KR102279142B1 - 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법 - Google Patents

초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 탐상기법을 이용하여 하수관로로 사용되는 콘크리트배관 측 결함을 검출하기 위한 초음파를 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법에 관한 것으로서, (A) 컴퓨터를 이용하여 하수관로로 사용되는 콘크리트배관 내 건전부의 모사(模寫)를 통한 시뮬레이션 단면 형상을 준비하고 시뮬레이션 탐상을 수행하여 콘크리트배관 내 건전부 탐상을 위한 최적의 주파수를 선정하는 단계; (B) 상기에서 선정한 콘크리트배관의 형상에 따른 최적의 주파수를 활용하여 유한요소법(FEM)에 의한 FEM 시뮬레이션을 수행하되, 컴퓨터를 이용한 모사(模寫)를 통해 결함 형상을 갖는 각각의 콘크리트배관을 준비하고, 각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션을 수행하여 초음파 거동에 따른 결함 신호를 수집하는 단계; (C) 콘크리트배관의 형상별 탐상 데이터 수집을 위해 콘크리트배관에 모사 결함을 가공한 모사 결함 시험편과 탐촉자를 제작하여 콘크리트배관 탐상 시스템을 구축한 후, 상기 모사 결함 시험편 측 탐상을 통해 결함 신호를 수집하는 단계; (D) 상기 (B)단계에서 수행한 시뮬레이션 결함 신호와 상기 (C)단계에서 수집한 콘크리트배관의 형상별 결함 신호를 비교 및 분석하는 단계; (E) 상기 (D)단계의 신호 비교 및 분석을 통해 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘을 산정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 컴퓨터를 이용한 수치해석법의 하나인 유한요소법(FEM; Finite Element Method)을 접목한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 콘크리트배관의 결함 형상별 최적의 조건을 도출하고, 이를 콘크리트배관의 정밀한 결함 검출에 활용할 수 있으며, 노이즈와 감쇄가 심한 콘크리트배관의 재질 특성에 따라 표면 신호와 저면 신호 사이에 존재하여야 하는 결함 신호가 수집되지 않을 수 있기 때문에 콘크리트배관 측 결함 신호의 직접적인 수집보다 초음파가 결함을 투과하면서 감소되는 에너지에 따라 콘크리트배관 측에서 수집되는 저면 신호의 감소를 파악하여 결함 판별에 사용할 수 있으며, 콘크리트배관의 내외 결함을 검출하므로 기존에 비해 콘크리트배관의 결함 검출에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법{METHOD FOR DETECTING DEFECTS OF CONCRETE PIPE USING ULTRASONIC TESTING TECHIQUES}
본 발명은 펄스-에코 방식의 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펄스-에코(Pulse-eho) 방식을 통한 초음파 탐상기법을 사용하여 초음파 신호의 발신 및 수집을 통해 콘크리트배관 내 발생하는 신호 변화를 체크하고 이를 시뮬레이션 데이터와 비교함으로써 콘크리트배관에서의 결함 발생을 검출할 수 있도록 하며 결함 검출에 따른 신뢰도를 확보할 수 있도록 하며, 특히 콘크리트배관 측 결함 신호의 직접적인 수집보다 초음파가 결함을 투과하면서 감소되는 에너지에 따라 콘크리트배관 측에서 수집되는 저면 신호의 감소를 파악하여 결함 판별에 사용할 수 있도록 한 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법에 관한 것이다.
국내외 지반침하로 인한 인적 및 물적 피해가 발생하면서 지반침하 예방 및 안전에 대한 사람들의 이목이 집중되고 있다.
도심 내 지반침하의 원인으로는 하수관로 파손과 상수관로 파손 또는 굴착이 있으며, 특히 2014년 서울시의 도로함몰 발생의 85%가 하수관로 파손에 해당하고, 2013년 기준 서울 시내 30년 이상 노후화된 하수관로가 전체의 48.4%를 차지하면서 하수관로 파손 예방 및 점검의 필요성이 대두되고 있다.
현재 국내의 하수관로는 PE(폴리에틸렌: Polyethylene)배관, 콘크리트배관, 유리섬유배관 등을 많이 사용하고 있으며, 해당 지역의 위험 요소 및 경제성을 고려하여 적합한 재질을 사용하고 있다.
국내에서 많이 사용되는 재질로는 PE배관과 콘크리트배관을 사용하고 있는데, PE배관의 경우에는 가벼우며 시공성이 좋고 내산성 및 내알칼리성이 우수하며 재활용 및 형상 변형이 용이하여 최근 하수관용 배관으로 많이 채택되고 있다.
또한, 콘크리트배관은 경제성이 우수하고 수밀성과 외압 강도에 강하며 통수 능력의 변동이 적어서 널리 사용되고 있다.
하지만, 콘크리트배관은 내산성 및 내식성이 약하며 충격에 약해 부식이나 외부 충격에 파손되는 경우가 발생한다.
또한, 현재 노후 하수관로의 내부 결함에 대한 탐상은 대부분이 사람이나 로봇을 활용한 육안 검사를 많이 수행하는 형편에 있다.
하지만, 이러한 종래 방식은 하수관로 내 물에 잠기지 않은 부분까지만 탐상이 가능한 기술적 한계를 가지고 있다.
이로 인해, 종래에는 콘크리트배관의 외부에서 발생하는 결함을 찾기 위한 새로운 방법이 요구되고 있으며, 특히 콘크리트배관의 내부에서 물 밑에 발생하는 결함을 찾기 위한 개선책이 시급한 실정에 있다.
이와 더불어, 하수관로로 사용되는 재질 중 콘크리트배관은 산과 염기성 물질에 대한 부식과 노후화 및 외부 충격에 따른 파손으로 인해 배관 내에 발생하는 결함을 검출하기 위한 방법 또한 요구되고 있다.
이에 따라, 콘크리트배관 내 결함을 탐상하기 위한 여러 가지 비파괴 검사 기법을 시도하고 있으며, 콘크리트배관 측 내외 결함에 대해 최상의 검출조건을 찾기 위한 다수의 연구 및 개발들이 진행되고 있다.
