KR20160050060A

KR20160050060A - 결함 모니터링을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20160050060A
Application number: KR1020167008468A
Authority: KR
Inventors: 아르노 빌럼 프레드릭 볼커; 페트루스 스테파누스 반 자일; 롯폴라 팔라반
Original assignee: 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-05-10
Also published as: AU2014311952B2; AU2014311952A1; EP3039419A2; JP6438957B2; JP2016529516A; WO2015030592A3; EP2843401A1; US20160202213A1; WO2015030592A2; EP3039419B1; US9970905B2; KR102398630B1

Abstract

결함 모니터링 시스템은 파이프 라인과 같은 검사중인 구조물의 벽 상에 초음파 송신기와 수신기를 갖는다. 수신기는 검사중인 구조물의 벽 상에 검사중인 영역을 실질적으로 둘러싸는 위치의 배열 내에 배치된다. 배열은 상이한 축 위치들에서 파이프라인을 따라 두 개의 원주 링을 포함한다. 초음파 수신기의 배열은 벽을 통해서 벽의 다른 부분에 대해서 영역을 떠나는 초음파를 초래하는 신호를 측정하는데 이용된다. 측정된 신호로부터 역 전파된 신호는 영역 내에 위치로부터 경계에 수신기의 위치까지의 전파의 모데링된 결과를 보상하면서, 둘러싸인 영역 내에 위치에 대해서 계산된다. 둘러싸인 영역 내에 위치에 대한 역 전파된 신호는 영역의 경계에 걸친 근사 적분(approximate integral)을 얻기 위해서 수신기의 위치들에 걸쳐 합산된다. 적분은 영역 내에 위치에 대한 역 전파된 신호에 대한 정규화 인자로서 이용된다. 이러한 방법으로 벽 내에 결함의 크기를 나타내는 반사 및/또는 전송 계수는 초음파 결합 계수의 교정에 독립적으로 얻어진다.

Description

결함 모니터링을 위한 시스템 및 방법{System and method for defect monitoring}

본 발명은 결함에 대해서 파이프라인과 같은 구조물을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

구조물 내로부터 초음파의 반사를 감지함으로써 구조물을 모니터링하는 것은 공지되어 있다. 이것은 결함이 초음파 반사를 야기하기 때문에, 구조물에서 크랙(cracks)과 같은 결함을 감지하는 것을 가능하게 한다. 특히 구조물의 벽(wall) 내에 결합이 감지될 수 있다. 여기에서 이용된 바와 같이, 벽은 구조물의 표면으로부터 표면 아래 제한된 거리까지 연장된 구조물의 부분이어서, 그것은 표면에 평행한 방향인 측방향(lateral direction)으로 전파되는 초음파를 지지한다. 벽은 구조물 내에 공간을 둘러쌀 필요가 없다. 벽의 표면 상에서 초음파 송신기(변환기(transducer))는 측방향으로 전파되는 파동(wave)을 여기시키는데(excite) 이용될 수 있다. 이것은 측면으로의 전송(lateral transmission)이라 불릴 수 있다. 표면 상에 초음파 수신기는 수신기 아래 벽을 통해서 측방향으로 전파되는 파동으로 인한 파동 신호를 감지하는데 이용될 수 있다. 상기 측면으로 전파되는 파동은, 파동이 가로질러, 즉 표면에 대해서 가로지르는 방향으로 출현 또는 진입하는 결과(implication) 없이, 수신기에 인접한 평면의 영역으로부터 또는 내로 "측방향으로 출현하는(emerge laterally)" 또는 "측방향으로 진입하는(enter laterally)"이라 할 것이다. 초음파 송수신기(transceiver)는 초음파 송신기 및 초음파 수신기 모두이다.

구조물이 파이프라인일 때, 감지 배치(detection arrangement)는 변환기와 수신기 사이에 파이프의 축 부분(axial section)을 갖는, 파이프의 원주 둘레에 초음파 변환기와 수신기의 링을 포함한다. 이러한 경우에 변환기로부터의 전송과 링 내 수신기에서 반사의 수신 사이의 지연은 링과 파이프 내에 결함 사이의 거리와 결함의 원주 위치에 관한 정보를 제공한다.

파이프라인이 이외에 임의의 구조물에 대해서도 유사하게, 구조물의 벽 상의 다른 위치에서 송신기와 수신기 사이의 초음파 전송이 이용될 수 있다. 이러한 경우에 수신기와 송신기의 다수의 조합 각각에 대해서 결함 없는 구조물로부터 얻어지는 기준 신호(baseline signal)와 측정된 전송을 비교함으로써, 모니터링이 수행될 수 있다. 변환기 내에 초음파와 구조물 내에 초음파 사이의 전달 계수(transfer coefficients)의 변화와 같은 것을 설명하기 위해서 비교 전에 모니터링 신호와 기준 신호의 상대 교정(relative calibration)이 필요할 수 있다.

단순한 결함의 감지 이상으로, 초음파는 결함의 더욱 상세한 분석에 대해서 이용될 수 있다. 반사의 각도 의존성(angle dependence)은 결함의 기하학적 구조(geometry)에 대해서 정보를 제공할 수 있다. 초음파 반사의 크기(magnitude)는 결함 크기와 함께 증가한다. 모니터링 목적을 위해서 결함의 크기를 추산하는 것은 중요할 수 있다. 구조물을 수리 또는 교체하기 위한 개입(intervention)은 오직 결합이 임계 크기(threshold size)를 초과하는 경우에 필요할 수 있다. 일부 경우에 그것이 개입이 필요한 크기로 성장한 때를 감지하기 위해서, 모니터링 시스템은 오직 결함이 발견된 후에 설치될 수 있다. 따라서 모니터링은 크기를 결정하는 것이 바람직하다.

하지만, 반사 크기 측정의 이용은 교정(calibration)이 필요하다. 결함 크기를 제외하고, 반사 크기는 변환기 내에 초음파와 구조물 내에 초음파 사이의 전달계수와 같은 다른 인자에도 의존하고, 이는 변환기가 부착되는 것과 온도와 같은 다른 인자에 의존할 수 있다.

US 4,255,798은 초음파에 의한 보어홀(bore hole)의 검사를 개시한다. 특히 보어홀 내에 파이프 주위의 시멘트 결합의 품질이 결정된다. 정규화된 에너지 결합 신호(normalized energy bond signal)는 내부 및 외부 케이싱 사이의 반향(reverberation)과 케이싱 반사의 진폭으로 인한 반사의 진폭의 비율을 취함으로써 얻는다. 일 실시예에서 반사의 반향 세그먼트(reverberation segment)는 그 내의 에너지를 결정하기 위해서 특정 시간 범위를 걸쳐 적분된다(integrated). 시멘트 결합의 품질의 대표인, 정규화된 결합 값은 적분된 반향 적분을 적분된 케이싱 신호를 나눔으로써 얻을 수 있다.

무엇보다도 교정된 구조물 모니터링을 제공하는 것이 목적이다.

초음파 수신기의 배열, 예를 들어 초음파 송신기에 의해서 송신된 초음파에 대응하여, 영역을 통한 전송 및/또는 영역 내에 반사 이후에, 검사(test)중인 구조물의 벽 상의 영역으로부터 측방향으로 출현하는 초음파, 즉, 상기 영역에서 벽을 통해 상기 영역 외부의 벽의 부분까지 벽의 부분을 떠나는 초음파가 원인된 신호를 측정하기 위해서, 파이프 둘레에 변환기의 제1 및 제2 링, 또는 수신기의 선형 배열을 포함하는 배열을 포함하는 결함 모니터링 시스템이 제공된다. 결함 모니터링 시스템은 초음파 수신기에 결합되고, 영역의 테두리(즉 그것의 둘레의 부분 또는 모두를 따라) 상에서 초음파 수신기로부터 측정된 신호로부터 벽 상에 영역 내에 검사중인 위치에 대한 각각의 추산된 신호를 계산하도록 구성된 신호 처리 시스템을 포함한다. 이것은 검사중인 위치와 수신기 사이의 지연 및 파동 발산(wave divergence)과 같은 위치로부터의 전파의 결과를 설명하기 위해서 벽을 통한 초음파 전파의 모델을 이용하는 것과 관련된다. 추산치는 위치로부터 수신기까지의 초음파 전파의 모델링된 결과를 설명하고, 상기 결과를 원상태로 돌림으로써 역 전파(back propagation)라 한다.

신호 처리 시스템은 위치에 대해 계산된 기준 신호로부터 검사중인 위치에 대한 추산된(역 전파된) 신호에 대한 정규화 인자를 결정한다.

