안테나배열을 이용한 콘크리트부재 내부의 비파괴시험과 영상화방법 개발 = Subsurface Imaging Technology For Damage Detection of Concrete Structures Using Microwave Antenna Array

국문 초록 (Abstract)

콘크리트 구조물 내부 결함이나 철근 위치를 탐지하기 위하여 초단파를 이용하는 비파괴 시험방법이 구조물 안전진단 분야에서도 최근 관심을 불러일으키고 있다. 본 연구의 목적은 기 개발된 2차원 영상화 방법을 확장하여 3차원 영상처리방법을 개발하는 것이다. 그 방법으로 콘크리트 구조물 내의 결함을 탐지하기 위한 안테나를 구성, 수치적 초점조절시스템을 이용하여 송신부와 수신부의 초점을 동시 조절하여 구조물 내부의 모든 부분을 검색하였다. 또한 다중주파수 방식을 이용, 데이터의 오류를 제거하고 해상도를 향상시켜 구조물 내부의 결함이나 내부모습을 탐지할 수 있는 3차원 영상장치를 개발하고자 하였다. 실험 결과, 데이터 오류를 줄이는 다중주파수방식에 의하여 재현된 영상의 정확성을 검증하고, 주파수 조절방법에 의하여 <TEX>$4{\times}4$</TEX> 안테나배열을 설계함으로써 5.2 GHz에서 주파수대역의 우수한 투과성능을 입증하였다. 즉 본 연구에서 개발된 슬롯안테나는 파동의 방사기능과 주파수대역의 넓이 등에서 구조부재의 결함탐지에 이용될 수 있음을 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Microwave tomographic imaging technology using a bi-focusing operator has been developed in order to detect the internal voids/objects inside concrete structures. The imaging system consists of several cylindrical or planar array antennas for transmitting and receiving signals, and a numerical focusing operator is applied to the external signals both in transmitting and in receiving fields. In this study, the authors developed 3-dimensional (3D) electromagnetic (EM) imaging technology to detect such damage and to identify exact location of steel rebars or dowel. The authors have developed sub-surface two-dimensional (2D) imaging technique using tomographic antenna array in previous works. In this study, extending the earlier analytical and experimental works on 2D image reconstruction, a 3D microwave imaging system using tomographic antenna way was developed, and multi-frequency technique was applied to improve quality of the reconstructed image and to reduce background noises. Numerical simulation demonstrated that a sub-surface image can be successfully reconstructed by using the proposed tomographic imaging technology. For the experimental verification, a prototype antenna array was fabricated and tested on a concrete specimen.