KR101999945B1 - Apparatus For Measuring Stess of ferromagnetic substance - Google Patents

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KR101999945B1 KR1020190048464A KR20190048464A KR101999945B1 KR 101999945 B1 KR101999945 B1 KR 101999945B1 KR 1020190048464 A KR1020190048464 A KR 1020190048464A KR 20190048464 A KR20190048464 A KR 20190048464A KR 101999945 B1 KR101999945 B1 KR 101999945B1
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손대락
임남형
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주식회사 센서피아
충남대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a ferromagnetic material stress measuring device, which comprises: a probe which magnetizes a ferromagnetic material to be measured in a first direction before measuring a first magnetic Barkhausen noise (MBN) waveform signal of the magnetized ferromagnetic material to be measured, and magnetizes the ferromagnetic material to be measured in a second direction vertical to the first direction before measuring a second MBN waveform signal of the magnetized ferromagnetic material to be measured; a signal acquiring unit for acquiring the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal through the probe while magnetizing the ferromagnetic material to be measured in the first and second directions by applying a sine wave of an audible band to the probe; a correlation value calculating unit for calculating correlation value information between the acquired first and second MBN waveform signals; and a stress kind detecting unit which determines the kind of stress in a first direction and a second direction of a rail to be measured according to the correlation value information.

Description

강자성체 응력 측정 장치{Apparatus For Measuring Stess of ferromagnetic substance}[0001] Apparatus for Measuring Stress of Ferromagnetic Material [0002]

강자성체의 응력을 측정하는 기술, 특히 자기적인 방법을 이용하는 기술이 개시된다.Techniques for measuring the stress of a ferromagnetic material, particularly a technique using a magnetic method, are disclosed.

바크하우젠 효과(Barkhausen effect)는 강자성체 물질에 외부 시변 자기장을 인가할 때 강자성체 물질 내부의 자기도메인의 정렬의 갑작스런 진행으로 인해 발생하는 잡음을 말한다. 이러한 바크하우젠 잡음은 강자성체 물질의 결정의 균일성과 같은 물성의 영향을 받으므로, 철강제 등의 내부에 존재하는 불순물이나 구조 열화 등의 특성을 비파괴적으로 측정하는데 이용되고 있다.  The Barkhausen effect refers to the noise generated due to the abrupt progression of the alignment of the magnetic domains within the ferromagnetic material when an external time-varying magnetic field is applied to the ferromagnetic material. Since the Barkhausen noise is influenced by physical properties such as uniformity of crystals of a ferromagnetic material, it is used for non-destructively measuring characteristics such as impurities and structural deterioration existing in steel materials and the like.

이러한 바크하우젠 효과를 이용하여 강자성체의 특성을 비파괴적으로 측정하는 일 예로, 강자성체로 이루어진 연속 용접된 철도 레일(Continuous-Welded Rails : CWR)의 길이 방향으로 분포된 응력 분포를 측정하는데 이러한 바크하우젠 효과를 이용하는 기술이 알려져 있다. CWR은 온도에 따라 늘어나거나 수축되어 응력 분포가 달라지므로 그 지역의 평균적인 온도를 기준으로 설계되어 고정된다. 레일이 앵커에 의해 고정되므로, 온도에 따라 레일에 분포되는 응력이 위치에 따라 달라진다. An example of non-destructive measurement of the properties of ferromagnetic materials using the Barkhausen effect is to measure the distribution of stress in the longitudinal direction of continuous-welded rails (CWR) made of ferromagnetic material. The Barkhausen effect Is known. The CWR is designed and fixed based on the average temperature of the region since the stress distribution is varied by stretching or contracting depending on the temperature. Since the rails are fixed by an anchor, the stress distributed to the rails by temperature changes depending on the position.

그런데, 종래의 바크하우젠 효과를 이용하여 철도 레일의 응력을 측정하기 위해서는 철도 레일의 재료별 및 환경 조건 별로 미리 측정된 응력의 변화에 따른 자기적인 바크하우젠 잡음 측정값 데이터베이스가 미리 구축되어 있어야 한다. 그런데, 이러한 데이터베이스의 구축 및 확보에 많은 노력 및 비용이 소요되어 용이하지 않다. 또한, 때로는 철도 레일에 가해진 정확한 응력값을 획득하기 이전에 철도 레일에 가해진 응력의 종류 정보로 철도 레일이 휘어질 수 있는 등의 위험을 1차 판단할 수도 있다. 따라서, 데이터베이스없이 철도 레일과 같은 강자성체에 가해진 응력의 종류를 분석할 수 있는 기술이 요구된다. However, in order to measure the stress of the railway rail using the conventional Barkhausen effect, a magnetic Barkhausen noise measurement value database in accordance with the change of stress measured in advance according to the material of the rail rail and the environmental condition must be established in advance. However, it takes much effort and cost to construct and secure such a database, which is not easy. In addition, it is sometimes possible to first determine the risk that the railway rail may bend due to the kind of stress applied to the railway railway before obtaining the correct stress value applied to the railway railway. Therefore, a technique for analyzing the kind of stress applied to a ferromagnetic material such as a railway rail without a database is required.

제안된 발명은 강자성체의 재료별 및 환경 조건 별로 미리 측정된 응력의 변화에 따른 자기적인 바크하우젠 잡음 측정값 데이터베이스없이도 강자성체에 가해진 응력의 종류를 분석해낼 수 있는 강자성체 응력 측정 장치를 제공한다. The proposed invention provides a ferromagnetic stress measuring device capable of analyzing the kind of stress applied to a ferromagnetic body without a magnetic Barkhausen noise measurement value database according to a change in stress measured beforehand for each ferromagnetic material and environmental condition.

