KR101646145B1

KR101646145B1 - Waveguide sensor apparatus

Info

Publication number: KR101646145B1
Application number: KR1020150003580A
Authority: KR
Inventors: 김회웅; 주영상; 박창규; 김종범; 이용범
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2016-08-08
Also published as: KR20160086173A

Abstract

본 발명은 판형 웨이브가이드(waveguide)를 이용하여 판파(Lamb wave)를 생성하는 장치에 관한 것으로, 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서(transducer)와, 상기 발생된 초음파를 대칭 모드 판파(lamb wave)로 입사시키는 웨지(wedge) 및 비대칭적으로 형성되는 슬릿(slit)을 각각 포함하는 전면 및 후면을 구비하여, 대칭 모드 판파가 반대칭 모드 판파로 변환되어 전파되도록 하는 웨이브가이드(waveguide)를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to an apparatus for generating a lamb wave using a plate-shaped waveguide, and more particularly, to an apparatus for generating a lamb wave by using a plate waveguide, including an ultrasonic transducer for generating an ultrasonic wave and a lamb wave And a waveguide having a front surface and a rear surface each including a wedge to be incident and an asymmetrically formed slit so that the symmetrical mode plate wave is converted into the opposite mode mode plate wave and propagated .

Description

[0001] WAVEGUIDE SENSOR APPARATUS [0002]

본 발명은 판형 웨이브가이드(waveguide)를 이용하여 판파(Lamb wave)를 생성하는 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for generating a lamb wave using a plate waveguide.

고온, 고방사능과 같은 극한 환경 속에 위치한 구조물들의 경우, 상기 극한 환경으로 인한 접근의 어려움으로 인해, 그 손상 정도를 파악하기가 무척 어렵다. 따라서 이러한 극한 환경 속의 구조물들의 손상 정도를 파악하기 위해 현재 초음파를 이용하여 구조물의 내부를 간접적으로 탐지하는 비파괴 검사 방법(초음파 탐상 검사(Ultrasonic flaw detecting test))이 사용되고 있다. In the case of structures located in extreme environments such as high temperature and high radioactivity, it is very difficult to grasp the degree of damage due to the difficulty of access due to the extreme environment. Therefore, a nondestructive testing method (Ultrasonic flaw detecting test) is used to indirectly detect the inside of a structure using ultrasonic waves in order to grasp the degree of damage of structures in such an extreme environment.

이러한 초음파 탐상 검사는, 초음파가 구조물 속에 전달되었을 때 결함 등 불균일한 곳이 있으면 반사되는 성질을 이용하는 것으로, 검사를 원하는 구조물에 초음파를 방출하여야 한다. 그런데 이러한 경우, 초음파 센서를 상기 극한 환경 속에 직접 노출시키게 되면 초음파 센서의 수명을 크게 단축시킬 수 있다. 이에 따라 상기 극한 환경의 외부에 초음파 센서를 설치하고, 상기 초음파 센서에 판형(plate type)의 웨이브가이드(waveguide)를 연결하여, 상기 초음파 센서에서 송출되는 초음파를 상기 구조물에 전달하는 방식이 사용되고 있다. Such ultrasonic inspection should utilize the property of reflection when uneven portions such as defects are transmitted when the ultrasonic wave is transmitted into the structure, and ultrasound should be emitted to the structure to be inspected. In this case, if the ultrasonic sensor is directly exposed to the extreme environment, the life of the ultrasonic sensor can be greatly shortened. Accordingly, a method of providing an ultrasonic sensor outside the extreme environment and connecting a waveguide of a plate type to the ultrasonic sensor and transmitting the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor to the structure is used .

이에 따라 초음파 센서를 직접 극한 환경에 노출시키지 않도록 함으로써 고온, 고방사능과 같은 극한 환경 속에서도 장시간 사용이 가능한 장점을 가지고 있으나, 상기 판형의 웨이브가이드를 이용하여 초음파를 전파시키기 위해서는, 초음파를 판의 표면에 입사하여야 하는데, 이러한 경우 입사된 초음파는 판의 표면에서 종파와 횡파의 혼합 모드가 된다. 따라서 서로 간섭 현상이 발생하게 되고, 간섭 현상이 벌어지면 서로 소멸하기 때문에, 웨지(wedge)를 사용하여 이러한 소멸이 발생하지 않는 특정 입사각으로 초음파가 상기 판형 웨이브가이드에 입사되도록 한다. In order to propagate the ultrasonic wave by using the plate waveguide, the ultrasonic wave is transmitted to the surface of the plate In this case, the incident ultrasonic wave is a mixed mode of the longitudinal wave and the transverse wave on the surface of the plate. Therefore, when an interference phenomenon occurs, they disappear from each other when an interference phenomenon occurs, so that ultrasonic waves are incident on the plate waveguide using a wedge at a specific incident angle at which such extinction does not occur.

그런데 일반적으로 사용되는 고체 웨지는, 초음파 전파 속도가 웨이브가이드에서 발생하고자 하는 주파수 대역의 유도초음파 모드의 위상속도보다 클 경우, 유도초음파가 발생되지 않는 제한이 있다. 이에 따라 유도초음파 모드의 위상속도를, 상기 고체 웨지의 초음파 전파 속도보다 빠르게 하여야 하므로, 이에 따라 일정 수준 이상의 고주파를 가지는 초음파만을 사용하여야 한다는 문제가 있으며, 이를 보완하기 위해 초음파 전파 속도가 낮은 액체 웨지를 사용하는 경우, 고체 웨지를 사용했을 때와 비교하여 더 낮은 주파수의 유도초음파 발생이 가능하지만, 액체 소재의 특성상 고체 웨지보다 큰 댐핑(damping) 효과를 가지므로, 상기 댐핑 효과로 인해 유도 초음파의 크기가 작아 신호 대 잡음비가 낮아지는 한계가 있다. However, a solid wedge generally used has a limitation that guided ultrasonic waves are not generated when the ultrasonic wave propagation velocity is larger than the phase velocity of the guided ultrasonic wave mode in the frequency band to be generated in the waveguide. Accordingly, the phase velocity of the guided ultrasonic wave mode must be faster than the ultrasonic wave propagation velocity of the solid wedge. Therefore, there is a problem that only ultrasonic waves having a high frequency higher than a certain level should be used. In order to compensate for this problem, It is possible to generate a lower frequency induction ultrasonic wave as compared with the case of using a solid wedge. However, since it has a damping effect than a solid wedge due to the characteristics of a liquid material, There is a limit in that the signal-to-noise ratio is lowered due to the small size.

