KR101173760B1 - Detection method of eddy current signal of small amplitude - Google Patents
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Abstract
본 발명은 와전류검사 탐촉자 코일에서 발생하는 미세한 신호를 검출하기 위한 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 차동 탐촉자 코일(1, 2)을 검사대상 시험체인 전도성 시험체(3, 4) 상에 위치시키고, 튜브의 상태에 따라 2개의 코일에 발생할 수 있는 미세한 임피던스차를 브리지회로(7)에 의해 검출하며, 이때 검출된 미세한 신호에 대해 2개의 탐촉자 코일(1, 2)의 차동 신호를 증폭시키고 잡음을 소거하는 차동 연산증폭기 회로(9)에 의해 1차 증폭과 더불어 잡음 소거를 행하며, 차동 연산증폭기 출력신호를 2차 증폭기 회로(10)에서 잡음대 신호비가 우수한 신호로 증폭하고, 이렇게 증폭된 신호를 복조회로(11)에서 위상분리에 의해 저항성분(실수부)과 리액턴스 성분(허수부)으로 분리하여 데이터 디스플레이 컴퓨터(12)의 모니터에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 미세 와전류검사 신호 검출방법이 제공된다.
이에 따라, 본 발명은 복조 및 증폭회로를 이용하여 차동 와전류검사 탐촉자 코일에서 발생할 수 있는 미세한 임피던스변화를 검출할 수 있다.The present invention discloses a method for detecting a minute signal generated in an eddy current test transducer coil. According to the present invention, the differential transducer coils (1, 2) are placed on the conductive test bodies (3, 4), which are the test object to be inspected, and the bridge circuit (7) provides a fine impedance difference that can occur in the two coils depending on the state of the tube. And a first amplification and noise cancellation are performed by a differential operational amplifier circuit 9 which amplifies the differential signals of the two transducer coils 1 and 2 and cancels the noise on the detected minute signal. And amplifying the differential operational amplifier output signal into a signal having excellent noise to signal ratio in the secondary amplifier circuit 10, and amplifying the resistance component (real part) and reactance component by phase separation in the demodulation circuit 11. A micro eddy current inspection signal detection method is provided, which is separated into an (imaginary part) and displayed on a monitor of a data display computer 12.
Accordingly, the present invention can detect the minute impedance change that may occur in the differential eddy current test probe coil using a demodulation and amplification circuit.
Description
본 발명은 전도성 시험체의 전기 및 물리적 특성, 결함, 치수변화 등에 의해 발생할 수 있는 미세 와전류 신호를 검출하기 위한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차동 와전류검사 탐촉자를 이루는 2개의 코일과 평형저항으로 구성된 브리지회로와, 1, 2차 연산증폭기 회로 및, 복조회로를 이용함으로써, 전도성 시험체의 전기 및 물리적 특성, 결함, 치수변화 등에 의해 발생할 수 있는 미세 와전류 신호를 검출하기 위한 미세 와전류 신호 검출방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for detecting a micro eddy current signal that may occur due to electrical and physical properties, defects, dimensional changes, and the like of a conductive specimen, and more particularly, comprising two coils and an equilibrium resistance forming a differential eddy current test probe. By using a bridge circuit, a primary and secondary operational amplifier circuit, and a demodulation circuit, a method for detecting a micro eddy current signal for detecting a micro eddy current signal that may occur due to electrical and physical characteristics, defects, and dimensional changes of a conductive test specimen. It is about.
전도성 재질의 전기 및 물리적 특성, 결함, 치수변화 등의 측정을 위한 비파괴검사 기술로서 와전류검사 기술이 널리 이용되고 있다.Eddy current inspection is widely used as a non-destructive testing technique for measuring electrical and physical properties, defects, and dimensional changes of conductive materials.
