KR100204367B1 - 비파괴 평가 정보를 인지하기 위한 가청 기술 - Google Patents

Abstract

진폭, 주파수, 및 시간 특성 등의 형태로 전형적인 기구 신호 내에 포함된 정보를 수신하여, 이 정보를 인간이 청각으로 인지할 수 있는 음질 및 음의 특성으로 변환하여, 인간의 청각 계통의 음향 및 패턴 인지 능력을 이용하는 방법 및 장치가 개시되었다. 이 방법 및 장치는 아날로그 진폭, 주파수, 및 시간 정보를 디지털화하고 이 정보를 인간이 청각으로 인지할 수 있는 표준화된 형태로 인코드 할 수 있는 적절한 음향 특성을 선택한다. 이 방법은 시험자가 시험 장치에 의하여 제공되는 정보를 전적으로 청각을 통하여 해석하거나, 시각과 청각을 결부시켜 해석할 수 있도록 하는 방식으로, 비파괴 평가 기법을 사용하여 재료를 시험 또는 검사하는 것을 가능하게 한다.

Description

[발명의 명칭]

비파괴 평가 정보를 인지하기 위한 가청 기술

[발명의 배경]

[발명의 분야]

본 발명은 일반적으로 양적 및 질적 정보를 인지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 재료의 비파괴 평가(nondestructive evaluation)에 사용되는 기구에 의하여 제공되는 정보를 인지하기 위한 가청 방법 및 기법에 관한 것이다.

[관련 기술의 설명]

초음파, 음향 방출, 전자기학, 방사선 사진술 등을 이용하는 비파괴 평가(NDE) 기술은 일반적으로 인간이 데이터를 해석할 수 있도록 하기 위하여 검사 정보를 시각적으로 표현하는 방법에 의존한다. 시험 중인 재료의 물리적 특성을 이해하고 분석의 진행을 적절히 제어하기 위하여 시험자에게 제시되는 그래픽 정보를 신속하게 관찰 및 해석하는 것이 통상 시험자의 임무이다.

가장 일반적인 NDE기법 중의 하나가 재료의 균열 및 불균일의 검출을 위해 초음파 신호를 이용하는 것이다. 초음파 NDE기법으로 제공된 정보는 통상 음극선관이나 컴퓨터 비디오 디스플레이 스크린상의 시각적 디스플레이 형태로 되어 있다. 이러한 시스템의 작동자가 시험중인 재료내에서 발견되는 크랙 또는 그 외균열의 특성의 위치를 알 수 있도록 어느 정도 까지는 설명할 수 있도록 하기 위하여, 작동자는 주파수, 진폭, 및 시간의 시각적 표시를 해석하여만 한다.

초음파 NDE에서는, 시험중인 재료가 초음파 신호를 수신 및/또는 전송하는 트랜스듀서로 시험 작동자에 의해 스캐닝될 수 있다. 수신기는 송신기와 동일한 곳에 위치될 수 있고, 또한 동일하거나 인접하는 표면 상에서 개별 요소로 위치될 수도 있다. 따라서 작동자는 디스플레이상에서 보는 것을 특별한 경우의 트랜스듀서의 위치와, 재료 내의 예상되는 신호 전파 경로와 상관시켜야 한다. 디스플레이의 미세한 진동 및 빠른 변화로 인해 종종 작동자/기술자가 제공되고 있는 모든 정보를 시각적으로 해석하지 못할 수도 있다.

초음파 평가는 가장 흔히 사용되는 NDE기법중 하나이며, 본 발명이 적용될 수 있는 NDE 기법을 나타낸다. 초음파 평가 방법은 균일한 재료 내의 균열 및 그외 결함의 깊이 또는 크기를 검출하고 측정하기 위하여 널리 사용된다. 팁 회절(Tip Deffraction)방법이라 불리우는 초음파 균열 크기 측정 방법은 2개의 시분리 신호의 검출에 의존한다. 제2도에는 팁 회절 방법의 전형적 응용예의 개요도를 나타낸다. 그러한 균열로부터 수신된 반사 및 회절된 신호의 시각적 디스플레이가 제3도에 도시되었다. 통상 균열의 기저(base)로부터 강한 반사 신호가 수신되고 균열의 팁에서 적게 회절된 신호가 생성된다. 이 두 신호의 시간 차는 일반적인 물리적 및 삼각함수 관계에 의하여 균열의 깊이에 직접 상관된다. 조사자는 수신되어 표시된 신호 정보를 관찰함으로써 균열을 검출하고 그 크기를 측정하기 위하여 비파괴 검사 정보를 시각적으로 이용한다.

초음파 기술의 다른 일반적 용도로는 송유관, 비행기 구조, 발전소 설비 등의 경우와 같이 검사자가 벽의 양면에 접근할 수 없는 경우에 재료 벽의 두께를 결정하는 것이다. 초음파 펄스는 재료의 두께 방향으로 진행될 수 있고, 내측 벽에 의하여 반사되어 트랜스듀서에 의하여 수신될 수 있다. 제5도는 3가지 상이한 두께에 대한 전형적 신호를 표현하는 도면이다. 제4도는 벽 두께를 결정하는 방법에 적합한 장치의 개요도이다. 재료의 두께는 재료를 통한 초음파 신호의 전송 시간 및 재료 내에서의 음파 속도에 직접 관련된다. 이 기술은 또한 재료 함유물, 층박리, 균열, 다공성 등의 내부적 결함을 검출하기 위하여 사용된다. 그러나 이 기술은 이러한 용도로만 제한되지는 않는다.

