KR100954308B1 - 플렉시블 전자기 음향 변환기 센서 - Google Patents

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Abstract

플렉시블 성분 및 재료로 설계된 자석 어레이는 다양한 곡면 표면 및 구조의 외형에 맞게 용이하게 형상화될 수 있다. 플렉시블한 것에 더하여 이들 자석을 통합하는 EMAT는 종래의 EMAT 자석보다 체적이 더 작아서, 접근이 제한될 수도 있는 복잡한 구조에 적용하는 것이 더 용이하다. 또한, 플렉시블 다중극 자석 어레이는 다양한 형상 및 구성으로 용이하고 경제적으로 제조될 수 있어, 리지드한 종래의 자석 디자인과 비교하여 다목적성, 이용성 및 비용효율성을 증가시킬 수 있다.
전자기 음향 변환기, 전기 도전체층, 플렉시블 다중극 자석 어레이

Description

플렉시블 전자기 음향 변환기 센서{FLEXIBLE ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC TRANSDUCER SENSOR}
본 발명의 기술분야
전자기 음향 변환기 (EMAT: Electromagnetic acoustic transducer) 는 이들이 적용되는 물체의 표면에 정합하는 플렉시블 자석을 포함함으로써, 리지드 (rigid) 하고 비싼 컴포넌트로 구성된 종래의 EMAT 디자인에 비하여 감소된 제조 비용으로 우수한 성능을 제공한다.
배경기술
전자기 음향 변환기 (EMAT) 는 재료와의 접촉할 필요 없이 전기 전도 재료에서 음파를 송수신할 수 있는 전기 디바이스이다. 음파가 크랙 및 틈 (void) 과 같은 결함에서 반사하기 때문에, EMAT는 통상적으로 검사 디바이스로서 이용된다. 주파수, 강도, 모드 및 빔 형상을 포함하는, EMAT 에 의해 송수신된 음파의 특성은 EMAT 디자인 및 EMAT 컴포넌트의 전기 여기에 의해 주로 결정된다.
EMAT은 압전 변환기와 비교할 때 여러가지 장점을 제공한다. EMAT는 음성이 프로브에서 생성되고 기름 또는 물과 같은 결합 매체를 통해 재료에 전달되는 압전 변환기와 달리, 임의의 유체 결합을 요구하지 않는다. EMAT는 더 빠른 속도로 검사하고, 따라서, 자동화 검사 시스템에서 이용되는 경우에 더 현저한 쓰루풋을 제공한다. EMAT가 테스트 대상인 재료의 표면 바로 아래에서 음파를 발생시키기 때문에, 재료가 오염되고 거칠어지고 가열되어 온도가 상승하거나 고속으로 이동하는 애플리케이션에 더 현저한 정확성, 신뢰성 및 반복성을 제공한다. EMAT의 제조가 매우 정밀할 수 있기 때문에, EMAT 또는 그 컴포넌트는 특성 또는 성능이 최소 편차로 상호교환될 수 있다. EMAT 의 간단한 구성은 거의 무제한의 다양한 디자인을 제공하여, 원하는 음향 효과를 달성하기 위해 빔을 형상화, 스티어링 및 포커싱하는 것을 용이하게 한다.
EMAT 는 통상적으로 2 개의 기본 컴포넌트, 자석 및 절연 전기 도전체의 코일로 구성된다. 영구 자석 또는 전자석 (자석) 은 테스트 대상인 재료 컴포넌트의 표면을 통과하는 자계를 생성하는데 이용된다. 일반적으로 RF 코일로 지칭되는, 전기 도전체로 구성된 코일은 자석과 테스트 재료 사이에 위치한다. 이들 RF 코일은 테스트 재료에서 높은 주파수 자계를 유도하는데 이용된다. 자석으로부터의 필드와 RF 코일로부터의 필드 사이의 상호작용은 테스트 재료의 원자 또는 분자 격자 내에 힘을 생성한다. 힘은 RF 코일의 전류와 동일한 주파수에서 시간에 따라 강도 및 방향이 변한다. 진동하는 힘은 2개의 반대방향으로 EMAT로부터 멀리, 그리고 테스트 재료 내에서 수직하게 전파하는 음향 또는 음파를 생성한다.
