KR101308071B1 - The correction method for beam focal point of phased ultrasonic transducer with curved wedge - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상배열 초음파 탐촉자에 결합되어 탐촉자에서 발생된 초음파를 일정한 각도로 굴절시켜 시험 대상체에 초음파를 입사시키기 위한 쐐기에 관한 것으로서 특히 일정한 외경을 가지는 배관이나 곡률을 가지는 설비류, 부품 등 표면에 충분히 접촉할 수 있는 곡률 쐐기에 대하여 위상배열 초음파의 빔 집속점을 보정하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wedge for injecting ultrasonic waves into a test object by refraction of ultrasonic waves generated from the transducers at a predetermined angle by being coupled to a phased array ultrasonic transducer. The present invention relates to a method for correcting the beam focus point of phased array ultrasonic waves with respect to curvature wedges that can be sufficiently contacted.

Description

곡률 쐐기를 가지는 위상배열 초음파 탐촉자의 빔 집속점 보정 방법{THE CORRECTION METHOD FOR BEAM FOCAL POINT OF PHASED ULTRASONIC TRANSDUCER WITH CURVED WEDGE}The beam focusing point correction method of a phased array ultrasonic transducer having a curvature wedge {THE CORRECTION METHOD FOR BEAM FOCAL POINT OF PHASED ULTRASONIC TRANSDUCER WITH CURVED WEDGE}

본 발명은 초음파 비파괴검사 기술 중의 하나인 위상배열 초음파 탐촉자에 결합되어 탐촉자에서 발생된 초음파를 일정한 각도로 굴절시켜 시험 대상체(피검체(被檢體))에 초음파를 입사시키기 위한 쐐기에 관한 것이다. 특히 본 발명은 일정한 외경이나 곡률을 가지는 설비류, 용접부, 곡관부, 부품 등의 표면에 충분히 접촉할 수 있는 곡률 쐐기에 대하여 위상배열 초음파의 빔 집속점을 보정하는 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a wedge for injecting ultrasonic waves into a test object (object) by refracting the ultrasonic waves generated by the transducer at a predetermined angle by being coupled to a phased array ultrasonic transducer, which is one of ultrasonic non-destructive testing techniques. In particular, the present invention relates to a method for correcting the beam focusing point of phased array ultrasonic waves with respect to a curvature wedge capable of sufficiently contacting surfaces of equipment, welds, bends, and parts having a constant outer diameter or curvature.

일반적으로 많이 사용되는 위상배열 초음파 탐촉자용 쐐기는 시험 대상체와 접촉하는 면이 평면이기 때문에 곡률이 있는 시험 대상체나 배관 등에 완벽하게 접촉하지 못하는 단점이 있다. 그에 따라 위상배열 초음파 검사의 정확도와 신뢰성이 감소하게 된다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 시험 대상체의 표면에 충분히 접촉할 수 있는 곡률 쐐기를 이용하는 경우 쐐기의 곡률에 따라 빔 집속점이 달라지기 때문에 위상배열 초음파 탐촉자의 개별소자를 구동하기 위한 지연 시간을 보정해 주어야 한다.In general, a phased array ultrasonic transducer wedge that is commonly used has a disadvantage in that it is not perfectly in contact with a test object or pipe having a curvature because the plane of contact with the test object is flat. This reduces the accuracy and reliability of phased array ultrasound. In order to overcome these disadvantages, when using a curvature wedge that can sufficiently contact the surface of the test object, the beam focusing point varies according to the curvature of the wedge, so the delay time for driving the individual elements of the phased array ultrasonic transducer should be corrected. .

