KR101707632B1 - 투과계수를 이용한 균열 검출 시스템 및 그것을 이용한 균열 검출 방법 - Google Patents

투과계수를 이용한 균열 검출 시스템 및 그것을 이용한 균열 검출 방법 Download PDF

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권재용
강노원
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 투과계수를 이용한 균열 검출 시스템 및 그것을 이용한 균열 검출 방법에 관한 것이다.
균열 검출 시스템은 전자파 신호를 도체로 전달하는 차단 캐비티 방사기, 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 기준 도체에 접촉시킨 상태에서 내부 도체의 길이를 조절하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 공진 제어기, 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 상기 기준 도체에 접촉시킨 상태에서 저항값을 조정하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 저항기, 투과계수 측정 단자를 통해 상기 차단 캐비티 방사기가 공진될 때의 투과계수를 측정하는 투과계수 측정기, 그리고 상기 기준 도체가 제거되고 균열검출대상 도체가 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부에 접촉된 상태에서 상기 차단 캐비티 방사기의 공진 상태 변동 여부 또는 상기 투과계수의 변동 여부에 따라 상기 균열검출대상 도체의 균열의 유무를 검출하는 균열 검출기를 포함한다.
본 발명에 따르면 고주파수의 전자파를 이용하므로 균열 검출 시스템의 소형화가 가능하고 휴대형 균열 검출 시스템을 이용하여 건축물이나 항공기 동체 표면, 인공위성, 로켓, 선박 등의 표면 균열을 효과적으로 검출할 수 있다.

Description

투과계수를 이용한 균열 검출 시스템 및 그것을 이용한 균열 검출 방법{Crack Detection System Using Transmission Coefficient And Crack Detection Method Using The Same}
본 발명은 투과계수를 이용한 균열 검출 시스템 및 그것을 이용한 균열 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자파 신호와 투과계수를 이용하여 도체 표면에 미시균열의 유무를 판단하는 투과계수를 이용한 균열 검출 시스템 및 그것을 이용한 균열 검출 방법에 관한 것이다.
인공위성과 로켓을 포함한 항공기, 선박, 철도, 교량, 화학물질 보관 용기, 건물 등의 표면에 균열이 발생할 경우 치명적인 사고로 이어질 수 있다. 이러한 기계부품이나 구조물 등을 파괴하지 않고 외부에서 대상물의 표면 또는 내부의 흠집이나 결함을 검출하는 비파괴 검사를 시행하고 있다.
비파괴 검사는 움푹 들어간 자국(Dent), V자형의 홈(Nick), 새김눈(Notch), 긁힌 자국(Scratch), 갈라진 금(Crack) 및 기포(Void) 등의 결함을 검출하는 것 외에도 배관 내부의 부식 정도를 검사하는 것도 포함한다. 이러한 비파괴검사는 신뢰성을 확보하고 비용을 절감하며 제조 기술의 개량을 촉진하기 위해 주로 사용된다.
특히, 금속체의 미시균열을 비파괴적으로 측정하기 위해 사용되는 가장 일반적인 방법은 결함 대상 내부에 방사선 및 초음파를 입사하거나 금속 표면에 전류를 흘리거나 자속을 인가하여 도체의 표면 결함을 검출하는 방법이다.
또한 마이크로파 대역을 사용하여 도체표면의 미시균열을 비파괴적으로 측정하는 가장 일반적인 방법으로는 도파관의 끝단 플랜지를 균열 부위에 위치시켜 이때의 산란계수를 측정하여 미시 균열의 유무를 판단하는 방법이 있다.
하지만, 지금까지 제안되어 활용되고 있는 전자파 이용 균열검출법은 도파관의 개구부 또는 동축선로의 개구부를 프로브로 사용하며 모두 전자파의 전송이 가능한 구조를 사용한다.
