KR100706416B1 - Void Fraction Measurement Method using Neutron Radiography - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중성자의 감쇠 특성이 지수 함수임을 이용하여, 측정대상 물체 내부의 유체의 흐름을 차단하지 않고, 측정대상 물체의 내부의 기공율을 측정할 수 있도록 한 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring porosity using neutron radiography, and more particularly, by using the attenuation characteristic of a neutron as an exponential function, the porosity inside an object to be measured can be determined without blocking the flow of the fluid inside the object to be measured. The present invention relates to a method of measuring porosity using neutron radiography.
이에, 본 발명은 표준 시료를 제작하는 제1단계와; 중성자 방사선 촬영 장치를 설치하여 표준시료를 배치하는 제2단계와; 상기 표준시료에 대한 중성자 방사선 촬영을 실시하는 제3단계와; 표준시료 대신 측정 대상 물체를 그 위치에 배치하여 중성자 방사선 촬영을 실시하는 제4단계와; 표준시료에 대한 이미지 프로세싱을 통하여 기준 그래프를 얻는 제5단계와; 측정 대상 물체의 이미지에 대한 각 픽셀별 빛의 강도를 계측하여 작동유체의 두께를 구하는 제6단계와; 상기 작동유체의 두께를 기반으로 기공율을 계산하는 제7단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법을 제공한다.Thus, the present invention comprises the first step of preparing a standard sample; A second step of disposing a standard sample by installing a neutron radiography device; Performing a neutron radiography on the standard sample; A fourth step of performing neutron radiography by placing the object to be measured in place of the standard sample; A fifth step of obtaining a reference graph through image processing on a standard sample; A sixth step of obtaining a thickness of a working fluid by measuring the intensity of light for each pixel of the image of the object to be measured; It provides a porosity measuring method using a neutron radiography method comprising a seventh step of calculating the porosity based on the thickness of the working fluid.
중성자 방사선 촬영법, 기공율 측정법, 표준시료, 기준 그래프, 이미지 프로세서Neutron radiography, porosity measurement, standard sample, reference graph, image processor
Description
도 1은 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법을 위한 구성도,1 is a block diagram for measuring the porosity using neutron radiography according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법에 채택된 알루미늄 블럭을 보여주는 측면도 및 단면도,Figure 2 is a side view and a cross-sectional view showing an aluminum block adopted in the porosity measurement method using neutron radiography according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용하여 알루미늄 블럭의 이미지를 촬영한 모습,3 is a view of taking an image of the aluminum block using neutron radiography according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용하여 알루미늄 블럭의 이미지를 촬영한 후, 만들어진 기준 그래프,4 is a reference graph made after taking an image of an aluminum block using neutron radiography according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용하여 측정대상 물체의 이미지를 촬영한 예를 보여주는 개략도,5 is a schematic diagram showing an example of taking an image of an object to be measured using neutron radiography according to the present invention;
도 6은 측정 대상 물체에 대한 빛의 강도를 상기 기준 그래프와 비교하여, 각 픽셀별 작동유체의 두께를 측정하는 방법을 설명하는 그래프,6 is a graph illustrating a method of measuring the thickness of the working fluid for each pixel by comparing the intensity of light of the object to be measured with the reference graph;
도 7은 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법을 설명하는 흐름도,7 is a flowchart illustrating a method of measuring porosity using neutron radiography according to the present invention;
도 8은 통상의 중성자 방사선 촬영 장비에 대한 구성도,8 is a block diagram of a conventional neutron radiography equipment,
도 9 내지 11은 기존의 기공율 측정 방법을 설명하는 개념도.9 to 11 is a conceptual diagram illustrating a conventional porosity measuring method.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 빔포트 12 : 전환막10
14 : 거울 16 : 렌즈14
18 : CCD칩 20 : 어둠박스18: CCD chip 20: dark box
22 : 이미지 프로세서 24 : 알루미늄 블럭22: image processor 24: aluminum block
26 : 계단형 유로 28 : 단독 유로26: staircase euro 28: single euro
본 발명은 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중성자의 감쇠 특성이 지수 함수임을 이용하여, 측정대상 물체 내부의 유체의 흐름을 차단하지 않고, 측정대상 물체의 내부의 기공율을 측정할 수 있도록 한 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring porosity using neutron radiography, and more particularly, by using the attenuation characteristic of a neutron as an exponential function, the porosity inside an object to be measured can be determined without blocking the flow of the fluid inside the object to be measured. The present invention relates to a method of measuring porosity using neutron radiography.