기준 신호는 영역의 대향하는 측면 상에 수신기로부터 측정된 신호를 이용하여 얻으면서, 검사중인 상기 위치에 대한 역 전파된 신호의 합을 수 있다. 반사 및/또는 전송은 영역의 상이한 측면들 상에 수신기로부터 측정된 신호와 관련된다. 양 측면으로부터 측정된 신호를 기초로 한 추산된 신호를 합하여 얻어진 기준 신호를 이용함으로써, 검사중인 위치와 관련된 정규화된 반사 및/또는 전송 계수는 얻어질 수 있고, 그것은 진폭에 종속적이지만 결함 모니터링 시스템 자체의 특징에 독립적인 결함을 보존한다. 대안적으로, 정규화된 인자는 경고를 발생시키는 임계치, 및/또는 비-정규화된 측정된 반사 및/또는 전송 계수와 비교의 일환으로서 예측 기반 모델을 역으로 정규화하는데 이용될 수 있다. 영역으로부터 측방향으로 출현하는 초음파로 인한 신호는 영역에 측방향으로 진입하는 초음파로 인한 신호와 구별될 수 있고 이러한 신호들의 파동 전송(pulse transmission)과 발생 사이의 상이한 시간 지연을 기초로 한 시간 윈도우(time windows)를 이용하여 선택될 수 있다.

다른 실시예에서 기준 신호는 수신기의 배열에서 영역에 진입하는 입력 초음파를 측정함으로써 결정될 수 있다(입력되고 출현하는 초음파는 상이한 시간 윈도우로부터 신호를 얻음으로써 구별될 수 있다). 수신기에서 입력 초음파의 측정 신호로부터 검사중인 위치에서 추산되는 입력 신호는 추산될 수 있다. 추산치는 수신기로부터 검사중인 위치까지의 초음파 전파의 모델링된 결과를 설명하고, 그에 따라 전방 전파(forward propagation)라 한다. 입력 신호를 이용하는 이 실시예에서 수신기의 배열은 송신기와 영역 사이에서만 수신기를 포함할 필요가 있는 반면, 출현 신호의 합산을 이용하는 실시예는 송신기에서와 같이, 영역의 전방과 후방 양자에 수신기가 필요하다. 입력 신호를 이용하는 실시예에서 수신기는 송신기와 별개인 것이 바람직한 반면, 기준으로서 출현 신호의 합산이 이용된 실시예에서 변환기는 수신기과 송신기로 이용될 수 있다. 두 대안은 기준 신호의 계산을 위해서 조합될 수 있다. 예를 들어, 정규화 인자는 대안들에 의해서 얻어진 기준 신호의 평균으로부터 결정될 수 있다.

임의의 선행 청구항에 따른 결함 모니터링 시스템은 상기 벽 상에서 상기 영역 외측에 및/또는, 기준 신호가 제2 측정된 신호로부터 결정된 때, 상기 영역의 테두리 상에 초음파 송신기를 포함할 수 있다. 후자의 경우, 배열 내에 수신기와 송신기 양자의 역할을 하는 하나 이상의 송수신기가 이용될 수 있다.

바람직하게는, 동일한 초음파 전파 모드에 대응하는 신호가 측정된다(결함으로 이동하는(travelling to) 적어도 하나의 동일한 단일 모드; 결함으로부터 반사 또는 결함에 의한 전송의 측정을 위한, 동일한 모드가 선택되거나, 또는 상이한 모드). 만약 필요하다면, 선택된 모드에 대응하는 수신된 신호는 수신기에서 그들의 도착 시간을 기초로 하여 구별될 수 있다.

바람직하게는, 영역의 상이한 측면들 상에서 측방향으로 출현하는 신호 및/또는 일 측면 상에서 측방향으로 입력 및 출현하는 신호는 동일한 여기(excitation)에 대응하여 측정되거나 또는, 만약 상이한 시점에서 여기(excitation)에 대응하여 측정되면, 작은 시간 거리(예를 들어 몇 초 이내)에서 시점을 이용하는 것이 선택되어 시점 사이의 초음파 전파 특성의 변화는 제외될 수 있다.

입력 신호를 이용하는 실시예는 그것이 오직 가능한 결함을 포함하는 영역의 일 측면에 접근 가능할 때, 이용될 수 있는 장점을 갖는다. 추산치는 위치로부터 수신기까지의 초음파 전파의 모델링된 결과를 설명하고, 상기 결과를 원상태로 돌림으로써 역 전파라 한다.

실시예에서, 신호 처리 시스템은 결함 파라미터의 함수로서 정규화된 역 전파된 신호를 예측하는 모델의 결함 파라미터를 추산하는 단계의 역 결함 파라미터 결정 과정(inverse defect parameter determination process)을 수행하도록 구성된다. 이것은 광범위한 추가 교정 없이 초음파 측정으로부터, 크랙 깊이 및/또는 길이와 같은 결함의 파라미터와 관련된 진폭을 추산하는 것을 가능하게 한다.

정규화 인자의 유사한 계산은 영역 내에 벽 상에서 다수의 위치에 대해 수행될 수 있다. 이것은 역 결함 파라미터 결정 과정에 추가 입력을 제공하고, 그에 따라 추가 결함 파라미터를 추산하는 및/또는 결함 파라미터 더 정확히 추산하는 가능성을 제공한다.

상이한 위치들에 대한 정규화된 반사 및/또는 전송 계수는 이미지를 형성하는데 이용될 수 있다. 하지만, 바람직한 실시예에서 다수의 반사 및/또는 전송 계수는 하나의 위치에 대해 추산된다. 실시에에서, 초음파 송신기의 배열에 의한 여기 및/또는 상기 배열 내에 초음파 송신기의 각각의 상이한 조합된 여기가 이용된다. 이 실시예에서 위치에 대한 각각의 역 전파된 신호는 각 여기에 대해서 계산될 수 있고 위치에 대한 역 전파된 신호는 각각의 여기에 대한 정규화 인자를 결정하는데 이용될 수 있다. 또한, 정규화 인자는 상이한 초음파 모드들에 대해 계산될 수 있다. 각각은 역 결함 파라미터 결정 과정에 추가 입력을 제공하고, 그에 따라 추가 결함 파라미터를 추산하는 및/또는 결함 파라미터를 더욱 정확하게 추산하는 가능성을 제공하는데 이용될 수 있다.

결함 모니터링 시스템은 파이프를 모니터링하도록 설계될 수 있다. 파이프에 대한 역 전파된 신호의 계산은 간단하다. 실시예에서, 초음파 수신기의 배열은 각각 파이프를 따르는 제1 및 제2 원주 링 내에 위치된 제1 및 제2 서브-배열(sub-array) 내에 초음파 수신기의 제1 및 제2 서브-배열(sub-array)을 포함한다. 따라서 모니터링 영역은 링 사이의 파이프의 부분에 의해서 형성된다. 여기에서 이용된 바와 같이, 파이프를 따르는 원주 링은 파이프의 벽 상에서, 파이프의 외측 상에, 또는 내측 상에 있을 수 있다. 일 측면에 따르면, 신호 처리 시스템에 의해서 실행될 때, 신호 처리 시스템이 정규화 인자의 계산을 실행할 수 있도록 하는 신호 처리 시스템에 대한 명령(instructions)을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 컴퓨터 프로그램은 그 내에 저장된 명령을 포함하는 프로그램을 갖는 반도체 메모리(예를 들어 비-휘발성 메모리), 자기 또는 광학 디스크 등과 같은 컴퓨터 판독가능 매체(computer readable medium)일 수 있다.

파이프 라인과 같은 검사중인 구조물의 벽 상에 초음파 송신기와 수신기를 갖는 결함 모니터링 시스템이 제공된다. 수신기는 검사중인 구조물의 벽 상에서 검사중인 영역을 실질적으로 둘러싸는 위치의 배열에 배치된다. 배열은 상이한 축 위치들에서 파이프라인을 따르는 두 개의 원주 링을 포함할 수 있다. 초음파 수신기의 배열은 벽을 통해서 벽의 다른 부분으로 영역을 떠나는 초음파로 발생한 신호를 측정하는데 이용된다. 측정된 신호로부터 역 전파된 신호는 영역 내의 위치로부터 경계에서 수신기의 위치까지의 전파의 모델링된 결과를 보상하면서, 둘러싸인 영역 내에 위치에 대해서 계산된다. 둘러싸인 영역 내에 위치에 대한 역 전파된 신호는 영역의 경계에 걸쳐 근사 적분(approximate integral)을 얻기 위해서 수신기들의 위치들에 걸쳐 합산된다. 적분은 영역 내에서 위치에 대한 역 전파된 신호에 대한 정규화 인자로서 이용된다. 이러한 방법으로 벽 내에 결함의 크기를 나타내는 반사 및/또는 전송 계수는 초음파 결합 계수의 교정에 독립적으로 얻어진다.

이러한 그리고 다른 목적 및 유리한 측면은 다음의 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1a, 도 1b는 파이프 상에 초음파 변환기 포함하는 시스템을 도시한다
도 2는 초음파 모니터링의 흐름도를 도시한다
도 3a 내지 도 3c는 변환기 구성을 도시한다
도 4는 초음파 모니터링의 흐름도를 도시한다
도 5는 평면의 구조물 상에 초음파 송신기 및 수신기를 도시한다
도 6은 초음파 송신기 및 수신기의 구성을 도시한다

도 1a는 파이프(10)를 위한 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한다. 시스템은 초음파 변환기의 제1 링(12), 초음파 수신기(물론 초음파 변환기일 수 있다)의 제2 링(14)을 포함한다. 실시예에서, 파이프(10)는 파이프 벽과 유체의 이송을 위한 중공인 내부로 구성되고, 적어도 실질적으로 원형인 단면을 갖는다. 도 1b는 파이프(10) 상에 연속적인 원주 위치에 위치된, 링 내에 다수의 초음파 변환기(120, 오직 하나가 표시된)와 함께, 제1 링(12)의 축 위치에서 파이프(10)의 단면을 개략적으로 도시한다. 제2 링(14)은 유사한 구성을 갖을 수 있다. 더욱이, 모니터링 시스템은 제1 및 제2 링(12, 14)의 초음파 변환기에 결합된 처리 시스템(16)을 포함한다.

