KR20060010114A - 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정방법 및 장치 - Google Patents

펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 검사대상물인 구동 코일에 펄스 전압을 인가하고, 상기 구동 코일에 의해 금속관에 인가되는 펄스 전압에 의해 발생되는 와전류를 검출 코일이 검출하여 상기 검출된 와전류 신호를 증폭시키고 상기 증폭된 와전류 신호를 디지털처리하여 상기 디지털처리된 전압값을 검사대상물인 금속관과 동일한 규격의 금속으로 제조된 대비시험편에서 검출한 전압값과 비교하여 금속관의 부식 위치 및 잔여 두께를 측정하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 방법 및; 고압전원부가 포함된 펄스 발생부와, 상기 펄스 발생부에서 발생되는 펄스 전압을 금속관에 인가시키는 구동 코일과, 상기 금속관에 유도되는 펄스 와전류를 검출하는 검출 코일과, 상기 검출 코일로 유도되는 와전류 신호를 수신하는 신호 수신부와, 상기 신호 수신부에 수신되는 와전류 신호에서 특정 위치의 전압값을 검출하는 신호 처리부와, 상기 신호 처리부에서 검출된 신호를 증폭시키는 신호 증폭부와, 상기 신호 증폭부에서 증폭된 신호를 검사대상물인 금속관과 동일한 규격의 금속으로 제조한 대비시험편에서 검출한 전압값과 비교하여 금속관의 부식 위치 및 잔여 두께를 측정하는 컴퓨터를 포함하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 장치를 제공하여 금속관의 부식 위치 및 부식으로 인한 배관의 잔여 두께를 측정할 수 있음과 아울러 부식 부위의 넓이도 산출할 수 있기 때문에 고압 환경에서 운용되고 있는 금속 배관이 부식으로 인해 파손되는 것을 방지하여 산업 재해를 예방하고, 사고 발생으로 인한 비용 손실을 절감하도록 한 것이다.
펄스 와전류, 구동 코일, 검출 코일

Description

펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 방법 및 장치{Measuring method and apparatus for corrosion position and remain thickness of metal pipe using pulse an eddy current}
도 1은 본 발명 장치의 구성도.
도 2는 본 발명 장치에 의해 금속관에 설치되는 측정수단을 도시한 단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명 장치에 의해 코일에 인가되는 전압 및 출력되는 전압의 일예를 나타낸 그래프로서,
도 3은 펄스 발생부에서 발생되는 코일 구동 전압의 그래프이고,
도 4는 코일 구동 전압에 의해 구동 코일에 나타나는 전압의 그래프이며,
도 5는 구동 코일의 전압에 의하여 형성된 와전류에 의하여 검출 코일에 유도되는 출력 전압 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 ; 펄스 발생부 2 ; 구동 코일
3 ; 검출 코일 4 ; 신호 수집부
5 ; 신호 처리부 6 ; 신호 증폭부
7 ; 컴퓨터 11 ; 케이스
12 ; 보빈 13 ; 케이블
14 ; 케이블 고정구
본 발명은 금속 표면이나 내부에 발생되는 금속의 결함을 비파괴로 검지하기 위한 와류탐상 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속재료의 표면에 구동 코일을 두고 시간적으로 변화하는 전기적인 신호를 가하여 전자기 유도에 의하여 금속의 깊이에 따라 전류 밀도가 감소화면서 시간적으로 변화하는 와전류를 검출 코일에서 검출하여 금속에 대한 부식 위치 및 잔여 두께 등의 상태 정보를 검출하도록 한 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 원자력, 화력 및 열병합 발전소나 화학 플랜트 및 제철 및 제강 공장 등에는 여러 용도의 배관 설비들이 운용되고 있다. 이러한 배관 설비등 중에서 보일러나 열교환기 등은 매우 많은 금속관에 의해 제조된 설비이기 때문에 이들의 운전에 대하여 안전을 확보하는 것은 경제적 손실을 예방하고 인명 및 다른 설비의 손상을 예방하기 위하여 매우 중요한 일이다.
그러나 이러한 금속관들의 건전성을 검사하는 종래의 와전류 탐상법은 균열과 같은 결함을 검출하는데 집중되었고, 배관의 잔여 두께를 평가하는 문제 또는 부식이 관의 내부에 위치하는지 아니면 외부에 위치하는지 등의 부식 위치를 평가하지는 못하고 있는 실정이다.
이와 같이 종래 기술에 의한 와전류 탐상법은 일정한 주파수를 갖는 교류 형태의 전기적인 신호를 구동코일에 가하여 금속관에 형성된 균열과 같은 결함을 검출하는데 적용하게 된다. 이러한 종래의 와전류 탐상법은 일정한 주파수를 사용하기 때문에 금속관의 표면으로부터 일정 깊이까지만 검사가 가능하다. 따라서 검사 깊이를 변경하고자 하면 구동 전류의 주파수를 바꾸어주어야 한다.
