KR20190070324A - 초음파 테스트에서 커플링 불균일성을 보상하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

초음파 테스트에서 커플링 불균일성을 보상하기 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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펠릭스 가티케르
토마스 쉬레겔
랄프 멘닉케
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프로체크 아게
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Abstract

초음파에 의해 컴포넌트를 테스트하기 위한 방법 및 디바이스가 기술된다. 그것은 프로브 신호를 컴포넌트로 송신하고 그것의 전파를 모니터링하기 위해 트랜스듀서들(4)을 사용하는 것에 기초한다. 개별 수신기들의 응답 신호들(C1...C7)은 도달 표면파의 강도(A)에 대해 분석되고, 이 강도(A)는 응답 신호들(C1...C7)을 스케일링하기 위해 사용된다. 이것은 다양한 초음파 트랜스듀서들{4} 사이의 커플링 강도에서의 변경들을 보상하는 것을 허용한다.

Description

초음파 테스트에서 커플링 불균일성을 보상하기 위한 방법 및 디바이스
본 발명은 초음파에 의해, 콘크리트 바디 또는 다른 빌딩 컴포넌트와 같은, 컴포넌트를 테스트하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
초음파에 의한 컴포넌트들의 비-파괴 테스트는 다양한 기술분야들에서 중요한 툴을 제공한다. 그것은, 예를 들어, 콘크리트와 같은 빌딩 재료들에서 보강재들, 보이드들, 균열들 또는 비균질성을 찾기 위해 사용될 수 있다.
이런 타입의 디바이스는 US 7587943에 보여진다. 그것은 하우징 내에 배열되는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 드라이버 전자기기들은 트랜스듀서들을 통해 신호들을 개별적으로 송신 및/또는 수신하기 위해 제공된다.
디바이스를 동작시키기 위해, 사용자는 그 디바이스를 테스트될 컴포넌트에 대해 유지하고, 이후 트랜스듀서들은 스캐닝 동작을 수행하도록 동작된다.
US 7587943의 디바이스는 복수의 모듈을 포함하고, 이들 각각은 초음파 트랜스듀서들을 가지는 몇 개의 테스트 헤드들을 가진다. 모듈들 중 하나는 신호 펄스들을 송신하기 위한 송신기 모듈로서 동작되며, 신호 펄스들은 이후 다른 모듈들에 의해 수신된다.
본 발명에 의해 해결될 문제는 이러한 방법 및 디바이스에 개선된 측정 정확성을 제공하는 것이다.
이 문제는 독립 청구항들의 방법 및 디바이스에 의해 해결된다.
따라서, 초음파에 의해 컴포넌트를 테스트하기 위한 방법은 후속하는 단계들을 포함한다:
- 적어도 하나의 초음파 방출기 및 복수의 초음파 수신기를 가지는 디바이스를 테스트될 컴포넌트에 대해 적용하는 단계: 디바이스에서, 초음파 수신기들은 초음파 방출기에 대해 상이한 위치들에 위치한다.
- 상기 초음파 방출기에 의해 프로브 신호를 생성하는 단계: 프로브 신호는 예를 들어, 단일의 초음파 펄스 또는 펄스들의 시퀀스일 수 있다.
- 초음파 수신기들에 의해, 복수의 응답 신호를 수신하는 단계: 이들 응답 신호들은 컴포넌트를 통해 다양한 경로들을 따라 전파하는 프로브 신호에 의해 야기된다. 따라서, 응답 신호들은 컴포넌트의 표면을 따라 이동하는 신호들과, 컴포넌트의 표면에 입사하고 컴포넌트의 경계들 내의 또는 경계들에 있는 구조체들로부터 반사되는 신호들의 중첩에 의해 일반적으로 형성될 것이다.