한편, 이와 같은 본 발명의 기술분야와 관련된 종래 선행기술문헌을 살펴보았을 때, 국내 등록특허공보 제10-1646498호(이하, "특허문헌 1"이라 한다.)에서는 "고밀도 폴리에틸렌 배관의 주축 방향 및 상기 주축에 수직인 원주면을 이동하면서 초음파를 가진하는 단계; 상기 가진된 초음파를 통해 상기 고밀도 폴리에틸렌 배관 내부의 신호를 탐상하는 단계; 및 상기 탐상된 신호의 패턴을 통해 상기 고밀도 폴리에틸렌 배관의 내주면을 따라 형성된 종방향의 결함 패턴을 검출하는 단계;를 포함하되, 상기 신호를 탐상하는 단계는 상기 고밀도 폴리에틸렌 배관의 깊이에 대한 포커스를 변경하여 탐상하는 고밀도 폴리에틸렌 배관의 결함을 검출하기 위한 초음파 검사 방법"을 개시하고 있다.
또한, 국내 등록특허공보 제10-2139373호(이하, "특허문헌 2"라 한다.)에서는 "배관에 밀착된 상태에서 배관을 향하여 조사된 방사선이 투과된 필름을 결함 검출 시스템의 인화부에서 인화함으로써 인화필름을 형성하는 단계, 결함 검출 시스템의 스캔부에서 인화필름을 전체적으로 1차 스캔하여 제 1 이미지를 수득하는 단계, 스캔부에서 제 1 이미지의 결함 검출을 필요로 하는 특정 부분을 2차 스캔하여 제 2 이미지를 수득하는 단계, 결함 검출 시스템의 검출부에서 제 2 이미지를 통해 배관의 결함을 검출하는 단계 및 검출된 결함이 결함 검출 시스템의 저장부에 기 저장된 결함 기준을 만족하는지 여부를 결함 검출 시스템의 판단부에서 판단하는 단계를 포함하는 결함 검출방법"을 개시하고 있다.
또한, 국내 등록특허공보 제10-1921685호(이하, "특허문헌 3"이라 한다.)에서는 "피검사체의 표면 상에 제1 탐침부 및 제2 탐침부를 이격 배치하는 과정; 상기 제1 탐침부로부터 피검사체의 내부로 신호를 송출하는 과정; 상기 피검사체의 내부에서 발생하는 신호를 상기 제1 탐침부 및 제2 탐침부로부터 감지하는 과정; 상기 제1 탐침부 및 제2 탐침부로부터 감지된 신호로부터 상기 피검사체 내부에 결함이 존재하는지 여부를 판단하는 과정; 상기 피검사체 내부에 결함이 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 탐침부 및 제2 탐침부를 일정한 간격을 유지하면서 동일한 방향으로 동일한 거리만큼 이동시키는 과정; 및 상기 피검사체 내부에 결함이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 탐침부로부터 수신되는 신호 및 상기 제2 탐침부로부터 수신되는 신호를 이용하여 상기 피검사체 내부의 결함 위치를 결정하는 과정;을 포함하는 결함 검출방법"을 개시하고 있다.
하지만, 상술한 특허문헌 1 내지 특허문헌 3은 이하에서 제안하는 본 발명의 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법과는 기술적 구성 및 방식적 차이가 있다 할 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1646498호 대한민국 등록특허공보 제10-2139373호 대한민국 등록특허공보 제10-1921685호
본 발명은 상기의 종래 문제점들을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 펄스-에코(Pulse-eho) 방식을 통한 초음파 탐상기법을 사용하여 초음파 신호의 발신 및 수집을 통해 콘크리트배관 내 발생하는 신호 변화를 체크하고 이를 시뮬레이션 데이터와 비교함으로써 콘크리트배관에서의 결함 발생을 검출할 수 있도록 하며 결함 검출에 따른 신뢰도를 확보할 수 있도록 한 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 컴퓨터를 이용한 수치해석법의 하나인 유한요소법(FEM; Finite Element Method)을 접목한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 콘크리트배관의 결함 형상별 최적의 조건을 도출하고, 이를 콘크리트배관의 정밀한 결함 검출에 활용할 수 있도록 한 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 노이즈와 감쇄가 심한 콘크리트배관의 재질 특성에 따라 표면 신호와 저면 신호 사이에 존재하여야 하는 결함 신호가 수집되지 않을 수 있기 때문에 콘크리트배관 측 결함 신호의 직접적인 수집보다 초음파가 결함을 투과하면서 감소되는 에너지에 따라 콘크리트배관 측에서 수집되는 저면 신호의 감소를 파악하여 결함 판별에 사용할 수 있도록 한 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 하수관로의 콘크리트배관 내 물이 잠기는 부분까지 결함을 검출할 수 있도록 하며, 콘크리트배관 측 내외 결함에 대해 최상의 검출조건을 도출하여 콘크리트배관의 결함 검출에 대한 신뢰성을 높일 수 있도록 한 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법은, 펄스-에코 방식의 초음파 탐상기법을 이용하여 하수관로로 사용되는 콘크리트배관 측 결함을 검출하기 위한 콘크리트배관의 결함 검출방법에 있어서, (A) 컴퓨터를 이용하여 하수관로로 사용되는 콘크리트배관 내 건전부의 모사(模寫)를 통한 시뮬레이션 단면 형상을 준비하고 시뮬레이션 탐상을 수행하여 콘크리트배관 내 건전부 탐상을 위한 최적의 주파수를 선정하는 단계; (B) 상기에서 선정한 콘크리트배관의 형상에 따른 최적의 주파수를 활용하여 유한요소법(FEM)에 의한 FEM 시뮬레이션을 수행하되, 컴퓨터를 이용한 모사(模寫)를 통해 결함 형상을 갖는 각각의 콘크리트배관을 준비하고, 각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션을 수행하여 초음파 거동에 따른 결함 신호를 수집하는 단계; (C) 콘크리트배관의 형상별 탐상 데이터 수집을 위해 콘크리트배관에 모사 결함을 가공한 모사 결함 시험편과 탐촉자를 제작하여 콘크리트배관 탐상 시스템을 구축한 후, 상기 모사 결함 시험편 측 탐상을 통해 결함 신호를 수집하는 단계; (D) 상기 (B)단계에서 수행한 시뮬레이션 결함 신호와 상기 (C)단계에서 수집한 콘크리트배관의 형상별 결함 신호를 비교 및 분석하는 단계; (E) 상기 (D)단계의 신호 비교 및 분석을 통해 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘을 산정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, (F) 하수관로로 설치된 현장의 콘크리트배관에 대해 초음파 탐상 장비를 사용하여 결함 탐상을 실시하는 단계; (G) 상기 (F)단계에서의 콘크리트배관 측 현장 결함 탐상 데이터에 대해 상기 (E)단계에서 산정된 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘을 활용하여 콘크리트배관 측 내외 결함을 판별하는 단계; (H) 상기 (A)단계 내지 (G)단계를 통해 각 단계별 과정에서 생성된 데이터는 데이터베이스로 구축하여 빅데이터화하고, 빅데이터를 추후 콘크리트배관 측 정밀한 결함 판별에 활용하는 단계;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 (A)단계는, (a) 콘크리트배관 내 자갈 형상을 모사(模寫)하고 철근의 유무에 따라 콘크리트배관의 건전부 단면 형상을 다르게 설정하여 시뮬레이션 배관 형상을 준비하는 단계; (b) 시뮬레이션 배관 형상별로 평면형 탐촉자를 적용하되, 시뮬레이션 배관과 탐촉자간 30±5mm의 거리를 유지하도록 적용하는 단계; (c) 신호 수집에 따른 용이성을 위해 저주파수의 초음파를 평면형 탐촉자에 공급하여 결함 탐상을 수행하되, 결함 신호가 노이즈 및 감쇄로 인해 바로 수집하기 어려우므로 결함 형상에 따른 저면 신호의 변화를 측정하여 수집하는 단계; (d) 콘크리트배관의 결함 판별에 따른 신뢰성을 높이기 위해 수집되는 콘크리트배관 측 저면 신호 중에서 가장 크게 수집되는 저면 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상을 위한 최적의 탐상 주파수를 선정하는 단계;를 포함하는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 저주파수의 초음파는, 200kHz 내지 1.2MHz 범위 내에서 둘 이상의 특정 주파수를 선택하여 적용할 수 있다.
여기에서, 상기 (B)단계에서는, 컴퓨터 모사(模寫)를 이용한 콘크리트배관의 결함 형상에 대해, 환경부에서 제시한 '하수관로·맨홀 조사 및 상태등급 판단기준 표준매뉴얼'에 따른 유지 보수가 필요한 결함 중에서 '중등급' 이상 크기의 결함에 대한 모사를 통해 형상화하고, 결함 성장의 진전도에 따라 외부에서 발생한 결함과, 내부에서 발생한 결함, 및 관통형 결함을 갖는 3가지 형상으로 모사한 후, 각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션을 수행하여 결함 신호를 수집하고, 수집된 결함 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상 신호와 상호간 오버랩시켜 비교 분석하도록 처리할 수 있다.
여기에서, 상기 초음파 탐상 장비는, 콘크리트배관에 부착되는 초음파 자왜변위센서; 자왜 또는 자기변형 현상을 이용하여 초음파를 발생시키고 이를 탐촉자인 초음파 자왜변위센서에 공급하여 콘크리트배관에 흘려보내며 결함 위치로부터 반사된 신호를 수신하여 감지하는 펄스-에코(Pulse-eho) 방식의 초음파 탐상측정기;를 포함하며, 상기 초음파 자왜변위센서는 자왜(magnetostriction) 특성이 우수한 상자성 코발트스트립에 토로이달코일을 감은 상태로 콘크리트배관의 원주방향으로 부착하고, 상기 토로이달코일에 교차 배치한 솔레노이드코일을 포함하되, 상기 솔레노이드코일에 초음파를 인가하며, 상기 초음파 탐상측정기에서 수신하는 결함 반사신호로부터 노이즈를 제거하기 위한 노이즈필터부를 구비하여 결함 위치 및 상태를 보다 정확하게 판단하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 노이즈필터부는, 노이즈신호를 포함하는 결함 반사신호에 대해 현재 상태를 계측하고, 노이즈신호가 제거된 결함 반사신호에 대한 추정값을 예측하여 노이즈신호를 제거하는 제1노이즈필터부; 결함 반사신호와 노이즈신호를 각각 딥러닝에 의한 학습을 통해 구분하는 신경망으로 설계하여 상기 제1노이즈필터부를 통과하는 신호로부터 노이즈신호를 제거하여 결함 반사신호만을 통과시키는 제2노이즈필터부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명에 따르면, 컴퓨터를 이용한 수치해석법의 하나인 유한요소법(FEM; Finite Element Method)을 접목한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 콘크리트배관의 결함 형상별 최적의 조건을 도출하고, 이를 콘크리트배관의 정밀한 결함 검출에 활용할 수 있으며, 노이즈와 감쇄가 심한 콘크리트배관의 재질 특성에 따라 표면 신호와 저면 신호 사이에 존재하여야 하는 결함 신호가 수집되지 않을 수 있기 때문에 콘크리트배관 측 결함 신호의 직접적인 수집보다 초음파가 결함을 투과하면서 감소되는 에너지에 따라 콘크리트배관 측에서 수집되는 저면 신호의 감소를 파악하여 결함 판별에 사용할 수 있으며, 하수관로의 콘크리트배관 내 물이 잠기는 부분까지 결함 검출이 가능하는 등 콘크리트배관의 내외 결함을 검출하므로 기존에 비해 콘크리트배관의 결함 검출에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법을 나타낸 블록 흐름도이다.
도 2는 철근의 유무에 따라 형상화한 콘크리트배관의 건전부에 대한 시뮬레이션 형상을 나타낸 예시도이다.
도 3은 샘플링 주파수별 수집된 콘크리트배관(철근이 없는 상태) 측 건전부 내 A-Scan 신호를 나타낸 데이터이다.
도 4 및 도 5는 결함 종류에 따른 시뮬레이션을 위한 콘크리트배관의 형상을 나타낸 예시도이다.
도 6은 철근이 없는 콘크리트배관의 건전부 내 초음파 거동 시뮬레이션을 나타낸 데이터이다.
