KR100883446B1 - Defect diagnostics system and method using acoustic emission - Google Patents

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Abstract

A damage detecting system and method using acoustic emission are provided to easily detect whether an inner structure of industrial facility is damaged in real time, effectively remove unnecessary noise from a collected acoustic emission signal and analyze the signal. A damage detection system using acoustic emission includes a plurality of sensing units(10) attached to different points of an inner structure to sense an object signal including an acoustic emission signal and an acoustic vibration signal, an amplifier unit(20) for filtering and amplifying the object signal, a signal processing unit(30) for processing and analyzing the object signal, and an interface unit(40) for indicating the processing result of the signal processing unit and providing a user interface environment.

Description

음향방출신호를 이용한 결함진단시스템 및 결함진단방법{defect diagnostics system and method using acoustic emission}Defect diagnostics system and method using acoustic emission

본 발명은 음향방출신호(Acoustic Emission : AE)를 이용한 결함진단시스템 및 결함진단방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 보일러의 튜브누설과 같은 산업설비용 내부구조물의 이상유무를 파악하기 위해, 미세균열, 미세변형 등 해당 구조물의 소성변형 시(時) 수반되는 음향방출신호를 이용하여 상기 내부구조물의 결함여부, 결함정도, 결함위치를 진단하는 결함진단시스템 및 결함진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a defect diagnosis system and a method for diagnosing a defect using an acoustic emission signal (AE). More specifically, in order to grasp the abnormality of an internal structure for an industrial facility such as a tube leakage of a boiler, The present invention relates to a defect diagnosis system and a defect diagnosis method for diagnosing a defect, a degree of defect, and a position of a defect of an internal structure by using an acoustic emission signal accompanying plastic deformation of a structure, such as micro deformation.

최근 들어 사회가 급격하게 도시화, 산업화, 전문화되면서 효율적인 에너지 분배에 기초한 고출력 산업설비의 필요성이 고조되고 있으며, 이에 부응하여 수도관, 가스관 등의 에너지분배설비를 비롯한 보일러나 발전기 등의 에너지발생설비 구축이 계속되고 있다.Recently, with the rapid urbanization, industrialization and specialization of society, the necessity of high-power industrial equipment based on efficient energy distribution is increasing.In response, the construction of energy generating facilities such as boilers and generators, including energy distribution facilities such as water pipes and gas pipes, etc. It is going on.

하지만 이들 대형산업설비의 구축사례가 증가함에 따라 안정성을 우려하는 목소리가 높아지고 있는데, 특히 외부에서 은폐된 해당 설비의 내부구조물에 결함이 발생된 경우에는 쉽게 관찰할 수 없어 안정성과 효율성이 크게 위협받는다. 따라서 산업설비용 내부구조물의 미세 변형, 미세 균열 등의 결함여부를 초기에 감지하여 적절히 대처하는 것은 매우 중요하지만, 이를 위해 새로운 손상을 가하는 것은 아무런 실익(實益)이 없는바, 대상물에 손상을 가하지 않고 그 결함여부를 검사할 수 있는 비파괴검사법(non-destructive inspection)이 각광받고 있다.However, as the number of construction cases of these large industrial facilities increases, there is a growing concern about stability. Especially when defects occur in the internal structure of the equipment that is concealed from the outside, the stability and efficiency are greatly threatened. . Therefore, it is very important to detect and properly deal with defects such as micro deformation and micro cracks of the internal structure for industrial facilities at the early stage.However, applying new damage does not cause any damage to the object. Non-destructive inspection, which can inspect the defects without a defect, is in the spotlight.

일반적으로 비파괴검사법이란 재료가 가지는 물리적 현상을 이용하여 대상물에 손상을 가하지 않고 불 완전성을 조사 및 판단하는 기술적 행위를 총칭하며, 구체적인 예로는 방사선투과법, 초음파탐상법, 자기탐상법, 침투탐상법, 전자기유도탐상법 등을 들 수 있다. 하지만 이들 대부분의 비파괴검사법은 대상물에 직접적이고 일회적인 에너지를 가함으로써 결함유무를 검사하는 방식을 취하므로 접근이 제한된 내부구조물 등에는 적용이 힘들고, 특정 시점에서의 검사결과 이외에 실시간의 검사결과를 얻기 어려운 관계로 상당한 손상이 진행된 이후에야 비로소 결함여부를 파악할 수 있는 한계가 있다.In general, nondestructive testing is a general technical act of investigating and judging incompleteness without damaging an object by using physical phenomena of materials. Specific examples are radiographic, ultrasonic, magnetic, and penetrant methods. And electromagnetic induction flaw detection methods. However, most of these non-destructive testing methods are used to inspect defects by applying direct and one-time energy to the object, which makes it difficult to apply to restricted internal structures. There is a limit to the identification of defects only after significant damage has occurred due to a difficult relationship.

한편, 최근에 알려진 『음향방출신호(Acoustic Emission : AE)를 이용한 비파괴검사법』은 검사대상물의 변형 또는 균열 시(時) 수반되는 탄성파(elastic wave)로서 대상물의 내부를 따라 전파되는 음향방출신호(AE)를 이용하여 결함여부를 판단하는 방법인데, 엄밀하게는 초음파영역의 비파괴검사법에 해당되지만, 여타의 다른 방법과 달리 높은 감도와 지속적인 검사가 가능한 것은 물론, 대상물의 구조나 결함의 크기, 방향 등에 구애받지 않아 접근이 제한된 경우에도 적용이 가능 하다.On the other hand, recently known `` non-destructive testing method using acoustic emission (AE) '' is an acoustic emission signal propagating along the inside of the object as an elastic wave accompanying the deformation or cracking of the inspection object. AE) is a method of determining defects, which is strictly a non-destructive testing method in the ultrasonic region, but unlike other methods, it is possible to have high sensitivity and continuous inspection, as well as the size and direction of an object's structure or defect. It can be applied even if access is restricted because it is not limited to the back.

그러나 음향방출신호를 이용한 비파괴검사법의 분석대상인 음향방출신호에는 가청주파수인 저주파 대역으로부터 수MHz 의 고주파 대역에 달하는 여러 가지 잡음(noise)이 혼입되므로 정확한 해석이 어렵고, 센서의 감도 등에 따라 결과가 달라지는 등 신뢰성과 반복재현성이 떨어지는 문제점이 있다.However, the acoustic emission signal, which is the analysis target of the non-destructive testing method using the acoustic emission signal, contains various noises ranging from the low frequency band of the audible frequency to the high frequency band of several MHz, which makes it difficult to accurately interpret the results. Etc. There is a problem of inferior reliability and repeatability.

때문에, 음향방출신호를 이용한 기존의 비파괴검사장치로 보일러 등의 복잡한 구조물에 대한 결함을 진단하기 위해서는 대부분 튜브의 누설에 따른 특정주파수 대역의 음향방출신호 만을 이용하지만, 통상적으로 균열의 성장 후 누설이 발생하므로 결국 사후관리에 준하는 정비를 수행할 수밖에 없는 문제점이 나타난다.Therefore, in order to diagnose defects on complex structures such as boilers, most conventional non-destructive inspection devices using acoustic emission signals use only acoustic emission signals of a specific frequency band according to the leakage of tubes. As a result, a problem that can only be performed according to the follow-up management.

