KR102528607B1 - Apparatus for diagnosing micro-damage using third harmonic component - Google Patents

Apparatus for diagnosing micro-damage using third harmonic component Download PDF

Info

Publication number
KR102528607B1
KR102528607B1 KR1020210062425A KR20210062425A KR102528607B1 KR 102528607 B1 KR102528607 B1 KR 102528607B1 KR 1020210062425 A KR1020210062425 A KR 1020210062425A KR 20210062425 A KR20210062425 A KR 20210062425A KR 102528607 B1 KR102528607 B1 KR 102528607B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microdamage
signal
ultrasonic
permanent magnet
coil
Prior art date
Application number
KR1020210062425A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220154905A (en
Inventor
김태현
장경영
최성호
김영범
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
한국수력원자력 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단, 한국수력원자력 주식회사 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020210062425A priority Critical patent/KR102528607B1/en
Publication of KR20220154905A publication Critical patent/KR20220154905A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102528607B1 publication Critical patent/KR102528607B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2412—Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • B06B1/045—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism using vibrating magnet, armature or coil system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 명세서는 미세손상 진단장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 명세서는 3차 고조파 성분을 이용한 미세손상 진단장치에 관한 것이다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치는 고전압 전기 신호를 생성하는 전기 신호 발생기, 피검사체의 표면에 정적 자기장을 유도하는 영구 자석이 제1 주기로 배열된 송신용 영구 자석을 포함하고, 생성된 고전압 전기 신호를 수신하여 상기 피검사체로 제1 초음파를 송신하는 초음파 송신기, 피검사체의 표면에 정적 자기장을 유도하는 영구 자석이 상기 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 배열된 수신용 영구 자석을 포함하고, 상기 피검사체로부터 반사된 3차 고조파 성분을 포함하는 제2 초음파를 수신하여 코일 전기 신호를 생성하는 초음파 수신기 및 코일 전기 신호 중 상기 3차 고조파 성분에 대응되는 신호에 기초하여 상기 피검사체의 미세손상을 진단하는 신호분석부를 포함한다.The present specification relates to an apparatus for diagnosing microdamage. More specifically, the present specification relates to an apparatus for diagnosing microdamage using a third harmonic component. An apparatus for diagnosing microdamage according to an embodiment of the present specification includes an electric signal generator for generating a high voltage electric signal, and a permanent magnet for transmission in which permanent magnets for inducing a static magnetic field on the surface of a test subject are arranged in a first cycle, and generating An ultrasonic transmitter for receiving a high-voltage electrical signal and transmitting a first ultrasonic wave to the object to be inspected, and a receiving permanent magnet in which a permanent magnet for inducing a static magnetic field on the surface of the object is arranged with a second period shorter than the first period. And, based on the signal corresponding to the third harmonic component of the ultrasonic receiver and the coil electric signal for generating a coil electric signal by receiving the second ultrasonic wave including the third harmonic component reflected from the object to be inspected It includes a signal analysis unit for diagnosing micro damage.

Description

3차 고조파 성분을 이용한 미세손상 진단장치{APPARATUS FOR DIAGNOSING MICRO-DAMAGE USING THIRD HARMONIC COMPONENT}Micro damage diagnosis device using third harmonic components {APPARATUS FOR DIAGNOSING MICRO-DAMAGE USING THIRD HARMONIC COMPONENT}

본 명세서는 미세손상 진단장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 명세서는 3차 고조파 성분을 이용한 미세손상 진단장치에 관한 것이다.The present specification relates to an apparatus for diagnosing microdamage. More specifically, the present specification relates to an apparatus for diagnosing microdamage using a third harmonic component.

종래의 비선형 초음파 기술은 접촉식 탐촉자를 이용하여 피검사체의 손상여부를 측정한다. 이러한 접촉식 기술은 높은 초음파 신호대 잡음 비율과 효율성 및 간편성면에서는 우수하지만, 고온의 검사체에는 적용이 불가능하고, 원자력발전소와 같이 접근이 용이하지 않은 지역에는 피검사체의 손상여부를 측정하기가 어렵다. 또한, 반드시 표면에 접촉해야하는 불편함이 있어 접촉 매질을 필요로 하고, 피검사체의 표면상태에 따라 일부 검사가 제한적인 문제점이 있다.Conventional nonlinear ultrasound technology uses a contact transducer to measure whether or not a test object is damaged. Although this contact technology is excellent in terms of high ultrasonic signal-to-noise ratio, efficiency, and simplicity, it cannot be applied to high-temperature objects, and it is difficult to measure damage to objects in areas that are not easily accessible, such as nuclear power plants. . In addition, there is a problem in that a contact medium is required due to the inconvenience of necessarily contacting the surface, and some inspections are limited depending on the surface state of the inspected object.

또한, 종래의 비선형 초음파 기술은 피검사체 내부 또는 표면 결함의 경계 면에서 반사 또는 산란되는 초음파의 횡파 성분을 측정하여 결함의 유무 및 결함 위치를 평가한다. 따라서, 피검사체의 표면 또는 내부 등 국부적인 결함을 진단할 수 있을 뿐 피검사체 전체적인 결함을 진단하기 어렵다. In addition, the conventional nonlinear ultrasound technology evaluates the presence or absence of defects and the location of defects by measuring the transverse wave component of ultrasound reflected or scattered from the inside of the inspected object or from the boundary surface of the surface defect. Therefore, only local defects such as the surface or inside of the object to be inspected can be diagnosed, but it is difficult to diagnose defects as a whole of the object to be inspected.

또한, 종래의 비선형 초음파 기술은 초음파 송신기와 수신기가 동일한 초음파 주파수를 사용하여 피검사체의 결함을 진단하므로 피검사체의 미세한 손상이나 열화에 의한 손상은 진단하기 어려운 문제점이 있다.In addition, in the conventional nonlinear ultrasound technology, since an ultrasonic transmitter and a receiver diagnose defects of an object using the same ultrasonic frequency, it is difficult to diagnose fine damage or damage due to deterioration of the object.

본 명세서의 목적은 비접촉 방식의 전자기음향 초음파 송신기를 이용하여 피검사체의 표면 상태와 관계 없이 미세손상을 진단할 수 있는 미세손상 진단장치를 제공하는 것이다.An object of the present specification is to provide a microdamage diagnosis device capable of diagnosing microdamage regardless of the surface state of a subject using a non-contact electromagnetic acoustic ultrasonic transmitter.

또한, 본 명세서의 목적은 전단수평 유도초음파를 이용하여 피검사체 전체에 대한 미세손상을 진단할 수 있는 미세손상 진단장치를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present specification is to provide a microdamage diagnosis device capable of diagnosing microdamage to the entire subject using shear horizontal guided ultrasound.

