KR101949875B1 - 구조물의 결함 탐지 장치 및 방법 - Google Patents

구조물의 결함 탐지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조물의 결함 유무를 판단하는 결함 탐지 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 제2 램파 생성부가 송신부에서 송출되어 구조물을 전파한 제1 램파를 수신하여 시간반전 시켜 제2 램파를 생성하고, 이를 송신부에 제공하여 송신부가 제2 램파를 송출한 후 구조물을 전파한 제2 램파는 수신부가 위치한 지점에 집속되며, 이때, 수신부가 수신한 구조물을 전파한 제2 램파를 분석하여 결함이 존재하지 않는 구조물에서 측정된 기준신호와의 비교를 통해 정량화된 수치 값을 산출함으로써, 기존 비파괴검사에서 기준신호와 제1 램파의 비교를 통해 구조물의 결함 판단이 이루어지던 종래기술에 비해 구조물의 결함 유무 판단 시 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

Description

구조물의 결함 탐지 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING DEFECTS OF STRUCTURES}
본 발명은 구조물의 결함 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다.
건물, 다리, 터널 등과 같은 구조물의 경우, 결함과 같은 손상을 미처 발견하지 못하여 그 정도가 점차 심해지면 구조물이 붕괴되면서 인명사고 등의 심각한 사고로 이어질 수 있다.
이를 예방하기 위하여 구조물이 기준 범위 내에서 관리 및 유지되고 있음을 확인하기 위한 다양한 기술개발이 이루어지고 있다.
일 예로, 구조물을 파괴하지 않고 외부에서 관찰, 측정, 및 검사하는 일련의 과정을 수행하여 구조물의 표면 및 내부에 존재하는 균열 등의 결함을 탐지하는 비파괴검사(non-destructive Testing; NDT) 분야가 있다.
여기서, 비파괴검사의 종류는 방사선 투과검사(radiographic testing; RT), 자분 탐상검사(magnetic particle Testing; MT), 와류탐상검사(eddy current testing; ET), 초음파 탐상검사(ultrasonic testing; UT) 등이 있으며, 이 중 초음파를 이용한 초음파 탐상검사가 일반적으로 행해진다.
이때, 초음파를 이용한 구조물의 결함검출은 대한민국 공개특허공보 공개번호 2002-0060124호(출원일 :2002.06.04, 공개일 : 2002.07.16, 이하, 선행기술이라 칭함.)에 제시된 바 있으며, 선행기술은 초음파를 구조물에 전파시켜 수신기가 구조물을 통해 전달되는 초음파 신호를 수신하고, 수신한 초음파 신호의 도달 시간을 이용하여 구조물 균열의 깊이를 판단하고 있다.
한편, 선행기술과 같이 초음파를 이용하여 구조물의 결함을 검출하는 종래기술들은 유도초음파(guided ultrasonic wave)의 일종인 램파(Lamb wave)를 이용하여 구조물의 결함을 탐지하는 것이 일반적이다.
램파는 균열과 같은 미세 손상에 민감하게 반응할 뿐만 아니라 비교적 먼 거리까지 전달될 수 있는 장점이 있으나, 고유한 이산특성(dispersive property)으로 인하여 구조물에 전파되는데 있어서 매우 복잡한 양상(속도분산 및 다중 모드 분산)을 나타내기에 진폭, 시간, 속도 등과 같은 측정된 신호의 변화가 감지된 경우, 해당 신호의 변화가 실제 결함에 의한 신호변화인지 이산특성에 의한 신호변화인지 명확히 구분하기 어려운 문제점이 존재하였다.
