KR20180038470A - 에디 전류 검사 프로브용 드라이브 코일 - Google Patents

Abstract

전도성 튜브 또는 파이프 벽면 내에 에디 전류의 특수한 공간 분포를 생성하기 위한 드라이브 코일 구조체는 튜브 벽면에서 결함을 감지하기 위해 별도의 자기 센서 어레이와 결합하여 사용될 수 있다. 상기 드라이브 코일 구조체는 일반적으로 상기 실린더 프로브 바디의 원주 주변을 감싸는 복수의 코일을 포함하고, 축 방향으로 뱀 모양 기복으로 더 모양이 형성될 수 있다. 상기 기복은 공간 진폭(amplitude), 공간 상 및 공각 주파수로 특징될 수 있다. 전형적으로 상기 공간 주파수는 상기 드라이브 코일의 원주 주변에 정수의 기복을 자주 야기할 수 있고, 상기 상은 상기 원주에 대해 로브스(로브s)를 균일하게 배분하도록 선택된다. 상기 각각의 코일의 전류 위상은 상기 집합체 원주 주변의 합산 전류가 상쇄되도록 선택된다.

Description

에디 전류 검사 프로브용 드라이브 코일

이 PCT 출원은 35 U.S.C.　§　119(e) 하에서, 2015년 7월 28일자로 출원된 에디 전류 검사 프로브용 드라이브 코일 명칭(Drive Coil for Eddy Current Inspection Probe)의 가출원 번호 62/197,963에 대하여 우선권을 주장한다. 가출원 전체는 참조로서 여기에 통합된다.

보빈 프로브 ( Bobbin probe )

보빈 스타일 에디 전류 프로브는 파이프 및 튜브의 비파괴 검사를 위해 수 십년간 사용되어 왔고, 전도성 물질로 만들어졌다; 도 1은 보빈 프로브 형상을 개략적으로 나타낸 것이다. 보빈(110)은 검사(inspection, 120) 중에 상기 튜브와 공동축인 와이어 코일을 포함한다. 검사를 수행하기 위해, 상기 코일로 발진 전압이 가해지고, 상기 보빈은 튜브 축(130)을 따라서 튜브를 통해 전달된다. 이 전압은 전류를 생성하고, 상기 튜브 내에 에디 전류를 야기하는 자기장을 생성한다. 상기 튜브에 대한 이 전자기 커플링은 상기 코일 상에 부하를 구성하고, 따라서 상기 시스템은 전기 임피던스를 모니터링함으로써 특징될 수 있다. 상기 튜브 벽의 구멍, 결함, 삽입물 또는 다른 결함은 상기 커플링을 변경시키고, 따라서 상기 임피던스를 변경시킨다.

상기 개략도에 이웃하여 도시된 자기장 분포는 간단한 자기 쌍극자의 보빈 프로브에 의해 생성된 것이다. 보빈 프로브는 쉽게 건설할 수 있고, 구동할 수 있다. 하지만 다음과 같은 중대한 여러 제한을 포함한다: (1) 에디 전류 유동 방향은 순수히 원주방향이고, 결과로서 상기 시스템은 상기 튜브의 원주에 평행하도록 배향된 결함과 비교하여, 상기 튜브의 축에 대해 평행한 결함에 훨씬 예민하다; (2) 자기장 분포는 상기 튜브의 외측으로 상당히 연장된다, 따라서 지지 빔, 매니폴드, 기타를 포함하는 상기 튜브의 바깥의 전도성 구조에 대해서 어레인지먼트(arrangement)가 예민하다; 및 (3) 상기 어레인지먼트는 결함의 원주 위치 결함을 감지하지 못한다

수십년간, 다양한 개선이 이러한 단점을 극복하기 위해 만들어졌다:

탄젠셜 어레이 프로브 ( Tangential array probe )

상기 프로브의 원주 주변에 원형 어레이로 배열된 소형 원형 코일(220)의 어레이로 구성된 탄젠설 어레이 프로브를 도 2에 개략적으로 나타내었다. 상기 각각 코일의 축은 지름 방향이고, 각각 코일의 평면은 상기 프로브 원주에 접선 방향이다. 젝텍(Zetec) X-Probe는 이러한 프로브의 예이다. 상기 어레이는 수십 개의 코일을 가질 수 있고, 단일 또는 여러 코일 밴드로 구성될 수 있다. 상기 코일은 프로브 민감도, 해상도 및 검사 속도를 조율하기 위해 최적화된 멀티플렉싱 기법을 사용하여, 일반적으로 연속적으로, 또는 각각 구동되거나, 쌍으로 또는 삼자로 구동된다. 각각의 코일이 개별 구동될 때, 각각 코일의 자기장 분포는 상기 코일 축과 그것의 축이 일치하는 단순한 자기장 쌍극자이고, 차례로 상기 프로브의 직경과 일치한다. 이것은 도 2의 개략도 측면도에서 도시하였고, 화살표 부피에 기반하여 플럭스 밀도를 묘사하고 있다.

이러한 프로브 타입은 각각의 코일이 작기 때문에, 축 및 원주의 결함 양쪽에 동일하게 민감하도록 디자인될 수 있고, 상기 자기장 분포의 기하학 정도는 제한되고, 상기 프로브는 비교적 상기 튜브의 바깥 구조에 대해서 면역이다. 그러나, 검사 속도를 유지하고, 최소화된 간섭을 완성하기 위해 상기 코일은 유도성 부하 및 스위칭은 반드시 빨라야하기 때문에, 이러한 디자인 타입은 고성능의 멀티플렉서를 요구한다. 그들은 동일 방향에 대해서 동시에 구동된다면, 인접 코일에 의한 에디 전류는 상기 코일 사이의 지역에서 취소될 수 있고, 어레인지먼트의 효능을 감소시키기 때문에, 상기 코일은 반드시 멀티플렉스 되어야 한다. 또한, 다수 코일의 감기, 매칭, 설치 및 조정은 미세하고, 비싼 제조 공정이다. 이러한 어레인지먼트의 한 개의 제한은 상기 프로브가 튜브 또는 파이프를 따라서 전달될 때, 상기 파이프 벽면의 어떤 부분은 주로 원주 전류를 경험하고, 다른 부분은 주로 축 전류를 경험할 수 있다는 것이다. 따라서, 다른 배향에 대한 결함에 대한 민감도는 상기 프로브 내의 코일에 대한 그들의 정확한 위치에 결정된다. 예를 들어, 원주로 우세한 방향을 따라서 에디 전류가 흐를 때, 각각 코일의 중심을 가로지르는 경로에 근접한 지역에서, 상기 프로브는 상기 튜브 축에 평행하게 배향된 결함에 특히 민감하다(그리고 따라서 상기 프로브의 축). 역으로, 예를 들어 상기 에디 전류가 잠재적 결함과 만나면 상기 튜브의 축에 평행 방향을 따라서 우세하게 흐르도록 근접 코일 사이의 접점에 근접한 영역에서 발생한다면, 상기 프로브는 상기 프로브 원주를 따라 배향된 결함에 가장 민감할 것이다.