본 발명은 강자성체 응력 측정 장치로, 피측정 강자성체를 제1 방향 자화시킨 후, 자화된 피측정 강자성체의 자기적인 제1 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 측정하고, 피측정 강자성체를 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 자화시킨 후, 자화된 피측정 강자성체의 자기적인 제2 MBN 파형 신호를 측정하는 프로브와, 프로브에 소정 주파수의 정현파를 인가하여 피측정 강자성체를 제1 방향 및 제2 방향으로 자화시키면서, 프로브를 통해 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호를 획득하는 신호 획득부와획득된 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호 간의 상관값 정보를 산출하는 상관값 산출부와, 상관값 정보에 따라, 피측정 강자성체의 제1 방향 및 제2 방향의 응력의 종류를 결정하는 응력 종류 검출부를 포함한다.According to the present invention, there is provided a ferromagnetic stress measuring apparatus, comprising: a first direction magnetization of a measured ferromagnetic body; a magnetic first magnetic bursting noise (MBN) waveform signal of the ferromagnetic material to be measured, A probe for measuring a magnetic second MBN waveform signal of the magnetized ferromagnetic object to be measured after magnetization in a second direction perpendicular to the first direction and applying a sinusoidal wave of a predetermined frequency to the probe, A signal acquiring unit for acquiring a first MBN waveform signal and a second MBN waveform signal through a probe while magnetizing the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal in a second direction and a correlation value calculating unit for calculating correlation value information between the acquired first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal, And a stress type detector for determining the kind of stress in the first direction and the second direction of the measured ferromagnetic body according to the correlation value information.

제안된 발명은 강자성체의 재료별 및 환경 조건 별로 미리 측정된 응력의 변화에 따른 자기적인 바크하우젠 잡음 측정값 데이터베이스 없이도 강자성체에 가해진 응력의 종류를 분석해낼 수 있어, 데이터베이스 구축에 따른 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 강자성체에 가해진 응력의 종류 정보를 간단히 판단할 수 있다. The proposed invention can analyze the kind of stress applied to the ferromagnetic material without the magnetic Barkhausen noise measurement value database according to the change of the stress measured beforehand according to the material and environment condition of the ferromagnetic material, And also can easily determine the kind of stress applied to the ferromagnetic body.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 레일 응력 측정 장치를 연속 용접된 철도 레일(Continuous-Welded Rails : CWR)에 적용하여 검사하는 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브의 사시도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 강자성체 응력 측정 장치의 프로브의 내부 구성의 사시도의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 강자성체 응력 측정 장치의 제어기의 개략적인 내부 블록 구성도이다.
도 5a는 강자성체에 인가된 응력과 측정된 MBN 신호 변수의 값간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 강자성체에 인가된 응력에 따라 산출된 신호 신호 상관값의 관계를 도시한 그래프이다. 1 is a view showing a state in which a railway rail stress measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to continuous-welded railways (CWR).
2 is a perspective view of a probe according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing another example of a perspective view of the internal configuration of the probe of the ferromagnetic stress measurement apparatus according to the present invention.
4 is a schematic internal block diagram of a controller of a ferromagnetic stress measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
5A is a graph showing the relationship between the stress applied to the ferromagnetic material and the value of the measured MBN signal parameter.
FIG. 5B is a graph showing a relationship of signal signal correlation values calculated according to stress applied to a ferromagnetic body according to an embodiment of the present invention. FIG.

전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블럭도의 각 블럭은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블럭 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블럭들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.The foregoing and further aspects are embodied through the embodiments described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the components of each embodiment are capable of various combinations within an embodiment as long as no other mention or mutual contradiction exists. Each block of the block diagram may represent a physical part in any case, but in other cases it may be a logical representation of a function over a part or a plurality of physical parts of one physical part. Sometimes the entity of a block or part thereof may be a set of program instructions. These blocks may be implemented in whole or in part by hardware, software, or a combination thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 강자성체 응력 측정 장치를 강자성체에 적용하여 검사하는 모습을 도시한 도면이다. 강자성체 응력 측정 장치는 크게 프로브(10)와 제어기(100)를 포함한다. 여기서, 강자성체(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연속 용접된 철도 레일(Continuous-Welded Rails : CWR)일 수 있다. 그러나, 이는 이해를 돕기 위한 일 예일 뿐, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 강자성체 응력 측정 장치는 철도 레일 외에도 강자성체로 이루어진 다른 시편의 응력을 측정하는데 적용될 수 있음은 물론이다.FIG. 1 is a diagram showing a state in which a device for measuring a ferromagnetic stress according to an embodiment of the present invention is applied to a ferromagnetic body for inspection. The ferromagnetic stress measurement apparatus largely includes the probe 10 and the controller 100. Here, the ferromagnetic body 1 may be a continuous-welded rails (CWR) as shown in FIG. However, this is only an example for facilitating understanding, and the present invention is not limited thereto. That is, it is needless to say that the ferromagnetic stress measuring apparatus according to the present invention can be applied to the measurement of the stresses of other specimens made of ferromagnetic materials in addition to the railway rail.

프로브(10)는 피측정 강자성체(1)의 밀착 설치되어, 측정점을 중심으로 연속 용접된 피측정 강자성체(1)을 자화시킨 후, 자화된 피측정 강자성체의 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 획득한다. 여기서, 피측정 강자성체(1)가 철도 레일일 경우, 프로브(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 철도 레일의 하면(1a)에 밀착 설치될 수도 있다. The probe 10 is provided in close contact with the measured ferromagnetic body 1 to magnetize the measured ferromagnetic body 1 continuously welded around the measurement point and then magnetize the magnetized Barkhausen noise of the measured ferromagnetic body, MBN) waveform signal. Here, when the measured ferromagnetic body 1 is a railway rail, the probe 10 may be closely attached to the lower surface 1a of the railway rail as shown in FIG.