이로 인해, 구조물의 결함을 판단하는데 있어서 해당 신호의 변화로 판단된 결과는 그 신뢰성이 낮을 수밖에 없다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 구조물의 결함에 의한 신호변화를 명확히 구분 가능하도록 결함 탐지의 감도가 우수한 결함 탐지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 구조물 결함 탐지 장치는 구조물에 램파를 송출하는 송신부: 상기 송신부로부터 송출되어 상기 구조물의 표면을 따라 전파한 램파를 수신하는 수신부; 제1 램파를 생성하고, 상기 송신부에 제공하는 제1 램파 생성부; 상기 수신부가 수신한 제1 램파를 시간 반전하여 제2 램파를 생성하고, 이를 상기 송신부에 제공하는 제2 램파 생성부; 상기 송신부로부터 송출되어 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 검출하는 신호검출부; 및 상기 신호검출부에서 검출된 전기적신호를 분석하여 정량화하고, 상기 구조물의 결함 유무를 판단하는 판단부;를 포함하고, 상기 결함 판단부는 상기 구조물에 결함이 존재하지 않는 경우에 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 기준신호로 저장하는 저장부분을 포함하며, 상기 결함 판단부는 상기 기준신호와 상기 구조물을 전파한 제2 램파의 전기적신호를 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 결함여부를 판단할 수 있다.
여기서, 제1 램파 생성부는 상기 구조물의 두께보다 큰 파장을 갖는 펄스 형태의 제1 램파를 생성할 수 있다.
또한, 상기 결함 판단부는 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적신호에서 진폭을 획득할 수 있다.
그리고, 상기 저장부분은 상기 기준신호의 진폭을 저장할 수 있다.
또한, 상기 결함 판단부는 상기 기준신호의 진폭과 상기 구조물을 전파한 제2 램파의 전기적신호의 진폭(이하, ‘측정신호의 진폭’이라 칭함)을 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 결함여부를 판단할 수 있다.
이때, 상기 결함 판단부는 하기 수학식을 이용하여 정량화된 수치 값(Q)을 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017024196600-pat00001
그리고, 상기 결함 판단부는 상기 정량화된 수치 값이 50% 이하인 경우, 상기 구조물에서 상기 송신부와 수신부 사이 램파 전파경로 상에 결함이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
아울러, 상기 구조물 결함 탐지 장치는 상기 결함 판단부로부터 판단된 상기 구조물의 결함 유무를 출력하는 출력부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 방법은 송신부가 제1 램파 생성부로부터 생성된 제1 램파를 제공받아 상기 제1 램파를 구조물에 송출하는 제1 램파 송출단계; 수신부가 상기 제1 램파 송출단계에서 상기 송신부로부터 송출되어 상기 구조물의 표면을 따라 전파된 제1 램파를 수신하는 제1 램파 수신단계; 상기 송신부가 제2 램파 생성부로부터 상기 수신부에서 수신한 제1 램파를 시간 반전하여 생성된 제2 램파를 제공받아 상기 제2 램파를 구조물에 송출하는 제2 램파 송출단계; 상기 수신부가 상기 제2 램파 송출단계에서 상기 송신부로부터 송출되어 상기 구조물의 표면을 따라 전파된 제2 램파를 수신하는 제2 램파 수신단계; 신호검출부가 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 검출하는 신호검출단계; 및 판단부가 상기 신호검출단계에서 검출된 전기적신호를 분석하여 정량화하고, 상기 구조물의 결함 유무를 판단하는 결함 판단단계;를 포함하고, 상기 결함 판단단계에서 상기 결함 판단부는 상기 구조물에 결함이 존재하지 않는 경우에 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 기준신호로 저장하는 저장부분을 포함하며, 상기 결함 판단단계는 상기 결함 판단부가 상기 기준신호와 상기 구조물을 전파한 제2 램파의 전기적신호를 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 결함여부를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 제1 램파 송출단계는 상기 제1 램파 생성부에서 생성된 상기 구조물의 두께보다 큰 파장을 갖는 펄스 형태의 제1 램파를 상기 구조물에 송출할 수 있다.
또한, 상기 결함 판단단계는 상기 결함 판단부에서 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 분석하여 진폭을 획득할 수 있다.