NDE 분야에서 재료로부터 정보를 얻어내는 다양한 수단의 고안에 대해 크게 강조된 반면에, 작동자로 하여금 이러한 첨단 수단에 의하여 제공되는 정보를 신속하고 용이하게 해석할 수 있도록 하는 적당한 방법을 고안하는 데에는 거의 강조되지 않았었다. 현존하는 초음파 및 기타 NDE기술의 대부분은 거의 전적으로 정보를 그래프의 형태로 표현하는 방법에 의존한다. 인간의 청각 시스템의 이용이 포괄할 수 있는 최대 범위는 예정된 경계를 벗어나는 재료의 특성이 검출되었을 때 트리거될 수 있는 가청 경보 시스템과 결합시키는 것이다. 검출 목적으로 경보를 이용하는 외에, NDE기술을 이용하여 수집된 정보에 의하여 나타내는 특성 분석에 인간의 청각 시스템을 적용한 예는, 있다고 해도, 거의 없다.

일반적으로, NDE기술은 재료의 기능적 또는 구조적 일체성을 변경하지 아니하고 그 재료의 물리적 특성을 원격 감지 및 표시하기 위하여 비파괴 음향 및 전자기적인 파동 및 자장의 이용에 의존한다. 본질에 있어서는 다르지만, 음향 및 전자기적인 파동 및 자장의 양자는 전기 신호의 대응 파라메터로 용이하게 변환될 수 있는 공통의 표현가능한 파라메터를 가진다. 음파 및 전자기파/전자기장을 음파 및 전자기파와 관련된 진폭, 주파수 및 시간 특성과 직접 상관되는 진폭, 진동수 및 시간 특성을 가지는 전기적 신호로 변환하는 과정이 널리 공지되어 있다. 이 분야가 NDE기술의 개발 당시부터 가장 큰 주목을 받아온 분야이다. 그러나 NDE트랜스듀서 및 /또는 센서에 의하여 발생된 이러한 전기적 신호를 수신하고, 이 신호를 인간 시험 작동자에 의하여 용이하게 해석될 수 있는 시각적 형태가 아닌 형태로 변환하는 분야에서는 거의 진보가 없었다.

인간의 가장 중요한 감각 기관을 시각 계통으로 보는 것이 일반적 견해이다. 그리하여 NDE 정보에 접근하고 이를 해석하는 최선의 수단이 인간의 시각 계통이라는 가정 때문에, 아마도 대부분의 NDE정보가 시험자에게 그래픽 형태로 제공되게 되었다고 생각된다. NDE분야에서 간과되었거나 덜 이해된 사실은 인간의 청각계통의 정보 수신 및 해석 능력이다. NDE분야에서 재료의 특성에 관한 더욱 상세한 정보를 수집하는데 있어 많은 진보가 있었지만, NDE시험자로 하여금 추가의 감각 기관을 동원하여 정보를 해석하도록 하는 체계적 방식의 개발에는 충분한 관심이 집중되지 못했다. 본 발명은 이에 초점을 맞추고 있다.

[발명의 요약]

가청 정보를 해석하는 인간 정신의 능력은 대부분의 과학적 노력에서 당연한 것으로 여겨졌거나 간과되었다. 인간의 청각을 이용하려는 노력에서, 본 발명에서 NDE정보의 청각에 의한 수신 및 인지를 위한 독특한 기술 및 기법의 조합이 설명된다.

인간의 귀는 특정 동작, 조건 및 기타 사건에 관련된 소리 환경의 미세한 변화들을 일상적으로 식별하여 상관시킨다. 예를 들어, 자동차내에서, 운전자는 덜컥거리는 소음을 식별하고 이를 엔진의 고장으로 상관시키는 동시에, 주변 교통의 소리, 도로의 소음 및 라디오의 음악을 듣는다. 이러한 인간의 능력은 또한 초음파검사 등의 비파괴 평가에 관련된 정보의 해석에 응용될 수 있다. 대부분의 NDE적용은 전기 신호의 시각적 검사를 이용하기 때문에, 신호 정보를 결함 또는 기타 적절한 조건의 인식 또는 검출을 돕는 데에 유용하게 사용될 수 있는 가청 소리로 변환하는 것이 바람직하다. 청가 및 시각적 표시를 조합하게 되면 검사자가 비파괴검사를 더욱 신속하고 효과적으로 수행할 수 있게 한다.

