KR101328061B1 - Magnetostrictive transducer for omni-directional shear horizontal wave transduction - Google Patents

Magnetostrictive transducer for omni-directional shear horizontal wave transduction Download PDF

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Abstract

본 발명은 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜드듀서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 가지는 원통형 웨이브가이드; 웨이브가이드의 원주면을 따라 부착되는 강자성 재질의 자기변형 패치; 웨이브가이드 내부를 통과하는 동자기장을 형성할 수 있도록 웨이브가이드 상에 감겨진 코일; 및 웨이브가이드의 원주방향으로 정자기장을 형성하는 자석;을 포함하여 이루어짐으로써, 자기변형 현상을 이용하여 접촉하는 구조물의 전방향에 걸쳐 전단수평파의 변환이 이루어질 수 있도록 구현된 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서를 제공한다.The present invention relates to a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion, and more particularly, a cylindrical wave guide having a circular cross section and a contact end in contact with the specimen; Magnetostrictive patches of ferromagnetic material attached along the circumferential surface of the waveguide; A coil wound on the waveguide to form a magnetic field passing through the waveguide; And a magnet which forms a static magnetic field in the circumferential direction of the waveguide. It provides a magnetostrictive transducer.

Description

전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서 {Magnetostrictive transducer for omni-directional shear horizontal wave transduction}Magnetostrictive transducer for omni-directional shear horizontal wave transduction

본 발명은 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기변형 현상을 이용하여 판형 시편의 비파괴검사에 용이하게 사용할 수 있도록 전단수평파의 변환을 수행하는 자기변형 트랜스듀서에 관한 것이다.
The present invention relates to a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave transformation, and more particularly, to a magnetostrictive strain that performs the transformation of shear horizontal wave so that it can be easily used for non-destructive testing of plate-shaped specimens. It is about a transducer.

유도초음파(guided ultrasonic wave)는 시편의 경계를 따라서 전파하는 탄성초음파로서 대개 먼 거리까지 전파가 가능하다. 이러한 원거리 전파특성으로 인해 유도초음파는 최근 다양한 대상의 비파괴평가를 위한 방법으로 많은 주목을 받고 있다. 초음파가 시편 내에서 더 멀리까지 진행할 수 있으므로 넓은 영역을 고속으로 탐상할 수 있을 뿐만 아니라, 검사 부위에 직접 접근이 어려운 때도 원거리에서 탐상이 가능하다는 장점이 있다. 반면, 유도초음파는 시편의 형상에 따라 그 종류와 모드가 다양하고 각 모드의 전파 양상이 복잡하므로 신호의 측정 및 해석이 어렵다. 특히, 사용하고자 하는 유도초음파의 모드와 주파수 대역, 시편의 형상 및 재질에 따라 파의 가진 및 측정을 위한 트랜스듀서, 측정 기기 및 신호 해석 방법이 차이가 날 뿐만 아니라, 진단 대상에 대한 민감도 역시 많은 영향을 받는다. 따라서, 유도초음파를 이용한 검사에서는 검사대상의 특성을 고려하여 이용하고자 하는 모드를 적절히 선택하고 이에 적합한 트랜스듀서를 선정하는 것이 매우 중요하다.Guided ultrasonic waves are elastic ultrasonic waves that propagate along the boundaries of the specimen, which can usually propagate over long distances. Due to such long-distance propagation characteristics, guided ultrasound has recently attracted much attention as a method for nondestructive evaluation of various objects. Ultrasonic waves can travel farther within the specimen, allowing high-speed imaging of large areas, as well as remote sensing even when direct access to the inspection site is difficult. On the other hand, the guided ultrasonic wave is difficult to measure and interpret the signal because its type and mode vary according to the shape of the specimen and the propagation pattern of each mode is complicated. In particular, transducers, measuring instruments, and signal analysis methods for wave excitation and measurement vary according to the mode, frequency band, and shape and material of the ultrasonic wave to be used. get affected. Therefore, it is very important to select an appropriate mode and to select a transducer suitable for the inspection using the guided ultrasound in consideration of the characteristics of the inspection object.

일반적으로 종파(longitudinal wave)와 횡파(shear wave)로 나뉘는 체적초음파(bulk ultrasonic wave)와는 달리 유도초음파는 도파구조물(waveguide structure)의 형상에 따라 다양한 종류와 모드가 존재한다. 판(plate) 시편 또는 구조물의 경우, 매질 변위의 방향에 따라 램파(Lamb wave)와 전단수평파(shear horizontal wave, SH파) 두 종류의 유도초음파가 있고, 각각 무한대의 모드가 존재한다. 도 10은 두께 1 mm인 알루미늄 판에서 각각 램파와 전단수평파의 주파수와 군속도(group velocity) 관계를 보여 준다. 램파의 경우 A1 모드의 단절주파수(cut off frequency) 이하의 주파수 대역에서 A0 모드와 S0모드가 존재한다. 주파수가 증가하면서 점점 더 많은 모드가 나타나기 시작하는데 도 12의 (a)에서 나타나듯이 이들의 분산 곡선은 서로 복잡하게 교차하는 모습을 보인다. 따라서 주파수가 높은 대역에 램파를 이용하는 경우 다수의 모드들이 측정되었을 때 이를 분리해서 모드를 확인하는 것은 매우 까다로운 일이 될 수 있다. 이에 반해, 도 12 (b)에서의 전단수평파는 모드들의 분산 곡선이 서로 교차하지 않으므로 측정신호에서 모드의 분리가 비교적 쉽고 모드 속도가 순차적이므로 상대적으로 모드를 확인하는 작업이 용이하다고 할 수 있다. 또한, 전단수평파의 경우에는 SH1 모드의 단절주파수 이하에서는 오직 SH0 한 모드만이 존재할 수 있으므로 다른 모드의 영향을 배제할 수 있다. 무엇보다도 SH0 모드는 주파수에 따라 속도가 변하지 않는 유일한 비분산파(nondispersive wave)이므로 파가 진행하더라도 파형이 변하지 않는다. 이와 같은 이유들로 인해, 유도초음파 기반 비파괴검사의 경우 전단수평파 특히 SH0 모드를 이용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.Unlike bulk ultrasonic waves, which are generally divided into longitudinal waves and shear waves, there are various types and modes according to the shape of the waveguide structure. In the case of plate specimens or structures, there are two types of guided ultrasonic waves according to the direction of the displacement of the medium, a lamb wave and a shear horizontal wave (SH wave), each having an infinite mode. FIG. 10 shows the relationship between the frequency and group velocity of the lamb wave and the shear horizontal wave in the aluminum plate having a thickness of 1 mm, respectively. In the case of lamb wave, A0 mode and S0 mode exist in a frequency band below the cut off frequency of A1 mode. As the frequency increases, more and more modes begin to appear, and as shown in FIG. 12 (a), their dispersion curves cross each other in a complicated manner. Therefore, when using a lamb wave in a high frequency band, it may be very difficult to isolate the mode when multiple modes are measured. On the contrary, in the shear horizontal wave of FIG. 12 (b), since the dispersion curves of the modes do not cross each other, the mode is easy to be separated from the measurement signal and the mode speed is sequential, so that the operation of identifying the mode is relatively easy. In addition, in the case of shear horizontal waves, only one mode SH0 may exist below the disconnection frequency of the mode SH1, so that the influence of other modes may be excluded. Best of all, the SH0 mode is the only nondispersive wave whose speed does not change with frequency, so the waveform does not change as the wave travels. For these reasons, it can be said that it is preferable to use the shear horizontal wave, especially SH0 mode, for the induced ultrasound-based nondestructive testing.