뿐만 아니라 음향방출신호를 이용한 기존의 비파괴검사 시스템은 누설발생 시점 이후의 경보 및 알람레벨에 해당되는 대표적인 측정값(예를 들면, dB의 상한 설정값 이상에서 발생되는 경보 및 알람 등)을 통해 누설을 판단하는바, 정확한 정보를 제공할 수 없어 발전 정지후 정비시점에서 신뢰성이 떨어져 경제적 손실을 초래하는 한편, 센서가 설치된 주변의 알람값을 통해 대략적인 누설위치의 파악은 가능하지만 보일러와 같은 복잡한 구조물에 대한 균열 및 누설위치를 정확하게 추정하기 어려운 관계로 신속한 정비대응에 있어 큰 한계가 있다.In addition, the existing non-destructive inspection system using the acoustic emission signal leaks through representative measurement values (for example, alarms and alarms generated above the upper limit of dB) after the occurrence of the alarm and alarm level. As it is impossible to provide accurate information, it is not reliable at the time of maintenance after the power generation stops, resulting in economic loss, and the approximate leakage location can be identified through the alarm value around the sensor. Since it is difficult to accurately estimate the location of cracks and leaks on the structure, there is a big limitation in prompt maintenance response.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems.

즉, 본 발명은 음향방출신호를 이용한 결함진단시스템 및 결함진단방법으로서, 접근이 제한된 산업설비용 내부구조물의 결함여부를 실시간으로 용이하게 감지할 수 있는 것은 물론, 현장에서 수집된 음향방출신호로부터 불필요한 잡음을 효과적으로 제거 및 분석할 수 있는 구체적인 방도를 제시하며, 특히 해당 구조물의 결함여부, 결함정도, 결함위치를 정확하게 진단할 수 있는 결함진단시스템 및 결함진단방법을 제시하는데 그 목적이 있다.That is, the present invention is a defect diagnosis system and a defect diagnosis method using an acoustic emission signal, it is possible to easily detect in real time the defects of the internal structure for limited access industrial equipment, as well as from the acoustic emission signal collected in the field The purpose of this paper is to present a concrete method to effectively remove and analyze unnecessary noise, and to present a defect diagnosis system and a method for diagnosing defects that can accurately diagnose the defects, the degree of defects, and the location of defects.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 산업설비용 내부구조물의 결함진단을 위한 결함진단시스템으로서, 상기 내부구조물의 서로 다른 위치에 장착되어, 상기 내부구조물의 소성변형에 따른 탄성파로부터 각각 균열발생에 의한 음향방출신호와 누설발생에 의한 음향진동신호를 포함하는 대상신호를 감지하는 복수의 센싱유닛과; 상기 센싱유닛의 대상신호를 필터링 및 증폭하는 엠프유닛과; 상기 엠프유닛의 대상신호를 처리 및 분석해서 상기 내부구조물의 결함여부, 결함정도, 결함위치를 산출하는 신호처리유닛과; 상기 신호처리유닛의 산출결과를 표시하고, 사용자 인터페이스 환경을 제공하는 인터페이스유닛을 포함하는 음향방출신호를 이용한 결함진단시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a defect diagnosis system for defect diagnosis of the internal structure of the industrial equipment, it is mounted at different positions of the internal structure, each crack from the acoustic wave according to the plastic deformation of the internal structure A plurality of sensing units for detecting a target signal including an acoustic emission signal by generation and an acoustic vibration signal by leakage; An amplifier unit for filtering and amplifying a target signal of the sensing unit; A signal processing unit which processes and analyzes a target signal of the amplifier unit to calculate whether the internal structure is defective, a degree of defect, and a defect position; A defect diagnosis system using an acoustic emission signal including an interface unit for displaying a calculation result of the signal processing unit and providing a user interface environment is provided.

이때, 상기 센싱유닛은 각각, 상기 내부구조물에 장착되어 상기 탄성파를 전파하는 도파관과; 상기 탄성파로부터 2~20kHz 대역의 상기 저주파신호를 수집하는 저주파센싱수단과; 상기 탄성파로부터 20~500kHz 대역의 상기 음향방출신호를 수집 하는 고주파센싱수단을 포함하는 것을 특징으로 하고, 이때, 특히 상기 저주파센싱수단은 가속도계를 포함하고, 상기 고주파센싱수단은 AE 센서를 포함하며, 상기 엠프유닛은, 상기 센싱유닛과 일대일 연결되어 상기 대상신호를 1차 증폭 및 필터링 하는 복수의 프리엠프와; 상기 복수의 프리엠프와 상기 신호처리유닛을 통합 연결하며 상기 대상신호를 2차 증폭 및 필터링 하는 메인엠프를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 메인엠프는 저주파신호처리를 위한 제 1 광대역 필터와; 고주파신호처리를 위한 제 2 광대역필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, each of the sensing unit, the waveguide is mounted to the internal structure to propagate the acoustic wave; Low frequency sensing means for collecting the low frequency signal in the 2 to 20 kHz band from the elastic wave; It characterized in that it comprises a high frequency sensing means for collecting the acoustic emission signal of the 20 ~ 500kHz band from the elastic wave, in particular, the low frequency sensing means comprises an accelerometer, the high frequency sensing means comprises an AE sensor, The amplifier unit comprises: a plurality of preamps connected one-to-one with the sensing unit to amplify and filter the target signal first; And a main amplifier for integrally connecting the plurality of preamplifiers and the signal processing unit and performing secondary amplification and filtering on the target signal, wherein the main amplifier comprises: a first broadband filter for low frequency signal processing; And a second wideband filter for high frequency signal processing.

또한 상기 신호처리유닛은, 입력변수를 매개로 상기 대상신호를 유한 임펄스의 적응형 신호로 변환하고, 웨이블릿 변환의 적응형 필터링을 통해 잡음을 제거하는 디지털신호처리부와; 상기 대상신호의 해석을 통해 상기 결함여부와 상기 결함정도를 파악하고, 상기 센싱유닛 간 시간지연, 상기 센싱유닛의 장착위치, 상기 센싱유닛 별 감지시점을 토대로 한 위치표정으로 상기 결함위치를 추정하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 위치표정은 지역표정법 및 도달시간차법 중 적어도 하나에 의한 추정결과의 보정으로 얻어지는 것을 특징으로 하며, 상기 보정은 상기 내부구조물의 용접부위 및 이로 인한 음향방출신호의 속도변화를 포함하는 상기 내부구조물의 종류 및 특성을 토대로 하는 것을 특징으로 한다.The signal processing unit may further include: a digital signal processing unit for converting the target signal into an adaptive signal having a finite impulse through an input variable and removing noise through adaptive filtering of wavelet transform; Determining whether the defect and the degree of the defect through the analysis of the target signal, and estimating the position of the defect by positioning based on the time delay between the sensing unit, the mounting position of the sensing unit, the detection time of each sensing unit Characterized in that it comprises a calculation unit, wherein the positional determination is obtained by the correction of the estimation result by at least one of the regional expression method and the time difference of arrival method, the correction is the welding part of the internal structure and the resulting acoustic emission It is characterized in that based on the type and characteristics of the internal structure including a change in the speed of the signal.

또한 상기 산업설비는 관류형 보일러이고, 상기 센싱유닛은 하부로(lower furnace), 플래튼 과열기(platen SH), 파이널 과열기(final SH), 콜드 과열기(Cold RH), 절단기(ECO)에 걸쳐 18~26 개소로 장착되되, 인접한 3개의 센싱유닛은 삼각형 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하고, 상기 인터페이스유닛은, 상기 신호처리유 닛의 산출결과를 표시하는 디스플레이부와; 상기 신호처리유닛의 연산결과에 따른 경고음을 발하는 알람부와; 상기 신호처리유닛과의 상호 통신 및 상기 디스플레이부와 알람부의 제어를 위한 유무선의 로컬 터미널을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 인터페이스유닛은 상기 신호처리유닛과 상호 통신하는 리모트 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the industrial equipment is a once-through boiler, and the sensing unit has a lower furnace, a platen superheater (platen SH), a final superheater (final SH), a cold superheater (Cold RH), and a cutter (ECO). A plurality of adjacent sensing units are arranged in a triangular shape, and the interface unit includes: a display unit which displays a calculation result of the signal processing unit; An alarm unit for emitting a warning sound according to the operation result of the signal processing unit; And a wired or wireless local terminal for mutual communication with the signal processing unit and control of the display unit and the alarm unit, wherein the interface unit further includes a remote controller communicating with the signal processing unit. It is done.

