KR100920959B1 - 서까래 열화 평가용 초음파 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 목재 열화 평가용 초음파 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서까래 열화 평가용 초음파 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 목재 내부 열화 여부를 검사하기 위한 송수신 초음파 센서;
상기 송수신 초음파 센서를 수용하는 초음파 센서 홀더; 및
상기 송수신 초음파 센서에 가해지는 압력이 동일하도록 하기 위해 상기 송수신 초음파 센서와 상기 초음파 센서 홀더 사이에 안착되는 코일스프링;을 포함하며,
목재에 접하는 상기 송수신 초음파 센서 하단의 전면 정합층의 형상은 목재와 정합할 수 있는 곡률이고, 전면 정합층의 재질은 음향 에너지 전달 효율을 높일 수 있는 테프론으로 이루어지고, 상기 송수신 초음파 센서가 상기 센서 홀더에 결합된 상태로 간격을 두고 장착되는 결합 봉을 더 포함하는 서까래 열화 평가용 초음파 송수신 장치를 제공할 수 있다.
서까래, 목재 열화 평가, 초음파 센서, 초음파 송수신기, 엔벌로프 기법

Description

서까래 열화 평가용 초음파 장치{ULTRASONIC APPARATUS FOR ESTIMATING RAFTER DETERIORATION}
본 발명은 목재 열화 평가용 초음파 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서까래 열화 평가용 초음파 시스템에 관한 것이다.
우리나라의 고건축물들은 대부분 목조로 지어졌으며, 이러한 목조 건축물들은 수십년에서 수백년 전에 지어진 건축물들이다. 목조 건축물의 각 부재들은 부후, 연부후, 건재가해충류, 흰개미 등으로 인해 열화가 발생하므로 적절한 안정성 검사를 통해 구조물의 하중을 지지할 수 없을 정도로 열화가 심화된 부재들을 교체하거나 보수해 주어야한다. 그러나 현재 목조 건축물의 안전성 평가는 전적으로 육안 검사에만 의존하고 있어 부재의 실제 성능과 상관없이 외관상 특징에만 의존하게 되므로 부재의 성능과 내부에 존재하는 열화의 정도를 파악하는데 한계가 있다. 목조 건축물의 부재를 과소 또는 과대평가하는 것은 건축물의 안전성을 저하시킬 뿐만 아니라 불필요한 보수공사를 시행함으로써 비용문제를 발생시키고 역사적으로 중요한 고건축물을 훼손시키는 원인이 될 수 있다.
일반적으로, 목조 건축물의 비파괴 검사에는 핵자기 공명법, 전자기 파(microwave), 응력파나 초음파 CT 등과 같은 다양한 기술들이 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법들 중에서 적용이 간편하고 정확한 초음파를 이용한 비파괴 연구가 많이 진행되고 있다. Sandoz(1993), Fuller 등(1994)과 DeGroot 등(1995)은 초음파를 이용하여 원목의 내부 상태를 평가하였으며 Lemaster 등(1994)과 Emerson 등(1998)은 초음파를 이용하여 목조 교량, 체육관 등의 안전성 평가를 위한 연구를 수행하였다. 국내의 경우, 홍 등(2001)이 목재 파단 부위에 대한 비파괴 평가를 초음파를 적용하여 실시하였으며 Lee 등(2001)은 목조 건축물에 대한 다양한 비파괴 검사법들을 평가하였다. 또한 이 등(2003)은 목재 내에서의 초음파 전달 경로를 구명하는 연구를 수행하였다.
서까래는 도 1과 같이 지붕 아래에 위치하여 지붕의 뼈대를 이루고 하중을 지지하는 중요한 부재이며 목조 건축물의 안전성과 밀접한 관계가 있다. 서까래는 목조 건축물의 다른 부재들과 달리 지붕 아래에 위치하여 그 윗부분이 천정에 닿아있거나 일부가 묻혀있는 형태의 부재이다. 서까래는 이러한 구조적 특성으로 인해 도 2와 같이 지붕 아래 묻혀있는 부분에서 열화가 발생하며 이러한 부재의 상태를 육안으로는 관찰할 수 없는 문제점이 있다. 따라서 서까래 내부에서 발생하는 열화를 효과적으로 평가하기 위한 적절한 검사 방법의 개발이 필요한 실정이다.
