KR101615563B1 - 구조물의 피로균열 진단 방법 및 손상 진단 장치 - Google Patents

Abstract

타겟 구조물의 손상 진단 방법에서는 익싸이테이션부가 제1 주파수를 갖는 제1 초음파 신호 및 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 초음파 신호를 동시에 타겟 구조물에 제공한다. 센싱부가 제1 초음파 신호 및 제2 초음파 신호에 대한 타겟 구조물의 응답 초음파 신호를 수신한다. 컨트롤부가 타겟 구조물의 손상 여부를 판단하는 문턱값 및 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물의 손상 결과 값을 제공한다. 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법은 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값 및 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물의 손상 결과 값을 제공함으로써 타겟 구조물의 손상 여부를 판단할 수 있어 구조물 진단의 정확도를 높일 수 있다.

Description

구조물의 피로균열 진단 방법 및 손상 진단 장치{DIAGNOSIS METHOD OF FATIGUE　CRACK AND DIAGNOSIS DEVICE}

본 발명은 구조물의 진단에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조물 피로균열 진단 방법 및 진단 장치에 관한 것이다.

구조물 진단은 구조물의 안전성을 판단하기 위해서 행해질 수 있다. 구조물의 손상이 발생하는 경우, 구조물의 안전성에 문제가 생길 수 있다. 따라서 구조물의 손상을 신속하게 파악하여 구조물에 적절한 조치를 취하는 것은 필수적이며, 현재, 구조물의 손상을 파악하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값 및 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물의 손상 결과 값을 제공함으로써 타겟 구조물의 손상 여부를 판단할 수 있는 타겟 구조물의 손상 진단 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값 및 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물의 손상 결과 값을 제공함으로써 타겟 구조물의 손상 여부를 판단할 수 있는 타겟 구조물의 손상 진단 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법은 익싸이테이션부가 제1 주파수를 갖는 제1 초음파 신호 및 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 초음파 신호를 동시에 타겟 구조물에 제공하는 단계, 센싱부가 상기 제1 초음파 신호 및 상기 제2 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 응답 초음파 신호를 수신하는 단계 및 컨트롤부가 상기 타겟 구조물의 손상 여부를 판단하는 문턱값 및 상기 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 상기 타겟 구조물의 손상 결과 값을 제공하는 단계를 포함한다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 문턱값은 상기 타겟 구조물에 상기 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공하여 계산될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 문턱값은 상기 테스트 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 테스트 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 계산될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 문턱값은 상기 테스트 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에서 상기 제2 주파수에서 상기 제1 주파수를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제1 스펙트럼 크기에 의해 결정될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 타겟 구조물에 상기 제2 주파수를 갖는 상기 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공되는 경우, 상기 문턱값은 상기 제1 스펙트럼 크기들의 평균과 표준편차에 기초하여 결정될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 문턱값은 상기 테스트 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에서 상기 제2 주파수 및 상기 제1 주파수를 합한 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제2 스펙트럼 크기에 의해 결정될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 타겟 구조물에 상기 제2 주파수를 갖는 상기 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공되는 경우, 상기 문턱값은 상기 제2 스펙트럼 크기들의 평균과 표준편차에 기초하여 결정될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 손상 결과 값은 상기 응답 초음파 신호의 상기 주파수 스펙트럼에서 상기 제2 주파수에서 상기 제1 주파수를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제1 응답 스펙트럼 크기로부터 상기 문턱값을 뺀 값에 해당할 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 손상 결과 값이 0보다 큰 경우, 상기 타겟 구조물이 손상된 것으로 판단될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 손상 결과 값이 0보다 작거나 같은 경우, 상기 타겟 구조물은 손상되지 않은 것으로 판단될 수 있다.

