KR102040492B1 - 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치 및 방법 - Google Patents

음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 피검체로부터 발생되는 탄성파 신호를 검출하여 상기 피검체의 결함 여부를 진단하는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치에 있어서, 상기 피검체 상에 기 설정된 간격으로 결합되어, 상기 피검체로부터 발생되는 탄성파 신호를 감지하는 복수 개의 센서; 상기 복수 개의 센서에 연결되고, 상기 복수 개의 센서로부터 감지된 탄성파 신호를 전송하는 제1 케이블; 상기 제1 케이블로부터 탄성파 신호를 수신하여, 상기 탄성파 신호를 증폭시키는 신호 조절부; 상기 신호 조절부로부터 상기 탄성파 신호를 수신하고, 상기 탄성파 신호 내 포함된 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제거하며, 상기 신호 조절부로 전원신호를 공급하는 신호 수집 및 처리부; 상기 신호 조절부와 신호 수집 및 처리부를 연결하는 제2 케이블; 및 상기 신호 수집 및 처리부에 의해 추출된 탄성파 신호를 수신하여, 상기 피검체의 결함 여부를 진단하는 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치를 제공한다.

Description

음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치 및 방법{Apparatus and Method for Defect Using Acoustic Emission Testing}
본 발명은 잡음 신호 및 유사 탄성파 신호 제거 성능이 향상된 음향방출 시험을 이용하여 결함을 진단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 들어, 급격한 도시화 및 산업화에 따라 효율적인 에너지 분배에 기초한 고출력 산업설비의 필요성이 고조되고 있다. 이에 따라, 수도관, 가스관 등의 에너지 분배설비 및 보일러나 발전기 등의 에너지 발생설비 구축이 가속화되고 있는 추세이다.
그러나 이와 같은 대형 산업 설비의 구축이 증가됨에 따라 안정성을 우려하는 목소리가 높아지고 있다. 특히, 은폐된 내부 구조물에 결함이 발생한 경우에는 이를 쉽게 관측할 수 없기 때문에, 안정성 및 효율성이 크게 위협받을 수 있다. 따라서, 산업 설비용 내부 구조물의 미세 변형 및 균열 등의 결함여부를 초기에 감지하여 적절히 대처하는 것이 매우 중요하다. 이에, 피검체에 손상을 가하지 않고 그 결함여부를 진단할 수 있는 비파괴 검사법(Non-destructive Inspection)이 각광받고 있다.
구체적으로, 비파괴 검사법에는 방사선 투과법, 초음파 탐상법, 자기 탐상법, 침투 탐상법 및 전자기 유도 탐상법 등이 있다. 이러한 비파괴 검사법은 피검체에 직접적이고 일회적인 에너지를 가함으로써 결함유무를 검사하기 때문에, 접근이 제한된 내부 구조물 등에는 적용이 어려우며, 실시간으로 검사결과를 알 수 없다는 한계가 있다.
음향방출 시험(Acoustic Emission Testing, AET)을 이용한 비파괴 검사법은 피검체가 변형, 균열 또는 파괴되는 과정에서 수반되는 에너지가 탄성파(Elastic Wave)로 방출되는 것을 검출함으로써, 피검체에 변형, 균열 또는 파손 등의 결함이 발생하였는지 여부를 진단할 수 있다.
그러나 작업자가 음향방출 시험을 이용하여 피검체의 결함을 진단하고자 할 경우, 피검체로부터 여러 유형의 잡음 및 유사 탄성파 잡음 등이 방출될 수 있다. 이러한 잡음에는 유체의 흐름에 기인한 잡음, 공동현상(Cavitation)에 의한 잡음 및 누설에 의한 잡음 등이 있으며, 그뿐만 아니라, 기계적인 마찰음 및 진동음, 외부 환경에 따른 소음, 모터와 같은 회전체의 구동에 따른 주기성 잡음 등이 있다. 나아가, 전자기파에 의한 잡음, 센서와 진단장치의 전위차에 의한 잡음 및 그라운드 루프에 의한 공통 모드 잡음(이하,‘잡음 신호'로 통칭함) 등이 검출될 수 있다. 피검체로부터 방출되는 여러 종류의 잡음에 의해 작업자는 순수한 탄성파 신호와 잡음 신호를 구분하기가 쉽지 않으며, 탄성파 신호를 분석하는 작업자의 전문성과 숙련도에 따라 검사결과에 많은 차이가 발생할 수 있다. 또한, 정확한 검사결과를 얻는 데에 많은 시간이 소요된다는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예는, 피검체의 변형, 균열 또는 파손에 의해 발생하는 탄성파 신호를 감지하고 이를 처리함으로써, 잡음 및 유사 탄성파 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 하나의 케이블을 이용하여 탄성파 신호 및 전원신호를 송수신할 수 있는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 사용자가 서버를 이용하여 원격으로 전원신호의 전압을 조절하여 탄성파 신호의 이득값을 추출할 수 있는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 피검체로부터 발생되는 탄성파 신호를 검출하여 상기 피검체의 결함 여부를 진단하는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치에 있어서, 상기 피검체 상에 기 설정된 간격으로 결합되어, 상기 피검체로부터 발생되는 탄성파 신호를 감지하는 복수 개의 센서; 상기 복수 개의 센서에 연결되고, 상기 복수 개의 센서로부터 감지된 탄성파 신호를 전송하는 제1 케이블; 상기 제1 케이블로부터 탄성파 신호를 수신하여, 상기 탄성파 신호를 증폭시키는 신호 조절부; 상기 신호 조절부로부터 상기 탄성파 신호를 수신하고, 상기 탄성파 신호 내 포함된 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제거하며, 상기 신호 조절부로 전원신호를 공급하는 신호 수집 및 처리부; 상기 신호 조절부와 신호 수집 및 처리부를 연결하는 제2 케이블; 및 상기 신호 수집 및 처리부에 의해 추출된 탄성파 신호를 수신하여, 상기 피검체의 결함 여부를 진단하는 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 