또한, 종래에는 초음파를 이용한 목재 내부의 열화 검사에 있어서, 초음파 송신 센서와 초음파 수신 센서에 가해지는 압력의 동일성이 전제되어야만 정확한 검사 결과를 얻을 수 있음에도 불구하고, 특별히 압력의 동일성을 유지할만한 수단을 구비하지 못하여 신뢰할만한 측정 데이터를 얻기 어렵다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 목조 건축물의 부재들 중에서 열화의 영향을 가장 크게 받는 서까래의 열화 수준을 평가하기 위해 서까래 열화 평가용 초음파 시스템을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 서까래 열화 평가를 보다 정확하게 하기 위하여 초음파 신호의 분석에 있어서 수신 파형의 에너지 분석 기법을 이용할 수 있는 초음파 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 서까래 내부 열화 여부를 검사하기 위한 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서, 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서를 각각 수용하는 각각의 초음파 센서 홀더, 상기 각각의 초음파 센서 홀더의 상단에 형성된 개구부, 상기 개구부에 장착되어 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서를 상기 초음파 센서 홀더에 각각 결합된 상태로 간격을 두고 연결하는 결합봉 및 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서에 가해지는 압력을 동일하게 하기 위해 상기 초음파 센서와 상기 초음파 센서 홀더 사이에 안착되는 각각의 코일스프링을 포함하고, 서까래에 접하는 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서 하단의 전면 정합층의 형상은 서까래와 정합할 수 있는 곡률을 가진 곡면이고, 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서는 상기 코일스프링의 변위를 제한하기 위한 돌출부를 구비하고;,상기 각각의 초음파 센서 홀더는 동일 크기의 L자형을 포함하는 형태인 가압용 개구선로를 구비하여 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서 가압시, 상기 돌출부가 상기 가압용 개구선로의 길이방향을 따라 이동하다가 상기 개구선로 말단에 걸려 정지하게 되어 탄성계수가 같은 각각의 코일스프링의 압축 변위가 일정하게 유지될 수 있도록 하는, 서까래 열화 평가용 초음파 장치를 제공할 수 있다.
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또한, 본 발명은 전면 정합층의 재질은 음향 에너지 전달 효율을 높일 수 있는 테프론으로 이루어지는 목재 열화 평가용 초음파 송수신 장치를 제공할 수 있다.
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위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 송수신 초음파 센서와 상기 송수신 초음파 센서를 수용하는 초음파 센서 홀더 사이에 안착되는 코일스프링으로 인하여 열화 측정 대상인 목재에 상기 송수신 초음파 센서가 밀착되는 압력의 크기를 송신기와 수신기 모두에 동일하게 조절하여 주며, 이에 따라 초음파 전달 효율을 높이고 목재 내부의 열화 평가에 있어서 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서에 의한 데이터 측정의 정확성을 제공하여 수신 파형의 에너지 분석이 가능한 측정 데이터를 제공하여 서까래 등의 목재 내부의 열화 수준을 보다 정확하게 평가할 수 있다.
또한, 본 발명의 초음파 센서의 하단의 전면 정합층의 형상은 목재와 정합할 수 있는 곡률로 하여 측정용 목재에 전달되고 수신기에 도달하는 초음파의 손실을 감소시켜 초음파를 이용한 측정 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 초음파 센서의 하단의 전면 정합층의 재질은 음향 에너지 전달 효율을 높일 수 있는 테프론으로 하여 초음파를 이용한 측정 효율을 더더욱 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 송수신 초음파 센서는 상기 센서 홀더에 결합된 상태로 간격을 두고 결합 봉에 장착되고, 그 간격을 조절할 수 있어, 초음파 전달 효율을 높이고, 목재 내부의 열화 정도를 평가할 수 있는 최적의 측정 상태를 만들 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 목재 열화 평가용 초음파 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 초음파 시스템을 적용하여 내부 열화 정도를 평가하는 서까래의 사진이고, 도 2는 열화가 진행된 목재의 단면도 사진이다.
도 3은 본 발명에 의한 서까래 열화 평가용 초음파 시스템을 나타내는 개략 도이고, 보는 바와 같이 펄서/레시버(Pulser/receiver)(100)와 NI USB5194 오실로스코프(oscilloscope)(NI Inc., USA)(200), 노트북 컴퓨터(Notebook)(300), 제작된 100 kHz 초음파 센서, 초음파 센서 홀더로 구성된 초음파 송신기(400)와 초음파 수신기(500) 및 결합 봉(600)으로 구성된다. 상기 결합 봉의 재질은 알루미늄으로 하였다.
