KR20030081533A - 접촉법에 의한 박벽 튜브의 부분층 두께의 고주파 초음파측정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박벽 튜브의 층 두께의 초음파 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 평평한 표면 영역을 포함하는 결합면(4)을 가진 고주파 프로브(3)(40 MHz 이상)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 표면 영역은 접촉 기술에 따라 결합제(8)에 적셔진 튜브 표면(12)에 결합된다. 본 발명에 따른 방법은 핵연료 피복 튜브의 0.15 mm 두께의 이중층 또는 라이너 층에 사용된다.

Description

접촉법에 의한 박벽 튜브의 부분층 두께의 고주파 초음파 측정{HIGH-FREQUENCY ULTRASOUND MEASUREMENT OF PARTIAL LAYER THICKNESS OF THIN-WALLED TUBES BY A CONTACT METHOD}

US 4,918,989에는 핵연료 피복 튜브의 라이너 층 두께를 측정하는 방법이 기술되어 있는데, 여기서는 침지법에서의 수중 시동 구간(water start-up length)에 걸쳐 음향 결합이 실시된다. 그러나 상기 방법을 사용하는 경우에는 라이너 층의 두께가 0.4 mm 이상 되어야 충분히 정확한 측정이 가능하다.

본 발명은 박벽 튜브의 부분층 두께를 초음파로 측정하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방식의 튜브로는 예컨대 1mm 이하의 벽 두께를 갖는 핵연료의 피복 튜브가 있다. 상기 튜브의 외부 및 내부에 이중층 또는 라이너 층이 여러겹 제공된다. 라이너 층의 두께는 대부분 0.15 mm 이하이다.

도 1은 박벽 핵연료 피복 튜브의 층 두께를 측정하는 프로세스를 위한 장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 피복 튜브 및 프로브를 확대 도시한, 도 1의 상세도이다.

본 발명의 목적은 박벽 튜브의 부분층 두께를 매우 정확하게 측정할 수 있도록 하는 초음파 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 방법을 통해 달성된다. 상기 방법에 따라 평평한 표면 영역을 포함하는 결합면을 가진 고주파 프로브(HF 프로브)가 사용되며, 이 때 상기 표면 영역이 접촉 기술에 따라 결합제에 적셔진 튜브 표면에 결합된다. 측정 기술적인 목적을 위해 고주파 초음파를 사용하는 것은 본래 공지되어 있으나, 박벽 튜브의 층 두께를 측정하는 데에는 사용되지 않았었다. 지금까지는 침지 기술 또는 정련(puddling) 기술로 결합이 실시되었다. 이러한 결합 방식에서는 고주파 초음파, 즉 40 MHz 이상의 초음파를 사용하는 것이 불가능한데, 그 이유는 물이 그러한 음향 주파수를 원활하게 전달할 수 없기 때문이다. "Ultraschallpruefung(초음파 검사)"(Springerverlag, 베를린 하이델베르크 1997, 239-241p.)로부터 결합면이 튜브 표면에 상응하는 만곡부를 갖는 튜브의 초음파 검사용 프로브가 공지되어 있다. 지금 설명하고 있는 측정을 위해 상기와 같은 프로브를 사용한다면, 공간 형성을 막음으로써 장애 에코 신호의 발생을 억제하기 위해 서로 접촉될 만곡면들의 정확하고 복잡한 매칭이 요구될 것이다. 이에 반해 평면 결합면 영역 또는 전체적으로 평면인 결합면을 가진 프로브를 사용하면 위와 같은 효과가 억제될 것이다. 음향 방사는 프로브와 튜브 표면 사이의 직접적인 재료 접촉을 통해 형성되는 대략 직사각형의 작은 표면 영역에 걸쳐서 실시된다. 상기 영역 외부에서 방사되는 음파는 만곡된 튜브 표면에서의 반사에 의해 광로(optical path)에서 제거되고, 튜브 표면에서 굴절되어 방사상 바깥쪽으로 방향 전환되며, 프로브에 의해 검출될 수 있는 에코 신호를 발생시키지 않는다. 본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은, 직경이 상이한 튜브들의 측정을 위해 하나의 동일한 프로브를 사용할 수 있다는 사실이다. 그와 달리 만곡된 결합면을 가진 프로브는 항상 특정 튜브 직경에만 적합할 수 있다. 이러한 경우, 튜브의 상이한 측정 위치에 상이한 튜브 표면이 존재할 수 있다는 것도 문제가 된다. 그러나 본 발명이 제안하는 방법에서는 결합면이 작은 직사각형이기 때문에 튜브 표면의 특성은 부차적인 문제이다.

매우 좁게 한정된 결합 영역으로 인해 프로브의 진동자에 의해 발생한 전송 펄스의 일부만 측정에 사용된다. 따라서 수신된 에코 신호들의 세기가 감소된다.

예컨대 그 결과 얻어진 바람직하지 않은 신호 대 잡음비는, 디지털 기록 및 디지털 처리 방법의 사용을 통해 예컨대 에코 펄스열의 중첩을 통해 개선될 수 있다.

본 발명은 이제 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 더 자세히 설명된다.

