KR20130059934A - 전자기 초음파 센서모듈 - Google Patents

전자기 초음파 센서모듈 Download PDF

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조성호
김동규
김학준
박재하
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한국가스공사
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Abstract

본 발명은 전자기 초음파 센서모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자기 초음파 센서모듈은 배관의 구배에 맞게 굴절 형성된 빗(Comb) 형상의 평면구조물(Planar Frame)에 곡률 코일(Meander Coil)을 감아 솔레노이드(Solenoid)를 형성함으로써, 수평횡파(Shear Horizontal) 전자기 초음파 신호 효율을 향상시켜 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)를 이용한 배관 비파괴 검사를 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자기 초음파 센서모듈{ELECTRO MAGNETIC ACOUSTIC SENSOR MODULE}
본 발명은 전자기 초음파 센서모듈에 관한 것이다.
전자기 초음파 센서모듈은 통상 전자기 초음파 탐촉자(Elecrto Magnetic Acoustic Transducer: EMAT)에 설치되어 전자기 초음파를 발생함으로써, 배관의 상태를 검사토록 하고 있다.
즉 상기 전자기 초음파 센서모듈은 수평횡파(Shear Horizontal: SH) 유도 초음파를 배관을 따라 발생시켜 전파하게 되는데, 이때 배관에 결함이 없으면 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)의 리시버(Receiver)에서의 트랜스미션신호(Transmission Signal)가 증가하고 트랜스미터(Transmitter)에서의 에코신호(Echo Signal)는 발생하지 않는다.
그러나 결함이 생기면 결함에 의한 반사로 인해 에코신호는 증가하고 일부가 반사되었기 때문에 신호는 감소하게 된다. 따라서 이러한 신호의 변화를 통하여 배관의 결함을 검사하고 있다.
한편 상기 전자기 초음파 센서모듈은 원주방향으로 수평횡파(SH) 전자기 초음파를 발생시키기 위하여 통상 필름(Film) 형태에 도체로 패턴을 떠서 만들고 밑에 받침 구조물을 배관의 구배에 맞추어 제작하여 밀착시키는 방식으로 설치하여 사용하고 있다.
그러나 이와 같이 필름(Film) 형태에 도체로 패턴을 떠서 만든 종래의 전자기 초음파 센서모듈은 도체의 임피던스 및 수평횡파(SH) 전자기 초음파 신호의 크기를 높이는 데는 한계가 있다.
따라서 본 발명은 종래의 전자기 초음파 센서모듈의 문제점인 도체의 임피던스 및 수평횡파(SH) 전자기 초음파 신호의 크기 및 저항을 높이는데 따른 어려움을 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은, 전자기 초음파 신호 효율을 용이하게 향상시킬 수 있도록 한 전자기 초음파 센서모듈을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해,
본 발명은 배관의 구배에 맞게 굴절 형성된 빗 형상의 평면구조물; 및
상기 평면구조물에 권취된 곡률 코일;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 평면구조물에는 곡률 코일이 등 간격으로 배열된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 평면구조물은 마그넷이 구비되어 전자기 초음파 탐촉자에 업,다운 가능하도록 설치되는 요크에 설치된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 요크에는 충격을 완충하기 위한 센서댐퍼가 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 곡률 코일을 평면구조물에 감아 솔레노이드를 형성함으로써, 수평횡파(SH) 전자기 초음파 신호의 크기 및 저항을 높여 그 효율을 용이하게 향상시킬 수 있으며, 이를 전자기 초음파 탐촉자에 설치함으로써, 배관 비파괴 검사로봇을 이용한 배관검사를 용이하게 수행할 수 있도록 하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 평면구조물 및 곡률 코일의 실시 예를 나타내 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전자기 초음파 센서모듈의 설치 예를 나타내 보인 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 전자기 초음파 센서모듈의 실시 예를 나타내 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 센서댐퍼의 실시 예를 나타내 보인 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 전자기 초음파 센서모듈이 설치된 전자기 초음파 탐촉자를 나타내 보인 정면도.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 전자기 초음파 센서모듈(1)은 도 1에서 보듯이, 배관의 구배에 맞게 굴절 형성된 빗(Comb) 형상의 평면구조물(Planar Frame) 및 상기 평면구조물(10)에 권취된 곡률 코일(Meander Coil)을 포함한다.
상기 평면구조물(10)은 합성수지재질을 이용하여 직사각형의 육면체로 형성하게 되며, 배관의 구배에 맞게 전체적으로 굴절 형성하게 된다. 그리고 평면구조물(10)의 표면을 도면상 세로방향으로 가공하여 산(10a)과 골(10b)을 형성함으로써, 최종적으로 빗(Comb) 형상의 평면구조물(10)을 형성하게 된다.
이때 상기 평면구조물(10)에 형성된 산(10a)과 산(10a) 사이의 피치(Pitch)는 골(10b)에 곡률 코일(11)이 수차례 권취되는 것을 감안하여 결정함이 바람직하다.