- 추가로, 초음파 수신기들의 적어도 하나의 그룹의 응답 신호에서, 추가적인 프로세싱 단계들이 수행된다. (이 초음파 수신기들의 그룹은 바람직하게는 수신기들 모두를 포함하지만, 그것은 또한 수신기들의 서브세트만 포함할 수도 있다.) 이 그룹의 수신기들 중 하나에 의해 수신되는 각각의 응답 신호에 대해, 후속하는 단계들이 수행된다:
a) 각자의 응답 신호에서, 상기 초음파 방출기로부터 각자의 응답 신호를 레코딩한 초음파 수신기로 상기 컴포넌트 내에서 이동하는 표면파에 의해 야기되는 제1 신호 섹션을 식별하는 단계: 이러한 표면파들은 일반적으로 테스트되는 컴포넌트들의 대부분에 존재한다. 표면파들은 컴포넌트의 구조에 관한 단지 적은 정보만을 반송하며, 이들은 따라서 종종 무시된다.
b) 상기 제1 신호 섹션으로부터 보정 값을 도출하는 단계: 이 단계는, 표면파들이 종종 거의 관심 대상이 아니더라도, 수신기에 의해 측정되는 이들의 강도가 주어진 수신기가 테스트 중인 컴포넌트에 얼마나 잘 커플링했는지의 척도라는 이해에 기초한다.
c) 상기 보정 값에 따른 스케일 인자로 각자의 응답 신호의 적어도 제2 신호 섹션을 리스케일링하는 단계: 이 단계는 이제 단계 b)에서 얻은 정보를 사용한다. 보정 값이 수신기가 컴포넌트에 얼마나 잘 커플링했는지를 기술하기 때문에, 이 정보는 추가적인 분석을 위한 관심 대상인 응답 신호의 적어도 해당 부분(즉, 청구항들의 어휘에서는 "제2 신호 섹션")을 리스케일링하도록 허용하여, 이에 의해 테스트 중인 컴포넌트에 대한 개별 초음파 수신기들의 커플링의 품질의 영향을 감소시키거나 또는 심지어 제거한다.
다시 말해, 본 발명은 측정의 정확성과 강건성에 영향을 미치는 하나의 주요 인자가 개별 초음파 수신기들의 커플링의 품질이라는 이해에 기초한다. 예를 들어, 소량의 표면 거칠기, 작은 표면 비균질성들, 또는 그것을 컴포넌트에 적용할 때 디바이스의 약간의 오정렬조차도, 일부 수신기들이 다른 컴포넌트들보다 그 컴포넌트에 훨씬 더 잘 커플링될 수 있다.
측정 방법의 이러한 고유한 부정확성을 보정하기 위해, 본 발명은, 표면파가 수신기가 컴포넌트에 얼마나 잘 커플링하는지 그리고 그것의 신호가 얼마나 스케일링되어야 하는지에 대한 양호한 척도라는 사실을 이용한다. 보정 값의 함수로서 응답 신호들(관심 대상인 것들의 적어도 일부들)을 스케일링함으로써, 컴포넌트에 대한 디바이스의 국부적 표면 불규칙성들 또는 부적절한 적용에 대한 응답 신호들의 종속성이 감소될 수 있다.
일단 다양한 수신기들로부터의 제2 신호 섹션들이 스케일링되면, 이들은 컴포넌트의 내부 구조의 이미지와 같은 결과 데이터 세트를 생성하기 위해, 예를 들어, SAFT 알고리즘에서, 바람직하게 결합된다. 이러한 제2 신호 섹션들이 이들의 각자의 수신기들의 커플링 품질에 따라 스케일링되기 때문에, 결과 데이터 세트는 개선된 정확성 및 일치성을 가질 것이다.
제1 신호 섹션, 즉 표면 신호를 기술하는 신호 섹션을 식별하는 다양한 방법들이 존재한다. 이들은 독립적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
바람직하게는, 방법은 상기 그룹 내의 각각의 초음파 수신기에 대해, 후속하는 단계들을 포함한다:
- 상기 초음파 수신기에, 시간 창을 부여하는 단계: 이 시간 창은 응답 신호에서 "제1 신호 섹션", 즉, 표면파를 포함하는 신호의 섹션을 식별하기 위해 사용된다.