본원 발명의 배경기술로 종래 국내에서는 각종 발전소, 산업설비 등에 많은 종류의 배관이 적용되고 있으며 이들 배관의 건전성이나 안전성을 평가하기 위하여 여러 가지 다양한 비파괴 검사 방법이 적용되고 있다. 이들 배관들이 가지는 각종 결함들은 설비의 장기 사용 안전성이나 신뢰성에 많은 영향을 주기 때문에 조기에 이들 결함을 검출하고 평가함으로써 설비의 파손이나 손상에 따른 피해를 감소시켜야 한다. 현재 이들 설비나 재료, 부품들의 내부 결함을 검출하기 위한 비파괴 방법으로 초음파, 와전류, 자분탐상, X-선 투과 등과 같은 비파괴 검사기술이 적용되고 있으나 초음파 검사 법이 가장 많이 사용되고 있다. 위상배열 초음파 탐상방법은 여러 개의 압전소자들을 일렬로 배열하여 개별 소자들의 구동 시간차이에 따라 발생하는 초음파 시간이 달라지며, 이렇게 인접한 개별 압전소자들에서 시간차를 두고 발생하는 개별 초음파 빔들이 중첩되어 임의의 한 점에 초음파 빔을 집중시킬 수 있다. 또한 결함이 있는 특정 부위에서 수신되는 초음파 신호를 개별 소자들이 시간차이를 두고 수신함으로써 초음파 빔의 수신 집속이 가능하여 종래의 단일 초음파 탐촉자 보다 비파괴 검사 효율이 매우 높을 뿐만 아니라 결함 검출 능력도 매우 뛰어나다. 특히 초음파 빔을 굴절시켜 대상 시험체에 입사시킴으로서 초음파의 전파 속도를 바꾸거나 빔의 집속 효율을 높일 수 있는 쐐기를 위상배열 초음파 탐촉자 전면에 부착하여 비파괴 검사에 적용 한다. 그러나 배관 곡관부나 굴곡면이 있는 배관 등에 대한 비파괴 검사는 종래의 평면쐐기를 적용한 위상배열 초음파 탐촉자가 충분히 접촉하지 못하기 때문에 초음파 신호의 왜곡이나 감쇠 등으로 인하여 정확도가 높은 초음파 검사가 어려운 경우가 많다. 이에 따라 배관의 외경에 적합한 곡률을 가지는 쐐기를 적용한다 하더라도 위상배열 초음파 탐촉자의 빔 집속 알고리즘은 기존의 평면쐐기를 대상으로 개발되었기 때문에 빔 집속점이 쐐기의 곡률로 인하여 달라지기 때문에 오차가 발생하게 되며 이러한 오차는 위상배열 초음파 탐상에 있어서 결함의 위치와 크기 등을 왜곡시키기 때문에 이러한 빔 집속점을 보정해주어야 한다. 본 발명에서는 곡률쐐기가 적용된 위상배열 초음파 탐상에 있어서 빔 집속점을 보정할 수 있는 방법을 창안하였다.
As a background of the present invention, many kinds of pipes are conventionally applied in various power plants, industrial facilities, and the like, and various various non-destructive inspection methods are applied to evaluate the soundness and safety of these pipes. Since the various defects of these pipes have a great influence on the long-term safety and reliability of the installation, the early detection and evaluation of these defects should reduce the damage caused by the damage or damage to the installation. At present, non-destructive inspection techniques such as ultrasonic wave, eddy current, magnetic particle inspection, X-ray transmission, etc. are used as non-destructive methods for detecting internal defects of these facilities, materials, and parts, but ultrasonic inspection method is most widely used. In the phased array ultrasonic scanning method, ultrasonic piezoelectric elements are arranged by arranging a plurality of piezoelectric elements in a row, and the ultrasonic time generated by the driving time difference of the individual elements is different. It is possible to focus the ultrasound beam at one point. In addition, by receiving the ultrasonic signals received from a specific defective part with a time difference, it is possible to focus the ultrasonic beam reception, so that the non-destructive inspection efficiency is much higher than that of a conventional single ultrasonic probe, and the defect detection ability is also very excellent. In particular, by applying the wedge to refract the ultrasonic beam to enter the target specimen to change the propagation speed of the ultrasonic wave or to improve the focusing efficiency of the beam, it is applied to the non-destructive inspection by attaching the wedge to the front of the phased array ultrasonic transducer. However, nondestructive testing of pipes with curved surfaces or pipes with curved surfaces is difficult to perform high-accuracy ultrasonic inspection due to distortion or attenuation of ultrasonic signals because the phased array ultrasonic transducer with conventional flat wedges is not sufficiently in contact. . Accordingly, even if a wedge having a curvature suitable for the outer diameter of the pipe is applied, an error occurs because the beam focusing algorithm of the phased array ultrasonic transducer is developed for a conventional flat wedge, because the beam focusing point is changed by the curvature of the wedge. This error has to correct the beam focusing point because it distorts the position and size of defects in phased array ultrasonic inspection. In the present invention, a method for correcting a beam focusing point in a phased array ultrasonic inspection using a curvature wedge has been devised.

