KR20110014767A - 다채널 초음파를 이용한 배관 검사장치와 그 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관내의 결함위치를 정확하게 파악할 수 있도록 하는 초음파를 이용한 배관 검사장치와 그 검사방법을 개시한다. 본 발명은 초음파를 이용한 배관 검사장치와 그 검사방법에 관한 것으로, 원통 형상의 배관의 원주 방향을 따라 소정간격 이격되도록 상기 배관의 외주면에 설치되어 유도초음파를 발진시키는 복수의 초음파 발진기와; 상기 초음파 발진기에서 발진되어 상기 배관을 경유하는 초음파를 수신하는 초음파 수신기와; 상기 초음파 수신기에 수신된 유도초음파의 신호를 전달 받아 정보를 수집하는 정보수집부와; 상기 정보수집부에서 발생되는 아날로그 신호를 전달받아 디지털신호로 변환시키는 디지타이저와; 상기 디지타이저에서 발생되는 디지털신호를 전달받아 상기 배관내의 결함위치를 추적할 수 있도록 상기 디지털신호를 분석하는 분석장치를 포함하여 구성됨으로써, 배관내의 작은 결함도 누락됨 없이 파악함과 동시에 그 결함이 배관의 원주 방향을 따라 어느 위치에 존재하는지를 정확하게 파악할 수 있다.

유도초음파, 초음파발진기, 디지타이저

Description

다채널 초음파를 이용한 배관 검사장치와 그 검사방법{PIPE INSPECTION DEVICE USING PLURAL CHANNEL ULTRA-SONIC AND THE INSPECTION METHOD THEREOF}

본 발명은 초음파를 이용한 배관 검사장치와 그 검사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배관내의 작은 결함도 누락됨 없이 파악함과 동시에 그 결함이 배관의 원주 방향을 따라 어느 위치에 존재하는지를 정확하게 파악할 수 있는 초음파를 이용한 배관 검사장치와 그 검사방법에 관한 것이다.

유도초음파는 구조물의 기하학적인 형상을 따라 길이방향으로 전파하는 파로서, 많은 종파와 횡파가 반사 및 중첩되어 형성된다. 이러한 유도초음파를 이용한 탐상 방법은 광범위 비파괴 탐상에 효율적으로 사용될 수 있으며, 시험 방법이 안전하고 비용이 비교적 많이 들지 않는 장점이 있다.

도 1은 종래의 초음파를 이용한 배관검사 장치의 구조를 개략적으로 도시한 계략도이고, 도 2는 도 1의 초음파 입사수단이 배관에 설치되는 구조를 도시한 사시도이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 종래의 초음파를 이용한 배관검사 장치는, 유도초음파를 발생시키기 위하여 유도초음파를 발생시킬 수 있는 초음파를 발생시 키고, 유도초음파 신호를 수신할 수 있는 초음파 장치(20); 상기 초음파 장치의 전기적인 출력신호를 초음파로 바꾸어주는 송신탐촉자(50); 상기 송신탐촉자(50)와 연결되는 초음파 입사수단(70); 상기 입사수단(70)에 의해 발생된 초음파가 파이프를 통해 전달되는 유도초음파를 감지하는 탐촉수단(80); 상기 탐촉수단에서 감지한 유도초음파를 전기신호로 바꾸는 수신탐촉자(60); 및 상기 초음파 장치(20)의 발진조건을 제어하고, 수신된 유도초음파 신호를 분석하는 제어장치(40)를 포함하여 구성되어 있다.

입사수단 및 탐촉수단으로는 상기 파이프(10)와 소정범위의 접촉부위를 갖는 웨지를 사용하는데, 배관(10)과 초음파 입사수단(70)이 상호 접촉되는 상기 접촉부위는 도 2에 도시된 바와 같이, 배관(10)과 동일한 형상으로 형성된 반원통 형상의 접촉홈(71)으로 형성되며, 상기의 각 웨지(70, 80)의 접촉홈(71, 81)은 배관의 크기 및 형상에 따라 달라질 수 있다.

유도초음파는 발진방향이나 형태에 따라서 수학적으로 수많은 모드(mode)로 표현된다. 예를 들어, L(0, n)은 모드값 n인 길이방향 모드(longitudinal mode)를 나타내는 것이다, 모드의 종류는 L모드(longitudinal mode), T모드(torsional mode) 및 F모드(flexural mode)가 있으며, 주로 T모드는 발진 및 수신이 용이하지 않으므로, 본 발명에서는 L모드 및 F모드의 유도초음파가 사용된다.

각 모드들은 서로 다른 위상속도를 가지게 되는데, 상기 위상속도는 시간조화신호의 조합으로 이루어진 군집형신호의 개별 조화신호가 진행하는 속도를 나타낸다. 이러한 위상속도가 각 모드와 선택되는 주파수 그리고 관의 두께에 따라 달 라지게 된다.

