KR101626667B1 - 자기변형 초음파 변환기 고정장치 및 고정방법 - Google Patents

자기변형 초음파 변환기 고정장치 및 고정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 진단 감시를 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 배관, 곡관 등의 구조물 표면에 고정시키기 위한 장치 및 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 고정장치에 있어서, 상기 자기변형 초음파 변환기는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판, 및 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일을 구비하고, 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판과, 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일, 및 상기 가진코일과 소정간격 이격되어 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되는 측정코일을 구비하며, 상기 고정장치는 상기 자기변형패치의 하부면을 상기 구조물의 표면에 면접촉되도록 고정시키는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치로서 달성될 수 있다.

Description

자기변형 초음파 변환기 고정장치 및 고정방법{Apparatus and Method for fixing Magnetostrictive Transducer}
본 발명은 진단 감시를 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 배관, 곡관 등의 구조물 표면에 고정시키기 위한 장치 및 방법에 대한 것이다.
원전 및 발전/석유화학/제철설비 등 중요한 산업시설은 많은 고온 공정으로 구성되게 된다. 특히, 배관계통, 압력용기 등 핵심 안전관리대상은 주로 설비 가동 중 고온상태를 유지하게 된다.
도 1은 일본 미하마 원전 가동 중 사고 사진을 도시한 것이다. 그리고, 도 2는 석유화학 설비의 주 사고부위를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 원전의 경우, 가동주기가 점점 더 증가하고 있는 추세이므로 검사를 위한 가동중지로 인한 경제적 손실이 매우 큰 실정이다.
따라서, 산업설비의 안전성을 확보하기 위해서 고온 구조물에 대한 진단/감시 기법의 개발이 시급한 상황이다. 또한, 고온구조물의 균열 및 부식은 주로 배관 계통에 발생되게 되고, 이러한 고온 배관의 균열 및 두께 변화를 진단할 수 있는 초음파 탐상기술이 요구되고 있다.
또한, 고온 구조물의 경우 온도의 누설방지를 위해 보온/단열을 위해 단열층으로 피복되어 있어 검사를 위해서는 이러한 단열층을 제거하고 검사 후 다시 복구하는 과정이 요구된다.
도 3a 및 도 3b는 보온/단열을 위한 피복층이 구비된 고온 구조물의 사진을 도시한 것이다. 정기/상시 진단이 필요한 검사부위가 많아서 다수의 센서를 설치하고자 할 때는 센서의 크기나 부착방식, 그리고 단가가 실제 적용 가능성에 많은 영향을 미치게 된다.
종래 압전방식의 고온용 센서가 개발되어 있지만, 사용 온도의 한계, 내구성 등의 문제로 인해 상시감시를 위한 실제 적용에 한계가 존재한다.
따라서 실제 설비의 제한된 검사환경을 고려한 고온 구조물의 결함을 진단할 수 있는 장치, 기법이 요구되었다.
대한민국 등록특허 제1272981호 대한민국 등록특허 제1061226호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 고온환경에서, 신속하게 고온구조물을 진단하거나 영구적으로 설치하여 상시 진단이 가능하고, 고감도로 고온구조물의 균열, 두께 등을 측정, 진단, 분석할 수 있는 매설가능한 박판형 고감도 자기 변형 초음파 변환기, 진단장치, 분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 특정곡률을 갖는 배관이나, 곡관 등에도 신속하고 손쉽게 접촉 고정하여 고온환경에서, 신속하게 고온구조물을 진단하거나 영구적으로 설치하여 상시 진단이 가능하고, 고감도로 고온구조물의 균열, 두께 등을 측정, 진단, 분석할 수 있는 매설가능한 박판형 고감도 자기 변형 초음파 변환기, 진단장치, 분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면 특정곡률을 갖는 배관이나, 곡관 등에도 신속하고 손쉽게 접촉 고정시킬 수 있는 다양한 구조의 고정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 고정장치에 있어서, 상기 자기변형 초음파 변환기는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판, 및 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일을 구비하고, 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판과, 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일, 및 상기 가진코일과 소정간격 이격되어 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되는 측정코일을 구비하며, 상기 고정장치는 상기 자기변형패치의 하부면을 상기 구조물의 표면에 면접촉되도록 고정시키는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 구조물은 특정곡률을 갖는 배관, 곡관인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 고정장치에 있어서, 서로의 중단부가 힌지부에 의해 고정되어 상기 힌지부를 중심으로 회동되는 제1링크단과 제2링크단; 상기 제1링크단의 일측끝단과 상기 제2링크단의 일측끝단 각각에 구비되는 제1손잡이부와 제2손잡이부; 상기 자기변형패치의 일단에 고정되며, 상기 제1링크단의 타측끝단이 제1힌지에 의해 결합되어 회동가능한 제1고정단; 상기 자기변형패치의 타단에 고정되며, 상기 제2링크단의 타측끝단이 제2힌지에 의해 결합되어 회동가능한 제2고정단; 및 상기 힌지부에서 길이방향으로 