그러므로 차단 주파수 이하의 주파수에서 사용되는 도파관인 차단 도파관을 이용하여 전자파 스펙트럼 중에서 마이크로파 또는 밀리미터파의 파장과 균열의 폭을 고려하여 최적의 균열 검출기를 구성하는 방안이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제2003-0091133호(2003.12.03 공개)에 기재되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전자파 신호와 투과계수를 이용하여 도체 표면에 미시균열의 유무를 판단하는 투과계수를 이용한 균열 검출 시스템 및 그것을 이용한 균열 검출 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 투과계수를 이용한 균열 검출 시스템은 전자파 신호를 도체로 전달하는 차단 캐비티 방사기, 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 기준 도체에 접촉시킨 상태에서 내부 도체의 길이를 조절하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 공진 제어기, 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 상기 기준 도체에 접촉시킨 상태에서 저항값을 조정하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 저항기, 투과계수 측정 단자를 통해 상기 차단 캐비티 방사기가 공진될 때의 투과계수를 측정하는 투과계수 측정기, 그리고 상기 기준 도체가 제거되고 균열검출대상 도체가 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부에 접촉된 상태에서 상기 차단 캐비티 방사기의 공진 상태 변동 여부 또는 상기 투과계수의 변동 여부에 따라 상기 균열검출대상 도체의 균열의 유무를 검출하는 균열 검출기를 포함한다.
상기 전자파 신호를 발생하여 상기 차단 캐비티 방사기로 전달하는 전자파 신호 발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 공진 제어기는, 상기 투과계수가 최대가 되도록 상기 공진 제어기의 내부 도체의 길이를 조정하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키고, 상기 저항기는, 상기 투과계수가 최대가 되도록 상기 저항값을 조정할 수 있다.
상기 균열 검출기는, 강제 공진 상태에서의 상기 투과계수 값과, 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 상기 균열검출대상 도체에 접촉시킨 상태에서의 상기 투과계수 값을 비교하여, 상기 투과계수 값이 변동된 경우 상기 균열검출대상 도체에 균열이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 전자파 신호 발생기에서 발생한 전자파 신호를 상기 차단 캐비티 방사기로 급전하는 급전 도체봉, 그리고 상기 차단 캐비티 방사기가 강제적으로 공진할 때의 공진 전류를 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부로 전달하며, 상기 투과계수를 측정하는 단자를 포함하는 공진 도체봉을 더 포함할 수 있다.
상기 공진 제어기는, 중공형 동축선로일 수 있으며, 단락판의 위치를 조정하여 상기 내부 도체의 길이 가변으로 상기 공진 제어기의 임피던스 값을 변화시킴으로써, 상기 차단 캐비티 방사기를 공진시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 투과계수를 이용한 균열 검출 시스템을 이용한 균열 검출 방법에 있어서, 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 기준 도체에 접촉시킨 상태에서 공진 제어기의 내부 도체의 길이를 조절하고, 저항기의 저항값을 조정하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 단계, 투과계수 측정 단자를 통해 상기 차단 캐비티 방사기가 공진될 때의 투과계수를 측정하는 단계, 그리고 상기 기준 도체를 제거하고 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 균열검출대상 도체에 접촉시킨 상태에서 상기 차단 캐비티 방사기의 공진 상태 변동 여부 또는 상기 투과계수의 측정값의 변동 여부에 따라 상기 균열검출대상 도체의 균열의 유무를 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 전자파의 주파수에 의해 검출 가능한 균열의 폭을 결정할 수 있으므로 균열 검출 시스템의 적용 범위를 확대할 수 있으며, 전자파와 차단 캐비티 방사기를 이용하여 차단 캐비티 방사기의 강제 공진 특성으로부터 도체 표면의 미시균열을 검출함으로써, 고가의 장비를 사용하지 않고도 저가의 간단한 장치로 간편하게 미세한 균열을 검출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 고주파수의 전자파를 이용하므로 균열 검출 시스템의 소형화가 가능하여 휴대형 균열 검출 시스템을 이용하여 건축물이나 항공기 동체 표면, 인공위성, 로켓, 선박 등의 표면 균열을 효과적으로 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 균열 검출 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균열 검출 시스템을 이용한 균열 검출 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공진 제어기의 구성을 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투과계수 측정기의 측정값을 도시한 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 균열 검출 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 균열 검출 시스템(100)은 슬롯 개구부(121)에 균열이 없는 기준 도체(201)를 접촉시킨 후, 공진 제어기(140)와 저항기(150)를 조정하여 차단 캐비티 방사기(120)를 강제 공진시킨 상테에서 투과계수 측정 단자(131)을 통해 투과계수를 측정한다. 그리고 사용자가 슬롯 개구부(121)에서 기준 도체(201)를 제거하여 균열검출대상 도체(202)로 교체한 후, 균열 검출 시스템(100)은 투과계수를 재 측정하여 균열검출대상 도체(202)의 균열 여부를 판단한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 균열 검출 시스템(100)은 전자파 신호 발생기(110), 차단 캐비티 방사기(120), 투과계수 측정기(130), 공진 제어기(140), 저항기(150), 균열 검출기(160), 급전 도체봉(170) 및 공진 도체봉(180)을 포함한다.