따라서 상기 골(10b)에 도체로써, 곡률 코일(11)을 수차례 감아 권취함으로써, 수평횡파(Shear Horizontal: SH) 전자기 초음파 신호의 크기 및 저항을 높아진 솔레노이드(Solenoid)의 제조가 가능해지는 것이다.
즉 본 발명에 따른 전자기 초음파 센서모듈(1)은 종래의 필름에 도체로 패턴을 형성하는 방식 대신 곡률 코일(11)을 평면구조물(10)의 골(10b)에 수차례 감아 권취하는 방식으로 솔레노이드(Solenoid)를 제조하게 됨으로써, 코일의 임피던스를 높여 전자기 초음파 신호 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
여기서 상기 곡률 코일(11)은 그 수가 증가할수록 수평횡파(SH) 전자기 초음파 신호의 크기 및 저항을 높일 수 있으므로, 평면구조물(10)에 산(10a)과 골(10b)을 배열(Array) 형성한 후 곡률 코일(11)을 권취함이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 곡률 코일(11)을 등 간격으로 배열할 수 있게 하여 신호의 크기 및 저항을 일정하게 높이는 것이다.
한편 전자기 초음파 센서모듈(1)은 도 2에서 보듯이, S극과 N극을 갖는 마그넷(Magnet)이 구비되어 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)에 업,다운(Up/Down) 가능하도록 설치된 요크(20)에 설치되어 수평횡파(SH) 유도 초음파를 배관을 따라 발생시켜 전파함으로써, 전자기 초음파를 이용한 배관 비파괴 검사를 하게 된다.
이를 위해 본 발명에 따른 전자기 초음파 센서모듈(1)은 도 3에서 보듯이, 외부층(Wear Plate)과 단열층(Insulation) 사이에 솔레노이드로써, 곡률 코일(11)이 권취된 평면구조물(10)을 설치하고, 상기 단열층에 임피던스 매칭 장치(Electric Impedance Matching device)를 설치한 후 상기 평면구조물(10)과 전기적으로 연결하게 된다.
따라서 마그넷(21a)(21b) 및 곡률 코일(11)이 요크(20)에 축 방향으로 배치되도록 전자기 초음파 센서모듈(1)을 상기 요크(20)의 외부에 설치한 후 동축 케이블용 커넥터(BNC Connector)를 통해 전기적으로 연결하여 상기 곡률 코일(11)에 전압을 가하면 자왜현상(Magnetostriction)에 의해 수평횡파(SH) 유도 초음파가 배관 따라 발생하여 전파하게 된다.
이때 결함이 없으면 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)의 리시버(Receiver)에서의 트랜스미션신호(Transmission Signal)가 증가하고 상기 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)의 트랜스미터(Transmitter)에서의 에코신호(Echo Signal)는 발생하지 않는다.
그러나 결함이 생기면 결함에 의한 반사로 인해 에코신호는 증가하고 일부가 반사되었기 때문에 신호는 감소하게 된다. 따라서 이러한 신호의 변화를 통하여 결함을 검사할 수 있게 되는 것이다.
이러한 전자기 초음파 센서모듈(1)이 설치된 요크(20)에는 도 4에서 보듯이, 센서댐퍼(Sensor Damper)가 설치되어 업,다운 과정에서의 평면구조물(10)에 가해지는 직,간접적인 충격 등을 완충하게 된다.
상기 센서댐퍼(24)는 리시버(22) 및 트랜스미터(23)와 상기 요크(20) 사이에 코일스프링을 개재하는 방식으로 실시하게 되며, 상기 코일스프링을 통한 안정적인 댐핑(Damping)이 이루어지도록 가이드레일(25)을 통해 상기 리시버(22) 및 트랜스미터(23)의 움직임을 안내하게 된다.
한편 상기 요크(20)는 도 5에서 보듯이, 양 측면에 휠(Wheel)을 설치한 후 원판으로 이루어진 전단부(30)와 후단부(31) 사이에 쇼크 업쇼버(Shock absorber)를 통해 적어도 한 쌍 이상으로 설치되어 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)를 구성하게 된다.
또한 이와 같이 구성된 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)의 전단부(30)에 트랙션 시스템(Traction System)을 연결하고, 후단부(31)에 데이터 저장장치 등을 포함하는 모듈그룹을 연결하여 배관 비파괴 검사로봇을 구성함으로써, 상기 트랙션 시스템(Traction System)을 통해 배관을 따라 이동하면서 수평횡파(SH) 유도 초음파를 발생시키면서 검사를 진행하게 된다.
1 - 전자기 초음파 센서모듈 10 - 평면구조물
11 - 곡률 코일 20 - 요크
21a, 21b - 마그넷 22 - 리시버
23 - 트랜스미터 24 - 센서댐퍼

Claims (4)

  1. 배관의 구배에 맞게 굴절 형성된 빗(Comb) 형상의 평면구조물(Planar Frame); 및
    상기 평면구조물에 권취된 곡률 코일(Meander Coil);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 초음파 센서모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 평면구조물에는 곡률 코일이 등 간격으로 배열(Array)된 것을 특징으로 하는 전자기 초음파 센서모듈.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 평면구조물은 마그넷(Magnet)이 구비되어 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)에 업,다운 가능하도록 설치되는 요크(Yoke)에 설치된 것을 특징으로 하는 전자기 초음파 센서모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 요크에는 충격을 완충하기 위한 센서댐퍼(Sensor Damper)가 설치된 것을 특징으로 하는 전자기 초음파 센서모듈.
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