이에 따라 이러한 단점들을 보완하기 위해 베릴륨 등과 같은 높은 초음파 속도를 갖는 물질을 상기 웨이브가이드에 코팅하는 방법도 있으나, 보다 낮은 주파수를 사용하고자 하는 경우에는 코팅이 두꺼워져야 돼서 제작이 어렵고, 두꺼운 코팅에 의한 반사로 초음파 전달 효율이 낮아지는 문제가 있으며, 또한 주기적인 구조를 갖은 메타물질을 이용한 초음파 전파 기술 등이 등장하였으나, 에너지 변환율이 작고, 복잡한 구조를 가지고 있어 실제 제작이 어려운 문제가 있다. 이에 따라 보다 효율적으로 높은 신호 대 잡음비를 가지면서 보다 저주파의 유도초음파를 전파시킬 수 있도록 하는 방법이 활발하게 연구 중인 실정이다.
In order to compensate for these drawbacks, there is a method of coating a material having a high ultrasonic velocity such as beryllium on the waveguide. However, if a lower frequency is to be used, it is difficult to manufacture because of a thick coating, There is a problem that the ultrasonic wave transmission efficiency is lowered by reflection, and ultrasonic wave propagation technology using a meta material having a periodic structure has appeared. However, since the energy conversion rate is small and has a complicated structure, there is a problem that it is difficult to actually manufacture. Accordingly, a method for propagating a low frequency guided ultrasonic wave having a higher signal-to-noise ratio and more efficiently has been actively researched.

본 발명의 목적은, 보다 낮은 주파수를 가지는 유도초음파(제0차 반대칭 모드 판파 : A₀ mode Lamb wave)가 전파될 수 있도록 함으로써, 보다 먼 거리에 위치한 구조물의 초음파 탐상을 할 수 있도록 하는 웨이브가이드 센서 장치를 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ultrasound diagnostic system capable of performing ultrasound inspection of a structure located at a greater distance by allowing guided ultrasound waves having a lower frequency (A ₀ mode Lamb wave) And a guide sensor device.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치는, 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서(transducer)와, 상기 발생된 초음파를 대칭 모드 판파(lamb wave)로 입사시키는 웨지(wedge), 및, 비대칭적으로 형성되는 슬릿(slit)을 각각 포함하는 전면 및 후면을 구비하여, 상기 웨지를 통해 입사되는 대칭 모드 판파가, 반대칭 모드 판파로 변환되어 전파되도록 하는 웨이브가이드(waveguide)를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a waveguide sensor device including an ultrasonic transducer for generating ultrasonic waves, a wedge for causing the generated ultrasonic waves to enter into a lamb wave, And a slit formed asymmetrically so that a symmetrical mode plate wave incident through the wedge is converted into an opposite mode mode plate wave and propagated, And a control unit.

일 실시 예에 있어서, 상기 웨지는, 상기 초음파를 특정 입사각에 따라 입사되도록 하며, 상기 특정 입사각은 하기 수학식 1에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the wedge allows the ultrasonic wave to be incident at a specific angle of incidence, and the specific angle of incidence is determined by the following equation (1).

여기서, 상기

는 상기 초음파의 입사각도이며, 상기 V_w는 상기 웨지에서의 초음파 전파 속도이고, 상기 C_p(fd)는 주파수 f를 가지며, 두께 d인 웨이브가이드에서 전파되는 유도초음파의 위상속도이다. Here,

Is the incident angle of the ultrasonic wave, the ultrasonic wave propagation speed V _w is a, and wherein C _p (fd) is the phase velocity of having a frequency f, derived from propagating in the thickness d of the ultrasonic waveguide in the wedge.

일 실시 예에 있어서, 상기 슬릿은, 상기 반대칭 모드 판파 파장의 1/4에 해당하는 폭 및, 상기 웨이브가이드 두께의 1/2에 해당되는 깊이를 가지도록 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the slit is formed to have a width corresponding to 1/4 of the wavelength of the opposite-mode mode waveplate and a depth corresponding to 1/2 of the thickness of the waveguide .

일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 슬릿은, 상기 웨이브가이드의 전면 및 후면에 각각 형성되며, 상기 전면에 형성되는 제1 슬릿과, 상기 후면에 형성되는 제2 슬릿은, 상기 대칭 모드 판파가 상기 제1 슬릿에 의해 변환되는 제1 반대칭 모드 판파와 상기 제2 슬릿에 의해 변환되는 제2 반대칭 모드 판파가 서로 중첩 현상을 일으키도록 일정 거리만큼 서로 이격되어 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the at least one slit is formed on a front surface and a rear surface of the waveguide, respectively, the first slit formed on the front surface and the second slit formed on the rear surface, Mode plate wave converted by the first slit and the second opposite-mode mode plate wave converted by the second slit are spaced apart from each other by a predetermined distance so as to cause overlapping phenomena with each other. do.

일 실시 예에 있어서, 상기 일정 거리는, 상기 반대칭 모드 판파 파장의 1/4에 해당되는 거리임을 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the predetermined distance is a distance corresponding to 1/4 of the wavelength of the opposite-mode mode waveplate.

일 실시 예에 있어서, 상기 웨지는, 고체임을 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the wedge is characterized by being solid.

일 실시 예에 있어서, 상기 웨이브가이드는, 상기 초음파의 에너지 누설 방지를 위한 쉴딩 튜브(shielding tube)로 감싸지는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
In one embodiment, the waveguide includes a shielding tube for preventing energy leakage of the ultrasonic wave.

따라서 본 발명은, 보다 낮은 주파수를 가지는 유도초음파(제0차 반대칭 모드 판파 : A₀ mode Lamb wave)를 생성할 수 있도록 함으로써, 보다 장거리에 위치한 목적 구조물에 대한 초음파 탐상이 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다. Accordingly, the present invention can generate an induced ultrasound wave having a lower frequency (A ₀ mode Lamb wave), thereby making it possible to perform ultrasonic inspection for a target structure located at a longer distance .