- 상기 초음파 수신기에 의해 측정되는 응답 신호에서 제1 신호 섹션을 식별하기 위해 상기 시간 창을 사용하는 단계: 이것은 시간 창 내에 있는 응답 신호의 부분만이(또는 적어도 우세하게) 보정 값을 계산하기 위해 사용될 것임을 의미한다.
일 실시예에서, 시간 창의 시간적 위치는 초음파 방출기로부터의 초음파 수신기의 거리의 함수이다: 바람직하게는, 시간적 위치는 이 거리에 비례한다.
(예를 들어, 일치성 체크를 위해, 이전의 실시예와 조합될 수 있는) 또 다른 실시예에서, 시간 창의 시간적 위치는 제1 펄스가 응답 신호 내에서 검출되는 시간의 함수로서 선택된다. 이 상황에서, "제1 펄스"는 프로브 신호가 컴포넌트들로 송신된 이후 도달하는 첫 번째 펄스이다. 이것은, 대부분의 컴포넌트들에서, 표면파가 초음파 방출기로부터 초음파 수신기로 전파하는 가장 빠른 신호들이라는 이해에 기초한다.
바람직하게는, 프로브 신호들을 생성하고 응답 신호들을 수신하는 단계는 사용자가 테스트될 컴포넌트에 대해 디바이스를 수동으로 유지하고 있는 동안 발생한다. 본 발명에 의해 제공되는 신호 스케일링은 디바이스에 대한 불균일한 압력 인가로 인한 이슈들을 보상하는데 특히 적합하다. 따라서, 본 발명은 디바이스가 수동으로 적용되는 경우들에 대해 실질적으로 더 안정적인 신호들을 획득하는 것을 허용한다. 이것은, 컴포넌트의 내부 구조의 이미지들이 응답 신호들로부터 도출되는 경우 특히 중요하다.
본 발명은 또한 초음파에 의해 컴포넌트를 테스트하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 이 디바이스는,
- 프로브 신호를 생성하기 위한 적어도 하나의 초음파 방출기,
- 복수의 응답 신호를 수신하기 위한 복수의 초음파 수신기 ― 초음파 수신기들은 상기 초음파 방출기에 대해 상이한 위치들에 위치함 ―, 및
- 상기 초음파 수신기들의 적어도 하나의 그룹의 응답 신호에 대해,
a) 상기 응답 신호에서, 상기 초음파 방출기로부터 초음파 수신기로 상기 컴포넌트 내에서 이동하는 표면파에 의해 야기되는 제1 신호 섹션을 식별하고,
b) 상기 제1 신호 섹션으로부터 보정 값을 도출하고,
c) 상기 보정 값에 따른 스케일 인자로 상기 응답 신호의 적어도 제2 신호 섹션을 리스케일링하도록
적응되고 구성되는 제어 유닛
을 포함한다.
바람직하게는, 제어 유닛은 디바이스를 컴포넌트에 대해 적용한다는 잠재적인 예외를 가지는 방법 청구항들 중 임의의 청구항에 따라 방법을 수행하도록 적응되고 구성되는데, 이는 디바이스가, 예를 들어, 로봇에 의해 동작되지 않는 한, 디바이스의 사용자가 일반적으로 수행할 것이다.
본 발명의 방법 및 디바이스는 임의의 타입의 컴포넌트, 특히 콘크리트의 샘플들을 프로빙하기 위해 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명은, 특히 합성 개구 포커싱 기법(Synthetic aperture focusing technique)(SAFT)을 사용하여, 컴포넌트의 내부 구조의 이미지 표현들을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 후속하는 상세한 설명이 고려될 때, 본 발명은 더 잘 이해될 것이고, 위에서 설명된 것 이외의 목적들이 명백해질 것이다. 이 기재는 첨부된 도면들을 참조한다.
도 1은 초음파에 의해 컴포넌트를 테스트하기 위한 디바이스의 실시예를 도시한다.
도 2는 이러한 디바이스의 블록도의 예를 도시한다.
도 3은 응답 신호들을 스케일링하기 위한 방법들을 예시하는 일련의 응답 신호들을 도시한다.
