KR101004022B1 - 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치 및 이의 탐지방법 - Google Patents

이중 웨이브가이드 초음파 센서장치 및 이의 탐지방법 Download PDF

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Abstract

대상체의 미세 표면결함을 고 정밀도로 탐지할 수 있는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치 및 이의 탐지방법이 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치는, 초음파 신호를 대상체로 송신시키는 송신유닛 및, 대상체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 수신유닛을 포함하며, 송신유닛으로부터 발생되어 대상체로 입사된 초음파 신호는 대상체의 표면을 따라 전파되는 표면파로 변환된 후, 수신유닛으로 수신된다. 이 같은 구성에 의하면, 대상체의 표면을 따라 전파되는 표면파에 의해 대상체에 형성되는 미세 표면결함까지도 고 정밀도로 탐지할 수 있게 된다.
초음파, 센서, 웨이브가이드, 누설, 판파, 표면파, 미세결함.

Description

이중 웨이브가이드 초음파 센서장치 및 이의 탐지방법{DUAL ULTRASONIC WAVEGUIDE SENSOR DEVICE AND INSPECTION METHOD}
본 발명은 이중 웨이브가이드 초음파 센서 장치 및 이의 탐지방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 대상체에 형성되는 미세 결함을 고 정밀도로 탐지할 수 있는 이중 웨이브가이드 초음파 센서 장치 및 이의 탐지방법에 관한 것이다.
불투명하고 고온인 소듐과 같은 극한환경에 있는 구조물들은 고온 크립피로손상이 발생될 수 있으며, 이러한 손상은 구조물의 표면에 미세한 표면결함으로 나타난다. 그런데, 상기와 같은 극한 환경에 있는 구조물들은, 불투명, 고온 및 고방사능 등과 같은 극한 요인으로 인해 미세한 표면결함을 육안으로 검사하기 어렵다. 따라서, 상기 극한환경에 있는 구조물의 결함검사법은 일반적으로 초음파 센서를 이용한 방식이 채용된다.
초음파 센서를 이용한 결함검사방식은 초음파 센서를 소듐 내에 직접 액침시켜 검사하는 방식과, 외부에 초음파 센서를 설치하고 웨이브가이드를 이용하여 원격으로 초음파를 송수신하는 방식으로 구분된다. 이 중, 상기 직접 액침에 의한 초음파 센서방식은 초음파 센서가 극한환경의 액체금속과 접함으로써 초음파 센서의 수명이 단축되는 문제점이 있다.
한편, 상기 웨이브가이드 초음파 센서방식은 초음파 센서가 소듐의 외부에서 얇고 긴 금속판인 웨이브가이드를 이용하여 초음파 신호를 원격으로 송수신하고 초음파 센서를 이송하면서 이송 위치에 대한 초음파 신호의 진폭 크기 및 전파 시간 차이를 나타내는 C-스캔 방식이 사용된다. 이러한 웨이브가이드 초음파 센서방식은 상기 직접 액침에 의한 초음파 센서방식의 문제점인 수명단축을 보완할 수 있다는 장점을 가진다.
그런데, 상기 웨이브가이드 초음파 센서방식은 방사되는 누설 종파의 반사파의 진폭변화를 이용한 가시화검사에 있어서, 탐지 식별 가능한 표면결함의 C-스캔 가시화 영상의 정밀도가 0.8mm 정도로, 고 정밀도의 초음파 영상 구현이 어렵다는 단점을 가진다. 아울러, 상기 웨이브가이드 초음파 센서방식은 폭 0.5mm 이하의 미세 표면결함을 탐지하기 어렵다는 한계를 가진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 고 정밀도의 초음파 영상을 구현할 수 있는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치 및 이의 탐지방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대상체의 미세 표면결함을 표면파 발생에 의해 검출할 수 있는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치 및 이의 탐지방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치는, 초음파 신호를 대상체로 송신시키는 송신유닛 및, 상기 대상체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 수신유닛을 포함하며, 상기 송신유닛으로부터 발생되어 상기 대상체로 입사된 초음파 신호는 상기 대상체의 표면을 따라 전파되는 표면파로 변환된 후, 상기 수신유닛으로 수신된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 표면파는 상기 대상체의 표면으로부터 1.5파장(λ)의 깊이 이내에 에너지가 집중되어 상기 대상체의 표면을 따라 전파된다. 이때, 상기 대상체는 고온의 액체금속인 액체가 수용된 액체금속로에 침지된 상태이다.