변환기는 초음파 송신기 및 초음파 수신기 모두이다. 도 1b에서 변환기(120)의 개수는 단지 예로서 도시된다. 파이프에 대해서 10인치(0.25m) 파이프를 위한 변환기의 개수는 예를 들어 30개와 70개 사이가 이용될 수 있다. 바람직하게는 변환기는 파이프(10)의 원주를 따라서 균일하게 이격되도록 위치된다. 바람직하게는 변환기의 개수는 커서, 적어도 원주를 따라 연속적인 변환기 사이의 거리가 초음파의 파장의 절반보다 작다. 이는 링을 따르는 파장 필드(wave field)가 변환기 또는 수신기에 의한 초음파 측정으로부터 재구성될 수 있는 것을 보증한다. 하지만, 그 자체가 공지된 바와 같이, 링을 따라 위치 결정하는 다른 방법 역시 이것을 보증할 수 있다. 만약 파이프의 원주 방향에 대한 작은 각도의 방향으로 전파되는 파장이 무시되면, 연속적인 변환기 사이의 약간 커진 거리가 이용될 수 있다.

작동 중인 처리 시스템(16)은 제1 링(12)의 변환기(120)가 초음파를 전송하도록 하고 처리 시스템(16)은 제1 링(12)의 변환기(120)에 의해서 및 제2 링(14)의 수신기에 의해서 얻어진 초음파 측정을 해독한다. 측정으로부터 처리 시스템(16)은 파이프(10) 내 결함으로부터의 반사에 대한 정량적 정보를 계산한다.

제1 링(12) 내 상기 변환기 또는 다른 변환기에 의해서 여기된 초음파에 대응하여 제1 링(12) 내 변환기(120)에서 측정된 초음파 신호(P1)는 공식 P1 = D1*W2*R*W1*S에 의해서 모델링될 수 있다.

여기서 S는 제1 링(120) 내에 여기시키는 변환기에 의해서 파이프(10) 내 초음파 여기를 나타내는 소스 항(source term)이고, R은 파이프(10) 내에 반사 계수를 나타내며, D1은 제1 링(12) 내에 변환기에 의한 초음파 감지를 나타내는 디텍션 항(detection term)이며, W2, W1은 각각 반사의 위치와 제1 링(12) 내에 수신하는 변환기 사이의 파이프(10)를 통한 전후 전송의 결과를 나타낸다.

시간과 파이프(10) 내에 위치의 관점에서 표현이 이용될 때, D1, W2, R, W1 및 S는 공간과 시간 의존 함수일 수 있고 "*"는 시공의 컨볼루션(spatiotemporal convolution)을 나타낸다. 푸리에 변환 시간 의존성(Fourier transformed time dependence)이 이용될 때 시간 컨볼루션은 곱셈(multiplication)이 된다. 파이프의 경우에, 원주 위치 의존 푸리에 변환(Fourier transformed dependence on circumferential position)이 이용될 수 있고, 이 경우 원주 위치의 함수로서 컨볼루션 역시 곱셈이 된다.

제1 링(12)의 변환기(120)에 의해서 초음파 측정치 P1(n,i)은 제1 링(12) 내에 송신하는 변환기(i로 표시된)와 제1 링(12) 내에 수신하는 변환기(n으로 표시된)의 임의의 조합에 대해서 얻어질 수 있다. 원주 위치 의존 푸리에 변환이 이용될 때, P1(n, i)의 푸리에 변환 P1'(m2, m1)이 이용될 수 있다. P1'(m2, m1)는 원주 주파수(m1)를 갖는 원주방향으로 주기적 여기로 여기된 초음파의 반사의 원주 주파수(m2)을 갖는 수신된 주파수 성분을 표현한다.

유사하게 제1 링(12) 내 상기 변환기 또는 다른 변환기에 의해서 여기된 초음파에 대응하여 제2 링(14) 내 변환기에서 측정된 초음파 신호(P2)는 공식 P2= D2*W3*T*W1*S에 의해서 모델링될 수 있다.

여기서 T는 파이프(10) 내 위치에서 전송 계수를 나타내고, D2는 제2 링(14) 내 수신기에 의한 초음파 감지를 나타내는 디텍션 항(detection term)이며 W3는 전송의 위치로부터 제1 링(12) 내 수신기까지 파이프(10)를 통한 전송의 결과를 나타낸다.

제1 링(12)의 변환기(120)와 제2 링(14)의 수신기에 의해서 초음파 측정치 P1(n,i) 및 P2(n,i)는 얻어질 수 있거나 또는, 동등하게 원주 주파수(m1, m2)에 대한 P1'(m2, m1) 및 P2'(m2, m1)일 수 있다.

원주 주파수 성분의 관점의 표현에서 파이프(10)를 통한 전송의 결과는 W1 (Z, k, omega) = exp{ -j Z 1* sqrt ( (omega/c)²-k²) } 에 의해서 표현될 수 있다.

여기서 Z1은 제1 링(12)과 반사의 위치 사이의 축 거리이고, k는 여기(그것의 주파수는 음속으로 나누어진다)의 원주 주파수에 대응하는 파동 벡터(wave vector)이고, 오메가(omega)는 여기의 시간적 주파수(temporal frequency)이고, c는 음속이며 j는 마이너스 일의 제곱근이다. W1은 제1 링(12)과 반사의 위치의 축 위치에서 파동 벡터 k을 갖는 원주 주파수 성분의 비율이다. 원주 여기 주파수 대신에 수신된 원주 주파수 성분의 원주 주파수로, 이러한 표현에서 W2는 W1과 같다. W3에 대해서 유사한 표현은, Z1 대신 Z3로, 반사의 위치와 제2 링(14)의 축 위치 사이의 거리에 대응하는 Z3를 보유한다. 곱 W3*W1는 제1 및 제2 링(12, 14)으로부터의 전송에 대응한다. 이것은 제1 및 제2 링(12, 14) 사이의 초음파 전송의 측정치로부터 합산 Ztot=Z1+Z3를 결정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 측정에 기초하여, W3의 계산에서 Ztot-Z1는 Z3로 이용될 수 있다.

W1에 대한 표현은 파동 감쇠(wave damping)가 상당하지 않다는 것을 가정한다. 만약 감쇠가 상당하다면 상기 표현은 이것을 설명하도록 예를 들어 제곱근에 대한 가상 값(imaginary value)을 갖는 감쇠 항(damping term)을 추가함으로써, 수정될 수 있다.

도 2는 작동 처리 시스템(16)의 작동의 흐름도를 나타낸다. 제1 단계(21)에서, 처리 시스템(16)은 제1 링(12) 내에 변환기(120, "i"로 표시된)가 초음파 신호를 전송하도록 한다. 신호는 소정의 초음파 주파수, 다중 주파수 또는 주파수의 대역에서 포함한 진동에서의 파동일 수 있다. 제2 단계(22)에서, 처리 시스템(16)은 제1 링 내에 변환기(12, "j"로 표시된)로부터의 전송의 결과인 수신된 신호 P1(j,i)을 해독한다. 제3 단계(23)에서, 처리 시스템(16)은 제2 링(14) 내에 수신기("m"으로 표시된)로부터의 전송의 결과인 수신된 신호 P2(m,i)를 해독한다. 이러한 신호들은 영역을 통한 전송 또는 영역 내에 반사 이후 링들(12, 14) 사이에 파이프 벽의 영역으로부터 상기 영역 외측에 파이프 벽의 부분까지 이동하는 신호를 나타낸다. 이것은 측방향 출현이라고 지칭될 수 있다. 제4 단계(24)에서 처리 시스템(16)은 제1 단계에서 초음파 신호를 전송하는 제1 링(12) 내에 다른 변환기(120, 다른 표시 "i"를 갖는)를 이용하면서 제1 내지 제3 단계(21-23)가 반복될지 여부를 결정한다. 이것은 제1 링(12) 내에 모든 변환기(120)가 이용될 때까지 수행된다. 그것이 완료되면, 처리 시스템(16)은 제5 단계(25)로 진행한다.

제1 링(12) 내에 변환기(120)가 제1 단계에서 연속적으로 이용되는 실시예가 설명되었지만, 변환기(120)가 상이한 원주 주파수들에 대응하는 다른 상대적 위상 관계(relative phase relation)에서 집단적으로, 연속적으로 여기되면서, 대안적으로 상이한 원주 주파수들이 연속적으로 이용될 수 있음으로 인식되어야 한다. 사실 여기의 조합의 다른 집합(set)이 이용될 수 있고, 이것으로부터 상이한 원주 주파수들에서의 여기의 집합이 합성될 수 있다(synthesized).