본 발명은 시간 및 거리 정보의 측정을 돕기 위한 측정 및 패턴 인식과, 평가중인 재료의 특정 조건 인식의 분야에 인간의 청각 계통을 응용한다. 많은 다양한 소리의 성질의 조합이 이 정보를 발생 및 인코드 하기 위하여 이용될 수 있다. 이러한 성질들 중에는 피치, 음량, 댐핑, 방향, 지속, 반복 및 휴지(rest)등이 있다. 따라서 본 발명의 하나의 목적은 청각을 이용하여 질적 및 양적 정보를 해석하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 청각을 이용하여 정보 해석자로 하여금 정보 및 정보 패턴을 보다 신속하게 인지할 수 있도록 하는 신호 정보 해석 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 재료의 비규칙성 및 크기에 대한 검사자의 인지 속도 및 감수성을 증대시키는 방식으로 청각을 이용하여 비파괴 검사 장비로부터 제공되는 질적 및 양적 정보를 해석하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 초음파 검사 장비에 의하여 제공되는 질적 및 양적 정보를 해석하는 방법 및 장치를 제공하여, 기술자들이 이 정보의 시각적 표시로, 또는 시각적 표시를 참조하지 않고 시험중인 성분의 재료 비규칙성 및 크기 등을 특성화할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시간, 주파수, 및 진폭 변수를 포함하는 아나로그 신호 정보를 수신하고, 이 정보를 인간의 청각에 의하여 인지 및 검출될 수 있는 형태의 신호 정보를 인코드한 음파로 변환하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 시간, 진폭, 및 주파수를 나타내는 전자 신호 정보를 취하여, 이 정보를 작동자/기술자 들이 인지할 수 있는 표준화된 톤, 음질, 청각 패턴 및 기타 소리 특성들로 변환시킨다. 본 발명은 단독적으로 사용되거나, 정보 제공 장비의 검사자 및 작동자의 감도 및 응답성을 증대시키기 위하여 데이터를 해석하기 위한 표준시각 수단과 결합하여 사용될 수 있다. 본 발명은 특히 신속한 미세 신호 정보의 변화가 쉽게 간과되고/되거나 배경 신호 간섭과 혼동될 수 있는 비파괴시험 시스템에 적용될 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 따른 장치의 필수 구성부품을 도시하는 블록도.

제2도는 재료 내의 균열을 검출하고 그 크기를 측정하는 종래의 기술인 팁회절 방법의 개요도.

제3도는 제2도에 도시된 초음파 방법에 의하여 제공되는 시각 정보의 통상의 디스플레이를 도시하는 도면.

제4도는 재료의 벽 두께를 측정하는 종래의 초음파 방법의 개요도.

제5도는 제4도에서 나타낸 초음파 방법에 의하여 제공되는 시각 정보의 전형적 디스플레이를 도시하는 도면.

제6도는 내부벽 또는 적층 간 부식을 결정하는 종래 기술의 초음파 방법의 개요도.

제7도는 제6도에 도시된 초음파 방법에 의하여 제공되는 시각 정보의 전형적 디스플레이를 도시하는 도면.

제8도는 본 발명의 방법의 단계 순서를 설명하는 블록도.

[실시예의 상세한 설명]

우선 제1도를 참조하여, 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위하여 적절히 구성된 시스템의 구성 부품들을 상세하게 설명한다. 비파괴 평가를 받는 시험 재료(10)가 시스템 구성 부품에 접근될 수 있도록 위치되어 있다. 특히, 비파괴 평가(NDE) 트랜스듀서(12)를 시험재료(10)와 접촉하거나 거의 접촉하도록 위치한다. NDE 트랜스듀서(12)는 시험재료(10)로부터 원하는 정보를 추출해내기 위하여 미리 결정된 음향 또는 전자기적 특성의 검사 신호를 전송 및/또는 수신 할 수 있다. NDE트랜스듀서(12)는 전송기/수신기(14)에 연결되고 그에 의하여 제어된다. 전송기/수신기(14)는 NDE 트랜스듀서(12)에 의하여 전송되는 신호를 발생시키고, NDE트랜스듀서(12)로부터 복귀 신호를 수신한다. 본 실시예에서, 전송기/수신기(14)는 초음파 파형을 송신 및 수신하도록 구성되나, 다른 실시예에서 가청 음파 또는 전자 기파 형태를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 송신기/수신기(14)는 수신된 초음파 또는 전자기파 형태를 전기 신호로 변환하기 위하여 NDE 트랜스듀서(12)와 결합하여 소정량의 즉석 정보 해석을 행한다. 이러한 전기 신호들은 적절히 컨디션화되어 시각적 디스플레이(16) 상에 즉시 디스플레이될 수 있다.

바람직한 실시예의 시각적 디스플레이(16)는 표준 초음파 NDE 트랜스듀서와 상관되는 진폭, 주파수, 및 시간값 등을 디스플레이할 수 있는 내부 또는 외부 동기화된 종래의 오실로스코프형 장치일 수 있다. 다른 형태의 송신 및 수신된 파동은 모니터 상에 디스플레이되기 이전에 다른 신호 컨디셔닝을 필요로 할 수 있다.

