KR101256501B1 - Emat for improving electromagnetic ultrasonic by using magnetism at edge of magnet - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An electromagnetic ultrasonic sensor which improves electro-magnetic supersonic signals by using the magnetism of a magnet edge is provided to detect defects inside a metal material of high temperature as the electro-magnetic supersonic signals are not attenuated even at a temperature higher than a Curie point, thereby improving ultrasonic signals without an additional power supply. CONSTITUTION: An electromagnetic ultrasonic sensor comprises a magnet unit(2) and a coil unit(3). The magnet unit is arranged separately from a metal material surface in order that a magnetic pole can be faced the metal material surface, thereby generating a magnetic field. The coil unit includes conductive wires of a meander coil form, is interposed between the metal material surface and the magnet unit, and generates a magnetic field by applied pulse signals. [Reference numerals] (AA) Top view;

Description

자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서{EMAT FOR IMPROVING ELECTROMAGNETIC ULTRASONIC BY USING MAGNETISM AT EDGE OF MAGNET}Electromagnetic Ultrasonic Sensor Enhances Electromagnetic Ultrasonic Signal Using Magnet Edge Magnetism {EMAT FOR IMPROVING ELECTROMAGNETIC ULTRASONIC BY USING MAGNETISM AT EDGE OF MAGNET}

본 발명은 전자기 초음파 센서에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 자극의 표면에서 형성되는 자속 세기 보다 자극의 엣지에서 형성되는 자속의 세기가 강한 점을 이용하여, 자극의 엣지를 코일의 중심 상에 위치시켜, 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서에 관한 기술 분야이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetic ultrasonic sensor, and more particularly, to position an edge of a magnetic pole on the center of a coil by using a point where a magnetic flux formed at the edge of the magnetic pole is stronger than the magnetic flux strength formed on the surface of the magnetic pole. The present invention relates to an electromagnetic ultrasonic sensor having an improved electromagnetic ultrasonic signal.

먼저, 도 1은 전자기 초음파 센서의 기본적인 작동 원리를 설명하기 위하여, 자석과 코일의 배치를 개략적으로 도시한 사시도(도 1(a)), 전자기 초음파 센서의 기본적인 작동 원리를 설명하기 위하여, 자석으로부터 발생되는 자기장을 도시하기 위한 측면도(도 1(b))이다.First, FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating the arrangement of a magnet and a coil in order to explain a basic operating principle of an electromagnetic ultrasonic sensor (FIG. 1 (a)), from a magnet to explain a basic operating principle of the electromagnetic ultrasonic sensor. It is a side view (FIG. 1 (b)) for showing the generated magnetic field.

금속 소재 결함 탐지용 전자기 초음파 센서(ElectroMagnetic Acoustic Tr-ansducer, EMAT)는 도 1(a)에 도시된 바와 같이 코일(3)과 영구자석 또는 전자석(2)을 구성요소로 한다. 결함 측정 대상물인 금속 소재(1)와 자석(2) 사이에 코일이 위치되도록 하며, 코일(3)에 시간에 따라 변화하는 펄스 신호를 인가하면 코일(3) 주변에 시간에 따라 변화하는 자기장, 즉 동자기장이 발생하게 된다. 다만, 동자기장 표시는 도면에 도시하지 않았다. 그리고 자석(2)에 의해 금속 소재에 도 1(b)와 같이 자기장(B0)이 발생한다. Electromagnetic ultrasonic sensor (EMAT) for detecting metal defects includes a coil 3 and a permanent magnet or an electromagnet 2 as shown in FIG. The coil is positioned between the metal material 1 and the magnet 2 as the defect measuring object. When a pulse signal that changes with time is applied to the coil 3, a magnetic field that changes with time around the coil 3, That is, a magnetic field is generated. However, the magnetic field display is not shown in the drawing. The magnetic field B0 is generated in the metal material by the magnet 2 as shown in FIG.

도 2는 전자기 초음파 센서의 기본적인 작동 원리를 설명하기 위하여, 코일의 도선에 펄스 신호가 인가되면, 이에 따라 금속 소재에 와전류가 형성되는 것을 설명하기 위한 도면(도 2(a))과, 자석에 의한 자기장 및 와전류에 의한 로렌츠 힘을 설명하기 위한 도면(도 2(b))이다. 2 is a view for explaining the principle of operation of the electromagnetic ultrasonic sensor, when a pulse signal is applied to the conductive wire of the coil, the eddy current is formed according to the metal material (Fig. 2 (a)) and the magnet Fig. 2 (b) is a diagram for explaining the Lorentz force caused by the magnetic field and the eddy current.