한편, 판에서 전단수평파를 가진 측정하기 위한 방법으로는 쐐기(wedge)를 이용한 압전 트랜스듀서(piezoelectric transducer), 전자기음향트랜스듀서(EMAT; electromagnetic acoustic transducer), 자기변형 트랜스듀서(magnetostrictive transducer) 등이 이용된다.On the other hand, a method for measuring shear shear waves in the plate is a piezoelectric transducer (wedge) using a wedge (electromagnetic transducer), electromagnetic acoustic transducer (EMAT), magnetostrictive transducer (magnetostrictive transducer), etc. This is used.

이 중 자기변형 트랜스듀서는 강자성(ferromagnetic) 물질이 자기장에 의해 변형하는 현상인 자기변형(magnetostriction)의 원리를 이용한 것으로 판에서 전단수평파 및 배관이나 축에서 비틀림파를 가진 및 측정하는데 매우 효율적이다.Among these, the magnetostrictive transducer uses the principle of magnetostriction, a phenomenon in which ferromagnetic materials are deformed by magnetic fields, and are very efficient for measuring and measuring shear horizontal waves in plates and torsional waves in pipes or axes. .

자기 변형(magnetostriction)이란, 자기장과 역학적 변형 사이의 연성 현상으로서, 철, 니켈, 코발트를 비롯한 강자성 물질(ferromagnetic material)에서 주로 발생한다.Magnetic deformation (magnetostriction) is a ductility phenomenon between magnetic field and mechanical deformation, and occurs mainly in ferromagnetic materials including iron, nickel and cobalt.

이와 관련하여, 본 발명의 출원인은 종래에 한국등록특허 제10-1052800호에서 개시하고 있는 내용을 등록받은 바 있다. 도 13에서 도시된 것처럼 강자성 물질로 이루어진 강자성 박판(110)의 자기변형을 이용하되, 자석(120)에 의한 바이어스 자기장 방향과 코일(130)의 자기장 방향을 적절히 배치함으로써 전단수평파를 발생시킬 수 있는 자기변형 트랜스듀서를 출원한 바 있다. In this regard, the applicant of the present invention has been previously registered in the contents disclosed in Korea Patent Registration No. 10-1052800. Using the magnetostriction of the ferromagnetic thin plate 110 made of a ferromagnetic material, as shown in FIG. 13, shear horizontal waves can be generated by properly placing the bias magnetic field direction by the magnet 120 and the magnetic field direction of the coil 130. Has applied for a magnetostrictive transducer.

그러나, 도 13의 자기변형 트랜스듀서는 설정된 방향(화살표로 표시)에 대한 전단수평파만을 발생시키는 데 그치므로, 시편의 비파괴 검사와 같이 측정에 사용하기 위해서 종래에는 적어도 3 ~ 10개, 많게는 20개 이상의 트랜스듀서를 측정하고자 하는 시편에 설치하고, 이들로부터의 수집되는 신호를 분석해서 결함을 검출하여야 하는 문제점이 존재하였다.
However, since the magnetostrictive transducer of FIG. 13 only generates shear horizontal waves in the set direction (indicated by the arrow), at least three to ten, as many as 20, are used for measurement such as non-destructive testing of specimens. There was a problem in that more than one transducer was installed on a specimen to be measured and defects were detected by analyzing signals collected from them.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 자기변형 트랜스듀서에 있어서, 접촉하는 시편의 전방향에 걸쳐 전단수평파의 변환이 이루어질 수 있도록 구현된 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서를 제공하고자 한다.
The present invention has been made to solve the above problems, in the present invention, in the magnetostrictive transducer, the forward shear horizontal wave conversion implemented so that the shear horizontal wave can be transformed over the entire direction of the contacting specimen To provide a magnetostrictive transducer for the purpose.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예로서, 원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 가지는 원통형 웨이브가이드; 상기 웨이브가이드의 원주면을 따라 부착되는 강자성 재질의 자기변형 패치; 상기 웨이브가이드 내부를 통과하는 동자기장을 형성할 수 있도록 상기 웨이브가이드 상에 감겨진 코일; 및 상기 웨이브가이드의 원주방향으로 정자기장을 형성하는 자석;을 포함하여 이루어지는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서를 제공한다. As an embodiment of the present invention for achieving the above object, a cylindrical wave guide having a circular cross section and a contact end in contact with the specimen; A magnetostrictive patch of ferromagnetic material attached along the circumferential surface of the waveguide; A coil wound on the wave guide to form a magnetic field passing through the wave guide; And a magnet forming a static magnetic field in the circumferential direction of the waveguide.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예로서, 강자성 재질로 이루어지고 원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 가지는 원통형 자기변형 패치; 상기 자기변형 패치 내부를 통과하는 동자기장을 형성할 수 있도록 상기 자기변형 패치 상에 감겨진 코일; 및 상기 자기변형 패치의 원주방향으로 정자기장을 형성하는 자석;을 포함하여 이루어지는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서를 제공한다.
As another embodiment of the present invention for achieving the above object, a cylindrical magnetostrictive patch made of a ferromagnetic material having a circular cross section and a contact end in contact with the specimen; A coil wound on the magnetostrictive patch to form a magnetic field passing through the magnetostrictive patch; And a magnet forming a static magnetic field in a circumferential direction of the magnetostrictive patch.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서는 웨이브가이드의 원주방향으로 형성되는 정자기장(static magnetic field) 및 웨이브가이드 내부를 통과하는 동자기장(dynamic magnetic field)에 의하여 웨이브가이드의 비틀림 진동(torsional vibration)을 형성함으로써 접촉된 시편의 전방향에 걸쳐 전단수평파를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave transformation according to the present invention has a static magnetic field formed in the circumferential direction of the wave guide and a dynamic magnetic field passing through the inside of the wave guide. By forming a torsional vibration of the waveguide has the effect of generating a shear horizontal wave over the entire direction of the contacted specimen.

또한, 본 발명에서는 측정하고자 하는 시편의 전방향에 걸쳐 전단수평파가 발생되므로, 적은 수의 센서로도 다양한 지점에서의 결함 검출을 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the shear horizontal wave is generated in the entire direction of the specimen to be measured in the present invention, there is an effect that can effectively detect defects at various points even with a small number of sensors.

또한, 본 발명을 이용하여 웨이브가이드 혹은 자기변형 패치의 접촉단에 형성되는 패턴 구조 상의 람다(λ)값 및 코일들 간의 간격을 조절함으로써 사용자가 원하는 주파수의 전단수평파를 발생시킬 수 있는 효과도 있다. In addition, by using the present invention by adjusting the lambda (λ) value on the pattern structure formed at the contact end of the waveguide or the magnetostrictive patch and the spacing between the coils, the user can generate a shear horizontal wave of the desired frequency have.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서는 반사파에 의한 파형을 감소시킬 수 있고, 별도의 웨이브가이드가 필요하지 않아 원가 절감에 도움이 될 수 있다. In addition, the magnetostrictive transducer for the forward shear horizontal wave conversion according to another embodiment of the present invention can reduce the waveform by the reflected wave, it may be helpful in cost reduction because no separate waveguide is required.