지금까지 설명된 본 발명에 따른 시스템은 종래의 기술에 따른 방법과 거의 다르지 않다. 종래의 기술에서, 작동자는 통상 NDE트랜스듀서(12)와 유사한 휴대용 트랜스듀서를 사용하여, 이를 시험 재료(10)위에 위치시켜 디스플레이(16)와 같은 시각적 디스플레이상에서 시험 재료(10)의 특성들을 시각적으로 추적하였다. 본 발명은 시험 작동자가 필요로 하는 정보의 해석을 위하여 시각적 디스플레이의 이용에 부가되거나, 어떤 경우에는 이와 대체된다. 시각적 디스플레이(16)에 정보 신호를 제공할 뿐만 아니라, 송신기/수신기(14)는 신호 정보를 신호 디지타이저(18)로 제공한다. 신호 디지타이저(18)는 주파수, 진폭, 및 시간을 나타내는 아나로그 신호 정보를 수신하여, 이 정보를 디지털 형태로 인코드한다. 일단 디지털화되면, 이 정보는 예정된 동작 참조 기준(operational reference standards)으로 분석되어 상관될 수 있다.

어떤 상황 및 소정의 응용 시에는, 신호 디지타이저(18)가 아닌 다른 아나로그 신호 프로세서를 이용하는 것이 더욱 적합할 수 있다. 아나로그 신호를 수신하여 이를 적절한 오디오 출력 특성으로 분석 및 상관될 수 있는 제2아나로그 신호로 변환하는 것이 경우에 따라서는 더욱 실질적일 수 있다. 이 과정의 중요한 단계는 주파수, 진폭, 및 시간을 나타내는 신호 정보를 이미 적절한 청각 참조 기준(aural reference standards)으로 알려진 이전의 테스트로 분석 및 상관될 수 있는 형태로 인코딩하는 단계이다. 다라서 바람직한 실시예에서는 디지털 형태로 신호정보의 분석을 유도하고 있지만, 이에 유사한 분석이 아나로그 형태의 신호 정보에서도 이루어질 수 있는 것으로 기대된다.

일단 디지털화되면, 주파수, 진폭, 및 시간 정보가 디지털 신호 프로세서 및 아나로그 신호 인코더(20)에 제공된다. 프로세서/인코더(20)의 디지털 신호 프로세서는 주파수, 진폭, 및 시간의 디지털 방식으로 인코드 값들의 특성을 조사하여, 시험자로 하여금 정확한 정보의 해석을 하도록 하기 위하여 가장 적절한 청각 신호 특성을 결정한다. 디지털 신호 프로세서는 피치, 음량, 댐핑, 방향, 지속, 반복 및 휴지를 포함하는 다양한 청각 특성 중에서 선택하도록 미리 프로그램될 수 있다. 디지털 신호 프로세서(20)에 의하여 이루어진 상관은 신호 표현이 시험자에게 시험 재료(10)의 특별한 특성을 즉시 연상시키도록 하기 위하여 시험자에게 익숙한 것이어야 한다. 신호 디지타이저(18)에 의하여 제공되는 시험 신호 진폭의 임의 값은, 예를 들어 발생되는 오디오 신호의 예정된 주파수에 대응할 수 있다. 디지털 신호 프로세서는 디지털 시험 신호 진폭값을 식별하고 이를 특정 음성 주파수와 상관시킨다.

또한 시험자가 수신하길 기대하는 주파수, 진폭, 및 시간의 인코드 값에 매칭되도록 시험자가 특정 청각 신호 특성을 개별적으로 선택할 수 있게 하는 것이 적당하다. 따라서, 인코드 값들을 청각 신호 특성들과 상관시키는 과정은 미리 프로그램된 상관 관계, 시험자의 의도, 또는 이들의 조합에 기초하여 달성될 수 있다.

예를 들어 특정 시험 신호 주파수가 대응하는 청각 피치값에 상관되거나, 시험 신호 주파수에 비례하는 진폭의 청각 신호로 변환될 수 있다. 초기 시험 신호주파수는 또한 초기 신호 주파수를 나타내는 반복적인 청각 펄스들과 적절히 상관될 수 있다. 상관이 가능한 범위는 매우 넓으며, 표1에는 하나의 선택 그룹이 요약되어 있다. 표1은 신호 디지타이저(18)로부터의 시험 신호의 진폭, 주파수, 및 시간 특성을 디지털 신호 프로세서(20)에서 선택된 가능한 청각 오디오 특성들에 상호 관련 시킨다. 임의의 시험 신호 특성이 임의의 이용 가능한 청각 특성과 상관될수 있지만, 시험자에 의하여 가장 신속하고 가장 정확하게 정보를 해석하도록 하는 소정의 상관관계들이 예상될 수 있다. 제1도에서는 이러한 통상의 상관 관계들을 나타내고 있다.