국내 등록특허공보 제10-0722370호(2007.05.29)Domestic Patent Publication No. 10-0722370 (2007.05.29) 국내 공개특허공보 제1999-0025434호(1999.04.06)Korean Laid-Open Patent Publication No. 1999-0025434 (1999.04.06)

본 발명은 빔 집속점이 쐐기의 곡률로 인하여 달라지기 때문에 곡률쐐기가 적용된 위상배열 초음파 탐상에 있어서 빔 집속점을 보정할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method capable of correcting the beam focus point in the phased array ultrasonic inspection to which the curvature wedge is applied because the beam focus point is changed due to the curvature of the wedge.

현재 국내에서 적용되는 위상배열 초음파 탐촉자에 사용되는 쐐기는 배관이나 곡률이 있는 부품등에 적용이 곤란하여 이들 대상 시험체에 적합한 곡률쐐기를 적용할 경우에 빔 집속점의 오차가 발생하게 되고 이에 따라 결함의 크기와 위치 등의 왜곡이 발생하여 위상배열 초음파 탐상의 정확도와 신뢰도를 떨어뜨리고 제대로 된 검사를 수행하기가 곤란한 단점이 있다.
The wedges used in the phased array ultrasonic transducers currently applied in Korea are difficult to be applied to pipes or curvature parts, and when the curvature wedges suitable for these test specimens are applied, an error of beam focusing point occurs. Distortion of size, position, etc. occurs, which reduces the accuracy and reliability of phased array ultrasonic inspection, and makes it difficult to perform proper inspection.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 배관이나 곡률 시험편에 적용할 수 있는 곡률쐐기에 대하여 기존의 평면쐐기를 적용할 때 발생하는 빔 집속점의 오차를 보정할 수 있는 방법을 창안하여 기존의 위상배열 초음파 탐상 장비에 탑재하여 적용함으로써 정확도와 신뢰도가 향상된 결함 검출이 가능하도록 하였다.
In order to solve the above problems, the present invention is to create a method that can correct the error of the beam focusing point generated when applying a conventional planar wedge to the curvature wedge that can be applied to the pipe or curvature test piece It is possible to detect defects with improved accuracy and reliability by mounting them on an array ultrasonic scanning equipment.

본원 발명은 각종 배관, 굴곡면을 가지는 설비, 부품, 소재 등의 비파괴 검사에 적합한 곡률쐐기를 가지는 위상배열 초음파 탐상의 빔 집속점 보정 방법에 관한 것이다. 종래의 위상배열 초음파 탐촉자는 대상 시험체의 굴곡면에 충분하게 접촉할 수 없는 평면쐐기를 적용하였기 때문에 비파괴 검사시험이 어려울 뿐만 아니라 검사의 신뢰성에 많은 문제가 있었다. 본원 발명의 곡률쐐기의 빔 집속점 보정 방법을 적용함으로써 위상배열 초음파 검사 기술의 신뢰성을 확보할 수 있다.
The present invention relates to a beam focusing point correction method of a phased array ultrasonic inspection having a curvature wedge suitable for non-destructive inspection of various pipes, equipment having curved surfaces, components, materials, and the like. Conventional phased array ultrasonic transducers have not only a nondestructive inspection test, but also a lot of problems in the reliability of the inspection because it applies a flat wedge that can not sufficiently contact the curved surface of the target specimen. By applying the beam focusing point correction method of the curvature wedge of the present invention it is possible to ensure the reliability of the phased array ultrasonic inspection technology.