상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 문턱값 생성 방법은 익싸이테이션부가 타겟 구조물의 손상 여부를 판단하기 위해 제공되는 제1 주파수를 갖는 제1 초음파 신호 및 제2 주파수를 갖는 제2 초음파 신호 중 상기 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호를 제공하는 단계, 센싱부가 상기 테스트 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 테스트 응답 초음파 신호를 수신하는 단계 및 컨트롤부가 상기 테스트 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에서 제1 주파수 및 제2 주파수의 합 또는 차에 상응하는 스펙트럼의 크기에 기초하여 상기 타겟 구조물의 손상 여부를 판단하는 문턱값을 제공하는 단계를 포함한다.

상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법은 익싸이테이션부가 제1 주파수를 갖는 제1 초음파 신호 및 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 초음파 신호를 동시에 타겟 구조물에 제공하는 단계, 상기 익싸이테이션부가 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수를 변동하여 상기 제1 초음파 신호 및 상기 제2 초음파 신호를 동시에 상기 타겟 구조물에 제공하는 단계 및 컨트롤부가 상기 타겟 구조물의 손상 여부를 판단하는 문턱값 및 상기 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 생성되는 상기 타겟 구조물의 손상 결과 값들, 상기 손상 결과 값의 평균 및 표준 편차에 기초하여 스큐(skew) 값과 중앙값을 제공하는 단계를 포함한다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 스큐 값이 0보다 크고, 상기 손상 결과 값들의 중앙값이 0보다 큰 경우, 상기 타겟 구조물이 손상된 것으로 판단될 수 있다. 상기 스큐 값이 0보다 작거나 같고, 상기 손상 결과 값들의 중앙값이 0보다 작거나 같은 경우, 상기 타겟 구조물이 손상되지 않은 것으로 판단될 수 있다.

상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 장치는 익싸이테이션부, 센셍부 및 결과 계산기를 포함한다. 상기 익싸이테이션부는 제1 주파수를 갖는 제1 초음파 신호 및 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 초음파 신호를 동시에 타겟 구조물에 제공한다. 상기 센셍부는 상기 제1 초음파 신호 및 상기 제2 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 응답 초음파 신호를 수신한다. 상기 결과 계산기는 상기 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 테스트 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에서 상기 제2 주파수로부터 상기 제1 주파수를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 스펙트럼 크기에 의해 결정되는 문턱값 및 상기 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 상기 타겟 구조물의 손상 결과 값을 계산한다.

상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 장치는 익싸이테이션부, 센싱부 및 스큐-중앙값 계산기를 포함한다. 상기 익싸이테이션부는 변동 가능한 제1 주파수를 갖는 제1 초음파 신호 및 상기 제1 주파수보다 높고, 변동 가능한 제2 주파수를 갖는 제2 초음파 신호를 동시에 타겟 구조물에 제공한다. 상기 센싱부는 상기 제1 초음파 신호 및 상기 제2 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 응답 초음파 신호를 수신한다. 상기 스큐-중앙값 계산기는 상기 타겟 구조물의 손상 여부를 판단하는 문턱값 및 상기 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 생성되는 상기 타겟 구조물의 손상 결과 값들, 상기 손상 결과 값의 평균 및 표준 편차에 기초하여 스큐(skew) 값과 중앙값을 계산한다.