수직 편광 전단 (SV) 파 (vertically polarized shear wave), 램파, 및 롤리파 (Raleigh wave) 로도 지칭되는 표면파를 발생시키는데 이용되는 EMAT 구성이 도 1에 도시된다. 자석 (1) 은 테스트 중인 금속 부분 또는 테스트 재료 (3) 에 수직한 자계 (2) 를 생성한다. 절연된 전기 도전체들로 구성된 곡류형 코일로 도시되지만 이에 한정되지 않는 곡류형 무선 주파수 (RF) 코일 (4) 은 교류 전력 소스 (5) 에 의해 에너자이징되고, 터미널 사이의 RF 코일 (4) 에서 흐르는 교류 전류 (6) 를 발생시킨다. 교류 전류 (6) 는 에디 전류 (8) 를 둘러싸고 테스트 재료 (3) 의 표면을 통과하는 교류 필드 (7) 를 생성한다 통과 교류 필드 (7) 는 테스트 재료 (3) 의 표면 근처 및 내에 교류 에디 전류 (8) 를 유도한다. 또한, 에디 전류 (8) 를 둘러싸는 교류 자계 (9) 는 테스트 재료 (3) 에서 발생된다. 에디 전류 (8) 로부터의 교류 필드 (7) 는 자석 (1) 으로부터의 교류 자계 (9) 와 상호작용하여, 테스트 재료 (3) 내 및 각 RF 코일 (4) 아래에 로렌츠 힘 (10) 을 생성한다. 이들 로렌츠 힘 (10) 은 테스트 재료 (3) 에서 반대 방향으로 EMAT로부터 전파되는 SH 파 (11) 와 같이 당업계에 주지의 초음파 음향 또는 음파인 수평 편광 전단파와 같은 음파를 발생시킨다.
영구 자석의 어레이와 같은 자석 어레이 (12) 및 둘러싼 RF 코일 (4) 을 이용하여 SH 파 (11) 를 발생시키는 EMAT가 도 2 에 도시된다. RF 코일 (4) 의 일부는 자석 어레이 (12) 아래에 테스트 재료 (3) 에 아주 근접하게 있다. 교류 전력 소스 (5) 가 RF 코일 (4) 에 인가되는 경우, 에디 전류 (8) 및 관련 교류 자계 (9) 는 테스트 재료 (3) 에서 유도된다. 자석 어레이 (12) 로부터의 자계 (2) 와 에디 전류 (8) 로부터의 교류 필드 (7) 사이의 상호작용은 표면 근처에 테스트 재료 (3) 의 표면에 평행한 로렌츠 힘 (10) 을 테스트 재료 (3) 에서 생성한다. 이들 로렌츠 힘 (10) 은 테스트 재료 (3) 에서 반대 방향으로 전파하는 SH 파 (11) 를 발생시킨다.
자기 변형 (magnetostriction) 의 특성을 나타내는 몇몇 강자성 (ferromagnetic) 재료 (14) 에서 SH 파 (11) 를 생성하기 위해 전자석과 같은 자석 (1) 및 RF 코일 (4) 을 이용하는 EMAT가 도 3 에 도시된다. 절연된 전기 도전체로 구성된 자석 코일 (13) 은 강자성 재료 (14) 의 코어 주위에 감겨진다. 자석 코일 (13) 이 전기력 소스 (15) 에 의해 여기되는 경우, 과도 전류 (16) 는 자석 코일 (13) 의 터미널 사이로 흐른다. 다음에, 과도 전류 (16) 는 일부가 테스트 재료 (3) 의 표면을 통과하는 탄젠트 자계 (17) 를 발생시킨다. 탄젠트 자계 (17) 는 자석 (1) 의 극 아래에서 그 주변을 흐르는 과도 에디 전류 (18) 를 유도한다.