상기 송신유닛은, 송신 초음파 신호를 발생시키는 송신 초음파 센서, 상기 송신 초음파 센서를 일측에서 지지하여, 송신 판파(Lamb wave)를 형성시키는 송신 초음파 웨지(wedge), 일단은 상기 송신 초음파 웨지와 연결되고 타단은 상기 대상체와 마주하도록 상기 액체에 침지되어, 상기 송신 판파를 송신 종파로 변환시켜 상기 대상체로 안내하는 송신 웨이브가이드 및, 상기 송신 웨이브가이드를 보호하는 송신 보호관을 포함한다.
또한, 상기 수신유닛은, 상기 대상체로부터 수신되는 수신 초음파 신호를 수신하는 수신 초음파 센서, 상기 수신 초음파 센서를 일측에서 지지하여, 상기 수신 초음파 신호를 수신 판파로 수신시키는 수신 초음파 웨지, 일단은 상기 수신 초음파 웨지와 연결되고 타단은 상기 대상체와 마주하도록 상기 액체에 침지되어, 상기 대상체로부터 반사되어 누설되는 누설 종파를 상기 수신 초음파 센서로 안내하는 수신 웨이브가이드 및, 상기 수신 웨이브가이드를 보호하는 수신 보호관을 포함한다.
여기서, 상기 송신 웨이브가이드의 타단과 상기 수신 웨이브가이드의 타단은 상기 표면파의 발생 및 상기 표면파의 입사를 위해 소정 각도로 절곡되어야 한다. 보다 구체적으로, 상기 송신 웨이브가이드는 스테인레스 강 재질로 형성되어 그의 타단이 물에 침지된 경우 타단에서 방출되는 누설 종파는 입사주파수에 따라 35°내지 45°의 방사각도를 갖는다. 즉, 상기 송신 웨이브가이드의 타단으로부터 방사된 상기 송신 종파가 상기 대상체의 표면에서 표면파가 발생하는 입사각도로 입사되기 위해, 상기 송신 웨이브가이드의 타단이 소정 각도로 절곡되어야 하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 이중 웨이브가이드 초음파 탐지방법은, 송 신 초음파 센서로부터 발생된 송신 초음파 신호가 송신 초음파 웨지에 의해 송신 판파로 변환되어 전파되는 단계, 대상체의 표면으로 입사되는 단계, 상기 송신 초음파 신호가 상기 대상체의 표면을 따라 전달되어 표면파가 형성되는 단계, 상기 표면파가 표면을 따라 전파되면서 누설 종파로 변환되는 단계, 상기 누설 종파가 수신 웨이브가이드에 의해 판파로 변환되는 단계 및, 변환된 판파가 수신 웨이브가이드를 따라 전파되어 수신 초음파 웨지를 통해 수신 초음파 센서로 수신되는 단계를 포함한다.
이때, 상기 수신 초음파 센서에 수신된 신호에 근거하여 초음파 영상을 구현하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 초음파 신호를 송수신하는 송신유닛과 수신유닛을 상호 이격되도록 별도로 마련함으로써, 대상체의 표면을 따라 전파되는 표면파를 형성시킬 수 있게 된다. 이러한 표면파의 형상으로 인해 대상체의 표면결함 검출능력이 향상된다.
또한, 대상체의 표면을 따라 전파되는 표면파에 의해 대상체 표면의 미세한 결함을 보다 확실히 탐지할 수 있게 되어, 깊이가 0.5mm 이하인 미세 표면결함까지도 고 정밀도로 C-스캔할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치(1)는, 송신유닛(20) 및 수신유닛(30)을 포함한다.
참고로, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 초음파 센서장치(1)는 초음파 신호를 이용하여 대상체(O)의 표면결함을 검출할 수 있는 장치이다. 여기서, 상기 대상체(O)라 함은 액체금속로, 납냉각로, 일체형원자로 등과 같이 직접 접근이 어려운 극한 환경에 놓여진 것으로서, 본 실시예에서는 액체금속인 소듐과 같은 액체(L)가 수용되는 액체금속로(N)에 침지된 대상체인 것으로 예시한다.