아울러 본 발명은 산업설비용 내부구조물의 결함진단을 위한 결함진단방법으로서, (a) 상기 내부구조물의 소성변형에 따라 상기 내부구조물의 서로 다른 위치로부터 발생되는 탄성파로서, 균열발생에 의한 음향방출신호 및 누설발생에 의한 음향진동신호를 포함하는 저주파신호 및 음향방출신호대역의 대상신호를 감지하는 단계와; (b) 상기 대상신호를 필터링 및 증폭하는 단계와; (c) 입력변수를 매개로 상기 대상신호를 적응형 신호로 변환하고, 적응형 필터링을 통해 잡음을 제거하는 단계와; (d) 상기 대상신호를 해석하여 상기 결함여부와 상기 결함정도를 파악하고, 상기 센싱유닛 간 시간지연, 상기 센싱유닛 별 장착위치, 상기 센싱유닛 별 감지시점을 토대로 한 위치표정으로 상기 결함위치를 추정하는 단계와; (e) 상기 산출결과를 사용자에게 디스플레이하는 단계를 포함하는 음향방출신호를 이용한 결함진단방법을 제공한다.In addition, the present invention is a defect diagnosis method for the defect diagnosis of the internal structure of the industrial equipment, (a) the acoustic wave generated from different positions of the internal structure according to the plastic deformation of the internal structure, the acoustic emission signal due to crack generation And detecting a low frequency signal including an acoustic vibration signal due to leakage and a target signal in an acoustic emission signal band; (b) filtering and amplifying the target signal; (c) converting the target signal into an adaptive signal through an input variable and removing noise through adaptive filtering; (d) The target signal is analyzed to determine whether the defect is present and the degree of the defect, and the defect position is determined based on a time delay between the sensing units, a mounting position for each sensing unit, and a position indication based on a sensing time for each sensing unit. Estimating; (e) providing a method for diagnosing defects using an acoustic emission signal comprising displaying the result of the calculation to a user.

이때, 상기 (e) 단계 이후, 상기 산출결과에 따라 경고음을 발하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 (b) 단계 이후 상기 (c) 단계 이전, 사용자가 상기 (c) 단계의 입력변수를 선택 및 지정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 (c) 단계의 상기 적응형 신호는 유한 임펄스 신호이고, 상기 (c) 단 계의 적응형 필터링은 웨이블릿 변환을 포함하며, 상기 (d) 단계의 위치표정은 지역표정법, 도달시간차법 중 적어도 하나에 따른 추정결과의 보정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 보정은 상기 내부구조물의 용접부위 및 이로 인한 음향방출신호의 속도변화를 포함하는 상기 내부구조물의 종류 및 특성을 토대로 하는 것을 특징으로 한다.At this time, after the step (e), it characterized in that it further comprises the step of beeping in accordance with the calculation result, after the step (b) before the step (c), the user is the input variable of the step (c) And the adaptive signal of step (c) is a finite impulse signal, the adaptive filtering of step (c) includes wavelet transform, and The positional expression of step d) may include correction of the estimation result according to at least one of the regional expression method and the time difference of arrival method. In addition, the correction is characterized in that based on the type and characteristics of the internal structure, including the welded portion of the internal structure and the resulting speed change of the acoustic emission signal.

이상의 본 발명은 음향방출신호의 장점을 그대로 유지하면서도 신호해석에 대한 객관성과 정확성을 크게 향상시켜 대상물의 정확한 결함진단을 가능케 한다.The present invention enables the accurate defect diagnosis of the object by greatly improving the objectivity and accuracy of the signal analysis while maintaining the advantages of the acoustic emission signal.

즉, 본 발명은 음향방출신호를 이용함에 따라 높은 감도와 지속적인 검사가 가능하고, 검사대상물의 구조나 결함의 크기, 방향 등에 구애받지 않아 접근이 제한된 경우에도 적용이 가능한 장점을 나타내는 한편, 현장에서 수집된 음향방출신호로부터 불필요한 잡음을 효과적으로 제거 및 분석할 수 있는 구체적인 방도를 제공하는바, 신호해석의 객관성과 정확성을 향상시켜 진단결과에 대한 신뢰성을 더한다. 특히 본 발명은 지역표정법과 도달시간차법에 근거한 데이터베이스 기반의 최적화 보정과정을 통해 결함을 위치표정함으로써 내부구조물의 결함위치를 보다 정확하게 진단할 수 있는 효과가 있다.That is, the present invention shows the advantage that the high sensitivity and continuous inspection is possible by using the acoustic emission signal, and can be applied even when the access is restricted regardless of the structure of the inspection object, the size, the direction of the defect, etc. It provides a concrete way to effectively remove and analyze unnecessary noise from the collected acoustic emission signals. It improves the objectivity and accuracy of the signal analysis and adds reliability to the diagnosis results. In particular, the present invention has the effect of more accurate diagnosis of the location of the defect of the internal structure by positioning the defect through a database-based optimization correction process based on the local marking method and the time difference method.

따라서 본 발명은 보일러 등의 대형산업설비에 적용될 경우 보다 효과적이며, 실시간의 검사 및 유지보수가 가능하여 안전한 공정진행을 도모할 수 있다.Therefore, the present invention is more effective when applied to large industrial equipment, such as boilers, it is possible to promote the safe process by the inspection and maintenance in real time.

이하, 도면을 참조해서 본 발명을 상세하게 살펴본다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본격적인 설명에 앞서, 본 발명은 대형산업설비의 내부구조물에 대한 결함, 다시 말해 미세 변형이나 미세 균열 등의 소성변형 시(時) 수반되는 탄성파로부터 특정 주파수 대역의 대상신호를 수집 및 분석함으로써 해당 구조물의 결함여부, 결함정도, 결함발생위치를 진단하는 것을 특징으로 한다. 이때, 대상신호에는 균열발생에 의한 음향방출신호와 누설에 의한 음향진동신호가 포함되고, 이는 저주파 대역의 가청신호와 고주파 대역의 음향방출신호 대역을 아우르는 바, 이하, 총칭하여 음향방출신호라 한다.Prior to the full description, the present invention collects and analyzes a target signal of a specific frequency band from a seismic wave accompanying a plastic deformation such as a micro deformation or a micro crack in an internal structure of a large industrial facility. It is characterized by diagnosing whether there is a defect, the degree of defect, and the location of the defect. At this time, the target signal includes an acoustic emission signal due to crack generation and an acoustic vibration signal due to leakage, which includes an audible signal in a low frequency band and an acoustic emission signal band in a high frequency band, hereinafter collectively referred to as an acoustic emission signal. .

여기서 음향방출신호에 대해 간략히 살펴보면, 소정 구조물에 응력이 가해지면 탄성역에서 소성역으로 이동하여 소성변형이 일어나고, 계속적인 응력이 가해지면 미세 변형 및 미세 균열 등의 결함이 발생 및 성장해서 파괴에 이른다. 이 과정 중에 소성역으로부터 각 단계마다 그 내부에 축적된 변형에너지가 탄성파의 형태로 방출되고, 구조물을 따라 전파되어 탄성파인 음향방출신호로 전파된다. 이때, 탄성파인 음향방출신호는 전파거리, 매질의 형태 및 종류 등에 따라 감쇠가 나타나고, 따라서 최초 발생지점으로부터 서로 다른 위치에서 각각 시간차를 두고 감지된다.Here, the acoustic emission signal is briefly described. When a stress is applied to a predetermined structure, plastic deformation occurs by moving from the elastic region to the plastic region, and when continuous stress is applied, defects such as micro deformation and micro cracks are generated and grown and destroyed. To this. During this process, the strain energy accumulated therein at each step from the firing zone is released in the form of an elastic wave, propagates along the structure and propagates as an acoustic emission signal which is an elastic wave. At this time, the acoustic emission signal, which is an acoustic wave, is attenuated according to the propagation distance, the type and the type of the medium, and thus is detected with a time difference at different positions from the initial generation point.