본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법은 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값 및 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물의 손상 결과 값을 제공함으로써 타겟 구조물의 손상 여부를 판단할 수 있어 구조물 진단의 정확도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 타겟 구조물의 손상 진단 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 사용되는 문턱값을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 의해 생성되는 손상 결과 값의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6는 도 1의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 의해 생성되는 손상 결과 값의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 문턱값 생성 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 도 8의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 의해 생성되는 스큐-중앙값의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 8의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 의해 생성되는 스큐-중앙값의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 장치를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 장치를 나타내는 블록도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 장치를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 타겟 구조물의 손상 진단 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 타겟 구조물(200)의 손상 진단 장치(10)는 익싸이테이션부(500), 센싱부(100) 및 컨트롤부(300)를 포함한다. 타겟 구조물(200)의 손상 진단 방법에서는 익싸이테이션부(500)가 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 제1 주파수(Wa)보다 높은 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공한다(S100). 센싱부(100)가 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 초음파 신호(US2)에 대한 타겟 구조물(200)의 응답 초음파 신호(RUS)를 수신한다(S110). 예를 들어, 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단하기 위하여 익싸이테이션부(500)는 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공할 수 있다. 제1 주파수(Wa)는 제2 주파수(Wb)보다 작을 수 있다. 타겟 구조물(200)에 손상이 발생한 경우, 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb)에서 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)가 상대적으로 높을 수 있다. 또한, 타겟 구조물(200)에 손상이 발생한 경우, 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb) 및 제1 주파수(Wa)를 합한 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제2 응답 스펙트럼 크기(Uwb+wa)가 상대적으로 높을 수 있다. 반면에, 타겟 구조물(200)에 손상이 발생하지 않은 경우, 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb)에서 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)가 상대적으로 낮을 수 있다. 또한, 타겟 구조물(200)에 손상이 발생하지 않은 경우, 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb) 및 제1 주파수(Wa)를 합한 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제2 응답 스펙트럼 크기(Uwb+wa)가 상대적으로 낮을 수 있다.

컨트롤부(300)가 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단하는 문턱값(T) 및 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)을 제공한다(S120). 예를 들어, 타겟 구조물(200)에 손상이 발생한 경우, 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb)에서 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)가 상대적으로 높을 수 있다. 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)가 상대적으로 높은 경우, 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)는 문턱값(T)보다 클 수 있다. 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)는 문턱값(T)보다 큰 경우, 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)은 양의 값일 수 있다. 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)이 양의 값인 경우, 타겟 구조물(200)이 손상된 것으로 판단될 수 있다. 또한, 타겟 구조물(200)에 손상이 발생하지 않은 경우, 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb)에서 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)가 상대적으로 낮을 수 있다. 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)가 상대적으로 낮은 경우, 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)는 문턱값(T)보다 작거나 같을 수 있다. 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)는 문턱값(T)보다 작거나 같은 경우, 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)은 0 또는 음의 값일 수 있다. 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)이 0 또는 음의 값인 경우, 타겟 구조물(200)이 손상되지 않은 것으로 판단될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물(200)의 손상 진단 방법은 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값(T) 및 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)을 제공함으로써 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단할 수 있어 구조물 진단의 정확도를 높일 수 있다.

도 4는 도 1의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 사용되는 문턱값을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 1의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 의해 생성되는 손상 결과 값의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 6는 도 1의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 의해 생성되는 손상 결과 값의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 4 내지 6을 참조하면, 문턱값(T)은 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 복수 회 제공하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 제1 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공할 수 있다. 제1 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공한 후 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 제1 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 또한, 제2 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 다시 제공할 수 있다. 제2 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공한 후 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 제2 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 동일한 방식으로 제n 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 다시 제공할 수 있다. 제n 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공한 후 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 제n 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 제1 내지 n 주파수 스펙트럼들에 기초하여 문턱값(T)은 계산될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 문턱값(T)은 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 계산될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 문턱값(T)은 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb)에서 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제1 스펙트럼 크기(nwb-wa)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 주파수(Wb)에서 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 문턱값(T)은 제1 내지 n 주파수 스펙트럼들에 포함되는 제1 스펙트럼 크기(nwb-wa)들의 평균 및 표준 편차에 의해 결정될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 복수 회 제공되는 경우, 문턱값(T)은 제1 스펙트럼 크기(nwb-wa)들의 평균과 표준편차에 기초하여 결정될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 문턱값(T)은 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb) 및 제1 주파수(Wa)를 합한 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제2 스펙트럼 크기에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 주파수(Wb) 및 제1 주파수(Wa)를 합한 값에 해당하는 주파수에 상응하는 문턱값(T)은 제1 내지 n 주파수 스펙트럼들에 포함되는 제2 스펙트럼 크기들의 평균 및 표준 편차에 의해 결정될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 복수 회 제공되는 경우, 문턱값(T)은 제2 스펙트럼 크기(nwb+wa)들의 평균과 표준편차에 기초하여 결정될 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 손상 결과 값(NI)은 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb)에서 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 제1 응답 스펙트럼 크기(Uwb-wa)로부터 문턱값(T)을 뺀 값에 해당할 수 있다.