통상, 기공율은 기체와 액체의 체적비를 말한다. Usually, porosity refers to the volume ratio of gas and liquid.
종래의 기공율을 측정하는 방법은 금속관 내부를 직접적으로 볼 수 없기 때문에 측정하고자 하는 부분에 투명한 테프론 관과 밸브를 설치하여 측정하는 방법과, 외벽에 전기 신호기를 설치하여 유량에 따라 변화하는 신호를 이용하는 간접적 인 방법이 있다. In the conventional method of measuring the porosity, since the inside of the metal tube cannot be directly seen, the method of measuring the transparent Teflon tube and the valve is installed on the part to be measured, and the electric signal is installed on the outer wall to use the signal that changes according to the flow rate. There is an indirect way.
먼저, 상기 테프론관과 밸브를 이용한 방법의 구성은 첨부한 도 9에 도시된 바와 같으며, 측정하고 싶은 순간에 두 개의 밸브를 순간적으로 잠그고, 시험부 전체의 부피와 기체가 차지하고 있는 부피의 비를 이용하여 기공율을 계산하는 방법이다.First, the configuration of the method using the Teflon tube and the valve is as shown in Fig. 9 attached, the two valves are momentarily locked at the moment you want to measure, the ratio of the volume of the entire test portion and the volume occupied by the gas This method is used to calculate porosity.
이러한 밸브를 이용한 방법에서는 시험부의 부피 계산의 편의를 위해 사각형 또는 원형 덕트를 많이 사용하며, 유동의 방향은 수평이나 수직에 상관없이 사용되고 있다.In the valve-based method, a rectangular or circular duct is frequently used for the calculation of the volume of the test part, and the direction of flow is used regardless of the horizontal or vertical direction.
상기 유량에 따른 전기적인 신호 변화를 이용하는 방법은 임피던스를 이용하는 방법으로서, 측정 방법의 기본적인 개념은 도 10에서 보는 바와 같이, 관내에서 발생되는 다양한 유동의 형태에 따라서 관벽에서 측정한 저항값이 달라지게 된다.The method of using the electrical signal change according to the flow rate is a method of using the impedance, the basic concept of the measuring method is that the resistance value measured in the pipe wall is changed according to the various types of flow generated in the pipe as shown in FIG. do.
이에따라, 임피던스에서 발생되는 전압의 크기가 달라지게 되며 이것을 이용하여 현재 관내의 기공율을 측정하게 된다.Accordingly, the magnitude of the voltage generated in the impedance is changed and using this to measure the porosity in the current tube.
위에서 살펴본 종래의 기술중 밸브와 테프론관을 이용한 방법은 금속관 내부를 직접적으로 보기 위해 테프론등으로 내부가 보이는 재질로 시험부를 변형하고 입구와 출구에 밸브를 설치하는 등 측정부의 변형이 심각하며, 측정부의 변형이 불가능한 곳에는 사용이 힘들다. The conventional method using the valve and the Teflon tube described above is a deformation of the measurement unit such as the deformation of the test part with a material visible inside with a Teflon to directly see the inside of the metal pipe, and installing a valve at the inlet and the outlet. It is difficult to use where the transformation of wealth is impossible.
또한, 기공율을 측정하고자 하는 순간에 두 개의 밸브를 동시에 기계적인 또는 전기적인 힘을 이용하여 닫아 주어야 하는데, 이 순간 유동장의 심각한 왜곡이 발생하게 된다. In addition, when the porosity is to be measured, the two valves must be closed at the same time by using mechanical or electrical force, at which point serious distortion of the flow field occurs.
더욱이, 내부에 갇힌 작동 유체의 부피를 측정하기 위해서는 유체의 표면이 잔잔히 질 때까지 기다려야 되기 때문에 시간적인 지연이 발생하게 되어 실시간의 측정이 힘들다는 단점이 있다.In addition, in order to measure the volume of the working fluid trapped therein, it is necessary to wait until the surface of the fluid calms down, resulting in a time delay, which makes it difficult to measure in real time.
