KR101151536B1 - 와전류 신호 복조 모듈 및 이를 포함하는 와전류 신호 검사 장치 - Google Patents

와전류 신호 복조 모듈 및 이를 포함하는 와전류 신호 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와전류 신호 복조모듈 및 이를 포함하는 와전류 신호 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 와전류 신호 복조모듈에 90도 위상차를 가지는 2개의 정현파 신호를 통해 와전류 신호에 포함된 진폭 성분과 위상 성분을 각각 검출하여 이를 통해 최적의 리샤주 신호를 생성하는 와전류 신호 복조모듈 및 와전류 신호 검출 장치를 제공할 수 있다.

Description

와전류 신호 복조 모듈 및 이를 포함하는 와전류 신호 검사 장치 {DEMODULATION MODULE OF EDDY CURRENT SIGNAL AND EDDY CURRENT DETECTION DEVICE INCLUDING THEREOF}
본 발명은 와전류 신호 복조모듈 및 이를 포함하는 와전류 검사 장치에 관한 것이다.
시험체의 건전성을 평가하기 위한 주요 비파괴검사 기술 중 하나인 와전류검사기술은 주로 열교환기를 구성하는 튜브검사에 사용되고 있다. 와전류검사 기술의 원리는 전자기 유도현상에 기초하며, 기본원리는 교류(alternating current)가 흐르는 유도코일에 의해서 교류 여기 주파수(exitation frequency)와 동일한 율로 교번자장이 생성된다. 코일을 튜브벽에 접근시키면 전자기적으로 교번 자장에 의해서 전류가 유도되고, 또 이 전류에 의해서 일차 여기자장에 반하는 반작용 자장(reactive field)을 발생된다. 튜브내에 코일을 위치시켜 부하를 거는 효과는 전체적으로 일차 자기장의 강도를 줄이는 결과를 낳게 된다. 즉 전체적으로 코일의 임피던스가 감소하게 된다. 열화상태를 모르는 튜브내에 코일을 위치하게 되면 임피던스값은 평형(null)상태 또는 기준점(reference point)이 된다.　 코일 임피던스의 변화를 분석하여 튜브의 결함발생 여부와 발생 결함의 크기를 비파괴적으로 결정할 수 있게 된다.
종래의 와전류 신호 복조 방법은 전계효과 트랜지스터의 스위칭에 의해 노이즈가 발생되며, 생성된 직류신호의 비선형 특성으로 인하여 와전류 탐상검사 시스템의 신뢰도가 저하되어 와전류 신호의 품질이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 해결하려는 과제는 와전류 신호의 잔류 전하 신호를 진폭 성분과 위상 성분으로 분리하여 와전류 신호를 복조하는 와전류 신호 복조모듈 및 이를 포함하는 와전류 신호 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결하려는 과제는 최적의 리샤주 신호를 생성하는 와전류 신호 복조모듈 및 이를 포함하는 와전류 신호 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결하려는 과제는 소형화된 와전류 신호 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 정현파 신호를 생성하는 제1 정현파 생성부; 상기 제1 정현파 신호와 90도 위상차를 갖는 제2 정현파 신호를 생성하는 제2 정현파 생성부; 입력된 와전류 신호와 상기 제1 정현파 신호를 연산하는 제1 배율기; 상기 와전류 신호와 상기 제2 정현파 신호를 연산하는 제2 배율기; 및 상기 제1 배율기와 상기 제2 배율기에서 입력된 신호를 통해 상기 와전류 신호의 진폭 성분 및 위상 성분을 추출하는 검출부를 포함하는 와전류 신호 복조 모듈을 제공할 수 있다.
상기 제1 정현파 생성부는 사인(Sine)파 또는 코사인(Cosin)파 중 어느 하나의 정현파를 생성할 수 있다.
상기 제1 정현파 생성부 또는 상기 제2 정현파 생성부는 1Hz 내지 10MHz의 주파수를 갖는 정현파 신호를 생성할 수 있다.