[수학식 1]

수학식 1을 참조하며, NI는 손상 결과 값(NI)일 수 있고, U는 응답 스펙트럼 크기일 수 있고, T는 문턱값(T)일 수 있다. 응답 스펙트럼 크기가 문턱값(T)보다 큰 경우, 손상 결과 값(NI)은 양의 값일 수 있다. 손상 결과 값(NI)이 0보다 큰 경우, 타겟 구조물(200)이 손상된 것으로 판단될 수 있다. 응답 스펙트럼 크기가 문턱값(T)보다 작거나 같은 경우, 손상 결과 값(NI)은 0보다 작거나 같을 수 있다. 손상 결과 값(NI)이 0보다 작거나 같은 경우, 타겟 구조물(200)은 손상되지 않은 것으로 판단될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물(200)의 손상 진단 방법은 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값(T) 및 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)을 제공함으로써 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단할 수 있어 구조물 진단의 정확도를 높일 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 문턱값 생성 방법을 나타내는 순서도이다.

도 4 및 7을 참조하면, 문턱값 생성 방법에서는 익싸이테이션부(500)가 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단하기 위해 제공되는 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2) 중 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공한다(S200). 센싱부(100)가 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)를 수신한다(S210). 컨트롤부(300)가 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 주파수 스펙트럼에서 제1 주파수(Wa) 및 제2 주파수(Wb)의 합 또는 차에 상응하는 스펙트럼의 크기에 기초하여 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단하는 문턱값(T)을 제공한다(S220). 예를 들어, 제1 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공할 수 있다. 제1 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공한 후 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 제1 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 또한, 제2 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 다시 제공할 수 있다. 제2 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공한 후 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 제2 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 동일한 방식으로 제n 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 다시 제공할 수 있다. 제n 시간에 타겟 구조물(200)에 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 제공한 후 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 제n 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 제1 내지 n 주파수 스펙트럼들에 기초하여 문턱값(T)은 계산될 수 있다. 제2 주파수(Wb)에서 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 문턱값(T)은 제1 내지 n 주파수 스펙트럼들에 포함되는 제1 스펙트럼 크기(nwb-wa)들의 평균 및 표준 편차에 의해 결정될 수 있다. 제2 주파수(Wb) 및 제1 주파수(Wa)를 합한 값에 해당하는 주파수에 상응하는 문턱값(T)은 제1 내지 n 주파수 스펙트럼들에 포함되는 제2 스펙트럼 크기들의 평균 및 표준 편차에 의해 결정될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법을 나타내는 순서도이고, 도 9는 도 8의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 의해 생성되는 스큐 값의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 10은 도 8의 타겟 구조물의 손상 진단 방법에 의해 생성되는 스큐 값의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 2 및 8내지 10을 참조하면, 타겟 구조물(200)의 손상 진단 장치(10)는 익싸이테이션부(500), 센싱부(100) 및 컨트롤부(300)를 포함한다. 타겟 구조물(200)의 손상 진단 방법에서는 익싸이테이션부(500)가 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 제1 주파수(Wa)보다 높은 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공한다(S300). 익싸이테이션부(500)가 제1 주파수(Wa) 및 제2 주파수(Wb)를 변동하여 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공한다(S310). 컨트롤부(300)가 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단하는 문턱값(T) 및 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 생성되는 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)들, 손상 결과 값(NI)의 평균 및 표준 편차에 기초하여 스큐(skew)값과 중앙값을 제공한다(S320). 예를 들어, 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단하기 위하여 익싸이테이션부(500)는 제1 시간에 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공할 수 있다. 제1 주파수(Wa)는 제2 주파수(Wb)보다 작을 수 있다. 제1 시간에 익싸이테이션부(500)가 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공한 후, 컨트롤부(300)는 응답 초음파 신호(RUS)의 제1 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 또한, 익싸이테이션부(500)는 제2 시간에 변동된 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 변동된 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공할 수 있다. 제1 주파수(Wa)는 제2 주파수(Wb)보다 작을 수 있다. 제2 시간에 익싸이테이션부(500)가 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공한 후, 컨트롤부(300)는 응답 초음파 신호(RUS)의 제2 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 동일한 방식으로, 익싸이테이션부(500)는 제n 시간에 다시 변동된 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 다시 변동된 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공할 수 있다. 제1 주파수(Wa)는 제2 주파수(Wb)보다 작을 수 있다. 제n 시간에 익싸이테이션부(500)가 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공한 후, 컨트롤부(300)는 응답 초음파 신호(RUS)의 제n 주파수 스펙트럼을 구할 수 있다. 제1 내지 n 주파수 스펙트럼으로부터 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)들을 얻을 수 있다. 컨트롤부(300)는 손상 결과 값(NI), 손상 결과 값(NI)의 평균 및 표준 편차에 기초하여 스큐(skew)값과 중앙값을 제공할 수 있다.