도 1은 본 발명의 곡률쐐기를 가지는 위상배열 초음파 탐촉자의 구성도
도 2는 본 발명의 곡률쐐기의 빔 경로를 계산하기 위한 굴절각과 좌표계
도 3는 본 발명의 최소 빔 도달시간을 구하기 위한 수치해석 신호처리 흐름도
도 4은 본 발명의 실시예
1 is a block diagram of a phased array ultrasonic transducer having a curvature wedge of the present invention
2 is a refractive angle and coordinate system for calculating the beam path of the curvature wedge of the present invention.
3 is a numerical signal processing flowchart for obtaining a minimum beam arrival time of the present invention.
4 is an embodiment of the present invention.

발전소 및 산업설비 등의 배관이나 곡면부, 부품, 소재 등의 내부 결함은 설비나 부품의 사용 안전성에 큰 영향을 미치며 조기에 이러한 결함을 검출하지 못하고 장시간 사용할 경우 소재나 부품의 열화 등에 따라 설비의 고장, 붕괴와 같은 사고를 유발시킬 수 있다. 이러한 내부 결함 등을 효율적으로 검출하기 위하여 위상배열 초음파 탐상기술이 많이 적용되고 있다. 이 방법은 여러 개의 압전소자를 일렬로 배열시켜 각각의 압전소자를 일정 시간차이로 구동시킨다. 다시 말해 개별 소자들의 위상을 제어하여 발생되는 초음파 신호를 결함으로 보냄과 동시에 결함에서 반사되어 수신되는 초음파 신호를 개별 압전소자들이 시간차를 두고 수신한다. 즉 압전소자들이 위상차이를 두고 초음파 신호를 수신하여 모두 합한 다음 영상으로 표시하게 되면 결함에서 반사되어 수신되는 초음파 신호를 효과적으로 분석할 수 있으며, 이러한 기법은 현재 의료용 초음파 진단기에서 많이 사용하는 방법이다. Internal defects such as pipes, curved parts, parts, materials, etc. of power plants and industrial facilities have a great effect on the safety of the equipment or parts. It may cause an accident such as failure or collapse. In order to efficiently detect such internal defects, many phased array ultrasonic flaw detection techniques have been applied. In this method, a plurality of piezoelectric elements are arranged in a row to drive each piezoelectric element with a predetermined time difference. In other words, the ultrasonic signals generated by controlling the phases of the individual elements are sent as defects, and the individual piezoelectric elements receive the ultrasonic signals reflected from the defects at a time difference. In other words, when piezoelectric elements receive ultrasonic signals with a phase difference, sum them together, and display them as images, the ultrasonic signals reflected from defects can be effectively analyzed. This technique is widely used in medical ultrasound diagnostics.

이러한 위상배열 초음파 탐상 기법에 필요한 초음파 센서가 위상배열 초음파 탐촉자이다. 특히 배관 용접부 결함 검출과 같이 종파를 이용하기가 곤란할 경우 초음파 종파를 횡파로 변환하여 결함에서 반사되는 신호를 수신하는 방법이 효율적인데 이 경우 초음파 빔의 특성을 변환시키기 위하여 쐐기를 초음파 탐촉자 전면에 부착하여 빔을 대상 시험편 내부로 굴절시켜 입사시킨다. 이때 사용되는 쐐기는 보통 접촉면이 평면이기 때문에 시험 대상체가 평면이나 벽면일 경우에는 매우 효율적이지만 원통형 배관이나 곡률이 있는 설비의 경우 초음파 탐촉자의 평면쐐기가 완벽하게 접촉하지 않아서 초음파 탐촉자에서 발생된 신호가 대상 시험체 내로 효과적으로 전달되지 않을 뿐만 아니라 대상 시험체 내 결함에서 반사되는 신호도 초음파 탐촉자로 전달되지 못하는 문제가 있다. The ultrasonic sensor required for the phased array ultrasonic scanning technique is a phased array ultrasonic probe. In particular, when it is difficult to use longitudinal waves, such as defect detection in pipe welds, it is effective to convert ultrasonic longitudinal waves into transverse waves and receive signals reflected from defects. In this case, a wedge is attached to the front of the ultrasonic transducer to change the characteristics of the ultrasonic beam. Then, the beam is refracted into the target specimen to be incident. In this case, the wedge used is very efficient when the test object is flat or wall because the contact surface is flat, but in the case of cylindrical pipes or curvatures, the flat wedge of the ultrasonic transducer does not come into perfect contact, so the signal generated by the ultrasonic transducer Not only are they not effectively delivered to the target specimen, but also signals reflected from defects in the target specimen are not transmitted to the ultrasonic probe.