그리고, 본 발명에 커팅된 톱니 형상의 절곡부가 형성되어 있거나 후면재가 더 포함되면 반사파와 같은 원하지 않는 신호를 제거할 수 있게 된다.
In addition, when the sawtooth-shaped bent portion is formed in the present invention or the rear surface material is further included, unwanted signals such as reflected waves can be removed.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 분리 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 자기변형 트랜스듀서에 포함되는 웨이브가이드의 다양한 형태를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 자기변형 트랜스듀서에 포함되는 웨이브가이드의 접촉단에 형성되는 패턴 구조를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 횡단면도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서에서 구조물의 전방향으로 전단수평파가 전파되는 것을 도시한 개념도이고,
도 7은 본 발명에 따라 실제 제작된 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서 및 이러한 자기변형 트랜스듀서를 이용한 측정 실험예에 관한 촬영 사진이고,
도 8 내지 도 10은 도 7의 실험예에 따라 얻어진 실험 데이터이며,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 사시도이며,
도 12는 램파와 전단수평파의 주파수와 군속도 관계를 도시한 그래프이고,
도 13은 종래 기술에 따른 자기변형 트랜스듀서의 구성도이다.
1 is a perspective view of a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to an embodiment of the present invention,
2 is an exploded perspective view of a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to an embodiment of the present invention;
3 is a perspective view showing various forms of the wave guide included in the magnetostrictive transducer according to the present invention,
4 illustrates a pattern structure formed at a contact end of a wave guide included in a magnetostrictive transducer according to the present invention.
5 is a cross-sectional view of a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to an embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating propagation of shear horizontal waves in all directions of a structure in a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave transformation according to an embodiment of the present invention.
7 is a photographic photograph of an example of a magnetostrictive transducer for omnidirectional shear horizontal wave transformation actually manufactured according to the present invention, and an experimental measurement example using such a magnetostrictive transducer.
8 to 10 are experimental data obtained according to the experimental example of FIG.
11 is a perspective view of a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to another embodiment of the present invention,
12 is a graph showing the relationship between the frequency and group speed of the lamb wave and the shear horizontal wave,
13 is a block diagram of a magnetostrictive transducer according to the prior art.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. The terms and words used in the present specification and claims are to be construed in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can properly define the concept of a term in order to explain its invention in the best way It should be interpreted as meaning and concept.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 바람직한 구현예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 분리 사시도이다.1 is a perspective view of a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to an embodiment of the present invention Is a perspective view of the separation.

본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서는, 원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 가지는 원통형 웨이브가이드(10); 상기 웨이브가이드의 원주면을 따라 부착되는 강자성 재질의 자기변형 패치(20); 상기 웨이브가이드 내부를 통과하는 동자기장을 형성할 수 있도록 상기 웨이브가이드 상에 감겨진 코일(30); 및 상기 웨이브가이드의 원주방향으로 정자기장을 형성하는 자석(40);을 포함하여 구성된다. Magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to an embodiment of the present invention, the cylindrical wave guide having a circular cross section and the contact end in contact with the specimen; A magnetostrictive patch 20 of ferromagnetic material attached along the circumferential surface of the waveguide; A coil 30 wound on the wave guide to form a magnetic field passing through the wave guide; And a magnet 40 forming a static magnetic field in the circumferential direction of the waveguide.

분해 사시도에 관한 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이브가이드(10, waveguide)는 원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 갖는 원통형 부재로서, 이러한 웨이브가이드(10) 상에는 강자성 재질로 이루어진 후술할 자기변형 패치(20)가 부착된다. 웨이브가이드(10)는 그 둘레를 따라 설치되는 후술할 자석(40)에 의하여 원형의 정자기장이 형성될 수 있도록 원형의 횡단면을 가지도록 구성된다. 웨이브가이드(10)의 접촉단은 시편과의 접촉에 의하여 발생된 전단수평파를 시편 또는 구조물 쪽으로 안내할 수 있다. As shown in FIG. 2 of the exploded perspective view, the waveguide 10 is a cylindrical member having a circular cross section and a contact end in contact with the specimen, and on the waveguide 10 a magnetostrictive material, which will be described later, made of a ferromagnetic material. Patch 20 is attached. The waveguide 10 is configured to have a circular cross section so that a circular static magnetic field can be formed by a magnet 40 to be described later, which is installed along its circumference. The contact end of the waveguide 10 may guide the shear horizontal wave generated by contact with the specimen toward the specimen or structure.

본 발명에서 사용되는 웨이브가이드(10)는 원형단면 구조의 원통형 부재로서, 다양하게 형태 변형이 가능하며 이와 관련해서는 도 3을 참고하여 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 따른 자기변형 트랜스듀서에 포함되는 웨이브가이드의 다양한 형태를 도시한 사시도이다.The waveguide 10 used in the present invention is a cylindrical member having a circular cross-sectional structure, which can be modified in various ways, and will be described with reference to FIG. 3. 3 is a perspective view showing various forms of the wave guide included in the magnetostrictive transducer according to the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 웨이브가이드(10)는 원형단면 구조를 가지도록 구성되며, 도 3의 (a)에서와 같은 내부가 채워진 막대 형상 또는 (b)에서와 같이 중공형의 실린더 형상으로 구성될 수 있다.As shown in Figure 3, the waveguide 10 in the present invention is configured to have a circular cross-sectional structure, the hollow as shown in (b) or a bar shape filled with the inside as shown in Figure 3 (a) It can be configured in a cylindrical shape.

또한, 도 3의 (c)에서와 같이 웨이브가이드(10)는 내부가 채워진 막대 형상이면서 원형단면 구조의 원통형 부재로 구성되고, 시편과의 접촉단이 아래로 좁아지는 원추형이 되도록 구성할 수도 있다. 이는 도 3의 (b)와 같은 중공형의 실린더 형상에서도 적용될 수 있다. 이러한 원추형 구조를 포함하는 웨이브가이드(10)의 경우, 피검사 대상인 구조물과의 접촉단을 보다 쉽게 균일한 대칭 형태로 제작할 수 있어, 효과적으로 전방향에 걸쳐 균일한 전단수평파를 발생시킬 수 있다.In addition, as shown in (c) of FIG. 3, the waveguide 10 may be configured as a cylindrical member having a rod shape and a circular cross-section structure, and having a conical shape where the contact end with the specimen is narrowed down. . This may also be applied to the hollow cylinder shape as shown in (b) of FIG. In the case of the wave guide 10 including the conical structure, the contact end with the structure to be inspected can be more easily produced in a uniform symmetrical form, it can effectively generate a uniform shear horizontal wave over the entire direction.