도 7은 철근이 있는 콘크리트배관의 건전부 내 초음파 거동 시뮬레이션을 나타낸 데이터이다.
도 8은 철근의 유무에 따른 콘크리트배관 측 건전부 내에서 수집되는 초음파의 A-Scan 신호를 나타낸 데이터이다.
도 9는 결함 형상별 수집된 결함 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상 신호와 비교 분석하는 예시를 나타낸 A-Scan 신호이다.
도 10은 모사 결함 시험편을 나타낸 사진이다.
도 11은 모사 결함 시험편을 포함하는 콘크리트배관 탐상 시스템을 설치하여 구축한 상태를 나타낸 사진이다.
도 12는 콘크리트 배관 건전부 내 시뮬레이션 및 초음파 실험에 따른 신호 비교를 나타낸 데이터이다.
도 13은 결함 형상별 모사 결함 시험편에 대한 A-Scan 신호를 나타낸 데이터이다.
본 발명에 대해 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명 및 도면을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 콘크리트배관 내 최적 주파수 선정단계(S10), 결함 형상별 콘크리트배관 내 FEM 시뮬레이션 수행단계(S20), 모사 결함 시험편을 이용한 결함 신호 수집단계(S30), 콘크리트배관의 형상별 결함 신호 비교 분석단계(S40), 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘 산정단계(S50)를 포함한다.
이에 더하여, 현장 콘크리트배관의 초음파 탐상 실시단계(S60), 현장 콘크리트배관 측 내외 결함 판별단계(S70), 빅데이터 처리단계(S80)를 포함한다.
1. 콘크리트배관 내 최적 주파수 선정단계(S10)
상기 콘크리트배관 내 최적 주파수 선정단계(S10)는 컴퓨터를 이용하여 하수관로로 사용되는 콘크리트배관 내 건전부의 모사(模寫)를 통한 시뮬레이션 단면 형상을 준비하고 시뮬레이션 탐상을 수행하여 콘크리트배관 내 건전부 탐상을 위한 최적의 주파수를 선정하는 단계이다.
상기 콘크리트배관 내 최적 주파수 선정단계(S10)는 구체적으로 하기와 같이 수행할 수 있다.
즉, 상기 콘크리트배관 내 최적 주파수 선정단계(S10)는 콘크리트배관 내 자갈 형상을 모사(模寫)하고 철근의 유무에 따라 콘크리트배관의 건전부 단면 형상을 다르게 설정하여 시뮬레이션 배관 형상을 준비하는 단계와, 시뮬레이션 배관 형상별로 평면형 탐촉자를 적용하되 시뮬레이션 배관과 탐촉자간 30±5mm의 거리를 유지하도록 적용하는 단계와, 신호 수집에 따른 용이성을 위해 저주파수의 초음파를 평면형 탐촉자에 공급하여 결함 탐상을 수행하되 결함 신호가 노이즈 및 감쇄로 인해 바로 수집하기 어려우므로 결함 형상에 따른 저면 신호의 변화를 측정하여 수집하는 단계와, 콘크리트배관의 결함 판별에 따른 신뢰성을 높이기 위해 수집되는 콘크리트배관 측 저면 신호 중에서 가장 크게 수집되는 저면 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상을 위한 최적의 탐상 주파수를 선정하는 단계를 수행한다.
여기에서, 콘크리트배관의 경우 배관 내 철근 및 자갈이 내재하여 있어 이를 모사하기 위해 랜덤적으로 배관 내 자갈 형상을 모사하고 철근의 유무에 따라 배관 형상을 다르게 설정하였는데, 도 2는 철근의 유무에 따라 형상화한 콘크리트배관의 건전부에 대한 시뮬레이션 형상을 예시하여 나타내었다.
도 2에서 (a)는 철근이 없는 형상이고, (b)는 철근이 포함된 형상이다.
또한, 콘크리트배관 내 적용하는 재질의 형질은 아래 표 1에 그 적용 예시를 나타내었다.
Figure 112020143123662-pat00001
여기에서, 상기 저주파수의 초음파는 200kHz 내지 1.2MHz 범위 내에서 둘 이상의 특정 주파수를 선택하여 적용할 수 있다.
여기에서, 시뮬레이션 배관과 탐촉자간 거리를 30mm로 한 상태에 직경 20mm를 갖는 평면형 탐촉자를 적용하고, 저주파수의 초음파를 공급하여 콘크리트배관 측 결함 형상에 따른 저면 신호의 변화를 측정하여 수집하였으며, 도 3에 샘플링 주파수별 수집된 콘크리트배관(철근이 없는 상태) 측 건전부 내 A-Scan 신호를 나타내었다.
도 3에서 (a)는 저주파수의 초음파로 250kHz를 적용하여 측정한 수집 신호를 나타낸 것이고, (b)는 저주파수의 초음파로 500kHz를 적용하여 측정한 수집 신호를 나타낸 것이며, (c)는 저주파수의 초음파로 1MHz를 적용하여 측정한 수집 신호를 나타낸 것이다.
도 3에서 보여주는 바에 의하면, 각 주파수에서 수집된 신호는 공통적으로 약 41㎲에서 표면 신호가 수집되었고, 56㎲에서 배관의 저면 신호가 수집되고 있다.
또한, 표면 신호와 저면 신호 사이 내 자갈에서 산란되거나 회절로 인한 초음파 신호에 따른 노이즈가 산재되어 있음을 보여주고 있는데, 콘크리트배관의 재질 특성상 노이즈와 감쇄가 심해 표면 신호와 저면 신호 사이에 존재하여야 하는 결함 신호가 수집되지 않을 수 있으므로 결함 신호의 직접적인 수집보다 초음파가 결함을 투과하면서 감소되는 에너지에 따라 콘크리트배관 측 저면 신호의 감소로 이루어지므로 저면 신호의 변화를 활용하여 결함 판별을 수행하였으며, 콘크리트배관 측 저면 신호가 가장 크게 수집되는 주파수를 최적 주파수로 선정함이 결함 검출의 신뢰성 확보를 위해 바람직하다,
여기에서, 3개의 선택된 저주파수의 초음파에 있어서는 모두가 저면 신호에 대해 수집능력을 갖는다 할 수 있으며, 테스트시 500kHz > 1MHz > 250kHz의 순서로 저면 신호의 수집율이 큼을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 저면 신호가 가장 크게 수집된 주파수를 콘크리트배관 측 초음파 탐상을 위한 최적의 주파수로 선정함이 바람직하다 할 수 있다.