이동되어 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키는 고정바를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 제1손잡이부와 상기 제2손잡이부를 회동시켜, 상기 제1링크단과 제2링크단이 상기 힌지부를 기준으로 회전하여 상기 자기변형패치가 특정곡률을 갖도록 만곡되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 고정바와 상기 제1링크단과 상기 제2링크단을 특정위치에 고정시키는 체결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고정바의 끝단에는 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치에 접촉되는 고정플레이트를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 자기변형패치의 길이는 폭보다 5 ~ 30배 정도 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 방법에 있어서, 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기의 자기변형패치의 양단 각각에 제1고정단과 제2고정단을 고정시키는 단계; 제1손잡이와 제2손잡이를 힌지부를 기준으로 회동시켜, 제1손잡이와 연결되고 끝단은 제1고정단의 제1힌지에 의해 회동되는 제1링크단과, 제2손잡이와 연결되고 끝단은 제2고정단의 제2힌지에 의해 회동되는 제2링크단에 의해 상기 자기변형패치가 휘어지는 단계; 및 상기 자기변형패치가 분석, 진단의 대상이 되는 구조물의 표면 곡률과 일치되는 곡률을 갖게 되는 경우, 제1링크단과 제2링크단을 고정시키고 고정바에 의해 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 상기 구조물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기 고정방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제4목적은, 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 고정장치에 있어서, 상기 자기변형패치의 일단에 고정되는 고정단과, 상기 자기변형패치의 타단에 고정되며 이동홀이 형성된 이동단; 일측 끝단은 상기 고정단에 고정되며, 타측 끝단부에는 다수의 걸림턱이 형성되어 상기 이동단의 이동홀에 삽입되어 지는 벨트; 상기 이동단에 상기 벨트의 타측 끝단부를 특정위치에 고정시키는 스토퍼레버;를 포함하여, 상기 벨트에 의해 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 벨트는 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 구조물 표면의 곡률에 관계없이 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시킬 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제5목적은, 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 방법에 있어서, 상기 자기변형패치의 일단에 고정단을 고정시키고, 상기 자기변형패치의 타단에 이동홀이 형성된 이동단을 고정시키는 단계; 일측 끝단이 상기 고정단에 고정된 벨트로 상기 구조물의 표면을 감싸고, 타측 끝단부를 상기 이동단의 이동홀에 삽입시키는 단계; 및 상기 벨트를 이동시켜, 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 상기 구조물의 표면에 면접촉시키고, 벨트의 타측 끝단부를 스토퍼레버를 통해 고정시키는 단계;를 포함하는 자기변형 초음파 변환기 고정방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제6목적은, 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 고정장치에 있어서, 힌지부를 기준으로 서로 회동되는 제1링크부와, 제2링크부; 상기 제1링크부의 일측끝단에 탈부착 가능하며, 특정곡률을 갖는 만곡면을 갖는 제1탈부착 고정단; 상기 제2링크부의 일측끝단에 탈부착 가능하며, 특정곡률을 갖는 만곡면을 갖는 제2탈부착 고정단; 및 상기 힌지부에서 길이방향으로 이동되어 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키는 고정바를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 제1탈부착 고정단과 상기 제2탈부착 고정단의 만곡면의 곡률은 분석, 진단의 대상이 되는 구조물의 표면 곡률에 대응되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제1링크부와 상기 제2링크부 및 상기 고정단을 특정위치에 고정시키는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제7목적은, 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 방법에 있어서, 힌지부를 기준으로 서로 회동되는 제1링크부와, 제2링크부 각각의 끝단에 분석, 진단의 대상이 되는 구조물 표면의 곡률과 대응되는 곡률면을 갖는 제1탈부착 고정단과 제2탈부착 고정단을 부착시키는 단계; 상기 제1링크부와 상기 제2링크부를 상기 힌지부를 중심으로 회전시켜, 상기 제1탈부착 고정단과 상기 제2탈부착 고정단의 곡률면을 상기 구조물 표면에 접촉시켜 고정시키는 단계; 및 고정바를 이동시켜, 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기 고정방법으로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 제1탈부착 고정단과 상기 제2탈부착 고정단을 탈착시키고, 또 다른 곡률면을 갖는 제1탈부착 고정단과 제2탈부착 고정단 각각을 상기 제1링크부와 상기 제2링크부에 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 고온환경에서, 신속하게 고온구조물을 진단하거나 영구적으로 설치하여 상시 진단이 가능하고, 고감도로 고온구조물의 균열, 두께 등을 측정, 진단, 분석할 수 있는 효과를 갖는다.