또한, 본 명세서의 목적은 수신용 영구 자석의 배열 주기를 송신용 영구 자석의 배열 주기보다 짧게 하여 3차 고조파 성분을 정확하게 측정하고, 미세손상 또는 열화에 의한 손상을 진단할 수 있는 미세손상 진단장치를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present specification is to make the arrangement period of the permanent magnet for reception shorter than the arrangement period of the permanent magnet for transmission to accurately measure the 3rd harmonic component, and to diagnose microdamage or damage caused by deterioration Microdamage diagnosis device is to provide

본 명세서의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Objects of the present specification are not limited to the above-mentioned purposes, and other objects and advantages of the present specification not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present specification. Further, it will be readily apparent that the objects and advantages of this specification may be realized by means of the instrumentalities and combinations indicated in the claims.

본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치는 고전압 전기 신호를 생성하는 전기 신호 발생기, 피검사체의 표면에 정적 자기장을 유도하는 영구 자석이 제1 주기로 배열된 송신용 영구 자석을 포함하고, 생성된 고전압 전기 신호를 수신하여 상기 피검사체로 제1 초음파를 송신하는 초음파 송신기, 피검사체의 표면에 정적 자기장을 유도하는 영구 자석이 상기 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 배열된 수신용 영구 자석을 포함하고, 상기 피검사체로부터 반사된 3차 고조파 성분을 포함하는 제2 초음파를 수신하여 코일 전기 신호를 생성하는 초음파 수신기 및 코일 전기 신호 중 상기 3차 고조파 성분에 대응되는 신호에 기초하여 상기 피검사체의 미세손상을 진단하는 신호분석부를 포함한다.An apparatus for diagnosing microdamage according to an embodiment of the present specification includes an electric signal generator for generating a high voltage electric signal, and a permanent magnet for transmission in which permanent magnets for inducing a static magnetic field on the surface of a test subject are arranged in a first cycle, and generating An ultrasonic transmitter for receiving a high-voltage electrical signal and transmitting a first ultrasonic wave to the object to be inspected, and a receiving permanent magnet in which a permanent magnet for inducing a static magnetic field on the surface of the object is arranged with a second period shorter than the first period. And, based on the signal corresponding to the third harmonic component of the ultrasonic receiver and the coil electric signal for generating a coil electric signal by receiving the second ultrasonic wave including the third harmonic component reflected from the object to be inspected It includes a signal analysis unit for diagnosing micro damage.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 제1 초음파 및 제2 초음파는 전단수평 유도초음파이다.In addition, in one embodiment of the present specification, the first ultrasound and the second ultrasound are shear horizontal guided ultrasound.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 초음파 송신기는 상기 피검사체의 표면에 와전류를 유도하는 송신용 전기 코일을 더 포함하고, 초음파 수신기는 상기 코일 전기 신호를 생성하는 수신용 전기 코일을 더 포함한다.In addition, in one embodiment of the present specification, the ultrasonic transmitter further includes an electric coil for transmission that induces eddy currents on the surface of the object to be inspected, and the ultrasonic receiver further includes an electric coil for reception that generates an electric signal from the coil.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 송신용 전기 코일 및 수신용 전기 코일은 민더링(Meandering) 패턴의 전기 회로를 포함한다.In addition, in one embodiment of the present specification, the transmission electric coil and the reception electric coil include meandering pattern electric circuits.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 제2 주기는 하기의 수학식 3에 의해 결정된다.In addition, in one embodiment of the present specification, the second cycle is determined by Equation 3 below.

<수학식 3><Equation 3>

Figure 112021055832864-pat00001
Figure 112021055832864-pat00001

여기서, LR은 수신용 영구 자석의 제2 주기, LT는 송신용 영구 자석의 제1 주기를 의미한다.Here, L R means the second period of the permanent magnet for reception, and L T means the first period of the permanent magnet for transmission.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 제1 주기 및 제2 주기는 초음파의 파장에 대응된다.In addition, in one embodiment of the present specification, the first period and the second period correspond to the wavelength of ultrasonic waves.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 초음파 송신기 및 초음파 수신기는 피검사체와 소정의 거리만큼 이격 되어 비접촉식으로 상기 초음파를 송신하거나 수신한다.In addition, in one embodiment of the present specification, the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are spaced apart from the object to be inspected by a predetermined distance to transmit or receive the ultrasonic waves in a non-contact manner.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 신호분석부는 코일 전기 신호를 증폭시키는 신호 증폭기, 상기 증폭된 코일 전기 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기 및 상기 변환된 디지털신호를 분석하는 신호분석기를 포함한다.In addition, in one embodiment of the present specification, the signal analysis unit includes a signal amplifier for amplifying the coil electrical signal, an A/D converter for converting the amplified coil electrical signal into a digital signal, and a signal analyzer for analyzing the converted digital signal. do.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 신호분석기는 디지털신호로부터 기본 주파수 성분에 대응되는 신호와 상기 3차 고조파 성분에 대응되는 신호를 분리하여 주파수 특성을 분석한다.In addition, in one embodiment of the present specification, the signal analyzer analyzes frequency characteristics by separating a signal corresponding to a fundamental frequency component and a signal corresponding to the third harmonic component from a digital signal.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 신호분석부는 분석된 주파수 특성에 기초하여 비선형성 파라미터를 산출하는 파라미터 산출기를 더 포함하고, 미리 저장된 초기 비선형성 파라미터와 상기 산출된 비선형성 파라미터를 비교하여 상기 피검사체의 미세손상을 진단한다.In addition, in one embodiment of the present specification, the signal analysis unit further includes a parameter calculator that calculates a nonlinearity parameter based on the analyzed frequency characteristics, and compares the calculated nonlinearity parameter with an initial nonlinearity parameter stored in advance to perform the test. Diagnose micro-damage of the cadaver.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 파라미터 산출기는 하기의 수학식 1을 통해 비선형성 파라미터를 산출한다.In addition, in one embodiment of the present specification, the parameter calculator calculates the nonlinearity parameter through Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112021055832864-pat00002
Figure 112021055832864-pat00002

여기서, γ'는 비선형성 파라미터,

Figure 112021055832864-pat00003
는 제2 초음파의 3차 고조파 성분의 크기,
Figure 112021055832864-pat00004
은 제2 초음파의 기본 주파수 성분의 크기를 의미한다.Here, γ' is a nonlinearity parameter,
Figure 112021055832864-pat00003
is the magnitude of the third harmonic component of the second ultrasonic wave,
Figure 112021055832864-pat00004
denotes the magnitude of the fundamental frequency component of the second ultrasound wave.

본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치는 비접촉 방식의 전자기음향 초음파 송신기를 이용하여 피검사체의 표면 상태와 관계 없이 미세손상을 진단할 수 있다.The microdamage diagnosis apparatus according to an embodiment of the present specification may diagnose microdamage regardless of the surface state of the object to be inspected using a non-contact electromagnetic acoustic ultrasonic transmitter.