또한, 상기 송신유닛(20) 및 수신유닛(30)은 초음파 펄서/리시버(10)에 연결되어, 초음파 신호의 생성 및 수집이 제어된다. 구체적으로, 상기 초음파 펄서/리시버(10)는 주파수를 조정하여 초음파 신호를 생성시킴과 아울러, 상기 대상체(O)의 표면결함 정보를 가지고 수신되는 초음파 신호를 수집시킨다. 한편, 상기 초음파 펄서/리시버(10)를 통해 수집된 초음파 신호는 오실로스코프(11)를 통해 측정되며, 컴퓨터(12)에 의해 제어된다.
상기 송신유닛(20)은 송신 초음파 센서(21), 송신 초음파 웨지(22), 송신 웨이브가이드(23) 및 송신 보호관(26)을 포함하여, 초음파 신호를 대상체(O)로 송신한다.
상기 송신 초음파 센서(21)는 상기 초음파 펄서/리시버(10)와 연결되어, 상기 대상체(O)로 송신될 초음파 신호를 방사시킨다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 상기 송신 초음파 센서(21)로부터 방사되는 초음파 신호는 송신 초음파 신호로 지칭한다. 아울러, 후술한 수신유닛(30)을 통해 수신되는 초음파 신호는 수신 초음 파 신호로 지칭한다.
상기 송신 초음파 웨지(22)는 상기 송신 초음파 센서(21)를 일측에서 지지하여, 송신 판파(Lamb wave, Plate wave)를 형성시킨다. 즉, 상기 송신 초음파 센서(21)로부터 방사되는 송신 초음파 신호가 송신 초음파 웨지(22)를 거쳐 진행됨으로써, 송신 판파로 모드 전환되는 것이다.
여기서, 상기 판파라 함은, 얇은 판 형상의 고체 내를 진행하는 파를 지칭하는 것으로써, 진행 방식에 따라 대칭 모드(S-Mode)와 반대칭 모드(A-Mode)로 분류될 수 있다. 상기 대칭 모드 판파는 진행방향으로 진동하는 파의 성분이 판의 두께 중심선에 대해 대칭을 이루나, 반대칭 모드 판파는 비대칭이다. 본 실시예에서는 후술하는 바와 같이, 여러 가지 모드의 판파들 중에서 제0차 반대칭 판파(A0)가 사용되는 것으로 예시한다.
상기 송신 웨이브가이드(23)는 상기 송신 초음파 웨지와 연결되는 일단(24)과, 이 일단(24)으로부터 연장되어 상기 액체금속로(N)의 액체(L)에 침지되어 대상체(O)와 마주하는 타단(25)을 가진다. 이때, 상기 송신 웨이브가이드(23)를 따라 상기 송신 판파가 길이방향으로 전파되어, 상기 대상체(O)로 안내된다. 이러한 송신 웨이브가이드(23)는 두께가 1mm 정도이고 길이는 수 미터인 얇고 긴 스테인레스 강 재질의 판으로 구성된다.
상기 송신 보호관(26)은 상기 송신 웨이브가이드(23)의 외부를 감싸도록 마련되어, 상기 송신 웨이브가이드(23)를 보호한다. 구체적으로, 상기 송신 보호 관(26)은 상기 송신 웨이브가이드(23)를 감싸 지지함으로써, 고온 및 고방사능과 같은 극한 환경을 조성하는 액체금속로(N)의 액체(L)로부터 송신 웨이브가이드(23)를 보호한다. 또한, 상기 송신 보호관(26)은 상기 송신 웨이브가이드(23)의 표면으로부터 일정 거리 이격되어 구비됨으로써, 송신 판파가 액체(L)로 누출됨을 차단함이 좋다.
상기 수신유닛(30)은 상기 대상체(O)로부터 반사되는 수신 초음파 신호를 수신하는 것으로서, 수신 초음파 센서(31), 수신 초음파 웨지(32), 수신 웨이브가이드(33) 및 수신 보호관(36)을 포함한다.
상기 수신 초음파 센서(31)는 상기 대상체(O)로부터 수신되는 수신 초음파 신호를 수신한다. 이 수신 초음파 센서(31)는 상기 초음파 펄서/리시버(10)와 연결됨으로써, 상기 수신 초음파 센서(31)로 수신된 수신 초음파 신호가 초음파 펄서/리시버(10)로 전달되어 수집된다.