특정곡률을 갖는 배관이나, 곡관 등에도 신속하고 손쉽게 접촉 고정하여 고온환경에서, 신속하게 고온구조물을 진단하거나 영구적으로 설치하여 상시 진단이 가능하고, 고감도로 고온구조물의 균열, 두께 등을 측정, 진단, 분석할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면 특정곡률을 갖는 배관이나, 곡관 등에도 신속하고 손쉽게 접촉 고정시킬 수 있는 다양한 구조의 고정장치를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일본 미하마 원전 가동 중 사고 사진,
도 2는 석유화학 설비의 주 사고부위를 나타낸 그래프,
도 3a 및 도 3b는 보온/단열을 위한 피복층이 구비된 고온 구조물의 사진,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 매설형 자기변형 초음파변환기가 설치된 고온구조물의 사시도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기의 평면도,
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 매설형 자기변형 초음파 변환기가 설치된 고온 구조물의 단면도,
도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치가 설치된 고온구조물의 사시도,
도 6c는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 평면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치에 의해 발생된 SH체적파의 진폭과 주파수 스펙트럼 그래프,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치가 설치된 고온 구조물의 사시도,
도 9a는 본 발명의 제2실시예에 따른 10 MHz용 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 이용한 진단장치의 평면도,
도 9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 5 MHz용 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 평면도,
도 10a는 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 단면도,
도 10b는 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치가 접촉된 고정구조물의 단면도,
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 분해 사시도,
도 12a는 본 발명의 제4실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 저면도,
도 12b는 본 발명의 제4실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 분해 사시도,
도 13a는 본 발명의 제5실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 사시도,
도 13b는 본 발명의 제5실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 분해 사시도,
도 13c는 본 발명의 제5실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치가 접촉된 고정구조물의 단면도,
도 14a는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기 고정장치의 정면도,
도 14b는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정장치에 의해 고정되는 초음파 변한기를 이용한 진단장치의 평면도,
도 14c는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기 고정장치에 의해 고온 구조물에 설치된 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 정면도,
도 15a는 본 발명의 제2실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기 고정장치의 정면도,
도 15b는 본 발명의 제2실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기 고정장치에 의해 고온 구조물에 설치된 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치의 정면도,
도 15c는 도 15b의 확대도,
도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기 고정장치에 의해 고온 구조물에 설치된 자기변형 초음파 변환기의 정면도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<자기변형 초음파 변환기 및 진단장치의 구성>
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기(10) 및 진단장치(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 매설형 자기변형 초음파변환기(10)가 설치된 고온구조물(1)의 사시도를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 매설형 자기변형 초음파 변환기(10)는 고온 구조물(1)의 외면, 고온 배관의 외면에 설치되게 되며, 보온 단열층(2)과 고온구조물(1)의 외면 사이에 매설되어 설치되게 됨을 알 수 있다.
후에 설명되는 바와 같이, 매설형 자기변형 초음파 변환기(10), 진단장치(100)는 자기변형 패치(11), 플렉시블 PCB 기판(20), 가진코일(40), 측정코일(50), 영구자석(30) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 전압인가부에 의해 전압이 인가된 가진코일(40)에 흐르는 전류와 이에 의해 유도되는 유도 자기장(5)과, 영구자석(30)에 의해 자기장(4)에 의해 자기변형 패치(11)가 변형됨으로써 SH 초음파가 고온구조물(1) 측으로 인가되며, 인가된 SH초음파가 고온구조물(1)의 내면 또는 균열이 발생된 지점에서 반사되어 측정코일(50)이 이를 측정하여 분석 수단 등에 의해 고온 구조물(1)의 두께, 균열 등을 분석하게 된다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 매설형 자기변형 초음파 변환기(10), 진단장치(100)는 고온 구조물(1)의 균열 및 두께를 실시간으로 진단할 수 있으며, 약 300℃의 고온에도 적용이 가능하고, 피복 단열층(2) 하에 매립이 가능하게 된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기(10)의 구성 및 초음파 발생방법에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기(10)의 평면도를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기(10)는 고온 배관, 곡관 등인 고온구조물(1)의 표면에 접촉되어지며 자기변형되는 자기 변형패치(11)와, 자기 변형 패치(11)에 서로 소정간격 이격되어 구비되는 한 쌍의 영구자석(30)과, 이러한 한 쌍의 영구자석(30)의 이격공간에 배치되는 플렉시블 PCB기판(20), 그리고, 플렉시블 PCB 기반에 구비되는 미엔더 형태의 가진코일(40) 그리고, 가진코일(40)에 전압을 인가시키기 위한 전압인가부 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기(Magnetostrictive Transducer, MsT, 10)는 전자기 음향 트랜스듀서(Electromagnetic Acoustic Transducer, EMAT)의 일종으로, 자기변형(Magnetostriction) 원리에 의해 SH파(3)가 발생되게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 자기변형패치(11)는 배관, 곡관 등의 고온 구조물(1)의 표면에 접촉되게 되며, 이러한 자기변형패치(11)는 자기변형될 수 있는 자기변형재료로 구성되게 된다. 본 발명의 구체적실시예에서 이러한 자기변형패치(11)는 FeCo로 구성되게 된다. 이러한 FeCo는 고온에서도 고감도의 자기변형특성을 유지시키는 재료에 해당한다.
이러한 자기변형패치(11)의 표면에는 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 소정간격 이격되어 한 쌍의 영구자석(30)이 배치되게 됨을 알 수 있다. 이러한 한 쌍의 영구자석(30)은 서로 다른 극으로 띠고 있어 한 쌍의 영구자석(30) 사이의 이격 공간에서 자기장(4)이 형성되게 된다.
그리고, 플렉시블 PCB기판(20)은 한 쌍의 영구자석(30) 사이의 이격공간에 자기변형패치(11) 표면에 구비되게 된다. 그리고, 이러한 플렉시블 PCB기판(20)의 표면에 미엔더 형태의 가진코일(40)이 설치되게 된다.
후에 설명되는 바와 같이, 이러한 가진코일(40)의 코일 간의 이격거리, 임피던스 매칭 회로 등에 의해 발생되는 SH파(3)의 주파수가 결정되게 된다. SH파(3)는 영구자석(30)에 의해 형성되는 자기장(4)과 가진코일(40)에 흐르는 전류에 의해 유도되는 유도자기장(5)에 의해 자기변형패치(11)가 변형되면서 SH파(3)가 발생되게 된다.