실시예는 변환기의 동일한 제1 링(12)이 전송과 수신 양자를 위해 이용되는 것으로 나타나지만, 이것이 필수적이 않은 것으로 인식되어야 한다. 예를 들어, 수신기의 제3 링이 제1 링(12) 대신에 수신을 위해 이용될 수 있다.

제5 단계(25)에서, 처리 시스템(16)은 제1 링(12)으로부터 각각의 수신된 신호(P1)로부터 파이프(10) 상에 위치(z)에 대한 역 전파된 신호 값(P1")을 계산함으로써, 파이프(10) 상에 위치(z)에서 신호의 추산된 값을 계산한다. 원주 위치 상에 푸리에 변환 의존성이 이용될 때 이것은 P1에 역 전파된 신호 값이 계산되는 파이프(10)를 따르는 위치의 축 위치에 대한 W2의 역수를 곱하는 것을 포함한다. 단일 주파수 파동이 이용될 때 단일 주파수에 대한 역 전파된 신호 값을 계산하기 위해서 충분할 수 있다. 대안적으로, 수신된 신호는 푸리에 분석될 수 있고 역 전파된 신호 값은 상이한 주파수들에 대한 다수의 푸리에 계수들에 대해서 계산될 수 있다.

일반적으로, 위치에 대한 역 전파된 신호는 측정된 신호가 위치를 포함하는 영역을 통한 초음파의 전파의 결과인 가정에 따르면, 초음파 수신기의 위치에서 측정된 신호를 기초로 한 상기 위치에서 신호의 추산이다. 일반적으로, 초음파는 각각의 성분(m으로 표시된)에 대한 자유롭게 선택가능한 계수 c(m)를 곱하여, 성분 공간적 위치(component spatial position)"r"에 종속적인 파장 필드 F(m,r)의 합산으로서의 모델로 나타날 수 있다. 전송 주파수와 동일한 주파수에 대한 성분 파장 필드가 이용될 수 있다. 선택적으로, 시간적 푸리에 변환은 상이한 시간적 주파수 성분들을 분석하기 위해 이용될 수 있고, 역 전파는 각 시간적 주파수에 적용될 수 있다.

측정된 신호가 영역을 통해서 전파되는 파장 필드 성분의 결과라는 가정에 따라 측정된 신호로부터 계수 C(m)이 결정되면, 위치 "r"에서 역 전파된 신호는 계수 C(m)을 곱한 위치 "r"에서의 파동 필드 성분 값 F(m, r)의 합산으로부터 결정될 수 있다.

원통형 파이프 또는 평면에서와 같이, 병진적으로 불변인(translationally invariant) 벽에서, 정해진 시간적 주파수에서 상이한 성분 파동 필드들 F(m,r)은 상기 시간적 주파수에 대한 상이한 허용가능한 파동 벡터들(k)에 대응한다(즉 m=k). 계수 C(k)는 공간적 푸리에 변환에 의해서 계산될 수 있다. 파동 벡터에 대응하는 성분 필드 F(k, r)의 경우, 위치 "r"에서 성분의 값은 성분의 파동 벡터(k)와 위치의 위치 벡터(r)의 스칼라 곱(k.r)에 따라 변화는 위상을 갖는 위상 인자에 따라 변화한다. 만약 감쇠가 충분하면, 위상 인자는 위치에 대한 거리와 함께 지수적으로(exponentially) 변화하는 감쇠 인자가 곱해진 모델이 사용될 수 있다.

따라서, 계수의 결정은 푸리에 변환을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 계수 C(k)가 곱해진 위치에서 파동 필드 성분 값 F(k, r)의 상기 합산을 계산하는 단계는 인자가 합산이 계산된 파동 필드 성분에서 위치를 설명하는 계수에 적용된 후, 계수 C(k)의 역 푸리에 변환을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

제6 단계(26)에서, 처리 시스템(16)은 제2 링(14)으로부터의 각 수신된 신호(P2)로부터 위치에 대한 역 전파된 신호 값(P2")을 계산함으로써 파이프(10) 상 위치에서 추산된 신호를 계산한다. 원주 위치 의존성 푸리에 변환이 이용될 때 이것은 P2에 역 전파 신호 값이 계산된 파이프(10)를 따르는 위치의 축 위치에 대한 W3의 역수를 곱하는 단계를 포함한다.

원주 위치 의존성 푸리에 변환으로 표현될 때, 상기 축 위치에서 상이한 원주 주파수들에 대한 P1" 및 P2"의 다수의 원주 주파수 성분들이 얻어진다. 이러한 원주 주파수 성분들의 역 푸리에 변환은 상기 축 위치에서 개개의 원주 위치에 대한 P1" 및 P2"를 얻기 위해서 계산될 수 있다.

제5 및 제6 단계(25, 26)에서, 처리 시스템(16)은 제1 및 제2 링(12, 14) 사이의 파이프(10) 상 다수의 위치들 각각에 대한 P1" 및 P2"의 상기 계산을 수행한다. 공간 도메인(domain) 표현에서 이것은 P1"(r1, r) 및 P2"(r2, r)이 되고, 여기서 r1 및 r2는 제1 및 제2 링 상에 변환기와 수신기의 원주 위치이고 이것으로부터 추산된 (역 전파된) 신호가 계산되고, r은 계산된 링 사이의 위치이다. 계산은 예를 들어 위치 "r"의 격자 상에 위치에 대해서 수행될 수 있다. 원주 위치 의존성 푸리에 변환으로 표현할 때 이것은 P1"(k1, r) 및 P2"(k2, r)이 되고, 여기서 k1 및 k2는 제1 및 제2 링 상에 원주 주파수이다. 임의의 샘플링 거리는 P1" 및 P2"이 계산된 위치들 "r" 사이에서 이용될 수 있다. 하지만, 임계 샘플링 거리 이하에서 계산된 P1" 및 P2"의 정보는 정보가 영(zero)으로부터 이용된 초음파 파장에 의존하는 최대 공간 주파수까지의 공간 주파수 밴드로 제한된 밴드이기 때문에 중복될 수 있다.

제7 단계(27)에서, 처리 시스템(16)은 제1 및 제2 링 상에 위치에 대해서 합산된 위치 "r" 대한 P1" 및 P2" 값의 합산(F)으로부터의 기준 신호, 및 다수의 위치들(r) 각각에 대한 비율 R0=P1"/F 및/또는 T0=P2"/F의 형태로 정규화된 반사 및/또는 전송 계수를 계산한다. 따라서, 정규화된 계수 R0(r1,r) 및/또는 T0(r2,r)은 제1 및 제2 링 상에 위치(r1, r2)로부터 링 사이에 위치(r)까지 및 링 사이에 위치(r)로부터 제1 및 제2 링 상에 위치(r1, r2)까지의 초음파의 반사/전송에 대해서 계산된다. 링을 따르는 각각의 합산은 링을 따르는 위치의 연속 함수로서 P1" 및 P2"의 적분에 대한 근사치로 이용된다. 예를 들어 적분의 더 나은 근사치를 얻기 위해서 단순한 합 대신에 가중합이 이용될 수 있고, 바람직하게는, 수신기가 링을 따라서 균등하게 분포되도록 위치되고, 만약 그것들이 균등하게 분포되지 않았다면 가중합의 가중 이용이 근사치를 개선시킬 수 있다.

주파수 도메인에서 정규화된 계수 R0 및/또는 T0는 하나 이상의 r1, r2, 및 r3에 대한 종속(dependent)이 공간 주파수, 예를 들어 파이프의 원주 및/또는 축 위치를 따라 원주 변화의 주파수에 대한 대응 의존성(corresponding dependence)에 의해서 대체되는 것일 수 있다. 결함이 탄성 산란(elastic scattering)을 야기한다고 가정하면, 즉 반사(R)와 전송(T)이 하나에 더해진 것, 위치에 대해 계산된 비율 R0, T0은 교정에 독립적인 상기 위치에 대한 반사/전송을 나타낸다. W1와 S의 기여(contribution)는 비율 R0, T0에서 나누고, D1과 D2가 같다고 가정하면, D1과 D2는 역시 나눈다. 따라서, 비율 R0, T0는 교정에 독립적이다. 원주 위치 의존성 푸리에 변환으로 표현될 때, 합산(F)은 원주 영 주파수 성분(circumferential zero frequency components)으로부터 얻어질 수 있다. 선택적으로, 위치(r)에 대한 합산(F)은 우선 위치(r)의 축 위치에서 개개의 원주 주파수 성분에 대한 값을 합산하고, 그 후 푸리에 변환을 계산함으로써 계산될 수 있다.