이러한 와전류검사 기술에 있어서, 와전류검사 탐촉자 코일에는 가해지는 교류에 의해 교류 주파수와 동일한 주기로 교번자장이 생성된다. 탐촉자 코일을 시험체 상에 접근시키면 교번자장에 의해 전자기적으로 전류가 유도되고, 또 이 전류에 의해 1차 여기자장에 반하는 반작용 자장이 발생된다. 시험체 상에 탐촉자 코일을 위치시켜 부하를 거는 효과는, 전체적으로 1차 자기장의 강도를 저하시키게 되고, 그에 따라 탐촉자 코일의 임피던스를 감소시키게 된다. 열화상태를 모르는 시험체 상에 탐촉자 코일을 위치시키면, 임피던스값은 평형상태 또는 기준점으로 된다. 이와 같은 코일 임피던스 변화를 관찰하여 현재의 튜브상태를 비파괴적으로 결정할 수 있게 되는 것이다.In this eddy current inspection technique, an alternating magnetic field is generated at the same period as the alternating frequency by the alternating current applied to the eddy current inspection transducer coil. Approaching the transducer coil onto the test body causes an electric current to be induced electromagnetically by the alternating magnetic field, and generates a reaction magnetic field against the primary excitation field. The effect of placing a load on the test body by placing it on the test body will reduce the strength of the primary magnetic field as a whole, thereby reducing the impedance of the transducer coil. When the transducer coil is placed on a test specimen of unknown deterioration, the impedance value becomes an equilibrium state or reference point. By observing such coil impedance changes, the current tube state can be determined nondestructively.
와전류검사 탐촉자 코일에 감지된 신호는, 일반적으로 그 신호의 진폭이 대개 1mV~10μV의 범위이다. 이러한 진폭은 주변의 일반적인 전기적 신호와 비교하여 매우 작기 때문에, 감지된 신호의 관찰이 가능하도록 그 진폭을 크게 하지 않으면 안된다. 감지된 신호의 진폭을 크게 하기 위해서는, 증폭이 반드시 필요하게 된다. 탐촉자 코일에 감지된 신호의 또 하나의 특성은, 포함된 신호의 주파수범위가 매우 높다는 점이다. 주파수는, 대개의 경우, 직류성분에서부터 수 1000kHz 이상의 매우 높은 대역대에 분포하고 있다. 이러한 신호의 주파수 특성은, 그 신호의 측정을 어렵게 하는 요소 중의 하나이다. 특히, 이 범위의 외부신호 또는 잡음과 혼합되는 경우에는, 더 더욱 신호의 측정이 어렵게 된다. 이러한 특성을 갖는 신호에 있어서는, 미세한 신호를 증폭하는 증폭기나 잡음을 제거하기 위한 필터를 설계에 반영하지 않으면 안된다.The signal sensed by the eddy current probe transducer is typically in the range of 1mV to 10μV in amplitude. Since these amplitudes are very small compared to the surrounding general electrical signals, the amplitudes must be made large so that the sensed signal can be observed. In order to increase the amplitude of the sensed signal, amplification is necessary. Another characteristic of the signal sensed by the transducer coil is that the frequency range of the included signal is very high. In most cases, the frequency is distributed in a very high band from a direct current component to a few thousand kHz or more. The frequency characteristic of such a signal is one of the factors that make it difficult to measure the signal. In particular, when mixed with external signals or noise in this range, signal measurement becomes more difficult. In a signal having such characteristics, an amplifier that amplifies a fine signal and a filter for removing noise must be reflected in the design.
이에 따라, 전도성 재질의 전기 및 물리적 특성, 결함, 치수변화 등에 의해 발생할 수 있는 미세 와전류 신호를 검출하기 위한 방법이 필수적으로 필요하게 된다.
Accordingly, a method for detecting a minute eddy current signal that may occur due to electrical and physical properties, defects, and dimensional changes of the conductive material is necessary.