자기변형패치(11)를 사용하지 않은 경우, 표면파 발생에 유리하고 비접촉으로 진단이 가능할 수 있으나, 고온구조물(1)의 재질 특성에 의존하게 되며 신호대잡음비가 저하되게 되는 문제점이 존재하나, 본 발명의 일실시예에 따른 자기변형패치(11)를 이용하게 되는 경우, 고온구조물(1)에 접촉이 요구되나, 고민감도이며, SH파(3)를 발생시킬 수 있고, 구조물(1)의 재질과 무관하게 진단, 측정, 분석이 가능하다는 장점을 갖는다.
이하에서는 앞서 언급한 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 매설형 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)가 설치된 고온 구조물(1)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)가 설치된 고온구조물(1)의 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 6c는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 평면도를 도시한 것이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)는 고온구조물(1)과 피복 단열층(2) 사이에 매설된 상태로 설치되어 짐을 알 수 있다. 따라서, 이러한 본 발명의 제1실시예에 따른 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)에 의해 구조물(1)의 내측방향으로 SH파(3) 인가되게 되고, 고온구조물(1)의 내면 또는 균열층에서 반사된 SH파(3)를 측정하여, 분석 수단 등에 의해 고온구조물(1)의 두께, 균열 등을 실시간으로 진단, 분석하게 된다.
또한, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)는 고온구조물(1)의 표면에 접촉되어지는 자기변형패치(11)와, 자기변형패치(11)의 표면에 서로 소정간격 이격되어 구비되는 한 쌍의 영구자석(30)과, 한 쌍의 영구자석(30) 사이의 이격공간에 구비되는 플렉시블 PCB기판(20) 그리고, 이러한 플렉시블 PCB기판(20) 상에 배열되는 미엔더 형태의 가진코일(40) 및 측정코일(50) 그리고, 가진코일(40)에 전압을 인가시키기 위한 전압인가부 등을 포함하여 구성되며, 측정코일(50)에는 분석 수단 등이 연결되게 된다.
따라서, 한 쌍의 영구자석(30) 간에 자기장(4)이 형성되며, 전압인가부에 의해 가진코일(40)에 전류가 흐르게 되면 유도자기장(5)이 형성되고, 영구자석(30)간의 자기장(4)과 유도자기장(5)에 의해 자기변형패치(11)가 자기변형되면서 SH가 고온구조물(1)의 내측방향으로 인가되게 되고, 고온구조물(1)의 내면 또는 균열 등에 의해 반사된 SH파(3)는 측정코일(50)로 인가되어 분석수단 등에 의해 고온구조물(1)의 두께, 균열 등을 실시간으로 진단, 측정, 분석하게 된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기에 의해 발생된 SH체적파의 진폭과 주파수 스펙트럼 그래프를 도시한 것이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, SH파(3)는 일정시간이 도과하면서 진폭이 감소됨을 알 수 있고, 도 7a는 약 2.25 MHz의 주파수를 가지며, 도 7b에서는 약 5 MHz 정도의 주파수를 갖게 됨을 알 수 있다.
발생되는 SH파(3)의 주파수는 후에 설명되는 바와 같이, 가진코일(40)의 간격 및 임피던스 매칭 회로에 의해 결정되게 된다. 따라서, 원하는 주파수는 가진코일(40)의 간격을 조절하거나 임피던스 매칭 회로를 부착하여 발생시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)가 설치된 고온 구조물(1)의 사시도를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)는, 가진부와 측정부 각각에 자기변형패치(11)와 플렉시블 PCB기판(20)이 구비된다는 점 외에 제1실시예와 동일하다.
즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100) 역시 고온구조물(1)과 피복 단열층(2) 사이에 매설되는 형태로 설치되어질 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 고온구조물(1)에 접촉되는 한 쌍의 자기변형패치(11)가 구비됨을 알 수 있다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 자기변형패치(11) 표면 각각에 플렉시블 PCB 기판(20)이 구비되게 되며, 일측에 구비된 플렉시블 PCB기판(20)에는 미엔더 형태의 가진코일(40)이 배치되며, 타측에 구비된 플렉시블 PCB기판(20)에는 미엔더 형태의 측정코일(50)이 배치되게 됨을 알 수 있다.
따라서, 가진부와 측정부 각각에 독립적으로 자기변형패치(11)를 구비하게 됨으로써, 서로 간의 간섭현상을 막을 수 있어 보다 고감도로 고온구조물(1)의 두께, 균열을 측정할 수 있게 된다.
또한, 자기변형패치(11)를 일체로 구성하고, 플렉시블 PCB기판(20)을 한 쌍의 구비시킬 수도 있고, 한 쌍의 자기변형패치(11) 상에 하나의 플렉시블 PCB기판(20)을 배치하여 구성될 수도 있다.
도 9a는 본 발명의 제2실시예에 따른 10 MHz용 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 평면도를 도시한 것이다. 또한, 도 9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 5 MHz용 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 평면도를 도시한 것이다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 초음파변환기에 의해 발생된 SH파(3)의 주파수는 가진코일(40)의 간격, 임피던스 매칭 회로에 의해 결정되게 된다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 가진코일(40)의 선폭을 0.2 mm, 가진코일(40) 간의 빈간격을 0.1 mm로 설계한 경우 10 MHz의 SH주파수가 발생되게 되며, 도 9b에 도시된 바와 같이, 가진코일(40)의 선폭을 0.5 mm, 가진코일(40) 간의 빈간격을 0.1 mm로 설계한 경우 5 MHz의 SH주파수가 발생되게 됨을 알 수 있다.
