KR20160050906A

KR20160050906A - 초전도 선재의 결함 검출장치 및 그 검출방법

Info

Publication number: KR20160050906A
Application number: KR1020140150063A
Authority: KR
Inventors: 장재영
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-11

Abstract

결함 검출을 위해 이송되는 초전도 선재의 작은 위치 변화에도 무관하게 결함 유무를 정확하게 검출할 수 있도록 상부에 전기장을 발생시키는 자기장 발생부재; 상기 자기장 발생부재의 하부에 결함 측정을 위해 이송되는 초전도 선재; 및 상기 초전도 선재의 하부에 상기 자기장 발생부재로부터 쇄교되는 자속을 유도시켜 결함을 측정하는 측정부재;를 포함하는 초전도 선재의 결함 검출장치 및 그 검출방법을 제공한다.
그에 따라 복잡한 구조가 아닌 간단한 구조에 의한 비접촉방식의 장점은 물론 이송되는 초전도 선재의 움직임에도 상관없이 정확하게 결함 유무를 검출할 수 있는 효과를 가진다.

Description

초전도 선재의 결함 검출장치 및 그 검출방법{Defect detection apparatus and the detection method of the superconducting wire}

본 발명은 초전도 선재의 결함 유무를 검출하기 위한 것에 관한 것으로, 더 상세하게는 결함 검출을 위해 이송되는 초전도 선재의 작은 위치 변화에도 무관하게 결함 유무를 정확하게 검출할 수 있도록 한 초전도 선재의 결함 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것이다.

초전도 선재가 산업상 다양한 분야에 널리 사용되면서 제조가 완료된 초전도 선재의 품질을 측정하는, 즉 결함 여부를 확인하기 위한 다양한 방법이 제시되고 있다.

종래 초전도 선재의 임계전류 측정방법으로는 4단자 입계전류 측정방법으로, 이는 초전도 선재에 전류단자 2개와 그 사이에 전압단자 2개를 배치하고 전류단자에 전류를 통전시켜 임계전류를 측정하는 것이 통상적이다.

이러한 측정방법은 직접 초전도 선재에 전류를 통전시킴에 따라 비교적 정확한 임계전류를 얻을 수 있는 장점을 가지는 반면, 임계전류 측정시 과전류, 전류, 전압단자에 의한 초전도 선재에 가해지는 하중 등에 의하여 초전도 선재가 쉽게 손상되는 단점을 가진다.

또한, 홀 센서(Hall sensor)를 이용한 홀 프로브 측정장치에 의한 비접촉 임계전류를 측정하는 방법이 제시된바, 이는 비접촉 임계전류 측정 방식으로 인한 초전도 선재에 손상이 전혀 없으며, 빠른 속도로 측정이 가능하고, 미소한 결함의 위치를 찾아낼 수 있지만, 빈(Bean) 모델을 사용한 간접방법이므로 결함에 의하여 초전도 전류분포가 왜곡될 경우 실제 임계전류 값과 오차가 발생하는 단점을 가진다.

또, 상기 홀 센서를 이용한 측정방식에 있어서는 홀 센서의 위치가 조금만 틀어져 중앙을 정확하게 측정하지 못할 경우, 결과 자체가 왜곡되는 데, 측정 도중에 발생하는 다양한 요인에 의해 초전도 선재와 홀 센서 간의 상대적인 위치가 계속 변경되어 정확한 측정이 이루어지지 않는 단점도 가진다.