본 발명은 상기한 바와 같은 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 전도성 시험체의 전기 및 물리적 특성, 결함, 치수변화 등의 상태를 평가하는 것이 가능한 미세한 와전류검사 신호를 검출하기 위한 미세 와전류 신호 검출방법을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fine eddy current signal detection method for detecting a fine eddy current inspection signal capable of evaluating the state of electrical and physical properties, defects, dimensional changes, and the like of a conductive test specimen. The purpose is.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미세 와전류 신호 검출방법은, 차동 와전류검사 탐촉자를 이루는 2개의 코일(1, 2)과 평형저항(5, 6)에 의해 구성된 브리지회로(7)와, 1, 2차 연산증폭기 회로(9, 10) 및, 복조회로(11)를 이용함으로써, 전도성 시험체(3, 4)의 전기 및 물리적 특성, 결함, 치수변화 등에 의해 발생할 수 있는 미세 와전류 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method for detecting a fine eddy current signal according to the present invention includes a bridge circuit (7) composed of two coils (1, 2) and a balance resistor (5, 6) forming a differential eddy current inspection probe; , Eddy current signals that may occur due to electrical and physical characteristics, defects, dimensional changes, etc. of the conductive test specimens 3 and 4 by using the primary and secondary
구체적으로는, 본 발명에 따른 미세 와전류 신호 검출방법은, 차동 와전류검사 탐촉자를 구성하는 임피던스값이 동일한 2개의 탐촉자 코일(1, 2), 브리지회로를 구성하는 평형저항(5, 6), 2개의 탐촉자 코일(1, 2)과 2개의 평형저항(5, 6)에 의해 형성된 브리지회로(7), 2개의 탐촉자 코일에 특정 교류 주파수를 제공하는 파형발생기(8), 2개의 탐촉자 코일의 차동 신호를 증폭시키고 잡음을 소거하는 차동 연산증폭기 회로(9), 차동 연산 증폭기의 출력을 2차로 증폭시키는 2차 연산증폭기 회로(10), 2차 증폭기 출력신호의 위상을 분리하여 실수부와 허수부 성분으로 분리하는 복조회로(11)로 이루어져 검사대상 시험체인 전도성 시험체(3, 4)의 전기 및 물리적 특성, 결함, 치수변화 등에 의해 발생할 수 있는 미세 와전류 신호를 처리하여 데이터 디스플레이 컴퓨터(12)의 모니터에 나타내는 와전류 신호 취득장치에 의해 수행되는 미세 와전류 신호 검출방법이다.Specifically, the method for detecting a fine eddy current signal according to the present invention includes two transducer coils 1 and 2 having the same impedance value constituting the differential eddy current inspection transducer, and the
본 발명의 미세 와전류 신호 검출방법에 있어서는, 상기 차동 탐촉자 코일(1, 2)을 검사대상 시험체인 전도성 시험체(3, 4) 상에 위치시키고, 튜브의 상태에 따라 2개의 코일에 발생할 수 있는 미세한 임피던스차를 브리지회로(7)에 의해 검출하며, 이때 검출된 미세한 신호를 2개의 탐촉자 코일(1, 2)의 차동 신호를 증폭시키고 잡음을 소거하는 차동 연산증폭기 회로(9)에서 1차 증폭함과 더불어 잡음 제거를 행하며, 차동 연산증폭기의 출력신호를 2차 증폭기 회로(10)에서 잡음대 신호비가 우수한 신호로 증폭하고, 이렇게 증폭된 신호를 복조회로(11)에서 위상분리에 의해 저항성분(실수부)과 리액턴스 성분(허수부)으로 분리하여 컴퓨터(12)의 모니터에 디스플레이하도록 되어 있다.
In the method for detecting a fine eddy current signal of the present invention, the differential probe coils 1 and 2 are placed on the conductive test bodies 3 and 4, which are test specimens, and minute coils may be generated in two coils depending on the state of the tube. The impedance difference is detected by the bridge circuit 7, and the detected fine signal is first amplified by the differential operational amplifier circuit 9 which amplifies the differential signals of the two transducer coils 1 and 2 and cancels noise. In addition, noise reduction is performed, and the output signal of the differential operational amplifier is amplified by the
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.In the present invention configured as described above, the following effects can be obtained.
차동 브리지회로(7)에서 얻어진 진폭이 약 1mV~10μV인 미세한 와전류검사 신호는 고주파수 대역의 외부잡음을 포함하고 있다. 이 때문에, 이러한 신호를 관찰하기 위해서는, 증폭과 잡음 제거가 필수적이다. 이에 따라, 차동 브리지회로의 출력신호를 차동 연산증폭기 회로(9)로 입력하여 1, 2차 증폭과 더불어 외부잡음의 제거를 수행하고, 복조회로(11)에 의해 위상을 분리하여 관찰이 가능한 신호로 처리하도록 하고 있다.The fine eddy current test signal having an amplitude of about 1 mV to 10 [mu] V obtained in the differential bridge circuit 7 includes external noise in the high frequency band. For this reason, in order to observe such a signal, amplification and noise removal are essential. Accordingly, the output signal of the differential bridge circuit is input to the differential operational amplifier circuit 9 to perform the first and second amplification, and to remove external noise, and to separate and observe the phase by the demodulation circuit 11. I am processing it as a signal.