[수학식 2]

[수학식 2]를 참조하면, u는 손상 결과 값(NI)의 평균을 나타내고,

는 손상 결과 값(NI)의 표준 편차를 나타내고, E는 기대값을 나타낼 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 스큐 값(SKEW)이 0보다 크고, 손상 결과 값(NI)들의 중앙값(MEDIAN)이 0보다 큰 경우, 타겟 구조물(200)이 손상된 것으로 판단될 수 있다. 스큐 값(SKEW)이 0보다 작거나 같고, 손상 결과 값(NI)들의 중앙값(MEDIAN)이 0보다 작거나 같은 경우, 타겟 구조물(200)이 손상되지 않은 것으로 판단될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물(200)의 손상 진단 방법은 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값(T) 및 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)을 제공함으로써 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단할 수 있어 구조물 진단의 정확도를 높일 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 장치를 나타내는 블록도이다.

도 11을 참조하면, 타겟 구조물(200)의 손상 진단 장치(10)는 익싸이테이션부(500), 센싱부(100) 및 결과 계산기(310)를 포함한다. 결과 계산기(310)는 컨트롤부(300)에 포함될 수 있다. 익싸이테이션부(500)는 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 제1 주파수(Wa)보다 높은 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공한다. 센싱부(100)는 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 초음파 신호(US2)에 대한 타겟 구조물(200)의 응답 초음파 신호(RUS)를 수신한다. 결과 계산기(310)는 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)에 대한 타겟 구조물(200)의 테스트 응답 초음파 신호(TRUS)의 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수(Wb)로부터 제1 주파수(Wa)를 뺀 값에 해당하는 주파수에 상응하는 스펙트럼 크기에 의해 결정되는 문턱값(T) 및 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)을 계산한다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 장치를 나타내는 블록도이다.

도 12를 참조하면, 타겟 구조물(200)의 손상 진단 장치(10)는 익싸이테이션부(500), 센싱부(100) 및 스큐-중앙값 계산기(350)를 포함한다. 스큐-중앙값 계산기(350)는 컨트롤부(300)에 포함될 수 있다. 익싸이테이션부(500)는 변동 가능한 제1 주파수(Wa)를 갖는 제1 초음파 신호(US1) 및 제1 주파수(Wa)보다 높고, 변동 가능한 제2 주파수(Wb)를 갖는 제2 초음파 신호(US2)를 동시에 타겟 구조물(200)에 제공한다. 센싱부(100)는 제1 초음파 신호(US1) 및 제2 초음파 신호(US2)에 대한 타겟 구조물(200)의 응답 초음파 신호(RUS)를 수신한다. 스큐-중앙값 계산기(350)는 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단하는 문턱값(T) 및 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 생성되는 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)들, 손상 결과 값(NI)의 평균 및 표준 편차에 기초하여 스큐(skew)값과 중앙값을 계산한다. 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물(200)의 손상 진단 장치(10)는 제2 주파수(Wb)를 갖는 테스트 초음파 신호(TUS)를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값(T) 및 응답 초음파 신호(RUS)의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물(200)의 손상 결과 값(NI)을 제공함으로써 타겟 구조물(200)의 손상 여부를 판단할 수 있어 구조물 진단의 정확도를 높일 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조물의 손상 진단 방법은 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공하여 계산되는 문턱값 및 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 타겟 구조물의 손상 결과 값을 제공함으로써 타겟 구조물의 손상 여부를 판단할 수 있어 다양한 구조물 진단에 적용될 수 있다.