본 발명에 따라, 프로브(10)는 피측정 강자성체를 자화시키는 동일한 두 개의 요크 코일들이 상호 간에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 한다. 즉, 하나의 요크 코일이 피측정 강자성체(1)을 제1 방향으로 자화시키고, 다른 요크 코일은 피측정 강자성체(1)을 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 자화시킨다. 그리고, 탐색 코일을 통해 각각에 대한 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호들을 획득한다. 여기서, 제1 방향 및 제2 방향 중 하나가 피측정 강자성체(1)의 길이 방향일 수 있다. 따라서, 프로브(10)는 피측정 강자성체(1)이 길이 방향으로 자화된 상태에서의 MBN 파형 신호와 피측정 강자성체(1)이 수직 방향으로 자화된 상태에서의 MBN 파형 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 프로브(10)의 구성 요소인 요크 코일 및 탐색 코일의 배치되는 형태는 피측정 강자성체(1)의 폭의 길이에 따라 다양한 실시 예가 가능하다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하기로 한다. According to the present invention, the probe 10 is characterized in that two identical yoke coils magnetizing the measured ferromagnetic body are arranged perpendicular to each other. That is, one yoke coil magnetizes the measured ferromagnetic body 1 in the first direction, and the other yoke coils magnetize the measured ferromagnetic body 1 in the second direction perpendicular to the first direction. And obtains magnetic Barkhausen noise (MBN) waveform signals for each of them through the search coil. Here, one of the first direction and the second direction may be the longitudinal direction of the measured ferromagnetic body 1. [ Therefore, the probe 10 can acquire the MBN waveform signal in the state where the measured ferromagnetic body 1 is magnetized in the longitudinal direction and the MBN waveform signal in the state where the measured ferromagnetic body 1 is magnetized in the vertical direction. Here, the arrangement of the yoke coil and the search coil, which are components of the probe 10, can be variously modified depending on the length of the width of the measured ferromagnetic body 1. A detailed description thereof will be given later with reference to FIG. 2 and FIG.

제어기(100)는 프로브(10)의 두 개의 요크 코일들에 인가되는 구동 전류의 생성 및 제어나, 프로브(10)의 탐색 코일에서 획득된 MBN 파형 신호의 처리를 수행하는 것으로, 산업용 컴퓨터와 회로로 구성된다. 제어기(100)는 프로브(10)를 통해 획득된 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호간의 상관값를 산출하여, 피측정 강자성체(1)의 제1 방향 및 제2 방향에 가해진 응력의 종류를 결정한다. 더 나아가, 제어기(100)는 피측정 강자성체(1)의 제1 방향 및 제2 방향에 가해진 응력의 크기를 측정해 낼 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4 내지 도 5b를 참조하여 후술하기로 한다. The controller 100 performs generation and control of driving currents applied to two yoke coils of the probe 10 and processing of MBN waveform signals obtained from the search coils of the probe 10, . The controller 100 calculates the correlation value between the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal obtained through the probe 10 and determines the kind of stress applied to the first and second directions of the measured ferromagnetic body 1 . Furthermore, the controller 100 can measure the magnitude of the stress applied to the first direction and the second direction of the measured ferromagnetic body 1. A detailed description thereof will be given later with reference to Figs. 4 to 5B.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로브의 사시도를 도시한 도면이고, 도 3는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로브의 사시도를 도시한 도면이다. 도면에는 프로브(10)의 하우징(미도시) 내부가 도시된 것으로, 이해를 돕기 위해 하우징은 도시하지 않기로 한다. FIG. 2 is a perspective view of a probe according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a probe according to another embodiment of the present invention. In the figure, the inside of a housing (not shown) of the probe 10 is shown, and a housing is not shown for the sake of understanding.

도 2를 참조하면, 프로브(10)는 제1 요크 코일(11)과 제2 요크 코일(13)이 인접 배치된 형태로 구성된다. 이는 피측정 강자성체(1)의 폭이 좁은 경우에, 제1 요크 코일(11)과 제2 요크 코일(14)이 길이 방향으로 일렬 배치되어 측정되도록 하기 위함이다. 이러한 프로브(10)는 피측정 강자성체(1)을 제1 방향으로 자화시키는 제1 요크 코일(11)과, 제1 요크 코일(11)에 의해 자화된 피측정 강자성체의 제1 MBN 파형 신호를 획득하는 제1 탐색 코일(12)과, 피측정 강자성체를 제2 방향으로 자화시키는 제2 요크 코일(13)과, 제2 요크 코일(13)에 의해 자화된 피측정 강자성체의 제2 MBN 파형 신호를 획득하는 제2 탐색 코일(14)을 포함한다. 도면에는 도시되지 않지만, 제1 탐색 코일(12)과 제2 탐색 코일(14)은 프로브 하우징(미도시)에서 피측정 강자성체(1)에 맞닿는 면의 타측면에 부착될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제1 요크 코일(11)과 제2 요크 코일(13)에서 코일이 바닥면이 아닌 양측면에 감긴 형태일 수도 있다. Referring to FIG. 2, the probe 10 is configured such that the first yoke coil 11 and the second yoke coil 13 are disposed adjacent to each other. This is to allow the first yoke coil 11 and the second yoke coil 14 to be aligned and aligned in the longitudinal direction when the measured ferromagnetic body 1 has a narrow width. Such a probe 10 includes a first yoke coil 11 for magnetizing a measured ferromagnetic body 1 in a first direction and a second yoke coil 11 for acquiring a first MBN waveform signal of a measured ferromagnetic substance magnetized by the first yoke coil 11 A second yoke coil 13 for magnetizing the measured ferromagnetic substance in the second direction and a second MBN waveform signal of the measured ferromagnetic substance magnetized by the second yoke coil 13 And a second search coil 14 for acquiring the second search coil. Although not shown in the figure, the first search coil 12 and the second search coil 14 may be attached to the other side of the surface contacting the measured ferromagnetic body 1 in the probe housing (not shown). Although not shown in the drawing, the first yoke coil 11 and the second yoke coil 13 may be formed so that the coils are wound on both side surfaces instead of the bottom surface.