따라서 대상 시험체의 표면의 곡률에 적합한 곡률쐐기를 적용하면 이러한 단점을 해결할 수 있다. 이 경우 평면쐐기에 의한 초음파 빔의 집속점이 곡률쐐기를 적용할 경우와 비교해보면 초음파 빔의 굴절각이 달라지기 때문에 대상 시험체 내의 빔의 집속점이 달라지게 된다. 즉, 기존의 위상배열 초음파 탐상장비는 곡률쐐기가 아닌 평면쐐기를 고려하여 빔 집속점을 계산하는 방법만 고려하므로 곡률쐐기를 기존의 위상배열 초음파 탐상장비에 그대로 적용할 경우 빔 집속점의 오차가 발생하여 결함 검출의 정확도가 감소하게 되어 결과적으로 비파괴 검사의 신뢰성을 저하시키게 된다. Therefore, applying the curvature wedge suitable for the curvature of the surface of the target specimen can solve this disadvantage. In this case, the focal point of the ultrasonic beam due to the planar wedge is different from that of applying the curvature wedge, so that the focal point of the beam in the target specimen is changed because the refraction angle of the ultrasonic beam is different. That is, the conventional phased array ultrasonic flaw detector only considers the method of calculating the beam focus point considering the planar wedge, not the curvature wedge. To reduce the accuracy of defect detection, resulting in lower reliability of non-destructive testing.

본 발명에서는 위상배열 초음파 탐상에 있어서 곡률쐐기를 적용할 때 기존의 평면쐐기의 적용에 따른 빔 집속점의 오차를 보정할 수 있는 방법을 창안하였다.
In the present invention, when applying the curvature wedge in the phased array ultrasonic inspection, a method for correcting the error of the beam focusing point according to the application of the existing planar wedge was devised.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 곡률쐐기를 적용한 위상배열 초음파 탐상에서 빔 집속점을 보정할 수 있도록 위상배열 초음파 탐촉자의 개별 압전소자를 구동하는 시간지연을 계산하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a method of calculating a time delay for driving individual piezoelectric elements of a phased array ultrasonic transducer to correct a beam focusing point in a phased array ultrasonic scanning using a curvature wedge will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서 제안되는 곡률쐐기를 가지는 위상배열 초음파 탐촉자와 내부 결함이 있는 배관 시험편에서의 빔의 경로를 나타내는 개념은 도 1과 같이 구성되며, 종래의 평면쐐기와 달리 배관의 외경에 적합하게 곡률쐐기를 구성한다. The concept of the phased array ultrasonic transducer having a curvature wedge proposed in the present invention and the concept of a beam path in a pipe test piece having an internal defect are configured as shown in FIG. 1, and unlike the conventional flat wedge, the curvature wedge is suitable for the outer diameter of the pipe. Configure

본 발명의 곡률쐐기(13)을 가지는 위상배열 초음파 탐촉자(11)의 개별 압전소자(12)에서 발생된 초음파 신호는 곡률쐐기(13)의 접촉면과 배관 시험편(31)의 표면이 접하는 지점에서 스넬의 법칙에 따라 초음파 빔의 굴절(21)로 인하여 빔 집속점(22)으로 모아진다. 이때 개별 압전소자(12)의 구동 시간을 서로 다르게 조절하면 배관 시험편(31)의 내부 결함(32)에도 초음파 빔을 집속할 수 있다. The ultrasonic signal generated from the individual piezoelectric elements 12 of the phased array ultrasonic transducer 11 having the curvature wedge 13 of the present invention is snelled at the point where the contact surface of the curvature wedge 13 and the surface of the pipe test piece 31 are in contact with each other. According to the law of refraction (21) of the ultrasonic beam is collected by the beam focusing point (22). In this case, if the driving time of the individual piezoelectric elements 12 is adjusted differently, the ultrasonic beam may be focused on the internal defect 32 of the pipe test piece 31.