먼저, 전자파 신호 발생기(110)는 전자파 신호를 발생하여 연결된 차단 캐비티 방사기(120)로 급전한다.
그리고 차단 캐비티 방사기(120)는 전자파 신호 발생기(110)에 의해 발생된 전자파 신호를 슬롯 개구부(121)에 접촉된 도체(201 또는 202)로 전달한다. 여기서, 차단 캐비티 방사기(120)는 원형, 직사각형, 타원형 등 다양한 형태의 도파관으로 구현될 수 있으며, 도파관은 전자파가 전송되지 않는 단면치수로 구성될 수 있다. 그리고 이러한 도파관으로 구성된 차단 캐비티 방사기(120)는 자체적으로는 공진이 되지 않는 특성을 가질 수 있다.
투과계수 측정기(130)는 투과계수 측정 단자(131)를 통해 연결된 차단 캐비티 방사기(120)가 공진할 때의 투과계수 값을 측정한다. 여기서, 투과계수 측정기(130)의 측정값인 투과계수가 미약할 경우, 측정을 용이하게 하기 위해 전자파 신호 증폭기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 투과계수 측정기(130)는 투과계수, 투과손실(Transmission Loss), 전압 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio) 등의 투과 특성을 측정할 수 있는 회로망 분석기(Network Analyzer)로 구현될 수 있다.
그리고 투과계수 측정기(130)는 투과계수가 최대가 되는 최적의 강제 공진상태를 확인하면, 최적의 강제 공진 상태일 때의 공진 제어기(140)의 내부 도체의 길이 및 저항기(150)의 저항값 또는 투과계수의 최대값을 기록하거나 표시할 수 있다.
그리고 공진 제어기(140)는 공진 제어기(140)의 길이를 조정하여 차단 캐비티 방사기(120)를 강제적으로 공진시킨다. 이때, 공진 제어기(140)는 투과계수 측정기(130)의 측정값인 투과계수가 최대가 되도록 공진 제어기(140)의 길이를 조절하여 차단 캐비티 방사기(120)를 강제 공진시킬 수 있다.
또한, 공진 제어기(140)는 길이를 가변 할 수 있는 중공형 동축선로 형태인 가변 단락기일 수 있으며, 단락판의 위치를 조정하여 공진 제어기(140)의 길이와 임피던스 값을 조정함으로써, 차단 캐비티 방사기(120)를 공진시킬 수 있다.
다음으로 저항기(150)는 저항값을 조정하여 차단 캐비티 방사기(120)를 최적의 상태로 공진시킨다. 이때, 저항기(150)는 투과계수 측정 단자(131)에서 측정한 투과계수가 최대가 되도록 저항값을 조정하여 차단 캐비티 방사기(120)를 최적으로 공진시킬 수 있다.
여기서 저항기(150)는 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 기준 도체(201)에 접촉시킨 상태에서 급전선로(feed line)의 특성 임피던스에 정합(matching)이 취해지도록 저항값을 조정할 수 있다. 저항기(150)의 저항값을 조정하여 차단 캐비티 방사기(120)가 급전선로의 특성 임피던스에 정합이 취해질 경우, 투과가 가장 큰 상태가 되며, 투과에 의한 손실이 최소가 된다.