또한, 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치는 전단수평 유도초음파를 이용하여 피검사체 전체에 대한 미세손상을 진단할 수 있다.In addition, the microdamage diagnosis apparatus according to an embodiment of the present specification may diagnose microdamage of the entire subject using shear horizontal guided ultrasound.

또한, 본 명세서의 목적은 수신용 영구 자석의 배열 주기를 송신용 영구 자석의 배열 주기보다 짧게 하여 3차 고조파 성분을 정확하게 측정하고, 미세손상 또는 열화에 의한 손상을 진단할 수 있다.In addition, an object of the present specification is to make the arrangement period of the permanent magnet for reception shorter than the arrangement period of the permanent magnet for transmission, so that third harmonic components can be accurately measured and damage caused by micro-damage or deterioration can be diagnosed.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치와 피검사체를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 초음파 송신부의 내부 구조 분해도이다.
도 4는 본 명세서에서 초음파 송신부의 송신용 영구 자석과 송신용 전기 코일을 나타낸 도면이다.
도 5는 초음파 수신기의 수신용 영구 자석과 수신용 전기 코일을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치가 미세손상을 진단하는 흐름도이다.1 is a configuration diagram of a microdamage diagnosis device according to an embodiment of the present specification.
2 is a diagram showing a microdamage diagnosis device and a test subject according to an embodiment of the present specification.
3 is an exploded view of the internal structure of an ultrasonic transmitter according to an embodiment of the present specification.
4 is a diagram showing a permanent magnet for transmission and an electric coil for transmission of an ultrasonic transmitter in the present specification.
5 is a diagram showing a permanent magnet for reception and an electric coil for reception of an ultrasonic receiver.
6 is a flowchart for diagnosing microdamage by an apparatus for diagnosing microdamage according to an embodiment of the present specification.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.

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.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. The terms and/or include any combination of a plurality of related recited items or any of a plurality of related recited items.

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 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 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. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치의 구성도이고, 도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치와 피검사체를 나타낸 도면이다. 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.1 is a configuration diagram of a microdamage diagnosis device according to an embodiment of the present specification, and FIG. 2 is a diagram showing a microdamage diagnosis device and a test subject according to an embodiment of the present specification. It will be described with reference to FIGS. 1 and 2 below.

도 1 및 도 2를 참조하면, 미세손상 진단장치(100)는 피검사체(150)에 발생한 미세한 손상 또는 열화에 의한 손상을 초음파를 이용하여 진단하는 장치로써, 전기 신호 발생기(120), 초음파 송신기(140), 초음파 수신기(160) 및 신호분석부(180)를 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, the microdamage diagnosis apparatus 100 is a device for diagnosing minute damage or damage caused by deterioration to a subject 150 to be inspected using ultrasonic waves, and includes an electrical signal generator 120 and an ultrasonic transmitter. 140, an ultrasonic receiver 160 and a signal analysis unit 180.

전기 신호 발생기(120)는 펌프의 원리를 이용하여 전원 전압보다 높은 고전압 전기 신호를 생성한다. 생성된 고전압 전기 신호는 교류(AC)일 수 있으며, 전기 신호 발생기(120)는 생성한 고전압 전기 신호를 초음파 송신기(140)로 송신한다.The electrical signal generator 120 generates a high voltage electrical signal higher than the power supply voltage by using the principle of a pump. The generated high voltage electrical signal may be alternating current (AC), and the electrical signal generator 120 transmits the generated high voltage electrical signal to the ultrasonic transmitter 140 .

초음파 송신기(140)는 생성된 고전압 전기 신호를 수신하여 제1 초음파를 생성하고, 전도성의 피검사체(150)로 생성된 제1 초음파를 송신한다. 또한, 초음파 송신기(140)는 내부에 제1 초음파를 생성하기 위한 송신용 영구자석 및 송신용 전기 코일을 포함할 수 있다. 구체적인 초음파 송신기(140)의 내부구조 및 동작 방법은 도 3에서 후술하여 상세히 설명하도록 한다.The ultrasound transmitter 140 receives the generated high-voltage electrical signal, generates a first ultrasound wave, and transmits the generated first ultrasound wave to the conductive object 150 . In addition, the ultrasonic transmitter 140 may include a permanent magnet for transmission and an electric coil for transmission to generate the first ultrasonic waves therein. The specific internal structure and operating method of the ultrasonic transmitter 140 will be described in detail later with reference to FIG. 3 .

초음파 수신기(160)는 피검사체(150)로부터 반사된 제2 초음파를 수신하여 코일 전기 신호를 생성한다. 이때, 제1 초음파 및 제2 초음파는 전단수평 유도초음파일 수 있다. 전단수평 유도초음파란 횡방향으로 진동하면서 판형으로 전파되는 파로써 전단수평 유도초음파를 이용하면, 피검사체(150)의 국부적인 결함이 아닌 피검사체(150) 전체의 결함을 모니터링할 수 있고, 큰 결함뿐만 아니라 미세한 손상도 진단할 수 있다. 이하, 제1 초음파 및 제2 초음파는 전단수평 유도초음파임을 전제로 하여 설명하도록 한다.The ultrasonic receiver 160 receives the second ultrasonic waves reflected from the object under test 150 and generates a coil electrical signal. In this case, the first ultrasound and the second ultrasound may be shear horizontal guided ultrasound. Shear horizontal guided ultrasound is a wave that propagates in a plate shape while oscillating in the transverse direction. If shear horizontal guided ultrasound is used, it is possible to monitor defects of the entire object 150 under test rather than local defects of the object 150 under test. Not only defects, but also microscopic damage can be diagnosed. Hereinafter, the first ultrasound and the second ultrasound will be described on the premise that they are shear horizontal guided ultrasound.

한편, 제2 초음파는 3차 고조파 성분을 포함할 수 있다. 피검사체(150)에 입사된 제1 초음파는 열화에 의한 손상 또는 내, 외부의 결함을 만나면 3차 고조파 성분이 발생하며 반사된다. 따라서, 반사된 제2 초음파는 피검사체(150)의 손상 여부에 따라 3차 고조파 성분을 포함할 수 있다.Meanwhile, the second ultrasound wave may include a third harmonic component. When the first ultrasound incident on the object to be inspected 150 encounters damage due to deterioration or internal or external defects, a third harmonic component is generated and reflected. Accordingly, the reflected second ultrasound may include a third harmonic component depending on whether or not the inspected object 150 is damaged.

