KR20030086325A - 에코 주기들을 합하여 약한 반사성을 나타내는 부분층의두께를 측정하기 위한 초음파 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경계면 반사가 약화된 다층 부품 내 부분층 두께의 초음파 측정에 관한 것이다. 초음파 프로브를 통해 부품의 미리 정해진 위치에 다수의 전송 펄스가 생성된다. 그 결과 발생한, 전송 펄스에 관련된 에코 신호가 HF 영상으로서 디지털 방식으로 기록된다. 컴퓨터 프로그램을 통해 전파 시간이 상이한 다수의 벽두께 에코 주기들이 상응하게 중첩된다.

Description

에코 주기들을 합하여 약한 반사성을 나타내는 부분층의 두께를 측정하기 위한 초음파 방법{ULTRA SONIC METHOD FOR MEASURING THE THICKNESS OF A FAINTLY REFLECTIVE PARTIAL LAYER BY ADDITION OF ECHO PERIODS}

US 4,918,989로부터 핵연료 피복 튜브의 라이너 층 두께를 측정하기 위한 초음파 방법이 공지되어 있는데, 이 방법에서는 상이한 반사 특성 내지는 상이한 빔 경로를 가지면서도 전파 시간은 동일한 2 개의 다중 반사 에코 펄스 신호가 중첩됨으로써 신호 대 잡음비가 증가된다. 이 경우, 라이너 층과 튜브 재료 사이의 경계면에서 한 번 반사된 에코 펄스에 비해 더 명확하게 대조되는, 더 강한 신호가 발생해야 한다. 이러한 다중 반사는, 횡파로 인해 장애가 크고 긴 전송 경로로 인해 사용 에코가 작은 후속 벽두께 에코에서만 의미가 있다. 그렇기 때문에 신호 대 잡음비의 개선폭이 작다.

DE 4102576A1에는 핵연료용 피복 튜브의 내부층 두께를 측정하기 위한 다른 초음파 방법이 기술되어 있다. 내부층과 피복 재료 사이의 경계면에서 반사된 신호가 잡음 신호에 비해 더 두드러지게 나타나도록 하기 위해, 경계면 에코 전후의 잡음 신호를 필터링하는 타임 게이트(time gate)가 사용된다. 그러나 경계층 에코 근처에는 장애가 그대로 남아 있다.

본 발명은 다층 부품 내 반사성이 약한 부분층의 두께를 측정하기 위한 초음파 방법에 관한 것이다. 그러한 부품에는 유사한 음향 임피던스를 가진 재료들로 이루어진 다양한 층들이 존재한다. 초음파 프로브에 의해 발생한 음향 펄스의 최소량, 즉 대략 1%만이 재료들 사이의 경계면에서 반사된다. 따라서 반사된 경계면 에코는 예컨대 초음파 프로브의 불완전한 감쇠 또는 횡파 에코에 의해 야기되는 일반적인 잡음 신호의 진폭 범위 내에 놓이는 진폭을 갖는다. 그러므로 종래 기술에 따른 측정시 획득 가능한 신호 대 잡음비는 경계층 에코를 명확하게 구분하기에 충분하지 못하다.

도 1은 이중층 부품에서 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 부품의 미리 정해진 위치에서 수행된 초음파 측정의 HF 영상이다.

도 3은 도 2에 따른 HF 영상을 100배 확대한 도면이다.

도 4는 14 개의 에코 주기가 중첩된 결과를 나타내는 HF 영상을 1배(두꺼운 선) 및 100배(가는 선) 확대한 도면이다.

도 5는 전송 펄스 및 제 1 백월 에코를 포함하는 제 1 에코 주기를 나타내는 HF 영상을 1배(두꺼운 선) 및 100배(가는 선) 확대한 도면이다.

본 발명의 목적은 반사성이 약한 부분층의 두께 측정시 신호 대 잡음비를 개선시킬 수 있는, 도입부에 언급한 방식의 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1에 청구된 방법을 통해 달성된다. 상기 방법에 따르면, 초음파 프로브를 이용하여 다층 부품의 미리 정해진 위치에 다중 전송 펄스가 발생되고, 일 전송 펄스에 할당된 에코 펄스들이 HF(고주파) 영상으로서 디지털 방식으로 기록된다. 전기 잡음을 억제하기 위해 평균된 HF 영상은 컴퓨터 프로그램을 통해 잡음 신호가 중간에 삽입되는, 시간 순서에 따라 연속하는 2 개의 백월(back-wall) 에코에 의해 각각 한정된 다수의 에코 주기들이 상응하게 중첩되도록 처리된다. 본 발명은 개별 에코 주기의 잡음 신호들의 시간 순서가 광범위하게 변하는 반면, 경계면 에코는 일정한 주기성을 갖는다는 관찰 결과를 기초로 한다. 다수의 에코 주기들이 중첩되면, 경계면 에코가 그의 엄격한 주기성으로 인해잡음 신호들보다 더 강해진다. 중첩의 결과, 경계면 에코가 잡음 신호보다 명백히 두드러지는 디지털 기록이 얻어짐으로써 더 간단하게 구별하고 평가할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 핵연료용 피복 튜브의 라이너 층 두께를 측정하는데 있어서 특히 유리하게 적용될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참고로 더 자세히 설명된다.