신호 조절부는, 상기 제1 케이블로부터 수신한 탄성파 신호와 상기 제2 케이블로부터 수신한 전원신호를 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 신호 수집 및 처리부는, 기 설정된 알고리즘에 따라 상기 탄성파 신호 내에 포함된 상기 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 알고리즘은, 상기 신호 수집 및 처리부가 상기 탄성파 신호의 파라미터를 추출하고, 기 설정된 값과 비교함으로써, 상기 신호 수집 및 처리부로 입력된 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치가 피검체의 결함 여부를 진단하는 방법에 있어서, 센서를 이용하여 상기 피검체의 탄성파 신호를 감지하는 과정; 상기 센서에 연결되어 있는 제1 케이블을 이용하여 상기 센서에 의해 감지된 탄성파 신호를 신호 조절부로 전송하는 과정; 상기 신호 조절부로 전송된 탄성파 신호를 증폭시키는 과정; 상기 탄성파 신호에 포함된 잡음 신호를 제거하는 과정; 상기 탄성파 신호를 전원 신호와 분리시키는 과정; 상기 탄성파 신호를 상기 신호 조절부로부터 연결되어 있는 제2 케이블을 이용하여 신호 수집 및 처리부로 전송하는 과정; 상기 신호 수집 및 처리부를 이용하여 상기 탄성파 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 과정; 상기 탄성파 신호의 파라미터를 추출하는 과정; 기 설정된 알고리즘을 이용하여 상기 탄성파 신호에 포함된 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제거하는 과정; 및 상기 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호가 제거된 탄성파 신호를 분석하여 상기 피검체의 결함 여부를 진단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치가 피검체의 결함 여부를 진단하는 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 피검체의 변형, 균열 또는 파손에 의해 발생하는 탄성파 신호를 감지하고 기 설정된 알고리즘에 따라 잡음 및 유사 탄성파 신호를 분류함으로써, 잡음 및 유사 탄성파 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 필터를 이용하여 탄성파 신호와 전원신호를 장치 내에서 분리시킴으로써, 하나의 케이블을 이용하여 탄성파 신호 및 전원신호를 송수신할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자가 서버를 이용하여 원격으로 전원신호의 전압을 제어하여 탄성파 신호의 이득값을 추출함으로써, 탄성파 신호를 증폭시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 조절부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수집 및 처리부의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원필터의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 신호의 파라미터를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 알고리즘을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치가 피검체의 결함을 진단하는 과정을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치(100, 이하 '결함 진단 장치'로 약칭함)는 센서(130), 신호 조절부(140), 신호 수집 및 처리부(150) 및 서버(160)를 포함한다.
피검체(110)는 검사의 대상이 되는 물체로서, 피검체(110)에 결합된 결함 진단 장치(100)에 의해 피검체(110)의 내부 또는 외부에 발생한 결함이 검출될 수 있다. 피검체(110)는 파이프, 금속 기계장치, 플랜트 설비, 빌딩 및 교량 등과 같은 구조물일 수 있다. 피검체(110)를 구성하는 재질에 따라 방출되는 탄성파의 주파수 성분은 서로 다른 값을 갖도록 구성되며, 피검체(110)가 변형, 균열 또는 파손됨에 따라 탄성파 신호를 방출한다. 피검체(110)의 일 측면에는 복수 개의 센서(130)가 결합됨으로써, 피검체(110)는 복수 개의 센서(130)로 탄성파 신호를 방출한다.
센서(130)는 피검체(110)로부터 방출되는 탄성파 신호를 감지한다. 센서(130)는 피검체(110)의 용접부위 또는 피검체(110)로 압력이 많이 가해지는 부위와 같은 취약부위에 부착될 수 있다. 센서(130)는 에폭시(Epoxy) 수지 또는 자석 등과 같은 고정수단에 의해 피검체(110)의 일 측면에 결합될 수 있다. 센서(130)와 피검체(110)가 원활하게 결합될 수 있도록 센서(130)와 피검체(110)의 사이에는 그리스(Grease)와 같은 윤활제가 도포될 수 있다. 센서(130)는 복수 개로 구성될 수 있으며, 복수 개의 센서(130)는 기 설정된 간격으로 이격되어 피검체(110)의 일 측면에 고정되도록 구현될 수 있다. 통상적으로, 2차원 평면구조를 갖는 피검체(110)의 탄성파 신호를 감지하여 결함의 발생위치를 표정(標定)하기 위해 센서(130)는 최소 세 개로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 피검체(110)의 용적, 규모, 종류 및 재질 등에 따라 센서(130)의 개수는 다르게 구성될 수 있다. 전술한 대로, 피검체(110)는 피검체(110)를 구성하는 재질에 따라 방출되는 탄성파의 주파수 성분이 서로 다른 값을 갖도록 구성된다. 따라서, 센서(130)는 10㎑~1㎒의 주파수 대역을 감지할 수 있도록 구성됨과 동시에, μV(Micro Voltage, 마이크로 볼트) 단위의 미약한 세기를 갖는 신호도 검출할 수 있도록 압전 변환기(Piezoelectric Transducer, PZT)의 형태로 구현될 수 있다. 센서(130)는 일 측면에 케이블(120)이 결합될 수 있도록 연결부재(미도시)를 구비할 수 있으며, 연결부재(미도시)에 제1 케이블(120)이 결합됨에 따라 탄성파 신호는 신호 조절부(140)로 전송된다.