만약, 제1 초음파가 전단수평 유도초음파인 경우 2차 고조파 성분은 발생하지 않고 3차 고조파 성분만 발생하게 된다. 따라서, 본 명세서의 미세손상 진단장치(100)는 전단수평 유도초음파를 통해 2차 고조파에 대한 간섭 없이 3차 고조파 성분을 이용하여 피검사체(150)에 대하여 정확하게 미세손상을 진단 할 수 있다.If the first ultrasonic wave is the shear horizontal guided ultrasonic wave, the second harmonic component is not generated and only the third harmonic component is generated. Therefore, the microdamage diagnosis apparatus 100 of the present specification can accurately diagnose microdamage of the subject 150 using the third harmonic component without interference with the second harmonic through shear horizontal guided ultrasound.

또한, 본 명세서의 미세손상 진단장치(100)는 초음파 송신기(140)와 초음파 수신기(160)를 하나의 장치에서 사용하지 않고 초음파의 송신과 수신을 분리하여 사용하였다. 이에 따라, 본 명세서의 초음파 송신기(140)와 초음파 수신기(160)는 동일한 초음파 주파수를 이용하지 않아도 되므로 서로 다른 초음파 주파수의 송, 수신이 가능하고, 초음파 수신기(160)는 제2 초음파에 포함된 3차 고조파 성분을 수신할 수 있다.In addition, the microdamage diagnosis apparatus 100 of the present specification does not use the ultrasonic transmitter 140 and the ultrasonic receiver 160 in one device, but separates transmission and reception of ultrasonic waves. Accordingly, since the ultrasonic transmitter 140 and the ultrasonic receiver 160 of the present specification do not have to use the same ultrasonic frequency, transmission and reception of different ultrasonic frequencies are possible, and the ultrasonic receiver 160 is included in the second ultrasonic wave. Third harmonic components can be received.

한편, 본 명세서의 일 실시예에서 초음파 송신기(140) 및 초음파 수신기(160)는 피검사체(150)와 접촉되어 초음파를 송신하거나 수신할 수 있으나, 피검사체(150)와 소정의 거리만큼 이격되어 비접촉식으로 초음파를 송신하거나 수신할 수 있다. 소정의 거리는 1mm일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 그 이상일 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present specification, the ultrasonic transmitter 140 and the ultrasonic receiver 160 may transmit or receive ultrasonic waves in contact with the object 150 under test, but are spaced apart from the object 150 by a predetermined distance. Ultrasonic waves may be transmitted or received in a non-contact manner. The predetermined distance may be 1 mm, but is not necessarily limited thereto and may be greater than that.

신호분석부(180)는 초음파 수신기(160)에서 생성된 코일 전기 신호 중 3차 고조파 성분에 대응되는 신호에 기초하여 피검사체의 미세손상을 진단한다. 신호분석부(180)는 신호증폭기(182), A/D변환기(184) 및 신호분석기(186)를 포함할 수 있다.The signal analysis unit 180 diagnoses micro-damage of the object to be inspected based on a signal corresponding to a third harmonic component among coil electrical signals generated by the ultrasonic receiver 160 . The signal analysis unit 180 may include a signal amplifier 182, an A/D converter 184 and a signal analyzer 186.

신호증폭기(182)는 초음파 수신기(160)로부터 수신한 코일 전기 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킴으로써 코일 전기 신호를 증폭시킨다. 이때, 신호 증폭비는 A/D변환기(184)의 허용 가능 전압을 고려하여 설정되어야 한다.The signal amplifier 182 amplifies the coil electrical signal by improving the signal-to-noise ratio of the coil electrical signal received from the ultrasonic receiver 160. At this time, the signal amplification ratio should be set in consideration of the allowable voltage of the A/D converter 184.

A/D변환기(184)는 증폭된 코일전기신호를 변환한다. 구체적으로 신호증폭기(182)를 통해 증폭된 코일 전기 신호는 아날로그 신호로써 A/D변환기(184)는 아날로그인 코일 전기 신호를 디지털 신호로 변환한다. 여기서, A/D변환기(184)의 시스템 대역폭은 반드시 3차 고조파보다 높아야 한다.The A/D converter 184 converts the amplified coil electrical signal. Specifically, the coil electrical signal amplified by the signal amplifier 182 is an analog signal, and the A/D converter 184 converts the analog coil electrical signal into a digital signal. Here, the system bandwidth of the A/D converter 184 must be higher than the third harmonic.

신호분석기(186)는 데이터 수집 장치, 데이터 수집용 소프트웨어 등을 포함할 수 있으며, A/D변환기(184)로부터 변환된 디지털신호로부터 기본 주파수 성분에 대응되는 신호와 3차 고조파 성분에 대응되는 신호를 분리하여 주파수 특성을 분석한다.The signal analyzer 186 may include a data collection device, software for data collection, and the like, and from the digital signal converted from the A/D converter 184, a signal corresponding to the fundamental frequency component and a signal corresponding to the third harmonic component. is separated to analyze the frequency characteristics.

구체적으로, 신호분석기(186)는 푸리에 변환(Fourier Transform)을 이용하여 디지털신호로부터 기본 주파수 성분에 대응되는 신호와 3차 고조파 성분에 대응되는 신호를 분리할 수 있다.Specifically, the signal analyzer 186 may separate a signal corresponding to a fundamental frequency component and a signal corresponding to a third harmonic component from a digital signal using a Fourier transform.

한편, 신호분석부(180)는 파라미터 산출기(188)와 데이터 저장장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the signal analysis unit 180 may further include a parameter calculator 188 and a data storage device (not shown).

파라미터 산출기(188)는 분석된 주파수 특성에 기초하여 비선형성 파라미터를 산출한다. 구체적으로, 파라미터 산출기(188)는 신호분석기(186)에 의해 디지털신호로부터 분리된 기본 주파수 성분에 대응되는 신호의 크기와 3차 고조파 성분에 대응되는 신호의 크기를 이용하여 비선형성 파라미터를 산출할 수 있다. The parameter calculator 188 calculates a nonlinearity parameter based on the analyzed frequency characteristics. Specifically, the parameter calculator 188 calculates the nonlinearity parameter using the magnitude of the signal corresponding to the fundamental frequency component separated from the digital signal by the signal analyzer 186 and the magnitude of the signal corresponding to the third harmonic component. can do.

보다 상세하게, 파라미터 산출기(188)는 하기의 수학식 1을 통해 비선형성 파라미터를 산출할 수 있다.In more detail, the parameter calculator 188 may calculate the nonlinearity parameter through Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112021055832864-pat00005
Figure 112021055832864-pat00005

여기서,

Figure 112021055832864-pat00006
'는 비선형성 파라미터,
Figure 112021055832864-pat00007
는 제2 초음파의 3차 고조파 성분의 크기,
Figure 112021055832864-pat00008
은 제2 초음파의 기본 주파수 성분의 크기를 의미한다.here,
Figure 112021055832864-pat00006
' is the nonlinearity parameter,
Figure 112021055832864-pat00007
is the magnitude of the third harmonic component of the second ultrasonic wave,
Figure 112021055832864-pat00008
denotes the magnitude of the fundamental frequency component of the second ultrasound wave.