도 2(a)에 도시된 바와 같이 코일(3)에 화살표 방향으로 펄스 신호를 인가하면, 동시에 코일(3)의 하부(도 2(a)에 음영처리된 부분)에 전자기 유도 현상으로 인해 와전류(Je)가 발생한다. 와전류는 도면 2(a)와 같이 입력된 펄스 신호의 반대 방향으로 흐른다. When a pulse signal is applied to the coil 3 in the direction of the arrow as shown in Fig. 2 (a), the eddy current is caused by the electromagnetic induction phenomenon at the bottom of the coil 3 (shaded in Fig. 2 (a)). (Je) occurs. The eddy current flows in the opposite direction of the input pulse signal as shown in Fig. 2 (a).

그리고 도 2(b)에 도시된 바와 같이 와전류(Je)와 도 1(b)에 나타내고 있는 자석에 의한 정자기장(B0)이 플래밍의 왼손 법칙에 의해 로렌츠힘(F)을 발생시키게 된다. 로렌츠 힘에 의하여 전자기 초음파 센서는 대상체인 금속 소재(1)에 초음파를 발생시키게 되며, 역 현상을 이용하여 초음파를 측정할 수 있게 된다. As shown in Fig. 2 (b), the eddy current Je and the static magnetic field B0 caused by the magnet shown in Fig. 1 (b) generate the Lorentz force F by the left-hand law of flaming. By the Lorentz force, the electromagnetic ultrasonic sensor generates ultrasonic waves on the metal material 1 as an object, and the ultrasonic waves can be measured using an inverse phenomenon.

상술한 초음파 발생 원리를 이용한 종래 표면파 발생 방법(JP1995-077465)은 영구 자석과 그 아래에 미앤더(Meander) 코일로 구성되어 있으며, 자석의 자극은 금속 소재 표면에 수직한 방향인 y축의 방향으로 향한다. Conventional surface wave generation method (JP1995-077465) using the above-mentioned ultrasonic wave generation principle is composed of a permanent magnet and a meander coil beneath it, the magnetic pole of the magnet in the direction of the y axis, the direction perpendicular to the surface of the metal material Headed.

도 3은 미앤더(Meander) 코일을 사용한 전자기 초음파 센서의 기본적인 개념도(도 3(a))와 표면파가 발생되는 것을 도시한 측면도(도 3(b))이다. 상술한 전자기 초음파 발생 원리를 이용하면, 종래 기술로 발생되는 로렌츠힘은 도 3(a)과 같이 x축의 방향으로 인장과 압축이 주기적으로 반복되는 로렌츠 힘(F)이 발생하게 되며, 이로 인해 x방향으로 금속 소재의 표면을 따라 표면파(Rayleigh wave) 또는 판파(Lamb wave)가 발생하게 된다(도 3(b) 참조). 또한 코일(3)의 도선 간격을 조절하면, 원하는 주파수의 표면파 또는 판파를 발생시킬 수도 있다. 3 is a basic conceptual view (FIG. 3 (a)) of an electromagnetic ultrasonic sensor using a meander coil and a side view (FIG. 3 (b)) showing that surface waves are generated. Using the above-described electromagnetic ultrasonic wave generation principle, the Lorentz force generated by the prior art generates the Lorentz force F, in which tension and compression are periodically repeated in the direction of the x axis, as shown in FIG. In the direction along the surface of the metal material (Rayleigh wave or Lamb wave) is generated (see Fig. 3 (b)). In addition, by adjusting the lead spacing of the coil 3, it is possible to generate surface waves or plate waves of a desired frequency.

상술한 방법은 기존의 전자기방식을 이용하여 표면파를 발생시키는 방법 중 대표적인 것으로 강자성체, 상자성체 모두에 사용 가능한 방법이다. 하지만 고온의 열간 슬라브 대상체, 특히 큐리점 이상의 온도에서는 대상체의 전자기 전도율 값이 급격히 떨어지게 되며, 코일(3)에 의해 발생되는 와전류의 크기가 감소하게 됨으로써 초음파를 발생시키는 로렌츠 힘의 크기가 급격히 감소한다. 결과적으로 표면파를 이용한 결함 검출이 어려운 문제점이 발생하게 된다.The above-described method is a representative method of generating surface waves by using an existing electromagnetic method, and can be used for both ferromagnetic and paramagnetic materials. However, at a high temperature hot slab object, particularly at a temperature above the Curie point, the electromagnetic conductivity of the object drops sharply, and the magnitude of the eddy current generated by the coil 3 decreases, thereby rapidly reducing the size of the Lorentz force generating ultrasonic waves. . As a result, it is difficult to detect defects using surface waves.

도 4는 자극에 형성되는 자속의 패턴과 밀도를 도시한 도면과, 자극의 중심 및 엣지에 형성되는 자속 세기를 도시한 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자석(2)의 중심부에 발생되는 자속의 세기보다 자석(2)의 엣지(측면 경계)에서 강한 자기장이 형성됨을 확인할 수 있다. 도 4는 x축의 자속 세기(Bx)와 y축의 자속 세기(By)의 값을 합산([Bx^2 + By^2]^2)한 결과이다. 4 is a graph showing the pattern and the density of the magnetic flux formed in the magnetic pole, and a graph showing the magnetic flux intensity formed in the center and the edge of the magnetic pole. As shown in FIG. 4, it can be seen that a stronger magnetic field is formed at the edge (side boundary) of the magnet 2 than the intensity of the magnetic flux generated at the center of the magnet 2. 4 is a result of summing ([Bx ^ 2 + By ^ 2] ^ 2) the values of the magnetic flux intensity Bx on the x-axis and the magnetic flux intensity By on the y-axis.