첨부된 도 1은 음향방출신호의 주파수 범위를 나타낸 모식도로서, 본 발명에서 주목하고 있는 대역은 산업용 음향방출신호대역인 2~1.2MHz에 해당된다.1 is a schematic diagram illustrating a frequency range of an acoustic emission signal, and a band that is focused on the present invention corresponds to an industrial acoustic emission signal band of 2 to 1.2 MHz.

한편, 음향방출신호는 파동의 진행방향에 나란하게 진동하는 종파(A-wave, A파)와, 파동의 진행방향에 수직하게 진동하는 횡파(S-wave, S파)를 포함하며, 그 발생양태(發生樣態)에 따라서는 짧은 시간동안 큰 에너지를 나타내는 돌발형(burst) 음향방출신호로서 구조물의 항복, 변형, 균열, 파괴, 상 변태 등에 인한 1차 음향방출신호와, 일정 크기를 지속적으로 나타내는 연속형(continuous)의 음향방출신호로서 구조물의 마찰, 누설 등에 의한 2차 음향방출신호로 구분될 수 있다.On the other hand, the acoustic emission signal includes a longitudinal wave (A-wave, A wave) that vibrates side by side in the direction of wave propagation, and a transverse wave (S-wave, S wave) that vibrates perpendicular to the direction of wave propagation. Depending on the aspect, it is a burst sound emission signal that shows a large energy for a short time. The primary sound emission signal due to the yield, deformation, crack, breakage, phase transformation, etc. of the structure is continuously maintained. As a continuous acoustic emission signal represented by the can be divided into a secondary acoustic emission signal due to friction, leakage of the structure.

이때, 음향방출신호는 발생 및 전파의 과정 중에 반사성분 및 기타 배경잡음이 상당량 혼입되는 것은 물론 감쇠에 의한 손실과 잡음을 수반하므로 백색잡음(white noise)과 거의 흡사하고, 특히 1차 음향방출신호의 경우에는 결함에 의한 발생 이외에도 임계값(threshold)을 초과하는 배경잡음으로 유발될 수 있어 신호해석에 상당한 어려움이 따른다.At this time, the acoustic emission signal is substantially similar to the white noise since the reflection component and other background noise are mixed in the process of generation and propagation as well as loss and noise due to attenuation, and especially the primary acoustic emission signal. In addition, in addition to the occurrence of defects, it can be caused by background noise exceeding the threshold, which causes considerable difficulty in signal analysis.

이에 따라 본 발명은 대형산업설비의 내부구조물에 대한 신뢰성 높은 결함진단방안을 제시하는바, 내부구조물의 서로 다른 위치에서 수집된 복수의 대상신호로부터 잡음을 효과적으로 제거하여 신호해석에 대한 신뢰도를 높여 결함여부와 결함정도를 정확하게 진단하는 한편, 대상신호의 신호지연과, 수집위치, 수집시점 등을 토대로 그 결함위치를 정확하게 추정 및 진단하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention proposes a reliable defect diagnosis method for the internal structure of a large industrial equipment bar, by effectively removing noise from a plurality of target signals collected at different positions of the internal structure to increase the reliability of the signal analysis defect It is characterized by accurately estimating and diagnosing the defect location on the basis of the signal delay of the target signal, the collection position, the time of collection, etc.

이하, 본 발명에 따른 결함진단시스템의 바람직한 일례를 살펴본다.Hereinafter, a preferable example of the defect diagnosis system according to the present invention will be described.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 결함진단시스템의 모식도로서, 복수의 센싱유닛(sensing unit : 10)과, 앰프유닛(AMP(amplifier) unit : 20)과, 신호처리유닛(data process unit : 30)과, 인터페이스유닛(interface unit : 40)을 포함한다.2 is a schematic diagram of a defect diagnosis system according to the present invention, which includes a plurality of sensing units 10, an amplifier unit 20, and a signal processing unit 30. ) And an interface unit 40.

먼저, 복수의 센싱유닛(10)은 대형 산업설비용 내부구조물의 서로 다른 위치로부터 각각 목적하는 주파수 대역의 대상신호를 수집하는 부분으로, 내부구조물의 서로 다른 위치에 장착되어 소성변형에 따른 탄성파를 전파하는 복수의 도파관(waveguide : 12)과, 각각의 도파관(12)을 통해 전파되는 탄성파로부터 해당 주파수 대역의 대상신호를 수집하는 센서(14)를 포함한다.First, the plurality of sensing units 10 are parts for collecting target signals of desired frequency bands from different positions of the internal structures for large industrial facilities, respectively, and are mounted at different positions of the internal structures to provide elastic waves according to plastic deformation. A plurality of waveguides 12 to propagate, and a sensor 14 for collecting the target signal of the frequency band from the elastic waves propagating through each waveguide 12.

이때, 도파관(12)은 마이크로파 이상의 탄성파를 전파하기 위한 일반적인 그것을 지칭하는바, 내부구조물을 따라 복수개가 선형 또는 비선형으로 장착되고, 센서(14)는 각각 2~20kHz 대역의 저주파 신호에 반응하는 가속도계(accelerometer) 등의 저주파센싱수단(16)과 20~500kHz 대역의 고주파 신호에 반응하는 AE 센서 등의 고주파센싱수단(18)을 포함한다. 이 경우 AE 센서는 일례로 광대역형(Wide bandwidth model)이 사용될 수 있다. In this case, the waveguide 12 refers to a general one for propagating elastic waves of microwaves or more, and a plurality of waveguides 12 are mounted in a linear or nonlinear manner along an internal structure, and the sensors 14 respond to low frequency signals in a 2 to 20 kHz band, respectively. low frequency sensing means 16, such as an accelerometer, and high frequency sensing means 18, such as an AE sensor, which responds to high frequency signals in the 20 to 500 kHz band. In this case, an AE sensor may be used as a wide bandwidth model.

첨부된 도 3은 본 발명에 따른 결함진단시스템의 감지대상물이 일례로 초임계압 원패스 타입(one-pass type)의 관류형 보일러인 경우, 센싱유닛(10)들의 올바른 장착위치를 나타낸 모식도이다.3 is a schematic diagram showing the correct mounting position of the sensing units 10 when the sensing object of the defect diagnosis system according to the present invention is, for example, a perfusion boiler of a supercritical pressure one-pass type. .

잘 알려진 것처럼, 보일러는 발전용 또는 산업용 증기를 발생시키는 장치로서 드럼(drum)을 비롯한 순환계통과, 연료를 연소하는 노(furnace)와, 연소공기를 공급하고 연소가스를 방출하는 통풍장치와, 기타 공기 예열기를 비롯한 보조기기 등으로 이루어진다. 이중에서 순환계통은 튜브의 판(plate) 구조물을 이루며, 그 역할에 따라 포화증기를 가열해서 과열증기로 변화시키는 과열기(superheater : SH)와, 온도가 낮아진 증기를 재 가열하는 재열기(reheater : RH)와, 연소가스의 여열(餘熱)을 이용해서 급수를 예열하는 절탄기(economizer : ECO)로 구분된다.As is well known, boilers are generators for generating power or industrial steam, circulating systems including drums, furnaces for burning fuel, ventilators for supplying combustion air and releasing combustion gases, and others. It consists of auxiliary equipment including air preheater. The circulation system forms a plate structure of the tube, and according to its role, a superheater (SH) for heating saturated steam and converting it to superheated steam, and a reheater for reheating steam having a lower temperature. RH) and the economizer (ECO) which preheats feedwater using the heat of combustion gas.