또한, 균열 검출기(160)는 차단 캐비티 방사기(120)의 공진 상태가 변동되었는지 여부에 따라 균열검출대상 도체(202)의 균열의 유무를 검출한다.
균열 검출기(160)는 기준 도체(201)의 공진 상태와 균열검출대상 도체(202)의 공진 상태를 비교하여 균열검출대상 도체(202)에 균열이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 균열검출대상 도체(202)의 공진 상태가 기준 도체(201)의 공진 상태와 달리 변동된 경우, 균열 검출기(160)는 균열검출대상 도체(202)에 균열이 발생한 것으로 판단한다.
이때, 균열 검출기(160)는 투과계수 측정기(130)가 측정한 투과계수의 변동 여부를 이용하여 차단 캐비티 방사기(120)의 공진 상태가 변동되었는지 판단할 수 있다. 균열 검출기(160)는 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 기준 도체(201)에 접촉시킨 공진 상태에서의 투과계수와 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 균열검출대상 도체(202)에 접촉시킨 상태에서의 투과계수를 비교하여 투과계수에 변화가 있을 경우, 균열 검출기(160)는 공진 상태가 변동된 것으로 판단한다.
그리고 공진 상태가 변동된 경우, 균열 검출기(160)는 균열검출대상 도체(202)에 균열이 있는 것으로 판단(검출)할 수 있다. 반면, 투과계수 측정기(130)의 투과계수가 변동되지 않은 경우, 균열 검출기(160)는 공진 상태가 변동되지 않았다고 판단하고, 균열검출대상 도체(202)에 균열이 없는 것으로 판단할 수 있다.
다음으로 급전 도체봉(170)은 캐비티 방사기(120)의 내부에 위치하며, 전자파 신호 발생기(110)에서 발생한 전자파 신호를 캐비티 방사기(120)로 급전한다. 또한, 급전 도체봉(170)은 공진 제어기(140)와 연결될 수 있다.
마지막으로 공진 도체봉(180)은 차단 캐비티 방사기(120)가 강제적으로 공진할 때의 공진 전류를 흐르게 하여 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 효율적으로 여기시키는 역할을 하고, 투과계수 측정 단자(131)를 포함하며, 저항기(150) 또는 투과 계수 측정기(130)와 연결될 수 있다.
전자파 신호 발생기(110)가 급전 도체봉(170)에 전자파 신호를 급전하면, 공진 도체봉(180)에 전류가 흐르게 된다. 그리고 차단 캐비티 방사기(120)가 공진할 때, 급전 도체봉(170)은 임피던스 조건 때문에 큰 전류를 흘릴 수 없으므로, 공진 도체봉(180)에 큰 전류가 흐르게 되며, 공진 도체봉(180)은 이때 흐르는 공진 전류가 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 강하게 여기시킨다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 균열 검출 시스템(100)을 이용한 균열 검출 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균열 검출 시스템을 이용한 균열 검출 방법의 순서도이다.
먼저, 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 균열이 없는 기준 도체(201)에 접촉시킨 상태에서, 전자파 신호를 발생시켜 차단 캐비티 방사기(120)로 전달한다(S210). 이때, 급전 도체봉(170)은 전자파 신호 발생기(110)로부터 발생된 전자파 신호를 차단 캐비티 방사기(120)로 급전할 수 있다.
여기서, 전자파 신호 발생기(110)는 전자파 신호로 마이크로파 또는 밀리미터파 대역의 신호를 이용할 수 있다. 균열 검출 시스템(100)의 검출 가능한 균열의 폭은 전자파 신호 발생기(110)로부터 발생된 전자파 신호의 주파수에 의해 결정된다. 따라서 검출하고자 하는 균열의 폭에 맞추어 전자파 신호 발생기(110)가 발생시키는 전자파 신호의 주파수를 선택할 수 있으며, 유연성 있는 전자파 신호의 선택으로 균열 검출 시스템(100)의 적용 범위를 확대할 수 있다.