디바이스:
도 1에 도시된 디바이스(1)는 초음파에 의한 컴포넌트의 비파괴 테스트를 위해 사용될 수 있다.
그것은 예를 들어, 실질적으로 정방형 디자인의 하우징(2)을 포함한다.
하우징(2)은 프로브 측(3)을 가진다. 프로브 측(3)은 바람직하게는 평탄하다.
복수의 양방향성 초음파 트랜스듀서(4)가 하우징(2)의 프로브 측(3) 상에 배열된다. 각각의 트랜스듀서(4)는 팁(5a)이 구비되어, 예를 들어, WO 2016/029326에 기술된 타입의 홀더(5b)에 탄성적으로 장착되는 압전 액추에이터를 바람직하게 포함한다.
트랜스듀서들(4)은 바람직하게 평탄한 면에 위치하고, 테스트될 컴포넌트의 평탄한 표면에 대해 배치되도록 적응된다.
도시된 실시예에서, 트랜스듀서들(4)은 행들 및 열들의 직사각형 행렬로 배열된다. 행렬은 예를 들어, 3개의 이러한 행 및 8개의 열을 가진다. 단일 열 내의 트랜스듀서들(4)은, 하기에 더 상세히 기술될 바와 같이, 예를 들어, 디바이스의 단일 채널의 일부일 수 있다.
도 2는 디바이스의 블록도를 도시한다.
도면은 채널들(6)로 그룹화되는 트랜스듀서들(4)을 개략적으로 도시한다. 도시된 실시예에서, 각각의 채널(6)은 3개의 트랜스듀서(4)를 가진다.
본 실시예에서, 채널들(6)은 라인으로, 즉, 하나의 방향을 따라 배열되지만, 컴포넌트를 풀 3D로 이미지화하기 위해 2-차원 배열이 참작될 수 있다.
제어기(7)는 채널들(6)에 접속되어 이들을 제어하고, 이들로부터 신호들을 수신한다. 제어기(7)는, 예를 들어, 채널들(6)과 인터페이싱하기 위한 인터페이스 회로(8), 동작들을 제어하도록 적응되는 CPU(9), 및 데이터 및 펌웨어를 저장하기 위한 메모리(10)를 포함한다.
또한, 제어기(7)는 입력 및 출력 회로 뿐만 아니라, 코맨드들을 수신하고, 데이터를 송신하고, 측정 결과들을 디스플레이하기 위한 사용자-인터페이스 회로에 접속될 수 있다.
본 실시예에서, 채널들(6) 각각은 초음파 방출기로서 또는 초음파 수신기로서 동작될 수 있다:
- 초음파 방출기로서 동작할 때, 채널은 테스트될 컴포넌트의 표면 내로 초음파 펄스들을 방출한다. 바람직하게는, 채널의 모든 트랜스듀서들(4)이 동일한 신호를 방출한다.
- 초음파 수신기로서 동작할 때, 채널은 컴포넌트의 표면에서 검출되는 초음파 신호들을 수신하고 측정한다. 바람직하게는, 그것의 트랜스듀서들(4)의 모든 신호들은, 예를 들어, 가산에 의해, 단일 응답 신호로 결합된다.
두 경우 모두에서, 트랜스듀서들(4)의 팁들(5a)은 컴포넌트이 표면과 접촉해야 한다.
측정 절차:
측정을 수행하기 위해, 사용자는 디바이스(1)를 테스트될 컴포넌트에 대해 배치하여, 가능한 경우, 모든 트랜스듀서들(4)이 그것과 접촉하게 된다.
이후, 채널들(6) 중 적어도 하나, 일반적으로는 한번에 정확히 하나가 초음파 방출기로서 동작하도록 설정된다. 또한, 채널들(6) 중 몇개, 바람직하게는 방출기로서 동작하는 채널을 제외한 적어도 채널들 모두가 초음파 수신기들로서 동작된다.
제어기(7)는 프로브 신호를 생성하도록 초음파 방출기에 명령한다. 프로브 신호는 초음파 방출기의 트랜스듀서(들)에 음의 전압에 선행하여 양의 전압을 인가하는 것을 포함하는 단일 펄스 사이클을 포함할 수 있다. 그러나, 더 복잡한 파형들도 사용될 수 있다.