이러한 보일러의 결함감지를 위해서 본 발명에 따른 결함진단시스템의 센싱 유닛(10)은 각각 하부로(lower furnace)를 따라 4개소, 플래튼 과열기(platen SH)를 따라 6개소, 파이널 과열기(final SH)를 따라 4개소, 콜드 과열기(Cold RH)를 따라 6개소, 절단기(ECO)를 따라 2개소 등 총 16 내지 22개소에 장착되되, 각각의 센서는 보다 효율적인 누설위치의 검출 및 위치표정이 가능하도록 삼각법에 의한 배치구조를 나타낸다. 즉, 인접한 세 개의 센싱유닛은 삼각형 형상으로 배치된다.In order to detect the defect of the boiler, the sensing unit 10 of the defect diagnosis system according to the present invention has four locations each along a lower furnace, six locations along a platen superheater, and a final superheater (final SH). ) Are installed in 16 to 22 places, including 4 places along the 6), 6 places along the Cold RH, and 2 places along the ECO.Each sensor can detect and locate leaks more efficiently. The arrangement structure by trigonometric method is shown. That is, three adjacent sensing units are arranged in a triangular shape.

이때, 센싱유닛(10)의 사용수량은 결함진단을 위한 권장수량으로서, 상대적으로 저온 저압이고 폭도 작은 절탄기(ECO) 부분의 수량을 줄였지만 보다 정확한 결함진단을 위해서는 추가적으로 센싱유닛(10)이 동원될 수 있음은 물론이다.At this time, the quantity of use of the sensing unit 10 is a recommended quantity for defect diagnosis. Although the quantity of the low temperature low pressure and small width of the economizer (ECO) is reduced, the sensing unit 10 is additionally used for more accurate defect diagnosis. Of course, it can be mobilized.

다시 도 2를 참조해서, 앰프유닛(20)은 복수의 센싱유닛(10)을 통해 수집된 대상신호를 필터링(filtering) 및 증폭시키는 역할을 한다.Referring back to FIG. 2, the amplifier unit 20 serves to filter and amplify the target signals collected through the plurality of sensing units 10.

이를 위한 엠프유닛(20)은 각 센싱유닛(10)의 후단에 일대일 대응 연결되는 동수(同數)의 전처리엠프(pre-AMP : 22)와, 이들 전처리엠프(22)가 통합 연결되는 하나의 메인엠프(main-AMP : 24)로 구분될 수 있고, 각각의 전처리엠프(22)는 소정형태의 정션박스(junction box)에 내장되어 고온에 강한 특수케이블을 매개로 센서유닛(10)과 일대일 연결되는 한편, 방유 및 내 방사성 특징을 지닌 RG58 케이블 등을 매개로 메인엠프(24)에 연결될 수 있다. 이때, 전처리엠프(22)에는 각각 고역통과필터(High Pass Filter : HPF)와 저역통과필터(Low Pass Filter : LPF)를 비롯해서 이들의 조합에 의한 대역통과필터(Band Pass Filter : BPF)가 구비될 수 있고, 메인엠프(24)에는 저주파 신호처리를 위한 제 1 광대역필터(26)와 고주파 신호처리를 위한 제 2 광대역필터(28)가 구비되어 실시간의 아날로그 신호가 출력된다.The amplifier unit 20 for this purpose is the same number of pre-amps (pre-AMP) 22 that is connected one-to-one correspondence to the rear end of each sensing unit 10, and one pre-amplification amplifier 22 is integrally connected It can be divided into a main amplifier (main-AMP) 24, each pre-processing amplifier 22 is built in a junction box of a predetermined type, one-to-one with the sensor unit 10 through a special cable resistant to high temperatures While connected, it may be connected to the main amplifier 24 via an RG58 cable having oil and radiation resistant characteristics. In this case, each of the pre-processing amplifiers 22 includes a high pass filter (HPF) and a low pass filter (LPF), and a band pass filter (BPF) by a combination thereof. The main amplifier 24 may include a first wideband filter 26 for low frequency signal processing and a second wideband filter 28 for high frequency signal processing to output an analog signal in real time.

다음으로, 신호처리유닛(30)은 엠프유닛(20)으로부터 전달되는 실시간의 대상신호를 적절히 처리하여 잡음을 제거하고, 이를 해석 및 연산하여 결함여부와 결함정도 그리고 결함위치를 진단하는 부분으로, 신호변환 및 잡음제거를 위한 디지털신호처리부(32)와 신호해석 및 연산을 위한 연산부(34)를 포함한다.Next, the signal processing unit 30 is a part for diagnosing whether there is a defect, a degree of a defect, and a defect position by appropriately processing a real-time target signal transmitted from the amplifier unit 20 to remove noise, and analyzing and calculating the same. And a digital signal processor 32 for signal conversion and noise cancellation, and a calculator 34 for signal analysis and calculation.

이때, 디지털신호처리부(32)는 엠프유닛(20)의 대상신호를 적절한 변수로 필터링하여 실시간 디지털 신호와 같은 적응형 신호로 변환하는 한편, 시간-스케일(time-scale)에 따른 웨이블릿(wavelet) 변환과 같은 적응형 필터링을 통해 잡음을 제거한다. 이를 위해 디지털신호처리부(32)에는 유한 임펄스 응답 필터(finite impulse response filter, FIRF) 등의 디지털필터(digital filter)가 마련될 수 있고, 연산알고리즘이 내장된 애플리케이션(application)이 탑재될 수 있다. 또한 연산부(34)는 상관법(cross-correlation)을 이용하여 대상신호의 시간지연을 연산하고, 센싱유닛(10)의 장착위치, 감지시점 등을 토대로 지역표정법과 도달시간차법 중 적어도 하나의 방법을 통해 1차 위치표정의 결과를 얻은 후 데이터베이스에 기반한 최적의 보정과정을 거쳐 2차 위치표정을 수행하여 최종의 결함발생위치를 산출하는바, 이를 위한 중앙처리장치(Central Processing Unit : CPU)와 메모리(memory)를 포함하며, 전용 애플리케이션이 탑재될 수 있다. 이때, 메모리에는 용접부위 및 이로 인한 음향방출신호의 속도 가중치와 같이 대상물의 종류와 특성에 따른 여러 가지 보정사항이 저장되며, 실질적인 데이터베이스가 된다.At this time, the digital signal processor 32 converts the target signal of the amplifier unit 20 into an adaptive signal such as a real-time digital signal by filtering the target signal with an appropriate variable, while wavelets according to time-scale. Adaptive filtering, such as transform, removes noise. To this end, the digital signal processor 32 may be provided with a digital filter such as a finite impulse response filter (FIRF), and an application having a built-in calculation algorithm may be mounted. In addition, the calculation unit 34 calculates a time delay of the target signal using a cross-correlation method, and uses at least one of a local expression method and a time difference method based on a mounting position of the sensing unit 10 and a detection time point. After the results of the first position estimation are obtained through the optimal calibration process based on the database, the final position of the defect is calculated by performing the second position estimation. The central processing unit (CPU) and Memory may be included and a dedicated application may be mounted. At this time, the memory stores various corrections according to the type and characteristics of the object, such as the welding weight and the velocity weight of the acoustic emission signal, and becomes a substantial database.