종래의 기술중 임피던스를 이용한 방법의 경우, 금속관 내부를 직접적으로 보지 않아도 된다는 점과 유동장을 심하게 왜곡 시키지 않고 실시간으로 기공율을 측정할 수 있다는 점에서는 상술한 밸브와 테프론관을 이용한 방법에 비해 더 나은 방법이다. In the prior art, the method using the impedance is better than the method using the valve and the Teflon tube described above, in that the inside of the metal tube does not need to be viewed directly and the porosity can be measured in real time without severely distorting the flow field. Way.
그러나, 유동장의 변화에 의해 발생되는 신호값의 변화를 알기 위해서는 초기에 실제 유동장과 신호값을 일치시켜주는 과정이 필요하게 된다. 이 과정은 역시 유동장을 눈으로 확인하기 위해서 테프론관 등을 이용해야 한다는 문제점이 있다.However, in order to know the change in the signal value generated by the change of the flow field, it is necessary to initially match the signal value with the actual flow field. This process also has the problem of using a Teflon tube to visually identify the flow field.
첨부한 도 11은 기포류일 때 나타나는 신호를 보정하기 위한 보정 그래프의 한 예이다. 11 is an example of a correction graph for correcting a signal appearing when bubbles are present.
그러므로 임피던스 방법의 경우 실제로 적용하기 전에 관의 기하학적 조건에 맞는 보정 과정이 매번 필요하며, 유동의 천이 과정이 일어나는 경우에는 신호 판독이 불명확하기 때문에 다양한 유동장에서의 기공율 측정이 쉽지 않다는 단점이 있다.Therefore, the impedance method requires a correction process for the geometrical conditions of the pipe before actual application, and the measurement of porosity in various flow fields is difficult because the signal reading is unclear when the flow transition process occurs.
위에서 살펴본 바와 같이, 종래의 기술들은 각각이 가지는 단점에 더불어 측정부의 모양이 복잡할 경우 측정 장비를 설치할 수 없다는 치명적인 단점이 있다.As described above, the conventional technologies have a fatal disadvantage that the measurement equipment cannot be installed when the measurement unit is complicated in addition to the disadvantages of the conventional technologies.
본 발명은 상기와 같은 종래 측정방법이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 연구 개발된 것으로서, 중성자 방사선 촬영법을 이용하여 표준 시료의 중성자 감쇠에 대한 표준 특성을 미리 측정하고, 표준 시료를 측정대상물로 교체한 후 중성자 감쇠에 대한 특성을 측정하여, 미리 측정된 표준 신호를 바탕으로 작동유체의 두께와 기공율을 손쉽게 계산할 수 있도록 한 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been researched and developed in order to solve the problems of the conventional measuring method as described above, using a neutron radiographic method to measure in advance the standard characteristics of the neutron attenuation of the standard sample, after replacing the standard sample with the measurement object The purpose of the present invention is to provide a method for measuring porosity using neutron radiography to measure the characteristics of neutron attenuation and to easily calculate the thickness and porosity of a working fluid based on a standard signal measured in advance.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 표준 시료를 제작하는 제1단계와; 중성자 방사선 촬영 장치를 설치하여 표준시료를 배치하는 제2단계와; 상기 표준시료에 대한 중성자 방사선 촬영을 실시하는 제3단계와; 표준시료 대신 측정 대상 물체를 그 위치에 배치하여 중성자 방사선 촬영을 실시하는 제4단계와; 표준시료에 대한 이미지 프로세싱을 통하여 기준 그래프를 얻는 제5단계와; 측정 대상 물체의 이미지에 대한 각 픽셀별 빛의 강도를 계측하여 작동유체의 두께를 구하는 제6단계와; 상기 작동유체의 두께를 기반으로 기공율을 계산하는 제7단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법을 제공한다.The present invention for achieving the above object is the first step of preparing a standard sample; A second step of disposing a standard sample by installing a neutron radiography device; Performing a neutron radiography on the standard sample; A fourth step of performing neutron radiography by placing the object to be measured in place of the standard sample; A fifth step of obtaining a reference graph through image processing on a standard sample; A sixth step of obtaining a thickness of a working fluid by measuring the intensity of light for each pixel of the image of the object to be measured; It provides a porosity measuring method using a neutron radiography method comprising a seventh step of calculating the porosity based on the thickness of the working fluid.