신호분석부(180)는 데이터 저장장치를 통해 피검사체(150)에 결함이 발생하기 전의 초기 비선형성 파라미터를 미리 저장할 수 있다. 또한, 신호분석부(180)는 미리 저장된 초기 비선형성 파라미터와 산출된 비선형성 파라미터를 비교하여 피검사체의 미세손상을 진단할 수 있다.The signal analyzer 180 may store in advance an initial nonlinearity parameter before a defect occurs in the inspected object 150 through a data storage device. In addition, the signal analysis unit 180 may diagnose microdamage of the object to be inspected by comparing the pre-stored initial nonlinearity parameter and the calculated nonlinearity parameter.

예컨대, 미세손상 진단장치(100)는 미리 저장된 초기 비선형성 파라미터와 산출된 비선형성 파라미터가 동일한 값을 갖는다면 결함이 없다고 진단할 수 있으며, 미리 저장된 초기 비선형성 파라미터와 산출된 비선형성 파라미터의 차이값에 따라 결함 여부 및 결함 정도를 진단할 수 있다.For example, the micro-damage diagnosis apparatus 100 may diagnose that there is no defect if the pre-stored initial non-linearity parameter and the calculated non-linearity parameter have the same value, and the difference between the pre-stored initial non-linearity parameter and the calculated non-linearity parameter Depending on the value, it is possible to diagnose whether or not there is a defect and the degree of the defect.

도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 초음파 송신부의 내부 구조 분해도이고, 도 4는 본 명세서에서 초음파 송신부의 송신용 영구 자석과 송신용 전기 코일을 나타낸 도면이다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 초음파 송신부를 설명 하도록 한다.3 is an exploded view of the internal structure of the ultrasonic transmitter according to an embodiment of the present specification, and FIG. 4 is a view showing a permanent magnet for transmission and an electric coil for transmission of the ultrasonic transmitter in the present specification. Hereinafter, the ultrasonic transmitter will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3을 참조하면, 초음파 송신부(140)는 하우징(141), 송신용 영구 자석(142) 및 송신용 전기 코일(143)을 포함한다.Referring to FIG. 3 , the ultrasonic transmitter 140 includes a housing 141, a permanent magnet 142 for transmission, and an electric coil 143 for transmission.

하우징(141)은 송신용 영구 자석(142)을 수용하며, 송신용 영구 자석(142)을 감싸는 형태로 구성되어 송신용 영구 자석(142)을 보호한다.The housing 141 accommodates the permanent magnet 142 for transmission and is configured to surround the permanent magnet 142 for transmission to protect the permanent magnet 142 for transmission.

송신용 영구 자석(142)은 피검사체(150)의 표면에 정적 자기장을 유도한다. 송신용 영구 자석(142)은 복수의 영구 자석이 소정의 주기로 배열된 형태로 구성될 수 있다. 구체적으로 송신용 영구 자석(142)의 영구 자석은 도 4에 도시된 바와 같이, N극과 S극이 교차되어 제1 주기(LT)로 배열될 수 있다.The permanent magnet 142 for transmission induces a static magnetic field on the surface of the test subject 150 . The permanent magnet 142 for transmission may be configured in a form in which a plurality of permanent magnets are arranged in a predetermined period. Specifically, as shown in FIG. 4 , the permanent magnets of the permanent magnets 142 for transmission may be arranged in a first cycle (L T ) by crossing N poles and S poles.

송신용 전기 코일(143)은 피검사체(150)의 표면에 와전류를 유도한다. 송신용 전기 코일(143)은 도 4와 같이 민더링(Meandering) 패턴의 전기 회로를 포함하는 전기 코일일 수 있고, 고전압 전기 신호를 수신하면 송신용 전기 코일(143)에 AC 전류가 흐른다. 또한, 송신용 전기 코일(143)은 AC전류를 통해 피검사체(150)의 표면에 와전류를 유도한다.The transmission electric coil 143 induces eddy current on the surface of the test subject 150 . The electric coil 143 for transmission may be an electric coil including an electric circuit having a meandering pattern as shown in FIG. 4 , and AC current flows through the electric coil 143 for transmission when a high voltage electrical signal is received. In addition, the transmission electric coil 143 induces eddy current on the surface of the test subject 150 through AC current.

여기서 유도된 정적 자기장과 유도된 와전류에 의해 정적 자기장과 와전류의 방향에 따라 피검사체(150)의 표면에 로렌츠 힘(Lorentz force)(F)이 작용하고, 로렌츠 힘에 의해 초음파가 발생한다. 여기서 발생하는 초음파는 전단수평 유도초음파일 수 있다.Here, a Lorentz force (F) acts on the surface of the inspected object 150 according to the direction of the static magnetic field and the eddy current by the induced static magnetic field and the induced eddy current, and ultrasonic waves are generated by the Lorentz force. The ultrasound generated here may be shear horizontal guided ultrasound.

한편, 피검사체(150)에 작용하는 로렌츠 힘은 하기의 수학식 2를 통해 산출될 수 있다.Meanwhile, the Lorentz force acting on the inspected object 150 may be calculated through Equation 2 below.

<수학식 2><Equation 2>

Figure 112021055832864-pat00009
Figure 112021055832864-pat00009

여기서, F는 로렌츠 힘, B는 자속밀도, J는 와전류밀도이다.Here, F is the Lorentz force, B is the magnetic flux density, and J is the eddy current density.

본 명세서의 일 실시예에서 미세손상 진단장치(100)는 전기 코일 고정 테이프(144)를 포함할 수 있다. 전기 코일 고정 테이프(144)는 송신용 영구 자석(142)과 송신용 전기 코일(143) 사이에 구비될 수 있다. 전기 코일 고정 테이프(144)를 통해 송신용 영구 자석(141) 및 송신용 전기 코일(142)은 서로 이격 되지 않고 고정될 수 있다.In one embodiment of the present specification, the microdamage diagnosis device 100 may include an electric coil fixing tape 144 . The electric coil fixing tape 144 may be provided between the permanent magnet 142 for transmission and the electric coil 143 for transmission. Through the electric coil fixing tape 144, the permanent magnet 141 for transmission and the electric coil 142 for transmission may be fixed without being separated from each other.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 미세손상 진단장치(100)는 전기 코일 보호 테이프(145)를 포함할 수 있다. 전기 코일 보호 테이프(145)는 미세손상 진단장치(100)의 최하단부에 구비될 수 있고, 송신용 전기 코일(143)을 보호함으로써 전기 코일의 손상을 방지할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present specification, the microdamage diagnosis device 100 may include an electric coil protection tape 145 . The electric coil protection tape 145 may be provided at the lowermost part of the microdamage diagnosis device 100 and may prevent damage to the electric coil by protecting the electric coil 143 for transmission.