상술한 바와 같이, 센서(130)는 피검체(110)로부터 방출되는 탄성파 신호를 감지한다. 그러나 센서(130)로 전송되는 탄성파 신호에는 소음 및 진동과 같은 잡음 신호가 혼입될 수 있다. 잡음 신호는 신호의 굴절, 반사 및 중첩 등에 의해 발생할 수 있으며, 전자파의 유입, 소음, 진동, 충격, 낙수 및 다른 기기의 영향에 의해서도 발생할 수 있다. 또한, 배경기술에서 언급하였듯이, 잡음 신호에는 유사 탄성파 신호도 포함된다. 즉, 유체의 흐름에 기인한 잡음, 공동현상(Cavitation)에 의한 잡음, 누설에 의한 잡음, 기계적인 마찰음과 진동음, 외부 환경에 따른 소음 및 회전체의 구동에 따른 주기성 잡음 등이 유사 탄성파에 해당되며, 후술할 신호 조절부(140) 및 신호 수집 및 처리부(150)는 탄성파 신호에 혼입된 잡음 신호를 제거함으로써 효과적으로 탄성파 신호만을 추출할 수 있도록 구성된다.
신호 조절부(140)는 진단 장치(100) 내 센서(130)의 개수와 동수(同數)로 설치되도록 구성될 수 있으며, 제1 케이블(120)에 의해 각각의 센서(130)와 연결되도록 구성된다. 신호 조절부(140)는 센서(130)로부터 약 1~1.5m 정도의 간격으로 이격된 형태로 구현될 수 있으며, 센서(130)로부터 감지된 탄성파 신호를 신호 조절부(140)의 일 측면에 결합된 제1 케이블(120)을 이용하여 수신한다. 신호 조절부(140)는 제1 케이블(120)에 의해 전송된 탄성파 신호를 1차로 증폭시키고, 탄성파 신호에 혼입된 잡음 신호를 제거한다. 그리고 신호 조절부(140)는 서버(160)의 명령에 따라 전압의 크기가 조절된 전원신호로부터 탄성파 신호를 2차로 증폭시키기 위한 이득값을 추출할 수 있다. 또한, 내부에 이득값을 조절할 수 있는 스위치(미도시)를 구비함으로써, 사용자가 직접 탄성파 신호의 이득값을 조절할 수 있도록 한다. 신호 조절부(140)는 증폭된 탄성파 신호를 제2 케이블(125)을 이용하여 신호 수집 및 처리부(150)로 전송한다. 한편, 신호 조절부(140)는 신호 수집 및 처리부(150)로부터 전원을 공급 받도록 구성된다. 신호 조절부(140)는 제2 케이블(125)을 이용하여 신호 수집 및 처리부(150)로부터 전원을 공급 받는다. 신호 조절부(140)는 필터(미도시)를 이용하여 탄성파 신호와 전원 신호를 분리시키도록 구성된다.
신호 수집 및 처리부(150)는 신호 조절부(140)로부터 전송된 탄성파 신호를 제2 케이블(125)을 이용하여 수신한다. 신호 수집 및 처리부(150)는 센서(130)의 개수와 동일하게 구성될 수 있으며, 각각의 신호 수집 및 처리부(150)는 신호 조절부(140)와 제2 케이블(125)에 의해 연결되도록 구성된다. 또한, 신호 수집 및 처리부(150)는 신호 수집 및 처리부(150) 내에 2채널, 4채널 또는 8채널과 같이 복수 개의 채널을 구비하도록 구성됨으로써, 제2 케이블(125)에 의해 하나의 신호 수집 및 처리부(150)가 복수 개의 신호 조절부(140)와 연결되도록 구성될 수도 있다. 신호 수집 및 처리부(150)는 필터(미도시)를 이용하여 유사 탄성파 신호를 제거하고, 필터(미도시)에 의해 제거되지 않은 잡음 신호 및 유사 탄성파 신호가 포함되어 있는 소정의 탄성파 신호를 디지털 신호로 변환시킨다. 신호 수집 및 처리부(150)는 순수한 탄성파 신호(즉, 피검체(110)의 변형, 균열 또는 파손에 의해 발생한 탄성파)만을 추출하기 위하여 탄성파 신호의 파라미터(Parameter)를 특정하고, 기 설정된 알고리즘에 따라 잡음 신호 및 유사 탄성파 신호를 제거하도록 구성된다.
신호 조절부(140) 및 신호 수집 및 처리부(150)에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.
서버(160)는 신호 수집 및 처리부(150)와 무선으로 통신함으로써 사용자가 입력한 명령을 신호 수집 및 처리부(150)로 전송하고, 신호 수집 및 처리부(150)로부터 신호를 수신한다. 도면에서는 서버(160)와 신호 수집 및 처리부(150)가 무선으로 통신하는 것으로 도시되어 있지만, 서버(160)는 신호 수집 및 처리부(150)와 유선을 이용하여 통신할 수도 있다.
서버(160)는 신호 조절부(140)로 공급되는 전압을 조절함으로써, 신호 조절부(140)가 탄성파 신호를 증폭시킬 수 있도록 한다. 서버(160)는 자체적으로 신호 수집 및 처리부(150)에 의해 추출된 탄성파 신호의 특성을 분석하도록 구현될 수 있다. 이로써, 피검체(110)에 형성된 변형, 균열 또는 파손의 종류, 규모, 진행상태 및 위치 등을 파악하고, 사용자가 알 수 있도록 정보를 표시한다. 또한, 서버(160)는 분석한 정보를 데이터베이스(Database)에 저장할 수 있도록 구성될 수 있다. 서버(160)는 USB, 이더넷(Ethernet), 와이파이(Wi-fi) 또는 블루투스(Bluetooth) 등을 이용하여 신호 수집 및 처리부(150)와 통신할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 신호 수집 및 처리부(150)를 카드 형태의 하드웨어로 구성하여, 서버(160) 내에 구비된 PCIe(PCI Express) 슬롯에 끼우는 PCIe BUS 방식을 이용함으로써 신호 수집 및 처리부(150)와 고속으로 통신하도록 구성될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 조절부의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수집 및 처리부의 구성을 도시한 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원필터의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 신호 조절부(140)는 센서(130)가 감지한 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제1 케이블(120)을 이용하여 수신한다. 신호 조절부(140)는 미약한 세기를 갖는 탄성파 신호를 증폭시키고, 잡음 신호를 제거하여 이를 신호 수집 및 처리부(150)로 전송한다. 또한, 신호 조절부(140)는 서버(160) 또는 사용자가 이득값 설정 스위치(230)를 이용하여 설정한 이득값을 수신하여, 가변 이득 증폭부(220)의 이득값을 제어함으로써 탄성파 신호를 증폭시킨다.