도 5는 도 4의 합산된 자속 세기 그래프를 x축과 y축으로 나누어 도시한 그래프이다. 도 5(b)를 통해 By 자속의 최대값 보다 도 5(a)에 대한 Bx의 양쪽 엣지의 세기가 약 2배 이상임을 확인할 수 있다.  5 is a graph illustrating the sum of the magnetic flux intensity graphs of FIG. 4 divided into x and y axes. It can be seen from FIG. 5 (b) that the intensity of both edges of Bx for FIG. 5 (a) is more than twice the maximum value of the By magnetic flux.

도 6은 전자기 초음파 센서로 인하여 자속이 금속 소재에서 y축 방향의 자속(By) 뿐만 아니라 x축 방향의 자속(Bx)도 발생되는 것을 도시한 측면도이다. 종래의 표면파를 발생시키는 방법은 도 3과 같이 구성하여 표면파를 발생시키는 주요 힘을 도 6(a)와 같이 금속 소재(1)에 수직한 방향의 자속인 By와 와전류의 조합에 의해 발생되는 x축의 방향의 발생힘 Fx라는 전제로 접근한 방법이다. FIG. 6 is a side view illustrating that magnetic flux is generated not only by the magnetic flux By in the y-axis direction but also by the magnetic flux Bx in the x-axis direction due to the electromagnetic ultrasonic sensor. The conventional method for generating a surface wave is configured as shown in FIG. 3 and the main force for generating the surface wave is generated by the combination of By and eddy current, which are magnetic fluxes in a direction perpendicular to the metal material 1, as shown in FIG. This approach is based on the assumption that the generated force Fx in the direction of the axis.

그러나 영구자석에 의해 발생되는 자속은 도 6(b)와 같이 금속 소재(1) 표면에 평행한 Bx성분도 동시에 존재하게 되며 이것이 와전류와의 조합에 의해 y축의 방향의 힘 Fy가 동시에 존재하게 된다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, x방향 자속 Bx의 세기가 y축의 자속 By의 값보다 큰 값을 갖는다.
However, as shown in FIG. 6 (b), the magnetic flux generated by the permanent magnets also has a Bx component parallel to the surface of the metal material 1, which simultaneously causes the force Fy in the y-axis direction by combining with the eddy current. 4 to 6, the intensity of the magnetic flux Bx in the x direction has a value greater than the value of the magnetic flux By on the y-axis.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서는 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다음과 같은 해결과제를 가진다.The electromagnetic ultrasonic sensor, which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnet of the magnet edge according to the present invention, has been devised to solve the conventional problems as described above, and has the following problems.

첫째, 큐리점 이상을 가지는 고온의 금속 소재에서도 전자기 초음파 신호가 감쇄되지 않는 전자기 초음파 센서를 제공하고자 한다.First, to provide an electromagnetic ultrasonic sensor that does not attenuate the electromagnetic ultrasonic signal even in a high temperature metal material having a Curie point or more.

둘째, 자력이 강한 자석으로 자석을 교체하지 않고도, 큐리점 이상에서 전자기 초음파 신호가 감쇄되지 않는 전자기 초음파 센서를 제공하고자 한다.Second, an electromagnetic ultrasonic sensor that does not attenuate electromagnetic ultrasonic signals above the Curie point without replacing the magnet with a strong magnetic magnet.

셋째, 코일에 제공되는 펄스 신호의 세기를 조절하지 않고도 큐리점 이상에서 전자기 초음파 신호가 감쇄되지 않는 전자기 초음파 센서를 제공하고자 한다.Third, an electromagnetic ultrasonic sensor that does not attenuate an electromagnetic ultrasonic signal above a Curie point without adjusting the intensity of a pulse signal provided to a coil.