RF 코일 (4) 은 자석 코일 (13) 의 과도 전류 (16) 의 컴포넌트 주파수보다 더 큰 주파수에서 교류 전류 (6) 에 의해 여기된다. RF 코일 (4) 의 교류 전류 (6) 는 테스트 재료 (3) 에서 교류 에디 전류 (8) 및 관련 자계 (9) 를 유도한다. 테스트 재료 (3) 가 자기 변형의 물리 특성을 나타내는 경우, RF 코일 (4) 에 의해 유도되는 결과물인 자계 (9) 와 자석 (1) 에 의해 유도되는 탄젠트 자계 (17) 의 벡터 합은 테스트 재료 (3) 의 팽창 및 수축을 야기한다. 테스트 재료의 교류 팽창 및 수축은 두 방향으로 EMAT로부터의 SH 파 (11) 전파를 초래한다.
개요
플렉시블 컴포넌트 및 재료로 설계된 자석 어레이는 다양한 곡면 표면 및 구조의 외형에 맞도록 용이하게 형상화될 수 있다. 이들 자석을 통합하는 EMAT는, 플렉시블한 것에 더하여, 종래의 EMAT 자석보다 체적이 더 작아서, 접근이 제한될 수도 있는 복잡한 구조에 적용하는 것이 더 용이할 수도 있다. 또한, 플렉시블 자석 어레이는 다양한 형상 및 구성으로 용이하고 경제적으로 제조될 수 있어, 리지드한 종래의 자석 디자인과 비교하여 다목적성, 이용성 및 비용효율성을 증가시킬 수 있다.
비평면 테스트 기판의 표면에 정합하도록 구성되는 전자석 음향 변환기가 제공된다.
특정 실시형태에서는, 전자기 음향 변환기는 비평면 테스트 기판 표면에 정합할 수 있는 자석 어레이를 포함하며, 그 자석은 자극 및 상호접속 세그먼트를 포함한다.
일 실시형태에서, 자석 어레이는 강자성 재료의 입자를 함유하는 플렉시블 화합물을 포함하며, 전기 도전체는 전류를 전도하는 경우에 각각의 자극면에 수직한 자계를 발생시킬 수 있는 자극들 사이에 배치된다.
다른 실시형태에서, 자석 어레이는 영구 자석 재료의 입자를 함유하는 플렉시블 화합물을 포함하며, 자극은 각각의 자극면에 수직한 정자계를 제공하기 위해 옵션으로 자성화된다.
비평면 표면을 갖는 테스트 기판을 조사하는 방법은 전자기 음향 변환기를 이용하여 제공되며,
상기 표면에 근접하여 모니터링하는 때에 전자기 음향 변환기를 테스트 기판의 표면에 정합시키는 단계,
전자기 음향 변환기 자석과 전기 도전체로부터의 필드 상호작용에 의해 음파를 발생시키는 단계, 및
테스트 기판에 의해 반사되는 음파의 하나 이상의 특성을 검출하는 단계를 포함한다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 전기 도전 재료의 SH 파, 램 파 및 표면 파의 발생 및 검출을 위한 영구 자석 및 RF 코일을 포함하는 EMAT를 도시한다.
도 2 는 수평 편광 전단파의 발생 및 검출을 위한 영구 자석 및 RF 코일의 어레이를 포함하는 EMAT를 도시한다.
도 3 은 자기 변형을 나타내는 강자성 재료에서 수평 편광 SH파의 발생을 위한 전자석 및 곡류형 RF 코일을 포함하는 EMAT를 도시한다.
도 4 는 비평면 전기 도전 재료에서 SH 파의 발생 및 검출을 위해 구성되는 플렉시블 EMAT를 도시한다.
도 5 는 RF 코일을 포함하는 전기 도전체의 분산 와인딩 및 기계적 및 자기적으로 링크된 자극 피스를 포함하는 플렉시블 다중극 자석 어레이를 도시한다.
도 6 는 플렉시블 다중극 자석 어레이의 자극면에 아주 근접하여 위치한 플렉시블 RF 코일을 도시한다.
도 6a 는 도 6의 어레이에서 하나의 자극면과 관련된 자계 및 에디 전류를 도시한다.
도 7 은 플렉시블 자석의 어레이의 자극면에 내장된 플렉시블 RF 코일을 도시한다.
도 7a 는 내장된 RF 코일의 도 7의 선 A-A'를 따른 단면을 도시한다.