로테이팅 필드 프로브 ( Rotating field probe )

로테이팅 필드 프로브에서, 두 개의 와이어 코일이 사용된다. 도 3은 형상의 개략도이다. 제1 코일(310)은 그것의 평면이 튜브의 축에 포함되도록 배열되고, 제2 코일(320)은 그것의 평면이 또한 튜브의 축에 포함되도록 배열되고, 그것의 법선은 제1 코일(310)의 법선과 수직하고, 상기 코일(310) 및 코일(320)의 중심은 일치하고, 따라서 상기 튜브의 축은 상기 두 개 코일의 교차와 일치한다. 따라서, 각각 코일에 의해 생성되는 자기장은 상기 튜브 직경을 따라서 상기 튜브에 교차하는 두 개의 점인 자기장 쌍극자이다. 이러한 디자인에서, 양쪽 코일은 일반적으로 동일한 주파수에서 구동되고, 하지만 제2 코일의 여기 상은 제1 코일 여기 상에 대해서 90° 뒤쳐진다(또는 앞선다). 따라서 상기 자기장 쌍극자는 코일 구동 신호 주파수에서 튜브 외주를 따라서 회전한다. 선택적으로, 상기 코일은 두 개의 코일에 대해 동일하지 않은 시간 변조 페이즈 또는 주파수에서 구동할 수 있고, 구동 신호 주파수(drive signal frequency)와는 다른 회전 주파수(rotation frequency) 결과를 가져온다. 감지는 상기 드라이브 코일의 임피던스를 감지하거나, 별도의 자기장 센서 또는 센서 어레이를 사용함으로써 성취될 수 있다. 상기 센서는 감겨진 와이어 코일, 고체 센서 또는 종래 기술에 알려진 다른 센서일 수 있다.

이러한 디자인은 원주 및 축 결함에 대해서 동일하게 민감하고, 어떤 원주 해상도를 제공할 수 있다. 그러나 이것은 특정한 한계를 겪고 있다: (1) 자기장은 튜브 밖으로 잘 뻗어나가고, 따라서 외부 구조와 상호 작용한다; 및 (2) 상기 결함의 원주 위치가 상기 신호의 상(phase)에 포함되는 어떤 경우일 때, 또한 상기 신호의 상은 결함의 깊이, 크기 및 형상에 대한 정보를 포함하고, 따라서 이 방법에 의해 독립적으로 결정되지 않는다.

X-probe 및 동류의 디자인을 포함하는 많은 에디 전류 프로브에서, 드라이브 코일 및 디텍터에 동일한 코일이 사용된다(동시 또는 분리시에). 또한, 고체 자기 디텍터가 사용될 수 있고, 감긴 와이어 코일에 대해 비용, 크기 및 균일도에서 많은 이점을 제공할 수 있다. 그러나 감긴-와이어(wound-wire) 코일이 에디 전류를 생성하기 위해 프로브 내로 병합되는 경우는 고체 센서를 사용한 제조 이점은 완전히 실현되지 않는다. 따라서 후술되는 본 발명과 같이 다수의 소형 코일에 의존하지 않는 드라이브 코일 디자인은, 특히 상기 프로브가 고체 센서 어레이로 사용되는 경우 특히 이점이 있다.

요약하면, 드라이브 전류 디자인은 일부의 검사 중에 튜브 벽 내의 모든 위치는 우세하게 원주 에디 전류, 및 다른 부분의 검사 중에 우세하게 축 에디 전류를 경험하도록, 에디 전류 분포의 방향이 시간의 함수 및/또는 프로브 위치에 따라 변하도록 고안하는 것이 바람직하다. 또는, 상기 프로브의 스캔 중에 다른 시간에는 상기 우세한 에디 전류 방향은 상기 튜브 벽의 각각 지점에서의 에디 전류 방향이 적어도 다른 두 방향이면, 다른 각도일 수 있고, 사익 두 방향은 바람직하게 서로에 직각이다.

또한, 멀티플렉서는 복잡합을 더하고, 프로브 제조 단가를 상승시키고, 검사되어야 하는 튜브의 속도에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 이러한 시간 및/또는 위치 변조된 에디 전류 분포는 멀티플렉싱 분리된 구동 코일(multiplexing discrete dive coil)에 대해 재분류없이 생산하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예는 전기 전도성 물질을 포함하는 관형 물체의 검사용 에디 전류 생성 구조체로서, 상기 구조체는 원형 둘레부를 갖고, 하나 이상의 전류 운반 경로를 포함하고, 상기 경로는 공동의 축에 대하여 실질적으로 동심원이고, 축 방향으로 공간적으로 더 조절되고, 상기 하나 이상의 각각의 경로는 구조체의 상기 둘레 주위에 축 방향 기복(axial undulation)의 정수를 갖는다.

본 발명의 다른 측면은, 상기 기복은 관형 물체의 벽에서 에디 전류 분포를 최적화하도록 성형된다. 본 발명의 다른 측면은 이러한 기복은 사인파 형상, 사다리꼴 형상, 사이클로이드 또는 관련 함수로 이루어지는 군 중 하나의 형상을 갖는다.

본 발명의 다른 측면은, 복수의 전류 경로가 있고, 각각은 서로에 대해 공간 페이즈 관계를 갖고, 상기 전류 경로 기복의 공간 페이즈는 상기 기복이 상기 시스템의 원주에 대해서 일정하게 분포되도록 배열된다.

본 발명의 다른 측면은, 복수의 전류 경로가 있고, 각각의 경로에서의 전류의 시간 페이즈는 각각의 경로에서 고정되고, 다른 경로의 상기 시간 페이즈는 합산 전류(net current)가 공동의 축에 대해서 제로이다.

본 발명의 다른 측면은, 복수의 전류 경로가 있고, 각각의 전도성 경로에서 전류의 시간 주파수는 동일하다.

본 발명의 다른 측면은, 복수의 전류 경로가 있고, 각각의 전도성 경로에서 다른 전류의 시간 주파수는 상이하다.

본 발명의 다른 측면은, 자기장 센서의 제1 어레이가 있다. 본 발명의 다른 측면은, 상기 전류 운반 경로는 백그라운드 자기장을 생성하고, 공간 페이즈 및 상기 자기장 센서의 어레이의 위치 피치(pitch)가 상기 백그라운드 자기장에서 대칭을 제공하도록 구성된다.

본 발명의 다른 측면은, 상기 전류 운반 경로는 백그라운드 자기장을 생성하고, 상기 자기장 센서는 상기 자기장의 방향 성분을 감지하도록 배향된다. 본 발명의 다른 측면은, 상기 방향 성분은 상기 관형 물체의 표면에 수직, 상기 관형 물체의 축에 평행, 및 상기 관형 물체의 표면에 접선(tangential)으로 이루어진 군 중 하나이다.

본 발명의 다른 측면은, 상기 제1 센서 어레이는 유도 코일, 고체 센서, AMR 센서, GMR 센서, 홀(Hall) 센서, 밸브 센서, TMR 센서 및 광자기 센서로 구성되는 군 중 선택되는 센서를 포함한다.