상기 와전류 신호 복조 모듈은 상기 제 1 정현파 생성부 또는 상기 제2 정현파 생성부의 출력단 중 적어도 어느 하나에 출력된 신호를 증폭하는 증폭기를 더 포함할 수 있다.
상기 검출부는 리샤쥬 신호(Lissajous Signal)를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 와전류 탐촉자에 정현파 여자 신호를 공급하는 여자부; 상기 와전류 탐촉자에 의해 발생된 와전류 신호가 발생되는 변조부; 및 상기 와전류 신호의 진폭 성분 및 위상 성분을 추출하는 복조부를 포함하되, 상기 복조부는 제1 정현파 신호를 생성하는 제1 정현파 생성부, 상기 제1 정현파 신호와 90도 위상차를 갖는 제2 정현파 신호를 생성하는 제2 정현파 생성부, 상기 와전류 신호와 상기 제1 정현파 신호를 연산하는 제1 배율기, 상기 와전류 신호와 상기 제2 정현파 신호를 연산하는 제2 배율기 및 상기 제1 배율기와 상기 제2 배율기에서 입력된 신호를 통해 상기 와전류 신호의 진폭 성분 및 위상 성분을 추출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 신호 검사 장치를 제공할 수 있다.
상기 여자부는 정현파 신호를 생성하는 신호 발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 정현파 생성부 및 상기 제2 정현파 신호 생성부는 상기 신호 발생기에서 생성된 상기 여자 신호와 동일한 주파수의 정현파 신호를 생성할 수 있다.
상기 와전류 신호 검사 장치는 상기 변조부로부터의 와전류 신호를 필터링하고 증폭하는 신호 증폭부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 정현파 생성부는 사인(Sine)파 또는 코사인파 중 어느 하나의정현파를 생성할 수 있다.
상기 제1 정현파 생성부 또는 상기 제2 정현파 생성부는 1Hz 내지 10MHz의 주파수를 갖는 정현파 신호를 생성할 수 있다.
상기 제 1 정현파 생성부 또는 상기 제2 정현파 생성부의 출력단 중 적어도 어느 하나에 출력된 신호를 증폭하는 증폭기를 더 포함할 수 있다.
상기 검출부는 리샤주 신호(Lissajous Signal)를 생성할 수 있다.
상기 와전류 신호 검사 장치는 상기 리샤주 신호를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 와전류 탐상검사 시스템 탐촉자 코일에서 생성된 잔류 전하신호를 복조하여 진폭성분과 위상성분으로 분리시키므로 최적의 리샤주 신호(Lissajous Signal)을 생성시킬 수 있다.
본 발명이 실시예에 의하면, 아날로그 집적회로 배율기를 사용하여 와전류 신호의 품질이 개선될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 와전류 신호를 복조하는 복조부에 아날로그 집적회로를 사용하므로 복조부를 간단하게 구현할 수 있으며, 기판의 면적 및 사용 부품수를 줄여 장치의 크기를 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 와전류 신호 검사장치를 도시한 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 복조부의 일 실시 예를 도시한 블록도.
도 3은 도 1에 도시된 와전류 신호 검사장치에서 출력되는 리샤주 신호의 형태를 도시한 그래프.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 와전류 신호 복조 모듈, 이를 포함하는 와전류 검사 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 와전류 검사 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 와전류 검사 장치는 여자부(100), 변조부(200), 신호 준비부(300), 복조부(400) 및 표시부(500)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 여자부(100)은 탐촉자를 구동하기 위한 신호 발생기와 증폭기를 포함할 수 있다. 신호 발생기는 정현파 여자 신호를 생성한다. 신호 발생기는 신뢰도 있는 검사를 위하여 주파수 정확도, 주파수 안정성, 왜곡이 최소화될 수 있는 신호 공급한다.