바람직한 구현예로서, 상기 표준시료를 제작하는 제1단계는 유로를 갖는 알루미늄 블럭을 구비하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the first step of manufacturing the standard sample is characterized in that it proceeds to the step of providing an aluminum block having a flow path.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 알루미늄 블럭은 측정대상의 채널 두께를 포함하며 다수의 두께를 이루는 계단형 유로 또는 단독의 유로가 내부에 형성된 것으로 구비되는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the aluminum block is characterized in that it comprises a channel thickness of the object to be measured and is provided with a stepped flow path or a single flow path forming a plurality of thickness therein.
바람직한 구현예로서, 상기 제2단계는 중성자 방사선 촬영법에 이용되는 구성중 중성자 빔 포트와 전환막 사이에 알루미늄 블럭을 고정 배열시켜 달성되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the second step is achieved by a fixed arrangement of aluminum blocks between the neutron beam port and the switching film in the configuration used for neutron radiography.
특히, 상기 제3단계는 상기 알루미늄 블럭의 유로에 작동유체가 채워지기 전의 알루미늄 블럭에 대한 중성자 방사선 촬영을 하여 제1기준이미지를 얻는 단계와, 상기 알루미늄 블럭의 유로에 작동유체를 채운 다음 중성자 방사선 촬영을 하여 제2기준이미지를 얻은 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.In particular, the third step is a neutron radiograph of the aluminum block before the working fluid is filled in the flow path of the aluminum block to obtain a first reference image, and filling the working fluid in the flow path of the aluminum block and then neutron radiation It is characterized by proceeding to the step of obtaining a second reference image by taking a picture.
바람직한 구현예로서, 상기 제5단계는 상기 제1기준이미지와 제2기준이미지를 중성자 감쇠특성인 지수함수를 고려하여 이미지 프로세서를 이용하여 나누어줌으로써, 작동유체에 대한 정보만이 남게 되는 단계와; 상기 작동유체에 대한 정보를 바탕으로 상기 이미지 프로세서의 연산이 진행되어 작동유체의 두께에 의한 빛의 강도 기준 그래프를 얻는 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the fifth step may include dividing the first reference image and the second reference image by using an image processor in consideration of an exponential function, which is a neutron attenuation characteristic, so that only information on a working fluid remains; The calculation of the image processor is performed based on the information on the working fluid, characterized in that the step of obtaining a light intensity reference graph by the thickness of the working fluid.
바람직한 구현예로서, 제4단계는 측정대상 물체에 대한 중성자 방사선 촬영을 실시하여 작동유체 없이 찍은 제1측정이미지와 작동유체를 채우고 찍은 제2측정이미지를 얻는 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the fourth step is performed by obtaining neutron radiography of an object to be measured to obtain a first measurement image taken without a working fluid and a second measurement image filled with a working fluid.
바람직한 구현예로서, 상기 제5단계는 이미지 프로세서에서 상기 제1측정이미지와 제2측정이미지의 각 픽셀별로 빛의 강도를 계측하는 단계와; 이렇게 얻어진 제1측정이미지 및 제2측정이미지에 대한 빛의 강도를 상기 기준 그래프와 비교 하여, 각 픽셀별 작동유체의 두께를 측정하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the fifth step may include measuring, by an image processor, light intensity for each pixel of the first and second measured images; By comparing the intensity of light for the first measurement image and the second measurement image thus obtained with the reference graph, it is characterized in that the step of measuring the thickness of the working fluid for each pixel.
바람직한 구현예로서, 상기 제7단계는 채널의 공간 분해능과 픽셀별 작동유체의 두께를 바탕으로 상기 측정대상 물체 내부의 작동유체의 부피를 계산하여 기공율을 구하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the seventh step is characterized by calculating the porosity by calculating the volume of the working fluid inside the object to be measured based on the spatial resolution of the channel and the thickness of the working fluid for each pixel.
한편, 상기 기공율 측정은 을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the porosity measurement is characterized in that calculated using.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법을 위한 구성도이다.1 is a block diagram for measuring the porosity using neutron radiography according to the present invention.
본 발명은 중성자의 감쇠 특성이 지수 함수임을 이용하여, 측정대상 물체 내부의 유체의 흐름을 차단하지 않고, 측정대상 물체의 내부의 기공율을 측정할 수 있도록 한 것이다.The present invention uses the attenuation characteristic of the neutron to be an exponential function, it is possible to measure the porosity of the inside of the object to be measured without blocking the flow of the fluid inside the object to be measured.