본 발명의 다른 측면은, 제2 센서 어레이를 포함하고, 상기 제1 센서 어레이는 상기 전류 운반 경로의 제1 측에 대해서 축 방향으로 인접하게 위치하고, 상기 제2 센서 어레이는 상기 전류 운반 경로의 제2 측에 대해서 축 방향으로 인접하게 위치한다. 본 발명의 다른 측면은, 상기 제2 센서 어레이는 차동 감지를 위한 신호 레퍼런스를 제공하도록 사용된다. 본 발명의 다른 측면은, 상기 제2 센서 어레이는 장치의 원주 해상도를 높이기 위해 사용된다.

상기 전류 운반 경로는 분리된 와이어, 포토리소그래피로 생성된 전도체, 절삭 가공 및 첨삭 가공으로 구성된 군으로부터 제조될 수 있다.

상기 전류 운반 경로는 연속적으로 실린더 실린더 형태로 형성된 유연 기판 상에 제조되거나, 경질 또는 준경질 프로브 바디(probe body) 상에 직접적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예는 전기 전도성 물질을 포함하는 평면 또는 부정형 형상의 물체의 감지를 위한 에디 전류 생성 구조체로서, 상기 구조체는 실질적으로 평면 배치 및 상기 평면에 포함된 리니어(linear) 축을 갖고, 복수의 전류 운반 경로를 포함하고, 상기 경로는 일반적으로 공동의 축을 따라 배치되고, 상기 축의 직각 방향으로 평면상에 공간적으로 더 조절되고, 각각의 경로는 축방향 기복의 정수를 갖고, 상기 기복의 공간 페이즈는 상기 전류 운반 경로 각각에 대해서 상기 공동 축을 따라서 균일하게 분포된다.

평면 또는 부정형 형상 물질 검사용 에디 전류 생성 구조체의 다른 측면은, 평평한 경질 기판, 성형 경질 기판, 유연 기판, 관절 기판으로 구성된 군 중 하나 상에 지지될 수 있다.

평면 또는 부정형 형상 물질 검사용 에디 전류 생성 구조체의 다른 측면은, 하나 이상의 자기 센서를 포함한다.

도 1은 종래 기술 보빈 프로브 및 이와 연관된 자기장의 개략도이다;
도 2는 종래 기술 탄젠셜 어레이 프로브 및 이와 연관된 자기장의 개략도이다;
도 3은 종래 기술 로테이팅 필드 프로브의 개략도이다;
도 4a는 본 발명의 실시 예를 따르는 예시적인 프로브의 개략도이다; 도 4b는 본 발명의 실시 예를 따르는 예시적인 프로브의 알맞게 두꺼운 벽의 근접(위) 및 먼 측(아래)의 에디 전류 분포를 도시한 것이다;
도 5a는 본 발명의 실시 예를 따르는 예시적인 다중 와인딩 프로브(multi winding probe)의 개략도이다;
도 5b는 도 5a에 도시된 예시적인 프로브의 알맞은 벽 두께의 근접 및 먼 측 상에 에디 전류의 분포를 도시한 것이다;
도 6a는 본 발명의 실시 예를 따르는 예시적인 멀티-와인딩 프로브의 개략도이다;
도 6b는 본 발명의 실시 예를 따르는 예시적인 멀티-와인딩 프로브의 개략도이다;
도 6c는 도 6a에 도시된 구성의 내부 벽의 근접 측에서 에디 전류를 도시한 것이다;
도 6d는 일치 페이즈 신호에서 먼 곳 벽 상에 원주 결함이 있는 튜브 벽의 외부 표면에서 에디 전류 세기 및 방향을 나타낸 것이다;
도 6e는 90도 상 이동된 신호에서 먼 곳 벽 상에 원주 결함이 있는 튜브 벽의 외부 표면에서 에디 전류 세기 및 방향을 나타낸 것이다;
도 7은 모델 여기 및 감지 시스템의 형상을 도시한 것이다;
도 8은 도 7의 10개의 센서 위치의 모델에서 자기장의 방사 성분 크기를 도시한 것이다;
도 9a 및 9b는 시스템에서 상이한 로브 횟수로 축 및 원주 결함 모두에서 백그라운드 차감된 데이터를 도시한 것이다;
도 10a 및 도 10b는 도 9a 및 도 9b의 동일 터이터를 로컬 백그라운드 필드에 표준화한 것을 나타낸다;
도 11은 본 발명을 따르는 다양한 코일 구성에 따른 자기장의 상이한 성분의 크기를 요약해서 나타낸다;
도 12a는 백그라운드 차감 응답의 크기를 나타낸다;
도 12b는 백그라운드 필드에 대한 응답 비율을 나타낸다;
도 13a는 본 발명의 전류 드라이브 디자인의 평판 버전의 개략도를 나타낸다;
도 13b는 도 13a 디자인의 자기장을 나타낸다.

본 발명의 실시 예는 종래의 보빈 드라이브 코일 디자인을 수정한 것이다, 따라서 축 방향으로 뱀 모양으로 성형된다. 이러한 형상의 개략도는 도 4에 도시되었다. 상기 기복(410)은 공간 진폭(411), 및 공간 주기(412)로 특징될 수 있고, 일반적으로 공간 주파수는 상기 드라이브 코일(drive coil)의 원주 주변에서 기복의 정수를 갖도록 선택될 수 있다. 도 4a에 도시된 사인파 형상 코일은 파라미터 방적식으로 묘사될 수 있다

x=R cos (t)

y=R sin(t)

z=A cos(nt+ φ)

상기 파라미터 t는 0 및 2*pi 사이의 값에서 변화한다: 0<t<2*π. 상기 코일의 반지름 R은 일반적으로 내부 프로브를 위한 튜브의 내부 반지름보다 조금 작고, 외부 프로브를 위한 튜브 또는 파이프의 외부 반지름보다 조금 크다, A는 상기 기복의 진폭이고, φ는 그 경로의 기복 페이즈의 라디안이고, 상기 튜브 및 프로브의 축은 모두 z 축으로 정렬된다.

이러한 코일에 의해 생성되는 에디 전류는 상기 튜브의 원주 주위의 다른 점에서 상이한 방향으로 흐른다. 하지만, 일반적으로 상기 튜브 벽의 각각 지역은 에디 전류의 오직 특정 하나의 방향만 경험한다. 따라서, 각각 지역의 민감도는 그 방향에 대해서 평행한 결함에 대해서 상당히 감소한다. 즉, 예를 들어 상기 드라이브 코일(420)의 원주 방향 세그먼트에 근접한 튜브 지역은 오직 원주 에디 전류만 경험하고, 다른 시간의 측정 중에 축 에디 전류를 경험하지 못한다. 이러한 시스템은 어떤 지역에서는 축 결함에 민감하고, 다른 지역에서는 원주 결함에 민감하다. 또한, 상기 에디 전류 방향의 공간 기복은 상기 벽의 깊이를 증가함으로써 사라진다. 따라서 충분히 두꺼운 파이프 벽 두께에서는 상기 튜브 벽의 먼 곳 상에 에디 전류 분포는 간단한 보빈 드라이브 코일용 에디 전류 분포와 구별 가능하지 않다. 도 4는 알맞은 두께 벽의 근접 측 벽(430, 내부 프로브용 내부 벽 및 외부 프로브용 외부벽) 및 먼 측 벽(440) 상에 에디 전류 분포를 도시한 그래프이다. 상기 도를 참조하면, 전류 분포의 축 조절은 벽의 먼 측에서 상당히 감소한다. 따라서, 상기 전류는 먼 벽에서 원주 결함(450)에 대해서 주로 평행할 수 있다. 또한, 이 드라이브 코일을 위한 자기장 분포는 다시 보빈 프로브의 쌍극자와 유사하게 큰 그것일 수 있다. 따라서, 자기장은 외부 물체 또는 구조체와 상호작용할 수 있고, 따라서 에디 전류 측정은 외부 물체 및 구조체에 민감하다.