한편, 일반적인 내부구조물은 응력에 의해 미소공동(void)으로부터 크랙(crack)으로 발전하여 균열(leakage)로 성장하는데, 올바른 결함진단을 위하여 미소공동 발생단계에서는 대상신호가 잡음보다 커야 하고, 크랙의 생성 및 확장 단계에서는 대상신호 간의 시간차와 속도 및 경로에 따른 속도감쇠와 변화가 명확해야 하며, 균열발생 단계에서는 대상신호의 시간추정을 위해 그 외의 외적요인이 배제되어야 한다.On the other hand, general internal structures develop from cracks to cracks due to stress and grow into cracks.In order to correctly diagnose defects, the target signal must be larger than noise in the microcavity generation stage. In the generation and expansion stages, the time difference between the target signals, the speed decay and the change according to the speed and path should be clear, and in the crack generation stage, other external factors should be excluded to estimate the time of the target signals.

이에 따라 신호처리유닛(30)의 디지털신호처리부(32)는 엠프유닛(20)의 대상신호를 적절한 변수로 근사화해서 유한 임펄스의 디지털 신호와 같은 적응형 신호로 변환하는 한편, 시간-스케일을 따른 웨이블릿 변환과 같은 적응형 필터링을 수행해서 잡음을 제거하는바, 전자의 신호변환은 음향방출신호의 해석을 위한 근사화 단계에 해당되고, 후자의 적응형 필터링은 잡음을 제거하는 샘플링 과정으로 파악될 수 있다.Accordingly, the digital signal processing unit 32 of the signal processing unit 30 approximates the target signal of the amplifier unit 20 to an appropriate variable and converts it into an adaptive signal such as a digital signal of a finite impulse, while following the time-scale. The noise is removed by performing adaptive filtering such as wavelet transform. The former signal conversion corresponds to an approximation step for the interpretation of the acoustic emission signal. The latter adaptive filtering can be identified as a sampling process for removing noise. have.

이들 각 과정을 살펴본다.Look at each of these processes.

먼저, 본 발명에 따른 신호처리유닛(30)의 디지털신호처리부(32)는 적절한 변수를 매개로 아날로그 형태의 대상신호를 상황에 알맞은 적응형 신호로 변환한다. 이를 위한 주요변수는 도 4에서와 같이 시간영역과 주파수영역으로부터 추출되는데, 이중에서도 음향방출신호를 감지하는 판단기준은 도 6과 같이 정리될 수 있다. 즉 대상신호의 변환을 위한 주요변수는 RMS, Amplitude, Rising Time, Duration time, Ring down count(Count), Event, Energy, Peak Frequency 등으로, 이들의 신호적 정의는 도 5와 같고, 도 6은 본 발명에 따른 결함진단시스템의 신호처리유닛(30)을 위한 설정환경의 신호적 정의를 나타낸 파형도로서, 한번의 Event가 결정되면 종료시점 까지 임계값을 넘어도 음향방출신호로 판단하지 않거나, 구 간 내에 신호의 Peak 성분에 대한 정의 등이 포함된다. 이때, 상기의 변수와 설정환경 등은 사용목적에 따라 후술하는 인터페이스유닛(40)의 로컬 터미널(44) 등을 통해 사용자가 적절히 선택 및 사용할 수 있고, 이를 통해 신호해석에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.First, the digital signal processing unit 32 of the signal processing unit 30 according to the present invention converts an analog signal into an adaptive signal suitable for a situation through appropriate parameters. The main variable for this purpose is extracted from the time domain and the frequency domain as shown in FIG. 4, and the criterion for detecting the acoustic emission signal can be summarized as shown in FIG. 6. That is, the main variables for the conversion of the target signal are RMS, Amplitude, Rising Time, Duration time, Ring down count (Count), Event, Energy, Peak Frequency, etc., and their signal definitions are shown in FIG. As a waveform diagram showing the signal definition of the setting environment for the signal processing unit 30 of the defect diagnosis system according to the present invention, once an event is determined, it is not judged as an acoustic emission signal even if the threshold value is exceeded until the end point. The definition includes the definition of the peak component of the signal. At this time, the variable and the setting environment, etc. can be appropriately selected and used by the user through the local terminal 44 of the interface unit 40 described later according to the purpose of use, thereby improving the reliability of the signal analysis. have.

이어서, 상기의 변수 및 설정환경을 통해 근사화된 대상신호는 웨이블릿 변환 등의 적응형 필터링을 통해 잡음이 제거된다.Subsequently, the target signal approximated through the above-described variable and setting environment is removed with noise through adaptive filtering such as wavelet transform.

이때, 웨이블릿 변환은 시간과 주파수에 따라 윈도우를 적절하게 조절하는 신호변환방식으로, 스케일링(scaling)과 이동(shift)을 통해 잡음을 효율적으로 제거할 수 있다. 이러한 웨이블릿 변환은 당업계에서 이미 주지된 사실이므로 자세한 설명을 생략하더라도 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.In this case, the wavelet transform is a signal transform method that appropriately adjusts the window according to time and frequency, and can efficiently remove noise through scaling and shifting. Since the wavelet transform is well known in the art, even a detailed description will be easily understood by those skilled in the art.

다음으로, 신호처리유닛(30)의 연산부(34)는 센싱유닛(10) 간 시간지연과, 센싱유닛(10)의 장착위치, 센싱유닛(10) 별 감지시점을 토대로 결함위치를 추정한다. 이를 위한 연산부는 상관법(cross-correlation)을 이용해서 각 센싱유닛(10) 사이의 시간지연을 확인하고, 대칭파와 비대칭파를 명확히 구분하여 각각의 시간지연을 통해 속도를 추정한다.Next, the calculating unit 34 of the signal processing unit 30 estimates the defect position based on the time delay between the sensing units 10, the mounting position of the sensing unit 10, and the detection time of each sensing unit 10. The calculation unit checks the time delay between each sensing unit 10 using a cross-correlation, and clearly distinguishes between symmetric and asymmetric waves and estimates the speed through each time delay.

또한 신호처리유닛(30)의 연산부(34)는 결함위치의 추정을 위해 위치표정법에 따른 연산을 하는데, 본 발명에서 사용되는 위치표정법은 지역표정법(zone location)과 도달시간차법(Δt source location) 중 적어도 하나의 1차 위치표정단계 및 이를 통해 얻어진 추정결과에 데이터베이스의 보정내용을 반영하는 데이터베이스 기반 최적화 보정과정인 2차 위치표정단계를 포함한다.In addition, the calculation unit 34 of the signal processing unit 30 performs calculation according to the positioning method for estimating the defect location. The positioning method used in the present invention is a zone location method and a time difference of arrival method Δt. source location) and at least one primary location step and a second location location step, which is a database-based optimization correction process that reflects the corrections of the database in the estimation results obtained therefrom.