2. 결함 형상별 콘크리트배관 내 FEM 시뮬레이션 수행단계(S20)
상기 결함 형상별 콘크리트배관 내 FEM 시뮬레이션 수행단계(S20)는 상기 S10단계에서의 상세과정을 통해 선정한 콘크리트배관의 형상에 따른 최적의 주파수를 활용하여 유한요소법(FEM)에 의한 FEM 시뮬레이션을 수행하되, 컴퓨터를 이용한 모사(模寫)를 통해 결함 형상을 갖는 각각의 콘크리트배관을 준비하고, 각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션을 수행하여 초음파 거동에 따른 결함 신호를 수집하는 단계이다.
구체적으로, 상기 S20단계에서는 컴퓨터 모사(模寫)를 이용한 콘크리트배관의 결함 형상에 대해, 환경부에서 제시한 '하수관로·맨홀 조사 및 상태등급 판단기준 표준매뉴얼'에 따른 유지 보수가 필요한 결함 중에서 '중등급' 이상 크기의 결함에 대한 모사를 통해 형상화한다.
그리고, 결함 성장의 진전도에 따라 외부에서 발생한 결함과, 내부에서 발생한 결함, 및 관통형 결함을 갖는 3가지 형상으로 모사하여 구비한 후, 각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션을 수행하여 결함 신호를 수집한다.
이어서, 수집된 결함 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상 신호와 비교 분석하는 과정으로 세분화할 수 있다.
도 4 및 도 5는 상기 결함 형상별 콘크리트배관 내 FEM 시뮬레이션 수행단계(S20)를 위해 결함 종류에 따른 시뮬레이션을 위한 콘크리트배관의 형상을 단면도로 나타낸 예시로서, (a)는 건전부(철근 無)이고, (b)는 건전부(철근 有)이고, (c)는 외부 결함(철근 無)이고, (d)는 외부 결함(철근 有)이고, (e)는 내부 결함(철근 無)이고, (f)는 내부 결함(철근 有)이고, (g)는 관통형 결함(철근 無)이며, (h)는 관통형 결함(철근 有)을 보여주고 있다.
그리고, 이와 같이 컴퓨터를 이용한 모사(模寫)를 통해 결함 형상을 갖는 각각의 콘크리트배관을 설계한 상태에서, 철근이 없는 형상별 콘크리트배관의 건전부 내 초음파 거동을 확인하였으며, 이를 도 6에 나타내었다.
도 6에서 (a)는 21㎲이고, (b)는 28.4㎲이고, (c)는 41㎲이며, (d)는 56㎲이다.
또한, 철근이 있는 형상별 콘크리트배관 건전부 내 초음파 거동을 확인하였으며, 이를 도 7에 나타내었다.
도 7에서 (a)는 21㎲이고, (b)는 28.4㎲이고, (c)는 41㎲이며, (d)는 56㎲이다.
여기에서, 각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션은 최적의 주파수로 500kHz를 선정하여 적용하였다.
도 6 및 도 7에서는 철근의 유무에 상관없이 21㎲에 초음파가 배관 표면에 도달하고, 28.4㎲에 배관 저면에서 반사가 일어나며, 각각 41㎲에서 표면 신호가 수집되고, 57㎲에서 저면 신호가 수집되는 현상을 보여주고 있다.
이와 같은 현상에 따라 각각의 콘크리트배관 측 건전부 내에서 수집되는 초음파의 A-Scan 신호를 도 8에 나타내었으며, 철근의 유무에 따라 나타내었다.
도 8에서는 각 시간대별 초음파 거동에서 확인할 수 있는 바와 같이, 콘크리트배관의 건전부 내 철근의 유무에 따른 차이는 크게 발생하지 않음을 보여주고 있다.
단, 철근이 존재하는 경우에는 저면 신호가 소폭 감소하면 이는 초음파가 철근을 투과하면서 초음파의 에너지가 소폭 감소하여 발생하는 현상으로 판단된다.
또한, 상기에서와 같이 수집된 결함 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상 신호와 비교 분석하는 예시를 도 9에 나타내었다.
이때, 각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션을 수행하여 수집된 결함 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상 신호와 비교 분석하는 과정은 컴퓨터 상에서 양측 신호를 오버랩시킨 상태로 배치하여 비교 분석한다.
이를 통해, 양측 신호에 대해 더욱 쉽게 비교 분석할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
도 9에서 (a)는 철근이 없는 배관의 건전부이고, (b)는 철근이 있는 배관의 건전부이고, (c)는 철근이 없는 배관의 외부 결함 상태이고, (d)는 철근이 있는 배관의 외부 결함 상태이고, (e)는 철근이 없는 배관의 내부 결함 상태이고, (f)는 철근이 있는 배관의 내부 결함 상태이고, (g)는 철근이 없는 배관의 관통형 결함 상태이며, (h)는 철근이 있는 배관의 관통형 결함 상태를 보여주고 있다.
도 9를 통해서는 각 결함 형상에 따른 신호 변화 양상은 철근 유무에 상관없이 유사하게 진행됨을 확인할 수 있다.
여기에서, 외부 결함의 경우에는 철근 유무와 관계없이 건전부 신호와 비교하였을 때, 표면 신호는 거의 일정하게 유지되고, 저면 신호의 크기가 소폭 감소하는 현상을 보여주고 있는데, 이는 초음파가 외부에 생성된 결함을 통과하면서 배관 저면에서 반사되는 에너지가 감소되어 저면 신호가 감소하는 것으로 판단된다.
여기에서, 내부 결함의 경우에는 철근의 유무와 관계없이 표면 신호의 크기가 소폭 감소하고, 저면 신호에 있어서는 콘크리트배관 측 건전부 내 신호와 비교하였을 때, 약 9㎲ 정도 시간 지연이 발생하였고, 저면 신호의 크기가 소폭 상승하는 현상이 발생하였는데, 이는 내부에 발생한 결함을 따라 기존 표면에서 반사되어야 하는 초음파가 일부 결함을 따라 배관 내부로 진입하여 표면 신호의 크기가 감소하고 결함을 따라 초음파가 전파되는 과정에 결함 내 음속이 상대적으로 느린 물이 존재하여 건전부 배관과 비교하였을 때 저면 신호에서 상대적으로 느린 시간 지연이 발생하는 것으로 판단된다.