그리고, 상기 결함 판단단계에서 상기 저장부분은 상기 기준신호의 진폭을 저장할 수 있다.
또한, 상기 결함 판단단계에서 상기 결함 판단부는 상기 기준신호의 진폭과 상기 구조물을 전파한 제2 램파의 전기적신호의 진폭(이하, ‘측정신호의 진폭’이라 칭함)을 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 결함여부를 판단할 수 있다.
이때, 상기 결함 판단단계는 상기 결함 판단부가 하기 수학식을 이용하여 정량화된 수치 값(Q)을 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017024196600-pat00002
또한, 상기 결함 판단단계는 상기 정량화된 수치 값이 50% 이하인 경우, 상기 구조물에서 상기 송신부와 수신부 사이 램파 전파경로 상에 결함이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
아울러, 상기 결함 판단단계에서 판단된 상기 구조물의 결함 유무를 출력부에 출력하는 출력단계;를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제2 램파 생성부가 송신부에서 송출되어 구조물을 전파한 제1 램파를 수신하여 시간반전 시켜 제2 램파를 생성하고, 이를 송신부에 제공하여 송신부가 제2 램파를 송출한 후 구조물을 전파한 제2 램파는 수신부가 위치한 지점에 집속되며, 이때, 수신부가 수신한 구조물을 전파한 제2 램파를 분석하여 결함이 존재하지 않는 구조물에서 측정된 기준신호와의 비교를 통해 정량화된 수치 값을 산출함으로써, 기존 비파괴검사에서 기준신호와 제1 램파의 비교를 통해 구조물의 결함 판단이 이루어지던 종래기술에 비해 구조물의 결함 유무 판단 시 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치를 통해 (a) 송신부에서 송출된 제1 램파와 수신부가 수신한 제1 램파의 파형 및 (b) 송신부에서 송출된 제2 램파와 수신부가 수신한 구조물의 표면을 따라 전파된 제2 램파의 파형을 도시한 그래프이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치를 통해 구조물의 결함 유무에 따라 수신부가 수신한 제1 램파의 파형을 도시한 그래프이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치를 통해 구조물의 결함 유무에 따라 수신부가 수신한 제2 램파의 파형을 도시한 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
<구조물 결함 탐지 장치의 구성>
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치(100)는 송신부(110), 수신부(120), 제1 램파 생성부(130), 제2 램파 생성부(140), 신호검출부(150), 결함 판단부(160), 출력부(170)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치(100)가 결함을 탐지하는 구조물(S)의 형상은 다양하게 마련될 수 있으나, 평판 형상은 다양한 구조물들을 구성하는 기본적인 요소라 할 수 있으므로, 이하 기재에서는 구조물(S)의 형상이 평판 형상을 가지는 경우에 한하여 설명한다.
송신부(110)는 구조물(S)에 램파를 송출한다.
여기서, 유도초음파의 일종인 램파는 구조물(S)에 음파(탄성파)를 발생시킬 때에 구조물이 도파관 역할을 하여 구조물(S)을 따라 전파하는 것을 의미한다.
이때, 램파는 판, 원통 및 구형과 같은 자유경계면(free boundaries)을 가지는 구조물(S) 내로 진행하며, 주파수, 구조물(S)의 두께, 입사각도에 따라 서로 다른 입자 움직임을 갖는 다양한 모드가 존재할 수 있다.
또한, 그 진행방향이 구조물(S)의 길이 방향으로 유도될 수 있다.
수신부(120)는 송신부(110)로부터 송출되어 구조물(S)의 표면을 따라 전파한 램파를 수신할 수 있다.
여기서, 송신부(110)와 수신부(120)는 각각 램파의 송신 및 수신이 가능한 트랜스듀서(transducer), 압전소자(piezoelectric effect element; PZT) 등으로 마련될 수 있다.
