전통적인 검사 방법의 약한 전자기 간섭 저항성과 복잡한 작업 환경 적응성 부족 문제를 해결하기 위해, 고속철도 궤도 침목 HRB400 철근 미세 균열 고정밀 검출 수요에 대응하여 금 나노 복합 재료(Au-PDMS)를 기반으로 한 광음향 센서를 이용한 초음파 검출 방법을 개발했다. 우선 광음향 변환 이론 모델을 탐구하고 4.01 wt%, 5.23 wt%, 6.01 wt%, 7.69 wt% 농도 구배 Au-PDMS 박막 샘플을 제작하였다. 이후 532 nm 펄스 레이저를 사용하여 초음파 신호를 유발하고, 버터워스 대역 통과 필터와 db4 웨이블릿 분해 복합 알고리즘을 결합하여 데이터를 처리하였다. 마지막으로 COMSOL Multiphysics를 통해 HRB400 철근 유한 요소 모델을 구축하여 초음파 신호 다차원 특징과 균열 깊이의 정량적 관계를 분석하였다. 본 연구에서 5.23 wt% 농도 샘플의 초음파 주파수는 4.58 MHz, 신호대 잡음비는 19.56 dB에 달했으며, 실제 균열 깊이 검출 정확도는 640 μm였다. 정량적 연구 결과, 균열 깊이가 1 mm일 때 첫 번째 파 진폭이 증가하고, 3 mm일 때 파형이 이중 봉우리 구조로 분리되며 봉우리 간 간격은 1.50 μs에 달했다. 균열 깊이와 최대 진폭, 에너지, 주파수, 도달 시간의 다중 매개변수 협동 반응 모델을 구축하여 HRB400 철근 미세 균열 정량 검출을 실현하였다. 이 시스템은 마이크로미터급 해상도, 강한 전자기 간섭 저항성 및 복잡한 작업 환경 적응성을 겸비하여 고속철도 기반 시설 구조 건강 모니터링에 신뢰할 수 있는 기술 지원을 제공한다.

광음향 센서;초음파 검출;HRB400 철근;다중 물리장 시뮬레이션;미세 균열 성장