또한 본 발명은 추가적인 부착물이나 부가적인 구성 없이, 간단한 구조만으로 고체 웨지를 사용하는 웨이브가이드 센서 장치에서 높은 효율의 저주파 대역의 제0차 반대칭 모드 판파를 생성할 수 있도록 하는 효과가 있다.
Further, the present invention has the effect of generating a high-efficiency, low-frequency zero-th order opposite-mode plate wave in a waveguide sensor device using a solid wedge with a simple structure without any additional attachment or additional configuration.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치에서 전파되는 대칭 모드 판파 및 반대칭 모드 판파의 위상속도 및 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도를 도시한 개념도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치에서, 생성되는 유도초음파를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 통상적인 웨이브가이드 센서 장치에서 생성되는 유도초음파를 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a waveguide sensor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing phase velocities of a symmetrical mode wave plate and an opposite-mode mode wave plate propagated in a waveguide sensor device according to an embodiment of the present invention and an ultrasonic wave propagation velocity in a solid wedge.
3 to 5 are conceptual diagrams illustrating guided ultrasonic waves generated in a waveguide sensor device according to an embodiment of the present invention.
6 to 8 are conceptual diagrams illustrating guiding ultrasound waves generated in a conventional waveguide sensor device.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, "comprises" Or "include." Should not be construed to encompass the various components or stages described in the specification, and some or all of the components or steps may not be included, or the additional components or steps And the like.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Further, in the description of the technology disclosed in this specification, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the technology disclosed in this specification may be obscured.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하도록 한다. 본 명세서에서 사용되는 ‘판파(lamb wave)’라는 용어는, 두께가 얇은 판(板)의 탄성체 속을 정파하는 파(wave)를 지칭하는 것으로, 입자의 운동 방향에 따라 대칭 모드(Symmetric mode) 판파와 반대칭 모드(Antisymmetric mode) 판파로 분류될 수 있다. 여기서 상기 대칭 모드 판파는 진행 방향으로 진동하는 파의 성분이 판의 두께 중심선에 대해 대칭을 이루며 판을 통해 전파되는 파를 말하며, 반대칭 모드 판파는 진행 방향으로 진동하는 파의 성분이 대칭을 이루지 않는 상태로 판을 통해 전파되는 파를 말한다. 여기서 상기 ‘판’은 ‘웨이브가이드’를 의미하는 것일 수 있다. 또한 이하의 설명에서 '유도초음파'라는 것은, 판형(plate type)의 웨이브가이드를 통해 판파(lamb wave) 형태로 생성되어, 초음파 탐상 방법에 따라 구조물의 내부 결함을 탐지하기 위해 상기 구조물에 전달되는 초음파를 의미하는 것일 수 있다. Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The term " lamb wave " used in this specification refers to a wave that propagates through an elastic body of a thin plate, and is a symmetric mode depending on the direction of motion of the particle. It can be classified as plate wave and antisymmetric mode plate wave. Here, the symmetric mode plate wave is a wave propagating through the plate, the component of the wave vibrating in the traveling direction is symmetrical with respect to the thickness center line of the plate, and the symmetric mode plate wave is symmetric with respect to the component of the wave vibrating in the traveling direction It is a wave that propagates through the plate in a state that it does not exist. Here, the 'plate' may be a 'wave guide'. In the following description, 'guided ultrasonic wave' is generated in the form of a lamb wave through a wave guide of a plate type and transmitted to the structure for detecting an internal defect of the structure according to an ultrasonic flaw detection method It could mean ultrasound.

먼저 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 본 발명의 기본 원리를 설명하면 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치는, 초음파 트랜스듀서(transducer)로부터 발생된 초음파를 고체 웨지를 통해 웨이브가이드로 전파시켜 대칭 모드 판파를 발생시키고, 전면과 후면에 비대칭으로 형성된 두 개의 슬릿(Slit)을 가지는 웨이브가이드를 통하여 전파함으로써, 상기 발생된 대칭 모드 판파를 반대칭 모드 판파로 변환시킨다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치는, 기존의 판형 웨이브가이드 센서 장치에서 불가능하였던 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도보다 더 낮은 위상속도를 가지는 저주파 대역의 반대칭 모드 판파를 생성할 수 있도록 한다. In order to facilitate a complete understanding of the present invention, a waveguide sensor device according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic transducer for propagating ultrasonic waves generated by an ultrasonic transducer through a solid wedge to a waveguide And propagates through a waveguide having two slits formed asymmetrically on the front and back surfaces to convert the generated symmetrical mode plate wave into the opposite mode mode plate wave. Accordingly, the waveguide sensor device according to the embodiment of the present invention can generate an opposite-mode mode plate wave having a phase velocity lower than the ultrasonic propagation velocity in the solid wedge, which was impossible in the conventional plate waveguide sensor device, .

도 1은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치의 구성을 도시한 개념도이다. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a waveguide sensor device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)는, 초음파를 발생시키는 초음파 트랜스듀서(110)와, 웨지(120), 그리고 웨이브가이드(130)를 포함할 수 있다. 1, a waveguide sensor device 100 according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic transducer 110 for generating ultrasonic waves, a wedge 120, and a waveguide 130 have.

여기서 웨지(120)는 상기 초음파 트랜스듀서(110)로부터 발생된 초음파를 간섭 현상으로 인한 소멸이 발생하지 않는 특정 입사각으로 입사시키기 위한 것이다. 상기 웨지(120)는 액체 소재 또는 고체 소재로 형성될 수 있으나, 액체 소재로 형성되는 경우, 상술한 바와 같이 초음파 전파 속도가 느린 특성을 가지므로 보다 저주파의 판파를 발생시킬 수 있다는 특징이 있으나, 액체의 특성에 따라 진동을 흡수하여 억제하는 댐핑 효과가 크게 발생하므로, 신호의 세기가 약해진다는 문제점이 있을 수 있다. 이에 따라 이하의 본 발명에서는 고체 웨지를 사용하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. Here, the wedge 120 allows the ultrasonic wave generated from the ultrasonic transducer 110 to be incident at a specific incident angle at which no extinction due to interference occurs. The wedge 120 may be formed of a liquid material or a solid material. However, when the wedge 120 is formed of a liquid material, since the ultrasonic wave propagation speed is slow as described above, There is a problem that the intensity of the signal is weakened because the damping effect that absorbs and suppresses vibration is largely generated depending on the characteristics of the liquid. Accordingly, the following description of the present invention uses solid wedges as an example.

한편 상기 도 1에서 보이고 있는 것과 같이, 상기 웨지(120)는 초음파 트랜스듀서(110)가 특정 각도로 초음파를 웨이브가이드(130)에 입사하도록 한다. 이는 상기 초음파가 상기 웨이브가이드(130)를 통해 전파되는 과정에서 발생하는 간섭 현상으로, 상기 초음파가 소멸되지 않도록 하기 위함이다. Meanwhile, as shown in FIG. 1, the wedge 120 allows the ultrasonic transducer 110 to enter the waveguide 130 at a specific angle. This is to prevent the ultrasonic waves from disappearing due to an interference phenomenon that occurs when the ultrasonic waves are propagated through the wave guide 130.

한편 상기 특정 각도는, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)에서 발생시키고자 하는 유도초음파의 위상속도와 상기 웨지(120)에서의 초음파 전파 속도를 고려하여 하기 수학식 2를 통해 결정될 수 있다. Meanwhile, the specific angle may be calculated by the following equation (2) in consideration of the phase velocity of the guided ultrasonic wave to be generated in the waveguide sensor device 100 according to the embodiment of the present invention and the ultrasonic wave propagation velocity in the wedge 120 Can be determined.