이러한 몇몇 단점을 경감하기 위해, 다른 실시 예는 두 개의 뱀 형상 코일을 배열하였고, 이를 도 6에 개략적으로 도시하였다. 제2 코일(520)의 공간 기복의 외주 페이즈는 제1 코일(510)의 그것으로부터 90°의 오프셋(offset)이 있다. (상기 방적식에서, φ=2*π/4) 또한, 상기 전류의 두 개 링을 통한 시간 페이즈는 180°의 오프셋이 있고, 따라서 상기 프로브의 원주 주변의 합산 전류(net current)는 제로(0)이다. 이러한 구성은 대략 상기 프로브의 원주 주변에 분산된 닫힌 회전하는 경로의 원형 어레이와 동등하다. 또한, 유도된 에디 전류 분포는 닫힌 회전하는 경로(530)을 포함하고, 도 5의 오른쪽에 개략적으로 도시된 도면에 나타난 바와 같이 이러한 경로는 두꺼운 벽 파이프에서 조차도 벽의 두께를 통해 보존된다. 게다가, 각각의 회전하는 경로는 작고, 국부적인 자기 쌍극자와 연관이 있고, 외부 물체 또는 구조체와의 상호작용을 감소한다. 그러나 상기 프로브가 파이프 또는 튜브의 어떤 지역에 축을 따라서 전달될 때, 예를 들어 경로(540)를 따르는 경우 방향에서 전류 변화를 경험하고, 예를 들어 경로(550)을 따르는 경우 한 방향을 따라 에디 전류를 경험하고, 이 경우는 원주이다.

추가적인 개선은 도 6에 도시된 3개의 뱀 모양 코일(610, 620 및 630)을 사용함으로써 성취될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 어떠한 쌍의 코일에 대해서도 60°의 상대 공간 페이즈 및 상대 시간 페이즈 120°를 갖는다. 이러한 경우 상기 프로브가 상기 파이프를 따라 횡단하면서 이동할 때 상기 튜브 벽의 각각 지역은 상이한 방향으로 흐르는 에디 전류를 경험한다. 예를 들어, 경로(640)을 따라서 상기 에디 전류의 우세한 방향은 첫 번재로 원주이다, 그리고 다음으로 한 방향으로 120° 편향되고, 그리고 마지막으로 반대 방향으로 또한 120° 편향된다. 도 6c는 상기 벽의 근접 측에서 에디 전류를 도시한 것이고(도시된 구성의 내부 벽면), 도 6d 및 6e는 여기의 시간 진동의 상이한 두 개의 점에서 먼 측 벽 에디 전류 강도 및 방향을 나타낸 것이다. 원주 결함(350)의 위치에서 우세한 전류 방향은 두 개의 시간적으로 다른 점에서 다른 것으로 나타났다.

본 발명의 일 예는 두 개 이상의 뱀 모양 드라이브 코일 링(ring)을 포함하는 드라이브 코일 집합체이다. 상기 집합체의 여러 링은 상기 프로브의 원주 주변에 위치하고, 각각 링의 기복의 공간 페이즈는 상기 프로브 원주 주변의 상기 기복의 로브를 균일하게 분포하도록 선택된다. 따라서, 상기 링은 특정 주파수의 인풋 신호 및 상이한 상대 시간 페이즈로 모두 동일하게 다음과 같이 선택되어 구동된다. (1) 상기 프로브의 원주 주위의 합산 전류가 제로(0)이고, (2) 어떤 순간에서라도 상기 튜브 벽에서 생성되는 에디 전류 분포의 우세한 전류 방향은 원주 방향이고, 다른 지역은 우세한 전류 방향은 축 또는 대각선 방향이고, 지역의 우세한 에디 전류 방향은 프로브 스캔 중에 시간에 걸쳐서 다른 순간이면 상이하다. 상기 튜브의 각각의 영역에서 전류가 서로 직교하는 최소 두 개의 방향을 통해서 변하는 한 상기 우세한 전류 방향은 상기 튜브 축에 대해서 어떠한 바람직한 각도로 배향될 수 있다. 다른 실시 예에서, 만약 결함이 상기 튜브 축에 대해서 특정 방향에서 더욱 빈번하다면, 상기 에디 전류 드라이브 코일의 형상은 관심이 덜한 방향을 따르는 민감도에 비교하여 바람직한 방향을 따라서 감도가 향상되도록 편향된 전류 패턴을 생성하기 위해 최적화될 수 있다.

선택적으로, 상기 집합체의 뚜렷한 뱀 모양 링은 살짝 다른 반경을 가질 수 있고, 따라서 상기 튜브 내에 서로 접촉 없이 동심원을 갖도록 배열될 수 있고, 또는 상기 링 사이에 전기 쇼트가 없는 한 상기 링의 철사는 상호 짜여질(interwoven) 수 있다. 또한, 선택적으로 특정한 바람직한 에디 전류 분포를 성취하기 위해 상기 고리는 축 방향을 따라서 간격을 가질 수 있고, 이는 유한요소법 또는 종래 알려진 어떤 방법을 통해 최적화될 수 있다.

도 6a는 본 발명의 바람직한 실시 예의 구성을 나타낸 것이다. 세 개의 성형된 전도체 (610, 620 및 630)은 상기 프로브 바디의 주변에 정렬된다. 각각의 링은 상기 프로브의 원주 주변에 대해 사인파형 사이클의 정수의 뱀 모양으로 구성되고; 각각 사이클은 하나는 양의 축 방향으로 돌출되고, 다른 하나는 음의 축 방향으로 돌출된 두 개의 로브(lobe)를 포함한다. 상기 진동의 공간 페이즈는 즉 서로 링에 대한 각각 로브에 대한 시작 점은 상기 원주 주변에 모든 고리의 로브가 고르게 분포되도록 선택된다. 세 개의 링에 대해서는, 상기 세 개의 링의 로브 사이의 상기 공간 상대 페이즈는 60°이다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 드라이브 코일의 뱀 모양 링은 튜브, 파이프 또는 로드(rod)의 외측 직경보다 조금 크고, 집합체는 도 6b에 도시된 바와 같이 외부를 깜싸는 코일로 사용된다.

상기 세 전도체 각각에 인가되는 전기 신호는 특정 주파수 및 페이즈와 함께 전류를 생산한다. 상기 전류의 주파수 및 진폭은 재료 및 상기 튜브 벽의 두께에 따라서 선택되고, 종래 확립된 방법을 따라 테스트된다. 상기 세 개의 전도체에서 전류의 상대 시간 페이즈는 상기 페이즈의 합은 제로가 되도록 선택된다. 따라서, 제1 링(610)에서 전류의 페이즈는 임의의 시간 레퍼런스에 대해서 제로 페이즈로 구동될 수 있고, 제2 링(62)에서 전류는 제1 링(610)에 대해 +120° 시간 페이즈로 구동될 수 있고, 제3 링(630)에서 전류는 제1 링(610)에 대해 -120° 페이즈로 구동될 수 있다.

