[공학저널 전찬민 기자] 구조물의 변위계측은 구조물의 안전성과 직결되기 때문에 건전성 평가에 있어 가장 중요한 요소다. 교량의 정·동적처짐(변위)은 허용응력법, 강도설계법에 근거한 교량설계에 있어 기본이 되는 물리량이며, 고층빌딩에서도 최상층 변위이력과 층간변위를 통해 건전성이 평가되기 때문에 더욱 정밀한 변위계측 기술이 요구되고 있다.
하지만 변위계측 기술은 이러한 기술적 중요성을 갖는 요소임에도 불구하고 해외 기술의 의존도가 높아 그 심각성이 대두되고 있다. 구조물의 동적거동 계측에 사용되는 센서와 계측장비는 해외 의존도가 가장 높으며, 특히 가속도계와 변위 계측장비는 대부분 해외제품이 선점한 상태다. 이에 따라 국내 재난안전관리 기술의 비약적 발전을 위해서는 기술의 바탕이 되는 센서와 계측장비에 대한 기술 확보가 필요하다.
또한 기존 변위 계측장비는 하나 이상의 한계점을 지니고 있다. 기존 LVDT는 별도의 고정지점 확보를 위한 복잡한 가설구조물의 설치가 필요해 설치 공간과 장소에 제약이 있다. LDV는 높은 정확도를 가지지만 장비의 가격이 높아 상시 모니터링으로 사용하기에는 부적합하며, Vision-Based Sensor와 RTK-GNSS는 설치가 용이하지만 지형, 날씨, 주변 장애물 등에 영향을 받는 단점을 지녔다.
이러한 계측센서들의 단점을 극복하기 위해 가속도계로 계측한 높은 정밀도, 높은 해상도의 가속도와 RTK-GNSS로 계측한 낮은 정밀도, 낮은 해상도의 변위를 융합해 구조물의 고정밀한 변위, 속도, 가속도를 실시간으로 정밀하게 계측 가능한 시스템이 개발돼 주목을 받고 있다. 이 변위계측기를 개발한 주인공은 바로 ㈜풍산FNS다.
기존의 변위계측 센서는 GPS로 알려진 글로벌 위성 항법 시스템만을 주로 이용했는데, 정확한 계측을 위해선 고가의 GPS 장비가 요구되고 있다. 반면 풍산FNS가 개발한 변위계측기는 가속도계와 GPS를 융합해 고정밀의 가속도를 산출하는 특허받은 이단계 칼만필터를 활용해 고정밀의 변위정보뿐만 아니라 고정밀의 속도, 가속도 정보를 고해상도로 실시간 동시 출력이 가능하다는 것이 가장 큰 특징이다.
특히 가속도계 센서를 기반으로 해 변위를 산출하는 방식으로 기존 GPS의 단점인 날씨와 환경에 대한 영향성을 크게 줄여 어떤 환경에서도 계측을 지속할 수 있도록 개선했다.
기존 기술은 20Hz의 주파수를 사용해 1초에 20개의 데이터를 해석하는데 반해, 풍산FNS의 변위계측기는 100Hz의 높은 해상도로 계측하기 때문에 지진 발생 시에도 계측정보의 활용이 가능하며, 사용자의 환경에 따라 20Hz로도 선택이 가능하다.
또한 기존 기술의 계측 정밀도는 수평 8mm, 수직 15mm 이내로 수직변위에 대해는 취약한 특성을 갖는 반면, 당사의 신기술은 수평, 수직 모두 3mm이내로 측정도 가능하다는 것이 장점으로 손꼽힌다.
무엇보다 가격 또한 가속도계를 포함 하더라도 센서 가격이 GPS 센서의 70% 정도이며, 레이저를 이용한 변위계측기인 LDV와 비교하면 30% 수준으로 경제성까지 확보한 것이 풍산FNS의 저력이다.
신동과 방산 전문기업인 풍산그룹의 계열사 중 하나인 풍산FNS는 정밀가공분야의 독보적인 기술력을 바탕으로 육·해·공군이 사용하는 탄약용 신관을 비롯해 관성항법장치의 핵심 부품인 가속도계 센서를 생산·공급해 왔다.
특히 가속도계 센서의 기술은 90년대 초 전략물자인 관성항법장치를 한-러 과제를 통해 국산화하며, 핵심부품인 가속도계 센서의 기초기술을 도입하게 됐다. 이를 통해 자체 개발과 더불어 국방과학연구소와의 지속적인 기술개발에 나선 끝에 국내유일의 기술력을 확보했다.
또한 풍산FNS는 선진국 수준의 고정밀 가속도계를 생산해 각종 미사일과 유도무기 등 군사용 가속도계 센서를 국내 독점 공급하고 있으며, 이를 바탕으로 가속도계 센서를 활용한 변위계측기로 최근 대두되고 있는 건설안전 분야에도 활용범위를 넓혀가고 있다.
풍산FNS 류상우 대표이사(사진)는 “지금까지 국내의 센서 산업은 기술수준이 선진국에 비해 낮아 대부분의 센서를 수입해 사용됐었다”며 “하지만 풍산FNS의 변위계측기는 구조물 건전성 모니터링에 사용되는 센서를 국산화 했을 뿐만 아니라, 지진가속도계측기, 경사계측기, RTK-GNSS(변위계측기)를 하나의 시스템으로 대체 가능하게 돼 계측의 편의성을 크게 증대시킴으로써 적용범위가 크게 확대될 것으로 예상된다”고 말했다.
그는 이어 “기존 기술 대비 합리적인 가격의 장비로 고정밀의 변위정보를 제공함으로써 급속히 노후화가 진행되고 있는 국내 SOC 시설물의 유지관리와 모니터링에 소요되는 비용과 시간 또한 낮출 수 있어, 시설물 안전진단에 필수적인 장비가 될 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
풍산FNS는 변위계측 기술 외에도 국내 무기체계에 적용되는 우수한 가속도계 기술을 민간에 적용(Spin-off)하는 개념으로 지진가속도계측기를 개발했다. 가속도계 기술로 개발된 지진가속도계측기는 2019년 행정안전부(한국지질자원연구원) 인증을 획득해 현재 ㈜풍산 본사와 국내 각 사업장을 비롯해 육군사관학교, 고흥 소록대교, 신안 천사대교 등 많은 시설물에 설치해 운영 중에 있다.
이렇듯 풍산FNS는 ‘미래가치 창조를 통해 인류 발전을 선도하는 풍산’이란 그룹의 경영이념을 바탕으로 ‘안전 분야 글로벌 강소기업’으로 도약하는 것을 비전으로 하고 있다. 이를 위해 신관, 센서, 정밀부품 분야의 최고 전문기업을 달성하고, 친환경 사업장 조성과 안전사고 없는 무재해 사업장 구축에 역점을 두고 있다.
국방 분야의 특성상 급격한 성장이 제한적일 수밖에 없지만 지진이나 구조물의 노후화로 인한 재해를 사전에 감지해 예방할 수 있는 지진계측기와 변위계측기를 성장의 발판으로 삼아, 한 단계 더 도약하는 강소기업을 꿈꾸고 있다.
지난 반세기 동안 국방 분야에서 국가의 안전을 책임져 온 풍산FNS는 국방을 넘어 국민의 생명과 재산을 지키는 기업으로 발전할 것으로 귀추가 주목되고 있다.
