R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C077584-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 지반 매질용 물리적 변화 관측을 위한 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 기술의 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-07-11 ~ 2016-07-10 | |||||
| 연구책임자 | 권태혁 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
3명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
7명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 200,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 200,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 400,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국과학기술원 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001536-01 | |||||
| ISBN | 9788989453734 93540 | |||||
| 주요 내용 |
최근 광학분야에서의 고출력 펄스레이저 기술의 발전으로 인해 테라헤르츠파에서부터 적외선, 자외선에 이르기까지 여러 파장대역(혹은 주파수대역)의 레이저가 개발됨에 따라 반도체, 의료 및 기계산업 분야에서 활발히 쓰이고 있지만, 지반공학 분야에서는 그간 활용이 거의 미비함. 지반공학분야에서 지반 매질 내부에서 일어나는 변화관측을 필요로할 때, X-ray CT와 같은 장비가 필요하며 이러한 장비의 공간적, 경제적, 기능적(해상도)제약으로 인해 지반매질내부를 측정하기에 많은 번거로움이 있음. 이를 해결하고자 지반 매질 내부의 물리적 변화를 시각적으로 확인할 수 있는 ‘지반 매질용 물리적 변화 관측을 위한 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 기술’을 개발하고자 함. 본 연구는 KAIST 건설환경공학과와 포항공과대학교(POSTECH) 막스프랑크 한국/포스텍 연구소의 아토초과학 연구센터와의 공동연구로 진행될 예정이며 KAIST는 지반매질 내부의 물리적 변화 관측용 레이저 기반 영상화 통합 시스템의 개발을 주제로, POSTECH은 지반시료용 레이저 하드웨어 구축 및 영상처리기술 개발을 목표로 연구를 수행할 예정임. [최종목표] 2D 지반 매질용 이미지 프로세싱 소프트웨어구축을 하여 레이저신호를 이미지로 바꿔 지반매질에 대한 물리적 변화 정보를 얻을 수 있도록 하며, 하드웨어적인 부분인 레이저 소스및 그 외 장비들과 소프트웨어를 상호 연결하고 레이저를 통한 지반 매질 측정부터 이미지를 통한 지반매질에 대한 물리적 특성결과물을 한번에 얻을 수 있는 지반 매질 내부의 물리적 변화 관측을 위한 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 통합 시스템을 구축 하는 것. 이를 통해 지반 매질 내부의 물리적 변화를 이미지를 통하여 확인할 수 있게 됨. [연구내용 및 범위] 1차년도에는 레이저 파장대역 및 레이저 용량을 최적화시키는 작업을 한 후 펄스레이저 실험시스템을 구축한다. 구축된 펄스레이저 실험 시스템을 통하여 지반 매질 시료에 대해 몇가지 실험을 한다. 첫 째, 흙의 종류에 따른 투과율 실험을 한다. 흙의 입자크기및 다른 성질의 시료에 대한 투과율 실험을 통하여 흡수계수를 알아낸다. 시료의 고유 물성치인 흡수계수의 주파수영역에 따른 변화를 통하여 지반 매질 시료의 크기 및 종류에 따른 구분을 할 수 있는 흡수계수의 변화 경향성을 알아낸다. 이 와같은 방식을 통하여 흙의 구성물질, 함수비, 시료크기에 따른 레이저 파장 대역별 투과율 및 반사율을 파악한 후 지반 매질에 대한 THz레이저의 반응을 분석하고 이미지시스템을 위한 소프트웨어 및 하드웨어의 설정방향을 결정한다. 2차년도에 들어서 지반매질에 대한 정보를 누구나 다 알 수 있도록 최종 결과를 도출 해 낼 수 있는 2D 지반 매질용 이미지 프로세싱 소프트웨어를 구축한다. 구축된 소프트웨어를 통해 2차원 자동화 스테이지를 제어할 수 있고 지반매질에 대한 면적단위 스캔이 가능하게 된다. 획득된 데이터는 FFT처리 코드를 통하여 주파수별 영상화 결과물을 얻을 수 있다. 영상화 결과물이 지반매질의 물리적 특성을 나타낼 수 있는지 CT 장비같은 이미 매질 내부를 관측하기 위해 사용되는 장비를 통한 이미지를 비교 대조 함으로써 이미지 결과물을 검증한다. 향상된 이미지 결과물 도출을 위한 최적화된 데이터 처리 코드를 개발한다. 이를 통해 실내실험용 2D 레이저 이미징 시스템을 구축 개발하고, 2차원 영상화 처리 속도를 최소화시키기 위한 연구를 통하여 시간대비 정확한 이미지 결과물을 얻을 수 있도록 한다. 마지막으로 지반 시료 내부의 물리적 변화 관측을 위한 레이저 기반 최적 영상화 시스템을 개발한다. 지반 시료 내부의 물리적 변화 관측을 위한 레이저 기반 최적 영상화 시스템을 통해 현장에서 사용할 수 있는 장비 개발을 할 수 있도록 장비 장치의 간소화에 대한 연구를 통하여 마이크로미터급 해상도의 레이저 기반 영상화 장비·장치를 개발한다. 개발 된 영상화 장비 장치를 통해 흙의 구성물질 및 함수비에 따른 레이저 파장 흡수관계 표를 도출하고, 이미지를 비롯하여 지반매질 내부의 물리적 변화를 객관적으로 확인할 수 있는 지반 시료 내부의 물리적 변화에 대한 레이저 기반 최적 영상화 시스템을 최종적으로 개발하고자 한다. |
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| 색인어 | 한글 | 레이저 | 테라헤르츠 | 지반 | 영상화 | |
| 영문 | Laser | Terahertz | Soil | Imaging | ||
| 최종보고서 | 최종보고서_한국과학기술원_권태혁.pdf | |||||