만약 곡률쐐기가 아닌 평면쐐기라면 도 2에서 개별 압전소자(12)를 구동하는 시간지연이 모두 같다면 개별 압전소자(12)에서 발생하는 초음파의 입사각(θ i )과 굴절각(θ t )은 모든 개별 압전소자(12)에서 동일한 값을 가진다. 반면 곡률쐐기의 경우 접하는 면의 곡률을 따라 입사각(θ i )과 굴절각(θ t )이 달라지므로 평면쐐기를 가지는 위상배열 초음파 탐촉자의 개별 압전소자(12)를 구동하는 시간지연 차이를 그대로 곡률쐐기에 적용하면 평면쐐기의 경우에 얻어지는 빔 집속점과 오차가 발생하게 된다. 도 2에서 임의의 개별 압전소자(12)에서 발생된 하나의 초음파가 곡률쐐기(매질 I)와 대상 시험편(매질 II)을 전파하여 임의의 빔 집속점에 도달하는데 소요되는 시간(t)은 매질 I의 초음파 빔 경로를 매질 I의 초음파 속도 (v i )로 나눈 값과 매질 II의 초음파 빔 경로를 매질 II의 초음파 속도 (v t )로 나눈 값을 합하면 구할 수 있으며 다음과 식(41)과 같이 표시될 수 있다. 이때 a는 곡률쐐기의 곡률 중심의 x 좌표값, b는 곡률 중심의 y 좌표값, (x 1 , y 1 )은 곡률쐐기 (매질 I)에서의 개별 압전소자 (12)의 위치, (x 2 , y 2 )는 빔 집속점의 좌표, r 2 =(x-a) 2 +(y-b) 2 을 나타낸다.If the flat wedges are not curvature wedges, if the time delays for driving the individual piezoelectric elements 12 are the same in FIG. 2, the incident angles θ i and the refraction angles θ t of the ultrasonic waves generated by the individual piezoelectric elements 12 are all equal. Each piezoelectric element 12 has the same value. On the other hand, in the case of the curvature wedge, the angle of incidence ( θ i ) and the angle of refraction ( θ t ) are changed according to the curvature of the contact surface, so the curvature wedge of the curvature wedge does not change the time delay difference of driving the individual piezoelectric elements 12 of the phased array ultrasonic transducer having a flat wedge. In this case, the beam focusing point and the error obtained in the case of the planar wedge are generated. In FIG. 2, the time t of one ultrasonic wave generated from any individual piezoelectric element 12 propagates a curvature wedge (medium I) and a target specimen (medium II) to reach an arbitrary beam focal point ( t ). This is obtained by adding the ultrasonic beam path of I divided by the ultrasonic velocity of medium I ( v i ) and the ultrasonic beam path of medium II divided by the ultrasonic velocity of medium II ( v t ). Can be displayed as: Where a is the x coordinate value of the center of curvature of the curvature wedge, b is the y coordinate value of the center of curvature, ( x 1 , y 1 ) is the position of the individual piezoelectric element 12 in the curvature wedge (medium I), ( x 2 , y 2 ) represents the coordinates of the beam focus point, r 2 = (xa) 2 + (yb) 2 .

Figure 112012000760000-pat00001
Figure 112012000760000-pat00001

상기 식(41)에서 빔 집속점에 도달되는 최소 시간을 구하기 위해서는 미분을 수행하여 기울기가 0이 되는 점을 찾아야 하므로 다음 식(42)와 같이 미분식을 구할 수 있다.In order to find the minimum time to reach the beam focusing point in Equation (41), it is necessary to find the point where the slope becomes zero by performing the derivative, so that the differential equation can be obtained as in Equation (42).

Figure 112012000760000-pat00002
Figure 112012000760000-pat00002

상기 미분식 (42)가 0이 되는 점은 수학적인 해가 구해지지 않으므로 도 3과 같은 수치해석 알고리즘을 적용하여 구한다. The point at which the differential equation 42 becomes 0 is obtained by applying a numerical analysis algorithm as shown in FIG. 3 since a mathematical solution is not obtained.