각각을 간략히 살펴보면, 1차 위치표정단계의 지역표정법은 내부구조물의 결함위치를 점으로 구하는 것이 아니라 센싱유닛의 유효계측감도 범위로 산출하며, 이는 후술하는 도달시간차법으로 위치표정이 곤란한 경우, 예컨대 음속이 전파방향에 따라 다른 이방성 재료, 전파방향이 같지 않은 용접재, 고감쇠재료 등에 적용된다. 또한 도달시간차법은 센싱유닛 각각의 검지시점, 다시 말해 도달시간차를 통해 결함위치를 구하며, 필요하다면 각 센싱유닛 별 신호검출가능범위를 중복시키는 동시에 센싱유닛간의 신호 검출순위를 통해 위치표정을 한다. 아울러, 2차 지역표정단계의 데이터베이스 기반 최적화 보정과정은 지역표정법과 도달시간차법을 통해 얻어진 1차 위치표정결과에 용접부위에 의한 속도 가중치 등 데이터베이스에 저장된 보정사항을 반영하여 최종의 2차 위치표정결과로서 정확한 위치표정결과를 추정한다.Briefly, the regional marking method of the primary positioning step is not calculated from the defect position of the internal structure as a point but is calculated as the effective measurement sensitivity range of the sensing unit, which is difficult to determine by the time difference method described below. For example, the speed of sound is applied to anisotropic materials different in the propagation direction, welding materials having the same propagation direction, and high damping materials. In addition, the time difference of arrival method obtains a defective position through the detection time of each sensing unit, that is, the time difference of arrival, and if necessary, the position detection is performed by overlapping the signal detection range of each sensing unit and the signal detection order between the sensing units. In addition, the database-based optimization correction process of the second regional marking stage reflects the corrections stored in the database, such as the speed weight of the welded portion, in the first position determination result obtained by the regional marking method and the time difference of arrival method. As a result, the accurate positioning results are estimated.

도면을 참조하면, 첨부된 도 7은 본 발명에 따른 결함진단시스템의 연산부(34)에 의한 위치표정 과정을 개략적으로 나타낸 모식도로서, 일례로 결함진단 대상물이 보일러의 튜브(t)인 경우, 먼저 (a)와 같이 지역표정법과 도달시간차법으로 각각 결함위치를 추정하고, 이들의 추정결과에 데이터베이스의 반영사항, 예컨대 용접부(P)의 위치 및 이로 인한 속도가중치 등을 반영하여 결함위치를 2차 표정함으로써 최종의 정확한 결함위치를 산출한다. 따라서 연산부(34)에 의한 위치표정은 대상물의 형태 및 목적에 따른 지역표정법과 도달시간차법 그리고 대상물의 종류 및 특성에 따른 데이터베이스 기반 최적화 보정과정으로 진행된다.Referring to the drawings, Figure 7 is a schematic diagram showing the positioning process by the operation unit 34 of the defect diagnosis system according to the present invention, for example, when the defect diagnosis object is a tube t of the boiler, first As shown in (a), the defect positions are estimated by the local marking method and the time difference method, respectively, and the defect positions are reflected by reflecting the reflections of the database, for example, the position of the welding portion P and the resulting speed weighting factors. The final correct position of the defect is calculated by the expression. Therefore, the position determination by the calculation unit 34 proceeds to the local indexing method according to the shape and purpose of the object, the time difference of arrival method, and the database-based optimization correction process according to the type and the characteristic of the object.

다시 도 2를 참조해서, 본 발명에 따른 결함진단시스템의 인터페이스유 닛(40)은 신호처리유닛(30)의 산출결과를 표시하고 사용자 편의를 위한 인터페이스 환경을 제공하는 부분으로, 산출결과를 디스플레이하는 모니터 등의 디스플레이부(42)와, 그 산출결과가 기(旣) 설정된 기준값인 경우, 다시 말해 결함이 감지되거나 결함정도가 심해진 경우에 경고음을 발함으로서 사용자에게 신속하게 주지시키기 위한 스피커 등을 갖춘 알람부(46)를 포함한다.Referring back to FIG. 2, the interface unit 40 of the defect diagnosis system according to the present invention displays a calculation result of the signal processing unit 30 and provides an interface environment for user convenience, and displays the calculation result. A display unit 42, such as a monitor, and the like, and a speaker or the like for promptly notifying the user by emitting a warning sound when a defect is detected or the degree of defect is severe when the calculated result is a preset reference value. And an alarm unit 46 provided.

더불어, 인터페이스유닛(40)에는 신호처리유닛(30)과 상호 통신하며 디스플레이부(42) 및 알람부(46) 등을 제어할 수 있는 유무선의 로컬 터미널(44)이 마련되는데, 이는 통상의 퍼스널 컴퓨터가 될 수 있고, 따라서 사용자는 로컬 터미널(44)을 이용해서 신호처리유닛(30)의 디지털신호처리부(32)에 적절한 변수 및/또는 설정환경을 입력, 변경하고, 연산부(34)의 위치표정법을 선택, 전환함으로써 본 발명에 따른 결함진단시스템을 목적에 적합한 용도로 사용할 수 있다. 그밖에도 인터페이스 유닛(40)에는 로컬 터미널(44)의 일부 또는 전체 기능을 수행하는 별도의 리모트 컨트롤러(remote controller : 48)가 마련될 수 있으며, 이를 통해 사용자는 보다 편리하게 결함진단시스템을 제어 및 활용할 수 있다.In addition, the interface unit 40 is provided with a wired or wireless local terminal 44 which communicates with the signal processing unit 30 and can control the display unit 42 and the alarm unit 46. Computer, so that the user inputs and changes the appropriate variable and / or setting environment to the digital signal processing unit 32 of the signal processing unit 30 using the local terminal 44, and the position of the calculation unit 34. By selecting and switching the facial expression method, the defect diagnosis system according to the present invention can be used for a purpose suitable for the purpose. In addition, the interface unit 40 may be provided with a separate remote controller 48 that performs some or all of the functions of the local terminal 44, thereby allowing the user to more conveniently control and diagnose the defect diagnosis system. It can be utilized.

한편, 이상의 설명은 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)를 설명하기 위한 예시에 지나지 않는바, 여러 가지 변형이 있을 수 있다. 하지만 이들 모든 변형은 본 발명의 기술적 사상을 만족시키는 한 본 발명의 권리범위에 속한다고 판단해야 I할 것인바, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위를 통해 당업자라면 쉽게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the above description is only an example for explaining a preferred aspect of the present invention, there may be various modifications. However, all these modifications should be determined that they belong to the scope of the present invention as long as it satisfies the technical spirit of the present invention, the scope of the present invention will be readily understood by those skilled in the art through the following claims. .

도 1은 음향방출신호의 주파수 대역을 나타낸 모식도.1 is a schematic diagram showing a frequency band of an acoustic emission signal.

도 2는 본 발명에 따른 결함진단시스템의 모식도.2 is a schematic diagram of a defect diagnosis system according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 결함진단시스템의 센싱유닛에 대한 설치예.Figure 3 is an installation example for the sensing unit of the defect diagnosis system according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 결함진단시스템의 신호처리유닛을 위한 변수의 종류를 나타낸 모식도.Figure 4 is a schematic diagram showing the type of variables for the signal processing unit of the defect diagnosis system according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 결함진단시스템의 신호처리유닛을 위한 변수의 신호적 정의를 나타낸 파형도.5 is a waveform diagram showing the signal definition of a variable for a signal processing unit of a defect diagnosis system according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 결함진단시스템의 신호처리유닛을 위한 설정환경의 신호적 정의를 나타낸 파형도.6 is a waveform diagram showing a signal definition of a setting environment for a signal processing unit of a defect diagnosis system according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 결함진단시스템의 위치표정방법을 나타낸 모식도.Figure 7 is a schematic diagram showing a position determination method of a defect diagnosis system according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 명칭><Name of symbols for main parts of drawing>

10 : 센싱유닛 12 : 도파관10: sensing unit 12: waveguide

14,16 : 저주파 및 고주파센서 20 : 엠프유닛14,16: low frequency and high frequency sensor 20: amplifier unit

22 : 전처리엠프 24 : 메인엠프22: preprocessing amplifier 24: main amplifier

30 : 신호처리유닛 32 : 디지털신호처리부30: signal processing unit 32: digital signal processing unit