도 10a는 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 10b는 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)가 접촉된 고온구조물(1)의 단면도를 도시한 것이다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에서는 고온구조물(1)이 특히 배관이나 곡관인 경우, 다양한 곡률을 관에 포괄적으로 적용될 수 있는 형태를 갖고 있음을 알 수 있다. 도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 분해 사시도를 도시한 것이다.
즉, 이러한 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)는 앞서 언급한 제1실시예와 제2실시예와는 달리 케이스 부재(110)와 체결수단(120)을 더 포함하여 구성되게 된다.
본 발명의 제3실시예에 따른 케이스 부재(110)는 도 10a, 도 10b 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상부면은 폐쇄되어 있고, 측면은 특정두께를 가지며 하부는 개구부가 형성되어 진 형태를 가짐을 알 수 있다.
또한, 측면의 하단면은 특정곡률로 만곡된 형태를 가지며 보다 구체적으로 외측이 내측보다 상부에 위치하도록 외측에서 내측으로 경사진 만곡된 형태를 가지게 된다.
따라서 체결수단(120)에 의해 자기변형패치(11)의 가장자리 측을 체결수단(120)에 의해 케이스 부재(110)의 측면 하단면에 형상맞춤되도록 고정시키게 되면, 자기변형 패치(11)는 도 10a에 도시된 바와 같이, 하부측으로 볼록한 형태로 배치되게 됨을 알 수 있다.
또한, 케이스 부재(110)의 내부에는 중공부가 형성되어지게 되므로, 자기변형패치(11)는 플렉시블하게 변형될 수 있는 구조가 될 수 있다. 따라서, 특정곡률을 갖는 고온 구조물(1)의 표면에 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 접촉하게 되는 경우, 도 10b에 도시된 바와 같이, 자기변형패치(11)가 만곡되어 고온구조물(1)의 곡률에 부합되도록 접촉되게 됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)는 평판형의 고온구조물(1)뿐 아니라, 다양한 곡률을 갖는 곡관, 배관에도 설치될 수 있게 된다.
도 12a는 본 발명의 제4실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 저면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 12b는 본 발명의 제4실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 분해 사시도를 도시한 것이다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예는 평판형 고온구조물(1)에 적용되는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)에 해당함을 알 수 있다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 케이스 부재(110)는 상면이 폐쇄되고, 특정두께를 갖는 측면을 가지며 하부는 개방되어있으며 내부공간을 갖도록 형성되어짐을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 제4실시예에 따른 케이스 부재(110)의 측면의 하단면은 곡률이 없이 평평하게 구비된다. 따라서, 이러한 측면의 하단면에 자기변형패치(11)가 설치되게 되어 자기변형패치(11)는 곡률없이 평평하게 유지됨을 알 수 있다.
따라서, 이러한 제4실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)는 평판형 고온구조물(1)의 외면에 설치될 수 있게 된다.
도 13a는 본 발명의 제5실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 13b는 본 발명의 제5실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 분해 사시도를 도시한 것이다. 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예는 특정곡률을 갖는 곡관, 배관에 적용되는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)에 해당함을 알 수 있다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 케이스 부재(110)는 상면이 폐쇄되고, 특정두께를 갖는 측면을 가지며 하부는 개방되어있으며 내부공간을 갖도록 형성되어 짐을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 제5실시예에 따른 케이스 부재(110)의 측면의 하단면은 특정곡률을 가지고 만곡된 형태를 갖고 있다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 케이스 부재(110)의 측면의 하단면은 내측이 외측보다 상부에 위치사도록 외측에서 내측으로 경사가 형성되면서 만곡된 형태로 구성됨을 알 수 있다.
따라서, 체결수단(120) 등에 의해 자기변형패치(11)를 케이스 부재(110)의 측면 하단면에 고정, 부착시키게 되는 경우, 도 10a에 도시된 바와 같이, 측면 하단면의 곡률에 부합되도록 자기변형패치(11) 역시 만곡되게 됨을 알 수 있다.
그리고, 도 10c에 도시된 바와 같이, 이러한 특정곡률과 대응되는 곡률을 갖는 배관, 곡관의 표면에 본 발명의 제5실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)가 형상맞춤되어 접촉되게 됨을 알 수 있다.
또한, 측면 하단면이 다양한 곡률을 갖도록 케이스 부재(110)를 다양하게 제작한 후, 측정, 진단의 대상이 되는 고온 구조물(1)의 곡률에 부합되는 곡률을 갖는 케이스 부재(110)에 자기변형패치(11)를 부착하여 사용될 수 있다.
<자기변형 초음파 변환기 고정장치의 구성>
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기(10) 또는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 고온 구조물(1)의 표면에 고정시키기 위한 고정장치의 구성을 중심으로 설명하도록 한다.