도 1은 부품(1) 상에서의 초음파 측정을 위한 전형적인 구조를 나타내는 개략도이다. 부품의 표면에 초음파 프로브(2)가 배치된다. 음향 커플링은 시동 구간(start-up length)을 사용하거나 사용하지 않는 접촉법에 의해 수행된다. 초음파 프로브(2)에 의해 수신된 에코 신호는 초음파 검사 장치(3)에 의해 픽업되어 디지털 오실로스코프(4)에 의해 예컨대 HF 영상의 형태로 기록된다. HF 영상 데이터의 처리를 위해 PC(5)와 같은 DP 장치가 오실로스코프(4)에 연결된다.

검사될 부품(1)은 음향 임피던스의 관점에서 매우 유사한 재료로 이루어진 2 개의 층(6, 7)으로 구성되어 있다. 따라서 프로브(2)에 의해 발생한 전송 펄스(8)의 대부분이 상기 두 층(6, 7) 사이의 경계면(9)을 통과한다. 거의 1 rel.%의 양만 경계면(9)에서 반사되어 약한 경계면 에코(10)로서 프로브(2)에 의해 수신된다. 반면, 부품(2)의 뒷벽(12)에 의해 반사된 백월 에코(13)는 훨씬 더 강하다. 경계면이 0.01의 반사율을 갖는 경우, 예컨대 백월 에코(13)가 경계면 에코(10)보다 99배 더 강하다. 그러므로 증폭이 적은 HF 영상에서는 경계면 에코(10)가 더 이상 인식될 수 없다(도 2 참조). 그러나 도 2에 따른 영상은 연속하는 2 개의 백월 에코(13) 사이의 시간 간격을 기초로 하여 벽 두께를 측정하는데 사용될 수 있다.

연속하는 2 개의 백월 에코(13) 사이의 신호들, 즉 상기 백월 에코(13)에 의해 한정되는 에코 주기(14) 내의 신호들을 관찰할 수 있도록 하기 위해, 증폭율이 예컨대 100 배 더 높은 기록이 필요하다. 그러한 방식의 HF 영상이 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 영상은, 도 2의 HF 영상과 같이, 개개의 HF 영상을 기록한 것이 아니라 다수의 초음파 샷(shots)의 여러 HF 영상이 중첩된 것을 기록한 것이다. 초음파 샷들은 불규칙한 전기적 잡음까지 서로 동일하기 때문에, 초음파 프로브의 불완전한 감쇠 및 횡파 에코로 인해 발생하는 잡음 신호가 사용 신호와 같은 정도로 증폭되어 전기적 잡음만 필터링된다. 따라서 이러한 유형의 측정 작업, 즉 부품(2)의 부분층 두께 측정에서는 경계면 에코(10)가 종종 잡음 신호 진폭의 범위 내에 놓이는 진폭을 나타낸다. 따라서 경계면 에코(10)를 구분하여 부품(2)의 부분층 두께를 측정하기가 쉽지 않다. 이러한 문제를 개선하기 위해, 도 2 및 도 3에 도시된 디지털 형태의 HF 영상이 전술한 PC(5)에 의해 처리된다. 컴퓨터 프로그램을 이용하여 도 3에 따른 HF 영상이 상기 HF 영상의 에코 주기로 분해되어 상응하게 중첩된다. 도 4는 처음 14 개의 에코 주기(14)가 중첩된 결과를 보여준다. 전송 펄스(8) 및 제 1 백월 에코(13a)로 이루어진 제 1 에코 주기(14a)를 나타내는 도 5와 비교해보면, 대부분의 잡음 신호(15a)의 세기가 약해져 있다는 것을 알 수 있다. 이는 상기 잡음 신호들의 외형이 연속하는 에코 주기(14) 내에서 변한다는 사실에 기인한다. 즉, 잡음 신호(15a)의 최고점들이 개별 에코 주기 내에서 다른 위치에 나타나기 때문에 중첩되면 진폭이 감소된다. 백월 에코(13)의 바로 뒤를 따르는 신호 그룹(15b)만 백월 에코의 주기성에 가깝게 결합되기 때문에, 여기서는 신호가 감쇠되지 않는다. 그러나 상기 신호는 그의 위치로 인해 처음부터 제외될 수 있다. 부분층(7)의 두께를 측정하기 위해 경계면 에코(10) 및 백월 에코(12)의 최소값이 적용된다. 일반적으로 알려진 것처럼, 부분층(7)의 두께는 상기 신호들 사이의 시간차로부터 유래한다. 이를 위해 신호들의 최소값이 측정될 수 있고, 산출된 초음파 속도를 기초로 하여 상기 신호들의 시간차가 층 두께로 변환될 수 있다.

Claims (2)

1. 경계면 반사율이 낮은 다층 부품(1) 내 부분층 두께의 초음파 측정 방법으로서,

   a) 초음파 프로브(2)를 사용하여 부품(1)의 미리 정해진 위치에 다수의 전송 펄스(8)를 발생시키는 단계,

   b) 그 결과 발생한, 전송 펄스(8)에 할당되는 에코 신호들을 HF 영상으로서 디지털 방식으로 기록하는 단계,

   c) 컴퓨터 프로그램을 이용하여 전파 시간이 상이한 다수의 벽두께 에코 주기들(14)을 상응하게 중첩시키는 단계를 포함하는 초음파 측정 방법.
2. 제 1항에 있어서, 핵연료 피복 튜브의 라이너 층 두께를 측정하기 위해 사용되는 초음파 측정 방법.