여기서 상기

는 상기 초음파 트랜스듀서(110)에서 발생된 초음파가 웨이브가이드(130)로 입사되는 입사각도이며, 상기 V_w는 상기 웨지(120)에서의 초음파 전파 속도를, 상기 C_p는 상기 웨이브가이드(130)의 두께가 d인 경우에, 주파수 f를 가지며 상기 웨이브가이드(130)에서 전파되는 유도초음파의 위상속도를 나타낼 수 있다. 여기서 상기 웨지(120)에서의 초음파 전파 속도 V_w는 상기 웨지(120)의 재질에 따라 미리 결정된 값일 수 있다. 이에 따라 발생시키고자 하는 유도초음파의 주파수에 따라, 상기 웨이브가이드(130)의 두께(d) 및, 웨지(120)의 재질에 따른 초음파 전파 속도를 이용하여 상기 입사각

를 결정하여 초음파를 웨이브가이드(130)에 입사시킬 수 있다. Here,

Is an incident angle at which the ultrasonic wave generated from the ultrasonic transducer 110 is incident on the wave guide 130. _Vw denotes the ultrasonic wave propagation velocity in the wedge 120 and _Cp denotes the waveguide 130 And the thickness of the waveguide 130 is d, the waveguide 130 has a frequency f and can represent the phase velocity of the guided ultrasonic wave propagated in the waveguide 130. Here, the ultrasonic wave propagation velocity V _w in the wedge 120 may be a predetermined value depending on the material of the wedge 120. The thickness d of the waveguide 130 and the ultrasonic propagation speed depending on the material of the wedge 120 are used to calculate the incident angle

So that ultrasonic waves can be incident on the waveguide 130.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)의 웨이브가이드(130)는 도 1에서 보이고 있는 것과 같이, 상기 초음파 트랜스듀서(110)로부터 초음파가 입사되는 전면(132)과, 반대면인 후면(134)을 포함하는 판형으로 형성될 수 있다. 1, the waveguide 130 of the waveguide sensor device 100 according to the embodiment of the present invention includes a front surface 132 on which ultrasonic waves are incident from the ultrasonic transducer 110, And a rear surface 134 which is a rear surface.

상기 웨지(120)를 통해 입사되는 초음파는, 상기 웨이브가이드(130)를 통해 대칭 모드(S₀ 모드) 판파 형태로 전파된다. 이러한 경우 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)는 상기 웨이브가이드(130)를 통해 전파되는 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 일부를 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파로 변환시키기 위한 슬릿(slit)을 포함할 수 있다. The ultrasonic waves incident through the wedge 120 propagate through the waveguide 130 in a symmetrical mode (S ₀ mode). In this case the waveguide sensor device 100 in accordance with an embodiment of the present invention is to symmetric mode is propagated (S ₀ mode) against a portion of panpa generic mode (A ₀ mode), plate waves converted via the wave guide 130 For example, a slit.

이러한 슬릿은, 상기 웨이브가이드(130)의 전면(132) 또는 후면(134)에 형성될 수 있다. 상기 슬릿은, 생성하고자 하는 주파수의 유도초음파, 즉 생성하고자 하는 주파수의 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 1/4 파장에 해당되는 폭 및, 상기 웨이브가이드(130) 두께(d)의 1/2의 깊이를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 웨이브가이드를 통해 전파되는 판파는 상기 슬릿으로 인해 모드가 변환되어 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파 형태로 상기 웨이브가이드(130)를 통해 전파될 수 있다. These slits may be formed on the front surface 132 or the back surface 134 of the waveguide 130. The slit has a width corresponding to a 1/4 wavelength of a waveguide 130 having a frequency to be generated, that is, an opposite-mode (A ₀ mode) wave plate of a frequency to be generated, / 2, so that the plate wave propagated through the waveguide is converted into a mode due to the slit and is transmitted through the waveguide 130 in the form of a polarized wave in an opposite mode (A ₀ mode) Can be propagated.

한편 상기 슬릿은, 상기 웨이브가이드(130)에 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 슬릿은, 상기 웨이브가이드(130)의 전면(132) 및 후면(134)에 각각 형성될 수 있다. 여기서 상기 웨이브가이드(130) 전면(132)에 형성되는 슬릿을 제1 슬릿(140)이라 하고, 상기 웨이브가이드(130) 후면(134)에 형성되는 슬릿을 제2 슬릿(150)이라 하는 경우, 상기 제1 슬릿(140) 및 제2 슬릿(150)은 각각 서로 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 에너지 일부를 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파로 변환시키고, 각 슬릿에서 생성된 반대칭 모드 판파가 서로 중첩 현상을 일으키도록 형성될 수 있다. At least one slit may be formed in the wave guide 130. For example, the slits may be formed on the front surface 132 and the rear surface 134 of the waveguide 130, respectively. When the slit formed on the front surface 132 of the waveguide 130 is referred to as a first slit 140 and the slit formed on the rear surface 134 of the waveguide 130 is referred to as a second slit 150, the first slit 140 and the second slits 150 are each symmetrical mode (S ₀ mode) against a portion of the energy panpa generic mode (a ₀ mode) plate wave conversion and, the anti-symmetric mode generated in each slit The board waves can be formed so as to cause overlapping phenomena with each other.

이를 위해 상기 제1 슬릿(140)과 제2 슬릿(150)은 생성하고자 하는 주파수의 유도초음파, 즉 생성하고자 하는 주파수의 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 1/4 파장에 해당되는 길이만큼 서로 이격되어 상기 전면(132)에 형성된 슬릿(140)과 상기 후면(134)에 형성된 슬릿(150)이 비대칭적으로 형성될 수 있다. 이에 따라 각 슬릿들(140, 150)에서 형성되는 반대칭 모드 판파들은 서로 중첩되어 더 강한 세기의 반대칭 모드 판파를 생성할 수 있다. For this purpose, the first slit 140 and the second slit 150 have a length corresponding to a 1/4 wavelength of an ultrasonic wave of a frequency to be generated, that is, an opposite-mode (A ₀ mode) The slits 140 formed on the front surface 132 and the slits 150 formed on the rear surface 134 may be formed asymmetrically. Accordingly, the opposing-mode plate waves formed in the slits 140 and 150 can overlap with each other to generate a strong-intensity counter-symmetry mode plate wave.

한편, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예를 들어 설명한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)의 웨이브가이드(130)에 형성되는 슬릿들은 얼마든지 2개 이상일 수도 있음은 물론이다. 즉, 상기 슬릿들이, 대칭 모드 판파를 반대칭 모드 판파로 변환시킬 수 있으며, 또한 서로 상기 반대칭 모드 판파의 중첩 현상을 일으킬 수 있는 형태, 즉 생성하고자 하는 반대칭 모드 판파의 1/4 파장에 해당되는 폭 및, 상기 웨이브가이드(130) 두께(d)의 1/2의 깊이를 가지며, 각 슬릿 사이의 거리가 생성하고자 하는 반대칭 모드 판파의 1/4 파장에 해당되는 길이만큼 서로 이격된 상태로 상기 웨이브가이드(130)의 전면(132) 및 후면(134)에 비대칭적으로 형성되는 경우, 얼마든지 더 많은 슬릿들이 상기 웨이브가이드(130)에 형성될 수도 있음은 물론이다. It is to be understood that the present invention is not limited thereto. That is, it is needless to say that the number of slits formed in the waveguide 130 of the waveguide sensor device 100 according to the embodiment of the present invention may be two or more. That is, the slits can convert the symmetrical mode plate wave into the opposite mode mode plate wave, and can also cause the superposition phenomenon of the opposite mode mode plate wave, that is, And a depth of a half of the thickness d of the waveguide 130. The distance between the slits is set to be equal to a length corresponding to a quarter wavelength of an opposite- It is needless to say that as many as more slits may be formed in the wave guide 130 when the wave guide 130 is asymmetrically formed on the front surface 132 and the rear surface 134 of the wave guide 130. [

또한 비록 도시되지는 않았으나, 상기 웨이브가이드(130)는 전달되는 유도초음파의 에너지 누설 방지를 위한 쉴딩 튜브(shielding tube)로 감싸지는 형태로 구성될 수도 있음은 물론이다. 이러한 경우 상기 쉴딩 튜브로 인해 외부로 누설되는 에너지가 감소될 수 있으므로, 보다 먼 거리까지 상기 유도초음파가 전파될 수 있다. Also, although not shown, the wave guide 130 may be configured to be wrapped with a shielding tube for preventing energy leakage of the guided ultrasound waves. In this case, since the leakage energy to the outside due to the shielding tube can be reduced, the guided ultrasonic wave can be propagated to a further distance.