넷째, 자극의 엣지에 형성되는 강한 자기장을 이용하여, 전자기 초음파 신호를 향상시키고자 한다.Fourth, by using a strong magnetic field formed at the edge of the stimulus, to improve the electromagnetic ultrasonic signal.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서는 상기의 해결하고자 하는 과제를 위하여 다음과 같은 과제 해결 수단을 가진다.The electromagnetic ultrasonic sensor, which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention, has the following problem solving means for the above-mentioned problem.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서는 금속 소재의 결함 탐지를 위하여 전자기 초음파 신호를 발생시키는 전자기 초음파 센서로서, 금속 소재의 표면으로 자극이 향하도록 금속 소재의 표면과 이격되어 위치하여, 자기장을 발생시키는 자석부; 및 미앤더(meander) 코일 형태의 도선을 가지며, 금속 소재의 표면과 자석부가 이격된 공간에 위치하여, 펄스 신호가 인가되어 자기장을 발생시키는 코일부를 포함하되, 자석부는 자극의 엣지(edge)가 코일부 상에 위치되는 것을 특징으로 한다.The electromagnetic ultrasonic sensor, which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention, is an electromagnetic ultrasonic sensor which generates an electromagnetic ultrasonic signal for detecting a defect of the metal material, and the metal material is directed toward the surface of the metal material. A magnet part positioned to be spaced apart from a surface of the to generate a magnetic field; And a coil part having a meander coil-shaped wire and positioned in a space separated from the surface of the metal material and the magnet part to generate a magnetic field by applying a pulse signal, wherein the magnet part is an edge of the magnetic pole. Is located on the coil portion.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 자석부는 자극의 엣지(edge)가 코일부의 중심 상에 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.The magnet part of the electromagnetic ultrasonic sensor which improves the electromagnetic ultrasound signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention may be characterized in that the edge of the magnetic pole is positioned on the center of the coil part.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 자석부는 자극의 평단면이 사각으로 이루어지며, 자석부의 평단면의 하나의 엣지가 코일부의 도선과 평행하게, 코일부 상에 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.The magnet section of the electromagnetic ultrasonic sensor, which improves the electromagnetic ultrasound signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention, has a flat cross section of the magnetic pole, and one edge of the flat cross section of the magnet is parallel to the lead of the coil section. It may be characterized in that it is located on the coil portion.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 자석부는 적어도 두 개 이상의 자석으로 이루어지되, 각 자석의 자극의 엣지가 코일부 상에 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.The magnet part of the electromagnetic ultrasonic sensor which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention may be formed of at least two magnets, and an edge of the magnetic pole of each magnet may be positioned on the coil part. have.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 자석부는 두 개의 자석으로 이루어지되, 제 1 자석은 N극이 코일부를 향하되, N극의 엣지가 코일부의 중심 상에 위치하도록 코일부의 절반 상에 위치하며, 제 2 자석은 S극이 코일부를 향하되, S극의 엣지가 코일부의 중심 상에 위치하도록 코일부의 절반(제 1 자석의 N극에 의해 덮이지 않은 코일부의 절반을 말한다) 상에 위치되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
The magnet part of the electromagnetic ultrasonic sensor, which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention, is composed of two magnets. The second magnet is positioned on the half of the coil portion so as to be positioned on the center of the second magnet. The second magnet has the S pole facing the coil portion and the edge of the S pole is positioned on the center of the coil portion. And half of the coil portion not covered by the N pole).

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서는 다음과 같은 효과를 가진다.The electromagnetic ultrasonic sensor which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention having the above configuration has the following effects.

첫째, 큐리점 이상의 고온에서도 전자기 초음파 신호가 감쇄되지 않는바, 고온의 금속 소재 내부의 결함 탐지에도 활용 가능한 효과를 제공한다.First, the electromagnetic ultrasonic signal is not attenuated even at a high temperature above the Curie point, thereby providing an effect that can be utilized for defect detection inside a high temperature metal material.

둘째, 기존의 자석을 그대로 이용하는바, 강한 자력을 가진 자석의 구입 및 교체에 따른 비용이 절감되는 효과를 제공한다.Second, using the existing magnet as it is, it provides the effect of reducing the cost of purchasing and replacing the magnet with a strong magnetic force.