비율 R0(r1, r)의 진폭, 또는 대응하는 R0는 여기서 r1에 대한 의존성은 공간 주파수에 대한 대응 의존성에 의해서 대체되고, 위치(r)에서 결합(크랙) 깊이의 추산으로 이용될 수 있다. 실시예에서, 소정의 룩업테이블(look up table) 또는 비례상수는 진폭을 위치(r)에서 추산된 크랙 깊이로 변환시키기 위해서, 소스 위치(r1) 또는 공간의 소스 주파수를 기초하여 제공될 수 있다. 이러한 방법에서 위치(r)의 함수로서 추산된 크랙을 나타내는 크랙 깊이 이미지는 계산될 수 있다. 처리 시스템(16)은 추산된 깊이가 임계치를 초과한 때 경고 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 실시예는 임계치와 비교하기 전에 반사 계수가 정규화되는 것으로 설명되었지만, 정규화는 역으로 정규화된 임계치와 비-정규화된 반사 계수 값을 비교함으로써 수행될 수도 있다.

크랙의 방향에 따라 소스 위치(r1) 또는 공간적 소스 주파수에 대한 반사는 크랙 깊이와 연과된 최대 가능 반사 진폭보다 작을 수 있다. 실시예에서, 다수의 룩업테이블 또는 비례상수가 각각의 소스 위치(r1) 또는 공간적 소스 주파수에 대해서 각각 제공될 수 있다. 이러한 방법에서 크랙 깊이는 다수의 소스 위치(r1) 또는 공간의 소스 주파수로부터 추산될 수 있다. 결과는 예를 들어 상이한 소스 위치들(r1) 또는 공간의 소스 주파수들로부터 얻어진 위치 "r" 대한 최대 크랙 깊이를 취함으로써, 조합될 수 있다. 이러한 방법에서 결과는 소스 위치 또는 주파수에 대해서 덜 의존될 수 있다. 처리 시스템(16)은 추산된 깊이가 임계치를 초과한 때 경고 신호를 생성한다. 정규화는 이 경우도 역시 비-정규화된 반사 계수 값을 역으로 정규화된 임계치와 비교함으로써 수행될 있지만, 반사 계수를 정규화하는 것은 계산을 단순화한다. 깊이 추산 정확도는 역 결함 모델 파라미터 추산(inverse defect model parameter estimation)의 이용에 의해서 이것 이상으로 개선될 수 있다.

선택적인 제8 단계(28)에서, 처리 시스템(16)은 역 파라미터 결정 과정을 실행한다. 그 자체가 공지된 바와 같이, 역 파라미터 결정 과정은 측정된 데이터 값의 이용, 예측과 측정된 값 사이의 차이를 평가하기 위한 하나 이상의 파라미터의 함수와 기준으로서 상기 데이터 값을 예측하는 파라미터된 예측 모델(parameterized prediction model)을 만든다. 역 파라미터 결정 과정에서 하나 이상의 파라미터 값의 집합은 평가 기준의 최선의 값, 또는 상기 값의 집합에 근사한 값의 집합(측정되고 예측된 데이터 사이의 최소한의 차이에 가장 잘 대응하는)에 대응하는 것으로 결정된다. 역 파라미터 결정 과정은 예를 들어 파라미터 값의 집합의 반복 적용의 이용을 할 수 있다.

제 8 단계(28)의 역 파라미터 결정 과정에서, 처리 시스템(16)은 측정된 데이터로서 계산된 R0 값과 예측 모델로서 결함 기반 모델(defect based model)을 이용한다. 선택적으로, R0를 대신하거나 또는 R0 이외에 T0가 이용될 수 있다. 결함 기반 모델은 결함(예를 들어 크랙)을 따르는 위치의 결함 라인(defect line) 뿐만 아니라, 파라미터로서 결함 라인을 따르는 위치의 함수로서 결함 크기(예를 들어 결함 깊이) 프로파일(profile)을 이용할 수 있다. 결함 라인은 파이프(10)의 벽 상에 위치의 집합을 정의한다. 실시예에서, 결함 라인은 파라이터로서 파이프의 표면 상에 그것의 종점의 좌표를 갖는 직선으로 모델링될 수 있다. 대안적으로 추가적인 파라미터는 결함 라인에서 곡선을 모델링하는데 이용될 수 있다. 실시예에서, 결함 크기(예를 들어 크랙 깊이)는 모델의 파라미터로서 최대 크기(크랙 깊이)와 임의의 편심과 함께, 결함 라인을 따르는 함수 또는 위치로서 반타원(half ellipse)으로 모델링될 수 있다. 대안적으로, 더 많은 파라미터들과 함께, 결함 라인을 따르는 위치의 함수로서 크랙 깊이에 대한 다른 파라미터된 함수들이 이용될 수 있다. 시뮬레이션된 각도 의존 초음파 반사 계수는 파이프의 공지된 기계적 모델을 이용하면서, 상기 모델을 따라 결함에 대해 계산될 수 있다. 따라서 반사 계수의 예측은 파라미터에 의존하여 정의된다.

제8 단계(28)에서, 처리 시스템(16)은 R0 및/또는 T0의 계산된 값으로부터 모델의 파라미터를 역으로 결정한다. 파라미터를 기초로 하여 처리 시스템(16)은 결합의 존재에 대해서 신호를 보낼지 여부를 선택할 수 있다. 예를 들어, 만약 결함 라인의 최대 크기(예를 들어 크랙 깊이) 및/또는 결함 라인의 길이가 소정의 임계 값을 초과하면, 처리 시스템(16)은 경고 신호를 생성할 수 있다. 수리가 필요한지 여부에 대한 결정은, 예를 들어 추산된 크랙 크기가 임계치를 초과할 때 이러한 신호를 기초로 할 수 있다. 측정된 반사 계수를 정규화하여 정규화 대신에, 정규화는 계산된 합산을 이용하는 예측된 반사 계수를 역으로 정규화함으로써, 및/또는 임계치를 역으로 정규화함으로써 수행될 수 있다.

실시예에서, 결함 라인의 파라미터와 결함 크기 프로파일은 별도의 단계에서 추산될 수 있다. 크기를 추산하기 위해서 반사 데이터 R0가 정규화된 프로파일이 이용될 수 있다. 결함 라인의 파라미터를 추산하기 위해서 비-정규화된 데이터로 충분할 수 있다.

과정의 버전(version)에서 제1 링으로부터의 신호의 전송이 이용되는 것으로 기술되었지만, 제2 링 내에 수신기가 변환기일 때, 제2 링으로부터의 신호의 전송 역시 이용될 수 있는 것으로 인식되어야 한다. 이것은 정규화된 반사 및/또는 전송 계수(R0a, T0a)의 추가적인 집합을 산출할 수 있다. 제8 단계(28)의 역 파라미터 결정 과정에서 R0 및/또는 T0의 값뿐만 아니라 이것들이 이용될 수 있다.

일예는 변환기의 링과 수신기의 링을 갖는 파이프가 주어졌지만, 방법은 다른 구성으로 적용될 수 있는 것으로 인식되어야 한다. 일 특징은 제1 및 제2 링(12, 14)가 함께 링 사이의 파이프 부분으로부터 출현하는 모든 초음파를 수신하는 것이다. 이것은 추산된(역 전파된) 항의 합산이 P1과 P2로부터 상기 부분 내에 임의의 위치에 존재하는 총 초음파 인자가 되는 것을 보증한다. 하지만, 이것은 다른 방법으로 보증될 수 있다. 도 3a는 송신기(30)의 링과 수신기의 제1 및 제2 링(31, 32)을 갖는 구성을 나타낸다. 이러한 경우 제1 및 제2 링은 링 사이의 파이프 부분 내에 각 위치에서 총 초음파 인자를 계산하는 것을 가능하게 하면서, 링 사이의 파이프 부분으로부터 모든 초음파를 함께 수신한다. 하지만, 제3 링이 이용될 때 오직 측방향으로 출현하는 초음파 신호가 떠나면서, 부분의 외측으로부터 도착하는 수신된 신호를 제외하기 위해서 도착시간(arrival timing)을 사용하는 것이 필요할 수 있다. 도 3b는 송신기의 링(30)이 수신기의 제1 및 제2 링(31, 32) 사이에 배치되는 구성을 나타낸다. 이러한 경우에 모든 수신된 신호는 출현하는 신호이다. 이러한 경우 제1 및 제2 링(31, 32) 양자는 반사되고 전송된 신호 양자를 수신하고, 이것은 타이밍(timing)에 기초하여 구별될 수 있다.

만약 신호를 수신하는데 이용되는 링의 조합이 감지되지 않는 것을 피하기 위해서 영역으로부터의 파동을 위한 개구(opening)를 떠나는 수신기의 집합의 조합에 의해서 대체될 수 있다면, 추산된(역 전파된) 항의 합산은 상기 영역 내에 임의의 위치에서 총 초음파 인자까지 합산하지 않을 수 있다. 이 경우에 교정에 독립적인 비율 RO, TO의 계산은 다른 위치에 대해서 이용할 수 있는 수신기 위치에서 수신된 신호로부터의 추정(extrapolation)에 대한 가정을 기초로 할 수 있다. 하지만 이것은 방법을 가정에 더 많이 의존하게 하고, 그에 따라 모니터링의 신뢰도를 감소시킨다.