여자부(100)는 신호 발생기에서 출력된 신호의 크기를 증폭하는 증폭기를 추가로 구비할 수 있다. 증폭기는 신호 발생기에서 생성된 정현파 신호의 크기를 증폭하여 변조부(200)에 공급한다.
변조부(200)는 탐촉자 코일을 포함할 수 있다. 변조부(200)는 탐촉자 코일에서 발생된 전자기장과 균열을 측정하기 위한 시료 또는 시편의 상호작용에 의해 신호가 변조되므로, 탐촉자 코일과 시료 또는 시편의 작용에 의해 코일 임피던스의 변화를 통해 여자 신호를 변조시킨다.
신호 준비부(300)는 변조부(200)에서 와전류 신호를 증폭 및 노이즈를 제거하여 복조부(400)에 공급한다. 신호 준비부(300)는 증폭을 위한 증폭기와 노이즈를 제거하기 위한 필터를 구비할 수 있다.
특히, 변조부(200)에서 공급된 와전류 신호는 여자 신호의 주파수 또는 위상과 다른 주파수 성분을 가지는 노이즈 신호가 존재하므로 이러한 노이즈 신호를 미리 제거해야 와전류 신호 복조 시에 복조된 와전류 신호의 품질이 향상될 수 있다.
신호 준비부(300)에 포함된 증폭기는 입력된 와전류 신호에 왜곡이 발생되지 않을 정도의 이득을 가질 수 있다. 이때, 증폭기는 증폭률 조정이 가능한 가변 이득 증폭기일 수 있다. 신호 준비부(300)에 포함된 필터는 변조된 와전류 신호가 베이스 밴드 신호대역보다 높아진다. 따라서, 필터는 밴드 패스 필터가 사용될 수 있다.
복조부(400)는 변조부(200)에서 입력된 와전류 신호를 복조하여 표시부(500)에 출력한다. 복조부(400)는 신호 준비부(300)로부터 입력된 와전류 신호를 복조하여 저항성분과 리액턴스 성분으로 분류하여 리샤주 신호로 출력한다. 복조부(400)는 여자 신호와 동일한 위상의 정현파 신호 및 90도 위상 차이가 나는 정현파 신호에 의해 와전류 신호를 복조할 수 있다.
복조부(400)는 와전류 신호가 입력되면 사인파 및 코사인파를 이용하여 잔류 전하 신호의 진폭 성분과 위상 성분을 각각 추출하여 리샤주 신호로 출력할 수 있다.
복조부(400)는 정현파 신호를 생성하는 발진회로들과, 배율기 및 검출기등의 회로들로 모듈 형태로 구현될 수 있다.
표시부(500)는 복조부(400)에서 출력된 리샤주 신호를 화면에 표시한다. 화면에 표시된 리샤주 신호는 도 3에 도시된 바와 같다. 이러한 리샤주 신호를 통해 와전류 신호의 진폭, 위상을 측정하고 측정된 진폭, 위상을 분석하여 시료 또는 시편의 균열에 관한 정보를 얻을 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 복조부의 일 실시 예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 와전류 검사 장치의 복조부는 제1 정현파 생성부(410), 제2 정현파 생성부(420), 제1 배율기(411), 제2 배율기(421), 제1 증폭기(412), 제2 증폭기(422), 제3 증폭기(414), 제4 증폭기(424), 제1 필터(413), 제2 필터(423), 검출기(430) 및 디지타이저(440)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 정현파 생성부(410)는 사인파를 생성하는 발진회로를 포함할 수 있다. 제1 정현파 생성부(410)는 1Hz 내지 10MHz까지의 사인파를 생성한다.
제1 정현파 생성부(410)는 생성된 정현파 신호에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 필터부를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 정현파 생성부(410)는 4차 저역 통과 필터를 구비하여 생성된 사인파의 노이즈가 제거된 신호를 출력할 수 있다.