나아가, 도시되지는 않았으나, 웨이브가이드(10)에는 반사파를 난반사시키도록 커팅된 톱니 형상의 절곡부가 형성되어 있을 수 있다. 구체적으로, 막대 형상의 웨이브가이드(10)가 구조물과 접촉하는 접촉하는 접촉단의 맞은편 단부 또는 실린더 형상의 웨이브가이드(10)의 내측면이 톱니 형상의 절곡부를 이루도록 커팅되어 있는 것이 바람직하고, 이와 같은 구조는 반사파의 난반사 및 분사를 유도하여 노이즈를 감소시킬 수 있다. Further, although not shown, the wave guide 10 may be formed with a sawtooth-shaped bent portion cut to diffusely reflect the reflected wave. Specifically, it is preferable that the rod-shaped waveguide 10 is cut such that the opposite end of the contact end in contact with the structure or the inner surface of the cylindrical waveguide 10 forms a serrated bent portion, Such a structure can reduce noise by inducing diffuse reflection and injection of the reflected wave.

덧붙여, 미도시되었으나, 웨이브가이드(10)는 후면재(backing material) 구성을 더 포함할 수 있고, 이러한 후면재는 웨이브가이드(10)에서 불필요하게 발생하는 반사파를 댐핑시킬 수 있으며, 이를 통해 전단수평파의 노이즈를 저감시키도록 구성될 수 있다. In addition, although not shown, the waveguide 10 may further include a backing material configuration, and the backing material may damp the unnecessary reflection waves generated in the waveguide 10, thereby shearing horizontally. It can be configured to reduce the noise of the wave.

추가적으로, 웨이브가이드(10)는 액상 전단커플런트(liquid shear couplant)에 의하여 시편에 접촉될 수 있다. 즉, 시편 상에 자기변형 트랜스듀서를 위치시킴에 있어서, 웨이브가이드(10)의 접촉단이 액상 전단커플런트(liquid shear couplant)에 의하여 구조물에 접촉되도록 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 커플런트를 사용하지 않는 건식접촉법에 의하여 시편에 접촉되도록 구성될 수도 있다.Additionally, the waveguide 10 may be contacted with the specimen by a liquid shear couplant. That is, in positioning the magnetostrictive transducer on the specimen, the contact end of the waveguide 10 may be configured to be in contact with the structure by a liquid shear couplant, and in some cases a coupler It may be configured to contact the specimen by a dry contact method that does not use.

이러한 웨이브가이드(10)의 접촉단은 평평한 형태가 아닌 다른 형태를 이루고 있을 수 있다. 이와 관련하여 도 4는 본 발명에 따른 자기변형 트랜스듀서에 포함되는 웨이브가이드의 접촉단에 형성되는 패턴 구조를 도시한 것이다.The contact end of the wave guide 10 may have a shape other than the flat shape. In this regard, Figure 4 shows a pattern structure formed at the contact end of the wave guide included in the magnetostrictive transducer according to the present invention.

웨이브가이드(10)의 접촉단에는 그 접촉단의 중심점을 기준으로 크기가 다른 적어도 하나 이상의 환형 홈이 형성되어 있을 수 있다. 이때, 도 4에서 도시한 것처럼 접촉단의 중심에는 λ(람다)를 직경으로 하는 웨이브가이드(11)가 형성되고, 중심에 형성된 웨이브가이드(11)를 기준으로 λ/2마다 환형 홈(12, 14)과 웨이브가이드(13, 15) 순서로 번갈아가며 형성될 수 있다. 도시되지 않았으나, 도 4와는 반대로 접촉단의 중심에는 λ(람다)를 직경으로 하는 홈이 형성되고, 중심에 형성된 홈을 기준으로 λ/2마다 웨이브가이드와 환형 홈 순서로 번갈아가며 형성될 수 있다. 여기서, 홈이나 환형 홈의 깊이는 제한되지 않는다. 다만, 깊이가 너무 깊게 파지면 초음파 전달에 오히려 방해가 될 수 있으므로, 최대 깊이를 λ(람다)로 하여 그보다 얕게 가공하는 것이 바람직하다. At least one annular groove having a different size may be formed at the contact end of the wave guide 10 based on the center point of the contact end. At this time, as shown in FIG. 4, a wave guide 11 having a diameter of lambda (lambda) is formed at the center of the contact end, and the annular groove 12 is formed at every lambda / 2 based on the wave guide 11 formed at the center. 14) and wave guides 13 and 15 may be alternately formed. Although not shown, a groove having a diameter of lambda (lambda) is formed at the center of the contact end, and may be alternately formed in the order of the waveguide and the annular groove every λ / 2 based on the groove formed at the center. . Here, the depth of the groove or the annular groove is not limited. However, if the depth is dug too deep, it may interfere with the ultrasonic wave transmission. Therefore, it is preferable to make the maximum depth to be lambda (lambda) and to make it shallower.

이와 같은 패턴 구조를 형성하는 것은 시편에 전파되는 파의 주파수와 밀접한 관계를 가지고 있다. The formation of such a pattern structure is closely related to the frequency of the wave propagating in the specimen.

일반적으로 코일(30)을 설계할 때 코일(30)간의 거리와 주파수를 제어하여 원하는 초음파의 모드를 생성할 수 있다. 주파수 특성에 따라서 초음파의 진행거리, 감쇠, 결함에 대한 민감도 등이 달라지므로, 일반적으로 트랜스듀서 등의 센서를 설계할 때에는 원하는 결과를 얻기 위한 최적의 주파수를 선택하고, 그에 따라 코일의 간격을 결정하여 설계한다. 이때 사용되는 수식은 다음과 같다. In general, when designing the coil 30, by controlling the distance and the frequency between the coil 30 it can generate a desired mode of ultrasonic waves. Depending on the frequency characteristics, ultrasonic travel distance, attenuation, and sensitivity to defects are different. Therefore, when designing a sensor such as a transducer, in general, an optimal frequency for obtaining a desired result is selected, and the coil spacing is determined accordingly. To design. The formula used at this time is as follows.

Figure 112011097381284-pat00001
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여기서, d는 코일(30)의 선간격, c는 파속, f는 파의 주파수, λ는 시편으로 전파되는 파의 파장이다. Where d is the line spacing of the coil 30, c is the wave velocity, f is the frequency of the wave, and λ is the wavelength of the wave propagated to the specimen.

구체적으로, 철과 같은 금속에서 일반적인 횡파의 속도는 3000m/s이므로 속도 c값은 고정된다. 그러면 이 수식은 주파수(f)와 파장(λ)과의 관계식을 나타내게 되고, 사용자가 원하는 주파수를 선택하기 위해선 코일(30) 간 거리인 d를 적절하게 조절해 설계해야 함을 알 수 있다. Specifically, the speed c value is fixed because the speed of a typical shear wave in a metal such as iron is 3000 m / s. Then, this equation shows the relationship between the frequency (f) and the wavelength (λ), it can be seen that in order to select the desired frequency, the user needs to properly adjust the distance d between the coils (30).