상기 수신 초음파 웨지(32)는 상기 수신 초음파 센서(31)를 일측에서 지지하여, 상기 수신 초음파 신호를 모드 변환시킨다. 구체적으로, 후술할 수신 웨이브가이드(33)에 의해 수신되는 초음파 신호는 수신 판파로 변환되어 전파되나, 이 수신 판파는 수신 초음파 웨지(32)에 의해 다시 수신 종파로 변환된다. 이 수신 판파의 기술구성은 앞서 설명한 송신 판파와 마찬가지로 제0차 반대칭 판파(A0)인 것으로 예시한다.
한편, 상기 송신 초음파 웨지(22) 및 수신 초음파 웨지(32)는 그 내부에 각 각 물 또는 글리세린과 같은 액체가 충진된 액체 웨지인 것으로 예시한다. 참고로, 물이 충진된 액체 웨지의 경우 일반적으로 종파의 속도가 1480㎧가 되고 글리세린이 충진된 액체 웨지의 경우 일반적으로 종파의 속도가 1920㎧가 된다.
상기 수신 웨이브가이드(33)는 상기 수신 초음파 웨지(32)와 연결되는 일단(34)과 이 일단(34)으로부터 연장되어 상기 대상체(O)와 마주하도록 액체(L)에 침지되는 타단(35)을 구비한다. 또한, 상기 수신 웨이브가이드(33)는 상기 대상체(O)에서 전파되는 표면파에 의해 누설되는 누설 종파를 상기 수신 초음파 센서(31)로 안내한다. 이러한 수신 웨이브가이드(33)는 상기 송신 웨이브가이드(23)와 마찬가지로, 두께가 1mm 내외이고 길이가 수 미터인 얇고 긴 스테인레스 강 재질의 판으로 구성된다.
상기 수신 보호관(36)은 상기 수신 웨이브가이드(33)를 상기 액체(L)로부터 보호하기 위해, 상기 수신 웨이브가이드(33)를 감싸 보호한다. 이 수신 보호관(36)은 상술한 송신 보호관(26)과 마찬가지로, 상기 수신 웨이브가이드(33)로부터 일정 거리 이격되도록 마련됨이 좋다.
한편, 상기 송신 보호관(26)과 수신 보호관(36)은 각각 별개의 관으로 형성될 수 있으나, 도 1의 도시와 같이, 본 실시예에서는 단일 관인 것으로 예시한다. 이렇게 상기 송신 및 수신 웨이브가이드(23)(33)가 송신 및 수신 보호관(26)(36)에 의해 보호됨으로써, 상기 송신 및 수신 초음파 센서(21)(31)가 액체금속로(N)의 외부에서 원격으로 극한 환경에 있는 대상체(O)의 표면결함을 검출할 수 있게 된다.
상기와 같은 구성에 의해 상기 송신유닛(20)으로부터 송신되어 대상체(O)로 입사되는 송신 초음파 신호는 상기 대상체(O)의 표면을 따라 전파되는 표면파로 변환된 후, 상기 수신유닛(30)으로 수신된다. 즉, 상기 송신유닛(20)과 수신유닛(30)은 상호 이격되게 마주함으로써, 상기 송신 웨이브가이드(23)의 타단(25)으로부터 방사된 송신 초음파 신호는 대상체(O)의 표면을 거친 후 수신 웨이브가이드(33)의 타단(35)으로 수신된다.
도 2에는 송신 초음파 웨지(22)에 연결된 송신 웨이브가이드(23)의 타단(25)에서 송신 초음파 신호가 방사되는 상태가 개략적으로 도시된다. 도 2를 참고하면, 상기 송신 초음파 웨지(22)를 통해 변환된 A0 송신 판파는 상기 액체(L)에 침지된 송신 웨이브가이드(23)의 타단(25)에서 송신 종파로 모드 변환되어 방사된다. 상기 송신 종파(B)가 액체(L)로 방사되는 방사각도는 다음의 수학식 1에 의해 결정된다.
Figure 112008072056013-pat00001
여기서, 상기 VL은 액체(L)의 종파속도를 지칭하며, 상기 Cp는 송신 판파의 위상속도를 지칭한다. 또한, 상기 f는 주파수를 지칭하며, d는 송신 웨이브가이드(23)의 두께를 지칭한다.