제2 정현파 생성부(420)는 제1 정현파 생성부(410)에서 생성된 정현파와 90도 위상차를 가지는 정현파를 생성하는 발진회로를 포함할 수 있다. 제2 정현파 생성부(420)는 1Hz 내지 10MHz까지의 코사인파를 생성한다.
제2 정현파 생성부(420)는 생성된 정현파 신호에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 필터부를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 정현파 생성부(420)는 4차 저역 통과 필터를 구비하여 생성된 코사인파의 노이즈가 제거된 신호를 출력할 수 있다.
제1 배율기(411)는 신호 준비부(300)로부터 입력된 와전류 신호와 제1 정현파 생성부(410)로부터 입력된 사인파를 곱셈연산한다. 이때, 제1 배율기(411)는 와전류 신호와 사인파가 곱셈연산되어 와전류 신호에 포함된 잔류 전하신호로부터 전폭 성분을 출력하도록 할 수 있다.
제2 배율기(421)는 신호 준비부(300)로부터 입력된 와전류 신호와 제2 정현파 생성부(420)로부터 입력된 코사인파를 곱셈연산한다. 이때, 제2 배율기(421)는 와전류 신호와 코사인파가 곱셈연산되어 와전류 신호에 포함된 잔류 전하 신호로부터 위상 성분을 출력하도록 할 수 있다.
제1 배율기(411) 및 제2 배율기(421)는 아날로그 집적회로를 사용하여 구현될 수 있다. 이에 따라, 종래 펄스파를 이용하는 것보다 와전류 신호의 품질이 향상될 수 있다.
검출기(430)는 제1 배율기(411) 및 제2 배율기(421)로부터 입력된 신호에서 진폭 성분과 위상성분을 검출한다.
검출기(430)는 검출된 진폭 성분과 위상 성분을 통해 리샤주 신호를 생성할 수 있다.
디지타이저(440)는 검출기(430)로부터 입력된 진폭 성분과 위상 성분을 디지털 신호로 변환하여 표시부(500)에 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 입력되는 DC 레벨의 전압으로 출력 신호의 null out을 수행하는 평형회로를 더 포함할 수 있다. 이때, 평형회로는 검출기(430) 내부에 형성되거나, 검출기(430)의 이전 또는 이후단에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 증폭기(412)를 더 포함할 수 있다. 제1 증폭기(412)는 제1 정현파 생성부(410)의 출력단에 배치되어 출력된 사인파를 증폭시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 증폭기(412)는 설정된 이득을 통해 사인파를 6V(peak to peak)로 증폭시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 증폭기(422)를 더 포함할 수 있다. 제2 증폭기(422)는 제2 정현파 생성부(420)의 출력단에 배치되어 출력된 코사인파를 증폭시킬 수 있다. 예를 들면, 제2 증폭기(422)는 설정된 이득에 따라 코사인파를 6V(peak to peak)로 증폭시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 필터(413)를 더 포함할 수 있다. 제1 필터(413)는 제1 배율기(411)와 검출기(430) 사이에 배치될 수 있다. 제1 필터(413)는 로우 패스 필터로서 제1 배율기(411)를 통과한 신호의 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 제2 필터(423)를 더 포함할 수 있다. 제2 필터(423)는 제2 배율기(421)와 검출기(430) 사이에 배치되어 제2 배율기(421)를 통과한 신호의 노이즈를 제거할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 서는 제3 증폭기(414) 및 제4 증폭기(424)를 더 포함할 수 있다.
제3 증폭기(414)는 제1 배율기(411)와 검출기(430) 사이에 배치되거나, 제1 필터(413)과 검출기(430) 사이에 배치될 수 있다. 제3 증폭기(414)는 제1 배율기(411)에서 출력되는 신호 또는 제1 필터(413)에서 출력되는 신호를 증폭하여 검출기(430)로 공급할 수 있다.