결론적으로, 본 발명에 의하면, 상기한 바와 같이 브리지회로(7)에서 발생한 미세한 와전류검사 신호를 연산증폭기 회로(9, 10)에서 증폭함과 더불어 잡음을 제거하고, 복조회로(11)에서 위상을 분리함으로써, 관찰이 가능한 고품질의 신호를 검출할 수 있게 된다.
In conclusion, according to the present invention, as described above, the
도 1은 본 발명에 따른 미세 와전류 신호 검출방법을 수행하는 미세 와전류 신호 취득장치를 나타낸 블록다이아그램이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 와전류 신호 검출방법을 수행하는 미세 와전류 신호 취득장치의 개략 구성도이다.1 is a block diagram showing a fine eddy current signal acquisition device for performing the fine eddy current signal detection method according to the present invention.
2 is a schematic configuration diagram of a device for obtaining a fine eddy current signal performing the method for detecting a fine eddy current signal according to the present invention.
이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 미세 와전류 신호 검출방법을 수행하는 미세 와전류 신호 취득장치를 나타낸 블록다이아그램이고, 도 2는 본 발명에 따른 미세 와전류 신호 검출방법을 수행하는 미세 와전류 신호 취득장치의 개략 구성도이다.1 is a block diagram showing a fine eddy current signal acquisition apparatus for performing a fine eddy current signal detection method according to the present invention, Figure 2 is a schematic configuration of a fine eddy current signal acquisition apparatus for performing a fine eddy current signal detection method according to the present invention It is also.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 미세 와전류 신호 취득장치는, 차동 와전류검사 탐촉자를 구성하는 임피던스값이 동일한 2개의 탐촉자 코일(1, 2) 및 2개의 평형저항(5, 6)에 의해 형성된 브리지회로(Bridge circuit; 7)와, 2개의 탐촉자 코일에 특정 교류 주파수를 제공하는 파형발생기(Signal generator; 8), 2개의 탐촉자 코일의 차동 신호를 증폭시키고 잡음을 소거하는 차동 연산증폭기 회로(9), 차동 연산 증폭기의 출력을 2차로 증폭시키는 2차 연산증폭기 회로(10), 2차 증폭기 출력신호의 위상을 분리하여 실수부와 허수부 성분으로 분리하는 복조회로(Multiplier/Divider; 11)로 구성되어, 검사대상 시험체인 전도성 시험체(3, 4)의 전기 및 물리적 특성, 결함, 치수변화 등에 의해 발생할 수 있는 미세 와전류 신호를 처리하여 데이터 디스플레이 컴퓨터(12)의 모니터에 나타내도록 되어 있다.As shown in Fig. 1 and Fig. 2, in the fine eddy current signal acquisition device of the present invention, two transducer coils (1, 2) and two balance resistors (5, 6) having the same impedance value constituting the differential eddy current inspection transducer A bridge circuit formed by a circuit, a
상기한 바와 같이 구성된 와전류 신호 취득장치에 의해 수행되는 미세 와전류 신호 검출방법은, 상기 차동 탐촉자 코일(1, 2)을 검사대상 시험체인 전도성 시험체(3, 4) 상에 위치시키고, 튜브의 상태에 따라 2개의 코일에 발생할 수 있는 미세한 임피던스차를 브리지회로(7)에 의해 검출하며, 이때 검출된 미세한 신호에 대해 2개의 탐촉자 코일(1, 2)의 차동 신호를 증폭시키고 잡음을 소거하는 차동 연산증폭기 회로(9)에 의해 1차 증폭과 더불어 잡음 소거를 행하며, 차동 연산증폭기 출력신호를 2차 증폭기 회로(10)에서 잡음대 신호비가 우수한 신호로 증폭하고, 이렇게 증폭된 신호를 복조회로(11)에서 위상분리에 의해 저항성분(실수부)과 리액턴스 성분(허수부)으로 분리하여 데이터 디스플레이 컴퓨터(12)의 모니터에 디스플레이하도록 되어 있다.In the fine eddy current signal detection method performed by the eddy current signal acquisition device configured as described above, the differential probe coils 1 and 2 are placed on the conductive test bodies 3 and 4 which are the test targets, Accordingly, the minute impedance difference that may occur in the two coils is detected by the bridge circuit 7, and the differential operation of amplifying the differential signals of the two transducer coils 1 and 2 with respect to the detected minute signals and canceling the noise. The amplifier circuit 9 performs noise cancellation along with the primary amplification, amplifies the differential operational amplifier output signal into a signal having a good noise to signal ratio in the