일 실시 예에 따른 프로브(10)는 제1 요크 코일(11) 및 제2 요크 코일(13)이 동시에 구동되어 피측정 강자성체(1)을 자화시키고, 제1 탐색 코일(12) 및 제2 탐색 코일(14)을 통해 자화된 피측정 강자성체의 제1 MBN 파형 신호 및 자화된 피측정 강자성체의 제2 MBN 파형 신호가 동시에 측정될 수 있다. The probe 10 according to the embodiment magnetizes the ferromagnetic body 1 to be measured by driving the first yoke coil 11 and the second yoke coil 13 at the same time and the first search coil 12 and the second search coil 12 The first MBN waveform signal of the measured ferromagnetic material magnetized through the coil 14 and the second MBN waveform signal of the magnetized measured ferromagnetic material can be simultaneously measured.

도 3을 참조하면, 프로브(10')는 제1 요크 코일(11') 및 제2 요크 코일(13')이 수직 교차되도록 배치되고, 탐색 코일(12')이 수직 교차점 상부에 위치하도록 구성된다. 이는 피측정 강자성체(1)의 폭이 넓은 경우에 사용될 수 있는 형태이다. 이러한 프로브(10')는 피측정 강자성체(1)을 제1 방향으로 자화시키는 제1 요크 코일(11')과, 피측정 강자성체를 제2 방향으로 자화시키는 제2 요크 코일(13')과. 제1 요크 코일(11') 및 제2 요크 코일(13') 중 하나에 의해 자화된 피측정 강자성체의 MBN 파형 신호를 획득하는 탐색 코일(12')을 포함한다. 도면에는 도시되지 않지만, 탐색 코일(13')은 프로브 하우징(미도시)에서 피측정 강자성체(1)에 맞닿는 면의 타측면에 부착될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제1 요크 코일(11')과 제2 요크 코일(13')에서 코일이 바닥면이 아닌 양측면에 감긴 형태일 수도 있다. Referring to FIG. 3, the probe 10 'is arranged such that the first yoke coil 11' and the second yoke coil 13 'are perpendicular to each other, and the search coil 12' do. This is a form that can be used when the measured ferromagnetic body 1 has a wide width. The probe 10 'includes a first yoke coil 11' for magnetizing a measured ferromagnetic body 1 in a first direction, a second yoke coil 13 'for magnetizing a measured ferromagnetic body in a second direction, And a seek coil 12 'for acquiring an MBN waveform signal of the measured ferromagnetic substance magnetized by one of the first yoke coil 11' and the second yoke coil 13 '. Although not shown in the figure, the search coil 13 'may be attached to the other side of the surface abutting the measured ferromagnetic body 1 in the probe housing (not shown). Although not shown in the drawings, the first yoke coil 11 'and the second yoke coil 13' may be formed such that the coils are wound on both sides rather than on the bottom surface.

다른 실시 예에 따른 프로브(10')는 제1 요크 코일(11') 및 제2 요크 코일(13')이 순차적으로 구동되어 피측정 강자성체(1)을 순차적으로 자화시키고, 하나의 탐색 코일(12')을 통해 자화된 피측정 강자성체(1)의 제1 MBN 파형 신호 및 자화된 피측정 강자성체의 제2 MBN 파형 신호가 순차적으로 측정될 수 있다. The probe 10 'according to another embodiment sequentially drives the first yoke coil 11' and the second yoke coil 13 'to sequentially magnetize the measured ferromagnetic body 1, and one search coil The first MBN waveform signal of the measured ferromagnetic body 1 and the second MBN waveform signal of the magnetized measured ferromagnetic material can be sequentially measured.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어기의 개략적인 내부 블록 구성도이다. 4 is a schematic internal block diagram of a controller according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제어기(100)는 신호 획득부(110), 신호 처리부(120) 및 출력부(140)를 포함한다. 부가적으로, 강자성체 응력 DB(130)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the controller 100 includes a signal obtaining unit 110, a signal processing unit 120, and an output unit 140. Additionally, a ferromagnetic stress database 130 may be further included.

신호 획득부(110)는 프로브(10)의 제1 요크 코일(11, 11') 및 제2 요크 코일(13, 13')에 가청 대역의 정현파를 인가하고, 탐색 코일(12, 14, 12')을 통해 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호를 획득한다. The signal acquisition unit 110 applies a sine wave of an audible band to the first yoke coils 11 and 11 'and the second yoke coils 13 and 13' of the probe 10, 'To obtain the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal.