다음으로 차단 캐비티 방사기(120)를 최적의 상태로 강제 공진시키기 위하여, 공진 제어기(140)는 내부 도체의 길이를 조정하고, 저항기(150)는 저항값을 조정한다(S220).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공진 제어기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3과 같이, 공진 제어기(140)는 차단 캐비티 방사기 연결부(141), 내부 도체(143), 단락판(145), 단락판 이동용 봉(147)를 포함하여 구성될 수 있다.
공진 제어기(140)는 차단 캐비티 방사기(120)를 강제로 공진시키기 위하여 단락판 이동용 봉(147)을 움직여 단락판(145)의 위치를 조정한다. 그리고 단락판(145)의 위치에 따라 내부 도체(143)의 길이가 조정된다. 공진 제어기(140)는 내부 도체(143)의 길이를 조정하여 차단 캐비티 방사기 연결부(141)의 임피던스를 조정함으로써, 차단 캐비티 방사기(120)의 임피던스를 조정하고, 이를 이용하여 차단 캐비티 방사기(120)를 강제 공진시킬 수 있다.
또한 차단 캐비티 방사기(120)가 공진 상태가 되면, 투과계수 측정기(130)의 측정값이 최대가 되는 특징을 이용하여, 공진 제어기(140)는 투과계수 측정기(130)의 측정값인 투과계수가 최대가 되도록 단락판 이동용 봉(147)을 조정하여 공진 제어기(140)의 길이를 조정할 수 있다. 그리고 투과계수가 최대가 될 때 공진 제어기(140)의 길이를 고정시킨다.
다음으로 저항기(150)도 투과계수 측정값이 최대가 되도록 저항값을 조정하고, 투과계수가 최대일 때의 저항값으로 저항기(150)의 저항값을 고정시킨다.
그리고 투과계수 측정기(130)는 투과계수 측정 단자(131)를 통해 공진 상태의 투과계수를 측정한다(S230). 여기서, 투과계수 측정기(130)는 공진 도체봉(180)에 포함되어 설치되어 있는 투과계수 측정 단자(131)에 접속하여 투과계수를 측정한다.
이때, 공진제어기(140) 및 저항기(150)의 조정에 의해 투과계수가 최대가 되며, 차단 캐비티 방사기(120)는 투과가 가장 많은 최적의 강제 공진 상태가 된다. 여기서, 투과계수가 최대가 되는 최적의 강제 공진 상태가 되면 투과계수 측정기(130)는 공진제어기(140)와 저항기(150)의 저항값 또는 투과계수의 최대값을 메모리(미도시함)에 기록하거나 표시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 균열 검출 시스템(100)은 S230 단계에서 투과계수 측정기(130)가 측정한 기준 도체(201)의 투과계수 최대값을 이용하여 균열검출대상 도체(202)의 균열 여부를 탐지할 수 있다.
다음으로, 사용자는 기준 도체(201)를 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)로부터 제거하고, 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 균열검출대상 도체(202)에 접촉시킨 상태에서, 투과계수 측정기(130)를 통하여 균열검출대상 도체(202)의 투과계수를 측정한다(S240).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투과계수 측정기의 측정값을 도시한 예시도이다.
도 4는 투과계수 측정기(130)로 측정한 측정값을 도시한 그래프로, T(mm)의 검출 거리(Scanning Distance) 마다의 정규화된 투과계수(Normalized Transmission Coefficient)를 표시한 그래프이다.
도 4에 나타낸 것처럼, 투과계수 측정기(130)가 측정한 투과계수는 균열외의 부분(Crack Outside Aperture)에서는 일정하게 유지되거나 균열이 있는 부분(Crack Within Aperture)에서는 변동이 생긴다.
그리고 균열 검출기(160)는 도 4에 나타낸 측정 투과계수의 변동 여부로 차단 캐비티 방사기(120)의 공진 상태가 변동되었는지 판단한다(S250). 예를 들어, 공진 상태에서의 투과계수와 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 균열검출대상 도체(202)에 접촉시킨 상태에서의 투과계수가 일정하게 유지된 경우, 균열 검출기(160)는 차단 캐비티 방사기(120)의 공진 상태가 그대로 유지된 것으로 판단할 수 있다.