그런데 코일의 경우에 임피던스는 주파수에 따라 증가하기 때문에 이를 조절해야하는 번거로움이 있으며, 또한 연속적인 교류 전류를 흘려주어야 하기 때문에 검출하고자 하는 결함의 깊이에 대한 정보를 얻을 수 없다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 두 개의 구동코일에 서로 다른 주파수를 가하여 결함의 깊이에 대한 정보를 알아내는 방법이 있으나, 이러한 종래의 방법은 사용하는 주파수에 의하여 검사하고자 하는 영역이 제한되는 문제가 있다.
또한, 구동 코일과 검출 코일이 일정 간격 이격설치되어 구동 코일에 의해 형성되는 자기장에 의해 금속관을 통과하면서 결함이 존재하는 부위의 누설 자속을 검출하는 방법인 원격장 와전류 탐상법은 누설 자속의 효과를 측정하는 방법이기 때문에 자성체에 대해서만 적용할 수 밖에 없는 한계가 있다.
이와 같은 문제점들을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 구동 코일에 스텝 펄스 전압을 인가하여 코일에서 전압이 급격히 변화할 때 금속관에 유도되는 와전류를 검출 코일로 검출함으로써 금속관에서 부식이 발생된 부위와, 부식에 의해 감소되고 남은 금속관의 잔여 두께를 측정하려는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 검사대상물인 금속관과 인접되게 설치하는 구동 코일에 펄스 전압을 인가하는 단계와; 상기 구동 코일에 의해 금속관에 인가되는 펄스 전압에 의해 발생되는 와전류를 금속관에 인접되게 설치하는 검출 코일이 검출하는 단계와; 상기 검출된 와전류 신호를 증폭시키는 단계와; 상기 증폭된 와전류 신호를 디지털처리하는 단계와; 상기 디지털처리된 전압값을 검사대상물인 금속관과 동일한 규격의 금속으로 제조된 대비시험편에서 검출한 전압값과 비교하여 금속관의 부식 위치 및 잔여 두께를 측정하는 단계를 포함하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 고압전원부가 포함된 펄스 발생부와; 상기 펄스 발생부에서 발생되는 펄스 전압을 금속관에 인가시키는 구동 코일과; 상기 금속관에 유도되는 펄스 와전류를 검출하는 검출 코일과; 상기 검출 코일로 유도되는 와전류 신호를 수신하는 신호 수신부와; 상기 신호 수신부에 수신되는 와전류 신호에서 특정 위치의 전압값을 검출하는 신호 처리부와; 상기 신호 처리부에서 검출된 신호를 증폭시키는 신호 증폭부와; 상기 신호 증폭부에서 증폭된 신호를 검사대상물인 금속관과 동일한 규격의 금속으로 제조한 대비시험편에서 검출한 전압값과 비교하여 금속관의 부식 위치 및 잔여 두께를 측정하는 컴퓨터를 포함하여 구성하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면 종래 기술에 의한 와전류 탐상법과는 달리 스텝 펄스를 인가하여 코일에서 전압이 급격히 변화하는 과정에서 유동되는 와전류를 검 출하는 방식이기 때문에 펄스 와전류 신호의 초기 진폭과 시간에 따라 감소화는 정도를 측정하여 금속관의 부식 위치와 부식에 의해 감소한 후의 금속관의 잔여 두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
첨부도면 도 1은 본 발명 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명 장치에 의해 금속관에 설치되는 측정수단을 도시한 단면도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명 장치에 의해 코일에 인가되는 전압 및 출력되는 전압의 일예를 나타낸 그래프이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 장치는 고압전원부가 포함된 펄스 발생부(1)와, 상기 펄스 발생부(1)에서 발생되는 펄스 전압을 검사대상물인 금속관(P)에 인가시키는 구동 코일(2)과, 상기 구동 코일(2)에 인가되어 검사대상물인 금속관(P)에 유도되는 펄스 와전류를 검출하는 검출 코일(3)과, 상기 검출 코일(3)로 유도되는 와전류 신호를 수신하는 신호 수신부(4)와, 상기 신호 수신부(4)에서 수신된 와전류 신호에서 특정 위치의 전압값을 검출하는 신호 처리부(5)와, 상기 신호 처리부(5)에서 검출된 신호를 증폭시키는 신호 증폭부(6)와, 상기 신호 증폭부(6)에서 증폭된 신호를 검사대상물과 동일 규격의 금속관으로 제조한 대비시험편에서 검출한 전압값과 비교하여 검사대상물인 금속관의 부식의 위치 및 잔여 두께를 평가하는 비교부 및 연산부를 포함하는 컴퓨터(7)로 구성되어 있다.