이때, 송신부(110)와 수신부(120)는 램파의 송출 또는 수신이 이루어지는 일면이 구조물(S)의 표면과 수직을 이루며 설치될 수 있다.
그러나, 이에 한정되지 않고 구조물과 다양한 각도로 설치될 수 있으며, 이 경우 송신부(110)와 수신부(120)의 각도조절을 위하여 웨지(wedge)와 같은 보조체가 더 구비될 수 있다.
제1 램파 생성부(130)는 제1 램파를 생성하고, 송신부(110)에 제공한다.
이때, 제1 램파 생성부(130)는 제1 램파가 구조물(S)의 표면을 따라 효과적으로 전파되도록 구조물(S)의 두께보다 큰 파장을 가지면서, 지속기간이 짧은 펄스 형태를 가지는 제1 램파를 생성할 수 있다.
제2 램파 생성부(140)는 수신부(120)가 수신한 제1 램파를 시간 반전하여 제2 램파를 생성하고, 이를 송신부(110)에 제공할 수 있다.
여기서, 생성된 제2 램파는 최초 제1 램파가 송출되었던 송신부(110)에서 송출되며, 구조물(S)을 전파한 제2 램파는 수신부(120)가 설치된 위치에 집속되고, 이를 수신부(120)가 수신할 수 있다.
이때, 도2를 참조하여 설명하면, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치를 통해 (a) 송신부에서 송출된 제1 램파와 수신부가 수신한 제1 램파의 파형 및 (b) 송신부에서 송출된 제2 램파와 수신부가 수신한 구조물의 표면을 따라 전파된 제2 램파의 파형을 도시한 그래프이다.
여기서, 도2(a)의 ①은 제1 램파 생성부(130)를 통해 생성된 제1 램파를 의미하며, ②는 송신부(110)에서 송출되어 구조물(S)을 따라 전파한 후 수신부(120)에서 수신된 제1 램파를 의미한다.
그리고, 도2(b)에서 ③은 제2 램파 생성부(140)를 통해 생성된 제2 램파를 의미하며, 이는 상술한 수신부(120)에서 수신된 제1 램파의 시간축을 반전시킨 것과 같다.
또한, 도2(b)에서 ④는 송신부(110)에서 송출되어 구조물(S)을 따라 전파한 후 수신부(120)에서 수신된 제2 램파를 의미한다.
이때, ④의 제2 램파는 수신부(120)가 설치된 위치에서 집속된 형태로 수신된다.
신호검출부(150)는 송신부(110)로부터 송출되어 수신부(120)가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 검출할 수 있다.
여기서, 신호검출부(150)는 제2 램파의 전기적신호를 검출하면서, 검출된 제2 램파의 전기적신호의 증폭 및 노이즈와 같이 불필요한 신호를 제거하여 필터링하는 등의 신호처리가 가능할 수 있다.
결함 판단부(160)는 신호검출부(150)에서 검출된 전기적신호를 분석하여 정량화하고, 구조물(S)의 결함 유무를 판단할 수 있다.
여기서, 결함 판단부(160)는 구조물(S)의 결함이 존재하지 않는 경우에 수신부(120)가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 기준신호로 저장하는 저장부분(161)을 포함할 수 있다.
이때, 결함 판단부(160)는 기준신호와 구조물(S)을 전파한 제2 램파의 전기적신호를 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 결함여부를 판단할 수 있다.
그리고, 결함 판단부(160)는 구조물(S)을 전파한 제2 램파의 전기적신호에서 진폭을 획득할 수 있다.
또한, 결함 판단부(160)의 저장부분(161)은 기준신호의 진폭을 저장할 수 있다.
이때, 결함 판단부(160)는 저장부분(161)에 저장된 기준신호의 진폭과 구조물을 전파한 제2 램파의 전기적신호의 진폭(이하, ‘측정신호의 진폭’이라 칭함)을 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 결함여부를 판단할 수 있다.