또한, 이론적으로 R0를 결정하기 위한 기법은 주목해야 하고, R0는 원형 파이프(10) 이외에 구조물에 대한 적용을 위해서 적합하다. 예를 들어, 그것은 비-원형 단면의 파이프 및/또는 축 위치의 함수로 직경이 변화하는 파이프에 적용될 수 있다. 이 경우 일정한 원형 파이프에 대해서 개시된 그것들과 다른 함수 W1, W2, W3는 상이한 단면들을 설명하는 것에 이용되는데 필요하다. 이러한 함수를 도출하기 위한 수학적인 기법은 그 자체가 공지되었다. 대안적으로, 이러한 함수는 실험에 의해서 결정될 수 있다.

또 다른 예로서, 변환기의 링과 함께, 다른 원통형 또는 원뿔형 구조물이 이용될 수 있다(즉 축 방향에 수직인 연속적인 단면 내에 동일한 형상의 단면을 갖는 벽을 갖는 구조물). 예를 들어, 스트립 상에 초음파 변환기와 수신기의 열을 이용하는 초음파 측정치를 기초로 하여, 평면의 스트립(strip)에 대해서 원형의 파이프에 대한 것과 같은 매우 유사한 계산이 이용될 수 있다. 이러한 경우에 함수 W1, W2, W3는 열 사이의 스트립의 부분의 테두리에서 경계 조건(boundary conditions)을 설명하는 것에 이용되는데 필요하다.

상기 구조물에서 계산의 취급 용이성은 축 방향에 수직인 가상의 평면을 갖는 구조물의 각각의 단면을 따라 위치되고 상이한 축 위치들에 배치된 초음파 변환기와 수신기가 이용될 때 더 개선된다. 하지만, 다른 배치가 이용될 수 있다. 예를 들어, 축 방향에 경사진 가상 면 내에 링이 이용될 수 있다.

수신기와 수신기 역할을 하는 선택적인 변환기가 바람직하게는 양자가 구조물의 축(예를 들어 파이프의 축)을 둘러싸는 제1 및 제2 폐윤곽(closed contour)를 따라 위치되지만, 상기 윤곽 사이의 구조물의 벽 영역을 모니터링하기 위해서, 상기 배치가 필수 불가결한 것은 아니다. 일부 실시예에서, 단일 폐윤곽을 따라 오직 수신기를 이용하는 것이 충분할 수 있고, 여기서 윤곽은 구조물의 축 대신에 구조물 상에 영역을 둘러싼다. 도 3c는 수신기(20)의 배열 옆에 위치된 수신기의 윤곽(36)을 갖는 상기 배치를 도시한다. 윤곽도 그것이 구조물의 하나 이상의 테두리와 함께 벽 영역을 둘러싸는 한 폐윤곽일 필요는 없다. 윤곽 내에서 벽 영역으로부터 출현하는 초음파의 감지가 확인될 수 있을 때, 벽 영역을 나가는 초음파의 감지는 벽 영역 내에서 임의의 지점에 대한 비율 R0 및/또는 T0를 계산하는데 이용될 수 있다. 윤곽을 따라 이산 위치(discrete positions)에서 수신기로부터 역 전파된 신호 값의 합산은 윤곽을 따라 위치의 연속 함수로서 이러한 신호 값의 근사치로서 이용될 수 있다. 예를 들어 적분의 더 나은 근사치를 얻기 위해서, 단순한 합 대신에 가중합이 이용될 수 있다. 바람직하게는, 수신기는 윤곽을 따라 균등하게 분포되도록 위치되지만, 그것들이 균등하게 분포되지 않는다면 가중합의 가중 이용이 근사치를 개선시킬 수 있다. 수신기의 위치 사이의 위치에 대한 신호 값의 보간(interpolation)이 이용될 수 있다. 유사하게, 가중 또는 보간은 검사중인 영역에 대한 윤곽의 방향성에서의 변화를 보상하기 위해서 사용될 수 있다. 고정된 윤곽을 위해서 고정된 가중 또는 보간 점이 이용될 수 있다.

수신기 이외에 별도의 송신기가 이용되면, 송신기는 폐윤곽을 따라 배치될 필요가 없다. 측정은 단일 송신기를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 경우에 반사 및 전송 계수(R0, T0)는 전송기의 위치로부터의 초음파의, 결함에 의한, 반사 및 전송에 대해서만 이용할 수 있게 될 수 있다. 경우에 따라서 이것은 파라미터가 추산될 수 있는 결함의 유형을 제한할 수 있다. 예를 들어, 결함이 단일 송신기의 위치에 대한 방향과 정렬된 크랙인 때, 크랙의 감지는 어려울 수 있고, 크랙의 길이의 추산은 불가능할 수 있다. 다수의 위치로부터 송신기가 이용될 때, 더 큰 반사 및 전송 계수(R0, T0)는 다수의 위치로부터 초음파의, 결함에 의한, 반사 및 전송을 나타내는 것을 이용할 수 있게 된다. 이것은 더 많은 결함을 감지하고 평가하는 것을 가능하게 한다. 파이프를 완전히 두르는 송신기의 링의 이용은 모든 또는 대부분의 결함의 검출을 용이하게 한다.

파이프와 같은 구조물의 벽은 상이한 전파 속도들로, 초음파 전파의 다수의 상이한 모드들을 지원할 수 있다. 상이한 모드들로 인한 신호는 이동 시간 및/또는 변환기-구조물 결합을 기초로 하여 선택될 수 있다. 단일 모드의 송신된 및 수신된 신호는 측정을 위해 충분하다. 대안적인 실시예에서 다수의 모드의 송신된 및/또는 수신된 신호는 이동 시간을 기초로 하여 구분될 수 있고 개별적으로 측정될 수 있다. 이것은 송신기 및 수신기의 위치의 상이한 조합들뿐만 아니라, 입력 및 반사된 초음파 신호의 모드의 상이한 조합들에 대한 반사 및 전송 계수(R0, T0)를 결정하는 것을 가능하게 한다. 이것은 결함 모델의 크랙 깊이와 같은 추가 파라미터를 추산하는 것 및/또는 상기 파라미터를 더욱 정확하게 추산하는 것을 가능하게 할 수 있다.

실시예에서, 벽 두께 의존 모드가 이용된다. 바람직하게는 영차 대칭 파동 모드(zero order symmetrical wave mode)가 이용된다. 도 4는 이용이 벽 두께 정보로 구성된 작동 처리 시스템(16)의 작동의 흐름도를 나타낸다. 도 2의 그것들과 유사한 단계는 유사한 번호로 표시된다. 제4 단계(24) 이후, 제1 추가 단계(41)에서, 처리 시스템(16)은 제2 링(14) 내에 수신기에서 수신된 신호로부터 파이프 상에 위치의 함수로서 초음파 전파 속도(또는 이러한 속도에 대응하는 두께)를 추산한다. 그렇게 하기 위한 계산은 WO2008/103036으로부터 알려져 있다. 파이프 상에 다수의 위치에서 전파 속도 및/또는 벽의 두께를 정의하는 파라미터를 갖는 모델을 이용하면서, 역 파라미터 결정 과정이 이용될 수 있다. 이후, 처리 시스템(16)은 수정된 제5 및 제6 단계(45, 46)를 실행하고, 처리 시스템(16)은 역 전파에 대한 위치의 함수로서 추산된 두께를 이용한다. 이러한 방법에서, 두께도 모니터링하기 위한 동일한 측정치를 사용하면서, 결함 파라미터는 더욱 정확하게 추산될 수 있다. 선택적으로, 제8 단계(28)는 제1 추가 단계(41)로부터 결함의 위치에서 추산된 벽 두께에 의존하는 반사를 예측하는 결함 모델을 이용하도록 수정될 수 있다. 처리 시스템(16)은 모니터링 목적을 위해서, 예를 들어 2차원 이미지의 형태로, 위치의 함수로서 위치 의존 두께와 결함 데이터가 조합된 출력이 구성될 수 있다.

일 측면에 따르면, 다음을 포함하는 결함 모니터링 시스템이 제공된다

- 초음파 송신기;

- 초음파 송신기에 의해서 송신된 초음파에 대응하여 검사중인 구조물의 벽 상에 영역으로부터 측방향으로 출현하는 초음파의 결과인 신호를 측정하기 위한, 초음파 수신기의 배열;

- 초음파 수신기로부터 측정된 신호를 해독하고;

- 역 전파된 신호를 계산하기 위해서 벽을 통한 초음파 전파의 모델을 이용하면서, 초음파 수신기로부터 측정된 신호로부터의 벽 상에 영역 내에 위치에 대한 각각의 역 전파된 신호를 계산하며;

- 상기 위치에 대한 역 전파된 신호의 합산으로부터 위치에 대한 역 전파된 신호를 대해서 정규화 인자를 결정하도록;

- 구성되고, 초음파 수신기에 결합된 신호 처리 시스템.