발명의 상세한 설명
전자기 음향 변환기 (EMAT) 는 제조 동안 또는 이후에 용이하게 형상화될 수 있어서, EMAT는 테스트 재료의 표면에 EMAT의 불충분한 컴플라이언스에 의해 야기될 수 있는 컴포넌트 및 구조의 결함 또는 특성에 대한 신호 응답의 실제 손실 없이도 곡면 표면을 갖는 이들 컴포넌트 및 구조를 조사하는데 이용될 수 있다. EMAT는 2 개의 컴포넌트 부분, 즉, RF 코일과 같은 RF 신호를 제공하는 자석 및 전기 도전체를 주로 포함한다. 자석은 전기 도전체 및 강자성 재료의 하나 이상의 코어로 구성될 수도 있다.
RF 코일과 같은 RF 신호를 제공하는 전기 도전체로 설계, 제조 및 집적된 재료를 포함하는 플렉시블 다중극 자석 어레이 또는 자석을 포함하는 EMAT가 개시된다. EMAT는 제조 동안 또는 이후에 용이하게 형성화될 수 있어서, 곡면 표면을 갖는 컴포넌트 및 구조를 조사하는데 이용될 수 있다. 이는 불충분한 컴플라이언스에 의해 야기되는 컴포넌트 및 구조의 결함 또는 특성에 대한 신호 응답의 손실을 실질적으로 감소시키고, 테스트 재료 또는 기판의 표면에 대한 EMAT의 근접성을 감소시킨다.
플렉시블 다중극 자석 어레이는 각 행 (row) 이 테스트 재료 컴포넌트에서 발생된 SH 파의 포커싱을 제공하도록 하나의 포인트 또는 포인트들 주위의 곡률 반경을 갖는 행으로 형성될 수도 있다. 자석의 어레이는 초점으로부터의 반경 거리의 함수인, 인접하는 자극들 사이의 거리 편차를 가질 수도 있다. 자석 어레이의 이러한 편차는 SH 파의 수직폭의 변화를 야기한다. 다른 실시형태에서, 2개 이상의 자석 어레이는 각각이 자극들 사이의 상이한 반경 거리를 갖게 직렬로 배열되어, 소정의 주파수 범위 내에서 동작하는 경우에 대략적으로 동일한 SH 파 각 및 초점을 가진다. 또 다른 실시형태에서, 자석 어레이는 자극면에 걸쳐 위치하고 초점으로부터의 방사상 투사와 동일선상에 있는 그루브 (groove) 에 내장된 고주파 (RF) 도전체를 가질 수도 있다.
플렉시블 다중극 자석 어레이는 아이언 (iron) 과 같은 강자성 재료의 입자를 포함하는 실리콘 고무와 같은 플렉시블 재료, 또는 네오디뮴 아이언 보론 (neodymium iron boron) 과 같은 영구 자석 재료로부터 적어도 부분적으로 제조되는 자석 어레이 및 자극을 포함할 수도 있다.
전기 도전체는 자극들 사이에 인스톨되고 전기 전류로 에너자이징되어 인접 자극들 사이에 교류 자기 극성을 제공할 수 있도록 형상, 폭 및 두께를 가질 수도 있다. 다른 실시형태에서, 전기 도전체는, 수개의 층의 자극들 사이에 인스톨되고, 직렬로 접속되며 전기적으로 에너자이징되어 인접 극들 사이에 교류 자기 극성을 제공할 수 있도록 형상, 폭 및 두께를 가질 수도 있다.
제한적이 아니라 예시적으로, 스틸 파이프 (20) 와 같은 곡면 금속 컴포넌트에서 SH 파를 발생시키는 EMAT를 형성하기 위해, 당업계에 알려진 다른 전기 컴포넌트와 함께 이용될 수도 있는 정합-플렉시블 다중극 자석 어레이 (19) 가 도 4 에 도시된다. 자석 (1) 은 자극들 (21) 및 상호접속 링크 또는 세그먼트 (미도시) 를 포함하며, 이들은 강자성 또는 비강자성 재료로 구성될 수 있다. 플렉시블 다중극 자석 어레이 (19) 는 EMAT가 원하는 테스트를 수행하기 위해 적용되는 재료 구조의 곡률에 정합하도록 제조 및 어셈블될 수도 있다.