먼저, 도 14a는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 배관, 곡관 등의 구조물(1)에 고정시키기 위한 고정장치(200)의 정면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 14b는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정장치(200)에 의해 고정되어지는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 평면도를 도시한 것이다. 또한, 도 14c는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기 고정장치(200)에 의해 고온 구조물(1)에 설치된 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 정면도를 도시한 것이다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 배관, 곡관 등의 구조물(1)에 고정시키기 위한 고정장치(200)는 제1링크단(230)과 제1손잡이부(231), 힌지부(250), 제1고정단(210), 제2링크단(240)과 제2손잡이부(241), 힌지부(250), 제2고정단(220) 등을 포함하여 구성되어 짐을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 고정장치(200)에 의해 고정되는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)에서, 도 14b에 도시된 바와 같이, 자기변형패치(11)는 폭보가 길이가 긴 띠 형태를 가짐을 알 수 있다. 이러한 자기변형패치(11)의 외면에는 플렉시블 PCB와, 미엔더 형태의 가진코일(40)와 측정코일(50)이 배치된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 고정장치(200)의 제1링크단(230)과 제2링크단(240)은 힌지부(250)에서 교차되어 힌지부(250)를 중심으로 회전 가능한 구조를 가지고 있으며, 이러한 제1링크단(230)과 제2링크단(240)의 일측 끝단은 각각 제1고정단(210)과 제2고정단(220)에 의해 자기변형패치(11)의 끝단부에 고정설치되게 된다. 또한, 제1링크단(230)의 끝단은 제1힌지(211)에 의해 제1고정단(210)에 고정되어 제1힌지(211)를 중심으로 자유회동되도록 구성되며, 제2링크단(240)의 끝단은 제2힌지(221)에 의해 제2고정단(220)에 고정되어 제2힌지(221)를 중심으로 자유회동 되도록 구성된다.
그리고, 제1손잡이부(231)는 제1링크단(230)과 일체로 구성됨이 바람직하며, 힌지부(250)를 기준으로 제1링크단(230)과 제1손잡이부(231)로 구획되며, 제2손잡이부(241) 역시 제2링크단(240)과 일체로 구성되어 힌지부(250)를 기준으로 제2링크단(240)과 제2손잡이부(241)로 구획되게 된다.
또한, 힌지부(250)에는 상하로 이동이 가능한 고정바(260)가 구비되며, 고정바(260)의 끝단에는 고정플레이트(261)가 구비되게 된다. 따라서, 도 14c에 도시된 바와 같이, 사용자가 제1손잡이부(231)와 제2손잡이부(241)를 파쥐하고 웅켜잡게 되면 힌지부(250)를 기준으로 제1링크단(230)과 제2링크단(240) 사이의 각도가 줄어들게 되므로, 제1고정단(210)과 제2고정단(220) 사이에 고정된 자기변형패치(11)가 곡률을 갖도록 휘어지게 됨을 알 수 있다.
따라서 사용자는 제1손잡이부(231)와 제2손잡이부(241)를 회동시켜 구조물(1)의 곡률과 일치되도록 자기변형패치(11)를 만곡시킬 수 있게 된다. 자기변형패치(11)가 구조물(1)의 곡률과 부합되도록 휘어지게 되면 사용자는 고정부재에 의해 제1링크단(230)과 제2링크단(240)을 회동하지 못하도록 고정시키게 된다.
그리고, 고정바(260)를 이동시켜 고정플레이트(261)와 구조물(1)의 표면 사이에 자기변형초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 위치시켜, 진단장치(100)를 구조물(1)의 표면에 접촉되도록 고정시키게 된다. 그리고, 고정바(260)가 이동되지 않도록 체결부재에 의해 고정바(260)를 고정시키게 된다.
그리고, 전압인가부에 의해 가진코일(40)에 전압을 인가하게 되면, 자기변형패치(11)가 자기변형되면서 구조물(1)의 내측으로 SH파(3)가 인가되게 되고, 구조물(1)의 내면 또는 균열 부위에서 반사된 SH파(3)는 측정코일(50)에서 수신하여, 측정코일(50)과 연결된 분석수단 등이 이를 분석하여 구조물(1)의 균열, 두께 등을 측정, 분석, 진단하게 된다.
따라서, 제1실시예에 따른 고정장치(200)에 의하면 고온 배관, 곡관 등의 곡률에 상황없이 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 고온 구조물(1)의 표면에 접촉 고정시킬 수 있게 된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 곡률을 갖는 고온 구조물(1)의 표면에 고정시키기 위한 고정장치(300)의 정면도를 도시한 것이다. 또한, 도 15b는 본 발명의 제2실시예에 따른 고정장치(300)에 의해 고온 구조물(1)에 설치된 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 정면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 15c는 도 15b의 확대도를 도시한 것이다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기의 고정장치(300)는 고정단(320), 이동단, 벨트(310), 스토퍼 레버(340) 등을 포함하여 구성되어 짐을 알 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 고정단(320)과 이동단 각각은 도 15a에 도시된 바와 같이, 자기변형패치(11)의 양 끝단 측 각각에 고정설치되게 됨을 알 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 고정단(320)에는 폴리머 재질로 구성된 벨트(310)의 일측 끝단이 고정되게 되고, 벨트(310)의 타측 끝단 측에는 톱니 형상의 다수의 걸림턱(311)이 형성되어 이동단에 형성된 이동홀을 통해 이동될 수 있도록 구성되게 된다.
그리고, 벨트(310)의 타측끝단 측을 이동단에 형성된 이동홀을 통해 이동될 수 있으며, 스토퍼 레버(340)에 의해 특정위치에 고정될 수 있는 구조를 갖게 된다. 따라서, 도 15b에 도시된 바와 같이, 배관의 외면을 벨트(310)가 둘러싸도록 한 후, 벨트(310)의 타측 끝단을 이동단의 이동홀에 삽입한 후, 배관의 외면에 벨트(310)가 접촉될 정도로 압착시킨 후, 스토퍼 레버(340)를 통해 벨트(310)를 이동단에 고정시켜, 자기변형 초음파 변환기(10) 또는 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 배관에 접촉 고정시키게 된다.