펄스 발생부(1)에서 인가되는 펄스 전압을 금속관(P)에 인가하는 구동 코일 (2)과, 금속관(P)에 유도되는 펄스 와전류를 검출하는 검출 코일(3)은 도 1에 도시한 바와 같이 금속관(P)의 내부에 설치되어 있다.
이처럼 금속관(P)의 내부에 설치되는 구동 코일(2) 및 검출 코일(3)은 도 2에 도시한 바와 같은 측정장치에 권선되는 상태로 설치된다. 즉, 검사대상물인 금속관(P)의 내부에 플라스틱 재질로 형성된 케이스(11)가 삽입되는데, 이러한 케이스(11)의 내부에는 플라스틱 재질로 형성된 보빈(12)이 설치되어 있으며, 보빈(12)의 일측에는 신호전달 케이블(13)이 연결되어 있고, 케이블(13)은 케이스(11)의 일단에 케이블 고정구(14)로 고정설치되어 있다. 보빈(12)의 중앙에는 검출 코일(3)이 권선되어 있고, 검출 코일(3)의 양측에 검출 코일과 연속되는 상태로 구동 코일(2)이 권선되어 있는데, 이때 구동 코일(2)이 보빈의 외주면에서 검출 코일(3)의 양측에 권선되는 폭은 검사대상물인 금속관(P)의 두께의 약 5∼10배의 길이로 권선되어 있고, 검출 코일(3)이 권선되는 폭은 권선되는 구동 코일(2)의 폭의 약 1/5∼1/10의 길이로 권선되어 있다. 이러한 구동 코일(2)과 검출 코일(3)의 권선폭은 실험적으로 가장 안정적인 길이비이다.
신호 수집부(4)는 검출 코일(3)에 유도된 와전류 신호를 전처리 증폭에 의해 증폭시킨 상태에서 신호 처리부(5)로 보내도록 연결되어 있다.
또한, 신호 처리부(5)는 수신된 와전류 신호에서 특정 위치의 전압값만을 포인트 샘플링(point sampling)법에 의하여 검출한다. 포인트 샘플링 방법은 구동 코일(2)에 의해 유도되는 검출 코일(3)의 펄스 신호를 트리거 신호로 하여 일정 시간 후에 검출 코일(3)의 전압을 순간적으로 콘덴서에 충전시킨 후에 충전된 값을 검출 하는 방법이다.
신호 처리부(5)에서 검출된 신호는 신호 증폭부(6)에서 증폭된 후에 A/D변환기를 이용하여 디지털신호 처리하여 컴퓨터(7)로 연결되어 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 금속재료의 표면에 근접하게 구동 코일을 위치시키고 시간적으로 변화하는 전기적인 스텝 펄스 신호를 가함으로써 전자기 유도에 의하여 금속의 깊이에 따라 전류 밀도가 감소하는 와전류가 유도되며, 이러한 와전류를 검출코일에서 검출하여 금속의 상태 정보를 간접적으로 파악하는 것이다.
펄스 발생부(1)에서 스텝 펄스를 구동 코일(2)에 인가하면, 구동 코일(2)에서 전압이 급격히 변화할 때 금속관(P)에 유도되는 와전류를 검출 코일(3)에서 검출하게 된다. 즉, 구동 코일(2)에 흐르는 전류를 급격하게 끊게 되면, 전류를 끊어주는 순간에 금속관(P)에는 큰 전류 밀도의 유도 전류가 형성되었다가 시간이 경과함에 따라 유도 전류가 서서히 감소하게 된다. 이러한 일예는 도 3 내지 도 5에 도시된 실험예에서 알 수 있다.
즉, 도 3은 본 발명에 의한 펄스 발생부(1)에서 발생되는 펄스 전압을 구동 코일에 인가하여 100∼500Hz의 주파수로 반복적으로 구동 코일(2)에 전압을 인가하는 코일 구동 전압의 그래프이고, 도 4는 도 3과 같는 펄스 전압의 인가시 구동 코일(2)에 실제 나타나는 전압의 그래프이며, 도 5는 구동 코일(2)에서 발생된 펄스 형태의 전압에 의해 형성된 와전류와 구동 코일(2)의 전압에 의하여 검출 코일(3)에 유도되는 검출 코일의 실제 출력 전압의 그래프로서, 도 5에서 보는 바와 같이, 금속관에 큰 전류 밀도의 유도 전류가 형성되었다가 시간이 지남에 따라 유도 전류 가 감소하는 것을 볼 수 있다.
이러한 와전류 신호를 전처리 증폭 기능을 갖는 신호 수집부(4)에서 수신하게 되고, 신호 수집부(4)에서 수신된 와전류 신호에서 신호 처리부(5)는 특정 위치의 전압값만을 포인트 샘플링법에 의하여 검출하게 된다.