상기 중성자 방사선 촬영법은 항공기 또는 건물의 부식, 균열을 검사하는 비파괴 검사 방법의 일종이다.The neutron radiography method is a kind of non-destructive inspection method for inspecting corrosion or cracking of aircraft or buildings.
본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 구현하는 구성은 다음과 같다.A configuration for implementing neutron radiography according to the present invention is as follows.
중성자원으로부터 원하는 방향으로 중성자를 보내주는 역할을 수행하는 빔 포트(10)와; 상기 빔 포트(10)와 소정의 거리를 유지하며 배치되는 측정대상물과; 상기 측정대상물의 이면과 이격 배치되어, 중성자를 빛(광자)으로 바꿔주는 전환막(12)과; 유해한 방사선으로부터 카메라를 보호하기 위해 상기 빛의 방향을 90도 꺾 어주는 거울(14)과; 상기 거울(14)에서 꺽여진 전환막(12)으로부터의 빛을 모으는 렌즈(16)와; 상기 렌즈(16)로부터 받아들여진 빛을 저장하는 CCD 칩(18)과; 상기 거울(14)을 고정시키면서 외부로부터 유입되는 빛을 차단해주는 어둠박스(20)와; 상기 CCD칩(18)으로부터 저장된 빛을 디지탈 이미지로 전환시키는 이미지 프로세서(22)를 포함하여 구성된다.A
위와 같은 구성으로 이루어진 중성자 방사선 촬영 장치를 기반으로 본 발명의 기공율 측정법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.The porosity measurement method of the present invention will be described in order based on the neutron radiography device having the above configuration.
첨부한 도 7은 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법을 설명하는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of measuring porosity using neutron radiography according to the present invention.
본 발명에 이용되는 중성자 방사선 촬영법은 원자로나 가속기 등에서 나온 중성자가 측정하고자 하는 물체와 부딪힐 때 중성자 흡수 정도가 물질마다 다르기 때문에 시험부를 통과한 중성자의 강도는 다르게 된다.In the neutron radiography used in the present invention, when the neutron from the reactor or the accelerator collides with an object to be measured, the neutron absorption varies from material to material, and thus the intensity of the neutron passed through the test part is different.
본 발명에 따르면, 상기 중성자의 강도가 전환막과 반응하여 투과한 중성자의 강도에 해당하는 빛을 발생하게 되며, 전환막(12)에서 발생한 빛을 유해한 방사선으로부터 카메라를 보호하기 위해 거울(14)을 설치하여 빛을 90도 꺾어 주고, 거울(14)을 통해 꺾여진 빛을 카메라 장치를 이용해서 빛을 모운 다음, 이미지 프로세서(22) 즉 컴퓨터와 소프트웨어(S/W)를 이용하여 관찰하게 된다.According to the present invention, the intensity of the neutron reacts with the switching film to generate light corresponding to the intensity of the transmitted neutron, and the light generated by the switching
본 발명의 기공율 측정법은 이러한 중성자 방사선 촬영법을 이용하여 진행된다.The porosity measurement method of the present invention proceeds using such neutron radiography.
제1단계로서, 표준 시료를 제작하게 된다.As a first step, a standard sample is prepared.
상기 표준시료를 제작하는 단계는 유로를 갖는 알루미늄 블럭을 구비하는 단계이다.The manufacturing of the standard sample includes providing an aluminum block having a flow path.
더욱 상세하게는, 첨부한 도 2에서 보는 바와 같이 상기 알루미늄 블럭(24)은 측정하고자 하는 대상물의 채널 두께를 포함하는 다수의 두께를 이루는 계단형 유로(26) 또는 단독 유로(28)가 내부에 형성된 것으로 구비된다.More specifically, as shown in FIG. 2, the
제2단계로서, 중성자 방사선 촬영 장치에 상기 표준시료를 배치한다.As a second step, the standard sample is placed on a neutron radiography device.
즉, 상술한 중성자 방사선 촬영 장치의 구성중 중성자 빔 포트(10)와 전환막(12) 사이에 소정의 고정수단에 의하여 상기 알루미늄 블럭(24)을 고정 배열시킨다.That is, the
제3단계로서, 상기 표준시료에 대한 중성자 방사선 촬영을 실시한다.As a third step, neutron radiography is performed on the standard sample.