도 5는 초음파 수신기의 수신용 영구 자석과 수신용 전기 코일을 나타낸 도면이다. 5 is a diagram showing a permanent magnet for reception and an electric coil for reception of an ultrasonic receiver.

초음파 수신기(160)는 초음파 송신기(140)와 동일한 구성을 포함할 수 있다. 따라서, 초음파 수신기(160)는 하우징(미도시), 수신용 영구 자석(146) 및 수신용 전기 코일(147)을 포함할 수 있다.The ultrasonic receiver 160 may include the same configuration as the ultrasonic transmitter 140 . Accordingly, the ultrasonic receiver 160 may include a housing (not shown), a permanent magnet 146 for reception, and an electric coil 147 for reception.

하우징은 수신용 영구 자석(146)을 수용하며, 수신용 영구 자석(146)을 감싸는 형태로 구성되어 수신용 영구 자석(146)을 보호한다.The housing accommodates the permanent magnet 146 for reception and is configured to surround the permanent magnet 146 for protection to protect the permanent magnet 146 for reception.

수신용 영구 자석(146)은 피검사체(150)의 표면에 정적 자기장을 유도한다. 또한, 수신용 영구 자석(146)은 송신용 영구 자석(142)와 같이 복수의 영구 자석이 소정의 주기로 배열된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 수신용 영구 자석(146)의 영구 자석은 도 5에 도시된 바와 같이, N극과 S극이 교차되어 제2 주기(LR)로 배열될 수 있다.The receiving permanent magnet 146 induces a static magnetic field on the surface of the test subject 150 . In addition, the permanent magnet 146 for reception may be configured in a form in which a plurality of permanent magnets are arranged in a predetermined period, like the permanent magnet 142 for transmission. That is, as shown in FIG. 5 , the permanent magnets of the permanent magnets 146 for reception may be arranged in a second period (L R ) with their N poles and S poles crossed.

수신용 전기 코일(147)은 피검사체로부터 반사된 제2 초음파를 수신한다. 수신용 전기 코일(147)은 도 5와 같이 민더링(Meandering) 패턴의 전기 회로를 포함하는 전기 코일로써 송신용 전기 코일(143)과 동일한 패턴일 수 있다. 또한, 수신용 전기 코일(147)은 반사된 제2 초음파에 의해 전기 코일 신호를 생성한다.The receiving electric coil 147 receives the second ultrasonic wave reflected from the object to be inspected. As shown in FIG. 5 , the electric coil 147 for reception is an electric coil including a meandering pattern electric circuit, and may have the same pattern as the electric coil 143 for transmission. In addition, the receiving electric coil 147 generates an electric coil signal by the reflected second ultrasonic waves.

구체적으로, 시간도메인 코일 전기 신호는 반사된 초음파의 시간도메인 동적성분과 대응된다. 따라서, 코일 전기 신호는 수신용 영구 자석(146)에 의해 생성된 정적 자기장 및 반사된 제2 초음파의 동적성분의 상호작용에 의해 생성된다. 이때, 생성된 코일 전기 신호는 아날로그 전기 신호로 AC 전류일 수 있다.Specifically, the time domain coil electrical signal corresponds to the time domain dynamic component of the reflected ultrasonic wave. Thus, the coil electrical signal is generated by the interaction of the static magnetic field generated by the permanent magnet 146 for reception and the dynamic component of the reflected second ultrasonic wave. At this time, the generated coil electrical signal may be an AC current as an analog electrical signal.

한편, 송신용 영구 자석(142)의 제1 주기 및 수신용 영구 자석(146)의 제2 주기 각각은 초음파의 파장에 대응된다. 즉, 송신용 영구 자석(142) 및 수신용 영구 자석(146)에 포함된 영구 자석의 배열 주기에 따라 서로 다른 초음파의 파장을 송신 또는 수신한다. 따라서, 제1 주기 및 제2 주기는 송신 또는 수신하는 초음파의 파장에 따라 서로 다를 수 있다.Meanwhile, each of the first period of the permanent magnet for transmission 142 and the second period of the permanent magnet for reception 146 corresponds to the wavelength of the ultrasonic wave. That is, different wavelengths of ultrasonic waves are transmitted or received according to the arrangement period of the permanent magnets included in the permanent magnets 142 for transmission and 146 for reception. Accordingly, the first period and the second period may be different from each other according to the wavelength of ultrasonic waves to be transmitted or received.

구체적으로, 제2 초음파는 3차 고조파 성분을 포함하며, 3차 고조파 성분은 기본 고조파 성분보다 짧은 파장을 갖는다. 따라서, 수신용 영구 자석(146)의 배열 주기인 제2 주기(LR)는 도 5에 도시된 바와 같이 송신용 영구 자석(142)의 배열 주기인 제1 주기(LT)보다 짧을 수 있다.Specifically, the second ultrasound wave includes a third harmonic component, and the third harmonic component has a shorter wavelength than the fundamental harmonic component. Therefore, the second period L R , which is the arrangement period of the permanent magnet 146 for reception, may be shorter than the first period L T , which is the arrangement period of the permanent magnet 142 for transmission, as shown in FIG. 5 . .

보다 상세하게, 제2 주기는 하기의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.More specifically, the second period may be determined by Equation 3 below.

<수학식 3><Equation 3>

Figure 112021055832864-pat00010
Figure 112021055832864-pat00010

여기서, LR은 수신용 영구 자석의 제2 주기, LT는 송신용 영구 자석의 제1 주기를 의미한다.Here, L R means the second period of the permanent magnet for reception, and L T means the first period of the permanent magnet for transmission.

이와 같이 미세손상 진단장치(100)는 제2 주기를 제1 주기보다 짧은 주기로 설정하여 수신용 영구 자석(146)을 구성함으로써 제2 초음파의 3차 고조파 성분을 보다 정확하게 측정할 수 있다.In this way, the microdamage diagnosis apparatus 100 configures the receiving permanent magnet 146 by setting the second period to a shorter period than the first period, thereby more accurately measuring the third harmonic component of the second ultrasonic wave.

도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치가 미세손상을 진단하는 흐름도이다.6 is a flowchart for diagnosing microdamage by an apparatus for diagnosing microdamage according to an embodiment of the present specification.

도면을 참조하면, 미세손상 진단장치(100)는 전기 신호 발생기(120)로부터 생성된 고전압 전기 신호를 수신하여 피검사체로 제1 초음파를 송신한다(S200). Referring to the drawing, the microdamage diagnosis apparatus 100 receives a high voltage electrical signal generated from the electrical signal generator 120 and transmits a first ultrasonic wave to the object to be inspected (S200).