이러한 수학식 1과 도 3에 도시된 상기 송신 웨이브가이드(23)를 통해 전파되는 A0 송신 판파의 위상속도와 군속도의 분산특성곡선 그래프를 참고하면, 두께가 1mm인 스테인레스 강으로 형성되는 송신 웨이브가이드(23)가 액체(L)인 물에 침지 되어 있는 경우에 1MHz의 송신 초음파 신호가 입사될 때 A0 송신 판파의 위상속도(Cp)는 2300m/s이며 물의 종파속도(VL)는 1480m/s이므로, 물에서의 송신 종파(B)의 방사각(α)은 40도 정도이다.
이하에서는 도 4를 참고하여, 상기 대상체(O)의 표면결함 탐지방법을 보다 자세히 설명한다.
도 4와 같이, 상기 초음파 펄서/리시버(10)에 의해 제어된 송신 초음파 센서(21)로부터 특정 주파수의 송신 초음파 신호가 발생된 후 송신 초음파 웨지(22)를 경유함으로써 상기 송신 초음파 신호는 A0 송신 판파로 모드 변환된다. 상기 A0 송신 판파는 상기 송신 웨이브가이드(23)를 따라 전파되어 타단(25)에서 송신 종파(B)로 다시 모드 변환되면서 대상체(O)로 방사된다. 이때, 상기 송신 종파(B)의 방사각(α)은 상기 수학식 1에 의해 결정된 대략 40°이다.
또한, 상기 송신 종파(B)는 상기 대상체(O)의 표면에 표면파(S)를 형성시키기 위한 소정 입사각도(β)로 입사된다. 여기서, 상기 송신 종파(B)의 입사각도(β)는 레일리 각도(Rayleigh angle)로써, 액체(L)의 종파속도(VL)와 표면파(S)의 전파속도(CR)에 의한 관계식인 하기 수학식 2에 의해 결정된다.
Figure 112008072056013-pat00002
여기서, 상기 표면파(S)의 전파속도(CR)는 2780m/s이므로, 수학식 2에 의해 액체(L)인 물 속에서의 상기 입사각도(β)는 32°로 산출된다. 이러한 입사각도(β)로 표면파(S)가 상기 대상체(O)에 입사될 때의 상기 송신 웨이브가이드(23)의 방사면 각도(γ)는 "γ=90-α-β"관계식에 의해 대략 18°로 계산된다.
한편, 상기와 같이 송신 종파(B)가 상기 대상체(O)의 표면으로 소정 방사각도(α)로 방사되어 소정 입사각도(β)로 입사됨으로써 상기 대상체(O)의 표면을 따라 전파되는 표면파(S)는 한 파장 반(1.5λ) 정도의 깊이 이내에 에너지가 집중되어 전파되는 특성을 가진다. 그로 인해, 상기 대상체(O)의 표면 탐지 성능이 매우 우수하다. 여기서, 상기 파장(λ)은 주파수가 1MHz인 경우 2.78mm 정도이다.
상기 대상체(O)에 입사되는 송신 종파(B)의 일부는 반사빔(R)으로 반사되고 나머지일부는 표면파(S)로 변환되어 전파된다. 이 표면파(S)는 누설 종파(E)로 누설 방사되어 인접한 수신 웨이브가이드(33)의 타단(35)을 통해 입사된다. 또한, 상기 수신 웨이브가이드(33)로 입사된 누설 종파(E)는 상기 수신 웨이브가이드(33)를 따라 수신 초음파 웨지(32)가 마련된 일단(34)까지 전파된 후, 다시 수신 판파로 모드 변환되어 수신 초음파 센서(31)로 수신된다. 이 수신된 신호는 다시 초음파 펄서/리시버(10)에 수집된다.
이외에도, 본 실시예에 따른 웨이브가이드 초음파 센서 장치(1)는 디지털 신호 처리를 위해 미도시된 A/D 변환기를 구비하여 초음파 펄서/리시버(10)에서 수집된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킬 수 있다. 또한, 상기 미도시된 A/D 변환기에서 생성된 디지털 신호는 웨이브가이드 센서(미도시)의 위치 정보와 함께 컴퓨터(12)에 의해 분석되어 C-스캔된 초음파 영상을 디스플레이할 수 있게 된다.