여기서, 신호 획득부(110)는 내부에 정현파 발진회로와, 발진된 정현파를 증폭하는 전력 증폭기와, 증폭된 정현파 신호를 제1 요크 코일(11, 11') 및 제2 요크 코일(13, 13')에 인가하는 출력단자를 포함한다. Here, the signal acquisition unit 110 includes a sinusoidal oscillation circuit, a power amplifier for amplifying the oscillated sinusoidal wave, and a second yoke coil 11, 11 'and a second yoke coil 13, 13' ').

또 신호 획득부(110)는 탐색 코일(12, 14, 12')로부터 입력되는 MBN 파형 신호를 입력받는 입력단과, 입력된 MBN 파형 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와, 증폭된 파형 신호를 디지털 신호로 양자화하는 2 채널의 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다. The signal acquisition unit 110 includes an input terminal for receiving the MBN waveform signal input from the search coils 12, 14 and 12 ', a low noise amplifier for amplifying the input MBN waveform signal, And may include a two-channel analog-to-digital converter for quantizing.

여기서, 정현파는 MBN 잡음이 발생하기에 충분한 정도의 가청 저주파 대역을 사용한다. 연속적으로 정(+)과 부(-)의 전압을 가지는 정현파를 인가함으로써, CWR은 자화의 방향을 바꾸면서 부드럽게 반복하며, 내부의 자기 쌍극자(magnetic dipole)들, 결과적으로 자기 도메인(magnetic domain)들을 연속적으로 움직이게 하는 것으로 추정된다. 이에 따라 MBN 파형 신호가 연속적으로 출력된다. 정현파가 인가된 후 MBN 신호가 안정되어 주기적인 형태를 취할 때 파형 신호가 획득된다. 자기 도메인의 임의성(randomness)으로 인해 MBN 신호의 전체적인 모양은 완벽한 주기성을 가지기 힘들지만 정현파에 따라 MBN 파형 신호 변수의 값은 주기성을 보이게 된다. MBN 파형 신호는 샘플링되어 디지털 값으로 저장된다. Here, the sinusoidal wave uses an audible low-frequency band enough to generate MBN noise. By applying a sinusoidal wave having positive and negative voltages continuously, CWR smoothly repeats the direction of magnetization and generates internal magnetic dipoles and consequently magnetic domains It is presumed that they move continuously. As a result, the MBN waveform signal is continuously output. The waveform signal is obtained when the MBN signal is stable and takes a periodic shape after the sine wave is applied. Due to the randomness of the magnetic domain, the overall shape of the MBN signal is difficult to have perfect periodicity, but the value of the MBN waveform signal variable is periodic depending on the sine wave. The MBN waveform signal is sampled and stored as a digital value.

이때, 일 실시 예에 따라, 신호 획득부(110)는 제1 요크 코일(11) 및 제2 요크 코일(13)에 동시에 소정 주파수의 전류 파형을 인가하고, 제1 탐색 코일(12) 및 제2 탐색 코일(14)을 통해 동시에 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 전류 파형의 주파수는 일정 주파수보다 낮을 수 있다. The signal acquisition unit 110 applies a current waveform of a predetermined frequency to the first yoke coil 11 and the second yoke coil 13 at the same time, 2 search coil 14 to obtain the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal at the same time. Here, the frequency of the current waveform may be lower than a certain frequency.

여기서, 제1 요크 코일(11) 및 제2 요크 코일(13)은 직렬 연결된 형태로 구성되어 동일한 소정 주파수의 전류 파형이 인가되고, 제1 탐색 코일(12) 및 제2 탐색 코일(14)은 병렬 연결될 수 있다. The first yoke coil 11 and the second yoke coil 13 are connected in series and a current waveform of the same predetermined frequency is applied to the first yoke coil 11 and the second yoke coil 13. The first seek coil 12 and the second seek coil 14 Can be connected in parallel.

다른 실시 예에 따라, 신호 획득부(110)는 제1 요크 코일(11') 및 제2 요크 코일(13')에 순차적으로 가청 대역의 정현파를 인가하고, 탐색 코일(12')을 통해 동시에 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호를 순차적으로 획득할 수 있다. 신호 처리부(120)는 신호 획득부(110)에 의해 획득된 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호를 분석하여 피측정 강자성체(1)에 가해진 응력에 대한 정보를 분석해낼 수 있다. 여기서, 응력에 대한 정보는 피측정 강자성체(1)의 제1 방향 및 제2 방향으로의 응력의 종류 또는 제1 방향 및 제2 방향으로의 응력의 크기일 수 있다. According to another embodiment, the signal obtaining unit 110 sequentially applies audible band sine waves to the first yoke coil 11 'and the second yoke coil 13', and simultaneously outputs the sine waves of the audible band through the search coil 12 ' The first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal can be sequentially acquired. The signal processing unit 120 may analyze the information about the stress applied to the measured ferromagnetic body 1 by analyzing the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal obtained by the signal obtaining unit 110. [ Here, the information on the stress may be the type of the stress in the first direction and the second direction of the measured ferromagnetic body 1, or the magnitude of the stress in the first direction and the second direction.

일 실시예에 있어서, 신호 처리부(120)는 상관값 산출부(121) 및 응력 종류 검출부(122)를 포함한다. 부가적으로, 응력값 검출부(123)를 더 포함할 수도 있다. In one embodiment, the signal processing unit 120 includes a correlation value calculating unit 121 and a stress type detecting unit 122. In addition, it may further include a stress value detection unit 123. [

상관값 산출부(121)는 신호 획득부(110)에 의해 획득된 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호 간의 상관값 정보를 산출한다. 여기서, 상관값 정보는 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호 간의 차이(Difference) 또는 제1 MBN 파형 신호 대 제2 MBN 파형 신호 간의 비율(Ratio) 일 수 있다. The correlation value calculation unit 121 calculates correlation value information between the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal obtained by the signal acquisition unit 110. [ Here, the correlation value information may be a difference between the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal or a ratio between the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal.