도 4는 도 3의 알고리즘을 적용하여 8개의 압전소자가 있는 위상배열 초음파 탐촉자에 곡률쐐기를 적용한 결과로서 임의의 빔 집속점에 도달하는 최단시간 빔의 경로와 시간을 구할 수 있으며 개별 압전소자(12) 별로 얻어지는 최단시간 값들에서 최대값을 나타내는 압전소자(12)를 찾아서 이 최대값에 나머지 압전소자(12)의 최단시간 값들을 각각 빼주면 원하는 빔 집속점에 초음파 빔을 집속시킬 수 있는 시간지연 값들 구할 수 있다.
FIG. 4 is a result of applying a curvature wedge to a phased array ultrasonic transducer having eight piezoelectric elements by applying the algorithm of FIG. 3 to obtain the path and time of the shortest time beam reaching an arbitrary beam focal point. 12) Find the piezoelectric element 12 showing the maximum value from the shortest time values obtained for each time, and subtract the shortest time values of the remaining piezoelectric elements 12 from the maximum value to time to focus the ultrasonic beam at the desired beam focusing point. Delay values can be obtained.

도 5는 도 4에서 얻어진 결과를 스넬의 법칙에 적용한 결과로서 개별 압전소자(12)에서 발생하는 초음파 빔의 입사각(θ i )과 굴절각(θ t )의 비는 동일한 값을 나타내어 본 고안에 의한 빔 집속점 보정방법이 타당함을 나타낸다.
FIG. 5 is a result of applying the result obtained in FIG. 4 to Snell's law, and the ratio of the incident angle θ i and the refraction angle θ t of the ultrasonic beam generated in the individual piezoelectric elements 12 shows the same value. Indicates that the beam focus point correction method is valid.

11: 위상배열 초음파 탐촉자 12: 개별 압전소자 13: 곡률쐐기
21: 초음파 빔의 굴절 22: 빔 집속점
31: 배관 시험편 32: 내부 결함
41: 개별 압전소자에서 발생된 초음파가 곡률쐐기와 대상 시험편을 전파하여 빔 집속점에 도달하는 시간
42: 부호 41의 x에 대한 미분식
11: phased array ultrasonic transducer 12: individual piezoelectric element 13: curvature wedge
21: Refraction of Ultrasonic Beam 22: Beam Focus Point
31: Piping test piece 32: Internal defect
41: Time when the ultrasonic waves generated by the individual piezoelectric elements propagate the curvature wedges and the target specimen to reach the beam focus point
42: Differential expression for x of sign 41

Claims (2)

곡률쐐기를 가지는 위상배열 초음파 탐촉자의 빔 집속점 보정 방법에 있어서,
임의의 빔 집속점에 도달하는 초음파의 전파시간을 나타내는 다음 식을 미분하여 최단 도달 시간에 해당되는 위치를 구하는 알고리즘을 이용하는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파 탐촉자의 빔 집속점 보정방법.
(단, 하기 미분식에서
x, y 는 좌표값,
a는 곡률쐐기의 곡률 중심의 x 좌표값,
b는 곡률 중심의 y 좌표값,
(x1,y1 )는 곡률쐐기 (매질 I)에서의 개별 압전소자의 위치,
(x2,y2 )는 빔 집속점의 좌표,
vi 는 매질 I의 초음파 속도,
vt 는 매질 Ⅱ의 초음파 속도, 및
r² = (x-a)²+(y-b)² 을 나타낸다)
(미분식)
Figure 112013064874366-pat00003
In the beam focusing point correction method of a phased array ultrasonic transducer having a curvature wedge,
A method for correcting the beam focus point of a phased array ultrasonic transducer, characterized by using an algorithm for calculating a position corresponding to the shortest arrival time by differentiating the following expression representing the propagation time of an ultrasonic wave reaching an arbitrary beam focal point.
(However, in the following differential equation
x, y is the coordinate value,
a is the x coordinate of the center of curvature of the curvature wedge,
b is the y- coordinate of the center of curvature,
( x 1 , y 1 ) is the position of the individual piezoelectric element in the curvature wedge (medium I),
( x 2 , y 2 ) is the coordinate of the beam focus point,
v i is the ultrasonic velocity of medium I,
v t is the ultrasonic velocity of medium II, and
r² = (xa) ² + (yb) ² )
(Differential)
Figure 112013064874366-pat00003
제 1항에 있어서,
개별 압전소자별로 빔 집속점까지의 최단 도달시간 위치정보를 구하면 개별 압전소자별 시간정보를 구할 수 있으며, 이 시간 정보값 들에서 최대값에 해당되는 압전소자의 시간정보를 다시 빼줌으로서 개별 압전소자를 구동할 수 있는 지연시간을 구하는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파 탐촉자의 빔 집속점 보정방법.
The method of claim 1,
By obtaining the position information of the shortest arrival time to the beam focusing point for each piezoelectric element, time information for each piezoelectric element can be obtained, and by subtracting the time information of the piezoelectric element corresponding to the maximum value from these time information values, the individual piezoelectric element The beam focus point correction method of the phased array ultrasonic transducer, characterized in that to obtain a delay time for driving.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102192099B1 (en) * 2019-10-25 2020-12-16 한국수력원자력 주식회사 determining method of focal law for phased array ultrasonic testing