이때, 코일 간 거리 d를 증가시키면 λ(람다)값을 크게 하는것과 동일한 효과를 얻을 수 있고 이로부터 사용할 주파수는 낮아지게 된다. 반대로 코일 간 거리 d를 줄이면 λ(람다)값을 작게 설계하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있으며 이로부터 사용할 주파수는 높아지게 된다. 즉, 코일 간 거리 d 값 조정을 통해 λ값을 조절할 수 있고, 사용자가 원하는 주파수를 갖는 전단수평파가 발생하도록 할 수 있다.At this time, increasing the distance d between coils can achieve the same effect as increasing the lambda (lambda) value, and the frequency to be used is lowered therefrom. Conversely, reducing the distance d between coils has the same effect as designing a smaller lambda (lambda) value, resulting in a higher frequency for use. That is, the lambda value may be adjusted by adjusting the distance d value between the coils, and a shear horizontal wave having a frequency desired by the user may be generated.

본 발명에서의 자기변형 패치(20)는 상술한 웨이브가이드(10)의 원주면을 따라 부착될 수 있도록 패치 형태로 제작된 것으로, 강자성 재질로 이루어진다. 여기서, 강자성 재질의 자기변형 패치(20)로는 철, 니켈, 코발트 또는 이들의 합금이 사용되는 것이 바람직하다. Magnetostrictive patch 20 in the present invention is made in the form of a patch to be attached along the circumferential surface of the wave guide 10, it is made of a ferromagnetic material. Here, as the magnetostrictive patch 20 of the ferromagnetic material, it is preferable that iron, nickel, cobalt or an alloy thereof is used.

이러한 자기변형 패치(20)는 우수한 자기변형성을 띄고 있으므로, 후술할 코일(30)에 전류를 흘려 자기변형 패치(20) 주위에 유도 자기장을 형성하게 되면 매우 우수한 변형성을 나타내게 된다. 특히, 이러한 강자성 물질의 자기변형 패치(20)에 정자기장(static magnetic field)과 동자기장(dynamic magnetic field)을 수직으로 인가하면, 전방향 전단수평파가 발생하게 된다. Since the magnetostrictive patch 20 exhibits excellent magnetostriction, when the current is applied to the coil 30 to be described later to form an induction magnetic field around the magnetostrictive patch 20, the magnetostrictive patch 20 exhibits very deformable properties. In particular, when a static magnetic field and a dynamic magnetic field are vertically applied to the magnetostrictive patch 20 of the ferromagnetic material, forward shear horizontal waves are generated.

구체적으로, 본 발명의 일실시예에서의 자기변형 패치(20)는 상술한 웨이브가이드(10)의 원주면을 따라 부착되도록 구성됨으로써, 자석(40)에 의하여 웨이브가이드(10)의 원주면을 따라 형성되는 정자기장 및 코일(30)에 유도되어 웨이브가이드(10) 내부를 통과하게 형성되는 동자기장이 서로 수직 상태에 있도록 작용할 수 있다. 이를 통해 자기변형 패치(20)는 가진 신호로부터 전단 변형(자기변형)하게 되고, 자기변형 패치(20)의 전단변형은 상술한 웨이브가이드(10)의 비틀림 진동(torsional vibration)을 유발하게 된다. 이러한 비틀림 진동에 의해 구조물의 전방향에 걸친 전단수평파가 발생하게 된다. Specifically, the magnetostrictive patch 20 in one embodiment of the present invention is configured to be attached along the circumferential surface of the wave guide 10 described above, thereby the circumferential surface of the wave guide 10 by the magnet 40 The magnetic field formed along the coil 30 and the magnetic field formed to pass through the inside of the waveguide 10 may act to be perpendicular to each other. Through this, the magnetostrictive patch 20 is sheared (magnetized) from the excitation signal, and the shear deformation of the magnetostrictive patch 20 causes torsional vibration of the waveguide 10 described above. This torsional vibration causes shear horizontal waves across the structure.

다만, 이러한 자기변형 패치(20)는 도 1 및 도 2의 구현예로 국한되지 않으며, 자기장에 의하여 전단 변형(shear deformation)하고 이러한 전단 변형에 의하여 웨이브가이드(10)가 비틀림 진동할 수 있도록 웨이브가이드(10) 상에 부착된 형태라면 충분하다.However, the magnetostrictive patch 20 is not limited to the embodiment of FIGS. 1 and 2, but is shear deformation by a magnetic field, and the wave guide 10 may be torsionally vibrated by such shear deformation. The form attached to the guide 10 is sufficient.

또한, 본 발명에서는 강자성 물질인 자기변형 패치(20)를 전단 변형시키기 위하여, 서로 수직 방향으로 형성된 자기장을 형성하는 코일(30) 및 자석(40)을 포함하도록 구성된다.In addition, in the present invention, in order to shear deformation the magnetostrictive patch 20, which is a ferromagnetic material, it is configured to include a coil 30 and a magnet 40 to form magnetic fields formed in the direction perpendicular to each other.

본 발명에서의 코일(30)은 전자기 유도 현상에 의하여 상술한 웨이브가이드(10) 내부를 통과하는 동자기장을 형성하도록 웨이브가이드(10)의 원주면을 따라 권선되어 형성된다.Coil 30 in the present invention is formed by winding along the circumferential surface of the wave guide 10 to form a magnetic field passing through the above-described wave guide 10 by the electromagnetic induction phenomenon.

특히, 본 발명에서의 전단수평파 발진은 코일(30)에 의하여 유도된 동자기장 및 자석(40)에 의하여 형성된 정자기장이 자기변형 패치(20)에 상호 작용함에 기인하는 바, 코일(30)은 도 1에 도시된 바와 같이, 자기변형 패치(20)가 부착된 웨이브가이드(10) 상의 위치와 부합하도록 형성됨이 바람직하다. 또한, 코일(30)은 일정한 간격과 인접한 코일(30)의 위상이 반대가 되도록 감겨있는 형태로 형성되어 사용자가 원하는 주파수를 갖는 전단수평파가 발생하도록 할 수 있다. 여기서 도시되지는 않았으나 코일(30)은 자기장 유도를 위한 구동 전류가 인가할 수 있도록 전기적으로 연결되며, 미엔더 코일일 수 있다.In particular, the shear horizontal wave oscillation in the present invention is due to the interaction between the magnetic field induced by the coil 30 and the static magnetic field formed by the magnet 40 to the magnetostrictive patch 20, and thus the coil 30 is As shown in FIG. 1, the magnetostrictive patch 20 is preferably formed to match the position on the attached waveguide 10. In addition, the coil 30 may be formed in a shape in which the phase of the coil 30 adjacent to a predetermined interval is reversed so that a shear horizontal wave having a frequency desired by the user is generated. Although not shown here, the coil 30 may be electrically connected to a driving current for inducing a magnetic field, and may be a meander coil.

또한, 본 발명에서의 자석(40)은 자기변형 패치(20)의 전단 변형을 위하여 상술한 웨이브가이드(10)의 원주방향으로 자기장을 형성하기 위한 구성으로, 바람직하게는 도 1 및 도 2의 일실시예에서와 같이 막대 형상의 다수의 영구 자석을 상기 웨이브가이드의 축방향과 평행하게 웨이브가이드(10)의 원주면 상에 일정한 간격을 두고 배치되도록 구성할 수 있다. In addition, the magnet 40 in the present invention is a configuration for forming a magnetic field in the circumferential direction of the wave guide 10 described above for the shear deformation of the magnetostrictive patch 20, preferably in Figures 1 and 2 As in one embodiment, a plurality of rod-shaped permanent magnets may be arranged at regular intervals on the circumferential surface of the waveguide 10 in parallel with the axial direction of the waveguide.