상기와 같은 단점을 해결하기 위한 종래의 선행기술에는 대한민국 등록특허 제10-1025010호(이하 '특허문헌 1'이라 한다)에 개시된 바와 같이 릴을 통한 장선의 고온 초전도 박막 선재들을 이송하여 비접촉식으로 박막선재의 어떠한 손상도 없이 초전도 선재 길이 방향으로 세밀하게 실시간 측정이 가능하고, 신뢰성이 뛰어난 데이터를 제공할 수 있는 홀 센서 어레이 구조를 이용하여 경제적인 방법으로 임계전류와 초전도 선재 결함들을 측정할 수 있어 초전도 선재들의 품질검사를 정확하고 신속히 실행할 수 있는 초전도 선재 특성 측정장치와 같은 기술이 제시된바 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1099659호(이하 '특허문헌 2'라 한다)에 개시된 바와 같이 초전도 선재에 임의의 폐곡선을 형성하고, 초전도 선재에 전류방향에 따른 적분구간을 형성하고, 홀 센서를 장착하여 이를 수평이동시키거나, 홀 센서를 다수 개 배치하여 측정된 자기장 분포로부터 초전도 선재의 임계전류를 측정할 수 있는 효율적이면서 경제적인 초전도 선재의 임계전류 비접촉 측정방법과 같은 기술도 제시된바 있다.

또, 대한민국 등록특허 제10-1215533호(이하 '특허문헌 3'이라 한다)에 개시된 바와 같이 초전도 선재의 임계전류를 측정하기 위해 초전도 선재를 미소단위 길이만큼 이송하여 측정된 연속된 임계전류로부터 그 특정 구간에서의 부분 임계전류를 산출할 수 있는 초전도 선재의 부분 임계전류 측정방법과 같은 기술도 제시된바 있다.

대한민국 등록특허 제10-1025010호 대한민국 등록특허 제10-1099659호 대한민국 등록특허 제10-1215533호

그러나, 상기한 특허문헌 1 내지 2는 홀 센서를 이용한 기술로, 초전도 선재의 위치변화에 따라, 즉 초전도 선재의 하부에 위치하는 홀 센서 세트(set)를 이용해 정상 시 자기차폐가 이루어지고, 결합 시 자기장이 그대로 통과되어 자기장을 측정하여 결함을 판단하게 되는 데, 측정하는 위치에 따라 결과 값이 바뀌어져 민감한 홀 센서로는 정확한 결과를 측정이 어려운 단점을 가진다.

또한, 특허문헌 3은 배경기술에서와 같이 초전도 선재와 직접 접촉되는 일부 문제점을 개선되기는 하였으나, 초전도 선재의 일 부분에 대한 임계전류 측정은 용이하나 초전도 선재의 전체적인 임계전류 측정에는 그리 효율적이지 못한 단점을 가진다.

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 결함 검출을 위해 이송되는 초전도 선재의 작은 위치 변화에도 무관하게 결함 유무를 정확하게 검출할 수 있도록 한 초전도 선재의 결함 검출장치 및 그 검출방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전압 측정이 더욱더 정확하게 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 초전도 선재의 결함을 검출하기 위한 검출장치로서, 상기 검출장치는 상부에 전기장을 발생시키는 자기장 발생부재; 상기 자기장 발생부재의 하부에 결함 측정을 위해 이송되는 초전도 선재; 및 상기 초전도 선재의 하부에 상기 자기장 발생부재로부터 쇄교되는 자속을 유도시켜 결함을 측정하는 측정부재;를 포함한다.

상기 자기장 발생부재는 자화되어 자기장을 발생하는 영구자석이다.

상기 측정부재는 영구자석의 자기장의 자속이 쇄교되어 발생하는 유도기 전력에 의해 전압을 측정하는 코일이다.

상기 코일은 인덕션 코일(induction coil)이다.

상기 코일은 이송되는 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경으로 형성된다.

상기 코일의 각 끝단은 발생한 전압을 증폭시키는 증폭기에 연결된다.

상기 코일은 원통 형태로 감겨 지게 형성된다.

상기 코일은 지그재그 형태로 배치된다.

초전도 선재의 결함을 검출하기 위한 검출방법으로서, 상부에 자기장을 발생시키는 수단을 구비하는 단계; 상기 자기장 발생시키는 수단의 하부로 결함 측정을 위한 초전도 선재를 이송시키는 단계; 및 상기 이송되는 초전도 선재의 하부에 그 이송되는 초전도 선재의 결함을 유도기 전력에 의해 측정하기 위한 측정수단을 마련하는 단계;를 포함한다.