셋째, 코일에 인가되는 펄스 신호의 크기를 조절하지 않아도 되는바, 초음파 신호 향상을 위하여 전력을 추가로 공급하지 않아도 되는 효과를 제공한다.Third, it is not necessary to adjust the size of the pulse signal applied to the coil, it provides an effect that does not need to supply additional power to improve the ultrasonic signal.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 전자기 초음파 센서의 기본적인 작동 원리를 설명하기 위하여, 자석과 코일의 배치를 개략적으로 도시한 사시도(도 1(a)), 전자기 초음파 센서의 기본적인 작동 원리를 설명하기 위하여, 자석으로부터 발생되는 자기장을 도시하기 위한 측면도(도 1(b))이다.
도 2는 전자기 초음파 센서의 기본적인 작동 원리를 설명하기 위하여, 코일의 도선에 펄스 신호가 인가되면, 이에 따라 금속 소재에 와전류가 형성되는 것을 설명하기 위한 도면(도 2(a))과, 자석에 의한 자기장 및 와전류에 의한 로렌츠 힘을 설명하기 위한 도면(도 2(b))이다.
도 3은 미앤더(Meander) 코일을 사용한 전자기 초음파 센서의 기본적인 개념도(도 3(a))와 표면파가 발생되는 것을 도시한 측면도(도 3(b))이다.
도 4는 자극에 형성되는 자속의 패턴과 밀도를 도시한 도면과, 자극의 중심 및 엣지에 형성되는 자속 세기를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 4의 합산된 자속 세기 그래프를 x축과 y축으로 나누어 도시한 그래프이다.
도 6은 전자기 초음파 센서로 인하여 자속이 금속 소재에서 y축 방향의 자속(By) 뿐만 아니라 x축 방향의 자속(Bx)도 발생되는 것을 도시한 측면도이다.
도 7은 자극의 엣지가 코일의 중심 상에 위치한 것을 도시한 측면도 및 평면도이다.
도 8은 자극의 엣지가 코일의 중심상에 위치한 경우 발생된 표면파(붉은색)와 자극의 엣지가 코일의 중심에 위치하지 않은 경우 발생된 표면파(푸른색)를 도시한 도면이다.
도 9는 자극의 엣지가 코일의 중심에 위치하지 않은 경우 발생된 표면파(푸른색)와 자극의 엣지가 코일의 중심에서 위치하되, 엣지가 코일 도선과 수직하는 경우 발생된 표면파(빨간색)를 도시한 도면이다.
도 10a는 두 개의 자석을 이용하여, 서로 다른 두 개의 자극으로 인한 두 개의 엣지가 코일의 중심에 위치하도록 구성한 전자기 초음파 센서의 측면도이다.
도 10b는 하나의 자석을 이용하여 자극의 엣지가 코일의 중심에 위치한 경우 발생된 표면파(붉은색, 푸른색)와 두 개의 자석을 이용하여, 서로 다른 두 개의 자극으로 인한 두 개의 엣지가 코일의 중심에 위치하도록 구성한 전자기 초음파 센서에 의한 표면파(자주색)를 도시한 도면이다.1 is a perspective view schematically illustrating the arrangement of a magnet and a coil in order to explain a basic operating principle of an electromagnetic ultrasonic sensor (FIG. 1 (a)). It is a side view (FIG. 1 (b)) for showing a magnetic field.
2 is a view for explaining the principle of operation of the electromagnetic ultrasonic sensor, when a pulse signal is applied to the conductive wire of the coil, the eddy current is formed according to the metal material (Fig. 2 (a)) and the magnet Fig. 2 (b) is a diagram for explaining the Lorentz force caused by the magnetic field and the eddy current.
3 is a basic conceptual view (FIG. 3 (a)) of an electromagnetic ultrasonic sensor using a meander coil and a side view (FIG. 3 (b)) showing that surface waves are generated.
4 is a graph showing the pattern and the density of the magnetic flux formed in the magnetic pole, and a graph showing the magnetic flux intensity formed in the center and the edge of the magnetic pole.
5 is a graph illustrating the sum of the magnetic flux intensity graphs of FIG. 4 divided into x and y axes.
FIG. 6 is a side view illustrating that magnetic flux is generated not only by the magnetic flux By in the y-axis direction but also by the magnetic flux Bx in the x-axis direction due to the electromagnetic ultrasonic sensor.
7 is a side view and a plan view showing the edge of the pole is located on the center of the coil;
FIG. 8 illustrates surface waves (red) generated when the edge of the pole is located on the center of the coil and surface waves (blue) generated when the edge of the pole is not located on the center of the coil.
9 shows surface waves (blue) generated when the edge of the pole is not located at the center of the coil and surface waves (red) generated when the edge of the pole is located at the center of the coil, but is perpendicular to the coil lead. One drawing.
FIG. 10A is a side view of an electromagnetic ultrasonic sensor configured using two magnets such that two edges due to two different magnetic poles are positioned at the center of the coil.
FIG. 10B illustrates the surface wave (red, blue) generated when the edge of the magnetic pole is located at the center of the coil using one magnet and two edges due to two different magnetic poles, using two magnets. It is a figure which shows the surface wave (purple) by the electromagnetic ultrasonic sensor comprised so that it may be located in the center.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It is to be understood that the present invention means that there is a part or a combination thereof, and does not exclude the presence or addition possibility of one or more other features or numbers, step operation components, parts or combinations thereof.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the drawings, it will be described in detail the electromagnetic ultrasonic sensor to improve the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnet of the magnet edge according to the present invention.