여기서, 결함 판단부(160)는 하기의 수학식을 이용하여 정량화된 수치 값(Q)을 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017024196600-pat00003
이때, 산출된 정량화된 수치 값(Q)이 50 % 이하인 경우, 결함 판단부(160)는 구조물(S)에 설치된 송신부(110)와 수신부(120) 사이의 램파 전파경로 상에 결함이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
이는, 도3 내지 도4에 의해 뒷받침될 수 있다.
여기서, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치를 통해 구조물의 결함 유무에 따라 수신부가 수신한 제1 램파의 파형을 도시한 그래프이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치를 통해 구조물의 결함 유무에 따라 수신부가 수신한 제2 램파의 파형을 도시한 그래프이다.
이때, 구조물(S)은 5 mm의 두께를 가지는 판형 구조물(S)이며, 구조물(S)의 두께보다 큰 파장을 갖도록 제1 램파 생성부(130)를 통해 생성된 제1 램파의 중심주파수는 500 kHz를 가졌다.
여기서, 파장은 제1 램파가 전파하는 매질 즉, 구조물(S)에서의 제1 램파의 전파 속도와 주파수에 의해 결정될 수 있다.
이때, 도3은 판형 구조물(S)의 표면에 수직한 방향으로 송신부(110) 및 수신부(120)를 설치시킨 후, (a)결함이 없는 경우와 (b)결함이 존재하는 경우에 따라 제1 램파가 구조물을 따라 전파된 후 수신부(120)가 수신한 제1 램파의 파형을 나타낸다.
이는 단순히 구조물(S)에 램파를 송출하여 구조물(S)을 전파한 램파를 수신하고, 이를 분석하는 종래의 램파를 이용한 구조물의 결함 탐지 방식의 결과와 유사하다 볼 수 있으며, 도3(a)와 도3(b)를 비교했을 때, 도3(a)의 경우 진폭은 약 13 mV, 도3(b)의 경우 진폭은 약 10 mV로, 결함 유무에 따른 진폭 변화가 크지 않음을 알 수 있다.
그리고, 도4는 판형 구조물(S)의 표면에 수직한 방향으로 송신부(110) 및 수신부(120)를 설치시킨 후, (a)결함이 없는 경우와 (b)결함이 존재하는 경우에 따라 구조물을 전파한 제1 램파를 수신하고, 이를 시간 반전시킨 제2 램파를 송출시켜 구조물을 전파한 후 수신부(120)가 수신한 제2 램파의 파형을 나타낸다.
여기서, 도4(a)와 도4(b)를 비교했을 때, 도4(a)의 경우 진폭은 약 25 mV, 도4(b)의 경우 진폭은 약 12 mV로, 도3에 비해 결함 유무에 따른 진폭변화가 큰 것을 알 수 있다.
이때, 이와 같은 결과를 상술한 수학식에 대입하여 정량화된 수치 값(Q)을 산출할 수 있으며, 송신부(110)와 수신부(120)의 전파경로 사이에 결함이 존재하는 경우 정량화된 수치 값(Q)는 약 50 %인 것을 알 수 있다.
여기서, 실험결과를 통해 정량화된 수치 값(Q)이 50 % 이하인 경우, 구조물(S)에 결함이 존재하는 것으로 판단되었기 때문에 다른 구조물(S)에서도 정량화된 수치 값(Q)에 따라 구조물(S)의 결함 존재 여부의 판단이 가능하다.
이러한 결과는 결함의 존재 여부를 판단하는데 있어서 명확히 판단하는 것이 가능하도록 구조물(S)의 결함 유무에 대한 경계를 결정해 줄 수 있으며, 제2 램파 생성부(140)를 통해 제1 램파의 시간반전을 수행함으로써 측정신호의 진폭이라는 변수만으로도 구조물의 결함 존재 여부에 대해 신뢰도 높은 판단이 이루어질 수 있음을 의미한다.