다른 숫자 링의 공간 및 시간 페이즈는 원주 주변에 상기 로브가 균일하게 분포되도록 선택될 수 있고, 시간 페이즈의 합산은 제로이다. 선택적으로, 제1링을 위한 상기 링 사이의 상대 페이즈 또는 레퍼런스 페이즈는 상기 프로브의 민감도를 증가시키기 위해 및/또는 특정한 감지를 가능하게 또는 데이터 분석 알고리즘이 사용되기 위해 시간에 따라 변할 수 있다. 또한 각각의 링은 감지 향상 또는 감지 민감도 또는 데이터 분석을 향상시키기 위한 목적으로 다른 링의 주파수와는 상이할 수 있는 유일한 주파수로 구동될 수 있다.

이러한 방식에서, 상기 튜브 원주 주변의 합산 전류는 제로이고, 따라서, 합산 자기 쌍극자 모먼트(net magnetic dipole moment)는 없다. 이것은 상기 감지 프로브에 의해 생성되는 자기장의 공간적 범위를 최소화시키고, 따라서 감지 프로브와 설치 브라켓, 매니폴드, 기타와 같은 외부 구조체의 상호작용을 최소화한다. 전체 링에 대한 합산 쌍극자 모먼트가 제로일 때, 상기 세 개의 전도성 링의 로브 작은 회전하는 전류의 네트워크를 형성하고, 각각은 상기 프로브의 직경을 따라서 배향된 쌍극자 모먼트를 갖는다. 이것은 상기 튜브 벽을 통해서 회전하는 에디 전류 소용돌이 패턴을 생성한다. 이러한 패턴은 상기 파이프 월의 두께를 통해 유지되고, 상기 자기장 분포는 국부화되고, 상대적으로 외부 물체 또는 구조체에 민감하지 않다. 에디 전류의 패턴을 방해하는 상기 튜브의 결함은 자기 신호를 생성한다. 상기 신호는 결함으로 결함의 위치에서 동시적인 에디 전류 방향에 직교하도록 강조된다. 상기 튜브 벽의 각각의 지점은 검사 중에 상기 튜브를 통한 상기 프로브의 전달으로 인해 시간에 걸쳐서 상이한 에디 전류 방향을 경험하기 때문에, 어떠한 방향을 따라서 배향된 결함도 감지될 수 있다. 도 6d 및 도 6e는 원주 결함(650)과 함께 튜브 벽의 외부 표면에서 시간 진동의 기간 동안 두 개의 상이한 예의 에디 전류 강도 및 방향을 나타낸다. 상기 에디 전류의 스캔에서 저런 특정한 구성 및 상기 싸이클 및 위치에서 특정한 모먼트(moment)는 본질적으로 결함에 대해 평행한 것은 분명하고, 다만 상기 프로브가 상기 튜브를 따라 이동하는 것은 상기 에디 전류는 상기 결함에 대해 각도로 흐르는 시간이 있을 수 있고, 상기 시스템의 결함에 대한 민감도를 증가시킨다.

각각 트레이스(trace)를 조금 상이한 주파수에서 구동하는 것은 이점이 있을 수 있고, 및/또는 그들 사이의 상기 페이즈는 조금 상이하도록 한다. (그들 전부를 싱크에 맞춰 회전하거나 또는 120° 부근으로 페이즈를 조절) 이것은 감지 민감도, 소음 감소 또는 데이터 분석 목적에는 유용할 수 있다. 그러나 그들을 순차적으로 구동하는 것은 바람직하지 않고, 즉 상기 링에 전류를 펄스(pulse)하고 어떠한 순간에도 오직 하나만 전류를 운반하도록 하는 것은 바람직하지 않다. 단일 뱀 모양 트레이스를 따라서 전류가 흐른다면, 상기 기복은 벽의 두께에 따라서 상쇄되고, 충분히 두꺼운 벽(수 밀리미터)에 대해서는, 먼 측 상에서 상기 에디 전류는 단순한 보빈의 그것과 동등할 수 있다. 동일한 이유에서, 상기 링을 축으로 심하게 분리하는 것은 바람직하지 않다. 그것은 상기 전류의 상호작용(특히 상기 전류에 관련된 자기 플럭스 라인 사이의 상호작용)이고, 물질 내부의 전류 패턴을 유지한다.

상기 드라이브 코일과 함께, 에디 전류 검사 시스템은 실험 물체에서 결함에 의해 생성되는 자기 신호 감지를 위한 하나 이상의 센서 또는 센서 어레이를 요구한다. 어떤 경우에는, 상기 에디 전류 구동을 위해 사용되는 동일한 구조는 동시에 드라이브 신호 또는 다른 시간에 자기 신호의 감지를 위해 사용되는 것과 동일할 수 있다. 다른 경우에, 상기 프로브는 별개의 센서 또는 센서 어레이와 함께 제공될 수 있다. 본 발명에 기술된 상기 드라이브 코일 구조는 하나 이상의 센서 어레이와 함께 사용되기에 특히 적합하다. 이러한 구조의 개략도는 도 7에 나타냈다. 각각의 어레이(710, 715)는 축 위치(730)에서 상기 프로브의 원주 주변에 배열된 복수의 센서(720)를 포함하고, 상기 프로브의 민감도를 최적화하기 위해 선택된다. 상기 센서는 원주 전체 주변 또는 오직 그것의 일부를 덮도록 연장될 수 있고, 상기 시스템의 요구에 의존한다. 멀티플 어레이는 시스템 디자인에 의해 결정되는 상기 드라이브 코일의 동일 또는 반대 측 그리고 임의의 축 위치 상에 놓여질 수 있다.

상기 센서에 의해 감지되는 자기장은 4개 성분의 중첩이다: (1) 상기 드라이브 코일에 의해 생성되는 자기장, (2) 정상 상태 에디 전류 분포에 의한 자기장, (3) 상기 튜브 벽 내의 결함에 의한 에디 전류 흐름 분포의 방해로 인한 자기장 동요(perturbation), 및 (4) 존재하는 어떠한 외부 필드. 첫 번째 2개의 자기장에 대한 기여는, 드라이브 주파수에서 진동을 제외한다면 시간에 따라 일정하다; 상기 동요는 관심 신호이고, 상기 외부 필드는 소음에 기여한다. 감지 전자제품(electronics)은 정상 백그라운드 신호를 제거(rejection)하기 위해 구성될 수 있고, 느리게 외부 신호를 변경하고, 상기 프로브가 결함을 지날 때만 편향에 반응한다. 백그라운드 신호의 제거는 주지된 종래 기술의 어떠한 수단에 의해서도 성취될 수 있으나, 차동 감지(differential sensing) 및/또는 디지털 또는 아날로그 후공정(analog post-processing)에 제한되지 않는다.