이와 관련하여, 도 5에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 횡단면도를 도시하고 있으며, 이러한 횡단면도 상에는 상기 자석에 의하여 형성되는 정자기장이 도시(도 5의 화살표)되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서의 자석(40)은 S,N극이 서로 마주보도록 원주방향 상에 차례로 배치되고, 각각의 영구자석으로부터의 자기장이 강자성 재질인 자기변형 패치(20)를 타고 흘러 화살표로 표시된 것과 같이 원주 방향으로 형성되는 정자기장을 이루게 된다.In this regard, Figure 5 shows a cross-sectional view of a magnetostrictive transducer for the forward shear horizontal wave conversion according to an embodiment of the present invention, the static magnetic field formed by the magnet is shown on the cross-sectional view (Fig. Arrow). As shown in FIG. 5, the magnet 40 in one embodiment of the present invention is disposed in the circumferential direction so that the S and N poles face each other, and the magnetic field from each permanent magnet is a magnetostrictive material. Ride through the patch 20 to form a static magnetic field formed in the circumferential direction as indicated by the arrow.

이러한 자석의 수 및 배치는 본 발명의 일실시예와 같은 형태로 제한되지는 않으며 상기 웨이브가이드(10)의 원주면을 따라 원형 자기장이 형성될 수 있는 구성이라면 충분하다.The number and arrangement of the magnets are not limited to the same shape as in the embodiment of the present invention, and the configuration may be sufficient so that a circular magnetic field may be formed along the circumferential surface of the waveguide 10.

덧붙여, 도 1에서는 코일(30)이 웨이브가이드(10) 상에 감겨진 다음, 자석(40)이 설치된 형태의 자기변형 트랜스듀서를 도시하였으나, 이러한 배열 순서와는 관계없이, 자석(40)이 우선적으로 설치된 다음 코일을 감는 형태의 구조 또한 선택적으로 채용할 수 있다.In addition, although FIG. 1 shows a magnetostrictive transducer in which the coil 30 is wound on the waveguide 10 and then the magnet 40 is installed, the magnet 40 is not related to this arrangement order. It is also possible to preferentially adopt a structure in which it is preferentially installed and then coiled.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서에서 구조물의 전방향으로 전단수평파가 전파되는 것을 개략적으로 도시한 개념도이다.6 is a conceptual diagram schematically illustrating propagation of shear horizontal waves in all directions of a structure in a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave transformation according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 자기변형 트랜스듀서는 영구자석(40)에 의하여 형성되는 원주 방향의 정자기장(화살표 A)과 전류 I가 흐르는 코일(30)에 의하여 유도되는 웨이브가이드 내측을 통과하는 동자기장(화살표 B)이 강자성 물질인 자기변형 패치(20)를 전단 변형시킨다. 이러한 전단 변형이 웨이브가이드(10)의 비틀림 진동을 유발시켜, 도 6에 도시된 바와 같이, 웨이브가이드(10)에 접촉된 구조물의 전방향에 걸쳐 전단수평파(화살표 C)를 발생시킨다.The magnetostrictive transducer according to the present invention has a static magnetic field (arrow A) in the circumferential direction formed by the permanent magnet 40 and a dynamic magnetic field passing through the inside of the waveguide induced by the coil 30 through which the current I flows (arrow B). Shear deformation of the magnetostrictive patch 20, which is a ferromagnetic material. This shear deformation causes the torsional vibration of the waveguide 10 to generate a shear horizontal wave (arrow C) over the entire direction of the structure in contact with the waveguide 10, as shown in FIG.

이러한 구성을 갖도록 제작된 본 발명에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 실제작품은 도 7의 사진과 같으며, 이러한 자기변형 트랜스듀서에 의하여 구조물의 전방향에 걸쳐 전단수평파가 발생하는지를 확인하기 위한 실험을 도 7에서와 같이 수행하였으며, 이러한 실험 수행의 결과로 나타난 데이터는 도 8 내지 도 10에서와 같다.The actual work of the magnetostrictive transducer for omni-directional shearing horizontal wave conversion according to the present invention manufactured to have such a configuration is as shown in the picture of Figure 7, the shear horizontal wave over the entire direction of the structure by such a magnetostrictive transducer An experiment for confirming whether is generated as in Figure 7 was performed, the data resulting from the experiment is the same as in Figures 8 to 10.

도 7의 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서는 도 1의 일실시예와 동일하게 제작된 것으로, 실린더형의 웨이브가이드 상에 철-코발트 재질의 자기변형 패치를 부착하고, 그 자기변형 패치가 부착된 위치에 코일을 감은 다음, 4개의 영구자석이 원형의 자기장을 형성하도록 배치하였다.The magnetostrictive transducer for the forward shear horizontal wave transformation of FIG. 7 is manufactured in the same manner as the embodiment of FIG. 1, and the magneto-strained patch of iron-cobalt is attached to the cylindrical waveguide, and the magnetic The coil was wound at the position where the modified patch was attached, and then 4 permanent magnets were placed to form a circular magnetic field.

이러한 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서를 이용하여 구현한 실험 장치는 도 7에서와 같이 제작된 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서 2개를 트랜스미터와 리시버로 각각 배치하고, 트랜스미터 측에서는 원하는 신호 공급을 위한 펄서와 전기 임피던스 매칭을 위한 수동 소자 회로가 포함된 임펄스 매칭 박스를 연결하였으며, 리시버 측에는 임피던스 매칭 박스와 신호 증폭을 위한 증폭기 및 신호 계측을 위한 오실로스코프를 각각 연결하였다. 본 실험에서의 측정 구조물은 알루미늄 판을 선택하였으며, 두 자기변형 트랜스듀서 간의 간격(ld)는 133㎜로 설정하였다.The experimental apparatus implemented using the magnetostrictive transducer for omni-directional shearing wave transformation has two magnetostrictive transducers for omnidirectional shearing-horizontal wave transformation as shown in FIG. 7, respectively, as a transmitter and a receiver. On the transmitter side, an impulse matching box including a pulser for supplying a desired signal and a passive element circuit for electric impedance matching was connected, and an impedance matching box, an amplifier for signal amplification, and an oscilloscope for signal measurement were connected to the receiver. An aluminum plate was selected as the measurement structure in this experiment, and the distance l d between two magnetostrictive transducers was set to 133 mm.

특히, 본 실험에서는 전방향에 걸쳐 전단수평파가 발생하였는지를 확인하기 위하여, 30도 각도로 측정지점을 달리하여, 도 7에서와 같이 총 12개의 위치에 대하여 리시버측 자기변형 트랜스듀서를 이동시켜가면서 순차적으로 신호를 측정하였다.In particular, in this experiment, the receiver side magnetostrictive transducers were moved with respect to a total of 12 positions as shown in FIG. The signals were measured sequentially.