도 5는 그것에 보강제(52, stiffeners)가 부착된, 교량 바닥판(bridge deck)과 같은, 평면의 구조물(50) 상에 초음파 송신기(54)와 수신기(56)를 나타낸다. 여기에서 이용된 바와 같이, 교량 바닥판은 물론 바닥판이 교량 내에 공간의 둘러싸는 벽일 필요는 없지만, 교량 구조물의 벽이라고 할 수 있다. 수신기(56)는 수신기들의 배열의 부분이고 송신기(54)는 다수의 수신기들의 부분일 수 있다. 송신기(54)와 수신기(56)는 열에 평행한 방향을 따라서, 선형 열(linear row)로 제공될 수 있다.

그것에 연결된 보강제를 갖는 구조물의 상기 구성에서, 결함을 포함할 수 있는 영역 모든 주변에 수신기 또는 송수신기를 배치시키는 것은 어려울 수 있다. 예를 들어, 결합의 위치(58)가 U 형 보강제에 의해서 둘러싸이면, U 형 내에 공간은 접근 가능하지 않다.

이러한 경우에 초음파가 초음파 수신기(56)의 배열의 위치를 통해서 하나 이상의 송신기(54)로부터 가능한 결함의 위치(58)까지 송신되는 대안적인 측정이 이용될 수 있다. 배열 내에 수신기(56)는 발생한 초음파 신호를 측정한다. 시간 윈도우에 근거하여, 처리 시스템(도시되지 않음)은 송신기 또는 송신기들(54)로부터 외측으로 이동하는 파동으로 인한 신호의 측정치 및 반사된 파동으로 인한 신호의 측정치를 추출할 수 있다. 반사된 파동으로 인한 신호의 측정치는 가능한 결함의 위치(58)까지의 및 위치(58)로부터의 전파에 대한 보상 후 외측으로의 파동으로 인한 신호의 측정치를 이용함으로써 정규화될 수 있다.

도 6은 평면의 구조물에 수직인 방향에서 바라본 초음파 송신기(54)와 수신기(56)의 구성의 예시를 개략적으로 도시한다. 보강제에 대한 평면의 구조물의 연결 라인(60)은 선으로 도시된다. 적어도 하나의 송신기가 이용된다. 예를 들면 송신기(54)의 열이 도시되고(오직 하나만 표시됨), 열은 연결 라인(60)에 평행하게 연장된다. 실시예에서 수신기(56)의 배열은 수신기(128)로 구성된다.

실시예에서, 처리 시스템은 가능한 결함의 위치(58)에서 발생한 입력 초음파 신호를 추산하기 위해서 외측으로의 파동으로 인한 신호의 측정치를 이용한다. 유사하게, 처리 시스템은 가능한 결함의 위치(58)에서 발생한 초음파 반사된(산란된 포함) 신호를 추산하기 위해서 반사된 파동으로 인한 신호의 측정치를 이용한다. 처리 시스템은 추산된 발생한 초음파 반사에 대한 정규화 인자를 결정하기 위해서 기준 신호로서 추산된 발생한 입력 초음파 신호를 이용한다. 예를 들어, 처리 시스템은 추산된 발생한 초음파 반사와 추산된 발생한 입력 초음파 신호의 비율을 계산할 수 있다.

처리 시스템은 동일한 측정된 신호들, 또는 상이한 전송들을 이용하여 얻은 신호들을 기초로 한 상이한 위치(58)들에 대한 계산을 반복할 수 있다. 이러한 방법으로 위치 의존적 비율은 얻어질 수 있다.

이러한 대안은 정규화가 결함에 도착하기 충분한 지연 후에 결함을 포함하는 영역으로부터 출현하는 파동 대신에, 결함에 아직 도착하지 않은 측정된 외측으로 이동하는 파동을 기초로 하는 이전의 예와 구별된다. 또한, 대안은 결함에 의해서 송신된 파동을 수신하기 위한 수신기를 필요로 하지 않지만, 가능하다면 상기 수신기가 사용될 수 있다.

평면의 구조물(50)이 이용될 때, 전파의 모델은 파동이 송신되고 반사/산란되는 방법에 따라 계수에 의해서 증폭된, 상이한 파동 벡터들에 대응하는 성분들의 합산으로서 평면의 구조물 내에 초음파를 나타내는 것이 이용될 수 있다. 정해진 시간 주파수에 대한 측정치가 이용되면, 모델은 상기 주파수에 대한 파동 벡터를 정의할 수 있다.

처리 시스템은 외측으로 및 반사된 파동의 추출된 측정치로부터 외측으로 및 반사된 파동에 대한 계수를 계산할 수 있다. 이러한 경우에 처리 시스템은 파동 벡터와 위치(58)에 의존하는, 계수에 대한 위상 인자와 임의의 감쇠 인자를 적용함으로써 가능한 결함의 위치(58)에서 초음파를 계산할 수 있다. 예를 들면, 처리 시스템은 계수를 계산하는데 이용될 수 있는 수신기의 배열을 따르는 위치의 함수로서 측정된 신호의 공간적 푸리에 변환을 이용할 수 있다. 선택적으로, 시간 푸리에 변환은 상이한 시간 주파수들에 대응하는 파동 벡터들이 이용될 수 있도록, 상이한 주파수 성분들을 분석하는데 이용될 수 있다.

이러한 대안은 보강제를 갖는 구조물에 대해서 설명하였지만, 보강제가 없는 구조물에 대해서 이용될 수도 있는 것으로 인식되어야 한다.

바람직하게는, 수신기의 배열 내에 수신기(56)는 인접한 수신기들이 구조물 내에 초음파의 파장의 절반보다 작은 거리에 있도록 위치된다. 하나 이상의 송신기(54)로부터의 초음파는 방향(direction)의 범위로부터 계산이 수행되는 위치(58) 또는 위치들에 도달한다. 방향의 더 좁은 범위는 방향의 이러한 범위로부터의 실질적인 모든(예를 들어 5%를 제외한 모든) 파동 에너지가 위치(58) 또는 위치들에 도달하는 것을 통해서 정의될 수 있다. 바람직하게는 수신기의 배열은 방향의 이러한 범위에 걸쳐, 또는 적어도 상기 더 좁은 범위에 걸쳐 연장된다. 유사하게, 수신기의 배열은 모든 또는 실질적으로 반사된(산란된 포함) 초음파 에너지가 반사되는 방향의 추가 범위에 걸쳐 연장된다. 수신기의 배열은 계산을 단순화하는 선형 배열로 도시되었지만, 다른 구성이 이용될 수 있는 것으로 인식되어야 한다.

10: 파이프 12, 31: 제1 링
14, 32: 제2 링 16: 처리 시스템
20: 수신기 30: 송신기
36: 윤곽 50: 평면의 구조물
52: 보강제 54: 송신기
56: 수신기 58: 위치
60: 연결 라인 120: 초음파 변환기
128: 수신기