바람직하게, 그러나 필수적이지는 않게, 프로브 신호는 다음 프로브 신호를 발행하기 전에 프로브 신호로부터의 모든 에코들을 측정할 충분한 시간을 남겨두기 위해, 연속적인 프로브 신호들 사이의 간격에 비해 비교적 짧다.
제어기(7)는 이후 초음파 수신기들에 의해 측정되는 응답 신호들을 수집한다:
응답 신호들은 초음파 수신기들로서 구성되는 채널들(6)의 트랜스듀서(들)에 의해 검출되는 초음파 진동들에 대응한다. 이들 진동들은 초음파 방출기와 각각의 초음파 수신기 사이의 다양한 신호 경로들의 중첩에 의해 야기된다.
- 초음파 방출기는 테스트될 컴포넌트의 표면을 따라 전파하는 표면파들을 방출한다. 이들 표면파들은 대부분의 경우 초음파 수신기의 위치에 도달할 첫 번째 표면파들이다.
- 초음파 방출기는 또한 테스트될 컴포넌트의 대부분 내로 파들을 방출한다. 표면 구조들(특히 트랜스듀서들(4) 중 하나에 대향하는 표면이 적용됨) 뿐만 아니라 비균질성들은 이들 파들이 산란되도록 하고, 이들 산란된 파들 중 일부는 또한, 표면파의 도달 이후에 일반적으로, 초음파 수신기의 위치에 도달할 것이다.
도 3은 초음파 수신기들에 의해 수신되는 응답 신호들의 예를, 좌측 열에 도시한다. 이 예에서, 트랜스듀서들(4)의 행렬의 하나의 단부에 있는 채널은 전술된 바와 같이 단일-주기 초음파 펄스를 송신한다. 방출 채널 다음의 채널은 신호(C1)(최상부 그래프)를 수신할 제1 채널이고, 다음 인접한 채널은 신호(C2)를 수신하는 등등이다.
도 3의 좌측 열로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 신호(Ci)(i = 1 ... 7)는 비교적 강한 펄스 구조를 가지고 시작하는데, 이는 (청구항들에서 명명되는 바와 같은) "제1 신호 섹션" 내에 위치하고, 이는 표면파가 각자의 채널에 도달하는 것에 기인한다. 이후, 신호는 다수의 더 작은 오실레이션들을 보이는데, 이는 컴포넌트의 내부 비균질성들로부터 또는 그것의 후면측으로부터 산란된 이후에 도달하는 파들에 의해 야기된다. 이들 더 작은 오실레이션들은, 예를 들어, SAFT 프로세싱의 상황에서, 추가적인 프로세싱을 위해 일반적으로 관심 있는 것들이다.
도 3에서의 좌측 열로부터 추가로 알 수 있는 바와 같이, 표면파의 도달 시간은 초음파 수신기에 의존한다. 수신기가 초음파 방출기로부터 더 멀수록, 표면파는 더 늦게 도착한다. 이는 표면파의 전파 속도가 제한된다는 사실에 기인한다. 콘크리트에서의 표면파의 일반적인 속도는 예를 들어 약 2500m/s이다.
마지막으로, 도 3의 좌측 열로부터 또한 알 수 있는 바와 같이, 펄스들의 진폭들은 다양한 응답 신호들 사이에서 달라진다. 특정한 진폭 감쇠가 초음파 방출기로부터의 거리의 증가에 의해 예상될 수 있지만, 예들은 이러한 감쇠가 상정되더라도 설명될 수 없는 신호 높이 간의 차이들이 존재함을 명백하게 보여준다. 예를 들어, 신호(C4)가 신호들(C5 및 C6)보다 초음파 방출기에 더 가까운 것으로 측정되었음에도 신호들(C5 및 C6)은 신호(C4)보다 더 강하다. 이 진폭 변경은 주로 다양한 채널들과 컴포넌트 사이의 상이한 커플링 강도들로 인한 것이다. 전술된 바와 같이, 컴포넌트의 표면의 불규칙성들은 커플링에서의 이러한 차이들을 발생시킨다.