도 5는 기존의 싱글 웨이브가이드 초음파 센서장치가 채용된 경우의 C-스캔 가시화 검사를 수행할 때의 초음파 반사 신호 측정 개념도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치(1)가 채용되어 C-스캔 가시화 검사를 수행할 때의 초음파 반사 신호 측정 개념도이다.
도 5와 같이, 기존의 단일 웨이브가이드 초음파 센서장치의 경우, 본 발명의 송신유닛(20)의 기술구성만으로 초음파 신호를 송신 및 수신함으로써, 상기 대상체(O) 표면의 결함의 폭이 0.5mm 이하로 매우 미세한 경우 대상체(O)의 표면으로부터 반사되는 초음파 신호의 진폭 변화가 미약하다.
한편, 도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 의한 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치(1)의 경우는, 송신유닛(20)과 수신유닛(30)이 각각 별도로 마련되어 상기 대상체(O)의 표면에서 표면파(S)가 발생됨을 알 수 있다. 아울러, 도 6 및 도 7과 같이, 상기 대상체(O) 표면의 결함(D) 존재유무에 따라, 수신되는 초음파 신호의 진폭 차이를 알 수 있다. 즉, 도 7의 도시와 같이, 상기 대상체(O)의 표면에 결함(D)이 있을 경우, 수신되는 초음파 신호가 감쇠된다.
상기 표면파(S) 발생에 의한 미세 결함 검출능력 향상을 보다 자세히 설명하기 위해, 도 8과 같이 폭이 각각 0.8mm, 0.5mm 및 0.3mm이고 길이가 20mm인 결함이 형성되는 대상체(O)를 기존의 단일 웨이브가이드 초음파 센서장치와 본 발명에 의한 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치(1)에 의해 C-스캔한 초음파 영상이 도 9 및 도 10에 도시된다. 도 9 및 도 10의 비교와 같이, 상기 대상체(O)의 결함(D)의 깊이가 0.5mm 이하인 경우, 기존의 단일 웨이브가이드 초음파 센서장치에 대응되는 도 9와 같이 초음파 영상의 해상 정밀도가 낮다. 그러나, 본 발명의 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치(1)에 대응되는 도 10의 경우, 상기 대상체(O)의 결함(D) 깊이에 상관없이 초음파 신호 탐지 정밀도가 높음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 송신 초음파 웨지에 연결된 송신 웨이브가이드의 타단에서 송신 초음파 신호가 방사되는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 3은 송신 웨이브가이드를 통해 전파되는 A0 송신 판파의 위상속도와 군속도의 분산특성곡선 그래프,
도 4는 본 발명의 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치에 의해 대상체의 표면결함을 탐지하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5는 기존의 싱글 웨이브가이드 초음파 센서장치가 채용된 경우의 C-스캔 가시화 검사를 수행할 때의 초음파 반사 신호 측정 개념도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치가 채용된 경우의 C-스캔 가시화 검사를 수행할 때의 결함 유무에 따른 초음파 반사 신호 측정 개념도,
도 8은 결함 폭이 각각 0.8mm, 0.5mm 및 0.3mm이고 결함의 길이가 20mm인 결함이 형성되는 대상체의 사진,
도 9는 기존의 단일 웨이브가이드 초음파 센서장치에 의해 C-스캔된 초음파 영상, 그리고,
도 10은 본 발명의 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치에 의해 C-스캔된 초 음파 영상이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1: 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치 10: 초음파 펄스/리시버
20: 송신유닛 21: 송신 초음파 센서
22: 송신 초음파 웨지 23: 송신 웨이브가이드
30: 수신유닛 31: 수신 초음파 센서
32: 수신 초음파 웨지 33: 수신 웨이브가이드

Claims (15)

  1. 초음파 신호를 대상체로 송신시키는 송신유닛; 및
    상기 대상체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 수신유닛;
    을 포함하며,
    상기 송신유닛으로부터 발생되어 상기 대상체로 입사된 초음파 신호는 상기 대상체의 표면을 따라 전파되는 표면파로 변환된 후, 상기 수신유닛으로 수신되되,
    상기 표면파는 상기 대상체의 표면으로부터 1.5 파장(λ)의 깊이 이내에 에너지가 집중되어 상기 대상체의 표면을 따라 전파되는 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상체는 고온의 액체금속이 수용된 액체금속로에 침지되며,