또한, 미세손상 진단장치(100)는 피검사체로부터 반사된 3차 고조파 성분을 포함하는 제2 초음파를 수신하여 코일 전기 신호를 생성한다(S210).In addition, the microdamage diagnosis apparatus 100 generates a coil electrical signal by receiving the second ultrasound wave including the third harmonic component reflected from the object to be inspected (S210).

이때, 제1 초음파의 송신 및 제2 초음파의 수신 과정은 접촉 또는 비접촉으로 수행될 수 있다.In this case, the process of transmitting the first ultrasonic wave and receiving the second ultrasonic wave may be performed in a contact or non-contact manner.

마지막으로 미세손상 진단장치(100)는 생성된 코일 전기 신호 중 3차 고조파 성분에 대응되는 신호에 기초하여 피검사체의 미세손상을 진단한다(S220). 구체적으로 미세손상 진단장치(100)는 3차 고조파 성분에 대응되는 신호와 기본 주파수 성분에 대응되는 신호를 분리하여 주파수 특성을 분석하고, 분석된 주파수 특성에 기초하여 비선형성 파라미터를 산출한다. 이후, 미세손상 진단장치(100)는 산출된 비선형성 파라미터를 초기 비선형성 파라미터와 비교함으로써 피검사체(150)의 미세손상 여부를 진단할 수 있다.Finally, the micro-damage diagnosis apparatus 100 diagnoses the micro-damage of the test subject based on the signal corresponding to the third harmonic component among the generated coil electrical signals (S220). Specifically, the microdamage diagnosis apparatus 100 separates a signal corresponding to a third harmonic component and a signal corresponding to a fundamental frequency component, analyzes frequency characteristics, and calculates a nonlinearity parameter based on the analyzed frequency characteristics. Thereafter, the microdamage diagnosis apparatus 100 may diagnose microdamage of the object 150 by comparing the calculated nonlinearity parameter with the initial nonlinearity parameter.

이와 같이, 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치는 비접촉 방식의 전자기음향 초음파 송신기를 이용하여 피검사체의 표면 상태와 관계 없이 미세손상을 진단할 수 있다.As such, the microdamage diagnosis apparatus according to an embodiment of the present specification can diagnose microdamage regardless of the surface state of the object to be inspected using a non-contact electromagnetic acoustic ultrasonic transmitter.

또한, 본 명세서의 일 실시예에 따른 미세손상 진단장치는 전단수평 유도초음파를 이용하여 피검사체 전체에 대한 미세손상을 진단할 수 있다.In addition, the microdamage diagnosis apparatus according to an embodiment of the present specification may diagnose microdamage of the entire subject using shear horizontal guided ultrasound.

또한, 본 명세서의 목적은 수신용 영구 자석의 배열 주기를 송신용 영구 자석의 배열 주기보다 짧게 하여 3차 고조파 성분을 정확하게 측정하고, 미세손상 또는 열화에 의한 손상을 진단할 수 있다.In addition, an object of the present specification is to make the arrangement period of the permanent magnet for reception shorter than the arrangement period of the permanent magnet for transmission, so that third harmonic components can be accurately measured and damage caused by micro-damage or deterioration can be diagnosed.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the drawings illustrated, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in this specification, and various modifications are made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that variations can be made. In addition, although the operational effects according to the configuration of the present invention have not been explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the corresponding configuration should also be recognized.

Claims (11)

고전압 전기 신호를 생성하는 전기 신호 발생기;
피검사체의 표면에 정적 자기장을 유도하는 영구 자석이 제1 주기로 배열된 송신용 영구 자석을 포함하고, 상기 생성된 고전압 전기 신호를 수신하여 상기 피검사체로 제1 초음파를 송신하는 초음파 송신기;
상기 피검사체의 표면에 정적 자기장을 유도하는 영구 자석이 상기 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 배열된 수신용 영구 자석을 포함하고, 상기 피검사체로부터 반사된 3차 고조파 성분을 포함하는 제2 초음파를 수신하여 코일 전기 신호를 생성하는 초음파 수신기; 및
상기 코일 전기 신호 중 상기 3차 고조파 성분에 대응되는 신호에 기초하여 상기 피검사체의 미세손상을 진단하는 신호분석부를 포함하고,
상기 제2 주기는
하기의 수학식 3에 의해 결정되는 미세손상 진단장치.
<수학식 3>
Figure 112022109162276-pat00022

여기서, LR은 수신용 영구 자석의 제2 주기, LT는 송신용 영구 자석의 제1 주기를 의미한다.

an electrical signal generator that generates a high-voltage electrical signal;
An ultrasonic transmitter including permanent magnets for transmission in which permanent magnets for inducing a static magnetic field on the surface of an object to be inspected are arranged in a first cycle, and receiving the generated high-voltage electrical signal to transmit a first ultrasonic wave to the object to be inspected;
A permanent magnet for inducing a static magnetic field on the surface of the object to be inspected includes a permanent magnet for reception arranged with a second period shorter than the first period, and generates a second ultrasonic wave including a third harmonic component reflected from the object to be inspected. an ultrasonic receiver for receiving and generating a coil electrical signal; and
A signal analysis unit for diagnosing micro-damage of the object to be inspected based on a signal corresponding to the third harmonic component among the electrical signals of the coil;
The second cycle is
Microdamage diagnosis device determined by Equation 3 below.
<Equation 3>
Figure 112022109162276-pat00022

Here, L R means the second period of the permanent magnet for reception, and L T means the first period of the permanent magnet for transmission.