일단 디지털 신호 프로세서(20), 또는 시험자가 인입되는 시험 신호값을 출력되는 청각 신호 특성과 식별하여 상관시키면, 프로세서/인코더(20)의 아날로그 신호인코더부는 인입 시험 신호와 관련되는 정량 값을 청각 신호 특성의 대응 값으로 인코드한다. 이러한 청각 신호 특성은 음성 주파수 신호 발생기(22)에 제공된다. 신호 발생기(22)는 인코드된 신호 정보를 수신하고, 이 정보는 청각 신호 특성을 결정하고, 매치된 음성 증폭기(24) 및 오디오 장치(26)을 통과할 때 원하는 특성을 제공하는 전기 신호를 발생시킨다. 신호 발생기(22)가 전기 신호를 발생하는데, 이 전기 신호는 분석되고 있는 특정 정보에 적절한 것으로 판정된 특정 피치, 음량, 댐핑, 방향, 지속, 반복 및 휴지 상태를 결정하는 진폭, 주파수, 시간 및 공간 특성을 나타내는 오디오 장치(26)를 통해 음파를 발생한다. 음성 증폭기(24)는 신호 발생기(22)로부터 전기 신호를 수신하고, 이를 오디오 장치(26)에 의하여 적절히 방송되도록 증폭 및 컨디션화한다. 오디오 장치(26)는 통상 이어폰 세트이며, 또는 경우에 따라 별도의 스피커일 수도 있다. 본 실시예의 많은 응용에서, 오디오 장치(26)는 하나이상의 방송 채널과 작용함으로써 공간 소리 정보를 제공할 수 있다는 점이 중요하다. 몇몇 특정 상황에서는, 다중 채널 방송이 작동자가 시험 재료(10)에 대한 정보를 해석하기 위한 더욱 정확한 수단을 제공하게 된다고 예상된다.

제2도 및 제3도를 참조하여 본 발명의 하나의 응용 방법을 설명한다. 제2도에서 NDE 트랜스듀서(30)은 전기 도전체(32)에 의하여 송수신기(도시되지 않음)에 연결된다. 트랜스듀서(30)는 시험 재료(10)의 표면(34)에 접촉하여 위치한다. 이 구성에서, 표준 초음파 기법(또는 다른 응용시 다른 NDE 기법)을 사용하여, 트랜스듀서(30)은 초음파 신호(36,37)을 시험재료(10)로 전송하도록 제어될 수 있다. 이러한 신호(36,37)는 재료의 이상부(40)를 만나 반사/발생 신호(38,39)로서 트랜스듀서(30)에 산란 및 반사된다. 이러한 반사/발생 신호(38,39)는 트랜스듀서(30)에 의하여 픽업되고, 또 다른 변환 및 처리를 위해 전기 신호로 변환된다. 표준 음향 NDE기법에서, 시험재료(10)의 균열(40)과 같은 재료의 이상부의 특성은 균열(40)의 팁으로부터의 복귀 신호(38)과 균열(40)의 기저로부터의 복귀 신호(39)를 비교함으로써 결정될 수 있다. 이 비교가 제3도에 도시되었는데, 이는 트랜스듀서(30)에 의하여 수신된 신호의 진폭 대 시간의 관계를 나타낸다. 복귀 신호(38)의 수신은 균열(40)의 기저로부터의 복귀 신호(39)의 수신을 나타내는 신호 진폭이 뒤이어 변화하기 전에 중심 진폭의 주기 뒤에 따르는 진폭의 최초 변화로 도시되었다. 도시된 식별 가능한 주기 △T는, 실험에 의하여 균열(40) 또는 그 외 물리적 특성의 길이와 상관될 수 있다.

제1도의 신호 디지타이저(18)가 정량화하고 대응하는 음성 신호 특성으로의 변환을 위한 디지털 신호 프로세서 및 아나로그 신호 인크더(20)에 제공하는 것은 △T값이다.

제4도는 표준 초음파 NDE 방법의 제2형태를 설명하는 도면인데, 이 도면은 제2도에 도시된 것과 유사한 NDE트랜스듀서를 이용한다. NDE트랜스듀서(50)는 시험 재료(10)의 두께를 측정하기 위하여 사용된다. 트랜스듀서(50)는 시험 재료(10)의 표면 상에 위치되고, 시험 재료(10)의 두께의 변화에 대응하는 여러 지점 A, B, C등을 통해 이동될 수 있다. 위치 A에서, 트랜스듀서(50)는 초음파 신호(58)를 송신하는데, 이 신호은 시험 재료(10)의 뒷벽과 직면하여 반사 신호(59)로 반사된다. 동일하게, 트랜스듀서(50)가 위치 B에 있을 때, 전송된 신호(60)가 반사 신호(61)로 뒷벽(54)으로부터 반사된다. 동일하게, 트랜스듀서(50)가 C의 위치에 있을 때 전송된 신호(62)는 반사 신호(63)로서 뒷벽(56)으로부터 반사된다. 전송된 신호(58,60,62)와 그에 대응하는 반사 신호(59,61,63)의 시차는 그 위치에서의 재료(10)의 두께를 나타낸다. 제5도는 이를 나타내는데, 각 위치에서의 신호 진폭이 시간에 대하여 디스플레이 되었다. 위치 A로부터의 신호는 반사된 신호(59)가 트랜스듀서(50)에 의하여 수신되기 이전의 소정의 시간 지연을 나타낸다. 이 지속 시간 △T는 정량화 될 수 있다. 이와 유사하게, 위치 B에서의 반사 신호(61)는 신호가 트랜스듀서(50)에 의하여 수신되기 이전에 특성 시간 지연을 가진다. 이 정량화 가능한 시간 값은 제5도에서 △T로 나타낸다.최종적으로 위치C에서 송신되고 수신된 신호에 대하여 동일한 설명이 가능한데, 여기에서 △T는 반사 신호(63)로서 전송된 신호(62)의 반사를 위한 정량화 가능한 지속 시간값이다. 이러한 지속 시간값들은 신호 디지타이저(18)에 의하여 정량화 및 디지털화되어, 적절한 음성 특성 세트와의 상관을 위하여 프로세서/인코더(20)에 제공된다. 바람직한 실시예에서, 시험자는 시험재료(10)의 표면(48)을 관통하게 트랜스듀서(50)을 이동시키고, 그 위치에서 트랜스듀서(50) 아래의 재료의 두께에 상관된 가변 피치의 청각 신호를 헤드폰(26)으로 수신할 수 있다. 예를 들어 위치 A의 트랜스듀서(50)는 중간 피치의 청각 신호를 발생시키고, 위치 B로 이동하면 얇은 시험 재료(10)를 나타내는 높은 피치의 청각 신호를 발생시킬 수 있다. 유사하게, 위치C로 이동하면 트랜스듀서(50)은 그 지점에서 재료(10)의 두꺼움을 나타내는 낮은 피치의 청각 신호를 발생시키는 정보를 제공할 수 있다.