실험에 사용된 펄서/레시버(100)는 전력공급 장치와 보드타입 펄서/레시버(AIRMAX Inc., USA)로 구성되어 있다. 보드 타입 펄서/레시버의 크기는 100 mm × 75 mm로 장치를 소형화 할 수 있으며 초음파 에너지의 감쇠가 심한 목재의 특성을 고려하여 최대 출력전압이 400 Vpp인 고출력 펄서/레시버를 선정하였다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 센서(410)들을 나타낸다.
100 kHz 초음파 센서(410)는 서까래 열화 평가를 위해 본 발명자들에 의해 개발된 초음파 센서를 사용하였다. 제작된 초음파 센서(410)는 이방성과 고감쇠 특성을 갖는 목재에서 초음파를 송수신하기 위해 초음파 센서(410)의 중심 주파수를 저주파수 대역인 100 kHz로 선정하였으며 초음파 발생 특성을 나타내는 압전상수 값이 큰 압전소자를 사용하였다.
서까래와 초음파 센서(410)가 접촉하게 되는 전면 정합층(415)은 목재의 음향 임피던스를 고려하여 음향 에너지의 전달 효율이 최대가 될 수 있는 재료를 선정하였으며 바람직하게는 테프론을 사용하였고, 지름 10cm 인 원기둥 형태인 서까래 모양을 고려하여 전면 정합층의 형상을 그에 알맞는 곡률로 제작하였다.
또한, 원통형의 초음파 센서(410)의 상단에는 돌출부(412)를 구비하여 센서 홀더(420)와 결합하고 초음파 센서(410) 가압시 변위를 조절할 수 있도록 하였다.
변위 조절은 도 7을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 초음파 센서(410)와 센서 홀더(420)가 결합된 모습을 나타낸다. 양자의 결합은 상기 돌출부(412)가 센서 홀더(420)에 천설된 개구선로(422)(도 7 참조)에 끼워지고 개구선로(420)의 수평방향으로 형성된 부분을 따라 약간 회전 되어 이루어 진다.
상기 개구선로(422)는 L자형을 포함하여 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 두 개의 L자 중 하나를 좌우 및 상하를 뒤집어 연결한 형태이다.
초음파 센서(410)와 센서 홀더(420)의 결합한 것 중 하나는 초음파 송신기(400)로 사용되고 다른 하나는 초음파 수신기(500)로 사용된다.
도 6은 제작된 초음파 센서(410)와 센서 홀더(420), 결합 봉(600)이 결합된 본 발명의 초음파 송수신 장치를 나타낸다.
초음파 송수신기 센서 홀더(420)는 상부에 개구부(425)를 구비하여 지름 35 mm, 길이 560 mm의 결합 봉(600)에 의해 연결되며, 초음파 송신기(400)와 수신기(500)가 일직선상에 위치하도록 해준다. 또한 결합 봉(600)에 300 mm, 400 mm, 500 mm 간격으로 구멍을 뚫어 홀더 사이의 거리를 조절할 수 있도록 하였다.
도 7은 본 발명의 초음파 센서(410)와 센서 홀더(420) 및 그 사이에 안착되는 코일스프링(430)의 분해 사시도이다.
초음파 센서(410)와 센서 홀더(420) 사이에는 지름 4 mm 철사로 제작된 높이 50 mm, 지름 50 mm인 코일스프링(430)을 넣어 서까래 열화 평가 실험 시 초음파 송 신기와 수신기에 가해지는 압력이 동일하게 되도록 하였다.
다시 말해, 초음파 송신기(400)와 초음파 수신기(500)를 가압하면, 초음파 센서(410)에 형성된 돌출부(412)가 센서 홀더(420)에 천설된 가압용 개구선로(422)의 길이 방향(원기둥의 높이 방향)을 따라 이동하다가 상기 개구선로(422)의 말단에 걸려 정지하게 되어 코일스프링(430)의 압축 변위가 일정하게 유지될 수 있어 초음파 송신기(400)와 초음파 수신기(500)에 가해지는 압력이 동일하게 유지될 수 있다.
여기서 코일스프링(430)은 송신기(400)와 수신기(500)에 사용되는 것 모두가 같은 탄성계수를 갖는 것으로, 동일한 압축 변위에서 후크의 법칙에 의해 동일 압력을 유지할 수 가 있다.
초음파 수신기(500)에 의해 수신된 초음파 신호와 펄서/레시버(100)에서 발생된 동기 신호는 BNC 케이블에 의해 NI USB5132 오실로스코프(200)에 연결되며 상기 오실로스코프(200)에 수신된 신호는 USB로 연결된 노트북 컴퓨터(300)에 전달된다.