플렉시블 다중극 자석 어레이를 제조하는 일 방법은, 제한적이 아니라 예시적으로, 아이언과 같은 강자성 재료 (14) 의 입자로 함침 및 충만된, 제한적이 아닌 예시적으로, 실리콘 고무와 같은 정합-플렉시블 화합물을 성형하는 것이다. 이 실시형태에서, 절연된 전기 도전체를 포함하는 하나 이상의 RF 코일 (4) 은 극 (21) 들 사이에 인스톨되어, RF 코일 (4) 이 전기 전류에 의해 에너자이징되는 경우에 각각의 자극 (21) 의 면에 수직하는 자계 (2) 를 발생시킨다.
다른 실시형태에서, 정합-플렉시블 화합물은, 제한적이 아닌 예시적으로, 네오디뮴 아이언 보론과 같은 영구 자석 재료 (14) 로 함침된다. 이 실시형태에서, 자극 (21) 은 각각의 자극 (21) 의 면에 수직한 정자계 (2) 를 제공하는데 이용되기 전에 자화될 수도 있다.
SH파 (11) 의 발생을 위해 다른 전기 컴포넌트와 함께 이용될 수도 있는 플렉시블 다중극 자석 어레이 (19) 의 평면도가 도 5 에 도시된다. 자기 재료 (미도시) 의 링크에 의해 기계적 및 자기적으로 접속된 북 (N) 및 남 (S) 자극 (21) 의 어레이의 일부로 구성된다. 이러한 실시형태는 플렉시블 하이드로카본 함유 재료, 제한적이 아닌 예시적으로, 각각 아이언 또는 네오디뮴 아이언 보론 화합물와 같은 강자성 재료 또는 영구 자기 재료의 입자로 함침되는 실리콘 고무와 같은 엘라스토머를 이용한다. 이러한 혼합물은 다양한 구성에서 하나 이상의 자극 (21) 을 포함하는 플렉시블 다중극 자석 어레이 (19) 로 성형될 수도 있으며, SH 파 (11) 강도, SH 파 (11) 스티어링 및 포커싱의 증가를 포함하여 EMAT 성능의 향상을 제공한다.
플렉시블 다중극 자석 어레이 (19) 는 절연된 도전체 (22) 및 제 2 절연된 도전체 (23) 의 층을 포함할 수도 있으며, 자극들 (21) 사이에서 엮어져서, 자극 (21) 면 및 테스트 재료 (3) 의 표면에 수직한 우세한 자계 벡터 성분을 갖는 방향으로 자화를 제공할 수도 있다. 절연된 도전체층 (22) 및 제 2 절연된 도전체층 (23) 이 전류 소스 (27) 에 의해 에너자이징되는 경우 인접 자극 (21) 에서 반대 극성을 생성하는 패턴으로 자극 (21) 사이에 절연된 도전체층 (22) 및 제 2 절연된 도전체층 (23) 이 위치할 수도 있다. 플렉시블 다중극 자석 어레이가 영구 자석 어레이로서 이용되는 경우, 절연된 도전체층 (22) 및 제 2 절연된 도전체층 (23) 은 부재하거나 제거되어, 테스트 재료 (3) 표면에 증가된 플렉서빌러티 및 정합성을 제공할 수도 있다.