이때, 도3 내지 도4의 파형에서 P-P(peak to peak)로부터 진폭을 결정할 수 있었다.
출력부(170)는 결함 판단부(160)로부터 판단된 구조물(S)의 결함 유무를 출력할 수 있다.
이때, 출력부(170)는 화면상에 출력하는 디스플레이장치(미도시) 혹은 용지 상에 출력하는 프린터(미도시) 등으로 마련될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 장치(100)는 시간반전음향(Time Reversal Acoustics; TRA)기술을 구조물 결함 탐지에 이용하기 위하여 착안된 것이다.
여기서, 시간반전음향(TRA)기술은 원하는 지점에 음향에너지를 집속시키는 기술로, 압전소자의 배열 혹은 렌즈형으로 마련된 집속형 트랜스듀서 등을 이용하여 구현하던 기존에 집속 방식과 달리 다른 위치에서는 램파 신호가 구성되지 않고 원하는 지점에만 신호가 재구성되어 집속되는 것을 의미한다.
이와 같은 기술을 구조물 결함 탐지에 이용함으로써, 보다 정확도가 향상된 구조물 결함 탐지 장치를 제공할 수 있다.
<구조물 결함 탐지 방법>
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 결함 탐지 방법은 상술한 구조물 결함 탐지 장치(100)를 통해 수행될 수 있으며, 제1 램파 송출단계(S100), 제2 램파 수신단계(S200), 제2 램파 송출단계(S300), 제2 램파 수신단계(S400), 신호 검출단계(S500), 결함 판단단계(S600), 및 출력단계(S700)를 포함할 수 있다.
1. 제1 램파 송출단계<S100>
제1 램파 송출단계(S100)는 송신부(110)가 제1 램파 생성부(130)로부터 생성된 제1 램파를 제공받아 제1 램파를 구조물(S)에 송출하는 단계이다.
여기서, 송신부(110)는 구조물(S)에 수직한 방향으로 설치될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
이때, 제1 램파 송출단계(S100)는 제1 램파 생성부(130)에서 생성된 구조물(S)의 두께보다 큰 파장을 가지는 펄스 형태의 제1 램파를 구조물(S)에 송출할 수 있다.
2. 제1 램파 수신단계<S200>
제1 램파 수신단계(S200)는 수신부(120)가 송신부(110)로부터 송출되어 구조물(S)의 표면을 따라 전파된 제1 램파를 수신하는 단계이다.
이때, 수신부(120)는 송신부(110)와 마찬가지로 구조물(S)에 수직한 방향으로 설치될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
3. 제2 램파 송출단계<S300>
제2 램파 송출단계(S300)는 송신부(110)가 제2 램파 생성부(140)로부터 수신부(120)에서 수신한 제1 램파를 시간 반전하여 생성된 제2 램파를 제공받아 제2 램파를 구조물(S)에 송출하는 단계이다.
4. 제2 램파 수신단계<S400>
수신부(120)가 제2 램파 송출단계(S300)에서 송신부(110)로부터 송출되어 구조물(S)의 표면을 따라 전파된 제2 램파를 수신하는 단계이다.
여기서, 제2 램파는 최초 제1 램파가 송출되었던 송신부(110)에서 송출되어 구조물(S)의 표면을 따라 전파된다.
이 후, 수신부(120)가 설치된 위치에서 집속되고, 이를 수신부(120)가 수신할 수 있다.
5. 신호검출단계<S500>
신호검출부(150)가 수신부(120)가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 검출하는 단계이다.
이때, 신호검출단계(S500)는 검출된 전기적신호의 증폭 및 필터링 과정이 수행되는 것을 더 포함할 수 있다.
6. 결함 판단단계<S600>
결함 판단부(160)가 신호검출단계(S500)에서 검출된 전기적신호를 분석하여 정량화하고, 구조물(S)의 결함 유무를 판단하는 단계이다.