서까래로 사용되는 목재의 90% 이상이 소나무와 낙엽송인 것을 고려하여 실험에 사용된 목재도 소나무와 낙엽송 두 종류로 선정하였다. 실험에 사용된 소나무와 낙엽송은 일반적으로 가장 많이 사용되는 서까래의 크기를 고려하여 지름 100 mm, 길이 700 mm의 원통형으로 가공하여 서까래 시편을 제작하였다.
서까래 열화 평가를 위한 실험 방법은 지붕 밑에 위치하는 서까래의 구조적 특성으로 인해 도 8(a)와 같이 초음파 송신기(400)와 수신기(500)가 일직선상에 위 치하도록 한 후 초음파 신호를 송수신하는 방법을 사용해야 한다. 도 8(a)와 같은 방법으로 초음파를 송수신할 때 수신기(500)에 수신되는 초음파 신호는 서까래 표면을 따라 전달된 초음파 신호와 서까래 내부에서 반사되는 초음파 신호가 함께 수신된다고 가정하였다. 이러한 가정을 확인하기 위해 지름 100 mm, 길이 700 mm의 원통형 서까래 시편을 제작한 후 서까래 시편의 중간을 두께 3 mm, 깊이 50 mm로 절단하여 서까래 표면을 따라 전달되는 초음파 신호나 서까래 내부에서 전달되는 초음파 신호 중 하나만 전달되도록 서까래 시편을 제작하였다. 이와 같이 제작된 서까래 시편을 이용하여 도 8과 같이 초음파 송신기(400)와 수신기(500)의 거리를 300 mm로 하여 초음파 송수신 실험을 수행하였다.
서까래 열화 평가를 위한 초음파 실험을 위해 소나무와 낙엽송으로 제작된 서까래 시편에 인공적으로 열화를 표현하였다. 실제 서까래의 열화는 부후와 충해 등으로 인해 도 2에서 보는바와 같이 나이테 방향으로 발생하지만 인공적으로 이러한 형태의 열화를 표현하는 것은 기술적인 어려움이 존재한다. 이와 같은 문제로 인해 본 실시예에서는 도 9에서 보는 바와 같이 서까래 시편의 한쪽 면에 지름 8 mm의 드릴을 이용하여 15 mm 간격으로 구멍을 뚫어 열화를 표현하였으며 열화 수준을 나타내기 위해 드릴 구멍의 깊이를 0 mm, 20 mm, 40 mm, 60 mm, 80 mm로 변화시키며 초음파 송수신 실험을 수행하였다. 서까래 시편은 소나무 서까래 시편과 낙엽송 서까래 시편을 각각 3개씩 제작하였으며 각 시편에 대해 초음파 송수신 실험을 3회씩 반복하여 수행하였다.
초음파 송신기(400)와 수신기(500) 사이의 거리가 300 mm이하일 때는 서까 래 내부에서 반사되는 초음파 신호보다 서까래 표면을 따라 전달되는 신호가 강하게 수신되어 서까래의 내부 열화를 판단하기가 어려우며 반대로 500 mm 이상에서는 수신되는 초음파 신호가 약해 서까래 내부 열화를 판단하기 어려운 문제점이 있었다. 이러한 점을 고려하여 서까래 열화 평가 실험에서 초음파 송신기와 수신기의 거리는 400 mm와 500 mm 두 가지로 선정하여 실험하였다.
서까래 열화 평가를 위해 적용된 도 8의 (a)와 같은 실험 방법으로 서까래 내부에서 발생하는 열화를 판단할 수 있는지 확인하기 위해 도 8과 같이 3가지 방법으로 초음파 송수신 실험을 수행하였다. 실험 결과 도 10에서 보는바와 같이 도 8(b)와 도 8(c)의 실험 방법 모두에서 수신되는 초음파 신호의 크기가 크게 감소한 것을 확인할 수 있었다.