자석의 어셈블리는, 일부가 절연된 도전체층 (22) 을 오버레이하는 제 2 절연된 도전체층의 삽입 이전에, 극들 사이에 절연된 도전체 층 (22) 의 삽입을 포함할 수도 있다. 절연된 도전체층 (22) 및 제 2 절연된 도전체층 (23) 이 접점 (24) 에서 전기적으로 접속되는 경우, 플렉시블 다중극 자석 어레이 (19) 의 내부 자극들 (21) 은, 일 실시형태에서 직류 전류 소스인 전류 소스 (27) 에 의해 단자 (25 및 26) 에서 에너자이징되는 경우와 동일한 방향으로 전기 전류를 전달하는 2개의 상호엮인 절연된 도전체 (절연된 도전체층 (22) 및 제 2 절연된 도전체층 (23)) 에 의해 효과적으로 둘러싸인다. 절연된 도전체층 (22) 및 제 2 절연된 도전체층 (23) 과 유사한 추가적인 도전체층 쌍은 절연된 도전체층 (22) 및 제 2 절연된 도전체층 (23) 상에 인스톨되고, 상기 층과 직렬 또는 병렬로 접속되어, 각각의 자극 (21) 면에 수직한, 증가된 자화 전류 및 증가된 자계를 제공할 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 자극들 (21) 의 어레이는 대략 반경 거리 (28) 에서 포커싱 SH 파 (11) 를 집합적으로 생성하도록 형상화 및 위치할 수도 있다. 각 자극 (21) 의 폭 (29) 은 초점 (32) 로부터의 반경 거리 (28) 에 관한 함수일 수도 있으며, 자석 (1) 의 중앙으로부터의 반경 거리 (28) 에 비례하게 증가한다. 자극 (21) 사이의 거리 (30) 는 RF 코일 (4) 의 여기 주파수와 함께 테스트 재료 (3) 표면에 대한 수직 방향에 대해 SH 파 (11) 의 각을 결정한다. 거리 (30) 의 감소 또는 함수 범위 내의 RF 여기 주파수의 감소는 테스트 재료 (3), 즉, 테스트 기판의 표면에 대하여 SH 파 (11) 의 각의 증가를 초래한다.
반경 거리 (28) 의 함수로서 인접 자극들 (21) 사이의 거리 (30) 편차는 SH 파 (11) 의 수직폭의 변화를 야기한다. 예를 들어, 자극 (21) 쌍에 대한 반경 거리 (28) 에 비례하는, 2 개의 자극들 (21) 사이 거리의 감소는 SH 파 (11) 의 수직폭의 감소 및 결함을 검출하는데 있어서의 더 높은 해상도를 가져올 수 있다. 유사하게, 각각이 자극들 (21) 사이의 상이한 반경 거리 (28) 를 갖는 2 개 이상의 플렉시블 다중극 자석 어레이 (19) 는 직렬로 배열될 수도 있어, 소정의 주파수 범위내에서 동작하는 경우에 대략적으로 동일한 초점 (32) 을 갖는다.
도 6 에 도시된 RF 코일 (4) 은 전기 절연 재료의 플렉시블 기판 (31) 에 부착된 전기 도전체로 구성된다. RF 코일 (4) 은 자극 (21) 면에 부착되어, 테스트 재료 (3) 에 아주 근접한다. 교류 전력 소스 (5) 의 교류 전압이 RF 코일 (4) 에 인가되는 경우, 로렌츠 힘 (10) 은 도 6 및 도 6a에 도시된 바와 같은 방향으로 전압이 양인 순간에 때 맞춰 테스트 재료 (3) 에 인가된다. 로렌츠 힘 (10) 은 자극들 (21) 의 각 열 (column) 에서 상하부 인접 자극들 (21) 사이에서 정반대 방향에 있다. 이는 인접 자극들 (21) 의 반대 극성에 기인한다. 관련 자계 (9) 로 유도된 에디 전류 (8) 는 자극들 (21) 의 인접 열들 아래의 방향을 거꾸로 하기 때문에, 로렌츠 힘 (10) 은 소정의 자극들 (21) 의 행에서 동일한 방향에 있다. 이들 교류 힘들이 부가되어 초점 (32) 을 향하여 이동하는 SH 파 (11) 를 생성한다.
다중극 전자석 어레이 (19) 의 자극들 (21) 은 테스트 재료로의 RF 도전체 (33) 의 전자기 결합의 증가를 제공할 수도 있다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 이 전자기 결합은 강자성 재료 (14) 의 자극들 (21) 내에서 RF 도전체 (33) 를 내장함으로써 더 증가될 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 내장된 RF 도전체 (33) 및 자극들 (21) 은 테스트 재료 (3) 에 더 가깝게 됨으로써, 테스트 재료 (3) 를 통과하는 교류 자계 (9) 의 양을 증가시킬 수도 있다. 교류 필드들 (7) 에 의해 유도되는 유도 에디 전류 (8) 의 진폭이 증가하며, 차례로, 로렌츠 힘 (10) 의 강도 및 결과물인 테스트 재료에서의 SH 파 (11) 를 증가시킨다.