신호 조절부(140)는 입력신호 커넥터(210), 1차 증폭부(215), 가변이득 증폭부(220), 이득 제어부(225), 이득값 설정 스위치(230), 고역통과 필터(235), 저역통과 필터(240), 전원필터(245), 전원공급장치(250) 및 출력신호 커넥터(255)를 포함한다.
입력신호 커넥터(210)는 제1 케이블(120)과 연결될 수 있도록 구성됨으로써, 센서(130)에서 감지된 탄성파 신호와 함께 잡음 신호를 수신하고, 이를 1차 증폭부(215)로 전송한다. 입력신호 커넥터(210)는 BNC(Bayonet Neill Concelman) 커넥터의 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
1차 증폭부(215)는 입력신호 커넥터(210)로부터 전송된 미약한 세기를 갖는 탄성파 신호를 증폭시킨다. 1차 증폭부(215)는 고정된 이득값을 가지며, 이에 따라, 탄성파 신호는 1차 증폭부(215)에 의해 20㏈ 정도의 크기로 증폭될 수 있다.
가변이득 증폭부(220)는 이득 제어부(225)의 제어에 따라 탄성파 신호를 증폭시킨다. 가변이득 증폭부(220)는 이득 제어부(225)로부터 수신한 이득값에 따라 탄성파 신호를 증폭시킨다.
이득 제어부(225)는 내부에 마이크로 컨트롤러(Microcontroller)를 구비함으로써 전압을 검출하도록 구성될 수 있다. 즉, 이득 제어부(225)는 전압검출회로를 이용하여 기 설정된 전압과 서버(160)에 의해 설정된 전압의 차이를 산출함으로써, 가변이득 증폭부(220)로 인가되는 탄성파 신호의 이득값을 검출하도록 구성된다. 사용자가 서버(160)를 이용하여 원격으로 전원신호의 전압을 조절하고, 이득 제어부(225)는 이를 이용하여 탄성파 신호의 이득값을 추출할 수 있기 때문에, 작업의 효율성과 편리성이 향상될 수 있다. 또한, 이득 제어부(225)는 사용자가 이득값 설정 스위치(230)를 조작함으로써 설정된 이득값을 수신하고, 가변이득 증폭부(220)가 설정된 이득값에 따라 탄성파 신호를 증폭시킬 수 있도록 가변이득 증폭부(220)를 제어한다.
이득값 설정 스위치(230)는 사용자가 수동으로 탄성파 신호의 이득값을 설정할 수 있도록 형성된 신호 조절부(140) 내 구성으로써, 사용자는 이득값 설정 스위치(230)를 이용하여 탄성파 신호의 이득값을 조절할 수 있다. 이득값 설정 스위치(230)에 의해 설정된 이득값은 이득 제어부(225)로 전송되며, 이득 제어부(225)는 가변이득 증폭부(220)가 설정된 이득값에 따라 탄성파 신호를 증폭시키도록 한다. 이러한 방식은 사용자가 신호 조절부(140)와 근거리에 있을 경우, 작업의 편리성을 증대시키는 효과를 갖는다.
고역통과 필터(235)는 탄성파 신호에 혼입된 잡음 신호를 제거한다. 주로, 고역통과 필터(235)는 진동, 마찰, 소음 등과 같은 저주파 대역의 잡음을 필터링(또는, 제거)하도록 구성된다. 고역통과 필터(235)에 의해 저주파 대역의 잡음이 제거된 탄성파 신호는 저역통과 필터(240)로 전송된다.
저역통과 필터(240)는 고역통과 필터(235)와 마찬가지로, 잡음 신호를 제거한다. 저역통과 필터(240)는 전자파와 같이 고주파 대역의 잡음을 필터링(또는, 제거)하도록 구성된다. 저역통과 필터(240)를 통과한 탄성파 신호는 전원필터(245)를 거쳐 출력신호 커넥터(255)로 출력된다. 여기서, 전원필터(245)는 탄성파 신호가 전원공급장치(250)로 인가되지 않도록 한다.
전원필터(245)는 출력신호 커넥터(255)로부터 수신한 전원신호와 저역통과 필터(240)로부터 전송된 탄성파 신호를 분리시키고, 전원신호 및 탄성파 신호를 각각 전원공급장치(250)와 출력신호 커텍터(255)로 전송시킨다. 이러한 전원필터(245)에 대해서는 도 4를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 전원필터(245)는 전원신호와 탄성파 신호를 분리시킨다. 저역통과 필터(240)를 통과한 탄성파 신호는 제2 저항(R2) 및 제1 커패시터(C1)에 의해 임피던스 정합되며, 전원필터(245)를 통과하기 이전에는 전원신호와 합쳐진 상태로 신호 조절부(140) 내에 존재한다. 이에, 전원필터(245)는 내부에 회로를 구비함으로써, 전원신호와 탄성파 신호를 분리시키도록 구성된다.
보다 구체적으로 설명하면, 전원필터(245)로 입력된 탄성파 신호는 전원필터(245) 내에 구비된 페라이트 비드(FB), 인덕터(L1) 및 제1 저항(R1)으로 구성된 고주파 차단 필터에 의해 전원공급장치(250)로 유입되지 않는 반면, 직류인 전원신호는 고주파 차단 필터를 통과한다. 고주파 차단 필터를 통과한 전원신호는 역류방지용 쇼트기 다이오드(D1), 제2 커패시터(C2) 및 제3 커패시터(C3)를 통과함으로써 전원공급장치(250)로 인가된다. 그리고 고주파 차단 필터에 의해 전원공급장치(250)로의 유입이 차단된 탄성파 신호는 출력신호 커넥터(255)를 거쳐 신호 처리 및 수집부(150)로 전송된다. 이와 같이, 전원필터(245)에 의해 신호 조절부(140) 내에서 전원신호와 탄성파 신호가 분리됨으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치(100)는 별도의 케이블을 이용하지 않고 하나의 케이블로도 전원을 공급받을 수 있다. 이는, 장치의 간소화를 도모할 수 있으며, 장치 설치 작업의 용이성을 향상시키는 효과가 있다.