도 10(a)는 홈을 만들지 않은 온전한 서까래에서 수신된 초음파 신호를 나타내며 초음파 신호의 크기가 약 0.08 V로 나타났다. 도 10(b)는 깊이 50 mm의 홈을 만들어 서까래 내부에서 전달되는 초음파 신호만 수신할 수 있도록 만든 서까래 시편에서 수신된 초음파 신호를 나타낸다. 실험 결과 초음파 신호의 이동경로가 증가하여 온전한 서까래를 이용한 실험 결과에 비해 TOF(Time of Flight)가 두 배 이상 증가하였으며 서까래 표면을 따라 전달되는 초음파 신호가 수신되지 않아 수신된 초음파 신호의 크기가 절반으로 감소하였다. 도 10(c)는 도 10(b)와 같이 서까래에 홈을 만들어 서까래 표면으로 전달되는 초음파 신호만 수신할 수 있도록 만든 서까래 시편에서 수신된 초음파 신호를 나타낸다. 실험 결과 초음파 신호의 이동경 로는 온전한 서까래에서와 같아 TOF의 변화는 없었으나 서까래 내부로 전달되는 초음파 신호가 수신되지 않아 수신된 초음파 신호의 크기가 절반 이상 감소하였다.
또한 도 8(b)의 실험 결과보다 도 8(c)의 실험 결과에서 초음파 신호의 감쇠가 더 크게 나타났다. 이것은 서까래를 투과한 초음파 신호가 서까래 표면으로 전달되는 초음파 신호보다 서까래 내부로 전달되는 초음파 신호의 영향을 더 크게 받고 있음을 나타낸다.
도 10의 실험 결과 서까래 내부에서 열화가 진행되면 수신된 초음파 신호의 TOF는 변화하지 않지만 초음파 에너지의 전달 통로가 되는 서까래 내부의 온전한 부분이 감소하여 초음파 수신기에 전달되는 초음파 에너지의 양은 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 실험 결과를 이용하여 서까래를 투과한 초음파 에너지를 측정하면 초음파 신호를 이용하여 서까래 내부의 열화 수준을 충분히 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
서까래의 내부 열화를 평가하기 위해 수신된 초음파 신호의 에너지 변화를 측정하였다. 초음파 신호의 에너지 변화를 측정하기 위해 수신된 초음파 신호의 시간 영역에서 진폭(amplitude) 면적을 측정하였으며 수신된 초음파 신호를 FFT하여 주파수 영역에서 크기(magnitude) 면적을 측정하였다. 시간 영역에서의 진폭 면적을 구하기 위해 수신된 초음파 신호에 절대값을 취하여 엔벌로프(envelope) 시킨 후 시간 영역에서의 면적을 구하였다. 수신된 초음파 신호의 시간 영역에서 엔벌로프(envelope) 기법을 적용하여 면적을 구하는 방법은 다음과 같이 정의된다.
[수학식 1] Time domain dimension =
Figure 112009012634425-pat00001
여기서, v = voltage(V), t = time(sec).
주파수 영역에서의 크기 면적을 구하는 방법은 다음과 같이 정의된다.
[수학식 2] Frequency domain dimension =
Figure 112009012634425-pat00002
여기서, M = magnitude, f = frequency(Hz),
본 발명에서는 수신된 초음파 신호의 신호처리를 위해 LabView 8.1(NI Inc., USA)를 이용하여 신호처리 프로그램을 제작하였다. 도 11은 LabView 프로그램으로 제작된 프로그램의 신호처리 순서를 나타낸다. 도 11(a)와 같이 초음파 신호가 수신되면 수신된 초음파 신호를 FFT하여 도 11(b)와 같이 나타낸다. 도 11(b) 에서 서까래를 투과한 초음파 신호의 주요 성분인 20 ~ 60 kHz 범위에서 크기 면적을 계산한다. 도 11(b)에서 5 kHz 이하의 주파수 성분은 시간 영역에서 진폭 면적을 계산할 때 노이즈로 작용하여 계산된 값에 오차가 발생하게 함으로 하이 패스 필터(High pass filter)(HPF)를 사용하여 제거하였다. 하이 패스 필터링(High pass Filtering)된 신호는 IFFT하여 도 11(c)와 같이 나타낸다. 도 11(c)는 저주파 성분이 제거되어 초음파 신호가 도 11(a)와 달리 y축 0점에 대해 대칭되어 나타난다. 도 11(c)에 엔벌로프(envelope) 기법을 적용한 후 시간 영역에서 0.1 ~ 1.5 ms 범위에 대한 진폭 면적을 계산하였다.
도 12와 도 13은 드릴 홀의 깊이에 따른 소나무 서가래 시편의 실험 결과를 나타내며 도 14와 15는 낙엽송 서까래 시편의 실험 결과를 나타낸다.
