As the hydrogen energy industry grows, its applications expand across various sectors, including aerospace engineering. Hydrogen fuel storage systems use composite overwrapped pressure vessels to store hydrogen fuel. Type IV composite pressure vessels comprise a plastic liner and filament-wounded composite materials like CFRP and GFRP. Pressure vessels undergo repeated expansion and contraction during fuel charging and discharging, accumulating damage over time. Therefore, proper structural health monitoring methods are essential for safely operating hydrogen fuel storage systems. In this study, the PZT active sensor network is based on the PZT pitch-catch method to monitor the structure health of the composite pressure vessels. The PZT active sensor network measures the change of attenuation of the ultrasonic wave propagation through the pressure vessel depending on the hydraulic test cycles. Also, the crack density was calculated using the micro-CT imaging method of the hydraulically tested pressure vessels. A correlation was derived from these two hydraulic test cycle-dependent parameters. This correlation allows the PZT active sensor mounted on the operating pressure vessel to monitor the state of the pressure vessel by measuring the ultrasonic signal attenuation. Another structural health monitoring method, acoustic emission based on laser ultrasonic signal modulation, was also proposed. With frequency domain information of the acoustic emission and laser ultrasonic signal, a neural network-based frequency modulation algorithm was proposed. This algorithm modulates the laser ultrasonic signal's frequency components to resemble the emission signal. With this modulated laser ultrasonic signal, a localization of the acoustic emission on the composite pressure vessels was conducted.
수소에너지 산업이 성장함에 따라 항공분야를 포함한 다양한 분야에서 수소에너지의 적용이 늘어나고 있다. 수소에너지는 수소연료를 사용하기 위해 고압의 복합재 압력용기를 이용하여 수소를 저장한다. 이 복합재 압력 용기들 중 Type IV 압력용기는 플라스틱 라이너를 내부에 두고, 그 주위를 탄소섬유 복합재를 필라멘트 와인딩 방식으로 감는 것으로 구성된다. 압력용기는 연료의 충전과 방전에 따라 수축과 팽창을 반복하며 손상이 누적되게 된다. 따라서 안전한 수소연료의 사용을 위해서 수소연료용기의 상태를 모니터링 할 필요가 있다. 본 연구에서는 복합재 연료저장용 압력용기의 구조 건전성 모니터링을 위해 PZT pitch-catch 기반의 PZT 네트워크를 이용하여 수소연료용기의 반복적인 사용에 따라 발생하는 초음파 신호 전파의 감쇠비를 비교를 획득하고, 이를 micro-CT 기법을 이용해 획득한 크랙 밀도 값의 상관관계를 수압반복 시험 횟수에 따라 도출하였다. 이를 이용하면 수소 저장 시스템을 사용하는 장치의 운용 중 PZT 네트워크에서 측정되는 초음파 전파 감쇠비를 이용하여 수소 저장용 압력용기의 현재 상태를 유추할 수 있다. 더불어, 수소저장용 압력용기에서 사용할 수 있는 구조 건전성 모니터링 기법으로, 레이저 초음파 트레이닝 기반 음향방출 위치표정 알고리즘을 제시하였다. 레이저 초음파 신호와 음향방출 모사 신호의 주파수 대역 정보를 이용해 신경망 기반의 주파수 변조 알고리즘을 통해 레이저 초음파 신호가 음향방출 신호와 유사하도록 변조시켜, 레이저 초음파 신호를 바탕으로 음향방출 신호의 위치표정을 수행하였다.