신호 스케일링:
위에서 언급된 바와 같이, 이러한 효과들은 적절한 신호 스케일링에 의해 보상될 수 있다.
일반적으로, 도달 표면파의 약한 진폭을 측정하는 채널은 컴포넌트에 열악하게 커플링된다. 따라서, 그것은 또한 후속적으로 도착하는 반사파들을 더 작은 감도로 측정할 것이다.
이러한 변형들을 보상하기 위해, 각각의 초음파 신호(Ci)는 스케일 인자(Si)를 사용하여 리스케일링되고:
Figure pct00001
Ci'는 리스케일링된 신호를 표기한다. 이러한 리스케일링된 신호들(Ci')은 도 3의 우측 열에 도시된다.
수학식 (1)에 따른 보정이 측정된 응답 신호들 모두에 대해 반드시 수행될 필요는 없다는 것에 유의해야 한다. 그것은 또한 "제2 신호 섹션"(청구항들에 명명된 바와 같이)에 대해서만, 소위 추가적인 프로세싱을 위해 사용되는 신호의 일부에 대해서만 수행될 수도 있다.
스케일링 인자(Si)는 그것의 "제1 신호 섹션"에서의 응답 신호의 강도, 즉, 측정된 표면파의 강도를 기술하는 보정 값(Vi)으로부터 도출될 수 있다.
일반적으로, 스케일링 인자(Si)는 보정 값(Vi)의 함수일 것이며, 여기서 스케일링 인자(Si)는 보정 값(Vi)이 증가함에 따라 더 작아진다. 대부분의 경우, 가역적 관계가 최상의 결과들을 제공하는데, 즉,
Figure pct00002
이고, Ki는 상수이다. Ki는 모든 초음파 수신기들에 대해 동일한 값일 수 있다. 대안적으로, 예를 들어,
Figure pct00003
을 설정함으로써, 그것이 초음파 방출기로부터 초음파 수신기로 전파함에 따라 그것은 표면파의 자연 댐핑(natural damping)을 또한 고려할 수 있고, α는 길이 당 표면파의 댐핑을 기술하는 감쇠 상수이고, xi는 초음파 방출기로부터의 각자의 초음파 수신기의 거리이다. K는 모든 초음파 수신기들에 대해 일반적으로 공통적인 상수이다.
하기에서, 보정 값(Vi)을 계산하기 위한 다양한 방식들이 기술된다.
제1 단계에서, 표면파에 대응하는 응답 신호의 부분이 식별되어야 한다. 이 목적을 위해, 시간 창(W)(도 3에 도시된 바와 같이)은 각각의 초음파 수신기에 부여될 수 있다. 이 타입의 창은 위에서 정의된 바와 같은 "제1 신호 섹션", 즉, 표면파에 의해 우세할 것으로 예상되는 신호의 섹션을 식별하기 위해 사용된다.
일 실시예에서, 시간적 위치(즉, 창의 시작 시간 및 종료 시간)는 초음파 방출기로부터의 초음파 수신기의 거리(xi)에 비례하는 것으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 시간 창의 중심 시간(ti)은
Figure pct00004
에 의해 계산될 수 있고, c는 표면파의 속도이다.
시간 창의 길이는 일반적으로 초음파 방출기에 의해 방출되는 프로브 신호(펄스)의 길이의 함수이다. 바람직하게는, 시간 창의 길이는, 표면파의 가정된 속도(c)에서의 에러를 보상하기 위해, 적어도 방출된 펄스의 길이만큼 크도록, 바람직하게는 다소 더 크도록 선택된다. 예를 들어, 시간 창의 길이는 펄스의 길이와 펄스의 길이의 5배 사이에 있으며, 특히 그것은 펄스의 길이의 대략 2배이다.