상기 입사웨지(70)와 파이프(10)의 접촉각도에 따라 상기 초음파 발생장치(20)에서 생성된 초음파가 상기 배관(10)에 입사되는 입사각이 정해지기 때문에, 상기 송신탐촉자(50)의 입사웨지(70)에 대한 설치각도는 유도초음파를 생성하는데 중요한 역할을 한다.

상기 웨지들(70, 80)을 배관에 접촉시킬 때에는 상기 배관에 웨지가 밀착되도록 탐상부위의 표면을 사포 등으로 깨끗하게 처리한 후 접촉시킨다. 상기 웨지(70, 80)가 배관(10)에 밀착되지 않는 경우에는 글리세린과 같은 접촉매질을 사용하여 밀착시킨다.

이러한 구성에 의한 종래의 초음파를 이용한 배관 검사장치는 다음과 같은 방법으로 동작한다.

초음파 입사수단 및 탐촉수단을 진단하고자 하는 관에 설치하는 제1단계; 제어장치를 이용하여 주파수, 게인(gain) 및 싸이클 수 등의 초음파 발진조건을 선택하는 제2단계; 초음파 발생장치를 이용하여, 상기 조건으로 상기 초음파 입사수단으로 초음파 발생장치를 이용하여, 상기 조건으로 상기 초음파 입사수단으로 L모드 또는 F모드의 유도초음파를 발생시킬 수 있는 초음파를 입사시켜 파이프 내에 유도초음파를 발생시키는 제3단계; 상기 유도초음파를 상기 탐촉수단을 이용하여 탐지하는 제4단계; 및 상기 수신된 유도초음파를 분석하는 제5단계를 포함한다.

상기 제2단계에서 발진조건은, 입력 초음파의 주파수, 게인 및 싸이클 수를 변화시키도록 프로그래밍 된 상기 제어장치(40)에 의해 결정된다. 상기 발진조건은 사용 대상체 및 탐상조건에 따라 유동성 있게 변화시킨다.

상기 과정에서, 초음파의 주파수 및 게인을 제어하는 것은 초음파의 에너지를 제어하는 역할을 하고, 싸이클을 제어하는 것은 한번의 버스트(burst)에 들어가는 sine파의 수를 제어하여 수신 신호의 정밀도를 높이는 역할을 한다.

상기 과정을 통해 초음파가 상기 배관(10) 내에 입사되어 유도초음파가 발생하면, 상기 탐상웨지(80)에 구비된 탐촉자(60)에서 상기 신호를 수신하여 전기신호로 바꾸게 되며, 이러한 데이터를 분석하여, 배관의 상태를 진단할 수 있다.

상기의 데이터들은 디스플레이 장치(30)를 통해 가시화 될 수 있다.

상기 제5단계의 데이터 분석과정은 프로그래밍화 되는데, 그 과정은 상기의 입사조건과 같은 조건으로 스케일이 없는 관에 적용하였을때 수신신호의 최대 진폭을 데이터화 하여, 현장에서 탐지된 수신 신호의 최대 진폭과 비교하여 그 감소량에 따라 스케일량을 정량적으로 추측할 수 있다.

그런데, 이러한 종래의 초음파를 이용한 배관 검사장치에 있어서는, 배관의 길이 방향을 따라 배관내에 존재하는 결함의 위치는 파악할 수 있지만 배관의 원주 방향을 따라 존재하는 결함의 위치를 파악할 수 없을 뿐만 아니라, 단일한 채널을 이용하여 결함의 위치를 파악하므로 작은 결함은 누락될 위험이 존재한다는 문제점이 있다.