이러한 실험과 관련하여, SH0 모드에서 대부분의 구조용 금속 재질에서 전단파의 속도(vs)는 3000㎧ ~ 3200㎧이므로, 그 중간값인 3100㎧로 가정하고, 두 자기변형 트랜스듀서 간의 간격(ld)과의 관계로부터 리시버 측의 도달 시간(s)을 계산하면 아래와 같다.In relation to this experiment, the shear wave velocity (vs) in the structural metal material in SH0 mode is 3000 Hz to 3200 Hz, so it is assumed that the median value is 3100 Hz, and the distance between two magnetostrictive transducers (l d ) Calculating the arrival time (s) of the receiver side from the relationship with

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즉, 리시버 측의 도달 시간(s)는 대략 42.9㎲ 정도로 판단되며, 이러한 도달 시간은 검출된 결과의 패턴인 도 8의 경우에서도 동일하게 확인된다.That is, the arrival time s on the receiver side is determined to be about 42.9 ms, and this arrival time is also confirmed in the case of Fig. 8 which is a pattern of the detected result.

즉, 도 8의 그래프에서 최초로 검출되는 신호는 트랜스미터 측으로 가진 신호를 인가함에 따라 리시버 측의 전기적 유도 현상에 의하여 생성되는 신호이고, 두번째 신호는 실제 트랜스미터 측으로부터 인가된 신호로, 이러한 신호의 도달시간이 대략 45㎲ 정도임을 고려할 때, 이러한 신호는 전단수평파에 의한 것임을 확인할 수 있다.That is, the first detected signal in the graph of FIG. 8 is a signal generated by the electrical induction phenomenon of the receiver side by applying the signal to the transmitter side, the second signal is a signal applied from the actual transmitter side, the arrival time of such a signal Considering this is about 45 dB, it can be confirmed that this signal is due to shear horizontal wave.

이러한 형태의 신호는 도 7에 표시된 12개의 지점에서 거의 동일하게 나타나고 있으며, 이러한 계측 결과는 도 9의 그래프에서 확인할 수 있다.This type of signal appears almost the same at the 12 points shown in FIG. 7, and the measurement results can be seen in the graph of FIG. 9.

이러한 결과를 바탕으로, 12개의 지점에서 측정된 신호의 크기를 각도별로 나타내면 도 10과 같으며, 도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이 전방향에 걸쳐서 거의 균일한 전단수평파가 발생함을 확인할 수 있다.
Based on these results, the magnitudes of the signals measured at 12 points for each angle are shown in FIG. 10, and as can be seen from FIG. 10, almost uniform shear horizontal waves are generated in all directions. .

한편, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 사시도이다. On the other hand, Figure 11 is a perspective view of a magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서는, 강자성 재질로 이루어지고 원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 가지는 원통형 자기변형 패치(20); 상기 자기변형 패치(20) 내부를 통과하는 동자기장을 형성할 수 있도록 상기 자기변형 패치(20) 상에 감겨진 코일(30); 및 상기 자기변형 패치(20)의 원주방향으로 정자기장을 형성하는 자석(40);을 포함하여 이루어진다.Magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to another embodiment of the present invention, the cylindrical magnetostrictive patch 20 made of a ferromagnetic material and having a contact end in contact with the circular section and the specimen; A coil 30 wound on the magnetostrictive patch 20 to form a magnetic field passing through the magnetostrictive patch 20; And a magnet 40 forming a static magnetic field in the circumferential direction of the magnetostrictive patch 20.

자기변형 패치(20)는 원통형 부재로서, 강자성 재질로 이루어지고 원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 갖도록 구성된다. 본 발명의 다른 실시예에서의 자기변형 패치(20)는 본 발명의 일실시예에서의 웨이브가이드와 같은 역할을 수행할 수 있다. 자기변형 패치(20)는 알루미늄이나 스테인리스를 이용하여 제작하는 것이 가능하고, 철코발트 합금을 사용하여 두께가 0.15mm 정도로 되도록 제작하는 것이 바람직하다. Magnetostrictive patch 20 is a cylindrical member, made of a ferromagnetic material and configured to have a circular cross section and a contact end in contact with the specimen. The magnetostrictive patch 20 in another embodiment of the present invention may serve as a waveguide in one embodiment of the present invention. The magnetostrictive patch 20 can be produced using aluminum or stainless steel, and preferably made of iron cobalt alloy so as to have a thickness of about 0.15 mm.

자기변형 패치(20)의 접촉단에는 그 접촉단의 중심점을 기준으로 크기가 다른 적어도 하나 이상의 환형 홈이 형성되어 있을 수 있다. 이때, 도 4에서 웨이브가이드(11)에 패턴 구조가 도시되어 있는 것과 마찬가지로, 접촉단의 중심에는 λ(람다)를 직경으로 하는 자기변형 패치가 형성되고, 중심에 형성된 자기변형 패치를 기준으로 λ(람다)/2마다 환형 홈과 웨이브가이드가 번갈아가며 형성될 수 있다. 또한, 이와는 반대로 접촉단의 중심에는 λ(람다)를 직경으로 하는 홈이 형성되고, 중심에 형성된 홈을 기준으로 λ(람다)/2마다 자기변형 패치와 환형 홈이 번갈아가며 형성될 수 있다. 이와 같은 패턴 구조는 시편에 전파되는 파의 주파수와 밀접한 관계를 갖는다. At least one annular groove having a different size may be formed at the contact end of the magnetostrictive patch 20 based on the center point of the contact patch. 4, a magnetostrictive patch having a diameter of lambda (lambda) is formed at the center of the contact end, and a lambda is formed based on the magnetostrictive patch formed at the center of the contact end. Each (lambda) / 2 can be formed with alternating annular grooves and waveguides. On the contrary, a groove having a diameter of lambda (lambda) is formed at the center of the contact end, and the magnetostrictive patch and the annular groove may be alternately formed at each lambda (lambda) / 2 based on the groove formed at the center. This pattern structure is closely related to the frequency of the wave propagating in the specimen.

본 발명의 다른 실시예에서의 자기변형 패치(20)도 도 3에 도시된 것과 유사하게 내부가 채워진 막대 형상, 중공형의 실린더 형상 또는 구조물과의 접촉단이 아래로 좁아지는 원추형이 되도록 구성될 수 있다. The magnetostrictive patch 20 in another embodiment of the present invention may also be configured to have a rod shape filled inside, a hollow cylindrical shape or a conical shape where the contact end with the structure is narrowed down, similar to that shown in FIG. Can be.

나아가, 본 발명의 다른 실시예에서의 자기변형 패치(20)에서도 반사파를 난반사시키도록 커팅된 톱니 형상의 절곡부 또는 반사파를 댐핑시키는 후면재(backing material) 구성을 더 포함할 수도 있다. Furthermore, the magnetostrictive patch 20 in another embodiment of the present invention may further include a sawtooth-shaped bent portion cut to diffusely reflect the reflected wave or a backing material for damping the reflected wave.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서 자기변형 패치(20)의 접촉단측이 액상 전단커플런트(liquid shear couplant)에 의하여 구조물에 접촉되도록 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 커플런트를 사용하지 않는 건식접촉법에 의하여 구조물에 접촉되도록 구성될 수도 있다.In addition, in another embodiment of the present invention, the contact end side of the magnetostrictive patch 20 may be configured to be in contact with the structure by a liquid shear couplant, and in some cases dry without using a coupler It may be configured to contact the structure by a contact method.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서의 다른 구성은, 본 발명의 일실시예에 따른 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서에서 이미 상술한 구성과 동일하게 적용될 수 있음을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
Another configuration of the magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to another embodiment of the present invention, the above-described configuration in the magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion according to an embodiment of the present invention It can be easily understood by those skilled in the art that the present invention can be applied in the same manner to the present invention.