보다 상세하게는, 상기 알루미늄 블럭(24)의 유로에 작동유체를 채우지 않은 상태에서 알루미늄 블럭(24)에 대한 중성자 방사선 촬영을 하여 제1기준이미지를 얻고, 또한 상기 알루미늄 블럭(24)의 유로에 작동유체를 채운 다음, 중성자 방사선 촬영을 하여 제2기준이미지를 얻는다.More specifically, the first reference image is obtained by performing neutron radiography of the
한편, 촬영이 용이한 상기 알루미늄 블록(24) 내부에 적절한 두께의 계단형 유로를 형성하여 중성자 방사선 촬영을 하여 이미지를 얻고, 같은 방법으로 그 계단 내부에 작동유체를 채운 후 촬영을 한 이미지를 중성자의 감쇠 특성인 지수 함수임을 고려하여, 두 이미지를 나누게 되면 오로지 작동유체에 의한 정보 만이 남게 된다.On the other hand, by forming a step-shaped flow path of the appropriate thickness inside the
중성자 방사선 측정법의 특성에 따라 아래의 수학식 1에서 좌측의 정보가 빛 의 강도정보가 되고 이는 알루미늄 블록(24)의 두께나 중성자 흡수 계수와는 무관하게 작동유체의 두께와 중성자 흡수계수에 의해서만 영향을 받는 함수가 된다.According to the characteristics of the neutron radiation method, the information on the left side of the
이러한 특성을 고려하면 중성자 방사선 촬영법을 이용하여 촬영하고자 하는 측정 대상 물체 내부에 작동유체 없이 얻은 이미지와 작동유체를 흘리고 얻은 이미지를 나눈 이미지의 빛의 강도를, 앞서 이미 계측해 놓은 알루미늄 블록을 이용하여 획득한 자료와 상호 비교함으로써, 촬영하고자 하는 물체 내부에서의 작동유체의 양을 추정할 수 있어 이를 통해 기공율을 계산할 수 있는 것이다.Considering these characteristics, the light intensity of the image obtained without the working fluid and the image obtained by dividing the working fluid by dividing the working fluid inside the object to be measured by neutron radiography is measured using the aluminum block that has already been measured. By comparing with the obtained data, it is possible to estimate the amount of working fluid inside the object to be photographed, thereby calculating the porosity.
제4단계로서, 상기 표준시료 대신 측정 대상 물체를 중성자 빔 포트(10)와 전환막(12) 사이에 소정의 고정수단에 의하여 장착한 다음, 중성자 방사선 촬영을 실시하게 된다.As a fourth step, instead of the standard sample, the measurement object is mounted between the
즉, 측정 대상 물체에 대한 중성자 방사선 촬영을 실시하여 작동유체 없이 찍은 제1측정이미지와 작동유체를 채우고 찍은 제2측정이미지를 얻게 된다(도 5참조).That is, neutron radiography of the object to be measured is performed to obtain a first measurement image taken without a working fluid and a second measurement image filled with a working fluid (see FIG. 5).
참고로, 도 3은 표준시료 즉, 알루미늄 블럭의 이미지를 촬영한 모습을 보여주고 있다.For reference, FIG. 3 shows a photograph of an image of a standard sample, that is, an aluminum block.
한편, 상기 중성자원중 하나인 연구용 원자로로부터 중성자가 빔 포트(10)로부터 직선 방향으로 방출되는 동시에 방출된 중성자는 표준시료(또는, 촬영하고자 하는 측정 대상 물체)을 통과하면서 그 구성하는 물질에 따라 서로 다른 중성자 흡수계수에 따라 중성자속이 감쇠되어 직진한다.Meanwhile, neutrons are emitted in a straight direction from the
이어서, 직진한 중성자는 상기 전환막(12)을 거치면서 중성자속에 정비례하는 광자를 방출하고, 방출된 광자는 어둠상자(20) 내에서 거울(14)에 의해 그 방향이 바뀌어 렌즈(16)에 모아지게 된다.Subsequently, the straight neutron emits photons that are directly proportional to the neutron flux while passing through the
연속해서, 상기 렌즈(16)에 입사된 광자는 상기 CCD 칩(18)을 내장한 카메라에서 그 정보를 받아, 디지탈 이미지로 저장할 수 있는 프로그램을 내장한 제어부(컴퓨터)에 저장된다.Subsequently, photons incident on the
제5단계로서, 상기 제어부에서 표준시료에 대한 이미지 프로세싱을 통하여 기준 그래프를 얻는다.In a fifth step, the control unit obtains a reference graph through image processing on a standard sample.