여기에 설명된 실시형태들은 단지 예시적이며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자는 많은 변형 및 수정을 가할 수도 있다. 이러한 모든 수정 및 변형은 여기에 설명된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 상술한 실시형태는 다른 방법으로 교체될 수 있을 뿐만 아니라, 조합될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 비평면 테스트 기판의 표면에 정합하도록 구성되는, 전자기 음향 변환기로서,
    초음파 음향파의 발생 및 검출을 위해 구성되고, 상기 비평면 테스트 기판 표면에 정합할 수 있는 플렉시블 다중극 자석 어레이를 포함하고,
    상기 플렉시블 다중극 자석 어레이는 자극들 및 상호접속 세그먼트들을 포함하며,
    상기 자극들은 복수의 행으로 배치되는, 전자기 음향 변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블 다중극 자석 어레이는,
    a) 강자성 재료의 입자들을 함유하는 플렉시블 화합물로서, 하나 이상의 전기 도전체가, 전류를 전도하는 경우에 각 자극면들에 수직한 자계를 발생시킬 수 있는 상기 자극들 사이에 배치되는, 상기 플렉시블 화합물; 또는
    b) 영구 자석 재료의 입자들을 함유하는 플렉시블 화합물로서, 상기 자극들은 자화되어 각 자극면에 수직한 정자계를 제공하는, 상기 플렉시블 화합물을 포함하는, 전자기 음향 변환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 도전체의 하나 이상의 전기 도전체층이 상기 자극들 사이에 배치되어, 상기 자극면 및 상기 테스트 기판의 표면에 수직한 자계 벡터 성분을 갖는 방향으로 자화를 제공하는, 전자기 음향 변환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전기 도전체는, 상기 전기 도전체가 전류를 전도하는 경우에 인접 자극들에서 반대 극성을 생성하는 패턴으로 상기 자극들 사이에 배치되는, 전자기 음향 변환기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    제 2 전기 도전체층은 상기 하나 이상의 전기 도전체층을 적어도 부분적으로 오버레이하고, 상기 하나 이상의 전기 도전체층에 전기적으로 접속되며,
    상기 전기 도전체 및 제 2 전기 도전체 내부의 상기 자극들은, 전류를 전도하는 경우에 동일한 방향으로 전기 전류를 전달하는 2 개의 전기 도전체에 의해 효과적으로 둘러싸인, 전자기 음향 변환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    하나 이상의 추가적인 전기 도전체층 쌍이 상기 하나 이상의 전기 도전체층 및 상기 제 2 전기 도전체층 위에 배치되어, 상기 하나 이상의 전기 도전체층 및 상기 제 2 전기 도전체층과 직렬 또는 병렬로 접속되는, 전자기 음향 변환기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 행이, 상기 테스트 기판에서 발생된 음파를 포커싱할 수 있는 하나 이상의 초점에 대한 곡률 반경을 각각 가지는, 전자기 음향 변환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    인접하는 자극들 사이의 거리는 상기 초점으로부터의 반경 거리의 함수로서 변하는, 전자기 음향 변환기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    직렬로 된 2 개 이상의 플렉시블 다중극 자석 어레이를 포함하며,
    상기 각각의 어레이는 자극들 사이의 상이한 반경 거리를 갖지만 동일한 초점을 가지고,
    상기 2 개 이상의 어레이는 동일한 음파 각(sound wave angle)을 초래할 수 있는, 전자기 음향 변환기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 플렉시블 다중극 자석 어레이는, 자극면들에 가로질러 놓이고 상기 초점으로부터의 방사 방향의 투영과 동일선상에 있는 그루브들에 내장된 RF 도전체들을 갖는, 전자기 음향 변환기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 전자기 음향 변환기를 이용하여 비평면 표면을 갖는 테스트 기판을 조사하는 방법으로서,
    상기 표면에 근접하여 모니터링하는 때에 상기 전자기 음향 변환기를 상기 테스트 기판의 표면에 정합하는 단계,
    전자기 음향 변환기 자석들과 전기 도전체로부터의 필드들의 상호작용에 의해 음파를 발생시키는 단계, 및
    상기 테스트 기판에 의해 반사되는 상기 음파의 하나 이상의 특성을 검출하는 단계를 포함하는, 테스트 기판 조사 방법.
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