이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
In the above, a specific preferred embodiment according to the present invention has been described. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the above-described embodiments merely represent a part of various embodiments to which the principles of the present invention are applied. Those skilled in the art to which the present invention pertains may make various changes without departing from the spirit of the technical idea of the present invention described in the claims below.

10: 웨이브가이드 20: 자기변형 패치
30: 코일 40: 자석
10: waveguide 20: magnetostrictive patch
30: coil 40: magnet

Claims (16)

원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 가지는 원통형 웨이브가이드;
상기 웨이브가이드의 원주면을 따라 부착되는 강자성 재질의 자기변형 패치;
상기 웨이브가이드 내부를 통과하는 동자기장을 형성할 수 있도록 상기 웨이브가이드 상에 감겨진 코일; 및
상기 웨이브가이드의 원주방향으로 정자기장을 형성하는 자석;을 포함하여 이루어지는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
A cylindrical waveguide having a circular cross section and a contact end in contact with the specimen;
A magnetostrictive patch of ferromagnetic material attached along the circumferential surface of the waveguide;
A coil wound on the wave guide to form a magnetic field passing through the wave guide; And
Magnets to form a static magnetic field in the circumferential direction of the wave guide; magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion comprising a.
청구항 1에 있어서, 상기 웨이브가이드의 접촉단에는 적어도 하나 이상의 환형 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave transformation according to claim 1, wherein at least one annular groove is formed at a contact end of the waveguide.
청구항 2에 있어서, 상기 접촉단의 중심에는 λ(람다)를 직경으로 하는 웨이브가이드가 형성되고, 중심에 형성된 웨이브가이드를 기준으로 λ(람다)/2마다 환형 홈과 웨이브가이드가 번갈아가며 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The wave guide having a diameter of lambda (lambda) is formed at the center of the contact end, and the annular groove and the wave guide are alternately formed at each lambda (lambda) / 2 based on the wave guide formed at the center. Magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion, characterized in that.
청구항 2에 있어서, 상기 접촉단의 중심에는 λ(람다)를 직경으로 하는 홈이 형성되고, 중심에 형성된 홈을 기준으로 λ(람다)/2마다 웨이브가이드와 환형 홈이 번갈아가며 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The method of claim 2, wherein a groove having a diameter of lambda (lambda) is formed at the center of the contact end, and the waveguide and the annular groove are alternately formed at each lambda (lambda) / 2 based on the groove formed at the center. Magnetostrictive transducers for forward shear horizontal wave conversion.
청구항 1에 있어서, 상기 웨이브가이드는 막대형 또는 실린더형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave transformation according to claim 1, wherein the waveguide is formed in a rod shape or a cylinder shape.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 웨이브가이드는 접촉단이 아래로 좁아지는 원추형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The magnetostrictive transducer as claimed in any one of claims 1 to 5, wherein the waveguide is formed in a conical shape in which the contact end is narrowed down.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 웨이브가이드는 반사파를 난반사시키기 위하여 커팅된 톱니 형상의 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The magnetostrictive transducer as claimed in any one of claims 1 to 5, wherein the waveguide has a sawtooth-shaped bent portion cut in order to diffusely reflect reflected waves.
강자성 재질로 이루어지고 원형단면 및 시편과 접촉하는 접촉단을 가지는 원통형 자기변형 패치;
상기 자기변형 패치 내부를 통과하는 동자기장을 형성할 수 있도록 상기 자기변형 패치 상에 감겨진 코일; 및
상기 자기변형 패치의 원주방향으로 정자기장을 형성하는 자석;을 포함하여 이루어지는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
A cylindrical magnetostrictive patch made of ferromagnetic material and having a circular end face and a contact end in contact with the specimen;
A coil wound on the magnetostrictive patch to form a magnetic field passing through the magnetostrictive patch; And
Magnets to form a static magnetic field in the circumferential direction of the magnetostrictive patch; magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion comprising a.
청구항 8에 있어서, 상기 자기변형 패치의 접촉단에는 적어도 하나 이상의 환형 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
9. The magnetostrictive transducer for omni-directional shearing wave transformation according to claim 8, wherein at least one annular groove is formed at the contact end of the magnetostrictive patch.
청구항 9에 있어서, 상기 접촉단의 중심에는 λ(람다)를 직경으로 하는 홈이 형성되고, 중심에 형성된 홈을 기준으로 λ(람다)/2마다 자기변형 패치와 환형 홈이 번갈아가며 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The method of claim 9, wherein a groove having a diameter of lambda (lambda) is formed at the center of the contact end, and the magnetostrictive patch and the annular groove are alternately formed at each lambda (lambda) / 2 based on the groove formed at the center. A magnetostrictive transducer for omni-directional shearing wave transformation.
청구항 9에 있어서, 상기 접촉단의 중심에는 λ(람다)를 직경으로 하는 자기변형 패치가 형성되고, 중심에 형성된 자기변형 패치를 기준으로 λ(람다)/2마다 환형 홈과 자기변형 패치가 번갈아가며 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The magnetostrictive patch having a diameter of lambda (lambda) is formed at the center of the contact end, and the annular groove and the magnetostrictive patch are alternated every lambda (lambda) / 2 based on the magnetostrictive patch formed at the center. Magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave conversion, characterized in that formed by going.
청구항 8에 있어서, 상기 자기변형 패치는 막대형 또는 실린더형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
9. The magnetostrictive transducer for forward shear horizontal wave transformation according to claim 8, wherein the magnetostrictive patch is formed in a rod or cylinder shape.
청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 자기변형 패치는 접촉단이 아래로 좁아지는 원추형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
13. The magnetostrictive transducer of claim 8, wherein the magnetostrictive patch is formed in a conical shape in which the contact end is narrowed down.
청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 자기변형 패치는 반사파를 난반사시키기 위하여 커팅된 톱니 형상의 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
The magnetostrictive transducer according to any one of claims 8 to 12, wherein the magnetostrictive patch has a sawtooth-shaped bent portion that is cut to diffusely reflect the reflected wave.
청구항 1 또는 청구항 8에 있어서, 상기 자석은 자기변형 패치를 통과하는 원형 자기장을 형성하도록 자극이 배열된 다수의 영구자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.
9. The magnetostrictive transducer of claim 1 or 8, wherein the magnet consists of a plurality of permanent magnets arranged with magnetic poles to form a circular magnetic field passing through the magnetostrictive patch.
청구항 1 또는 청구항 8에 있어서, 댐핑 처리를 위한 후면재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서.9. The magnetostrictive transducer of claim 1 or 8, further comprising a backing material for damping treatment.
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