도 7은 자극의 엣지가 코일의 중심 상에 위치한 것을 도시한 측면도 및 평면도이다. 도 8은 자극의 엣지가 코일의 중심상에 위치한 경우 발생된 표면파(붉은색)와 자극의 엣지가 코일의 중심에 위치하지 않은 경우 발생된 표면파(푸른색)를 도시한 도면이다. 도 9는 자극의 엣지가 코일의 중심에 위치하지 않은 경우 발생된 표면파(푸른색)와 자극의 엣지가 코일의 중심에서 위치하되, 엣지가 코일 도선과 수직하는 경우 발생된 표면파(빨간색)를 도시한 도면이다. 도 10a는 두 개의 자석을 이용하여, 서로 다른 두 개의 자극으로 인한 두 개의 엣지가 코일의 중심에 위치하도록 구성한 전자기 초음파 센서의 측면도이다. 도 10b는 하나의 자석을 이용하여 자극의 엣지가 코일의 중심에 위치한 경우 발생된 표면파(붉은색, 푸른색)와 두 개의 자석을 이용하여, 서로 다른 두 개의 자극으로 인한 두 개의 엣지가 코일의 중심에 위치하도록 구성한 전자기 초음파 센서에 의한 표면파(자주색)를 도시한 도면이다.7 is a side view and a plan view showing the edge of the pole is located on the center of the coil; FIG. 8 illustrates surface waves (red) generated when the edge of the pole is located on the center of the coil and surface waves (blue) generated when the edge of the pole is not located on the center of the coil. 9 shows surface waves (blue) generated when the edge of the pole is not located at the center of the coil and surface waves (red) generated when the edge of the pole is located at the center of the coil, but is perpendicular to the coil lead. One drawing. FIG. 10A is a side view of an electromagnetic ultrasonic sensor configured using two magnets such that two edges due to two different magnetic poles are positioned at the center of the coil. FIG. 10B illustrates the surface wave (red, blue) generated when the edge of the magnetic pole is located at the center of the coil using one magnet and two edges due to two different magnetic poles, using two magnets. It is a figure which shows the surface wave (purple) by the electromagnetic ultrasonic sensor comprised so that it may be located in the center.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서는 자석부(2); 및 코일부(3)를 포함한다.The electromagnetic ultrasonic sensor which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention comprises: a magnet part 2; And a coil unit 3.

자석부(2)는 금속 소재(1)의 표면으로 자극이 향하도록 하며, 금속 소재(1)의 표면과 이격되어 위치하여, 자기장을 발생시키는 구성요소이다. The magnet part 2 is a component that directs the magnetic pole toward the surface of the metal material 1 and is spaced apart from the surface of the metal material 1 to generate a magnetic field.

다만, 자석부(2)는 자극의 엣지(edge)가 후술할 코일부(3) 상에 위치되도록 한다.However, the magnet part 2 allows the edge of the magnetic pole to be positioned on the coil part 3 to be described later.

자석부(2)는 전자석 또는 영구자석 어떠한 형태로든 무방하며, 자석의 종류를 제한하지 않는다. The magnet part 2 may have any form of electromagnet or permanent magnet, and does not limit the type of magnet.

또한, 금속 소재(1)는 자석부(2)와 코일부(3)의 작용에 의하여 표면파를 발생시킬 수 있는 소재이면 족하다. The metal material 1 may be a material capable of generating surface waves by the action of the magnet part 2 and the coil part 3.

코일부(3)는 미앤더(meander) 코일 형태의 도선을 가진다. 그리고 금속 소재(1)의 표면과 평행하게 위치하며, 코일부(3)는 금속 소재(1)의 표면과 자석부(2)가 이격된 공간에 위치한다. 그리고 코일부(3)에는 펄스 신호가 인가되어 자기장을 발생시킨다.The coil unit 3 has a conductor in the form of a meander coil. And the parallel to the surface of the metal material 1, the coil portion 3 is located in a space spaced apart from the surface of the metal material 1 and the magnet portion (2). In addition, a pulse signal is applied to the coil unit 3 to generate a magnetic field.

도 7에 도시된 바와 같이, 자석부(2)의 엣지는 미앤더 코일부(3) 상에 위치하도록 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자석(2)의 중심부에 발생되는 자속의 세기보다 자석(2)의 엣지(측면 경계)에서 강한 자기장이 형성됨을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 7, the edge of the magnet part 2 is positioned on the meander coil part 3. As shown in FIG. 4, it can be seen that a stronger magnetic field is formed at the edge (side boundary) of the magnet 2 than the intensity of the magnetic flux generated at the center of the magnet 2.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 자석부(2)는 자극의 엣지(edge)가 코일부(3)의 중심 상에 위치되도록 할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 엣지가 코일부(3)의 정 중앙의 위에 위치하도록 위치시킬 수 있다. The magnet part 2 of the electromagnetic ultrasonic sensor which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention may allow the edge of the magnetic pole to be positioned on the center of the coil part 3. That is, as shown in FIG. 7, the edge may be positioned above the center of the coil part 3.

이 경우, 자석부(2)가 코일부(3)와 정확히 마주보게 하여, 자극의 엣지가 코일부(3)의 테두리 상에 위치하도록 하여 구현한 전자기 초음파 센서보다 표면파의 세기가 강해진다.In this case, the strength of the surface wave becomes stronger than that of the electromagnetic ultrasonic sensor, which is realized by having the magnet part 2 directly face the coil part 3 so that the edge of the magnetic pole is located on the edge of the coil part 3.