여기에서, 관통형 결함의 경우에는 철근 유무에 따라 변하는 신호 양상에 차이가 발생함을 보여주고 있으며, 결함이 없는 경우 표면 신호가 소폭 감소하고, 저면 신호의 경우 대폭 감소하는 현상을 보여주고 있다.
반면에 철근이 존재하는 콘크리트배관 내에서는 표면 신호 크기의 감소는 동일하지만 저면 신호가 사라지고 그보다 약 5㎲ 지연된 지점에 철근에서 반사된 신호가 수집됨을 보여주고 있다.
여기에서, 철근이 없는 경우 콘크리트배관 내 결함으로 전파된 초음파가 물을 따라 외부로 누설되어 표면 신호 및 저면 신호가 감소하는 것으로 판단되고, 철근이 있는 경우 콘크리트배관 내 자갈의 산란에 의한 노이즈와 콘크리트재질의 특성에 따른 강한 감쇄로 인하여 수집되지 않았던 철근 신호가 콘크리트배관 내 관통형 결함으로 인해 외부로 드러나며 수집되는 것으로 판단된다.
상기 결함 형상별 콘크리트배관 내 FEM 시뮬레이션 수행단계(S20)는 상기 S10단계에서의 상세과정을 통해 선정한 콘크리트배관의 형상에 따른 최적의 주파수를 활용하여 유한요소법(FEM)에 의한 FEM 시뮬레이션을 수행함과 더불어 신호의 비교 분석을 통해 저면 신호를 활용하여 콘크리트배관 측 형상별 내외 결함을 판단할 수 있다.
3. 모사 결함 시험편을 이용한 결함 신호 수집단계(S30)
상기 모사 결함 시험편을 이용한 결함 신호 수집단계(S30)는 콘크리트배관의 형상별 탐상 데이터 수집을 위해 콘크리트배관에 모사 결함을 가공한 모사 결함 시험편과 탐촉자를 제작하여 콘크리트배관 탐상 시스템을 구축한 후, 상기 모사 결함 시험편 측 탐상을 통해 결함 신호를 수집하는 단계이다.
여기에서, 상기 모사 결함 시험편은 통상적으로 사용되는 D300의 내경 300mm, 두께 30mm의 철근이 존재하는 콘크리트배관으로 모사하였으며, 상기 FEM 시뮬레이션과 동일하게 결함 깊이에 대해 15mm의 외부, 내부, 관통형 결함에 대하여 모사하였다.
상기 모사 결함 시험편으로 제작한 콘크리트배관은 도 10에 나타내었고, 모사 결함 시험편을 포함하는 콘크리트배관 탐상 시스템을 구축한 설치상태를 도 11에 나타내었으며, 상기 모사 결함 시험편 측 탐상을 통해 결함 신호를 수집하였다.
여기에서, 콘크리트배관 탐상 시스템에도 최적의 주파수로 500kHz를 선정하여 적용할 수 있으며, 필요에 따라 200kHz 내지 1MHz의 범위 내에서 선택 적용할 수 있다 할 것이다.
4. 콘크리트배관의 형상별 결함 신호 비교 분석단계(S40)
상기 콘크리트배관의 형상별 결함 신호 비교 분석단계(S40)는 상기 (B)단계에서 수행한 시뮬레이션 결함 신호와 상기 (C)단계에서 수집한 콘크리트배관의 형상별 결함 신호를 비교 및 분석하는 단계이다.
여기에서는 컴퓨터 작업을 통해 콘크리트배관에 대한 시뮬레이션 내 A-Scan 결과와 모사 결함 시험편 내 A-Scan 신호를 비교하였으며, 이를 도 12에 나타내었다.
도 12에서 보여주는 바와 같이, 이를 통해서는 모사 결함 시험편을 활용한 실험 신호에 대한 신뢰도를 확보하기 위한 것으로서, 신호 비교를 위해 시뮬레이션 신호에 대한 신호 확장을 수행하여 저면 신호의 크기를 일치화시켰으며, 이때 중공층 신호 내 약 0.2㎲가 발생함을 나타내고 있으나, 신호 크기에 있어서는 차이를 보이지 않았는데, 이는 콘크리트배관의 내부 재질이 균질하지 않은 데에서 기인하는 것이라 할 수 있다.
다음으로 콘크리트배관 내 모사 결함 시험편을 활용하여 건전부와 각 결함 형상에 따라 A-Scan 신호를 수집하여 비교하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다.
도 13에서 (a)는 철근이 없는 배관의 건전부이고, (b)는 철근이 있는 배관의 건전부이고, (c)는 철근이 없는 배관의 외부 결함 상태이고, (d)는 철근이 있는 배관의 외부 결함 상태이고, (e)는 철근이 없는 배관의 내부 결함 상태이고, (f)는 철근이 있는 배관의 내부 결함 상태이고, (g)는 철근이 없는 배관의 관통형 결함 상태이며, (h)는 철근이 있는 배관의 관통형 결함 상태를 보여주고 있다.
도 13을 참조하면, 우선 콘크리트배관 측 건전부에서의 신호는 시뮬레이션과 흡사하게 약 41㎲에서 표면 신호가 수집되고, 56㎲에서 저면 신호가 수집되었다. 콘크리트배관 내 자갈에 대한 노이즈에 대해서는 Denoise 기법 및 Discrete Cosine Transform 기법을 활용한 Signal Process를 통해 최대한 감소시켜 시뮬레이션 신호보다 크게 감소되게 처리하였다.
여기에서, 콘크리트배관 측 외부 결함의 경우에는 시뮬레이션과 흡사한 경향을 띠고 있으며, 철근 유무와 관계없이 건전부 내 신호와 비교하였을 때, 표면 신호는 거의 일정하게 유지되고 저면 신호의 크기가 소폭 감소하는 현상을 나타내고 있다. 이는 초음파가 외부에 생성된 결함을 통과하면서 콘크리트배관의 저면에서 반사되는 에너지가 감소하여 저면 신호가 감소하는 것으로 판단된다.