실험 결과 서까래 시편의 종류나 초음파 센서 사이의 거리에 상관없이 드릴 홀의 깊이가 깊어짐에 따라 진폭(amplitude) 면적과 크기(magnitude) 면적이 선형적으로 감소하였다. 또한 진폭면적의 표준편차에 비해 크기 면적의 표준편차가 크게 나타났으며 초음파 센서 사이의 거리가 멀어 수신되는 초음파 신호가 상대적으로 약한 500 mm에서 진폭 면적과 크기 면적의 표준편차가 크게 나타났다. 드릴 홀의 깊이가 80 mm일 때는 크기 면적이 거의 0에 가깝게 나타났으며 이것은 서까래의 열화가 심각하게 진행되어 초음파 신호가 거의 수신되지 않기 때문이다.
초음파 실험 결과를 이용하여 서까래의 열화 수준을 추정하기 위해 다중회귀모델을 개발하였다. 다중회귀모델을 개발하기 위해 소나무와 낙엽송 서까래 시편 의 진폭 면적 평균과 크기 면적 평균을 이용하였다.
표 1과 2는 소나무와 낙엽송 서까래 시편의 실험 결과를 이용해 개발된 예측모델을 나타내며 400 mm와 500 mm에서 모두 결정계수(R2)가 0.9999로 매우 높은 예측성능을 나타내었다. 이와 같이 개발된 다중회귀모델을 이용하여 서까래의 열화 수준을 예측하는 것이 가능하다.
[표 1] 소나무
Figure 112009012634425-pat00003
[표 2] 낙엽송
Figure 112009012634425-pat00004
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 서까래의 사진.
도 2는 열화가 진행된 목재의 단면도 사진.
도 3은 본 발명에 의한 목재 열화 평가용 초음파 시스템을 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 센서(410)를 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 초음파 센서(410)와 센서 홀더(420)가 결합된 모습을 나타낸 정면도 및 후면도.
도 6은 제작된 초음파 센서(410)와 센서 홀더(420), 결합 봉(600)이 결합된 모습을 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 초음파 센서(410)와 센서 홀더(420) 및 그 사이에 안착되는 코일스프링(430)의 분해 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 초음파 시스템에 의한 초음파의 경로를 나타내는 단면 개략도.
도 9는 내부 열화를 인위적으로 형성한 서까래 기준 시편의 단면도 및 설명도.
도 10은 본 발명에 따라 측정된 서까래 시편의 초음파 수신 결과 그래프.
도 11은 본 발명에 따라 초음파 신호의 신호처리 순서를 나타낸 도면.
도 12 및 13은 본 발명에 따라 측정된 소나무 서까래 시편의 결과 그래프.
도 14 및 15는 본 발명에 따라 측정된 낙엽송 서까래 시편의 결과 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 펄서/레시버 200: 오실로스코프
300: 노트북 컴퓨터 400: 송신기
500: 수신기 600: 결합 봉
410: 초음파 센서 420: 센서 홀더
412: 돌출부 415: 전면 정합층
422: 개구선로 425: 개구부

Claims (4)

  1. 서까래 내부 열화 여부를 검사하기 위한 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서;
    상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서를 각각 수용하는 각각의 초음파 센서 홀더;
    상기 각각의 초음파 센서 홀더의 상단에 형성된 개구부;
    상기 개구부에 장착되어 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서를 상기 초음파 센서 홀더에 각각 결합된 상태로 간격을 두어 연결하고, 그 간격을 조절할 수 있는 일자형의 결합봉; 및
    상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서에 가해지는 압력을 동일하게 하기 위해 상기 초음파 센서와 상기 결합봉 사이에 안착되는 높이와 탄성 계수가 서로 동일한 각각의 코일스프링; 을 포함하고,
    서까래에 접하는 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서 하단의 전면 정합층의 형상은 서까래와 정합할 수 있는 곡률을 가진 곡면이고;
    상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서는 상기 코일스프링의 변위를 제한하기 위한 돌출부를 구비하고;
    상기 각각의 초음파 센서 홀더는 원기둥의 높이방향으로 길이가 서로 동일한 L자형의 가압용 개구선로를 구비하여 상기 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파 센서 가압시, 상기 돌출부가 상기 가압용 개구선로의 높이방향을 따라 이동하다가 상기 개구선로 말단에 걸려 각각의 코일스프링의 압축 변위를 서로 동일하게 하고, 상기 결합봉 하부로부터 상기 개구선로 말단까지의 거리가 서로 동일한 송수신기로 구성되는, 서까래 열화 평가용 초음파 장치.
  2. 제1항에 있어서, 전면 정합층의 재질은 음향 에너지 전달 효율을 높일 수 있는 테프론으로 이루어지는 서까래 열화 평가용 초음파 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
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