제6도에 도시된 제3표준 NDE방법에서는, 제2도 및 제4도에서 설명된 바와 유사한 트랜스듀서(70)가 그 내부 비노출면(73)상의 총박리 및 /또는 부식을 포함하는 것으로 알려진 시험 재료(10)의 표면(68)을 관통하여 이동될 수 있다. 비부식면(72)및 부식면(74)은 구분 초음파 신호의 독특한 반사를 표시한다. 위치A에서, 트랜스듀서(70)은 지점(72)에서 뒷벽(73)과 만나는 초음파 신호(75)를 전송한다. 부식되지 않은 지점(72)는 트랜스듀서(70)에 의하여 수신되는 특성 신호(76)을 반사시킨다. 동일하게, 위치B에서, 트랜스듀서(70)가 초음파 신호(77)을 전송하는데, 이 신호는 뒷벽(73) 상의 부식 지점(74)에 의해 반사되고 트랜스듀서(70)에 의하여 수신되는 특성신호(78)을 반사시킨다. 제7도에는 이들 반사 신호의 특성이 그래프로 도시되었는데, 여기에서는 신호 진폭 및 시간이 표시되어 있다. 위치 A에서, 반사된 신호(76)의 진폭은 상대적으로 짧은 기간 △T동안 연장된 것으로 도시되어 있다. 이 짧은 기간에 걸친 진폭의 소멸은 내부 표면이 깨끗한 것을 나타낸다. 반면에, 신호B는 신호의 전송 시간으로부터 다른 신호와 상대적으로 같은 시간에 도달하지만 그 진폭의 소멸은 보다 넓은 시간 구간 △T에 걸쳐서 일어난다. 이는 제6도의 내부 벽표면(74)이 부식되었거나 고르지 않음을 나타낸다. 이 △T및 △T는 적절한 청각 신호 특성과 상관되는 디지털 신호 프로세서 및 아날로그 신호 인코더(20)에 정량적으로 디지털화된 형태로 제공된다. 이 경우 피치 또는 지속이 표면 상태와 상관되는 가장 적절한 특성일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예의 단계의 순서를 설명하기 위하여 제8도를 참조한다. 최조 단계(102)는 비가청 또는 전자기 신호를 평가중인 재료로 전달한다. 단계(104)에서는 이상부를 입증하는 신호를 포함하여, 재료로부터 반사되어 발생된 신호를 다시 수신한다. 단계(106)는 이 트랜스듀서 신호를 아날로그 전기 신호로 변환하는 과정이다. 단계(108)는 전기 신호의 특성 주파수, 진폭, 및 시간값들을 분석하는 과정이다. 단계(110)는 상관을 용이하게 하기 위하여 신호 특성을 디지털화하는 단계이고, 단계(112)는 이러한 신호 특성들을 저장하여, 이들이 예정된 패턴과 비교될 수 있게 하는 단계이다.

단계(114)는 다양한 전기 신호 특성을 표현 및/또는 트랙하기 위하여 선택된 적절한 가청 신호의 이력을 제공하는 예비 단계이다. 단계(116)는 또한 이러한 특성을 표현하는 가청 신호를 저장하는 예비 단계이다. 단계(118)는 저장된 디지털화된 신호를 저장된 패턴과 비교하고, 적절한 특성 표현 또는 트래킹 가청 신호를 선택하는 과정이다. 최종적으로, 단계(120)는 인간의 귀가 수신하는 가청 신호를 발생하는 과정이고, 단계(122)는 청취자에 의하여 그 신호를 해석하는 과정이다.