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 파형발생기(8)에서 특정 주파수의 교류가 탐촉자 코일(1, 2)에 공급되고, 탐촉자 코일(1, 2)이 위치한 전도성 시험체(3, 4)의 상태에 따라 브리지회로(7)에서 진폭이 약 1mV~10μV범위이고 외부잡음이 혼합된 미세한 와전류 신호가 검출되며, 외부잡음이 포함되어 검출된 미세한 신호 진폭은 차동형 연산증폭 회로(9)에서 1차 증폭됨과 더불어 잡음이 제거되고, 이 신호는 2차 증폭회로(10)에서 잡음대 신호비가 우수한 신호로 증폭되며, 이렇게 증폭된 신호는 복조회로(11)에서 위상분리에 의해 저항성분(실수부)과 리액턴스 성분(허수부)으로 분리되어 데이터 디스플레이 컴퓨터(12)의 모니터에 디스플레이된다.Referring again to FIGS. 1 and 2, in the
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 상기한 바와 같이 브리지회로(7)에서 발생한 미세한 와전류검사 신호를 연산증폭기 회로(9, 10)에서 증폭함과 더불어 잡음을 제거하고, 복조회로(11)에서 위상을 분리함으로써, 관찰이 가능한 고품질의 신호를 검출할 수 있게 된다.
According to the present invention as described above, the amplification of the minute eddy current test signal generated in the bridge circuit (7) in the operational amplifier circuit (9, 10), removes the noise, and in the demodulation circuit (11) By separating the phases, it is possible to detect high quality signals that can be observed.
1 : 탐촉자 코일 1, 2 : 탐촉자 코일 2,
3 : 자성 시험체 1, 4 : 자성 시험체 2,
5 : 평형 저항 1, 6 : 평형 저항 2,
7 : 브리지회로, 8 : 파형발생기,
9 : 1차 차동 연산증폭회로, 10 : 2차 연산증폭회로,
11 : 복조회로, 12 : 데이터 디스플레이 컴퓨터.1: transducer coil 1, 2: transducer coil 2,
3: magnetic specimen 1, 4: magnetic specimen 2,
5: balance resistance 1, 6: balance resistance 2,
7: bridge circuit, 8: waveform generator,
9: primary operational amplifier circuit, 10: secondary operational amplifier circuit,
11: demodulation circuit, 12: data display computer.
Claims (3)
튜브의 상태에 따라 2개의 코일에 발생할 수 있는 미세한 임피던스차를 브리지회로(7)에 의해 검출하며,
이때 검출된 미세한 신호에 대해 2개의 탐촉자 코일(1, 2)의 차동 신호를 증폭시키고 잡음을 소거하는 차동 연산증폭기 회로(9)에 의해 1차 증폭과 더불어 잡음 소거를 행하며,
차동 연산증폭기 출력신호를 2차 증폭기 회로(10)에서 잡음대 신호비가 우수한 신호로 증폭하고,
이렇게 증폭된 신호를 복조회로(11)에서 위상분리에 의해 저항성분과 리액턴스 성분으로 분리하여 데이터 디스플레이 컴퓨터(12)의 모니터에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 와전류 미세신호 검출방법.
The differential transducer coils 1 and 2 are placed on the conductive test bodies 3 and 4, which are the test object under test,
According to the state of the tube, the minute impedance difference that may occur in the two coils is detected by the bridge circuit 7,
At this time, by the differential operational amplifier circuit 9 which amplifies the differential signals of the two transducer coils 1 and 2 with respect to the detected minute signals and cancels noise, noise cancellation is performed in addition to the primary amplification.
Amplifies the differential operational amplifier output signal into a signal having excellent noise to signal ratio in the secondary amplifier circuit 10,
The eddy current microsignal detection method, characterized in that the amplified signal is separated into a resistance component and a reactance component by phase separation in a demodulation circuit (11) and displayed on a monitor of a data display computer (12).
3. The eddy current fine signal detection method according to claim 2, wherein the resistance component constitutes a real part and the reactance component constitutes an imaginary part.
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