또한 공진 상태에서의 투과계수와 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)를 균열검출대상 도체(202)에 접촉시킨 상태에서의 투사계수가 변동된 경우, 균열 검출기(160)는 차단 캐비티 방사기(120)의 공진 상태에 변동이 생긴 것으로 판단할 수 있다.
다음으로 균열 검출기(160)는 차단 캐비티 방사기(120)의 공진 상태가 그대로 유지된 경우, 해당 균열검출대상 도체(202)에 균열이 없는 것으로 판단한다(S260). 반면, 차단 캐비티 방사기(120)의 공진 상태가 변동된 경우, 균열 검출기(160)는 해당 균열검출대상 도체(202)에 균열이 있는 것으로 판단한다(S270).
도 4의 균열이 없는 영역(Crack Outside Aperture)에 도시된 바와 같이, 균열검출대상 도체(202)를 차단 캐비티 방사기(120)의 슬롯 개구부(121)에 접촉시킨 상태에서 측정한 투과계수가 기준 도체(201)에서 측정된 투과계수와 비교했을 때, 변동되지 않은 경우, 균열 검출기(160)는 균열검출대상 도체(202)에 균열이 없는 것으로 판단한다.
그러나, 도 4의 균열이 있는 영역(Crack Within Aperture)에 도시된 바와 같이, 균열검출대상 도체(202)에서 측정된 투과계수가 기준 도체(201)에서 측정된 투과계수와 비교했을 때 변동이 있는 경우, 균열 검출기(160)는 균열검출대상 도체(202)에 균열이 발생한 것으로 판단한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전자파와 캐비티 방사기를 이용하여 캐비티 방사기의 강제 공진 특성으로부터 도체 표면의 미시균열을 검출함으로써, 고가의 장비를 사용하지 않고도 저가의 간단한 장치로 간편하게 균열을 검출할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도체 표면의 균열은 미시균열이 대부분이므로 균열 검출 시스템에서 사용하는 전자파의 주파수도 마이크로파 또는 밀리미터파 대역이 된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면 캐비티 방사기를 물리적으로 소형화할 수 있으므로 균열 검출 시스템에 있어서 전반적으로 소형화가 가능하며 휴대용으로 구현할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라 건축물이나 항공기 동체표면, 인공위성, 로켓, 선박 등의 표면 균열의 비파괴 검출에 매우 효과적으로 적용할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전자파의 주파수에 의해 검출 가능한 균열의 폭을 결정할 수 있으므로 균열 검출 시스템의 적용 범위를 확대할 수 있으며, 전자파와 차단 캐비티 방사기를 이용하여 차단 캐비티 방사기의 강제 공진 특성으로부터 도체 표면의 미시균열을 검출함으로써, 고가의 장비를 사용하지 않고도 저가의 간단한 장치로 간편하게 미세한 균열을 검출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 고주파수의 전자파를 이용하므로 균열 검출 시스템의 소형화가 가능하 고 휴대형 균열 검출 시스템을 이용하여 건축물이나 항공기 동체 표면, 인공위성, 로켓, 선박 등의 표면 균열을 효과적으로 검출할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 균열 검출 시스템 110: 전자파 신호 발생기
120: 차단 캐비티 방사기 121: 슬롯 개구부
130: 투과계수 측정기 140: 공진 제어기
141: 차단 캐비티 방사기 연결부 143: 내부 도체
145: 단락판 147: 단락판 이동용 봉
150: 저항기 160: 균열 검출기
170: 급전 도체봉 180: 공진 도체봉
201: 기준 도체 202: 균열검출대상 도체

Claims (12)

  1. 전자파 신호를 도체로 전달하는 차단 캐비티 방사기,
    상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 기준 도체에 접촉시킨 상태에서 내부 도체의 길이를 조절하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 공진 제어기,
    상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 상기 기준 도체에 접촉시킨 상태에서 저항값을 조정하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 저항기,
    투과계수 측정 단자를 통해 상기 차단 캐비티 방사기가 공진될 때의 투과계수를 측정하는 투과계수 측정기, 그리고
    상기 기준 도체가 제거되고 균열검출대상 도체가 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부에 접촉된 상태에서 상기 차단 캐비티 방사기의 공진 상태 변동 여부 또는 상기 투과계수의 변동 여부에 따라 상기 균열검출대상 도체의 균열의 유무를 검출하는 균열 검출기를 포함하고,