한편 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치에서 전파되는 대칭 모드(S₀ 모드) 판파 및 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 위상속도 및 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도를 도시한 개념도이다. 도 2에서 제1 그래프(210)는 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 위상속도와 웨이브가이드의 두께 및 주파수의 관계를 도시한 것이며, 제2 그래프(220)는 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 위상속도와 웨이브가이드의 두께 및 주파수의 관계를 도시한 것이다. 그리고 제3 그래프(200)는 루사이트(Lucite) 재질의 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도(200)를 도시하고 있는 것이다. FIG. 2 is a graph showing the phase velocity and ultrasonic wave propagation velocity at a solid wedge in a symmetric mode (S ₀ mode) plate wave propagating in the waveguide sensor device according to the embodiment of the present invention and an opposite mode (A ₀ mode) It is a conceptual diagram. 2, the first graph 210 shows the relationship between the phase velocity of the wavefront in the symmetric mode (S ₀ mode) and the thickness and frequency of the waveguide, and the second graph 220 shows the relationship between the phase velocity of the waveguide in the opposite mode (A ₀ mode) And the relationship between the phase velocity of the plate wave and the thickness and frequency of the waveguide. And the third graph 200 shows the ultrasonic propagation speed 200 in a solid wedge made of Lucite material.

도 2를 참조하여 살펴보면, 제1 그래프(210)에서 보이고 있는 것과 같이 대칭 모드(S₀ 모드) 판파는 웨이브가이드의 두께 및 주파수에 상관없이 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도(230)보다 높은 위상속도를 가지는 반면, 제2 그래프(220)에서 보이고 있는 것과 같이 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파는 웨이브가이드의 두께 및 주파수의 값이 일정 수준보다 커야 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도(230)보다 높은 위상속도를 가지는 것을 보이고 있다. Referring to FIG. 2, as shown in the first graph 210, the plate wave in the symmetric mode (S ₀ mode) has a phase velocity higher than the ultrasonic propagation velocity 230 in the solid wedge, regardless of the thickness and frequency of the waveguide. (A _o mode) plate wave, as shown in the second graph 220, is greater than the ultrasonic propagation velocity 230 in the solid wedge when the value of the thickness and frequency of the waveguide is greater than a certain level Phase velocity.

한편 일반적인 판형 웨이브가이드 센서 장치의 경우, 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파를 발생시키기 위해서는, 웨지를 통해 반대칭 모드 판파를 생성하기 위한 특정 입사각으로 초음파를 웨이브가이드에 입사하고, 상기 특정 각도로 입사된 초음파에 의해 형성된 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파가 웨이브가이드를 따라 전파되도록 한다. In the case of a general plate waveguide sensor device, in order to generate a plate wave in the opposite mode (A ₀ mode), an ultrasonic wave is incident on the waveguide at a specific incident angle for generating an opposite-mode mode plate wave through the wedge, (A _o mode) plate wave formed by the incident ultrasonic wave propagates along the waveguide.

이에 따라 두께(d)가 1mm인 웨이브가이드를 사용하는 경우, f × d, 즉 도 2의 'Frequency × thickness(MHz × mm)'는 '2'가 되는 주파수, 즉 최소 2MHz를 초과하는 주파수를 가지는 유도초음파만이 생성될 수 있음을 알 수 있다. Thus, in the case of using a waveguide having a thickness d of 1 mm, the frequency f x d, that is, 'Frequency x thickness (MHz x mm)' in FIG. 2 is a frequency at which '2' It can be seen that only a guided ultrasonic wave can be generated.

이는 상기 도 2에서 보이고 있는 것처럼, 웨이브가이드의 두께(d)가 1mm이고, 유도초음파의 주파수(f)가 2MHz인 경우, 즉 f × d, 즉 도 2의 'Frequency × thickness(MHz × mm)'는 '2'가 되는 경우(도 2의 참조부호 250)에, 반대칭 모드 판파(A₀ 모드)의 위상속도(제2 그래프 : 220)가 웨지(120)에서의 초음파 전파 속도(제3 그래프 : 200)와 동일해지기 때문이다. 즉, 상술한 바와 같이 두께가 1mm 인 스테인레스 스틸 재질의 웨이브가이드를 사용하는 경우, 유도초음파의 주파수가 2MHz 미만이면, 유도초음파의 위상속도가 상기 웨지(120)에서의 초음파 전파 속도 보다 느리므로, 유도초음파가 발생되지 않으며, 이는 상기 수학식 2로부터, 고체 웨지(120)에서의 초음파 전파 속도(V_w)보다 위상속도(C_p)가 더 작게 되므로, 초음파 입사각도

가 결정될 수 없기 때문이다. 2, when the thickness d of the waveguide is 1 mm and the frequency f of the guided ultrasonic wave is 2 MHz, that is, f x d, that is, 'Frequency x thickness (MHz x mm) (Second graph 220) of the opposite mode mode plate wave (A ₀ mode) corresponds to the ultrasonic wave propagation velocity (third curve 220) in the wedge 120, Graph: 200). That is, in the case of using a waveguide made of stainless steel having a thickness of 1 mm as described above, when the frequency of the guided ultrasonic wave is less than 2 MHz, the phase velocity of the guided ultrasonic wave is slower than the ultrasonic wave propagating velocity in the wedge 120, It is found that the phase velocity C _p is smaller than the ultrasonic wave propagation velocity V _w in the solid wedge 120 from the above equation (2), so that the ultrasonic wave incident angle

Can not be determined.

따라서 웨이브가이드의 두께가 1mm 인 스테인레스 스틸 재질인 경우, 일반적인 판형 웨이브가이드 센서 장치에서 생성되는 유도초음파는, 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 경우 적어도 2MHz를 초과하는 주파수를 가져야 함을 알 수 있다. 따라서 통상적인 판형 웨이브가이드 센서 장치의 경우, 상기 일정 수준, 즉 상기 고체 웨지의 초음파 전파 속도(230)보다 상기 웨이브가이드의 두께(d)와 유도 초음파의 주파수(f)를 곱한 값이 더 큰 값을 가지도록 하는 큰 값의 주파수를 가지는 유도초음파만을 생성할 수 있었다. Therefore, in the case of a stainless steel material having a thickness of 1 mm, the guided ultrasonic wave generated by a general plate waveguide sensor device must have a frequency of at least 2 MHz in the case of an opposite mode (A ₀ mode) plate wave have. Therefore, in the case of a conventional plate waveguide sensor device, the value obtained by multiplying the thickness d of the waveguide by the frequency f of the guide ultrasonic wave is larger than the predetermined level, that is, the ultrasonic wave propagation velocity 230 of the solid wedge, It is possible to generate only guided ultrasonic waves having a large value of frequency.