여기서, 결함 판단부(160)는 구조물(S)에 결함이 존재하지 않는 경우에 수신부(120)가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 기준신호로 저장하는 저장부분(161)을 포함할 수 있다.
이때, 결함 판단단계(S600)는 결함 판단부(160)가 기준신호와 구조물(S)을 전파한 제2 램파의 전기적신호를 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 구조물(S)의 결함 여부를 판단할 수 있다.
그리고, 결함 판단단계(S600)는 결함 판단부(160)에서 수신부(120)가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 분석하여 진폭을 획득할 수 있다.
또한, 결함 판단부(160)의 저장부분(161)은 기준신호의 진폭을 저장할 수 있다.
이때, 결함 판단단계(S600)에서 결함 판단부(160)는 기준신호의 진폭과 구조물(S)을 전파한 제2 램파의 전기적신호의 진폭(이하, ‘측정신호의 진폭’이라 칭함)을 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 결함여부를 판단할 수 있다.
여기서, 결함 판단단계(S600)는 결함 판단부(160)가 하기의 수학식을 이용하여 정량화된 수치 값(Q)을 산출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017024196600-pat00004
이때, 결함 판단단계(S600)는 정량화된 수치 값(Q)이 50 % 이하인 경우, 구조물(S)에 설치된 송신부(110)와 수신부(120) 사이의 램파 전파경로 상에 결함이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 측정신호의 진폭만을 획득하여 기준신호와의 비교를 통해 구조물의 결함 유무를 판단하는 것이 가능할 수 있다.
7. 출력단계<S700>
결함 판단단계(S600)에서 판단된 구조물(S)의 결함 유무를 출력부(170)에 출력하는 단계이다.
결국, 본 발명은, 제2 램파 생성부가 송신부에서 송출되어 구조물을 전파한 제1 램파를 수신하여 시간반전 시켜 제2 램파를 생성하고, 이를 송신부에 제공하여 송신부가 제2 램파를 송출한 후 구조물을 전파한 제2 램파는 수신부가 위치한 지점에 집속되며, 이때, 수신부가 수신한 구조물을 전파한 제2 램파를 분석하여 결함이 존재하지 않는 구조물에서 측정된 기준신호와의 비교를 통해 정량화된 수치 값을 산출함으로써, 기존 비파괴검사에서 기준신호와 제1 램파의 비교를 통해 구조물의 결함 판단이 이루어지던 종래기술에 비해 신뢰도가 향상된 구조물의 결함 유무 판단이 가능한 구조물 결함 탐지 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100 : 구조물 결함 탐지 장치
110 : 송신부
120 : 수신부
130 : 제1 램파 생성부
140 : 제2 램파 생성부
150 : 신호검출부
160 : 결함 판단부
161 : 저장부분
170 : 출력부
S : 구조물

Claims (16)

  1. 구조물 결함 탐지 장치로서,
    구조물에 램파를 송출하는 송신부:
    상기 송신부로부터 송출되어 상기 구조물의 표면을 따라 전파한 램파를 수신하는 수신부;
    제1 램파를 생성하고, 상기 송신부에 제공하는 제1 램파 생성부;
    상기 수신부가 수신한 제1 램파를 시간 반전하여 제2 램파를 생성하고, 이를 상기 송신부에 제공하는 제2 램파 생성부;
    상기 제2 램파가 상기 송신부로부터 송출되어 상기 수신부가 설치된 위치에만 집속되면서 상기 수신부에 수신되고, 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적 신호를 검출하는 신호검출부; 및
    상기 구조물의 결함이 존재하지 않는 경우에 상기 수신부가 수신한 제2 램파인 기준신호의 전기적신호를 분석하여 상기 기준신호의 피크-투-피크(peak to peak) 진폭을 기준신호의 진폭으로 저장하는 저장부분을 포함하고, 상기 신호검출부에서 검출된 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 분석하여 피크-투-피크(peak to peak) 진폭을 측정신호의 진폭으로 획득하며, 상기 저장부분에 저장된 기준신호의 진폭과 상기 측정신호의 진폭을 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 상기 구조물의 결함유무를 판단하는 결함 판단부;를 포함하고,
    상기 제1 램파 생성부는 상기 구조물의 두께보다 큰 파장을 갖는 펄스 형태의 제1 램파를 생성하는 것을 특징으로 하는
    구조물 결함 탐지 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결함 판단부는 하기 수학식을 이용하여 정량화된 수치 값(Q)을 산출하는 것을 특징으로 하는
    구조물 결함 탐지 장치.