34 : 연산부 40 : 인터페이스유닛34: calculator 40: interface unit

42 : 디스플레이부 44 : 로컬 터미널42: display unit 44: local terminal

46 : 알람부 48 : 리모트 컨트롤러46: alarm unit 48: remote controller

Claims (16)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 산업설비용 내부구조물의 결함진단을 위한 결함진단시스템으로서, Defect diagnosis system for defect diagnosis of internal structure for industrial facilities, 상기 내부구조물의 서로 다른 위치에 장착되어, 상기 내부구조물의 소성변형에 따른 탄성파로부터 각각 균열발생에 의한 음향방출신호와 누설발생에 의한 음향진동신호를 포함하는 대상신호를 감지하는 복수의 센싱유닛과;A plurality of sensing units mounted at different positions of the internal structure to detect target signals including acoustic emission signals due to crack generation and acoustic vibration signals due to leakage from elastic waves according to plastic deformation of the internal structures; ; 상기 센싱유닛의 대상신호를 필터링 및 증폭하는 엠프유닛과;An amplifier unit for filtering and amplifying a target signal of the sensing unit; 상기 엠프유닛의 대상신호를 처리 및 분석해서 상기 내부구조물의 결함여부, 결함정도, 결함위치를 산출하는 신호처리유닛과;A signal processing unit which processes and analyzes a target signal of the amplifier unit to calculate whether the internal structure is defective, a degree of defect, and a defect position; 상기 신호처리유닛의 산출결과를 표시하고, 사용자 인터페이스 환경을 제공하는 인터페이스유닛을 포함하는 음향방출신호를 이용한 결함진단시스템에 있어서,In the defect diagnosis system using the acoustic emission signal including an interface unit for displaying the calculation result of the signal processing unit, and provides a user interface environment, 상기 신호처리유닛은, 입력변수를 매개로 상기 대상신호를 유한 임펄스의 적응형 신호로 변환하고, 웨이블릿 변환의 적응형 필터링을 통해 잡음을 제거하는 디지털신호처리부와;The signal processing unit comprises: a digital signal processing unit for converting the target signal into an adaptive signal having a finite impulse through an input variable, and removing noise through adaptive filtering of wavelet transform; 상기 대상신호의 해석을 통해 상기 결함여부와 상기 결함정도를 파악하고, 상기 센싱유닛 간 시간지연, 상기 센싱유닛의 장착위치, 상기 센싱유닛 별 감지시점을 토대로 한 위치표정으로 상기 결함위치를 추정하는 연산부를 포함하는 음향방출신호를 이용한 결함진단시스템.Determining whether the defect and the degree of the defect through the analysis of the target signal, and estimating the position of the defect by positioning based on the time delay between the sensing unit, the mounting position of the sensing unit, the detection time of each sensing unit A defect diagnosis system using an acoustic emission signal including a calculation unit. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 위치표정은 지역표정법 및 도달시간차법 중 적어도 하나에 의한 추정결과의 보정으로 얻어지는 음향방출신호를 이용한 결함진단시스템.And the position indication is a defect diagnosis system using an acoustic emission signal obtained by the correction of the estimation result by at least one of a regional expression method and a time difference of arrival method. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 보정은 상기 내부구조물의 용접부위 및 이로 인한 음향방출신호의 속도변화를 포함하는 상기 내부구조물의 종류 및 특성을 토대로 하는 음향방출신호를 이용한 결함진단시스템.The correction is a defect diagnosis system using the acoustic emission signal based on the type and characteristics of the internal structure, including the welding portion of the internal structure and the resulting speed change of the acoustic emission signal. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 산업설비는 관류형 보일러이고, 상기 센싱유닛은 하부로(lower furnace), 플래튼 과열기(platen SH), 파이널 과열기(final SH), 콜드 과열기(Cold RH), 절단기(ECO)에 걸쳐 18~26 개소가 장착되되, 인접한 3개의 센싱유닛은 삼각형 형상으로 배치되는 음향방출신호를 이용한 결함진단시스템.The industrial equipment is a once-through boiler, the sensing unit is 18 ~ throughout the lower furnace, platen superheater (platen SH), final superheater (final SH), cold superheater (Cold RH), cutter (ECO) A defect diagnosis system using sound emission signals in which 26 places are mounted, and three adjacent sensing units are arranged in a triangular shape. 삭제delete 삭제delete 산업설비용 내부구조물의 결함진단을 위한 결함진단방법으로서,Defect diagnosis method for defect diagnosis of internal structure for industrial facilities, (a) 상기 내부구조물의 서로 다른 위치에 장착된 복수의 센싱유닛을 이용하여 상기 내부구조물의 소성변형에 따라 상기 내부구조물의 서로 다른 위치로부터 발생되는 탄성파로서 균열발생에 의한 음향방출신호 및 누설발생에 의한 음향진동신호를 포함하는 저주파신호 및 음향방출신호대역의 대상신호를 감지하는 단계와;(a) Acoustic emission signal and leakage caused by crack generation as elastic waves generated from different positions of the inner structure according to plastic deformation of the inner structure using a plurality of sensing units mounted at different positions of the inner structure. Detecting a low frequency signal including an acoustic vibration signal and a target signal in an acoustic emission signal band; (b) 상기 대상신호를 필터링 및 증폭하는 단계와;(b) filtering and amplifying the target signal; (c) 입력변수를 매개로 상기 대상신호를 적응형 신호로 변환하고, 적응형 필터링을 통해 잡음을 제거하는 단계와;(c) converting the target signal into an adaptive signal through an input variable and removing noise through adaptive filtering; (d) 상기 대상신호를 해석하여 상기 내부구조물의 결함여부와 결함정도를 파악하고, 상기 센싱유닛 간 시간지연, 상기 센싱유닛 별 장착위치, 상기 센싱유닛 별 감지시점을 토대로 한 위치표정으로 상기 내부구조물의 결함위치를 산출하는 단계와;(d) Analyzing the target signal to determine whether there is a defect and the degree of the defect of the internal structure, the time delay between the sensing units, the mounting position for each sensing unit, the position indication based on the detection time for each sensing unit Calculating a defect location of the structure; (e) 상기 산출결과를 사용자에게 디스플레이하는 단계를 포함하는 음향방출신호를 이용한 결함진단방법.(e) a defect diagnosis method using an acoustic emission signal comprising displaying the calculation result to a user. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 (e) 단계 이후, 상기 산출결과에 따라 경고음을 발하는 단계를 더 포함하는 음향방출신호를 이용한 결함진단방법.After the step (e), the fault diagnosis method using the sound emission signal further comprising the step of emitting a warning sound according to the calculation result. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 (b) 단계 이후 상기 (c) 단계 이전, 사용자가 상기 (c) 단계의 입력변수를 선택 및 지정하는 단계를 더 포함하는 음향방출신호를 이용한 결함진단방법.After the step (b) and before the step (c), the user further comprises the step of selecting and specifying the input variable of the step (c) fault diagnosis method using a sound emission signal. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 (c) 단계의 상기 적응형 신호는 유한 임펄스 신호이고, 상기 (c) 단계의 적응형 필터링은 웨이블릿 변환을 포함하며, 상기 (d) 단계의 위치표정은 지역표정법, 도달시간차법 중 적어도 하나에 따른 추정결과의 보정을 포함하는 음향방출신호를 이용한 결함진단방법.The adaptive signal of step (c) is a finite impulse signal, the adaptive filtering of step (c) includes wavelet transform, and the positioning of step (d) comprises at least one of a local method and a time difference of arrival method. A defect diagnosis method using an acoustic emission signal including correction of an estimation result according to one. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 보정은 상기 내부구조물의 용접부위 및 이로 인한 음향방출신호의 속도변화를 포함하는 상기 내부구조물의 종류 및 특성을 토대로 하는 음향방출신호를 이용한 결함진단방법.And the correction is a defect diagnosis method using an acoustic emission signal based on the type and characteristics of the internal structure, including the welding part of the internal structure and the resulting speed change of the acoustic emission signal.
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