한편 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 위상속도가 일정 수준 이하에서만 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도(230)보다 빠른 반면, 도 2에서 보이고 있는 것과 같이, 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 경우, 웨이브가이드의 두께 및 주파수에 상관없이 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도(230)보다 높은 위상속도를 가진다. On the other hand, in the case of the symmetric mode (S ₀ mode) plate wave as shown in FIG. 2, whereas in the case of the opposite mode (A ₀ mode), the phase velocity of the plate wave is faster than the ultrasonic propagation velocity 230 in the solid wedge And has a phase velocity higher than the ultrasonic propagation velocity 230 in the solid wedge, regardless of the thickness and frequency of the waveguide.

이에 따라 본 발명에서는 초음파 트랜스듀서(110)에서 발생된 초음파를 고체 웨지(120)를 이용하여 대칭 모드(S₀ 모드) 판파로 웨이브가이드(130)에 입사되도록 한다. 그리고 상기 도 1에서 보이고 있는 것과 같이 두 개의 슬릿(140, 150)을 포함하는 비대칭 구조의 웨이브가이드(130)를 따라 전파되도록 한다. 이에 따라 상기 웨지(120)로 인해 형성된 대칭 모드(S₀ 모드) 판파는 상기 슬릿들(140, 150)을 통과하면서 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파로 모드가 변환될 수 있다. 그리고 각 슬릿들(140, 150) 사이의 거리는 발생하고자 하는 유도초음파, 즉 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 파장의 1/4에 해당되는 길이가 되도록 이격되어, 상기 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파로 변환된 초음파가 서로 중첩되어 그 세기가 더욱 증폭되도록 형성될 수 있다. Accordingly, in the present invention, the ultrasonic wave generated from the ultrasonic transducer 110 is incident on the waveguide waveguide 130 in the symmetrical mode (S ₀ mode) using the solid wedge 120. And propagates along an asymmetrical waveguide 130 including two slits 140 and 150 as shown in FIG. Accordingly, the symmetric mode (S ₀ mode) plate wave formed by the wedge 120 can be converted into the opposite mode (A ₀ mode) plate wave mode while passing through the slits 140 and 150. And guided to the distance generated between the slits (140, 150) ultrasound, that is anti-symmetric mode (A mode ₀₎ are spaced such that the length corresponding to one quarter of the wavelength of panpa, the antisymmetric mode (A ₀ Mode ultrasonic waves converted into plate waves are superimposed on each other so that the intensity is further amplified.

한편 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치에서, 생성되는 유도초음파를 설명하기 위한 개념도이다. 3 to 5 are conceptual diagrams illustrating guided ultrasonic waves generated in a waveguide sensor device according to an embodiment of the present invention.

우선 도 3을 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)를 도시하고 있으며, 웨이브가이드(130)에 형성된 슬릿들(140, 150) 주변의 복수의 측정지점에서 상기 웨이브가이드(130)를 따라 전파되는 판파를 측정하는 예를 도시한 것이다. 그리고 도 4 및 도 5는 각각 상기 도 3의 각 측정지점에서 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 가진(加振)에 따른 상기 웨이브가이드(130)의 X 방향 변위 및 Y 방향 변위를 측정한 결과를 보이고 있는 것이다. 3 shows a waveguide sensor device 100 according to an embodiment of the present invention and includes a plurality of measurement points around the slits 140 and 150 formed in the waveguide 130, 130 are measured. 4 and 5 are graphs showing the results of measuring the displacement in the X direction and the displacement in the Y direction of the waveguide 130 according to the excitation of the plate wave in the symmetric mode (S ₀ mode) at each measurement point in FIG. 3 .

도 3 내지 도 5에서, 웨지(120)는 중심 주파수가 500KHz인 대칭 모드(S₀ 모드) 판파 가진을 위해 입사각(

)이 30.86°가 되도록 한 것이며, 두께가 1.5mm인 스테인레스 스틸 재질의 웨이브가이드(130)를 사용하는 것을 예로 들기로 한다. 그리고 상기 웨이브가이드(130)에는, 500KHz의 주파수를 가지는 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파를 생성하기 위해, 상기 500KHz의 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 파장 길이의 1/4에 해당되는 1.0455mm의 폭 및, 상기 웨이브가이드(130)의 두께 1.5mm의 1/2에 해당되는 0.75mm의 깊이를 가지는 두 개의 슬릿이, 상기 500KHz의 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 파장 길이의 1/4에 해당되는 1.0455mm 거리를 두고 상기 웨이브가이드(130)의 전면(132) 및 후면(134)에 각각 비대칭으로 형성된 것을 예로 들어 설명하기로 한다. From 3 to 5, the wedge 120 is the angle of incidence for panpa with the center frequency of the symmetrical mode (S mode _0), 500KHz (

) Is 30.86 DEG, and a wave guide 130 made of stainless steel having a thickness of 1.5 mm is used as an example. And in the wave guide 130, to produce the anti-symmetric mode (A mode ₀₎ panpa having a frequency of 500KHz, which is available for the anti-symmetric mode (A mode ₀₎ panpa quarter of the wave length of the 500KHz of 1.0455mm and the width, of the two slits, in the anti-symmetric mode, 500KHz ₍₀ a mode) wave length of panpa having a depth of 0.75mm corresponding to a half of the thickness of 1.5mm of the wave guide 130 The waveguide 130 is formed asymmetrically on the front surface 132 and the rear surface 134 of the waveguide 130 at a distance of 1.0455 mm corresponding to 1/4 of the waveguide 130. [

상기 웨지가 고체인 경우, 도 2를 참조하여 살펴보면 두께(d)가 1.5 mm 웨이브가이드(130)에서 주파수가 500KHz의 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파는, 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도가, 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 위상속도보다 빠르기 때문에 가진이 불가능하고, 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도보다 위상속도가 더 빠른 대칭 모드(S₀ 모드) 판파만 가진이 가능하다. Referring to FIG. 2, when the wedge is solid, an antisymmetric mode (A ₀ mode) plate wave having a thickness d of 1.5 mm and a frequency of 500 KHz in the waveguide 130 has an ultrasonic wave propagation velocity in a solid wedge, anti-symmetric mode (a mode ₀₎ it is not possible with as fast than the phase speed of the panpa, and can provide more ultrasonic wave propagation velocity in the solid wedge with only the phase speed faster symmetric mode (S mode ₀₎ panpa.