    [수학식]
    Figure 112018050799902-pat00005

  7. 제6항에 있어서,
    상기 결함 판단부는 상기 정량화된 수치 값이 50% 이하인 경우, 상기 구조물에서 상기 송신부와 수신부 사이 램파 전파경로 상에 결함이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는
    구조물 결함 탐지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구조물 결함 탐지 장치는 상기 결함 판단부로부터 판단된 상기 구조물의 결함 유무를 출력하는 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    구조물 결함 탐지 장치.
  9. 구조물 결함 탐지 방법으로서,
    송신부가 제1 램파 생성부로부터 생성된 제1 램파를 제공받아 상기 제1 램파를 구조물에 송출하는 제1 램파 송출단계;
    수신부가 상기 제1 램파 송출단계에서 상기 송신부로부터 송출되어 상기 구조물의 표면을 따라 전파된 제1 램파를 수신하는 제1 램파 수신단계;
    상기 송신부가 제2 램파 생성부로부터 상기 수신부에서 수신한 제1 램파를 시간 반전하여 생성된 제2 램파를 제공받아 상기 제2 램파를 구조물에 송출하는 제2 램파 송출단계;
    상기 수신부가 상기 제2 램파 송출단계에서 상기 송신부로부터 송출되어 상기 구조물의 표면을 따라 전파되면서 상기 수신부가 설치된 위치에만 집속된 제2 램파를 수신하는 제2 램파 수신단계;
    신호검출부가 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적신호를 검출하는 신호검출단계; 및
    상기 구조물에 결함이 존재하지 않는 경우에 상기 수신부가 수신한 제2 램파인 기준신호의 전기적 신호를 분석하여 상기 기준신호의 피크-투-피크(peak to peak) 진폭을 기준신호의 진폭으로 저장하는 저장부분을 포함하는 결함 판단부가 상기 신호검출단계에서 검출된 상기 수신부가 수신한 제2 램파의 전기적 신호를 분석하여 피크-투-피크(peak to peak) 진폭을 측정신호의 진폭으로 획득하며, 상기 저장부분에 저장된 기준신호의 진폭과 측정신호의 진폭을 비교 분석하여 정량화된 수치 값을 산출하고 결함여부를 판단하는 결함 판단단계; 를 포함하고,
    상기 제1 램파 송출단계는 상기 제1 램파 생성부에서 생성된 상기 구조물의 두께보다 큰 파장을 갖는 펄스 형태의 제1 램파를 상기 구조물에 송출하는 것을 특징으로 하는
    구조물 결함 탐지 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    상기 결함 판단단계는 상기 결함 판단부가 하기 수학식을 이용하여 정량화된 수치 값(Q)을 산출하는 것을 특징으로 하는
    구조물 결함 탐지 방법.
    [수학식]
    Figure 112018050799902-pat00006

  15. 제14항에 있어서,
    상기 결함 판단단계는 상기 정량화된 수치 값이 50% 이하인 경우, 상기 구조물에서 상기 송신부와 수신부 사이 램파 전파경로 상에 결함이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는
    구조물 결함 탐지 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 결함 판단단계에서 판단된 상기 구조물의 결함 유무를 출력부에 출력하는 출력단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    구조물 결함 탐지 방법.
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