전원공급장치(250)는 제2 케이블(125)과 연결된 출력신호 커넥터(255)로부터 전송된 전원신호를 인가받아 신호 조절부(140) 내 구성요소에 전원을 공급한다. 상술한 바와 같이, 전원공급장치(250)로 제공되는 전원신호가 전원필터(245)에 의해 탄성파 신호와 분리되면, 이득 제어부(225)는 전원필터(245)에서 분리된 전원신호의 전압의 크기를 검출하고, 기 설정된 전압과의 차이에 따라 이득값을 산출하여 가변이득 증폭부(220)로 명령을 송달한다. 이때, 이득값은 이진 코드 형태로 구성될 수 있으며, 이득 제어부(225)가 이득값을 산출할 수 있도록 서버(160)는 최소 전압(Drop Out Voltage)보다 큰 값을 갖는 전압위에 이득값을 의미하는 추가적인 전압이 이득 제어부(225) 및 전원공급장치(250)로 인가될 수 있도록 한다. 또한, 사용자가 이득값 설정 스위치(230)를 이진 코드 형태가 되도록 수동으로 조작함으로써 탄성파 신호의 이득값이 조절될 수 있으며, 이득 제어부(225)는 사용자의 명령을 가변이득 증폭부(220)로 전송하고, 가변이득 증폭부(220)는 1차 증폭부(215)를 통과한 탄성파 신호를 증폭시킨다. 가변이득 증폭부(220)에 의해 증폭된 탄성파 신호는 고역통과 필터(235)로 인가된다.
출력신호 커넥터(255)는 고역통과 필터(235) 및 저역통과 필터(240)를 거쳐 잡음 신호가 어느정도 제거된 탄성파 신호를 신호 수집 및 처리부(150)로 전송한다. 출력신호 커넥터(255)에는 제2 케이블(125)이 결합되어 있으며, 탄성파 신호는 제2 케이블(125)을 따라 신호 수집 및 처리부(150)로 전송된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 신호 수집 및 처리부(150)는 필터를 이용하여 잡음 신호의 일종인 유사 탄성파 신호를 제거하도록 구성된다. 특히, 신호 수집 및 처리부(150)는 기 설정된 알고리즘을 이용하여, 필터에 의해 제거되지 않은 유사 탄성파 신호를 제거할 수 있도록 구성된다.
신호 수집 및 처리부(150)는 입력신호 커넥터(310), 전원공급장치(315), 전원필터(320), 감쇄기(325), 저역통과 필터(330), 대역제거 필터(335), 디지털 신호 변환부(340), 신호 처리부(345), 제어부(350), 저장부(355) 및 통신부(360)를 포함한다.
입력신호 커넥터(310)는 제2 케이블(125)에 의해 신호 조절부(140)의 출력신호 커넥터(255)와 연결된다. 입력신호 커넥터(310)는 제2 케이블(125)을 따라 전송된 탄성파 신호를 신호 수집 및 처리부(150) 내 구성요소로 전송한다.
전원공급장치(315)는 제어부(350)의 제어에 따라 신호 조절부(140)에 이용되는 전압을 전원필터(320)로 공급한다. 여기서, 전압은 입력신호 커넥터(310)를 거쳐 제2 케이블(125)에 의해 신호 조절부(140)로 공급된다.
전원필터(320)는 입력신호 커넥터(310)로부터 전송된 탄성파 신호 및 전원공급장치(315)로부터 전송된 전원신호를 분리시키고, 탄성파 신호를 감쇄기(325)로 전송한다.
감쇄기(325)는 탄성파 신호가 후술할 디지털 신호 변환부(340)로 입력될 때, 탄성파 신호가 디지털 신호 변환부(340)의 입력 허용 상한치를 초과하지 않도록 탄성파 신호의 크기를 감소시킨다.
저역통과 필터(330, 또는, 안티 엘리어싱 필터(Anti-aliasing Filter))는 탄성파 신호가 후술할 디지털 신호 변환부(340)에 의해 디지털 신호로 변환됨에 따라 발생할 수 있는 에일리어싱(Aliasing)을 방지하도록 구성된다. 저역통과 필터(330)는 신호 수집 및 처리부(150) 내 디지털 신호 변환부(340)보다 전(前)단계에 배치되도록 구성될 수 있으며, 이에 따라, 저역통과 필터(330)는 탄성파 신호의 고주파 성분을 차단시킨다. 저역통과 필터(330)를 통과하는 탄성파 신호는 아날로그 신호이기 때문에, 저역통과 필터(330)는 아날로그 필터로 구현될 수 있다.
대역제거 필터(335, 또는, 노치 필터(Notch Filter))는 탄성파 신호에 혼재되어 있는 유사 탄성파 신호를 제거하도록 구성된다. 대역제거 필터(335)는 (사용자 등에 의해) 기 설정된 대역의 신호를 제거하도록 구성됨으로써, 유사 탄성파 신호를 제거할 수 있다. 도 3에서는 대역제거 필터(335)가 디지털 신호 변환부(340)의 전(前)단계에 배치되도록 구성되지만, 대역제거 필터(335)는 후술할 신호 처리부(345) 내 구성요소로서 FIR(Finite Impulse Response)이나 IIR(Infinite Impulse Response) 방식의 디지털 필터로 구현될 수도 있다.