상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (14)

1. 익싸이테이션부가 제1 주파수를 갖는 제1 초음파 신호 및 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 초음파 신호를 동시에 타겟 구조물에 제공하는 단계;
   센싱부가 상기 제1 초음파 신호 및 상기 제2 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 응답 초음파 신호를 수신하는 단계; 및
   컨트롤부가 상기 타겟 구조물의 손상 여부를 판단하는 문턱값 및 상기 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 상기 타겟 구조물의 손상 결과 값을 제공하는 단계를 포함하고,
   상기 문턱값은, 상기 타겟 구조물에 상기 제2 주파수를 갖는 테스트 초음파 신호를 복수 회 제공하여 얻어지는 상기 테스트 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 테스트 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에서 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 차 주파수 또는 합 주파수에 상응하는 제1 응답 스펙트럼 크기들 또는 제2 응답 스펙트럼 크기들의 평균과 표준편차에 기초하여 결정되고,
   상기 손상 결과값은, 상기 제 1 초음파 신호와 상기 제 2 초음파 신호를 동시에 상기 타겟 구조물에 제공하여 얻어지는 상기 응답 초음파 신호의 상기 제 1 응답 스펙트럼 크기들 또는 상기 제 2 응답 스펙트럼 크기들에서 상기 문턱값을 뺀 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 타겟 구조물의 손상 진단 방법.
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9. 제1 항에 있어서,
   상기 손상 결과 값이 0보다 큰 경우, 상기 타겟 구조물이 손상된 것으로 판단되고,
   상기 손상 결과 값이 0보다 작거나 같은 경우, 상기 타겟 구조물은 손상되지 않은 것으로 판단되는 것을 특징으로 하는 타겟 구조물의 손상 진단 방법.
10. 삭제
11. 익싸이테이션부가 제1 주파수를 갖는 제1 초음파 신호 및 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 초음파 신호를 동시에 타겟 구조물에 제공하는 단계;
    상기 익싸이테이션부가 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수를 변동하여 상기 제1 초음파 신호 및 상기 제2 초음파 신호를 동시에 상기 타겟 구조물에 제공하는 단계;
    센싱부가 상기 제1 초음파 신호 및 상기 제2 초음파 신호에 대한 상기 타겟 구조물의 응답 초음파 신호를 수신하는 단계;
    컨트롤부가 상기 타겟 구조물의 손상 여부를 판단하는 문턱값 및 상기 응답 초음파 신호의 주파수 스펙트럼에 기초하여 생성되는 상기 타겟 구조물의 손상 결과 값들, 상기 손상 결과 값들의 평균 및 표준 편차에 기초하여 스큐(skew)값과 중앙값을 제공하는 단계, 여기서 상기 손상 결과 값들의 스큐값은 아래 식
    

    

    
    에 의해 산출되며, 상기 식에서 μ는 손상 결과 값(NI)의 평균을 나타내고, σ는 손상 결과 값(NI)의 표준 편차를 나타내고, E는 기대값을 나타내며, 그리고
    상기 스큐값 또는 상기 손상 결과 값들의 중앙값이 모두 0보다 작거나 같을 경우, 상기 타겟 구조물이 손상되지 않은 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우, 상기 타겟 구조물이 손상된 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 구조물의 손상 진단 방법.
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