상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은, 배관내의 작은 결함도 누락됨 없이 파악함과 동시에 그 결함이 배관의 원주 방향을 따라 어느 위치에 존재하는지를 정확하게 파악할 수 있는 초음파를 이용한 배관 검사장치와 그 검사방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 초음파를 이용한 배관 검사장치는, 원통 형상의 배관의 원주 방향을 따라 소정간격 이격되도록 상기 배관의 외주면에 설치되어 유도초음파를 발진시키는 복수의 초음파 발진기와; 상기 초음파 발진기에서 발진되어 상기 배관을 경유하는 초음파를 수신하는 초음파 수신기와; 상기 초음파 수신기에 수신된 유도초음파의 신호를 전달받아 정보를 수집하는 정보수집부와; 상기 정보수집부에서 발생되는 아날로그 신호를 전달받아 디지털신호로 변환시키는 디지타이저와; 상기 디지타이저에서 발생되는 디지털신호를 전달받아 상기 배관내의 결함위치를 추적할 수 있도록 상기 디지털신호를 분석하는 분석장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 초음파를 이용한 배관 검사방법은, 상술한 배관 검사장치를 이용하여 배관 내의 결함을 검사하는 방법으로서, 상기 초음파 발진기를 배관의 외주면에 원주방향을 따라 소정 간격으로 설치하는 제1단계와; 상기 초음파 발진기에 일정한 주기로 순차적으로 전기적인 신호를 입력하여 유도초음파를 발진시키는 제2단계와; 상기 초음파 발진기에서 발진된 유도초음파가 상기 배관을 경유하여 상기 초음파 수신기로 수신되는 제3단계와; 상기 초음파 수신기에 수신된 신호를 상기 정보수집부로 전달받아 정보를 수집하는 제4단계 와; 상기 정보수집부에 수집된 상기 유도초음파의 신호를 분석하여 상기 배관 내의 결함위치를 파악하는 제5단계를 순차적으로 진행하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 초음파를 이용한 배관 검사장치는 배관내의 작은 결함도 누락됨 없이 파악함과 동시에 그 결함이 배관의 원주 방향을 따라 어느 위치에 존재하는지를 정확하게 파악할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 배관 검사장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 배관의 외주면에 초음파발진기가 설치된 구조를 도시한 종단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 배관 검사장치의 구성도를 개략적으로 도시한 개략도이며, 도 5는 초음파 발진기에서 일정한 주기를 갖는 신호가 발생됨을 보여주는 그래프이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 배관 검사장치는, 원통 형상의 배관(1)의 원주 방향을 따라 소정간격 이격되도록 배관(1)의 외주면에 설치되어 유도초음파를 발진시키는 복수의 초음파 발진기(100)와, 초음파 발진기(100)에서 발진되어 배관(1)을 경유하는 초음파를 수신하는 초음파 수신기(200)와, 초음파 수신기(200)에 수신된 유도초음파의 신호를 전달받아 정보를 수집하는 정보수집부(300)와, 정보수집부(300)에서 발생되는 아날로그 신호를 전달받아 디지털신호로 변환시키는 디지타이저(400)와, 디지타이저(400)에 서 발생되는 디지털신호를 전달받아 배관(1)내의 결함위치를 추적할 수 있도록 상기 디지털신호를 분석하는 분석장치(500)를 포함하여 구성되어 있다.

초음파 발진기(100)와 초음파 수신기(200)는 배관(1)의 외주면에 그 원주 방향을 따라 배관(1)의 중심을 기준으로 상호 동일한 간격을 가지도록 8개 내지 16개가 설치되는데 본 발명의 일 실시예에서는 16개가 설치되어 있으며, 각각의 초음파 발진기(100)에는 서로 다른 발진시간을 갖는 신호가 입력된다.

초음파 발진기(100)에 입력되는 신호는 사용자의 필요에 따라 10 ~ 1000 Khz를 갖는 신호를 선택적으로 입력하여, L모드 또는 F모드의 유도초음파를 발진하게 되며, 유도초음파 발진 방식은 압전 방식이 사용되는 것이 효과적이다.

초음파 수신기(200)는 초음파 발진기(100)에서 발진된 유도초음파를 수신하는 장치로서, 발생지점과 동일 지점에서 배관의 결함으로부터 회절되어 돌아오는 초음파 신호를 수집하며, 설치위치는 초음파 발진기(100)와 동일하게 배관(1)의 외주면에 그 원주 방향을 따라 배관(1)의 중심을 기준으로 상호 동일한 간격을 가지도록 8개 내지 16개가 설치된다.

정보수집부(300)는 초음파수신기(200)에 수신된 16 채널을 갖는 전기적인 신호를 각각 수집한 후, 아날로그 신호를 디지타이저(400)에 전달하는 역할을 하는 장치이며, 디지타이저(400)는 전달된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 전환시킨 후, 분석장치(500)로 전달하게 된다.

디지타이저(400)에서 디지탈 신호로 변환된 신호는 데이터버퍼(410)에 저장된 후, 소정의 신호 처리 과정을 거쳐 이더넷(Ethernet)을 통하여 분석장치(500)로 전달되며, 분석장치(500)에서는 16개의 채널을 갖는 신호들을 분석하여 배관(1)의 길이 방향뿐만 아니라, 원주 방향을 따라 배관(1)내의 결함 위치를 파악하게 된다.

결함 탐지 능력은, 배관(1) 내의 결함이 배관(1) 두께의 10 % 이하의 미세한 두께로 흠이 생기더라도 그 위치 탐지가 가능하다.

상기와 같이 구성된 초음파를 이용한 배관 검사장치가 작동되는 과정은 다음과 같다.