디지털 신호 변환부(340)는 탄성파 신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 이를 신호 처리부(345)로 전송한다. 디지털 신호 변환부(340)가 탄성파 신호를 디지털로 양자화함으로써, 신호 처리부(345)는 탄성파 신호 내에 잔존하는 유사 탄성파 신호를 제거할 수 있다.
신호 처리부(345)는 디지털로 양자화된 탄성파 신호의 파라미터(Parameter)를 추출하고, 제어부(350)의 제어에 따라 탄성파 신호와 유사 탄성파 신호를 판별한다. 신호 처리부(345)는 기 설정된 알고리즘을 이용하여 탄성파 신호의 파라미터와 유사 탄성파 신호의 파라미터를 비교 연산함으로써, 탄성파 신호에 혼재되어 있는 잡음 신호 및 유사 탄성파 신호를 제거하도록 구성된다. 탄성파 신호의 파라미터 및 신호 처리부(345)가 탄성파 신호를 추출하는 과정에 대해서는 각각 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성파 신호의 파라미터를 도시한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 신호 처리부(345)는 탄성파 신호가 사용자 등에 의해 설정된 임계진폭(또는, '문턱값', Ath, Threshold)을 초과한 시점으로부터 시간이 지남에 따라 임계진폭(Ath) 이하로 떨어지는 시점까지의 기간인 신호 지속 시간(Di, Duration)을 산출한다. 신호 처리부(345)는 신호 지속 시간(Di) 동안, 탄성파 신호의 진폭의 최대값(Peak Amplitude, Ap)을 검출하고, 탄성파 신호가 사용자 등에 의해 설정된 임계진폭(Ath)을 초과한 시점부터 최대값(Ap)에 도달하기까지 걸린 시간(Rise Time)을 산출한다. 또한, 신호 처리부(345)는 신호 지속 시간(Di) 동안 탄성파 신호의 진폭이 임계진폭(Ath)을 초과하는 횟수(Count)를 계산한다. 신호 처리부(345)는 이와 같은 파라미터를 탄성파 신호로부터 추출함으로써, 기 설정된 알고리즘을 이용하여 잡음 신호를 제거하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 알고리즘을 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 신호 처리부(345)는 탄성파 신호의 파라미터를 추출하여, 기 설정된 알고리즘에 따라 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제거하도록 구성된다.
신호 처리부(345)는 입력된 탄성파 신호의 파라미터를 추출한다(S610). 도 5에서 상술한 바와 같이, 신호 처리부(345)는 신호 지속 기간(Di) 동안, 탄성파 신호의 진폭이 최대가 되는 지점(Ap), 탄성파 신호가 임계진폭(Ath)을 초과한 시점부터 최대값(Ap)에 도달하기까지 걸린 시간(Rise Time) 및 탄성파 신호가 임계진폭(Ath)을 초과한 횟수(Count) 등을 추출한다.
신호 처리부(345)는 탄성파 신호의 진폭이 임계진폭(Ath)을 초과한 횟수(Count)와 기 설정된 값(Nmin)을 비교한다(S620). 통상적으로, 탄성파 신호의 진폭이 임계진폭(Ath)을 초과한 횟수(Count)가 4회 이하일 경우, 신호 처리부(345)는 입력된 탄성파 신호를 유사 탄성파 신호 또는 잡음 신호로 간주한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 사용자는 탄성파 신호의 특성을 고려하여 기 설정된 값(Nmin)을 변경할 수 있다.
탄성파 신호의 진폭이 임계진폭(Ath)을 초과한 횟수(Count)가 기 설정된 값(Nmin)보다 작을 경우, 신호 처리부(345)는 입력된 탄성파 신호를 제거하도록 구성된다(S630).
반면, 탄성파 신호의 진폭이 임계진폭(Ath)을 초과한 횟수(Count)가 기 설정된 값(Nmin)보다 클 경우, 신호 처리부(345)는 다음 단계를 수행한다.
신호 처리부(345)는 탄성파 신호의 최대 진폭값(Ap)과 임계진폭(Ath)의 차이와 기 설정된 값(MdB)을 비교하고 이와 동시에, 탄성파 신호의 신호 지속 시간(Di)과 기 설정된 시간(Dmax)을 비교함으로써 신호를 판별하도록 구성된다.
탄성파 신호의 최대 진폭값(Ap)과 임계진폭(Ath)의 차이가 기 설정된 값(MdB)보다 작고, 탄성파 신호의 신호 지속 시간(Di)이 기 설정된 시간(Dmax)보다 큰 경우, 신호 처리부(345)는 탄성파 신호가 발생한 시점부터 기 설정된 구간(dT)까지의 탄성파 신호를 제거한다(S650). 즉, 신호 처리부(345)는 진폭이 낮고 지속 시간이 긴 신호를 유사 탄성파 신호로 판단함으로써, 피검체(110)의 변형, 균열 또는 파손에 의해 발생한 탄성파 신호만을 추출할 수 있도록 구성된다.
탄성파 신호의 최대 진폭값(Ap)과 임계진폭(Ath)의 차이가 기 설정된 값(MdB)보다 크고, 탄성파 신호의 신호 지속 시간(Di)이 기 설정된 시간(Dmax)보다 작은 경우, 신호 처리부(345)는 입력된 탄성파 신호를 서버(160)로 전송한다(S660). 서버(160)는 서버(160) 내 구성요소를 이용하여 탄성파 신호를 분석함으로써, 피검체(110)의 결함 유무를 진단하도록 구현된다.
다시, 도 3을 참조하면, 제어부(350)는 서버(160)의 명령에 따라 신호 수집 및 처리부(150) 내 구성요소를 제어한다.
제어부(350)는 통신부(360)로부터 서버(160)의 명령을 수신하여 전원공급장치(315)를 제어한다. (사용자 등에 의해) 신호 수집 및 처리부(150)로 공급될 전압이 서버(160)로 입력되면, 서버(160)는 이를 통신부(360)로 전송한다. 제어부(350)가 통신부(360)로부터 수신한 값을 토대로 전원공급장치(315)를 제어함으로써, 전원공급장치(315)는 전원필터(320)로 전원신호를 전송하도록 구현된다.