도 8에 도시된 바와 같이, 자극의 엣지(edge)가 코일부(3)의 중심 상에 위치되도록 한 본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 표면파는 붉은색의 그래프이며, 자극의 엣지가 코일부(3)의 테두리 상에 위치하도록 하여 구현한 전자기 초음파 센서보다 표면파는 푸른색으로서 붉은색 그래프의 첨두치가 푸른색 그래프의 첨두치보다 큰 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, the surface wave of the electromagnetic ultrasonic sensor, which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention, in which the edge of the magnetic pole is located on the center of the coil part 3. It is a red graph, and the surface wave is blue than the electromagnetic ultrasonic sensor implemented by placing the edge of the magnetic pole on the edge of the coil part 3, and it can be seen that the peak value of the red graph is larger than the peak value of the blue graph. have.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 자석부(2)는 자극의 평단면이 사각으로 이루어지며, 자석부(2)의 평단면의 하나의 엣지가 코일부(3)의 도선과 평행하게, 코일부(3) 상에 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.The magnet part 2 of the electromagnetic ultrasonic sensor which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention has a flat cross section of the magnetic pole, and one edge of the flat cross section of the magnet part 2 It may be characterized by being located on the coil part 3 in parallel with the conducting wire of the coil part 3.

자극의 평단면이 사각인 경우, 하나의 엣지가 코일부(3)의 도선과 평행하지 않고 수직하도록 코일부(3) 상에 위치되는 경우는 오히려 전자기 초음파 신호가 약해진다. 도 9에 도시된 바와 같이, 평면도(b) 처럼 자극의 엣지가 코일부(3)의 도선과 수직하도록 코일부(3) 상에 위치하면, 전자기 초음파 신호가 붉은색으로써 푸른색의 전자기 초음파 신호(평면도 (a)와 같이, 자극의 엣지가 코일부(3)의 테두리 상에 위치하도록 하여 구현한 전자기 초음파 센서의 초음파)보다 첨두치가 낮음을 알 수 있다.When the flat cross section of the magnetic pole is rectangular, the electromagnetic ultrasonic signal is weakened when one edge is positioned on the coil part 3 so that it is perpendicular to the conductor line of the coil part 3 and not parallel. As shown in FIG. 9, when the edge of the magnetic pole is positioned on the coil part 3 so that the edge of the magnetic pole is perpendicular to the conducting wire of the coil part 3 as shown in the plan view (b), the electromagnetic ultrasound signal is red and the blue electromagnetic ultrasound signal is red. It can be seen that the peak value is lower than the (ultrasound of the electromagnetic ultrasonic sensor implemented by allowing the edge of the magnetic pole to be positioned on the edge of the coil part 3 as shown in plan view (a)).

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 자석부(2)는 적어도 두 개 이상의 자석으로 이루어지되, 각 자석의 자극의 엣지가 상기 코일부(3) 상에 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 복수의 자석의 각각의 엣지를 이용하여, 엣지의 강한 자속을 이용하기 위함이다. 다만, 각 자석의 모든 엣지가 코일부(3) 상에 위치되어야 하는 것은 아니다.The magnet part 2 of the electromagnetic ultrasonic sensor which improves the electromagnetic ultrasound signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention is composed of at least two magnets, and the edge of the magnetic pole of each magnet is on the coil part 3. It may be characterized in that located in. This is to use the strong magnetic flux of the edge by using each edge of the plurality of magnets. However, not all edges of each magnet should be located on the coil part 3.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서의 자석부(2)는 두 개의 자석으로 이루어지되, 제 1 자석은 N극이 코일부를 향하되, N극의 엣지가 코일부의 중심 상에 위치하도록 코일부의 절반 상에 위치하며, 제 2 자석은 S극이 코일부를 향하되, S극의 엣지가 코일부의 중심 상에 위치하도록 코일부의 절반(제 1 자석의 N극에 의해 덮이지 않은 코일부의 절반을 말한다) 상에 위치되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.The magnet part 2 of the electromagnetic ultrasonic sensor which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnet of the magnet edge according to the present invention is composed of two magnets, the first magnet of the N pole toward the coil part, The edge of the coil is positioned on the half of the coil so that the edge is located on the center of the coil. The second magnet has the S pole facing the coil, and the edge of the S pole is positioned on the center of the coil. And a half of the coil portion not covered by the N pole of the first magnet.

도 10a에 도시된 바와 같이, 제 1 자석 및 제 2 자석의 자극을 각각 교차하도록 구성할 수 있다. 도 10b에서는 도시된 바와 같이, 제 1 자석 및 제 2 자석을 동시에 상술한 바와 같이 사용하여 전자기 초음파 신호를 발생시킨 그래프(자주색 실선)는 검은색 점선 즉, 제 1 자석만을 사용하여, 제 1 자석의 엣지가 코일부(3)의 중심 상에 위치하도록 하여 전자기 초음파를 발생시킨 그래프(푸른색 점선)와, 제 2 자석만을 사용하여, 제 2 자석의 엣지가 코일부(3)의 중심 상에 위치하도록 하여 전자기 초음파를 발생시킨 그래프(붉은색 점선)를 각각 구하여 별도로 합산한 초음파 신호와 거의 유사한 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 10A, the magnetic poles of the first magnet and the second magnet may cross each other. In FIG. 10B, as shown in FIG. 10B, a graph (purple solid line) that generates an electromagnetic ultrasonic signal by simultaneously using the first magnet and the second magnet as described above is a black dotted line, that is, the first magnet using only the first magnet. The edge of the second magnet is placed on the center of the coil part 3 by using only the second magnet and a graph of generating electromagnetic ultrasonic waves with the edge of the coil positioned on the center of the coil part 3. It can be seen that the graphs (red dotted lines) each of which generate electromagnetic ultrasonic waves by placing them are almost similar to the separately added ultrasonic signals.