상기 측정수단은 자기장의 자속이 쇄교되어 발생하는 유도기 전력을 전압으로 측정하여 결함 유무를 측정하는 것을 더 포함한다.

상기 측정수단은 이송되는 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경으로 형성한다.

본 발명은 결함 검출을 위해 이송되는 초전도 선재의 작은 위치 변화에도 무관하게 결함 유무를 정확하게 검출할 수 있도록 함으로써, 복잡한 구조가 아닌 간단한 구조에 의한 비접촉방식의 장점은 물론 이송되는 초전도 선재의 움직임에도 상관없이 정확하게 결함 유무를 검출할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 증폭기를 사용 전압 측정이 더욱더 정확하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 약하게 검출되는 전압도 정확하게 검출이 이루어질 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명에 의해 결함 여부를 측정하는 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 검출단계를 설명하기 위한 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 개념도이며, 도 2는 본 발명에 의해 결함 여부를 측정하는 상태를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이 전력 케이블과 초전도 풍력 터빈, 전력 저잘 시스템 등과 같은 다양한 전력 시스템에 사용하기 위해 제조된 초전도 선재의 결함을 검출하기 위한 검출장치(1)를 개시한다.

본 발명은 결함 검출을 위해 이송되는 초전도 선재의 작은 위치 변화에도 무관하게 결함 유무를 정확하게 검출할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명에 따른 상기 검출장치(1)는 상부에 전기장을 발생시키는 자기장 발생부재(10)와; 상기 자기장 발생부재(10)의 하부에 결함 측정을 위해 이송되는 초전도 선재(20); 및 상기 초전도 선재(20)의 하부에 상기 자기장 발생부재(10)로부터 쇄교되는 자속을 유도시켜 결함을 측정하는 측정부재(30);를 포함한다.

초전도 선재의 이송은 공지된 방식에 의한 것으로, 이송이 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 공급릴 및 수거릴에 의해 릴-투-릴(reel-to-reel) 방식에 의해 이동되도록 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 릴-투-릴 방식 이외에 초전도 선재를 안정적이면서 원활하게 이송시키는 공지된 어떠한 수단을 적용하더라고 무방하다.

자기장 발생부재(10)는 한번 자화(磁化)한 다음 영원히 자기장(磁氣場)을 발생하는 통상적인 영구자석인 것이 바람직하다. 이러한 영구자석은 천연의 자철석, 자황 철강(磁黃鐵鋼), 니켈 광석 등이 있다.

또한, 상기 자기장 발생부재는 영구자석은 물론 전기 통전에 따른 자기장을 발생하는 공지된 전자석 뿐만 아니라 자기장을 발생시키는 공지의 어떠한 수단을 적용하여도 무방하다.

측정부재(30)는 영구자석의 자기장의 자속이 쇄교되어 발생하는 유도기 전력에 의해 전압을 측정하는 코일(32)이다. 상기 코일에는 유도기 전력으로 인한 전압을 측정할 수 있는 공지된 전압 측정기(도시하지 않음)가 연결된다. 이때, 상기 코일(32)은 통상적인 인덕션 코일(induction coil)인 것이 바람직하다. 또, 상기 코일(32)은 이송되는 초전도 선재(20)의 폭 보다 큰 직경으로 형성된다. 또, 상기 코일(32)의 각 끝단은 미약하게 발생하는 전압을 증폭시켜 전압 발생을 확연하게 확인할 있도록 증폭기(40)에 연결된다.