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103698405A (en) * 2013-12-19 2014-04-02 国家电网公司 Ultrasonic imaging detection phased array transduction device for blade fir-type root of turbine
KR101767422B1 (en) 2015-04-30 2017-08-11 (주)하기소닉 Seperable Ultrasonic Transducer with Enhanced Space Resolution
CN105759255B (en) * 2016-02-26 2019-02-19 华南理工大学 A kind of CIC polyphase interpolating filtering ultrasound phase-control array beam time-delay method
CN106443680B (en) * 2016-09-13 2018-12-07 哈尔滨工程大学 A kind of ultrasound convolution deflection generation method based on frequency control
CN106802321A (en) * 2017-01-03 2017-06-06 航天科工防御技术研究试验中心 A kind of point focusing formula linear array phased array detection means
KR102037692B1 (en) * 2018-05-28 2019-11-26 한국표준과학연구원 The ultrasonic testing method using phased-array ultrasonic transducers and wedges
KR102192615B1 (en) * 2020-07-07 2020-12-17 한전케이피에스 주식회사 Probe Device for Phased Array Ultrasonic Testing for Circumferential Inspection
KR102410921B1 (en) * 2020-11-06 2022-06-22 주식회사 한국공업엔지니어링 High temperature Phased Array Ultrasonic Testing Device
CN115774051A (en) * 2021-09-06 2023-03-10 核动力运行研究所 Self-focusing phased array probe, manufacturing process and parameter determination method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11183446A (en) * 1997-12-25 1999-07-09 Nkk Corp Method and apparatus for ultrasonic flaw detection of weld
JPH11344475A (en) * 1998-06-03 1999-12-14 Mitsubishi Cable Ind Ltd Method for diagnosing deterioration of coated cable and method for estimating remaining life thereof
JP3731369B2 (en) 1999-02-03 2006-01-05 Jfeスチール株式会社 Ultrasonic flaw detection method for welded pipe
KR101004267B1 (en) 2005-11-21 2011-01-03 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 Ultrasonic testing system and ultrasonic testing technique for pipe member

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11183446A (en) * 1997-12-25 1999-07-09 Nkk Corp Method and apparatus for ultrasonic flaw detection of weld
JPH11344475A (en) * 1998-06-03 1999-12-14 Mitsubishi Cable Ind Ltd Method for diagnosing deterioration of coated cable and method for estimating remaining life thereof
JP3731369B2 (en) 1999-02-03 2006-01-05 Jfeスチール株式会社 Ultrasonic flaw detection method for welded pipe
KR101004267B1 (en) 2005-11-21 2011-01-03 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 Ultrasonic testing system and ultrasonic testing technique for pipe member

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102192099B1 (en) * 2019-10-25 2020-12-16 한국수력원자력 주식회사 determining method of focal law for phased array ultrasonic testing

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