상기 센서의 축 위치는 상기 백그라운드 신호를 최소화하도록 선택될 수 있고, 감지되어야 하는 결함에 관련된 신호를 최대화할 수 있고, 또는 상기 백그라운드 신호에 대한 결함 신호의 비율을 최대화할 수 있다. 원주 주변의 상기 센서의 공간 피치(740)는 주어진 크기의 결함의 감지의 확률을 최대화하도록 또는 케이블링(cabling), 멀티플렉싱 및 후공정 처리능력(postprocessing capabilitiy)을 포함하는 상기 시스템의 다른 제한을 따라 선택될 수 있다.

어떤 센서는 국부적 자기장의 방향에 의존하는 응답(response)을 갖는다. 이러한 센서는 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다: 솔레노이드(solenoid), 비등방성 자기저항(anisotropic magnetoresistance, AMR)을 포함하는 자기저항 센서, GMR(giant magnetoresistance), 스핀 밸브, 및 홀(Hall) 효과 센서. 일반적으로, 상기 백그라운드 필드는 방사 방향에서 가장 클 수 있고, 축 방향에서 작을수 있고, 접선 방향에서 가장 작을 수 있다. 따라서 상기 센서는 상기 자기장의 접선 성분을 감지하도록 배향하는 것이 바람직할 수 있다. 측정 시스템용의 특정한 요구에 따라 상기 자기장의 어떠한 바람직한 방향을 감지하도록 상기 센서는 배향될 수 있다.

차동 감지(Differential sensing)는 상기 프로브의 민감도를 증가시키기 위해 사용될 수 있고, 및/또는 외부 구조체 또는 물제 또는 백그라운드 필드에 대한 민감도를 최소화하기 위해 사용될 수 있다. 상기 차동 감지는 센서 어레이들 사이에 구성될 수 있고, 상기 차동 감지는 예를 들면 도 7의 어레이(710 및 715)와 같이, 상기 드라이브 코일 집합체의 양측 상에 축 방향으로 위치한 센서 어레이 사이에 구성될 수 있고, 또는 단일 원주 센서 어레이의 별도 센서 사이에 구성될 수 있다. 그러나 어떠한 경우에도, 상기 차동 감지는 센서 사이에 위치하도록 구성되어야 하고, 상기 드라이브 코일에 대해 크기, 방향 및 페이즈 면에서 비슷한 다이렉트 커플링을 경험하도록 구성되어야 하고, 따라서 신호 사이의 차이는 스캔에서 존재하는 비이상성에 모호하게 기여할 수 있다.

선택적으로, 멀티플 어레이 센서가 사용될 수 있다. 각각 어레이의 민감도 방향은 독립적으로 선택될 수 있다. 선택적으로, 상기 센서는 상기 자기장의 모든 세 개의 축을 감지하도록 구성될 수 있다.

어떤 타입의 센서는 포화와 같은 비선형 거동을 나타내고, 따라서 백그라운드 필드가 낮은 위치에서 이점이 있을 수 있다. 이러한 조건은 상기 백그라운드 필드가 적절히 낮도록 상기 센서 및 드라이브 코일 사이의 거리의 선택하는 것 또는 상기 백그라운드 필드의 주요 성분을 상기 센서가 민감하지 않은 방향으로 정렬하고 상기 센서를 배향하는 것을 포함하는 여러 방법 중 하나에서 만날 수 있고, 상기 센서는 상기 백그라운드 필드에서 낮은 또는 없는 필드 성분에 반응한다.

본 발명의 하나의 실시 예에서, 상기 자기 센서는 특정한 최대 레벨을 초과하는 자기장에 노출될 때 자기 극성은 방향을 바꿀 수 있는 재료를 포함하는 비등방성 자기저항(AMR) 센서이고, 따라서 상기 드라이브 코일에 의해 생성되는 다이렉트 필드에서 임계 필드 이하로 남는 장소를 선택하는 것이 일반적으로 바람직하다.

또한, AMR 센서는 매우 방향에 민감하고, 따라서 일반적으로 상기 다이렉트 필드의 최대 축 및 방사 성분보다 작은 접선 필드 성분에 반응하도록 그들을 정렬하는 것이 바람직할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 다른 상황에서 다른 드라이브 코일 디자인은 다른 필드 방향을 감지하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 다른 필드 성분은 상기 센서의 정렬에 대한 톨러런스(tolerance) 또는 센서 응답에서 소음 때문에 측정에 영향을 줄 수 있고, 백그라운드 물체에 대한 시스템의 민감도는 상기 자기장의 총 크기에 의존할 수 있고, 특정 성분의 크기에 의존하지 않을 수 있고, 따라서 전체 자기장 분포는 시스템 디자인에서 고려되어야 한다.

상기 에디 전류 생성 코일의 로브의 형상 및 크기는 특정 튜브 직경, 벽 두께, 튜브 물질, 바람직한 최소 결함 민감도, 문턱(threshold) 결함 크기 및 형상 또는 다른 파라미터에 대해서 최적화될 수 있다. 상기 로브는 도 4a, 5a, 6a, 6b, 및 7에 도시된 바와 같이 사인파 형상이고, 다만 그들은 사각형, 사다리꼴, 사이클로이달(cycloidal) 또는 다른 어떠한 형상일 수 있다. 상기 드라이브 코일 로브의 크기 및 형상은, 또한 다수의 로브가 상기 원주 주변에 배열되고, 실험 방법 및/또는 유한요소 모델링을 포함하는 알려진 종래의 어떠한 수단을 이용해서 최적화될 수 있다.

상기 프로브 주변(perimeter of the probe) 둘레의 다수의 로브는 신호의 크기를 최적화하도록 선택될 수 있고, 또는 상기 센서 어레이의 바람직한 위치에서 상기 신호의 진폭 및 백그라운드 필드 사이의 비율을 최적화하도록 선택될 수 있다. 최적의 수는 상기 튜브의 직경, 결함의 크기, 결함의 위치, 튜브의 물질, 바람직한 공간 해상도 또는 시스템의 다른 파라미터에 의존할 수 있다. 최적의 디자인 파라미터는 유한요소 모델링을 포함하나 이에 제한되지 않는 컴퓨터 모델링 및/또는 물리적 실험을 사용하여 결정될 수 있다. 다수의 로브를 최적화하는 공정은 도 7-10을 참조하여 이해될 수 있다. 도 6a의 결과는 여러 상이한 다수의 로브 및 원주 및 축 결함 양쪽을 위한 3-페이즈 구성에서 유한요소 컴퓨터 모델의 결과를 나타낸다. 이러한 결과는 최정화 공정을 예시하기 위한 것이고, 이것에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않는다.