여기에서, 콘크리트배관 측 내부 결함의 경우에서도 시뮬레이션과 흡사한 경향을 보이고 있으며, 철근의 유무와 관계없이 저면 신호에 대하여 건전부 내 신호와 비교하였을 때 약 9㎲ 정도 시간 지연이 발생하였고, 저면 신호의 크기가 소폭 상승하는 현상이 발생함을 보여주고 있다. 이러한 현상은 내부에 발생한 결함을 따라 초음파가 전파되는 과정에 결함 내 음속이 상대적으로 느린 물이 존재하는 것에 기인한다 할 수 있고, 건전부 내 신호와 비교하였을 때 저면 신호에서 상대적으로 느린 시간 지연이 발생하고 저면 신호의 크기가 크게 수집된 것으로 판단된다.
여기에서, 관통형 결함의 경우에는 시뮬레이션과 약간 다른 형상을 보여주고 있는데, 시뮬레이션의 경우 표면 신호가 크게 수집되었지만, 모사 결함 시험편을 활용한 실험의 경우 표면 결함의 신호가 크게 감소한 현상이 나타났다. 이는 시뮬레이션보다 결함에 의해 초음파의 누설이 크게 발생한 것으로 판단된다.
또한, 철근이 없는 콘크리트배관의 경우에는 추가적인 신호가 수집되지 않았고, 철근이 존재하는 콘크리트배관의 경우에는 저면 신호보다 약 6㎲ 지연된 지점에서 철근에 의해 반사된 신호가 수집됨을 보여주고 있다.
또한, 철근이 없는 경우에는 콘크리트배관 내 결함으로 전파된 초음파가 물을 따라 외부로 누설되어 저면 신호가 사라진 것으로 판단되며, 철근이 있는 경우에는 콘크리트배관 내 자갈의 산란에 의한 노이즈와 콘크리트 재질 특성에 따른 강한 감쇄로 인하여 수집되지 않았던 철근 신호가 콘크리트 배관 내 관통형 결함으로 인해 외부로 드러나 수집되는 것으로 판단된다.
이와 같이, 콘크리트배관의 형상별 결함 신호를 비교 및 분석함으로써 결함 판별에 유용하게 활용할 수 있다.
5. 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘 산정단계(S50)
상기 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘 산정단계(S50)는 상기 S40단계의 신호 비교 및 분석을 통해 판단되는 조건 및 상태 등 데이터를 활용함으로써 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘을 산정하는 단계이다.
이때, 철근의 유무에 따른 결함 형상별 결함 판별 알고리즘의 예시를 아래 표 2에서와 같이 산정할 수 있다.
Figure 112020143123662-pat00002
6. 현장 콘크리트배관의 초음파 탐상 실시단계(S60)
상기 현장 콘크리트배관의 초음파 탐상 실시단계(S60)는 하수관로로 설치된 현장의 콘크리트배관에 대해 초음파 탐상 장비를 사용하여 결함 탐상을 실시하는 단계이다.
이때, 상기 초음파 탐상 장비는 콘크리트배관에 부착되는 초음파 자왜변위센서와, 자왜 또는 자기변형 현상을 이용하여 초음파를 발생시키고 이를 탐촉자인 초음파 자왜변위센서에 공급하여 콘크리트배관에 흘려보내며 결함 위치로부터 반사된 신호를 수신하여 감지하는 펄스-에코(Pulse-eho) 방식의 초음파 탐상측정기를 사용할 수 있다.
상기 초음파 자왜변위센서는 자왜(magnetostriction) 특성이 우수한 상자성 코발트스트립에 토로이달코일을 감은 상태로 구비하여 콘크리트배관의 원주방향으로 부착하고, 상기 토로이달코일에 교차 배치한 솔레노이드코일을 포함하는 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 솔레노이드코일에 초음파를 인가하도록 구비된다.
특히, 상기 초음파 탐상 장비를 구비함에 있어서는 상기 초음파 탐상측정기에서 수신하는 결함 반사신호로부터 노이즈를 제거하기 위한 노이즈필터부를 구비하여 결함 위치 및 상태를 보다 정확하게 판단할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
이를 위해, 상기 노이즈필터부는 노이즈신호를 포함하는 결함 반사신호에 대해 현재 상태를 계측하고, 노이즈신호가 제거된 결함 반사신호에 대한 추정값을 예측하여 노이즈신호를 제거하는 제1노이즈필터부와, 결함 반사신호와 노이즈신호를 각각 딥러닝에 의한 학습을 통해 구분하는 신경망으로 설계하여 상기 제1노이즈필터부를 통과하는 신호로부터 노이즈신호를 재차 제거하여 결함 반사신호만을 통과시키는 제2노이즈필터부를 포함하는 구성을 갖게 할 수 있다.
이와 같은 초음파 탐상 장비를 활용함으로써 현장의 콘크리트배관 측 결함 탐상에 대한 정확성 및 신뢰도를 높일 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
7. 현장 콘크리트배관 측 내외 결함 판별단계(S70)
상기 현장 콘크리트배관 측 내외 결함 판별단계(S70)는 상기 S60단계에서의 콘크리트배관 측 현장 결함 탐상 데이터에 대해 상기 (E)단계에서 산정된 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘을 활용하여 콘크리트배관 측 내외 결함을 판별하는 단계이다.
8. 빅데이터 처리단계(S80)
상기 빅데이터 처리단계(S80)는 상기 S10단계 내지 S70단계를 통해 각 단계별 과정에서 생성된 데이터는 데이터베이스로 구축하여 빅데이터화하고, 빅데이터를 추후 콘크리트배관 측 정밀한 결함 판별에 활용하는 단계이다.