이미 언급한 바와 같이, 초음파 NDE 기술은 단지 그것이 가장 일반적으로 적용되는 기술이며 본 발명에 따른 장치 및 방법을 용이하게 이용할 수 있는 기술 중 대표 기술이기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된다. 시험 재료를 통하여 전송되는 전파, 초단파, 와전류, 및 가시광선의 검출까지도 본 발명에 따른 기술 및 장치를 이용할 수 있다. 본질적으로 그 플럭스, 주파수, 밀도, 진폭, 및 시간, 특성을 나타낼 수 있는 파동 도는 피일드에 의하여 전송되는 임의의 NDE 정보에 대하여 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명의 실시에 있어 하나의 중요한 측면은 시험 재료 특성 및 청각 특성간의 상관 관계에 대해 시험자를 교육하는 것이다. 모든 시각적 디스플레이의 경우와 같이, 시험자에게 특정 청각적 또는 시각적 사건을 시험 재료의 특정 물리적 특성에 상관시키도록 하는 소정의 기준이 마련되어야 한다. 따라서 본 발명의 실시는 2단계로 이루어지는 과정이다. 시험 재료의 물리적 특성을 청각 특성과 최적으로 상관시키는 기준이 마련되어야 할 뿐만 아니라, 시험자가 소정의 청각 특성을 신속하게 시험 재료의 소정의 특성으로 해석하도록 하기 위하여 그 기준들이 시험자에게 숙지되어야 한다. 그러나, 일단 이 교육 과정이 완료되면, 이 정보를 해석하는 인간의 청각 능력은 유사하게 표현된 시각 정보를 해석하는 인간의 시각 능력과 동일하거나 그를 능가한다.

최적의 해석 능력을 달성하기에 적합한 상관이 실험에 의하여 가장 잘 결정될 수 있다. 예를 들어 주파수 및 진폭의 범위 등 인간의 청각계의 한계에 의하여 시험자에게 제공되는 어떤 음향적 변수들이 제한되지만, 언급된 피치, 반복 및 기타 음향 변수들에 관련된 미세한 구분들은 실험을 거치지 않고 물리적 특성으로 상관될 정도로 그렇게 완전히 이해되지는 않는다. 상기 표1은 지금까지의 실험 결과의 요약이며, 시험자에게 용이하게 해석될 수 있는 음향 정보를 제공할 수 있는 것으로 보이는 상관들을 제시한다.

이상에서 몇가지의 실시예에 관련하여 본 발명에 따른 방법 및 장치를 설명하였고, 설명의 목적으로 특정한 세부 사항들이 개시되었으나, 본 발명이 속한 분야의 숙련된 기술자들은 본 발명의 기술적 원리를 벗어나지 아니하고 추가의 실시예를 고안하거나 세부적 사항을 변경할 수 있음이 명백하다.

Claims (12)