상기 모델 파라미터는 하기의 표 1에 요약되었다

파라미터(Parameter)	값(Value)
튜브 물질	인코넬 600(명목상 물질 특성 값
튜브 직경	15.8mm
튜브 벽 두께	1.5 mm
리프트 오프(Lift off)	1 mm
페이즈 수(Number of phases)	3
뱀 모양 싸이클 수(Number of serpentine cycles)	다양
뱀 모양의 공간 진폭(Spatial amplitude of serpentine)	1.4 mm
결함 길이	1 mm
결함 깊이	.4 mm
결함 두께	.1 mm
결함 위치	2nd 표면
센서 어레이	드라이브 코일의 중심으로부터 3.5mm 축 간격

상기 모델에서, 상기 프로브의 축 스캐닝은 상기 드라이브 코일 집합체 사이의 축 간격을 -8 mm 내지 8 mm 사이에서 0.5mm의 간격으로변경하면서 시뮬레이션 되었다. 계산은 제2 측(상기 튜브의 바깥 표면)으로 배향된 결함에 대해서 축 및 원주에 대해 모두 이루어졌고, 상기 결함의 축 위치에서의 중심은 0mm이었다. 도 6d 및 6e는 원주 결함 주위의 일반적인 에디 전류 분포를 나타낸다. 상기 프로브가 튜브를 통해서 이동하면서 상기 결함은 국부적인 에디 전류를 방해하는 것은 분명하고, 결함에서 상기 국부적 에디 전류 방향은 변할 것이고, 따라서 적어도 어떤 지역을 통과할 어떠한 결함은 국부적 에디 전류 방향에 대해 평행하지 않고, 그러므로 그것은 전자기 신호를 생성할 것이다. 상기 센서 위치에서 상기 자기 신호의 진폭 및 페이즈는 상기 에디 전류의 크기, 상기 센서에 결함이 근접할 때 상기 에디 전류의 방향 및 시스템의 다른 파라미터에 의존한다. 따라서 어떠한 결함에 대한 상기 프로브의 응답은 뱀 모양 드라이브 코일에서 다수 로브의 진폭을 포함하는 이러한 시스템 파라미터에 의존한다. 멀티 파라미터 디자인의 최적화는 시행착오 또는 알려진 종래 기술의 시스템적인 방법에 의해서 만들어질 수 있다. 여기서 나타낸 단일 변수는 공정을 예시하기 위함이다.

도 7은 상기 모델의 형상을 나타낸 것이고, 도 8은 상기 자기장의 방사 성분 크기(복소수(complex number) 결과의 절대값(absolute value))를 나타낸 것이고, 상기 자기장은 도 7에 묘사된 전체 원주 보다 적게 덮는 센서 어레이로 계산되었다. 상기 센서는 상기 드라이브 코일 집합체의 중심으로부터 3.5mm이고, 각각의 뱀 모양 코일에서 상이한 수의 로브에서 상기 자기장의 방사 성분을 감지한다. 상기 구조체의 응답은 백그라운드 신호의 진폭 및 페이즈에서 국부적 변화 때문이다. 예상되는 바와 같이, 적은 로브를 갖는 시스템은 큰 백그라운드 필드를 가질 뿐만 아니라, 백그라운드 필드에서 큰 변화를 갖는다. 이 변화는 어떠한 결함에 의해 기여하는 신호보다 크다. 예를 들어, 여기에 나타난바와 같이 두 개의 로브를 갖는 시스템(810)의 평균 필드는 30 A/m이고, 총 변화는 27 A/m이다. 반면에 10 싸이클 시스템(820)의 평균 필드는 2.5 A/m이고, 변화는 5 A/m이다.

상기 스캔 데이터에서 백그라운드 신호를 뺄 때, 결함에 의해 기여하는 응답은 자명해진다. 도 9는 상이한 숫자의 로브를 갖는 시스템에서 축(위쪽 세트, 도 9a) 및 원주 (아래 세트, 도 9b) 결함 양쪽에서 백그라운드를 뺀 데이터를 나타냈다. 프로브의 원주를 따라서 9 위치에서 측정된 상기 필드는 센서 어레이에서 센서의 아홉 포텐셜 위치와 일치한다. 상기 도의 수평 축은 상기 센서 위치를 나타내고, 깊이 축은 스캔 방향이고, 축 위치 또는 동등하게 시간을 나타낸다. 모든 도면은 동일한 수직 스케일을 이용하여 도시되었다. 상기 도면을 참조하면, 상기 응답의 크기는 로브의 숫자에 의존하는 것으로 관찰될 수 있고, 예를 들어 오직 2개의 로브일 때 전류의 방향은 일반적으로 원주이고, 원주 결함에 대한 응답은 절충(compromise)되고, 반면 축 결함의 응답은 매우 강하다. 반면 12개의 로브일 때 상기 응답은 축 및 원주 결함에 대해서 크기로 비교할만하다. 하지만, 상기 에디 전류는 매우 국부적 총 필드로 작고, 따라서 상기 응답의 절대 크기는 작다. 로브 숫자의 효과는 상이한 튜브 직경 및 기복 진폭에서 변화할 것은 주목할만하다. 또한, 필드를 모델링하는 것의 목적은 도 9 상에 지시된 아홉 개의 센서 위치에서 평가되었고 주목할만하고, 다만 상기 프로브에서 상기 센서의 분포는 추가적인, 적은 또는 바람직한 상이한 센서 위치를 포함할 수 있다. 가장 일반적으로, 상기 센서 어레이는 상기 프로브의 완전한 원주 주변에 연장될 수 있고, 따라서 검사되어야 하는 상기 튜브 또는 파이프의 전체 표면을 덮는다.

어떤 경우에는, 상기 백그라운드 필드에 대한 응답의 비율은 상기 응답의 절대 크기보다 상기 프로브 디자인의 최적화를 위한 더 좋은 계측(metric)일 수 있다. 상기 백그라운드 필드의 크기는 로브 숫자에 따라 변화하기 때문에, 이것은 상이한 최적 로브 숫자로 이를 수 있다. 도 10은 도 9와 동일한 데이터를 나타내고, 다만 이 경우 국부적 백그라운드 필드에 대해 표준화되었다. 이 경우, 로브의 최적 숫자는 10 내지 12로 나타났다.

도 11은 자기장의 상이한 벡터 성분의 크기의 요약을 나타낸다. 상기 자기장의 접선 성분은 방사 또는 축 성분보다 작은 것은 분명하고, 이러한 이유에서 방향적으로 민감한 센서를 사용하는 것 및 법선 방향에서 그들의 민감한 축으로 배향하는 것은 바람직할 수 있다. 도 12a는 백그라운드 차감 응답의 크기를 나타내고, 도 12b는 백그라운드 필드에 대한 응답 비율을 나타낸다. 여기서, 로브의 최적 숫자는 대략 10 로브로 추정된다.