    상기 표면파는 상기 액체 내부로 누설되어 방출되는 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 송신유닛은,
    송신 초음파 신호를 발생시키는 송신 초음파 센서;
    상기 송신 초음파 센서를 일측에서 지지하여, 송신 판파(Lamb wave)를 형성시키는 송신 초음파 웨지(wedge);
    일단은 상기 송신 초음파 웨지와 연결되고 타단은 상기 대상체와 마주하도록 상기 액체금속에 침지되어, 상기 송신 판파가 상기 액체금속 내부에서 송신 종파로 변환되도록 상기 송신 판파를 상기 대상체로 안내하는 송신 웨이브가이드; 및
    상기 송신 웨이브가이드를 보호하는 송신 보호관;
    을 포함하는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수신유닛은,
    일단은 수신 초음파 웨지와 연결되고 타단은 상기 대상체와 마주하도록 상기 액체에 침지되어, 상기 대상체에서 전파되는 표면파로부터 누설되는 누설 종파를 수신 판파로 변환시켜 안내하는 수신 웨이브가이드;
    상기 수신 웨이브가이드의 일단에 설치되며, 상기 수신 판파 신호를 수신 종파로 변환시키는 상기 수신 초음파 웨지;
    상기 수신 초음파 웨지의 일측에 설치되며, 상기 대상체로부터 수신되는 수신 초음파 신호를 수신하는 수신 초음파 센서; 및
    상기 수신 웨이브가이드를 보호하는 수신 보호관;
    을 포함하는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 송신 웨이브가이드의 타단은 상기 송신 종파가 특정 방사각도로 방출되어 상기 대상체 표면에서 상기 표면파를 발생시키도록 절곡된 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수신 웨이브가이드의 타단은 상기 표면파에 의하여 발생하는 누설 종파를 수신하기 위해 절곡된 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 송신 웨이브가이드의 타단으로부터 방사된 상기 송신 종파는 상기 대상체의 표면에서 상기 표면파가 발생되는 입사각도로 입사되는 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 센서장치.
  9. 송신 초음파 센서로부터 발생된 송신 초음파 신호가 대상체의 표면으로 입사되는 단계;
    상기 송신 초음파 신호가 상기 대상체의 표면을 따라 전달되어 표면파가 형성되는 단계; 및
    상기 표면파가 수신 초음파 센서로 수신되는 단계;
    를 포함하되,
    상기 표면파는 상기 대상체의 표면으로부터 1.5파장(λ)의 깊이 이내로 에너지가 집중되어 상기 대상체의 표면을 따라 전파되는 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 탐지방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 표면파 형성단계는,
    상기 송신 초음파 신호가 상기 대상체의 표면에서 상기 표면파가 발생하는 입사각도로 입사되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 탐지방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 송신 초음파 신호가 상기 대상체로 입사되는 단계는,
    상기 송신 초음파 센서로부터 상기 송신 초음파 신호가 발생되는 단계;
    송신 초음파 웨지에 의해 상기 송신 초음파 신호가 송신 판파로 변환되는 단계; 및
    상기 송신 판파가 송신 웨이브가이드에 의해 상기 대상체의 표면으로 안내되 는 단계;
    를 포함하는 이중 웨이브가이드 초음파 탐지방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 표면파가 상기 수신 초음파센서로 수신되는 단계는,
    상기 대상체에서 발생된 상기 표면파가 표면을 따라 전파하면서 인접한 액체의 내부로 누설 종파로 변환되어 방사되는 단계;
    상기 누설 종파가 상기 수신 웨이브가이드로 입사되어 수신 판파로 변환된 상태로 상기 수신 웨이브가이드를 따라 전파되는 단계; 및
    상기 수신 판파가 수신 초음파 센서로 수신되는 단계;
    를 포함하는 이중 웨이브가이드 초음파 탐지방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 수신 웨이브가이드는 입사되는 상기 누설 종파를 상기 수신 판파로 변환시켜 수신할 수 있도록 경사진 절곡단을 통해 상기 누설 종파를 입사받는 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 탐지방법.
  15. 제 9 항, 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신 초음파 센서에 수신된 신호에 근거하여 초음파 영상을 구현하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 웨이브가이드 초음파 탐지방법.
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