Claims

검사중인 구조물의 벽 상에 영역 내에서 검사중인 위치에서 결함을 모니터링하기 위한 결함 모니터링 시스템으로서, 상기 시스템은
- 상기 영역의 테두리에서 상기 벽 상에 초음파 수신기의 배열;
- 상기 초음파 수신기에 결합된 신호 처리 시스템으로서,
- 상기 영역으로부터 측방향으로 출현하는 초음파로부터 감지된, 상기 초음파 수신기로부터 제1 측정된 신호를 수신하고;
- 상기 제1 측정된 신호로부터 검사중인 상기 위치에서 제1 추산된 신호를 계산하기 위해서 상기 벽을 통한 초음파 전파의 모델을 이용하면서, 상기 제1 측정된 신호를 기초로 하여, 상기 영역 내에서 검사중인 상기 위치에 제1 추산된 신호를 계산하며;
- 상기 영역으로부터 측방향으로 출현하는 초음파로부터 상기 배열 내에 추가 초음파 수신기에 의해서 감지된 제2 측정된 신호, 및/또는 상기 영역 내로 측방향으로 진입하는 초음파로부터 상기 배열 내에 상기 초음파 수신기에 의해서 감지된 제3 측정된 신호를 적어도 부분적으로 기초로 하여, 상기 모델에 따라 검사중인 상기 위치에 기준 신호를 계산함으로써 상기 제1 추산된 신호에 대한 정규화 인자를 결정하도록 구성된 신호처리 시스템;
을 포함하는 결함 모니터링 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 신호 처리 시스템은
- 상기 추가 초음파 수신기와 제1 측정된 신호를 수신하는데 이용되는 상기 초음파 수신기 사이에 위치된 상기 영역으로부터 측방향으로 출현하는 초음파로부터 상기 추가 초음파 수신기에 의해서 감지된 상기 제2 측정된 신호를 수신하고,
- 상기 제2 측정된 신호를 기초로 하여, 상기 모델을 이용하여 검사중인 상기 위치에서 제2 추산된 신호를 계산하며 및
- 검사중인 상기 위치에서 상기 제1 및 제2 추산된 신호의 합산으로부터 상기 기준 신호를 계산함으로써; 및/또는
- 상기 초음파 수신기에서 상기 영역에 측방향으로 진입하는 초음파로부터, 제1 측정된 신호를 수신하는데 이용되는 상기 초음파 수신기에 의해서 감지된 상기 제3 측정된 신호를 수신함으로써,
상기 기준 신호를 계산하도록 구성된 결함 모니터링 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 신호 처리는 상기 제1 및 제2 추산된 신호의 상기 합산으로부터 상기 기준 신호를 계산하도록 구성되고, 상기 결함 모니터링 시스템은 초음파 송신기의 배열을 포함하며, 상기 신호 처리 시스템은 초음파 송신기의 배열,
- 상기 초음파 수신기로부터, 초음파 송신기의 상기 배열 내에 각각의 초음파 송신기에 의한 초음파 여기 및/또는 초음파 송신기의 상기 배열 내에 상기 초음파 송신기의 각각의 상이한 조합된 여기에 대응하여 상기 영역으로부터 초음파의 측방향 출현의 결과인 상기 제1 측정된 신호 및 상기 제2 측정된 신호의 집합을 해독하고;
- 상기 모델을 이용하면서, 상기 초음파 수신기로부터 제1 및 제2 측정된 신호의 상기 집합으로부터의 각 여기에 대한 검사중인 상기 위치에 각각의 제1 및 제2 추산된 신호를 계산하며;
- 상기 여기에 대한 제1 및 제2 측정된 신호의 상기 집합을 기초로 하여 검사중인 상기 위치에 상기 제1 및 제2 추산된 신호의 합산으로 각 여기에 대한 검사중인 상기 위치에 상기 제1 추산된 신호에 대한 정규화 인자를 결정하도록 구성된 상기 신호 처리 시스템을 포함하는 결함 모니터링 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호 처리 시스템은 상기 벽 상에서 검사중인 다수의 위치 각각에 대한 상기 제1 추산된 신호에 대한 정규화 인자를 결정하도록 구성된 결함 모니터링 시스템.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호 처리 시스템은 역 결함 파라미터 결정 과정을 수행하도록 구성되고, 상기 결함 파라미터의 함수로서 상기 정규화된 제1 추산된 신호를 예측하는 모델의 결함 파라미터의 값을 추산하는 단계를 포함하는 결함 모니터링 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
초음파 송신기 및 상기 제1 측정된 신호를 결정하기 위한 초음파 수신기의 상기 배열 내에 초음파 수신기 중 하나의 역할을 하는 초음파 변환기를 포함하는 결함 모니터링 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 신호 처리는 상기 제3 측정된 신호로부터 상기 기준 신호를 계산하도록 구성되고, 상기 결함 모니터링 시스템은 상기 벽 상에 초음파 송신기를 포함하고, 상기 배열의 상기 초음파 수신기는 상기 초음파 송신기와 상기 영역 사이에 위치되는 결함 모니터링 시스템.
청구항 3에 있어서,
초음파 송신기의 상기 배열 내에 각각의 하나의 상기 초음파 송신기 및 각각의 하나의 상기 제1 측정된 신호를 결정하기 위한 초음파 수신기의 상기 배열 내에 각각의 하나의 초음파 수신기의 역할을 하도록 구성된 각 초음파 변환기의 배열을 포함하는 결함 모니터링 시스템.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 상기 결함 모니터링 시스템과 파이프를 포함하는 파이프 모니터링 시스템으로서,
초음파 수신기의 상기 배열은 상기 파이프 상에 위치되고, 상기 신호 처리 시스템은 상기 구조물로 상기 파이프를 처리하도록 구성된 파이프 모니터링 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 영역은 상기 파이프의 축 부분(axial section)이고, 초음파 수신기의 상기 배열은 상기 초음파 수신기의 제1 및 제2 서브-배열을 포함하며, 상기 제1 및 제2 서브 배열은 상기 축 부분의 대향하는 측면들 상에 각각 상기 파이프를 따르는 제1 및 제2 원주 링 내에 배치되는 파이프 모니터링 시스템.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 상기 결합 모니터링 시스템을 포함하는 표면 모니터링 시스템에 있어서,
상기 구조물으로서 상기 벽과 상기 벽에 연결된 보강제이고, 상기 영역은 초음파 수신기의 상기 배열과 상기 보강제 및 상기 벽 사이의 연결(connection) 사이의 벽의 부분을 포함하는 표면 모니터링 시스템.
검사중인 구조물의 벽 상에 영역 내에서 검사중인 위치에서 결함을 모니터링하기 위한, 결함 모니터링 방법으로서, 시스템은
- 상기 영역 내로 상기 벽을 통해서 측방향으로 초음파를 송신하는 단계
- 상기 영역으로부터 측방향으로 출현하는 초음파로부터 감지된 제1 측정된 신호를 얻기 위해서 상기 영역의 테두리에서 상기 벽 상에 초음파 수신기의 배열을 이용하는 단계;
- 상기 제1 측정된 신호로부터 검사중인 상기 위치에서 제1 추산된 신호를 계산하기 위해서 상기 벽을 통한 초음파 전파의 모델을 이용하면서, 상기 제1 측정된 신호를 기초로 하여, 상기 영역 내에 검사중인 상기 위치에서 제1 추산된 신호를 계산하는 단계;
- 상기 영역으로부터 측방향으로 출현하는 초음파로부터 상기 배열 내에 추가 초음파 수신기에 의해서 감지된 제2 측정된 신호, 및/또는 상기 영역 내로 측방향으로 진입하는 초음파로부터 상기 배열 내에 상기 초음파 수신기에 의해서 감지된 제3 측정된 신호를 적어도 부분적으로 기초로 하여, 상기 모델에 따라 검사중인 상기 위치에서 기준 신호를 계산하는 단계;
- 상기 기준 신호로부터 제1 추산된 신호에 대한 정규화 인자를 결정하는 단계를 포함하는 결함 모니터링 방법.
청구항 12에 있어서,
- 상기 추가 초음파 수신기로부터 상기 제2 측정된 신호를 수신하는 단계로서, 상기 영역은 상기 추가 초음파 수신기와 제1 측정된 신호를 수신하는데 이용되는 상기 초음파 수신기 사이에 위치되는 단계,
- 상기 제2 측정된 신호를 기초로 하여 상기 모델을 이용하여 검사중인 상기 위치에서 제2 추산된 신호를 계산하는 단계, 및
- 검사중인 상기 위치에서 상기 제1 및 제2 추산된 신호의 합산으로부터 상기 기준 신호를 계산하는 단계에 의해서; 또는
- 상기 초음파 수신기에서 상기 영역에 측방향으로 진입하는 초음파로부터, 제1 측정된 신호를 수신하는데 이용되는 상기 초음파 수신기에 의해서 감지된 상기 제3 측정된 신호를 수신하는 단계에 의해서
상기 기준 신호를 계산하는 단계를 포함하는 결함 모니터링 방법.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
- 상기 벽 상에 상이한 위치들에서 초음파 송신기의 배열로 초음파 여기, 및/또는 상기 초음파 송신기의 각각의 상이한 조합된 여기를 여기시키는 단계;
- 초음파 송신기의 상기 배열 내에 각각의 초음파 송신기에 의한 초음파 여기 및/또는 초음파 송신기의 상기 배열 내에 상기 초음파 송신기의 각각의 상이한 조합된 여기에 대응하여 상기 제1 및 제2 측정된 신호의 집합을 측정하기 위해서 초음파 송신기의 배열을 이용하는 단계;
- 상기 벽을 통한 전파의 상기 모델을 이용하면서, 상기 여기에 대한 상기 초음파 수신기로부터 제1 및 제2 측정된 신호의 각 집합으로부터의 각 여기에 대한 상기 위치에 대해서 각각의 제1 및 제2 추산된 신호를 계산하는 단계;
- 상기 여기의 상기 위치에 대한 상기 제1 및 제2 추산된 신호의 합산으로 각 여기에 대한 상기 위치에 대해서 제1 및 제2 추산된 신호에 대한 정규화 인자를 결정하는 단계;
를 포함하는 결함 모니터링 방법.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 벽 상에 다수의 위치 각각에 대해서 상기 역 전파된 신호에 대한 상기 정규화 인자를 결정하는 단계를 포함하는 결함 모니터링 방법.
청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결함 파라미터의 함수로서 정규화된 역 전파된 신호를 예측하는 모델의 결함 파라미터를 추산하기 위해서 역 결함 파라미터 결정 과정을 이용하는 단계를 포함하는 결함 모니터링 방법.
청구항 12 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 단계를 포함하는 파이프 모니터링 방법으로서,
상기 구조물로서 파이프를 이용하고 상기 구조물은 상기 파이프의 축 부분의 대향하는 측면들 상에 각각 상기 파이프를 따라 제1 및 제2 원주 링 내에 배치되는 초음파 수신기의 상기 배열의 서브-배열을 갖는 파이프 모니터링 방법.
청구항 12 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 단계를 포함하는 표면 모니터링 방법으로서,
상기 구조물로서 보강제가 연결된 표면을 이용하고, 상기 영역은 초음파 수신기의 상기 배열과 상기 보강제 및 상기 벽 사이의 연결(connection) 사이의 벽의 부분을 포함하는 표면 모니터링 방법.
신호 처리 시스템에 대한 명령(instructions)을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품은 상기 신호 처리 시스템에 의해서 실행될 때, 상기 신호 처리 시스템이 청구항 12 내지 18 중 어느 한 항의 방법을 실행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 제품.