1. 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 방법에 있어서, 상기 재료의 상기 특성을 나타내는 상기 재료의 음향 및/또는 전자기적 상태를 감지하는 단계와; 상기 음향 및/또는 전자기적 상태의 전기 신호를 생성하는 단계를 포함하며,상기전기 신호는 : (a)상기 음향 및/또는 전자기적 상태의 주파수 특성에 비례하는 주파수; (b)상기 음향 및/또는 전자기적 상태의 진폭 특성에 비례하는 진폭; (c)상기 음향 및/또는 전자기적 상태에 상관되는 타이밍을 가지고 있으며; 상기 전기 신호의 상기 주파수, 진폭 및 타이밍에 대한 값을 측정 및 저장하는 단계와; 상기 주파수, 진폭 및 타이밍 값의 패턴을, 특정 재료 특성에 의해 생성되는 종래 실험을 통해 결정된 주파수, 진폭, 및 타이밍 값의 이전 식별 패턴에 비교함으로써 식별하는 단계와; 주파수, 진폭 및 타이밍 값의 상기 식별 패턴과 결합되도록 미리 선택된 음향 신호를 생성하는 단계와; 상기 음향 신호를 인간 청취자에게 전송하는 단계를 포함하고, 상기 청취자는 상기 특정 재료 특성과 상기 음향 신호를 결합시키도록 훈련되어 있는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 주파수, 진폭 및 타이밍 값의 패턴을 식별하는 상기 단계는, 특정 재료 특성에 의해 생성되는 공지의 주파수, 진폭, 및 타이밍 값의 상기 이전식별 패턴을 저장하는 단계와; 상기 이전 식별 패턴과 결합되도록 선택된 음향 신호 발생용 정보를 저장하는 단계와; 상기 저장된 이전 식별 패턴중 적어도 하나를 선택하는 단계와; 상기 전기 신호의 상기 주파수, 진폭, 및 타이밍에 대한 상기 측정 및 저장값을 상기 선택된 저장 패턴 각각과 비교하는 단계와; 상기 전기 신호의 상기 주파수, 진폭 및 타이밍에 대한 상기 측정 및 저장 값을 상기 선택된 저장 패턴중 적어도 하나와 일치시키는 단계와; 상기 일치된 선택되어 저장된 패턴과 결합된 상기 음향 신호 발생용 저장 정보를 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 선택된 저장 정보는 관찰자에게 인식 가능한 음향 신호를 상기 특징 재료 특성과 결합된 것으로 발생할 수 있는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 음향 신호 생성 단계는 주파수, 진폭 및 타이밍 값의 상기 식별 패턴과 결합되도록 미리 선택된 구성으로, 피치, 음량, 댐핑, 방향, 지속, 반복 및 휴지로 이루어지는 복수의 소리 특성중 적어도 하나의 변화를 갖는 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 음향 신호를 인간 청취자에게 전송하는 상기 단계는 상기 음향 신호중 적어도 두 개의 채널을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 채널은 신호 정보를 상기 인간 청취자에게 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 음향 및/또는 전자기적 상태를 나타내는 상기 전기 신호를 상기 전기 신호에 상관되는 특성을 갖는 시각적으로 인식 가능한 그래픽 디스플레이로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 방법.
6. 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별하기 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 방법에 있어서, 음향 및/또는 전자기적 파동을 상기 재료로 전송하는 단계와; 기 재료로부터 반사되어 발생된 음향 및/또는 전자기적 파동을 수신하는 단계를 포함하며, 상기 반사되어 발생된 파동은 상기 재료의 상기 특성을 나타내는 특성을 갖고; 기 수신된 반사되어 발생된 음향 및/또는 전자기적 파동을 나타내는 전기신호를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 전기 신호는 : (a)상기 수신된 음향 및/또는 전자기적 파동의 주파수 특성에 비례하는 주파수; (b)상기 수신된 음향파 및/또는 전자기파의 진폭 특성에 비례하는 진폭; 및 (c)상기 수신된 음향파 및/또는 전자기파에 상관되는 타이밍을 갖고 있으며; 상기 전기 신호의 상기 주파수, 진폭, 및 타이밍에 대한 값을 디지트화하는 단계와; 상기 전기 신호의 상기 주파수, 진폭, 및 타이밍에 대한 상기 디지트화 값을 저장하는 단계와; 상기 주파수, 진폭, 및 타이밍 값의 패턴을 특정 재료 특성으로 생성되도록 종래 실험을 통해 결정된 주파수, 진폭, 및 타이밍 값의 이전 식별 패턴에 비교함으로써 식별하는 단계와; 주파수, 진폭 및 타이밍 값의 상기 식별 패턴과 결합되도록 미리 선택된 음향 신호를 생성하는 단계와; 상기 음향 신호를 인간 청취자에게 전송하는 단계를 포함하고, 상기청취자는 상기 음향 신호를 상기 특정 재료 특성과 결합시키도록 훈련되어 있는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 방법.
7. 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 장치에 있어서, 상기 재료의 상기 특성을 나타내는 상기 재료의 음향 및/또는 전자기적 상태를 감지하기 위한 수단과; 상기 음향 및 /또는 전자기적 상태를 나타내는 전기 신호를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 전기 신호는 : (a)상기 음향 및/또는 전자기적 상태의 주파수 특성에 비례하는 주파수; (b)상기 음향 및/또는 전자기적 상태의 진폭 특성에 비례하는 진폭; (c)상기 음향 및/또는 전자기적 상태에 상관되는 타이밍을 가지고 있으며; 상기 전기 신호의 상기 주파수, 진폭 및 타이밍에 대한 값을 측정하기 위한 수단과; 상기 전기 신호의 상기 주파수, 진폭 및 타이밍에 대한 상기 측정치를 저장하고, 상기 측정된 값을 특정 재료 특성으로 생성된 공지의 주파수, 진폭 및 타이밍의 이전 저장값에 비교하며, 상기 저장된 주파수, 진폭, 및 타이밍 값의 패턴을 특정재료 특성으로 생성되도록 이미 저장되어 공지된 유사 패턴과 식별하여 상관시키며, 또한 복수의 음향 신호에 대한 저장된 정보로부터 선택되는 음향 신호의 생성에 필요한 정보를 저장하는 마이크로프로세서 수단을 포함하며, 상기 저장된 음향 신호 정보는 주파수, 진폭 및 타이밍 값의 상기 식별 패턴과 결합되고; 상기 주파수, 진폭 및 타이밍 값의 상기 식별 패턴과 결합되도록 미리 선택된 음향 신호를 생성하기 위한 수단과; 상기 음향 신호를 인간 청취자에게 전송하기 위한 수단을 포함하고, 상기 청취자는 상기 음향 신호를 상기 특정 재료 특성과 관련시키도록 훈련 되어 있는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 음향 신호를 인간 청취자에게 전송하기 위한 상기 수단은 상기 음향 신호중 적어도 두 개의 채널을 전송하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 음향 및/또는 전자기적 상태를 나타내는 상기 전기 신호를 상기 전기신호에 상관되는 특성을 갖는 시각적으로 인식 가능한 그래픽 디스플레이로 전환시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 전기 신호 생성 수단은 신호 증폭기와 신호 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 장치
11. 제7항에 있어서, 상기 전기 신호의 상기 주파수, 진폭, 및 타이밍 값을 측정하기 위한 상기 수단은 전자적 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청가계의 능력을 이용하는 장치.
12. 제7항에 있어서, 상기 음향 신호 생성 수단은 음향 주파수 신호 증폭기와 적어도 하나의 오디오 스피커 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분석중인 재료의 특성에 대한 정보의 해석 및 식별을 위해 인간의 청각계의 능력을 이용하는 장치.