    상기 공진 제어기는,
    상기 투과계수가 최대가 되도록 상기 공진 제어기의 내부 도체의 길이를 조정하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키고,
    상기 저항기는,
    상기 투과계수가 최대가 되도록 상기 저항값을 조정하는 균열 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 신호를 발생하여 상기 차단 캐비티 방사기로 전달하는 전자파 신호 발생기를 더 포함하는 균열 검출 시스템.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 균열 검출기는,
    강제 공진 상태에서의 상기 투과계수 값과, 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 상기 균열검출대상 도체에 접촉시킨 상태에서의 상기 투과계수 값을 비교하여, 상기 투과계수 값이 변동된 경우 상기 균열검출대상 도체에 균열이 있는 것으로 판단하는 균열 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 신호 발생기에서 발생한 전자파 신호를 상기 차단 캐비티 방사기로 급전하는 급전 도체봉, 그리고
    상기 차단 캐비티 방사기가 강제적으로 공진할 때의 공진 전류를 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부로 전달하며, 상기 투과계수를 측정하는 단자를 포함하는 공진 도체봉을 더 포함하는 균열 검출 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공진 제어기는,
    중공형 동축선로이며, 단락판의 위치를 조정하여 상기 내부 도체의 길이 가변으로 상기 공진 제어기의 임피던스 값을 변화시킴으로써, 상기 차단 캐비티 방사기를 공진시키는 균열 검출 시스템.
  7. 균열 검출 시스템을 이용한 균열 검출 방법에 있어서,
    차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 기준 도체에 접촉시킨 상태에서 공진 제어기의 내부 도체의 길이를 조절하고, 저항기의 저항값을 조정하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 단계,
    투과계수 측정 단자를 통해 상기 차단 캐비티 방사기가 공진될 때의 투과계수를 측정하는 단계, 그리고
    상기 기준 도체를 제거하고 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 균열검출대상 도체에 접촉시킨 상태에서 상기 차단 캐비티 방사기의 공진 상태 변동 여부 또는 상기 투과계수의 측정값의 변동 여부에 따라 상기 균열검출대상 도체의 균열의 유무를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 단계는,
    상기 투과계수가 최대가 되도록 상기 공진 제어기의 내부 도체의 길이 및 상기 저항값을 조정하여 상기 차단 캐비티 방사기를 강제 공진시키는 균열 검출 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    전자파 신호를 발생시켜 상기 차단 캐비티 방사기로 전달하는 단계를 더 포함하는 균열 검출 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 균열검출대상 도체의 균열의 유무를 검출하는 단계는,
    강제 공진 상태에서의 상기 투과계수와 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부를 상기 균열검출대상 도체에 접촉시킨 상태에서의 상기 투과계수를 비교하여, 상기 투과계수가 변동된 경우, 공진 상태가 변동되었다고 판단하고, 상기 균열검출대상 도체에 균열이 있는 것으로 판단하는 균열 검출 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 차단 캐비티 방사기로 전달하는 단계는,
    상기 전자파 신호를 급전 도체봉을 이용하여 상기 차단 캐비티 방사기로 급전하는 단계, 그리고
    상기 차단 캐비티 방사기가 강제적으로 공진할 때의 공진 전류를 공진 도체봉을 이용하여 상기 차단 캐비티 방사기의 슬롯 개구부로 전달하는 단계를 더 포함하는 균열 검출 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 공진 제어기는,
    중공형 동축선로이며, 단락판의 위치를 조정하여 상기 내부 도체의 길이 가변으로 상기 공진 제어기의 임피던스 값을 변화시킴으로써, 상기 차단 캐비티 방사기를 공진시키는 균열 검출 방법.
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