이에 따라, 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법을 통해서는 하수관로의 콘크리트배관 내 물이 잠기는 부분까지 결함을 검출할 수 있는 등 종래에 비해 결함 검출에 대한 효율적인 개선책을 제공할 수 있으며, 콘크리트배관 측 내외 결함에 대해 최상의 검출조건을 도출하여 콘크리트배관의 결함을 검출할 수 있으며, 종래에 비해 콘크리트배관의 결함 검출에 따른 신뢰성을 높일 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 펄스-에코 방식의 초음파 탐상기법을 이용하여 하수관로로 사용되는 콘크리트배관 측 결함을 검출하기 위한 콘크리트배관의 결함 검출방법에 있어서,
    (A) 컴퓨터를 이용하여 하수관로로 사용되는 콘크리트배관 내 건전부의 모사(模寫)를 통한 시뮬레이션 단면 형상을 준비하고 시뮬레이션 탐상을 수행하여 콘크리트배관 내 건전부 탐상을 위한 최적의 주파수를 선정하는 단계; (B) 상기에서 선정한 콘크리트배관의 형상에 따른 최적의 주파수를 활용하여 유한요소법(FEM)에 의한 FEM 시뮬레이션을 수행하되, 컴퓨터를 이용한 모사(模寫)를 통해 결함 형상을 갖는 각각의 콘크리트배관을 준비하고, 각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션을 수행하여 초음파 거동에 따른 결함 신호를 수집하는 단계; (C) 콘크리트배관의 형상별 탐상 데이터 수집을 위해 콘크리트배관에 모사(模寫) 결함을 가공한 모사 결함 시험편과 탐촉자를 제작하여 콘크리트배관 탐상 시스템을 구축한 후, 상기 모사 결함 시험편 측 탐상을 통해 결함 신호를 수집하는 단계; (D) 상기 (B)단계에서 수행한 시뮬레이션 결함 신호와 상기 (C)단계에서 수집한 콘크리트배관의 형상별 결함 신호를 비교 및 분석하는 단계; (E) 상기 (D)단계의 신호 비교 및 분석을 통해 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘을 산정하는 단계; 를 포함하되,
    상기 (A)단계는,
    (a) 콘크리트배관 내 자갈 형상을 모사(模寫)하고 철근의 유무에 따라 콘크리트배관의 건전부 단면 형상을 다르게 설정하여 시뮬레이션 배관 형상을 준비하는 단계;
    (b) 시뮬레이션 배관 형상별로 평면형 탐촉자를 적용하되, 시뮬레이션 배관과 탐촉자간 30±5mm의 거리를 유지하도록 적용하는 단계;
    (c) 신호 수집에 따른 용이성을 위해 저주파수의 초음파를 평면형 탐촉자에 공급하여 결함 탐상을 수행하되, 결함 신호가 노이즈 및 감쇄로 인해 바로 수집하기 어려우므로 결함 형상에 따른 저면 신호의 변화를 측정하여 수집하는 단계;
    (d) 콘크리트배관의 결함 판별에 따른 신뢰성을 높이기 위해 수집되는 콘크리트배관 측 저면 신호 중에서 가장 크게 수집되는 저면 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상을 위한 최적의 탐상 주파수를 선정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    (F) 하수관로로 설치된 현장의 콘크리트배관에 대해 초음파 탐상 장비를 사용하여 결함 탐상을 실시하는 단계;
    (G) 상기 (F)단계에서의 콘크리트배관 측 현장 결함 탐상 데이터에 대해 상기 (E)단계에서 산정된 콘크리트배관의 결함 형상별 결함 판별 알고리즘을 활용하여 콘크리트배관 측 내외 결함을 판별하는 단계;
    (H) 상기 (A)단계 내지 (G)단계를 통해 각 단계별 과정에서 생성된 데이터는 데이터베이스로 구축하여 빅데이터화하고, 빅데이터를 추후 콘크리트배관 측 정밀한 결함 판별에 활용하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 저주파수의 초음파는,
    200kHz 내지 1.2MHz 범위 내에서 둘 이상의 특정 주파수를 선택하여 적용하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (B)단계에서는,
    컴퓨터 모사(模寫)를 이용한 콘크리트배관의 결함 형상에 대해, 환경부에서 제시한 '하수관로·맨홀 조사 및 상태등급 판단기준 표준매뉴얼'에 따른 유지 보수가 필요한 결함 중에서 '중등급' 이상 크기의 결함에 대한 모사를 통해 형상화하고,
    결함 성장의 진전도에 따라 외부에서 발생한 결함과, 내부에서 발생한 결함, 및 관통형 결함을 갖는 3가지 형상으로 모사한 후,
    각각의 결함 형상에 따른 콘크리트배관 내 초음파 탐상 시뮬레이션을 수행하여 결함 신호를 수집하고, 수집된 결함 신호를 콘크리트배관 내 건전부 탐상 신호와 상호간 오버랩시켜 비교 분석하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 초음파 탐상 장비는,
    콘크리트배관에 부착되는 초음파 자왜변위센서;
    자왜 또는 자기변형 현상을 이용하여 초음파를 발생시키고 이를 탐촉자인 초음파 자왜변위센서에 공급하여 콘크리트배관에 흘려보내며 결함 위치로부터 반사된 신호를 수신하여 감지하는 펄스-에코(Pulse-eho) 방식의 초음파 탐상측정기; 를 포함하며,
    상기 초음파 자왜변위센서는 자왜(magnetostriction) 특성이 우수한 상자성 코발트스트립에 토로이달코일을 감은 상태로 콘크리트배관의 원주방향으로 부착하고, 상기 토로이달코일에 교차 배치한 솔레노이드코일을 포함하되, 상기 솔레노이드코일에 초음파를 인가하며,
    상기 초음파 탐상측정기에서 수신하는 결함 반사신호로부터 노이즈를 제거하기 위한 노이즈필터부를 구비하여 결함 위치 및 상태를 보다 정확하게 판단하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 노이즈필터부는,
    노이즈신호를 포함하는 결함 반사신호에 대해 현재 상태를 계측하고, 노이즈신호가 제거된 결함 반사신호에 대한 추정값을 예측하여 노이즈신호를 제거하는 제1노이즈필터부;
    결함 반사신호와 노이즈신호를 각각 딥러닝에 의한 학습을 통해 구분하는 신경망으로 설계하여 상기 제1노이즈필터부를 통과하는 신호로부터 노이즈신호를 제거하여 결함 반사신호만을 통과시키는 제2노이즈필터부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상기법을 이용한 콘크리트배관의 결함 검출방법.
  7. 삭제
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