 제1항에 있어서,
상기 제1 초음파 및 상기 제2 초음파는
전단수평 유도초음파인
미세손상 진단장치.
According to claim 1,
The first ultrasound and the second ultrasound
Shear horizontal guided ultrasound
Microdamage diagnosis device.
 제1항에 있어서,
상기 초음파 송신기는 상기 피검사체의 표면에 와전류를 유도하는 송신용 전기 코일을 더 포함하고,
상기 초음파 수신기는 상기 코일 전기 신호를 생성하는 수신용 전기 코일을 더 포함하는
미세손상 진단장치.
According to claim 1,
The ultrasonic transmitter further includes a transmission electric coil for inducing eddy currents on the surface of the test subject,
The ultrasonic receiver further comprises a receiving electric coil for generating the coil electric signal
Microdamage diagnosis device.
 제3항에 있어서,
상기 송신용 전기 코일 및 수신용 전기 코일은
민더링(Meandering) 패턴의 전기 회로를 포함하는
미세손상 진단장치.
According to claim 3,
The electric coil for transmission and the electric coil for reception are
Including the electric circuit of the meandering pattern
Microdamage diagnosis device.
 삭제delete 제1항에 있어서
상기 제1 주기 및 상기 제2 주기는
상기 초음파의 파장에 대응되는
미세손상 진단장치.
According to claim 1
The first cycle and the second cycle are
corresponding to the wavelength of the ultrasonic wave
Microdamage diagnosis device.
 제1항에 있어서,
상기 초음파 송신기 및 상기 초음파 수신기는
상기 피검사체와 소정의 거리만큼 이격되어 비접촉식으로 상기 초음파를 송신하거나 수신하는
미세손상 진단장치.
According to claim 1,
The ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver
Sending or receiving the ultrasonic wave in a non-contact manner by being spaced apart from the test subject by a predetermined distance
Microdamage diagnosis device.
 제1항에 있어서,
상기 신호분석부는
상기 코일 전기 신호를 증폭시키는 신호 증폭기, 상기 증폭된 코일 전기 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기 및 상기 변환된 디지털신호를 분석하는 신호분석기를 포함하는
미세손상 진단장치.
According to claim 1,
The signal analysis unit
A signal amplifier for amplifying the coil electrical signal, an A/D converter for converting the amplified coil electrical signal into a digital signal, and a signal analyzer for analyzing the converted digital signal
Microdamage diagnosis device.
 제8항에 있어서,
상기 신호분석기는
상기 디지털신호로부터 기본 주파수 성분에 대응되는 신호와 상기 3차 고조파 성분에 대응되는 신호를 분리하여 주파수 특성을 분석하는
미세손상 진단장치.
According to claim 8,
The signal analyzer
Analyzing the frequency characteristics by separating the signal corresponding to the fundamental frequency component and the signal corresponding to the third harmonic component from the digital signal
Microdamage diagnosis device.
 제9항에 있어서,
상기 신호분석부는
상기 분석된 주파수 특성에 기초하여 비선형성 파라미터를 산출하는 파라미터 산출기를 더 포함하고,
미리 저장된 초기 비선형성 파라미터와 상기 산출된 비선형성 파라미터를 비교하여 상기 피검사체의 미세손상을 진단하는
미세손상 진단장치.
According to claim 9,
The signal analysis unit
Further comprising a parameter calculator for calculating a nonlinearity parameter based on the analyzed frequency characteristics,
Diagnosing microdamage of the subject by comparing the pre-stored initial nonlinearity parameter and the calculated nonlinearity parameter
Microdamage diagnosis device.
 제10항에 있어서,
상기 파라미터 산출기는
하기의 수학식 1을 통해 비선형성 파라미터를 산출하는 미세손상 진단장치.
<수학식 1>
Figure 112021055832864-pat00012

여기서,
Figure 112021055832864-pat00013
는 비선형성 파라미터,
Figure 112021055832864-pat00014
는 제2 초음파의 3차 고조파 성분의 크기,
Figure 112021055832864-pat00015
은 제2 초음파의 기본 주파수 성분의 크기를 의미한다.According to claim 10,
The parameter calculator
A microdamage diagnosis device that calculates a nonlinearity parameter through Equation 1 below.
<Equation 1>
Figure 112021055832864-pat00012

here,
Figure 112021055832864-pat00013
is the nonlinearity parameter,
Figure 112021055832864-pat00014
is the magnitude of the third harmonic component of the second ultrasonic wave,
Figure 112021055832864-pat00015
denotes the magnitude of the fundamental frequency component of the second ultrasound wave.
KR1020210062425A 2021-05-14 2021-05-14 Apparatus for diagnosing micro-damage using third harmonic component KR102528607B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210062425A KR102528607B1 (en) 2021-05-14 2021-05-14 Apparatus for diagnosing micro-damage using third harmonic component

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210062425A KR102528607B1 (en) 2021-05-14 2021-05-14 Apparatus for diagnosing micro-damage using third harmonic component

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220154905A KR20220154905A (en) 2022-11-22
KR102528607B1 true KR102528607B1 (en) 2023-05-04

Family

ID=84236223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210062425A KR102528607B1 (en) 2021-05-14 2021-05-14 Apparatus for diagnosing micro-damage using third harmonic component

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102528607B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000088816A (en) * 1998-09-17 2000-03-31 Osaka Gas Co Ltd Flaw detector using ppm electromagnetic ultrasonic transducer, and ppm electromagnetic ultrasonic transducer
KR101656377B1 (en) * 2015-04-15 2016-09-22 한양대학교 산학협력단 Apparatus for assessment of degradation and strength test by using ultrasound, and method for the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000088816A (en) * 1998-09-17 2000-03-31 Osaka Gas Co Ltd Flaw detector using ppm electromagnetic ultrasonic transducer, and ppm electromagnetic ultrasonic transducer
KR101656377B1 (en) * 2015-04-15 2016-09-22 한양대학교 산학협력단 Apparatus for assessment of degradation and strength test by using ultrasound, and method for the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220154905A (en) 2022-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. A high sensitivity optical fiber sensor for GIS partial discharge detection
US7173423B2 (en) System and methods for testing operation of a radio frequency device
JP5624271B2 (en) Piping thickness measurement method and apparatus
JP3628701B2 (en) Shield integrity monitor
AU596498B2 (en) Transformer testing
JP2011017718A (en) Electromagnetic field distribution measuring apparatus and computer-readable recording medium
CN109444615A (en) A kind of bunch of cables Conduction Interference field diagnostic and test device and method
KR970066535A (en) Apparatus and method for evaluating and inspecting composite repair structures
CN203657735U (en) Transformer winding deformation tester
Jiang et al. Optical sensing of partial discharge in more electric aircraft
Zhang et al. Partial Discharge Pattern Recognition Based on a Multifrequency F–P Sensing Array, AOK Time–Frequency Representation, and Deep Learning
CN105806944A (en) Method and device for detecting fatigue damage of cable
Wang et al. A novel approach to partial discharge detection under repetitive unipolar impulsive voltage
CN103558518A (en) Insulator sample aging degree detection device
KR102528607B1 (en) Apparatus for diagnosing micro-damage using third harmonic component
Qiao et al. DFB-FL applied in the liquid-solid composite dielectric for ultra-high sensitive partial discharge acoustic emission detection
US9594062B2 (en) System and method for testing transducer elements of an acoustic probe
KR100538081B1 (en) Lightning arrester analyzer and analyzing method
Rohani et al. Classification of partial discharge detection technique in high voltage power component: A review
CN215415839U (en) High-frequency current transformer sensitivity test circuit based on oscillation wave partial discharge test
CN107390061A (en) Using the test system of fiber optic communication electronic device false triggering under strong electromagnetic radiation
Pallot et al. Application of operational modal analysis to investigate transformer vibration patterns
KR102528608B1 (en) Apparatus for diagnosing internal defects of curved structures usning flexible electromagnetic acoustic transducer
Kirkcaldy et al. Partial discharge detection using distributed acoustic sensing at the oil-pressboard interface
CN206038887U (en) Non -contact phonophoresis partial discharge detector&#39;s examination calibration equipment

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right