다시 말해서, 상기 측정부재의 코일을 이송되는 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경을 갖도록 함으로써, 상기 초전도 선재가 이송 중에 조금씩 움직이는 작은 위치 변화에도 무관하게 결함 유무를 정확하게 검출할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또, 상기 측정부재인 코일에는 미약하게 검출되는 전압에도 결함 유무를 정확하게 파악할 수 있도록 그 미약하게 검출된 전압을 증폭시키는 증폭기에 의하여 정확한 검출이 가능한 것이다. 즉, 혹여 결함 검출시 미약한 전압에도 증폭기에 의해 민감하게 반응하여 결함 검출이 정밀하고 정확하게 이루어질 수 있도록 한다.

아울러, 상기 코일(32)은 이송되는 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경을 갖도록 원통 형태로 감겨 지게 형성되거나 또는 지그재그 형태로 배치되어도 무방하다. 또, 상기한 형태 이외에 상기 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경을 가지는 공지된 어떠한 형태를 적용하여도 무방하다.

상기와 같이 구성됨에 따라 본 발명은 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경을 가지는 측정부재의 코일에서 발생하는 전압을 증폭기를 통하여 증폭하여 신호를 얻어 결함 여부를 판단한다.

즉, 결함이 없을 시에는 측정부재인 코일에 쇄교되는 자기장의 자속은 일정하여 출력전압이 0이 된다. 그로 인해 결함이 없는 것을 정확하게 측정할 수 있다.

다시 말해서, 도 2의 (a)에서와 같이 결함이 없을 경우 이송되는 상기 초전도 선재(20)의 자기차폐 효과로 인해 초전도 선재(20)의 하부에서 자기장이 상쇄됨으로써, 결함이 없는 것을 확인할 수 있는 것이다.

반대로, 초전도 선재에 결함이 있는 경우에는 도 2의 (b)에서와 같이 이송되는 상기 초전도 선재(20)에서 자기차폐효과가 사라지고 순간적으로 자기장의 자속이 측정부재(30)의 코일(32)에 쇄교되어 유도기 전력이 발생하게 되고, 그 전력의 전압을 증폭기에 의해 증폭시킴에 따라 확연하게 검출할 수 있는 것이다.

그에 따라 이송되는 초전도 선재(20)가 결함이 있다는 것을 오차없이 정확하게 판단할 수 있는 것이다.

아울러, 상기 측정부재는 이송되는 초전도 선재 보다 큰 직경으로 형성됨으로써, 결함 측정을 위한 이송중인 초전도 선재의 작은 움직임으로 인한 작은 위치 변화에도 무관하게 결함 유무를 정확하게 검출할 수 있다.

이로써, 본 발명은 복잡한 구조가 아닌 간단한 구조로서, 초전도 선재의 결함을 유무를 비접촉방식에서 가지는 장점을 그대로 가지면서 특히 이송되는 초전도 선재의 작은 움직임으로 인한 위치 변화에도 상관없이 결함 여부를 정확하게 검출하여 판단할 수 있는 장점을 가진다.

한편, 공지된 방식에 의해 이송되는 초전도 선재의 결함을 검출하는 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 비접촉방식에 의한 장점을 그대로 가지면서 이송 중인 초전도 선재의 작은 위치변화에도 아무런 상관없이 정확하게 결함 유물을 측정할 수 잇다.

즉, 상부에 자기장을 발생시키는 수단을 구비하는 단계(S1)를 행한다. 이때, 자기장 발생 수단은 통상 영구자석, 전자석 등 자기장이 발생되는 어떠한 공지된 수단이면 족하다.

그런 다음 상기 자기장 발생시키는 수단의 하부로 결함 측정을 위한 초전도 선재를 공지된 방식에 의해 이송시키는 단계(S2)를 포함한다. 이때, 상기 초전도 선재의 이송은 전술한 바와 같이 공지된 이송방식으로, 이송이 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 공급릴 및 수거릴에 의해 릴-투-릴(reel-to-reel) 방식에 의해 이동되도록 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 릴-투-릴 방식 이외에 초전도 선재를 안정적이면서 원활하게 이송시키는 공지된 어떠한 수단을 적용하더라고 무방하다.