제어부(350)는 통신부(360)로부터 서버(160)의 명령을 수신하여 신호 처리부(345)를 제어한다. 전술한 대로, (사용자 등에 의해) 탄성파 신호의 문턱값(Ath) 및 신호 처리부(345)가 탄성파 신호와 유사 탄성파 신호를 판별하기 위한 값이 서버(160)로 입력되면, 서버(160)는 이를 통신부(360)로 전송한다. 제어부(350)는 통신부(360)로부터 탄성파 신호의 문턱값(Ath) 및 신호 처리부(345)가 탄성파 신호와 유사 탄성파 신호를 판별하기 위한 값을 수신하고, 이를 신호 처리부(345)로 전송함으로써, 신호 처리부(345)는 탄성파 신호와 유사 탄성파 신호를 구분할 수 있도록 구현된다.
저장부(355)는 신호 처리부(345)에 의해 추출된 탄성파 신호의 파라미터가 저장되도록 구성될 수 있다. 저장부(355)는 제어부(350)로부터 탄성파 신호의 문턱값(Ath) 및 신호 처리부(345)가 탄성파 신호와 유사 탄성파 신호를 판별하기 위한 값을 수신함으로써 이를 신호 처리부(345)로 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 저장부(355)는 신호 처리부(345)에 의해 판별된 탄성파 신호를 저장하도록 구성될 수 있다.
통신부(360)는 서버(160)로부터 신호를 수신하여 이를 제어부(350)로 전송할 수 있으며, 제어부(350)의 제어에 따라 저장부(355)에 저장되어 있는 데이터를 서버(160)로 전송할 수 있도록 구현된다. 통신부(360)는 USB, 이더넷(Ethernet), PCIe BUS, 와이파이(Wi-fi) 또는 블루투스(Bluetooth) 등의 방식을 이용하여 서버(160)와 통신할 수 있도록 구성된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치가 피검체의 결함을 진단하는 과정을 도시한 순서도이다.
음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치(100)가 피검체의 결함을 진단하는 과정에 대해서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치(이하, '진단 장치'로 약칭함)(100)가 센서(130)를 이용하여 피검체(110)의 탄성파 신호를 감지한다(S710).
진단 장치(100)가 센서(130)에 연결되어 있는 제1 케이블(120)을 이용하여 센서(130)에 의해 감지된 탄성파 신호를 신호 조절부(140)로 전송한다(S715).
진단 장치(100)는 신호 조절부(140)를 이용하여 탄성파 신호를 증폭시킨다(S720). 신호 조절부(140) 내 1차 증폭부(215) 및 가변이득 증폭부(220)에 의해 탄성파 신호가 증폭된다. 여기서, 가변이득 증폭부(220)는 전원신호로부터 추출한 이득값을 이득 제어부(225)로 수신함으로써 탄성파 신호를 증폭시키도록 구성된다.
진단 장치(100)는 신호 조절부(140)를 이용하여 잡음 신호를 제거한다(S725). 신호 조절부(140) 내 저역통과 및 고역통과 필터(235, 240)에 의해 잡음 신호가 제거된다.
진단 장치(100)는 탄성파 신호와 전원 신호를 분리한다(S730). 신호 조절부(140)는 전원필터(245)를 이용하여 제1 케이블(120)에 의해 센서(130)로부터 수신한 탄성파 신호와 제2 케이블(125)에 의해 신호 수집 및 처리부(150)로부터 수신한 탄성파 신호 및 전원 신호를 분리한다.
진단 장치(100)는 탄성파 신호를 신호 수집 및 처리부(150)로 전송한다(S735).
진단 장치(100)는 탄성파 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시킨다(S740).
진단 장치(100)는 탄성파 신호의 파라미터를 추출한다(S745)
진단 장치(100)는 기 설정된 알고리즘을 이용하여 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 판별하고, 이를 제거한다(S750).
진단 장치(100)는 추출된 탄성파 신호의 특성을 분석하여 피검체(110)의 결함 여부를 진단한다(S755).
도 6 및 7에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 6 및 7에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 6 및 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 6 및 7에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치
110: 피검체
120: 제1 케이블
125: 제2 케이블
130: 센서
140: 신호 조절부
150: 신호 수집 및 처리부
160: 서버
210, 310: 입력신호 커넥터
215: 1차 증폭부
220: 가변이득 증폭부
225: 이득 제어부
230: 이득값 설정 스위치
235: 고역통과 필터
240, 330: 저역통과 필터
245: 전원필터
250: 전원공급장치
255: 출력신호 커넥터
315: 전원공급장치
320: 전원필터
325: 감쇄기
335: 대역제거 필터
340: 디지털 신호 변환부
345: 신호 처리부
350: 제어부
355: 저장부
360: 통신부

Claims (5)

  1. 피검체로부터 발생되는 탄성파 신호를 검출하여 상기 피검체의 결함 여부를 진단하는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치에 있어서,
    상기 피검체 상에 기 설정된 간격으로 결합되어, 상기 피검체로부터 발생되는 탄성파 신호를 감지하는 복수 개의 센서;
    상기 복수 개의 센서에 연결되고, 상기 복수 개의 센서로부터 감지된 탄성파 신호를 전송하는 제1 케이블;
    상기 제1 케이블로부터 탄성파 신호를 수신하여, 상기 탄성파 신호를 증폭시키는 신호 조절부;