대안적으로, 또는 추가로, 시간 창은 응답 신호에서 제1 강한 펄스(예를 들어, 그것의 진폭이 주어진 임계 진폭을 초과하는 펄스)를 탐지함으로써 위치될 수 있다. 이러한 제1 펄스는 표면파의 도달을 일반적으로 표시한다. 다시 말해, 시간 창의 시간적 위치는 프로브 신호가 방출된 이후 응답 신호 내의 제1 펄스의 도달 시간의 함수로서 선택된다.
제1 펄스의 도달 시간의 이러한 분석은 일치성에 대한 2개의 방법을 체크하기 위해 수학식 (4)의 계산과 조합될 수 있다. 2개의 방법의 결과들이 일치하지 않는 경우, 예를 들어, 리스케일링이 억제될 수 있거나, 또는 상이한(예를 들어, 더 긴) 시간 창이 사용될 수 있다.
일단 적절한 시간 창(W)이 결정되면, 보정 값(Vi)이 그 안의 신호의 강도로부터 도출될 수 있다. 다시, 그것을 수행하기 위한 다양한 방식들이 존재한다:
일 예에서, 적어도 시간 창(W) 내에서, 응답 신호의 신호 포락선이 계산될 수 있다. 이러한 포락선은 도면 C1 및 C2에서 점선들로 도시된다.
오실레이션 신호의 포락선을 계산하기 위한 알고리즘은 통상의 기술자에게 알려져 있다. 예를 들어, 신호는 정류되고(즉, 신호의 절댓값이 사용되고), 이후 저역 필터를 이용하여 저역 필터링될 수 있다.
저역 필터는 예를 들어, 프로브 신호가 펄스 주파수에 대응하는 캐리어 주파수(예를 들어, 50kHz)를 가지는 진폭 변조 신호이며, 이 신호의 대역폭이 B임을 가정함으로써 디멘져닝(dimension)될 수 있다. 정류 이후, 미가공 신호의 스펙트럼은 0Hz에 있는 베이스 밴드 신호 및 펄스의 두 배의 중심 주파수에 있는(즉, 예를 들어, 100 kHz에 있는) 신호로 분할된다. 두 배의 중심 주파수 주위의(즉, 100 kHz 주위의) 스펙트럼 컴포넌트들은 바람직하지 않으며 필터링될 것이다. 따라서, 저역 필터의 차단 주파수는 바람직하게는 약 B/2이어야 한다. 이것은 또한, 베이스 밴드 신호(즉, 포락선)가 필터에 의해 영향을 받지 않는 반면, 두 배의 중심 주파수에 있는 원치 않는 신호 컴포넌트들이 억제되는 것을 보장한다.
일단 포락선이 계산되면, 그것의 강도를 기술하는 그것의 최댓값 또는 다른 수량이 보정 값(Vi)을 도출하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 보정 값(Vi)은 도 3의 좌측 상부 그래프에 도시된 바와 같이, 포락선의 최고값(A)과 동일하도록 설정될 수 있다.
대안적으로, 또는 추가로, 보정 값은, 포락선을 먼저 계산하지 않고도, 응답 신호 그 자체의 최댓값의 함수이고, 특히 이에 비례할 수 있다. 특히, 최댓값의 탐색은 창(W)으로 다시 제한된다.
그러나, 포락선을 사용하는 것이 응답 신호의 개별 피크 값을 사용하는 것보다 에러 신호 잡음에 대해 더 강건하다는 것에 유의해야 한다.
창(W)이 그것 외부의 임의의 신호들이 무시된다는 의미에서 반드시 "직사각형" 창은 아니라는 것에 추가로 유의해야 한다. 그것은 또한, 그것이 응답 신호와 곱해질 분포 함수에 의해 표현된다는 의미에서 "가중(weighted)" 창일 수 있으며, 여기서 분포 함수는 표면파의 예상되는 도달 시간에 중심을 두는 영역 위에 평탄한 최댓값을 가지며, 그것의 양 측 상에서 제로로 점진적으로 감쇠한다.
또한, 시간 창에 의존하지 않는 또는 명시적으로 의존하지 않는 방법들은, 예를 들어, 단순히 응답 신호 내의 최고 신호 값들을 탐색함으로써, 사용될 수 있다.