이에 따라 각 측정지점들(300, 310, 320, 330)에서 대칭 모드(S₀ 모드) 판파를 측정한 결과를 도시하고 있는 도 4를 참조하여 살펴보면, 전파되는 초음파가 슬릿들을 통과하기 전인 제1 측정지점(300) 및 제2 측정지점(310)에서는 큰 크기의 대칭 모드(S₀ 모드) 판파가 웨이브가이드(130)에서 측정되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, which shows the measurement result of the symmetrical mode (S ₀ mode) plate wave at each of the measurement points 300, 310, 320, and 330, the propagated ultrasound waves At the measurement point 300 and the second measurement point 310, a large-sized symmetrical mode (S ₀ mode) plate wave is measured in the wave guide 130.

반면, 상기 슬릿들을 통과한 이후인 제3 측정지점(320) 및 제4 측정지점(330)에서는 상기 제1 측정지점(300) 및 제2 측정지점(310)에서 측정된 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 크기가 줄어든 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)의 웨이브가이드(130)에 형성된 슬릿들에 의해, 상기 주파수로 트랜스듀서(110)에서 웨이브가이드(130)로 입사되어 형성된 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 일부가 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파로 변환되었기 때문이다. On the other hand, at the third measurement point 320 and the fourth measurement point 330 after passing through the slits, the symmetric mode S ₀ mode measured at the first measurement point 300 and the second measurement point 310 ) It can be confirmed that the size of the plate wave is reduced. The waveguide 130 includes a plurality of slits formed in a waveguide 130 of the waveguide sensor device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. ₀ mode), because part of the plate wave is converted to a plate wave in the opposite mode (A ₀ mode).

따라서 각 측정지점들(300, 310, 320, 330)에서 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파를 측정한 결과를 도시하고 있는 도 5를 참조하여 살펴보면, 전파되는 대칭 모드(S₀ 모드) 판파가 슬릿들을 통과하기 전인 제1 측정지점(300)과 제2 측정지점(310)에서는 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파가 거의 측정되지 않고, 슬릿의 영향으로 인해 역방향으로 반사된 약한 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파만이 감지될 수 있다. Accordingly, referring to FIG. 5 showing the result of measuring the polarity of an opposite mode (A ₀ mode) at each of the measurement points 300, 310, 320, and 330, a propagated symmetric mode (S ₀ mode) At the first measurement point 300 and the second measurement point 310 before passing through the slits, an opposite-mode (A ₀ mode) plate wave is hardly measured, and a weak counter-reflection mode reflected in the reverse direction due to the influence of the slit A ₀ mode) Only plate wave can be detected.

그러나 비대칭 구조로 형성된 두 개의 슬릿을 통과한 후인 제3 측정지점(320)과 제4 측정지점(330)에서는 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 크기가 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 상기 제3 측정지점(320)과 제4 측정지점(330)에서 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 일부 에너지가 상기 슬릿들에 의해 반대칭 모드(S₀ 모드) 판파로 모드가 변환되는데, 두 슬릿 사이의 간격을 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 1/4파장과 동일하게 구성함으로써 각 슬릿에서 변환된 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파가 서로 중첩현상을 일으키기 때문에 나타난다. 이에 따라 도 4에서 보이고 있는 것과 같이 상기 제3 측정지점(320)과 제4 측정지점(330)에서는 대칭 모드(S₀ 모드) 판파는 그 크기가 줄어든 반면, 도 5에서 보이고 있는 것과 같이 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파의 크기는 그 크기가 증가한 것을 확인할 수 있다. However, at the third measurement point 320 and the fourth measurement point 330 after passing through the two slits formed in the asymmetric structure, it can be seen that the size of the plate wave in the opposite mode (A ₀ mode) greatly increases. That there is a symmetric mode (S ₀ mode), it referred to the opposite part of the energy of panpa is by means of the slit mode (S ₀ mode) plate wave modes in the third measurement point 320 and the fourth measurement point 330 is converted, The gap between the two slits is made equal to the quarter wavelength of the polarized wave in the opposite mode (A ₀ mode), so that the opposite polarized mode (A ₀ mode) polarized wave converted from each slit causes overlapping phenomena with each other. Accordingly, as shown in FIG. 4, the symmetrical mode (S ₀ mode) plate wave is reduced in size at the third measuring point 320 and the fourth measuring point 330, whereas, as shown in FIG. 5, Mode (A ₀ mode) The size of the plate wave is confirmed to be increased.

이에 반해 도 6 내지 도 8은 통상적인 웨이브가이드 센서 장치에서 생성되는 유도초음파를 설명하기 위한 개념도이다. 6 to 8 are conceptual diagrams illustrating guided ultrasonic waves generated in a conventional waveguide sensor device.

우선 도 6을 살펴보면, 도 6은 통상적인 웨이브가이드 센서 장치(100)를 도시하고 있으며, 이에 따라 슬릿이 형성되지 않은 웨이브가이드의 예를 보이고 있는 것이다. 그리고 도 7 및 도 8은 각각 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 가진(加振)에 따른 상기 통상적인 웨이브가이드 센서 장치의 웨이브가이드에서 상기 도 6의 각 측정지점들의 X 방향 변위 및 Y 방향 변위를 측정한 결과를 보이고 있는 것이다. 그리고 도 6에서 웨지는, 상기 도 3과 동일하게 중심 주파수가 500KHz인 대칭 모드(S₀ 모드) 판파 가진을 위해 입사각(

)이 30.86°가 되도록 한 것이며, 두께가 1.5mm인 스테인레스 스틸 재질의 웨이브가이드(130)를 사용하는 것을 예로 들기로 한다. Referring to FIG. 6, FIG. 6 shows a conventional waveguide sensor device 100, showing an example of a waveguide in which no slit is formed. 7 and 8 are diagrams for explaining the X direction displacement and the Y direction displacement of the respective measurement points in FIG. 6 in the wave guide of the conventional waveguide sensor device according to the excitation of the wave plate in the symmetric mode (S ₀ mode) The results are shown in Fig. 6, a wedge is formed in a symmetrical mode (S ₀ mode) having a center frequency of 500 KHz as in the case of FIG. 3,

) Is 30.86 DEG, and a wave guide 130 made of stainless steel having a thickness of 1.5 mm is used as an example.

우선 각 측정지점들(600, 610, 620, 630)에서 대칭 모드(S₀ 모드) 판파를 측정한 결과를 도시하고 있는 도 7을 참조하여 살펴보면, 제1 측정지점(600) 및 제2 측정지점(610)에서는 상기 도 4의 제1 측정지점(300) 및 제2 측정지점(310)에서 보이고 있는 것과 동일하게, 본 발명의 웨이브가이드 센서 장치(100)에서와 동일하게 큰 크기의 대칭 모드(S₀ 모드) 판파가 측정되는 것을 확인할 수 있다. 그러나 제3 측정지점(620) 및 제4 측정지점(630)에서는, 본 발명의 웨이브가이드 센서 장치(100)에서는 상기 제3 측정지점(320) 및 제4 측정지점(330)에서 상기 대칭 모드(S₀ 모드) 판파의 크기가 감소된 것과는 달리, 동일한 크기의 대칭 모드(S₀ 모드) 판파가 측정되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 showing a result of measuring a symmetrical mode (S ₀ mode) plate wave at each of the measurement points 600, 610, 620, and 630, a first measurement point 600 and a second measurement point 600 The waveguide sensor device 100 according to the present invention has the same large size symmetrical mode as that of the waveguide sensor device 100 of the present invention as shown at the first measurement point 300 and the second measurement point 310 of FIG. S ₀ mode) can be confirmed. However, at the third measurement point 620 and the fourth measurement point 630, in the waveguide sensor apparatus 100 of the present invention, at the third measurement point 320 and the fourth measurement point 330, S ₀ mode) It can be confirmed that the same size symmetrical mode (S ₀ mode) plate wave is measured, unlike the case where the size of the plate wave is reduced.