아울러, 상기 이송되는 초전도 선재의 하부에 그 이송되는 초전도 선재의 결함을 유도기 전력에 의해 측정하기 위한 측정수단을 마련하는 단계(S3)를 포함한다.

측정수단은 자기장의 자속이 쇄교되어 발생하는 유도기 전력을 전압으로 측정하여 결함 유무를 측정하는 것을 더 포함함은 물론 이송되는 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경으로 형성한다. 이때, 상기 측정수단은 전술한 바와 같이 코일을 사용하는 것이 바람직하며, 통상적인 인덕션 코일(induction coil)을 적용하는 것이 바람직하다 할 것이다.

그리고, 상기 측정수단인 코일을 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경을 갖도록 함으로써, 상기 초전도 선재가 이송되는 과정에서 작은 움직임으로 인한 작은 위치 변화에도 무관하게 결함 유무를 정확하게 검출할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또, 상기 측정수단인 코일의 각 끝단은 미약하게 발생하는 전압을 증폭시켜 전압 발생을 확연하게 확인할 있도록 증폭기에 연결하는 것이 바람직하다. 그로 인해 유도기 전력을 전압으로 측정시 미약한 전압 또한 증폭기에 의하여 확연하게 검출할 수 있는 조건으로 인해 더욱더 정확한 검출이 이루어질 수 있는 것이다.

이러한 본 발명에 의한 방법은 비접촉방식에 의한 이송되는 초전도 선재에 발생하는 작은 움직임에도, 즉 초전도 선배의 폭 보다 큰 직경의 측정수단에 의하여 상기 초전도 선재의 작은 움직임에도 상관없이 정확하게 결함 유무를 측정할 수 있다.

더욱이, 복잡한 구조가 아닌 간단한 구조의 비접촉방식에 의한 장점을 그대로 가지면서 초전도 선재의 결함 유무를 더욱더 정확하게 검출하여 제품의 신뢰성을 한층 높일 수 있는 조건을 가진다.

1 : 검출장치
10 : 자기장 발생부재 20 : 초전도 선재
30 : 측정부재 32 : 코일
40 : 증폭기

Claims

초전도 선재의 결함을 검출하기 위한 검출장치로서,
상기 검출장치는 상부에 전기장을 발생시키는 자기장 발생부재;
상기 자기장 발생부재의 하부에 결함 측정을 위해 이송되는 초전도 선재; 및
상기 초전도 선재의 하부에 상기 자기장 발생부재로부터 쇄교되는 자속을 유도시켜 결함을 측정하는 측정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 자기장 발생부재는 자화되어 자기장을 발생하는 영구자석인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출장치.
제2항에 있어서,
상기 측정부재는 영구자석의 자기장의 자속이 쇄교되어 발생하는 유도기 전력에 의해 전압을 측정하는 코일인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출장치.
제3항에 있어서,
상기 코일은 인덕션 코일인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출장치.
제4항에 있어서,
상기 코일은 이송되는 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출장치.
제3항에 있어서,
상기 코일의 각 끝단은 발생한 전압을 증폭시키는 증폭기에 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출장치 및 그 검출방법.
제5항에 있어서,
상기 코일은 원통 형태로 감겨 지게 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출장치.
제5항에 있어서,
상기 코일은 지그재그 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출장치.
초전도 선재의 결함을 검출하기 위한 검출방법으로서,
상부에 자기장을 발생시키는 수단을 구비하는 단계;
상기 자기장 발생시키는 수단의 하부로 결함 측정을 위한 초전도 선재를 이송시키는 단계; 및
상기 이송되는 초전도 선재의 하부에 그 이송되는 초전도 선재의 결함을 유도기 전력에 의해 측정하기 위한 측정수단을 마련하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출방법.
제9항에 있어서,
상기 측정수단은 자기장의 자속이 쇄교되어 발생하는 유도기 전력을 전압으로 측정하여 결함 유무를 측정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출방법.
제10항에 있어서,
상기 측정수단은 이송되는 초전도 선재의 폭 보다 큰 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 결함 검출방법.