상기 제5단계는 상기 제1기준이미지와 제2기준이미지를 중성자 감쇠특성인 지수함수를 고려하여 이미지 프로세서를 이용하여 나누어줌으로써, 작동유체에 대한 정보만이 남게 되는 단계와; 상기 작동유체에 대한 정보를 바탕으로 상기 이미지 프로세서의 연산이 진행되어, 첨부한 도 4에서 보는 바와 같이 작동유체의 두께에 의한 빛의 강도 기준 그래프를 얻는 단계로 진행된다.The fifth step includes dividing the first reference image and the second reference image using an image processor in consideration of an exponential function, which is a neutron attenuation characteristic, so that only information on a working fluid remains; The calculation of the image processor is performed based on the information on the working fluid, and as shown in the accompanying FIG. 4, a step of obtaining a light intensity reference graph based on the thickness of the working fluid is performed.
제6단계로서, 상기 측정 대상 물체의 이미지에 대한 각 픽셀별 빛의 강도를 계측하여 작동유체의 두께를 구하게 된다.As a sixth step, the thickness of the working fluid is obtained by measuring the intensity of light for each pixel of the image of the object to be measured.
즉, 상기 제6단계는 제어부(컴퓨터)의 이미지 프로세서에서 상기 제1측정이 미지와 제2측정이미지의 각 픽셀별로 빛의 강도를 계측하는 단계와; 이렇게 얻어진 제1측정이미지 및 제2측정이미지에 대한 빛의 강도를 상기 기준 그래프와 비교하여, 각 픽셀별 작동유체의 두께를 측정하는 단계로 진행된다(도 6참조). That is, the sixth step may include measuring light intensity for each pixel of the first measurement image and the second measurement image in an image processor of a controller (computer); The intensity of light for the first and second measured images thus obtained is compared with the reference graph to measure the thickness of the working fluid for each pixel (see FIG. 6).
마지막으로, 상기 작동유체의 두께를 기반으로 기공율을 계산하는 제7단계가 진행되는 바, 채널의 공간 분해능과 픽셀별 작동유체의 두께를 바탕으로 상기 측정대상 물체 내부의 작동유체의 부피를 계산하여 기공율을 구하게 된다.Finally, the seventh step of calculating the porosity based on the thickness of the working fluid is carried out, by calculating the volume of the working fluid inside the object to be measured based on the spatial resolution of the channel and the thickness of the working fluid for each pixel The porosity is found.
이때, 상기 기공율을 구하는 식은 다음의 수학식 2와 같다.At this time, the formula for obtaining the porosity is as shown in
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 중성자 방사선 촬영법을 이용한 기공율 측정법에 의하면, 본 발명에 이용된 중성자 방사선 촬영법은 측정부의 모양과는 상관없이 재질의 투과율에 의해서만 제한을 받기 때문에 금속같이 투과율이 높은 재질의 경우에는 측정부의 모양이 아무리 복잡해도 내부를 측정하는데 아무런 문제가 생기지 않는 장점이 있다.As described above, according to the porosity measurement method using the neutron radiography according to the present invention, the neutron radiography method used in the present invention is limited only by the transmittance of the material irrespective of the shape of the measuring unit, so that the high transmittance like metal In the case of the material, no matter how complicated the shape of the measuring unit, there is no problem in measuring the inside.
특히, 실시간 관찰이 어렵고 시험부의 모양에 따른 보정 과정의 필요, 다양한 유동장에서의 측정의 어려움 등 종래의 기술에서 발생하는 많은 문제들의 경우 물질에 따라 투과율이 다른 바, 이러한 점을 감안하여 나타나는 이미지가 다르다는 성질을 이용한 중성자 방사선 촬영법을 사용할 경우 기존의 문제점들을 해결하면서 손쉽게 기공율을 측정할 수 있다.In particular, many problems arising from the prior art, such as difficult real-time observation, the need for a calibration process according to the shape of the test part, and difficulty in measuring in various flow fields, have different transmittances depending on the material. When using neutron radiography with different properties, porosity can be easily measured while solving existing problems.
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