그리고, 전압인가부에 의해 가진코일(40)에 전압을 인가하게 되면, 자기변형패치(11)가 자기변형되면서 구조물(1)의 내측으로 SH파(3)가 인가되게 되고, 구조물(1)의 내면 또는 균열 부위에서 반사된 SH파(3)는 측정코일(50)에서 수신하여, 측정코일(50)과 연결된 분석수단 등이 이를 분석하여 구조물(1)의 균열, 두께 등을 측정, 분석, 진단하게 된다.
따라서, 제2실시예에 따른 고정장치(300)에 의하면 고온 배관, 곡관 등의 곡률에 상황없이 자기변형 초음파 변환기(10) 또는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 고온 구조물(1)의 표면에 접촉 고정시킬 수 있게 된다.
도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 고정장치(400)에 의해 고온 구조물(1)에 설치된 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)의 정면도를 도시한 것이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 자기변형 초음파 변환기(10) 또는 초음파변환기를 이용한 진단장치(100)를 고온구조물(1)의 표면에 고정시키기 위한 고정장치(400)는, 힌지부(250)에 의해 서로 회동되는 제1링크부(410)와 제2링크부(420), 그리고, 제1링크부(410) 끝단에 탈부착 가능하도록 체결되는 제1탈부착 고정단(450)과, 제2링크부(420) 끝단에 탈부착 가능하도록 체결되는 제2탈부착 고정단(460), 힌지부(430)에 삽입되어 상하로 회동되는 고정바(440) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제1탈부착 고정단(450)과 제2탈부착 고정단(460)의 외면은 특정곡률로 만곡된 형상을 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서, 진단, 측정의 대상이 되는 배관, 곡관의 곡률에 대응되는 곡률을 갖는 제1탈부착 고정단(450)과 제2탈부착 고정단(460) 각각을 제1링크부(410) 끝단과 제2링크부(420) 끝단에 체결시키게 된다.
그리고, 힌지부(430)를 중심으로 제1링크부(410)와 제2링크부(420)를 회동시켜 제1탈부착 고정단(450)과 제2탈부착 고정단(460)의 외면을 진단, 측정의 대상이 되는 배관, 곡관의 표면에 접촉시키고, 고정부재에 의해 제1링크부(410)와 제2링크부(420)가 회동되지 않도록 고정하게 된다.
그리고, 힌지부(430)에 형성된 나사산이 형성된 체결홀에 나사결합되는 고정바(440)를 상하로 이동시켜 자기변형 초음파 변환기(10) 또는 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 측정, 진단의 대상이 되는 고온구조물(1)의 표면에 접촉 고정시키게 된다.
그리고, 전압인가부에 의해 가진코일(40)에 전압을 인가하게 되면, 자기변형패치(11)가 자기변형되면서 구조물(1)의 내측으로 SH파(3)가 인가되게 되고, 구조물(1)의 내면 또는 균열 부위에서 반사된 SH파(3)는 측정코일(50)에서 수신하여, 측정코일(50)과 연결된 분석수단 등이 이를 분석하여 구조물(1)의 균열, 두께 등을 측정, 분석, 진단하게 된다.
따라서, 제3실시예에 따른 고정장치(400)에 의하면, 다양한 곡률면을 갖는 탈부착 고정단(450), 460)을 교체할 수 있어, 고온 배관, 곡관 등의 곡률에 상황없이 자기변형 초음파 변환기(10) 또는 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치(100)를 고온 구조물(1)의 표면에 접촉 고정시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:고온구조물
2:단열층
3:SH파
4:자기장
5:유도자기장
10:자기변형 초음파 변환기
11:자기변형패치
20:플렉시블 PCB기판
30:영구자석
40:가진코일
50:측정코일
100:자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치
110:케이스부재
120:체결수단
200, 300, 400:고정장치
210:제1고정단
211:제1힌지
220:제2고정단
221:제2힌지
230:제1링크단
231:제1손잡이부
240:제2링크단
241:제2손잡이부
250:힌지부
260:고정바
261:고정플레이트
310:벨트
311:걸림턱
320:고정단
330:이동단
340:스토퍼레버
410:제1링크부
420:제2링크부
430:힌지부
440:고정바
450:제1탈부착 고정단
460:제2탈부착 고정단

Claims (17)

  1. 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 고정장치에 있어서,
    상기 자기변형 초음파 변환기는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판, 및 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일을 구비하고,
    상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판과, 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일, 및 상기 가진코일과 소정간격 이격되어 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되는 측정코일을 구비하며,
    상기 고정장치는,
    서로의 중단부가 힌지부에 의해 고정되어 상기 힌지부를 중심으로 회동되는 제1링크단과 제2링크단;
    상기 제1링크단의 일측끝단과 상기 제2링크단의 일측끝단 각각에 구비되는 제1손잡이부와 제2손잡이부;
    상기 자기변형패치의 일단에 고정되며, 상기 제1링크단의 타측끝단이 제1힌지에 의해 결합되어 회동가능한 제1고정단;
    상기 자기변형패치의 타단에 고정되며, 상기 제2링크단의 타측끝단이 제2힌지에 의해 결합되어 회동가능한 제2고정단; 및
    상기 힌지부에서 길이방향으로 이동되어 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키는 고정바를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1손잡이부와 상기 제2손잡이부를 회동시켜, 상기 제1링크단과 제2링크단이 상기 힌지부를 기준으로 회전하여 상기 자기변형패치가 특정곡률을 갖도록 만곡되는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 고정바와 상기 제1링크단과 상기 제2링크단을 특정위치에 고정시키는 체결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고정바의 끝단에는 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치에 접촉되는 고정플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 자기변형패치의 길이는 폭보다 5 ~ 30배 정도 큰 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  6. 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기의 자기변형패치의 양단 각각에 제1고정단과 제2고정단을 고정시키는 단계;
    제1손잡이와 제2손잡이를 힌지부를 기준으로 회동시켜, 제1손잡이와 연결되고 끝단은 제1고정단의 제1힌지에 의해 회동되는 제1링크단과, 제2손잡이와 연결되고 끝단은 제2고정단의 제2힌지에 의해 회동되는 제2링크단에 의해 상기 자기변형패치가 휘어지는 단계; 및
    상기 자기변형패치가 분석, 진단의 대상이 되는 구조물의 표면 곡률과 일치되는 곡률을 갖게 되는 경우, 제1링크단과 제2링크단을 고정시키고 고정바에 의해 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 상기 구조물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기 고정방법.