즉, 다수의 자석의 각 엣지를 이용하면 다수의 자석 수 만큼 선형적으로 전자기 초음파 신호가 증가함을 알 수 있다.That is, using each edge of the plurality of magnets, it can be seen that the electromagnetic ultrasonic signal increases linearly by the number of the plurality of magnets.

본 발명에 따른 자석 엣지의 자성을 이용하여 전자기 초음파 신호를 향상시킨 전자기 초음파 센서는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The electromagnetic ultrasonic sensor, which improves the electromagnetic ultrasonic signal by using the magnetism of the magnet edge according to the present invention, may have various modifications and may have various embodiments. Specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. I will explain. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the technical spirit and scope of the present invention.

본 발명의 권리 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정되며, 특허 청구범위에 사용된 괄호는 선택적 한정을 위해 기재된 것이 아니라, 명확한 구성요소를 위해 사용되었으며, 괄호 내의 기재도 필수적 구성요소로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims, and the parentheses used in the claims are not for the purpose of selective limitation, but rather for the sake of clarity. Should be.

1: 금속 소재
2: 자석부
3: 코일부1: metal material
2: magnet
3: coil part

Claims (5)

금속 소재의 결함 탐지를 위하여 전자기 초음파 신호를 발생시키는 전자기 초음파 센서에 있어서,
상기 금속 소재의 표면으로 자극이 향하도록 상기 금속 소재의 표면과 이격되어 위치하여, 자기장을 발생시키는 자석부; 및
미앤더(meander) 코일 형태의 도선을 가지며, 상기 금속 소재의 표면과 상기 자석부가 이격된 공간에 위치하여, 펄스 신호가 인가되어 자기장을 발생시키는 코일부를 포함하되,
상기 자석부는,
상기 자극의 엣지(edge)가 상기 코일부 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 전자기 초음파 센서.
In the electromagnetic ultrasonic sensor for generating an electromagnetic ultrasonic signal for detecting a defect of a metal material,
A magnet part positioned to be spaced apart from the surface of the metal material such that a magnetic pole is directed toward the surface of the metal material to generate a magnetic field; And
A coil part having a meander coil-shaped wire and positioned in a space separated from the surface of the metal material and the magnet part, and including a coil part to generate a magnetic field by applying a pulse signal,
The magnet unit,
And an edge of said magnetic pole is located on said coil portion.
제1항에 있어서, 상기 자석부는,
상기 자극의 엣지(edge)가 상기 코일부의 중심 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 전자기 초음파 센서.
The method of claim 1, wherein the magnet unit,
And the edge of the magnetic pole is located on the center of the coil part.
제1항에 있어서, 상기 자석부는,
상기 자극의 평단면이 사각으로 이루어지며, 상기 자석부의 평단면의 하나의 엣지가 상기 코일부의 도선과 평행하도록 상기 코일부 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 전자기 초음파 센서.
The method of claim 1, wherein the magnet unit,
And a flat cross section of the magnetic pole is rectangular, and one edge of the flat cross section of the magnet unit is positioned on the coil unit so as to be parallel to the conductive line of the coil unit.
제1항에 있어서,
상기 자석부는 복수 개의 자석들로 이루어지되,
각 자석의 자극 엣지가 상기 코일부 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 전자기 초음파 센서.
The method of claim 1,
The magnet part is composed of a plurality of magnets,
The magnetic pole edge of each magnet is located on the coil portion.
제4항에 있어서,
상기 자석부는 두 개의 자석으로 이루어지되,
제 1 자석은 N극이 상기 코일부를 향하되, 상기 N극의 엣지가 상기 코일부의 중심 상에 위치하도록 상기 코일부의 절반 상에 위치하며, 제 2 자석은 S극이 상기 코일부를 향하되, 상기 S극의 엣지가 상기 코일부의 중심 상에 위치하도록 코일부의 절반(상기 제 1 자석의 N극이 위치하지 않는 코일부의 절반을 말한다) 상에 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는, 전자기 초음파 센서.
5. The method of claim 4,
The magnet part is made of two magnets,
The first magnet is located on the half of the coil part such that the N pole faces the coil part, and the edge of the N pole is located on the center of the coil part, and the second magnet is the S pole. To be located on a half of the coil part (referring to a half of the coil part in which the N pole of the first magnet is not located) such that the edge of the S pole is located on the center of the coil part. Electromagnetic ultrasonic sensor.
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