우선, 결함 위치를 탐지하고자 하는 배관(1)의 외주면에 초음파 발진기(100)와 초음파 수신기(200)를 그 원주 방향을 따라 동일한 간격으로 설치한 후, 초음파 발진기(100)에 일정한 주기로 순차적으로 전기적인 신호를 입력하여 유도초음파를 발진시키게 된다.

이때, 초음파 발진기(100)에 발진되는 신호는 각각의 초음파 발진기(100) 마다 다른 주파수, 즉 10 Khz ~ 1000 Khz의 주파수를 갖는 신호가 발진되며, 그 신호의 모드는 F모드 혹은 L모드를 갖는다.

초음파 발진기(100)에서 발진된 신호는 각각의 채널별로 서로 다른 발생시간을 갖고 배관(1)의 내부를 따라 전파하면서 결함 혹은 배관의 기하학적 형상 변화에 의한 초음파의 회절신호가 반사되어 돌아와 초음파 수신기(200)에 수신된다.

초음파 수신기(200)로 수신된 신호는 신호수집부(300)에 의하여 그 정보가 수집되며, 수집된 정보는 아날로그 신호의 형태로 디지타이저(400)로 전달되어 디지타이저(400)에서 디지탈신호로 변환된다.

디지탈신호로 변환된 정보는 데이타버퍼(410)에 저장된 후, 소정의 신호 처 리 과정을 거쳐 이더넷(Ethernet)을 통하여 분석장치(500)로 전달되고 분석장치(500)에서 디지탈신호를 분석하여 배관(1) 내에 결함이 존재하는 위치를 파악하게 된다.

이러한 방법에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 배관 검사장치는, 배관(1)의 두께의 10% 이하에 해당하는 작은 결함도 누락됨 없이 파악함과 동시에 그 결함이 배관(1)의 길이 방향을 따라서는 물론이고, 배관(1)의 원주 방향을 따라 어느 위치에 존재하는지를 정확하게 파악할 수 있수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1은 종래의 초음파를 이용한 배관검사 장치의 구조를 개략적으로 도시한 계략도이고,

도 2는 도 1의 초음파 입사수단이 배관에 설치되는 구조를 도시한 사시도이며,

도 3은 배관의 외주면에 초음파발진기가 설치된 구조를 도시한 종단면도이고,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 총므파를 이용한 배관 검사장치의 구성도를 개략적으로 도시한 개략도이며,

도 5는 초음파 발진기에서 일정한 주기를 갖는 신호가 발생됨을 보여주는 그래프이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

1 : 배관 100 : 초음파 발진기

200 : 초음파 수신기 300 : 정보수집부

400 : 디지타이저 410 : 데이타버퍼

500 : 분석장치

Claims (5)

1. 원통 형상의 배관의 원주 방향을 따라 소정간격 이격되도록 상기 배관의 외주면에 설치되어 유도초음파를 발진시키는 복수의 초음파 발진기와;

   상기 초음파 발진기에서 발진되어 상기 배관을 경유하는 초음파를 수신하는 초음파 수신기와;

   상기 초음파 수신기에 수신된 유도초음파의 신호를 전달받아 정보를 수집하는 정보수집부와;

   상기 정보수집부에서 발생되는 아날로그 신호를 전달받아 디지털신호로 변환시키는 디지타이저와;

   상기 디지타이저에서 발생되는 디지털신호를 전달받아 상기 배관내의 결함위치를 추적할 수 있도록 상기 디지털신호를 분석하는 분석장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 배관 검사장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 발진기는 8개 내지 16개로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 배관 검사장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 디지타이저와 상기 분석장치는 이더넷(Ethernet)으로 연결되는 것을 특 징으로 하는 초음파를 이용한 배관 검사장치.
4. 제1항에 따른 배관 검사장치를 이용하여 배관 내의 결함을 검사하는 방법으로서,

   상기 초음파 발진기와 상기 초음파 수신기를 배관의 외주면에 원주방향을 따라 소정 간격으로 설치하는 제1단계와;

   상기 초음파 발진기에 일정한 주기로 순차적으로 전기적인 신호를 입력하여 유도초음파를 발진시키는 제2단계와;

   상기 초음파 발진기에서 발진된 유도초음파가 상기 배관을 경유하여 상기 초음파 수신기로 수신되는 제3단계와;

   상기 초음파 수신기에 수신된 신호를 상기 정보수집부로 전달받아 정보를 수집하는 제4단계와;

   상기 정보수집부에 수집된 상기 유도초음파의 신호를 분석하여 상기 배관 내의 결함위치를 파악하는 제5단계를 순차적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 배관 검사방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제4단계와 제5단계 사이에는, 상기 정보수집부에 수집된 유도초음파의 아날로그 신호를 디지털신호로 변환시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배관 검사방법.

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