도 5a는 피측정 강자성체에 인가된 응력과 측정된 MBN 신호 변수의 값간의 관계를 도시한 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 피측정 강자성체에 인가된 응력에 따라 산출된 신호 신호 상관값의 관계를 도시한 그래프이다. 5A is a graph showing a relationship between a stress applied to a measured ferromagnetic material and a measured MBN signal parameter. FIG. 5B is a graph showing a relationship between a stress applied to the measured ferromagnetic material and a measured signal signal Is a graph showing the relationship of correlation values.

도 5a를 참조하면, X 축은 피측정 강자성체에 인가된 응력값을 나타내고, Y 축은 피측정 강자성체에 가해진 응력에 변화에 따라 피측정 강자성체로부터 측정된 MBN 신호 변수의 값을 나타낸다. 일반적으로 피측정 강자성체(1)에 인가된 응력과 측정된 MBN 신호 변수의 값은 비례하지 않는 것으로 알려져 있다. Referring to FIG. 5A, the X axis represents the stress value applied to the measured ferromagnetic body, and the Y axis represents the value of the MBN signal variable measured from the measured ferromagnetic body according to the change in the stress applied to the measured ferromagnetic body. It is generally known that the stress applied to the measured ferromagnetic material 1 and the measured MBN signal parameters are not proportional.

또한, 피측정 강자성체의 동일 또는 인접한 측정점에서 제1 방향 및 제2 방향으로 가해지는 응력의 종류는 상관 관계를 가질 수 있다. 예컨대, 피측정 강자성체의 길이 방향으로 인장력(tensile stress)이 가해지게 되면, 길이 방향에 수직한 방향으로는 압축력(compressive stress)이 가해지게 된다. 반대로, 피측정 강자성체의 길이 방향으로 압축력(compressive stress)이 가해지게 되면, 길이 방향에 수직한 방향으로는 인장력(tensile stress)이 가해지게 된다. The types of stress applied in the first direction and the second direction at the same or adjacent measurement points of the measured ferromagnetic material may have a correlation. For example, when a tensile stress is applied to the longitudinal direction of the measured ferromagnetic body, a compressive stress is applied in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Conversely, when a compressive stress is applied to the longitudinal direction of the measured ferromagnetic body, tensile stress is applied in a direction perpendicular to the longitudinal direction.

따라서, 일 실시 예에 따라, 도 5b에 도시된 바와 같이, 신호 상관값 검출부(121)는 피측정 강자성체(1)의 제1 방향으로 인장력(+

Figure 112019042795966-pat00001
)이 가해질 경우의 제1 MBN 신호 변수의 값 A2에서 피측정 강자성체(1)의 제2 방향으로 압축력(-
Figure 112019042795966-pat00002
)이 가해질 경우의 제2 MBN 신호 변수의 값 A1을 감해 차이값(A2-A1)을 산출한다. 5B, the signal correlation value detecting unit 121 detects a tensile force (+) in the first direction of the measured ferromagnetic body 1,
Figure 112019042795966-pat00001
) Is applied from the value A 2 of the first MBN signal parameter in the second direction of the measured ferromagnetic body 1,
Figure 112019042795966-pat00002
) Calculates the claim 2 MBN signal difference value subtracted the value A 1 (A 2 -A 1) of the variable in case applied.

또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 다른 실시 예에 따라, 신호 상관값 검출부(121)는 피측정 강자성체(1)의 제1 방향으로 인장력(+

Figure 112019042795966-pat00003
)이 가해질 경우의 제1 MBN 신호 변수의 값 A2와 피측정 강자성체(1)의 제2 방향으로 압축력(-
Figure 112019042795966-pat00004
)이 가해질 경우의 제2 MBN 신호 변수의 값 A1의 비율(A2/A1)을 산출한다. Although not shown in the drawing, according to another embodiment, the signal correlation value detecting section 121 detects the tensile force (+) in the first direction of the measured ferromagnetic body 1,
Figure 112019042795966-pat00003
) A first pressing force in the second direction of the MBN signal value of the variable A 2 and a ferromagnetic material under test (1) of the case is applied (-
Figure 112019042795966-pat00004
(A 2 / A 1 ) of the value A 1 of the second MBN signal variable in the case where the second MBN signal parameter is applied.

응력 종류 검출부(122)는 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호 간의 신호 상관값 정보에 따라, 피측정 강자성체의 제1 방향 및 제2 방향에 가해진 응력의 종류를 결정한다. The stress type detection unit 122 determines the kind of stress applied to the first and second directions of the measured ferromagnetic body in accordance with the signal correlation value information between the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal.

일 실시 예에 따라, 응력값 검출부(122)는 제1 MBN 파형 신호 크기에서 제2 MBN 파형 신호의 크기를 뺀 값이 양일 경우, 제1 방향으로 인장력이 제2 방향으로 압축력이 작용하는 것으로 결정하고, 제1 MBN 파형 신호 크기에서 제2 MBN 파형 신호의 크기를 뺀 값이 '0'일 경우, 철로 강자성체에 응력이 작용하지 않는 것으로 결정하고, 제1 MBN 파형 신호 크기에서 제2 MBN 파형 신호의 크기를 뺀 값이 음일 경우, 제1 방향으로 압축력이 제2 방향으로 인장력이 작용하는 것으로 결정할 수 있다. According to one embodiment, when the value obtained by subtracting the magnitude of the second MBN waveform signal from the magnitude of the first MBN waveform signal is positive, the stress value detector 122 determines that the compressive force acts in the first direction in the tensile force in the second direction And determines that stress does not act on the ferromagnetic material when the magnitude of the first MBN waveform signal minus the magnitude of the second MBN waveform signal is " 0 ", and determines that the second MBN waveform signal It can be determined that the tensile force acts in the first direction and the compressive force acts in the second direction.

