 확대: 자원순환성, 재료안전성, 환경유해성 등 ● 기술적 응용개념 및 LIBS 활용사례/연구는 매우 폭넓으나, 건설재료분야에 활용된 사례는 거의 없음. 또한, 상용화된 LIBS기반 분석장치는 실험실 기반 거대분석장비이며, 일부 콘크리트 분석에 활용된 연구가 있음. LIBS활용 성분모니터링은 소형화/원격디스플레이 추세이며, 건설분야에서는 표준화학분석과 더불어 센싱기반 헬스모니터링으로 진행되는 추세임. 재료를 포함한 건설분야에서 LIBS를 응용한 멀티스케일 모니터링은 부재. ● 건설재료는 다종이며, 시간 의존적이고, 다양한 환경, 다양한 생산/제조/처리를 고려하여 품질이나 안전성 및 이를 활용하였을 경우의 성분/성능 모니터링이 수반되어야 함. 품질 및 성능 모니터링에 활용되는 주요 프로세스(샘플링-전처리-분석)의 제약사항은 개선/극복될 필요성이 있으며, 스마트 건설환경에서 요구되는 소형-비파괴-실시간-멀티스케일 방향으로 진행되어야 함. [최종목표] 본 연구는 건설재료 성분분석을 레이져 유도 플라즈마 분광법(LIBS)을 활용하여 소형화-비파괴-실시간 모니터링 기술을 개발하고, 재료-제품-건축물 단계별 멀티스케일 품질 및 성능모니터링 활용 기술개발을 목표로 함. ● 레이져 유도 플라즈마 분광법(LIBS)을 활용한 소형/비파괴/실시간 모니터링 기술 ● 설정수준별 표준분석과 LIBS 분석 Calibration 모델개발 ● LIBS 최적 레이저 모듈과 머신러닝기반 분석알고리즘 및 시스템 개발 ● LIBS 연계 다목적 멀티스케일 품질 및 성능모니터링 활용 모델 개발 [연구내용 및 범위] 연구 1. LIBS연계 다목적 멀티스케일 분석 및 모니터링 기술 최적화 1-1. 건설재료별 성상별 품질, 구조물 내구성능 분석 및 평가기술 1-2. DB구축과 정확성과 재현성 향상을 위한 LIBS와의 Calibration 1-3. 멀티스케일 활용모델 개발(물질 모니터링의 적용분야의 확대) ○응용: 건설재료별 성상별 품질, 구조물 내구성능 분석 및 평가기술 -결합재, 슬래그, 골재, 콘크리트(경화전후) 등의 표면 및 심도분석 -대상: 염화물, 황산염, 탄산화, 유해물질 모니터링 기법 ○검증: 개발기술과 기존 표준화학분석 프로세스와 비교평가 -분석 DB구축과 정확성과 재현성 향상을 위한 LIBS와의 Calibration -기존 원소분석법과의 재료성상/유형별 비교실험분석 ○활용: 멀티스케일 활용(품질 및 내구성 모니터링) -실시간 분석이미지 맵핑기술, 소형화, UAV(드론)연계 활용방안 -재료:결합재, 각종 건설용 골재, 경화전 콘크리트의 성분분석 및 품질관리 기술 -구조물:콘크리트 내 염화물, 황산염, 탄산염 분석 및 내구성 평가 기술 -기타: 건설폐기물 재활용 유해물질(중금속 등), 건축자재 석면검사 활용방안 연구 2. LIBS를 이용한 독립형태 (Stand-alone) 머신러닝 기반 분석시스템 2-1. 건설재료 성분분석 레이저 어블레이션 및 스펙트럼 분석 최적화 2-2. 스펙트럼 분석을 위한 머신러닝 알고리즘 개발 및 임베디드 시스템 구현 ○규명:건설재료 성분분석 레이저 어블레이션 및 스펙트럼 분석 최적화 - 건축 성능진단 레이저 분광 분석을 위한 소형 레이저 모듈 시험 및 최적화 - 레이저 소스를 포함한 Stand-alone 분광 스펙트럼 분석 기술 및 모듈 개발 - 스펙트럼 분석을 위한 머신러닝/딥러닝 알고리즘 개발 및 임베디드 시스템 구현 - 시스템 내 안드로이드 운영체제 기반 디스플레이 정보제공 구조 구현(S/W) - Stand-alone 형태의 prototype 장치 개발 및 분석 정확도 확보 (시작품) ○검증: 개발기술과 기존 표준화학분석 프로세스와 비교평가 -분석 DB구축과 정확성과 재현성 향상을 위한 LIBS와의 Calibration -기존 원소분석법(XRF, SEM-EDS, EPMA, TG-DTA, NIR)과의 재료성상별 비교평가 핵심성과1. 설정수준별 표준분석과 LIBS 분석 Calibration 모델개발 핵심성과2. LIBS연계 다목적 멀티스케일 활용기술 최적화 핵심성과3. LIBS 최적 레이저 조건 및 분석알고리즘 개발 핵심성과4. LIBS기반 분석시스템 및 운영체제 개발 |
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| 색인어 | 한글 | 레이져 유도 플라즈마 분광법 | 건설재료 | 실시간 분석 | 성능진단 | 멀티스케일 |
| 영문 | Laser-Induced Breakdown Spectroscopy | Construction materials | Realtime | Performance monitoring | Multi-scale | |
| 최종보고서 | [서식1] 최종보고서-수정보완본.pdf | |||||