    상기 신호 조절부로부터 상기 탄성파 신호를 수신하고, 상기 탄성파 신호 내 포함된 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제거하며, 상기 신호 조절부로 전원신호를 공급하는 신호 수집 및 처리부;
    상기 신호 조절부와 신호 수집 및 처리부를 연결하는 제2 케이블; 및
    상기 신호 수집 및 처리부에 의해 추출된 탄성파 신호를 수신하여, 상기 피검체의 결함 여부를 진단하는 서버를 포함하며,
    상기 신호 조절부는,
    수신된 탄성파 신호를 기 설정된 크기로 증폭하는 1차 증폭부;
    상기 1차 증폭부에 의해 증폭된 탄성파 신호를 외부의 제어에 따라 증폭시키는 가변이득 증폭부;
    사용자가 수동으로 상기 탄성파 신호의 이득값을 설정할 수 있도록 하는 이득값 설정 스위치;
    상기 신호 수집 및 처리부로부터 공급되는 전원 신호를 인가받아 상기 신호 조절부 내 각 구성으로 공급하는 제1 전원공급장치; 및
    페라이트 비드, 인덕터 및 저항을 포함하여, 주파수에 따라 상기 탄성파 신호를 상기 신호 수집 및 처리부로 전송하고, 상기 신호 수집 및 처리부로부터 공급되는 전원 신호를 상기 전원공급장치로 전송하는 전원필터를 포함하며,
    상기 신호 수집 및 처리부는,
    상기 신호 조절부로 전원을 공급하는 제2 전원공급장치;
    상기 제2 전원공급장치로부터 공급되는 전원과 상기 신호 조절부로부터 전송되는 탄성파 신호를 분리시키는 전원필터;
    상기 신호 조절부로부터 전송되는 탄성파 신호의 크기를 감소시키는 감쇄기;
    상기 탄성파 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 변환부; 및
    디지털로 양자화된 탄성파 신호로부터 신호 지속 기간 동안, 탄성파 신호의 진폭이 최대가 되는 지점, 탄성파 신호가 임계진폭을 초과한 시점부터 최대값에 도달하기까지 걸린 시간 및 탄성파 신호가 임계진폭을 초과한 횟수를 포함하는 파라미터를 추출하고, 탄성파 신호가 임계진폭을 초과한 횟수가 기 설정된 값(N)보다 많은지 여부, 탄성파 신호의 최대 진폭값과 임계진폭의 차이가 기 설정된 값(MdB)보다 큰지 여부 및 탄성파 신호의 신호 지속 시간이 기 설정된 시간보다 작은지 여부를 판단함으로써, 디지털로 양자화된 탄성파 신호가 잡음신호인지 유사 탄성파 신호인지 또는 탄성파 신호인지를 구분하여 탄성파 신호만을 추출하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치가 피검체의 결함 여부를 진단하는 방법에 있어서,
    센서를 이용하여 상기 피검체의 탄성파 신호를 감지하는 과정;
    상기 센서에 연결되어 있는 제1 케이블을 이용하여 상기 센서에 의해 감지된 탄성파 신호를 신호 조절부로 전송하는 과정;
    상기 신호 조절부로 전송된 탄성파 신호를 증폭시키는 과정;
    상기 탄성파 신호에 포함된 잡음 신호를 제거하는 과정;
    상기 탄성파 신호를 전원 신호와 분리시키는 과정;
    상기 탄성파 신호를 상기 신호 조절부로부터 연결되어 있는 제2 케이블을 이용하여 신호 수집 및 처리부로 전송하는 과정;
    상기 신호 수집 및 처리부를 이용하여 상기 탄성파 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환시키는 과정;
    상기 탄성파 신호의 파라미터를 추출하는 과정;
    기 설정된 알고리즘을 이용하여 상기 탄성파 신호에 포함된 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호를 제거하는 과정; 및
    상기 유사 탄성파 신호 및 잡음 신호가 제거된 탄성파 신호를 분석하여 상기 피검체의 결함 여부를 진단하는 과정을 포함하며,
    상기 신호 조절부는,
    수신된 탄성파 신호를 기 설정된 크기로 증폭하는 1차 증폭부;
    상기 1차 증폭부에 의해 증폭된 탄성파 신호를 외부의 제어에 따라 증폭시키는 가변이득 증폭부;
    사용자가 수동으로 상기 탄성파 신호의 이득값을 설정할 수 있도록 하는 이득값 설정 스위치;
    상기 신호 수집 및 처리부로부터 공급되는 전원 신호를 인가받아 상기 신호 조절부 내 각 구성으로 공급하는 제1 전원공급장치; 및
    페라이트 비드, 인덕터 및 저항을 포함하여, 주파수에 따라 상기 탄성파 신호를 상기 신호 수집 및 처리부로 전송하고, 상기 신호 수집 및 처리부로부터 공급되는 전원 신호를 상기 전원공급장치로 전송하는 전원필터를 포함하며,
    상기 신호 수집 및 처리부는,
    상기 신호 조절부로 전원을 공급하는 제2 전원공급장치;
    상기 제2 전원공급장치로부터 공급되는 전원과 상기 신호 조절부로부터 전송되는 탄성파 신호를 분리시키는 전원필터;
    상기 신호 조절부로부터 전송되는 탄성파 신호의 크기를 감소시키는 감쇄기;
    상기 탄성파 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 변환부; 및
    디지털로 양자화된 탄성파 신호로부터 신호 지속 기간 동안, 탄성파 신호의 진폭이 최대가 되는 지점, 탄성파 신호가 임계진폭을 초과한 시점부터 최대값에 도달하기까지 걸린 시간 및 탄성파 신호가 임계진폭을 초과한 횟수를 포함하는 파라미터를 추출하고, 탄성파 신호가 임계진폭을 초과한 횟수가 기 설정된 값(N)보다 많은지 여부, 탄성파 신호의 최대 진폭값과 임계진폭의 차이가 기 설정된 값(MdB)보다 큰지 여부 및 탄성파 신호의 신호 지속 시간이 기 설정된 시간보다 작은지 여부를 판단함으로써, 디지털로 양자화된 탄성파 신호가 잡음신호인지 유사 탄성파 신호인지 또는 탄성파 신호인지를 판별하여 탄성파 신호만을 추출하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향방출 시험을 이용한 결함 진단 장치가 피검체의 결함 여부를 진단하는 방법.
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