도 1은 핵연료 피복 튜브(1)의 초음파 측정 프로세스용 장치를 도시한 것이다. 피복 튜브(1)의 직경은 10 mm이고, 벽두께는 0.6 mm이다. 예컨대 피복 튜브의 바깥쪽에 라이너 층(2)이 제공된다. 피복 튜브(1) 및 최대 두께가 0.15 mm인 라이너 층(2)은 지르코늄 합금으로 이루어져 있다. 상기 합금의 조성이 서로 다르기 때문에 음향 임피던스도 서로 다르다. 피복 표면에는 평면 결합면(4)을 가진 초음파 프로브(3)가 설치된다. 초음파 프로브(3)에 의해 수신된 에코 신호들이 초음파 검사 장치(5)에 의해 흡수되어 디지털 오실로스코프(6)에 의해 예컨대 고주파 영상의 형태로 기록된다. 상기 고주파 영상 데이터의 처리를 위해 오실로스코프(6)에 DP 장치, 예컨대 PC(7)가 접속된다.

프로브(3)는 접촉 기술을 통해 튜브 표면에 결합되는데, 이 때 튜브 표면은 일반적인 결합제, 예컨대 물, 오일 또는 글리세린에 적셔진다.

특히 도 2에 도시된 것처럼, 평가 가능한 음속(sound beam)(10)은 튜브 표면(12)과 결합면(4) 사이의 접촉면(11)에 의해 제공되는 작은 영역으로 제한된다.

접촉면(11)의 외측으로 양쪽에 접하는 공간(14)은 적어도 어느 정도까지는 역시 결합제(8)로 채워지는데, 이것은 실제적인 이유에서 거의 불가피한 것이다. 상기 공간에 의해 근본적으로 간섭성이 있는 에코 신호가 발생하며, 이러한 에코 신호는 층 두께 측정에 악영향을 미칠 수 있다. 평면 결합면(4) 구조의 선택을 통해 이러한 장애가 크게 감쇠된다. 접촉면(11) 외부로 방사되는 초음파 빔(15)은 튜브 만곡부(12)로 인해 다시 출발 지점으로 재반사되지 않는다. 평행하게 뻗은 평면 간극들에서 일반적으로 나타나는, 오랫동안 지속되는 "울림"은 발생되지 않는다. 그러나 튜브 만곡부에 매칭되는 접촉면을 가진 프로브에서는 이러한 부정적인 영향이 발생할 수 있다.

결합면(4)에 의해 접촉면(11) 외부로 방사되어 비교적 긴 결합체 구간을 통해 공간(14) 내로 확대됨으로써 측정 수행에 부적합한 음파(13)가 평면 결합면(4) 및 만곡된 튜브 표면(12)에 의해 제공된 구조로 인해 방사상 외부로 방향 전환된다. 즉, 측정 결과에 방해가 되는 에코 신호는 발생하지 않는다. 접촉면(11) 영역에서는 결합제가 음향 결합에 방해가 되지 않게 작용한다. 왜냐하면 여기서는 실제로 직접적인 재료 접촉이 실시되고, 결합제는 서로 접촉되어 있는 표면들의 거칠기에 의해 형성된 미세 공동만을 채우기 때문이다. 이러한 공동들은 고주파 초음파의 파장보다 훨씬 더 작은 직경을 갖기 때문에, 음향 결합을 방해하지 않는다.

본 발명에 따른 방법은 물론 전체 튜브 벽두께의 측정에도 응용될 수 있다. 또한 여러겹으로 적층된 튜브의 층 두께도 제안된 방법을 통해 측정될 수 있다.

평가 가능한 음속(10)이 좁게 한정되어 있기 때문에, 수신되는 에코가 그에 상응하게 세지 않다. 전기적 잡음은 디지털 신호 처리 기술을 사용하여 다수의 초음파 샷(shots)을 상응하게 중첩시켜 필터링할 수 있다. 또한 예컨대 프로브의 불완전한 감쇠 또는 횡파로 인해 발생한 잡음 신호들도 전술한 기술을 사용하여 억제시키거나 최소한 감소시킬 수 있으며, 그 결과 신호 대 잡음비가 개선될 수 있다.

Claims (5)

1. 박벽 튜브의 층 두께의 초음파 측정 방법으로서, 평평한 면 영역을 포함하는 결합면(4)을 가진 고주파 프로브(3)가 사용되고, 상기 평면 영역은 접촉 기술을 통해 결합제(8)에 적셔진 튜브 표면(12)에 결합되는 초음파 측정 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 결합면(4)은 전체적으로 평평한 형상을 가지는 초음파 측정 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 프로브(3)에 의해 수신된 에코 신호들을 디지털 형태로 기록하고, 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 계속해서 디지털 방식으로 처리하는 초음파 측정 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 벽 두께가 1 mm 이하인 튜브에 적용되는 초음파 측정 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 측정 방법은 핵연료 피복 튜브(1)의 내부 또는 외부 라이너 층(2)의 두께 측정에 사용되며, 상기 라이너 층의 두께는 약 0.15 mm인 초음파 측정 방법.