제4 증폭기(424)는 제2 배율기(421)와 검출기(430) 사이에 배치되거나, 제2 필터(423)과 검출기(430) 사이에 배치될 수 있다. 제4 증폭기(424)는 제2 배율기(421)에서 출력되는 신호 또는 제2 필터(423)에서 출력되는 신호를 증폭하여 검출기(430)로 공급할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 와전류 신호 검출 장치에서 출력된 리샤주 신호를 도시한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가로축은 임피던스 저항 성분(실수부)이고, 세로축은 임피던스 리액턴스 성부(허수부)이다. 리샤주 신호는 복조부(400)에서 잔류 전하 신호에 포함된 진폭 성분(전압)과 위상 성분(θ)이 검출되므로 이에 따른 리샤주 신호가 생성될 수 있다.
리샤주 신호는 변조부의 임피던스 변화에 대한 궤적 신호로 도 3에 도시된 바와 같이 8자형 로브형태로 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 리샤주 신호를 통해 진폭과 위상을 측정하여 측정하고자 하는 시료 또는 시편의 결함의 크기를 분석할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 와전류 신호 검출장치는 와전류 신호를 진폭 성분과 위상 성분으로 분리하여 리샤주 신호를 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 와전류 신호 검출장치는 와전류 신호를 복조하는 복조부에 아날로그 집적회로를 사용하므로 복조부를 간단하게 구현할 수 있으며, 기판의 면적 및 사용 부품수를 줄여 장치의 크기를 소형화할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 여자부
200: 변조부
300: 신호 준비부
400: 복조부
410: 제1 정현파 생성부
411: 제1 배율기
412: 제1 증폭기
413: 제1 필터
414: 제3 필터
420: 제2 정현파 생성부
421: 제2 배율기
422: 제2 증폭기
423: 제2 필터
424: 제4 필터
430: 검출기
440: 디지타이져

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 와전류 탐촉자;
    상기 와전류 탐촉자에 정현파 여자 신호를 공급하는 여자부;
    상기 와전류 탐촉자에 의해 발생된 와전류 신호가 발생되는 변조부; 및
    상기 와전류 신호의 진폭 성분 및 위상 성분을 추출하는 복조부를 포함하되,
    상기 복조부는
    제1 정현파 신호를 생성하는 제1 정현파 생성부, 상기 제1 정현파 신호와 90도 위상차를 갖는 제2 정현파 신호를 생성하는 제2 정현파 생성부, 상기 와전류 신호와 상기 제1 정현파 신호를 연산하는 제1 배율기, 상기 와전류 신호와 상기 제2 정현파 신호를 연산하는 제2 배율기 및 상기 제1 배율기와 상기 제2 배율기에서 입력된 신호를 통해 상기 와전류 신호의 진폭 성분 및 위상 성분을 추출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와전류 신호 검사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 여자부는 정현파 신호를 생성하는 신호 발생기를 더 포함하는 와전류 신호 검사 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 정현파 생성부 및 상기 제2 정현파 신호 생성부는 상기 신호 발생기에서 생성된 상기 정현파 여자 신호와 동일한 주파수의 정현파 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 와전류 신호 검사 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 변조부로부터의 와전류 신호를 필터링하고 증폭하는 신호 증폭부를 더 포함하는 와전류 신호 검사 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 정현파 생성부는 사인(Sine)파 또는 코사인파 중 어느 하나의정현파를 생성하는 것을 특징으로 하는 와전류 신호 검사 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 정현파 생성부 또는 상기 제2 정현파 생성부는 1Hz 내지 10MHz의 주파수를 갖는 정현파 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 와전류 신호 검사 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 정현파 생성부 또는 상기 제2 정현파 생성부의 출력단 중 적어도 어느 하나에 출력된 신호를 증폭하는 증폭기를 더 포함하는 와전류 신호 검사 장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 검출부는 리샤주 신호(Lissajous Signal)를 생성하는 것을 특징으로 하는 와전류 신호 검사 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 리샤주 신호를 표시하는 표시부를 더 포함하는 와전류 신호 검사 장치.
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