또한 각 측정지점들(600, 610, 620, 630)에서 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파를 측정한 결과를 도시하고 있는 도 8을 참조하여 살펴보면, 상기 측정지점들에서 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파가 거의 측정되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이는 통상적인 웨이브가이드 센서 장치(100)의 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)와 달리 웨이브가이드(130)에 슬릿들이 형성되어 있지 않기 때문에 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파로 모드 변환을 할 수 없었기 때문이다. In addition, each of the measuring points (600, 610, 620, 630) anti-symmetric mode (A ₀ mode) shows a result of measuring the panpa also look to see 8, which, referred to the opposite at the measuring point mode (A ₀ in Mode) plate wave is hardly measured. This is the case of the conventional waveguide sensor device 100, since the slits are not formed in the wave guide 130, unlike the waveguide sensor device 100 in accordance with an embodiment of the invention anti-symmetric mode (A ₀ mode) This is because it was not possible to convert the plate wave mode.

상술한 바와 같이, 통상적인 웨이브가이드 센서 장치에서도 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파를 생성할 수도 있음은 물론이다. 그러나 통상적인 웨이브가이드 센서 장치에서 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파를 생성하기 위해서는 웨지를 통해 초음파의 입사각을 조정할 수 밖에 없다. 그런데 이러한 경우 상술한 바와 같이 유도초음파의 위상속도가 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도보다는 최소한 빨라야 하므로, 일정 수준 이상의 주파수를 가지는 유도 초음파만을 생성할 수 있다. As described above, it is needless to say that an ordinary waveguide sensor device may also generate an opposite-mode (A ₀ mode) plate wave. However, in order to generate an opposite-mode (A ₀ mode) plate wave in a conventional waveguide sensor device, it is necessary to adjust the incident angle of the ultrasonic wave through the wedge. In this case, since the phase velocity of the guided ultrasonic wave is at least faster than the ultrasonic wave propagation velocity in the solid wedge as described above, only the guided ultrasonic wave having a frequency higher than a certain level can be generated.

그러나 상기 도 2에서 보이고 있는 것처럼, 두께(d)가 1.5mm인 웨이브가이드에서 주파수가 500KHz인 경우, 비록 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파는, 위상속도가 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도보다 느리기 때문에 가진이 불가능하지만, 위상속도가 고체 웨지에서의 초음파 전파 속도보다 더 빠른 대칭 모드(S₀ 모드) 판파는 가진이 가능하다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 웨이브가이드 센서 장치(100)는 적어도 하나의 슬릿을 이용하여 이러한 대칭 모드(S₀ 모드) 판파를 반대칭 모드(A₀ 모드) 판파로 모드 변환할 수 있으므로, 댐핑 효과가 적은 고체 웨지를 사용하여 신호의 세기를 최대한 유지하면서도, 상술한 예와 같이 두께(d)가 1.5mm인 웨이브가이드에서 주파수가 500KHz인 저주파 대역의 유도초음파(반대칭 모드 판파)를 발생시킬 수 있으므로 보다 먼 거리까지 초음파를 전파시킬 수 있다. 따라서 고온 고방사능 환경에서도 장시간 장거리 검사가 가능하므로, 대형 화학 플랜트 또는 원자력 플랜트 등에서 보다 폭넓게 사용할 수 있다. However, as shown in FIG. 2, when the frequency is 500 KHz in a waveguide with a thickness d of 1.5 mm, the plate wave in the opposite mode (A ₀ mode) is slower than the ultrasonic propagation velocity in the solid wedge Therefore, it is possible to excite a symmetric mode (S ₀ mode) plate wave whose phase velocity is faster than the ultrasonic wave propagation velocity in solid wedge. And waveguide sensor device 100 in accordance with an embodiment of the present invention, because at least one slit to be used to transform these symmetric mode (S ₀ mode) against panpa called mode plate wave modes (A ₀ mode), the damping A waveguide having a thickness d of 1.5 mm is used to generate a low frequency guided ultrasound wave (counter-electromotive mode wave) having a frequency of 500 KHz, while maintaining the strength of the signal to the maximum, The ultrasonic wave can be propagated to a farther distance. Therefore, it can be used widely in a large chemical plant or nuclear power plant because long-distance inspection can be performed even in a high temperature and high radioactive environment.

그러나 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100 : 웨이브가이드 센서 장치 110 : 초음파 트랜스듀서
120 : 웨지 130 : 웨이브가이드
140 : 제1 슬릿 150 : 제2 슬릿100: Waveguide sensor device 110: Ultrasonic transducer
120: wedge 130: wave guide
140: first slit 150: second slit

Claims

An ultrasonic transducer for generating ultrasonic waves;
A wedge for causing the generated ultrasonic waves to enter a symmetrical mode lamb wave; And
A waveguide having a front surface and a rear surface each including at least one slit formed asymmetrically so that a symmetrical mode plate wave incident through the wedge is converted into an opposite mode mode plate wave and propagated, &Lt; / RTI &
Wherein the at least one slit comprises:
A waveguide formed on the front and rear surfaces of the waveguide,
Wherein the first slit formed on the front surface and the second slit formed on the rear surface are formed such that the symmetrical mode plate wave has a first opposite mode mode plate wave converted through the first slit and a second opposite mode plate wave converted through the second slit, And the opposite-direction mode plate waves are spaced apart from each other by a certain distance so as to cause overlapping phenomena with each other.

The wedge of claim 1,
The ultrasonic waves are incident at a specific angle of incidence,
Wherein the specific incident angle is determined by the following equation (3).
&Quot; (3) "

here,
remind

Is an incident angle of the ultrasonic wave,
V _w is the ultrasonic wave propagation velocity in the wedge,
The C _p (fd) has a frequency f, being the phase velocity of the guided wave is propagated in the thickness d of the waveguide.

[2] The apparatus of claim 1,
A width corresponding to 1/4 of the wavelength of the opposite-mode mode waveplate, and a depth corresponding to 1/2 of the thickness of the waveguide.

delete

The method of claim 1,
And a distance corresponding to 1/4 of the wavelength of the opposite-mode mode waveplate.

2. The apparatus of claim 1, wherein the wedge
Wherein the sensor is a solid.

The apparatus according to claim 1,
Wherein the ultrasonic wave is surrounded by a shielding tube for preventing energy leakage of the ultrasonic wave.