또한, 다른 실시 예에 따라, 응력값 검출부(122)는 응력값 검출부는 제1 MBN 파형 신호 크기 대 제2 MBN 파형 신호의 크기의 비율이 '1'보다 클 경우, 제1 방향으로 인장력이 제2 방향으로 압축력이 작용하는 것으로 결정하고, 압축력제1 MBN 파형 신호 크기 대 제2 MBN 파형 신호의 크기의 비율이 '1'보다 작을 경우, 제1 방향으로 압축력이 제2 방향으로 인장력이 작용하는 것으로 결정할 수 있다. According to another embodiment, when the ratio of the magnitude of the first MBN waveform signal to the magnitude of the second MBN waveform signal is greater than '1', the stress value detector 122 detects that the tensile force is in the first direction When the ratio of the magnitude of the compressive force first MBN waveform signal to the magnitude of the second MBN waveform signal is less than '1', the compressive force acts in the first direction and the compressive force acts in the second direction. .

부가적으로, 제어기(100)는 피측정 강자성체와 동일한 타입의 기준 강자성체로부터 측정된 응력값의 변화에 따른 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호 또는 응력값의 변화에 따른 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호 간의 상관값 정보를 저장하는 강자성체 응력 DB(130)를 더 포함할 수 있다. In addition, the controller 100 controls the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal according to the change of the stress value measured from the reference ferromagnetic material of the same type as the measured ferromagnetic material, and the first MBN waveform signal or the first MBN waveform signal And a ferromagnetic stress database 130 for storing correlation value information between the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal.

그리고, 응력값 검출부(123)는 강자성체 응력 DB(130)를 검색하여 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호에 상응하는 피측정 강자성체의 제1 방향 및 제2 방향에 인가된 응력값 또는 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호 간의 상관값에 상응하는 피측정 강자성체의 제1 방향 및 제2 방향의 응력값을 검출할 수 있다. The stress value detector 123 searches the ferromagnetic stress database 130 to find a stress value applied in the first direction and the second direction of the measured ferromagnetic material corresponding to the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal, A stress value in the first direction and the second direction of the measured ferromagnetic body corresponding to the correlation value between the 1 MBN waveform signal and the second MBN waveform signal can be detected.

출력부(140)는 일 실시예에서 평판 디스플레이이며, 신호 처리부(120)에 의해 생성된 피측정 강자성체의 제1 방향 및 제2 방향으로의 응력 종류 정보 또는 응력값의 크기 정보를 사람이 인식할 수 있는 형태로 출력한다. 일실시예에서, 출력부(140)는 생성된 응력 정보를 사람이 인식할 수 있는 형태, 예를 들면 디스플레이 상에서 그래프 및 수치값으로 출력한다The output unit 140 is a flat panel display in one embodiment. The output unit 140 may be configured to recognize the stress type information or the magnitude information of the stress value in the first direction and the second direction of the measured ferromagnetic object generated by the signal processing unit 120 And outputs it in a form that can be read. In one embodiment, the output section 140 outputs the generated stress information as a human-readable form, e.g., a graph and a numerical value on a display

이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities that may occur to those skilled in the art. The claims are intended to cover such modifications.

1 : 피측정 강자성체 10, 10' : 프로브
11, 11' : 제1 요크 코일 13, 13' : 제2 요크 코일
12 : 제1 탐색 코일 13 : 제2 탐색 코일
12' : 탐색 코일 100 : 제어기
110 : 신호 획득부 120 : 신호 처리부
130 : 레일 응력 DB 140 : 출력부1: Ferromagnetic material 10 to be measured 10 ': Probe
11, 11 ': first yoke coil 13, 13': second yoke coil
12: first search coil 13: second search coil
12 ': Search coil 100: Controller
110: Signal acquisition unit 120: Signal processing unit
130: Rail stress DB 140: Output section

Claims (6)