검출된 신호값을 신호 증폭부(6)에서 증폭한 후에는 A/D변환기를 이용하여 디지털값으로 전환하여 이를 컴퓨터(7)로 보내면 컴퓨터(7)에서는 금속관(P)에 유도되었다가 점차적으로 사라지는 와전류 신호에 의해 금속관의 두께, 전기전도도 및 금속관의 내부에 존재하는 결함의 위치 및 크기에 따라 초기의 와전류 진폭과 점차적으로 감소하는 정도가 변화되는 신호값을 검사대상물과 동일한 규격의 금속관으로 제조된 대비시험편에서 검출한 전압값과 비교하여 펄스 와전류 신호의 초기 진폭과 시간경과에 따라 감소되는 정도를 측정하여 금속관에서 부식이 발생된 위치 즉, 금속관의 내측면에서 가까운 위치인지 아니면 외측면에서 가까운 위치인지를 파악할 수 있게 된다.
또한, 금속관에서 부식이 발생되고 남아 있는 금속관의 두께도 측정할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 펄스 발생부(1)에서 적절한 전압의 펄스 신호를 인가시 구동 코일(2)에서 발생되는 역기전력에 의해 구동 코일이 손상되는 것을 방지하도록 하기 위하여 구동 코일(2)의 임피던스에 알맞도록 출력 임피던스를 조절함과 아울러 구동 코일(2)에 전원을 공급하기 위한 전원공급기의 전압을 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 구동 코일(2)에서 검출 코일(3)로 직접 유도되는 유도 전류는 검사대상체가 있는 상태와 없는 상태의 신호를 비교하여 검사대상체가 없는 상태의 신호를 실제 검사대상체가 있는 상태의 신호에서 빼주면 되므로 디지털처리를 실시하는 상태에서 측정전의 미리 검사대상체가 없는 상태의 신호를 저장하여 값을 산출하면 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 방법 및 장치는 금속관의 부식 위치 및 부식으로 인한 배관의 잔여 두께를 측정할 수 있음과 아울러 부식 부위의 넓이도 산출할 수 있기 때문에 고압 환경에서 운용되고 있는 금속 배관이 부식으로 인해 파손되는 것을 방지하여 산업 재해를 예방하고, 사고 발생으로 인한 비용 손실을 절감하는데 기여하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 검사대상물인 금속관과 인접되게 설치하는 구동 코일에 펄스 전압을 인가하는 단계와;
    상기 구동 코일에 의해 금속관에 인가되는 펄스 전압에 의해 발생되는 와전류를 금속관에 인접되게 설치하는 검출 코일이 검출하는 단계와;
    상기 검출된 와전류 신호를 증폭시키는 단계와;
    상기 증폭된 와전류 신호를 디지털처리하는 단계와;
    상기 디지털처리된 전압값을 검사대상물인 금속관과 동일한 규격의 금속으로 제조된 대비시험편에서 검출한 전압값과 비교하여 금속관의 부식 위치 및 잔여 두께를 측정하는 단계를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출 코일에 의해 유도되어 검출된 와전류 신호중 포인트 샘플링법에 의하여 특정 위치의 전압값을 선택적으로 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 방법.
  3. 고압전원부가 포함된 펄스 발생부와;
    상기 펄스 발생부에서 발생되는 펄스 전압을 금속관에 인가시키는 구동 코일 과;
    상기 금속관에 유도되는 펄스 와전류를 검출하는 검출 코일과;
    상기 검출 코일로 유도되는 와전류 신호를 수신하는 신호 수신부와;
    상기 신호 수신부에 수신되는 와전류 신호에서 특정 위치의 전압값을 검출하는 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부에서 검출된 신호를 증폭시키는 신호 증폭부와;
    상기 신호 증폭부에서 증폭된 신호를 검사대상물인 금속관과 동일한 규격의 금속으로 제조한 대비시험편에서 검출한 전압값과 비교하여 금속관의 부식 위치 및 잔여 두께를 측정하는 컴퓨터를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출 코일은 보빈의 중앙에 권선되고, 상기 구동 코일은 상기 검출 코일의 양측에서 상기 보빈에 연속적으로 권선되어 상기 보빈을 상기 구동 코일 및 검출 코일을 보호하기 위한 케이스에 내장시켜 상기 금속관에 설치하는 것을 특징으로 하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동 코일은 검사대상물인 금속관 두께의 약 5∼10배의 길이로 상기 보보빈에 권선되고, 상기 검출 코일은 상기 구동 코일의 권선 폭의 약 1/5∼1/10의 길이로 상기 보빈에 권선된 것을 특징으로 하는 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정 장치.
KR1020040058705A 2004-07-27 2004-07-27 펄스 와전류를 이용한 금속관의 부식 위치 및 두께 측정방법 및 장치 KR100635711B1 (ko)

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