유사한 이유에서, 시스템 파라미터 및 사용되는 센서 타입에 의존해서, 상기 센서를 상기 드라이브 코일 집합체로부터 가깝게 또는 멀게 위치하는 것은 바람직할 수 있다. 시스템의 다른 파라미터는 센서 위치 및 피치, 및 유사한 방법에 의해 최적화될 수 있는 로브의 형상 및 진폭을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

또한, 본 발명의 감지 어레이는 분리 코일, 포토리소그래피 방법에 의해 형성된 코일 또는 어떤 다른 마그네틱 디텍터로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 전도성 뱀 모양 경로는 실린더 표면을 따라 감긴 표면 대신 평면을 따라서 배열된다. 이러한 구성은 도 13에 도시되었다. 도 13a는 세 개의 뱀 모양 경로(1301, 1302, 및 1303)을 나타내고, 이러한 방법은 공동의 축을 따라 상기 로브는 균등하게 간격된다. 상기 전도체는 각각 분리된 공간 층을 차지할 수 있고, 또는 수직 차원을 따라서 상호 감긴 단열 와이어로 구성될 수 있다. 하지만 어떠한 경우에도 서로 전기적으로 고립되고, 각각 상대 시간 페이즈 120°를 갖도록 교류 전기(alternating electrical current)에 의해 구동된다. 또한, 세 개의 전도체로 구성되는 서플라이 라인(1320, 및 1330)은 상대 시간 페이즈 120°를 갖도록 구동되고, 각각 근접하게 정렬되어야 한다. 그러므로 그들은 합산 전류를 운반하지 않고, 따라서 에디 전류 또는 자기장을 생성하지 않는다. 또한, 상기 뱀 모양 트레이스가 기능성 프로브를 형성하도록 요구되는 어떠한 방법으로 그들은 평면에서 벗어나 굽어지거나 또는 휘어질 수 있다. 이러한 어레인지먼트에 의해 생성된 에디 전류 패턴은 도 13B에 도시하였다. 상기 프로브가 공동의 축(1310)에 대해 수직인 방향(1330)을 따라서 스캔을 한다면, 결함(1340)은 스캔의 어떤 순간에 그것의 우세한 방향이 평행하지 않은 에디 전류와 마주하는 것은 자명하다.

이 구성은 실린더 대칭을 갖지 않는 물체 및 표면의 검사에 적합하다. 주로 평면인 물체를 위해서는 지지구조와 트레이스는 경질 또는 준경질 물질로 제조될 수 있다. 어떤 곡률을 갖는 물체를 위해서는, 트레이스는 캡튼(Kapton), 실리콘, 마일라(mylar), 섬유 또는 직조 섬유글래스 시트를 포함하나 이에 제한되지 않는유연한 기판 상에 형성될 수 있다. 상기 기판은 표면의 곡률을 맞추기 위해 성형된 경질 요소에 의해 지지될 수 있고, 또는 유연 또는 스캔 중에 표면의 형상에 맞추어 능동적으로 순응하는 부정형 구조 상에 놓일 수 있다.

또한, 관형 표면을 검사하기 위한 유연 기판을 활용하기 위해 실린더 서포트 주변을 유연 기판이 감싸는 것도 가능하다. 이 어레인지먼트는 제조 단가, 상이한 튜브 직경에 따른 프로브의 적응성 및 내구성을 포함하나 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이점을 제공할 수 있다.

Claims (20)

1. 전기 전도성 물질을 포함하는 관형 물체의 검사용 에디 전류 생성 구조체로서, 상기 구조체는 원형 둘레부를 갖고,
   하나 이상의 전류 운반 경로를 포함하고, 상기 경로는 공동의 축에 대하여 실질적으로 동심원이고, 축 방향으로 공간적으로 더 조절되고, 상기 하나 이상의 각각의 경로는 구조체의 상기 둘레 주위에 축 방향 기복(axial undulation)의 정수를 갖는 구조체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기복은 관형 물체의 벽에서 에디 전류 분포를 최적화하도록 성형되는 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 기복(undulation)은 사인파 형상, 사다리꼴 형상, 사이클로이드 또는 관련 함수로 이루어지는 군 중 하나의 형상을 갖는 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   서로 공간 페이즈 관계(spatial phase relationship)를 갖는 복수의 전류 경로를 포함하고, 상기 전류 경로 기복의 공간 페이즈는 상기 기복이 상기 시스템의 원주에 대해서 일정하게 분포되도록 배열된 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   복수의 전류 경로를 포함하고, 각각의 경로에서의 전류의 시간 위상(temporal phase)은 각각의 경로에서 고정되고, 다른 경로의 상기 시간 위상은 합산 전류(net current)가 공동의 축에 대해서 제로가 되도록 구성되는 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   복수의 전류 경로를 포함하고, 각각의 전도성 경로에서 전류의 시간 주파수는 동일한 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   복수의 전류 경로를 포함하고, 각각의 전도성 경로에서 다른 전류의 시간 주파수는 상이한 시스템.
   
8. 제1항에 있어서,
   자기장 센서의 제1 어레이를 더 포함하는 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 구조체는 백그라운드 자기장을 생성하고, 공간 페이즈 및 상기 자기장 센서의 어레이의 위치 피치(pitch)가 상기 백그라운드 자기장에서 대칭을 제공하도록 구성되는 시스템.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 구조체는 자기장을 생성하고, 상기 자기장 센서는 상기 자기장의 방향 성분을 감지하도록 배향되는 시스템.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 방향 성분은 상기 관형 물체의 표면에 수직, 상기 관형 물체의 축에 평행, 및 상기 관형 물체의 표면에 접선(tangential)으로 이루어진 군 중 하나인 시스템.
    
12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 센서 어레이는 유도 코일, 고체 센서, AMR 센서, GMR 센서, 홀(Hall) 센서, 밸브 센서, TMR 센서 및 광자기 센서로 구성되는 군 중 선택되는 센서를 포함하는 시스템.
    
13. 제8항에 있어서,
    제2 센서 어레이를 더 포함하고, 상기 제1 센서 어레이는 상기 전류 운반 경로의 제1측에 대해서 축 방향으로 인접하게 위치하고, 상기 제2 센서 어레이는 상기 전류 운반 경로의 제2측에 대해서 축 방향으로 인접하게 위치하는 시스템.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 센서 어레이는 차동 감지를 위한 신호 레퍼런스를 제공하도록 사용되는 시스템.
    
15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 센서 어레이는 장치의 원주 해상도를 높이기 위해 사용되는 시스템.
    
16. 제1항에 있어서,
    상기 전류 운반 경로는 분리된 와이어, 포토리소그래피로 생성된 전도체, 절삭 가공 및 첨삭 가공으로 구성된 군으로부터 제조되는 시스템.
    
17. 제3항에 있어서,
    상기 전류 운반 경로는 연속적으로 실린더 실린더 형태로 형성된 유연 기판 상에 제조되거나, 경질 또는 준경질 프로브 바디(probe body) 상에 직접적으로 형성되는 시스템.
    
18. 전기 전도성 물질을 포함하는 평면 또는 부정형 형상의 물체의 감지를 위한 에디 전류 생성 구조체로서, 상기 구조체는 실질적으로 평면 배치 및 상기 평면에 포함된 리니어(linear) 축을 갖고,
    복수의 전류 운반 경로를 포함하고, 상기 경로는 일반적으로 공동의 축을 따라 배치되고, 상기 축의 직각 방향으로 평면상에 공간적으로 더 조절되고, 각각의 경로는 축방향 기복의 정수를 갖고, 상기 기복의 공간 페이즈는 상기 전류 운반 경로 각각에 대해서 상기 공동 축을 따라서 균일하게 분포된 구조체.
    
19. 제18항에 있어서,
    평평한 경질 기판, 성형 경질 기판, 유연 기판, 관절 기판으로 구성된 군 중 하나 상에 형성되는 에디 전류 생성 시스템.
    
20. 제23항에 있어서,
    하나 이상의 자기 센서를 더 포함하는 에디 전류 생성 시스템.

Images