피측정 강자성체를 제1 방향으로 자화시키는 제1 요크 코일과, 제1 요크 코일과 동일하지만 제1 요크 코일과 수직으로 배치되며, 피측정 강자성체를 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 자화시키는 제2 요크 코일과, 자화된 피측정 강자성체의 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 획득하는 탐색 코일을 포함하는 프로브와;
상기 프로브의 제1 요크 코일 및 제2 요크 코일에 각각 소정 주파수의 전류 파형을 인가하여 피측정 강자성체를 제1 방향 및 제2 방향으로 자화시키면서, 프로브를 통해 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호를 획득하는 신호 획득부와;
획득된 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호 간의 차이(difference) 또는 비율(ration) 중 하나인 상관값 정보를 산출하는 상관값 산출부와;
상관값 정보에 따라, 피측정 강자성체의 제1 방향 및 제2 방향의 응력의 종류를 결정하는 응력 종류 검출부;
를 포함하는 강자성체 응력 측정 장치.
A first yoke coil which is the same as the first yoke coil but which is perpendicular to the first yoke coil and magnetizes the measured ferromagnetic body in a second direction perpendicular to the first direction; A probe including a two yoke coil and a seek coil for acquiring a magnetic Barkhausen noise (MBN) waveform signal of the magnetized ferromagnetic object to be measured;
A first current waveform of a predetermined frequency is applied to the first yoke coil and the second yoke coil of the probe to magnetize the measured ferromagnetic substance in the first direction and the second direction and the first MBN waveform signal and the second MBN waveform A signal acquisition unit for acquiring a signal;
A correlation value calculation unit for calculating correlation value information which is one of a difference or a ratio between the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal;
A stress type detector for determining the kind of stress in the first direction and the second direction of the measured ferromagnetic body according to the correlation value information;
Wherein the ferromagnetic stress measuring device comprises:
제1 항에 있어서, 프로브의 탐색 코일은 :
제1 요크 코일에 의해 자화된 피측정 강자성체의 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 획득하는 제1 탐색 코일과,
제2 요크 코일에 의해 자화된 피측정 강자성체의 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 획득하는 제2 탐색 코일을 포함하는 강자성체 응력 측정 장치.
2. The probe of claim 1, wherein the search coil of the probe comprises:
A first search coil for obtaining a magnetic Barkhausen noise (MBN) waveform signal of the measured ferromagnetic material magnetized by the first yoke coil,
And a second search coil for acquiring a magnetic Barkhausen noise (MBN) waveform signal of the measured ferromagnetic material magnetized by the second yoke coil.
제1 항에 있어서,
상기 프로브의 제1 요크 코일 및 제2 요크 코일은 수직 교차되도록 배치되고,
상기 프로브의 탐색 코일은 수직 교차점 상부에 위치하며, 제1 요크 코일 및 제2 요크 코일 중 하나에 의해 자화된 피측정 강자성체의 MBN 파형 신호를 획득하는 하나의 탐색 코일이고,
상기 신호 획득부는
제1 요크 코일 및 제2 요크 코일에 순차적으로 정현파를 인가하고, 탐색 코일을 통해 자화된 피측정 강자성체의 제1 MBN 파형 신호 및 제2 MBN 파형 신호를 순차적으로 획득하는 강자성체 응력 측정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first yoke coil and the second yoke coil of the probe are arranged so as to cross each other at right angles,
Wherein the search coil of the probe is positioned above the vertical intersection and is one search coil for acquiring an MBN waveform signal of the measured ferromagnetic material magnetized by one of the first yoke coil and the second yoke coil,
The signal obtaining unit
Sequentially applying a sinusoidal wave to the first yoke coil and the second yoke coil and successively acquiring the first MBN waveform signal and the second MBN waveform signal of the measured ferromagnetic material magnetized through the search coil.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 응력 종류 검출부는
제1 MBN 파형 신호 크기에서 제2 MBN 파형 신호의 크기를 뺀 값이 양일 경우, 제1 방향으로 인장력이 제2 방향으로 압축력이 작용하는 것으로 결정하고,
제1 MBN 파형 신호 크기에서 제2 MBN 파형 신호의 크기를 뺀 값이 '0'일 경우, 피측정 강자성체에 응력이 작용하지 않는 것으로 결정하고,
제1 MBN 파형 신호 크기에서 제2 MBN 파형 신호의 크기를 뺀 값이 음일 경우, 제1 방향으로 압축력이 제2 방향으로 인장력이 작용하는 것으로 결정하는 강자성체 응력 측정 장치.
4. The apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the stress type detecting section
When a value obtained by subtracting the magnitude of the second MBN waveform signal from the magnitude of the first MBN waveform signal is positive, it is determined that the compressive force acts in the first direction in the tensile force in the second direction,
When the value obtained by subtracting the magnitude of the second MBN waveform signal from the magnitude of the first MBN waveform signal is '0', it is determined that no stress acts on the measured ferromagnetic material,
And determines that a tensile force acts in the first direction when the compressive force is in the second direction when the magnitude of the first MBN waveform signal minus the magnitude of the second MBN waveform signal is negative.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 응력 종류 검출부는
제1 MBN 파형 신호 크기 대 제2 MBN 파형 신호의 크기의 비율이 '1'보다 클경우, 제1 방향으로 인장력이 제2 방향으로 압축력이 작용하는 것으로 결정하고,
제1 MBN 파형 신호 크기 대 제2 MBN 파형 신호의 크기의 비율이 '1'보다 작을 경우, 제1 방향으로 압축력이 제2 방향으로 인장력이 작용하는 것으로 결정하는 강자성체 응력 측정 장치.
4. The apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the stress type detecting section
When the ratio of the magnitude of the first MBN waveform signal to the magnitude of the second MBN waveform signal is greater than '1', it is determined that the compressive force acts in the first direction in the tensile force in the second direction,
When the ratio of the magnitude of the first MBN waveform signal to the magnitude of the second MBN waveform signal is smaller than '1', the compressive force is determined to be acting in the second direction in the second direction.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
피측정 강자성체와 동일한 타입의 기준 피측정 강자성체로부터 측정된 MBN 파형 신호들간의 상관값 정보와 응력값이 매핑된 정보를 저장하는 강자성체 응력 DB와;
강자성체 응력 DB를 검색하여 상관값 정보에 상응하는 피측정 강자성체의 제1 방향 및 제2 방향의 응력값을 검출하는 응력값 검출부;
를 더 포함하는 강자성체 응력 측정 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A ferromagnetic stress DB storing information on which correlation value information between MBN waveform signals measured from a reference to-be-measured ferromagnetic body of the same type as the measured ferromagnetic body and a stress value are mapped;
A stress value detector for detecting a stress value in a first direction and a second direction of the measured ferromagnetic body corresponding to the correlation value information by searching the ferromagnetic stress DB;
Further comprising a ferromagnetic stress measurement device.
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