  7. 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 고정장치에 있어서,
    상기 자기변형 초음파 변환기는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판, 및 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일을 구비하고,
    상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판과, 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일, 및 상기 가진코일과 소정간격 이격되어 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되는 측정코일을 구비하며,
    상기 고정장치는,
    상기 자기변형패치의 일단에 고정되는 고정단과, 상기 자기변형패치의 타단에 고정되며 이동홀이 형성된 이동단;
    일측 끝단은 상기 고정단에 고정되며, 타측 끝단부에는 다수의 걸림턱이 형성되어 상기 이동단의 이동홀에 삽입되어 지는 벨트;
    상기 이동단에 상기 벨트의 타측 끝단부를 특정위치에 고정시키는 스토퍼레버;를 포함하여, 상기 벨트에 의해 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 벨트는 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 구조물 표면의 곡률에 관계없이 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  10. 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기의 자기변형패치의 일단에 고정단을 고정시키고, 상기 자기변형패치의 타단에 이동홀이 형성된 이동단을 고정시키는 단계;
    일측 끝단이 상기 고정단에 고정된 벨트로 상기 구조물의 표면을 감싸고, 타측 끝단부를 상기 이동단의 이동홀에 삽입시키는 단계; 및
    상기 벨트를 이동시켜, 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 상기 구조물의 표면에 면접촉시키고, 벨트의 타측 끝단부를 스토퍼레버를 통해 고정시키는 단계;를 포함하는 자기변형 초음파 변환기 고정방법.
  11. 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 고정장치에 있어서,
    상기 자기변형 초음파 변환기는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판, 및 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일을 구비하고,
    상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치는, 구조물의 표면에 접촉되며 자기변형재료로 구성되는 자기변형패치와, 서로 특정간격 이격되어 상기 자기변형패치의 표면에 구비되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 영구자석과, 상기 한 쌍의 영구자석 간의 이격공간의 상기 자기변형패치의 표면에 구비되는 플렉시블 PCB기판과, 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되며 전압인가부에 의해 전압을 인가받아 유도자기장을 발생시키는 가진코일, 및 상기 가진코일과 소정간격 이격되어 상기 플렉시블 PCB 기판상에 미엔더 형태로 배치되는 측정코일을 구비하며,
    상기 고정장치는,
    힌지부를 기준으로 서로 회동되는 제1링크부와, 제2링크부;
    상기 제1링크부의 일측끝단에 탈부착 가능하며, 특정곡률을 갖는 만곡면을 갖는 제1탈부착 고정단;
    상기 제2링크부의 일측끝단에 탈부착 가능하며, 특정곡률을 갖는 만곡면을 갖는 제2탈부착 고정단; 및
    상기 힌지부에서 길이방향으로 이동되어 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키는 고정바를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1탈부착 고정단과 상기 제2탈부착 고정단의 만곡면의 곡률은 분석, 진단의 대상이 되는 구조물의 표면 곡률에 대응되는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1링크부와 상기 제2링크부 및 상기 고정단을 특정위치에 고정시키는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기의 고정장치.
  14. 구조물의 상태를 분석, 진단하기 위한 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키기 위한 방법에 있어서,
    힌지부를 기준으로 서로 회동되는 제1링크부와, 제2링크부 각각의 끝단에 분석, 진단의 대상이 되는 구조물 표면의 곡률과 대응되는 곡률면을 갖는 제1탈부착 고정단과 제2탈부착 고정단을 부착시키는 단계;
    상기 제1링크부와 상기 제2링크부를 상기 힌지부를 중심으로 회전시켜, 상기 제1탈부착 고정단과 상기 제2탈부착 고정단의 곡률면을 상기 구조물 표면에 접촉시켜 고정시키는 단계; 및
    고정바를 이동시켜, 상기 자기변형 초음파 변환기 또는 상기 자기변형 초음파 변환기를 이용한 진단장치를 상기 구조물의 표면에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기 고정방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1탈부착 고정단과 상기 제2탈부착 고정단을 탈착시키고, 또 다른 곡률면을 갖는 제1탈부착 고정단과 제2탈부착 고정단 각각을 상기 제1링크부와 상기 제2링크부에 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형 초음파 변환기 고정방법.
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