비고:
여기서 도시된 실시예에서, 보정 값의 계산 뿐만 아니라 리스케일링이 제어기(7)에 의해 수행되는데, 예를 들어, CPU(9)의 프로그래밍에서의 동작들로서 구현된다. 대안적으로, 또는 추가로, 이들 단계들 중 일부 또는 전부는 개별 채널들의 레벨에서 그리고/또는 하우징(2) 밖의 프로세싱 유닛에서 수행될 수 있다.
초음파 방출기의 트랜스듀서들은 전단파들을 생성하기 위해 바람직하게 동작되는데, 즉, 이들의 팁들(5a)이 프로브 측(3)에 대해 평행한 그리고 초음파 방출 채널에서 트랜스듀서들(4)의 열에 대해 평행한 방향으로 이동된다. 그러나, 상이한 오실레이션들 역시 사용될 수 있다.
디바이스에는 사용자가 여기서 기술된 신호 스케일링을 선택적으로 인에이블 또는 디스에이블하게 하는 사용자 입력 제어들이 구비될 수 있다.
위의 예에서, 하나의 채널(6)이 초음파 방출기인 반면, 다른 채널들(6)은 초음파 수신기들이라고 가정되었다. 대부분의 동작 모드들에서, 초음파 방출기의 역할은 모든 채널들(6)에 후속적으로 부여되는 반면, 매번 다른 채널들(6)이 수신기들로서 사용될 것이다.
바람직하게는, 초음파 방출기 및/또는 각각의 초음파 수신기는 몇 개의 초음파 트랜스듀서들(4)을 포함하고, 이들 모두는 테스트될 컴포넌트에 접촉하도록 위치된다.
언급된 바와 같이, 본 방법 및 디바이스는 표면 불규칙성들을 보일 수 있는 콘크리트 또는 다른 강성 재료들을 프로빙하기에 특히 적합하다.
또한, 그것은 트랜스듀서들과 컴포넌트 사이에 도포되는 임의의 커플링 액체 또는 페이스트 없이도 양호하게 작동한다. 종래의 방법들은 이러한 커플링 액체 또는 페이스트의 부재시 표면 불규칙성들에 대해 일반적으로 매우 민감하다.
바람직하게는, 각각의 초음파 수신기는 응답 신호들을 수신하는 동안 컴포넌트에 적용되는 하나 이상의 팁을 포함한다. 이러한 설계는 양호한 채널 신호 분리를 제공하며, 응답 신호들을 개별적으로 스케일링하기에 매우 적합하다.
본 발명의 본 바람직한 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 본 발명이 이에 제한되는 것이 아니라 후속하는 청구항들의 범위 내에서 달리 다양하게 구현되고 실시될 수 있다는 것이 명백하게 이해되어야 한다.

Claims (14)

  1. 초음파에 의해 컴포넌트를 테스트하기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 초음파 방출기 및 복수의 초음파 수신기를 가지는 디바이스(1)를 상기 컴포넌트에 대해 적용하는 단계 - 상기 초음파 수신기들은 상기 초음파 방출기에 대해 상이한 위치들에 위치함 -,
    상기 초음파 방출기에 의해 프로브 신호를 생성하는 단계,
    상기 초음파 수신기들에 의해, 복수의 응답 신호(Ci)를 수신하는 단계, 및
    상기 초음파 수신기들의 적어도 하나의 그룹의 응답 신호(Ci)에서:
    a) 상기 응답 신호(Ci)에서, 상기 초음파 방출기로부터 상기 응답 신호(Ci)를 수신한 초음파 수신기로 상기 컴포넌트 내에서 이동하는 표면파에 의해 야기되는 제1 신호 섹션을 식별하고,
    b) 상기 제1 신호 섹션으로부터 보정 값(Vi)을 도출하고,
    c) 상기 보정 값(Vi)에 따른 스케일 인자로 상기 응답 신호(Ci)의 적어도 제2 신호 섹션을 리스케일링하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    결과 데이터 세트를 생성하기 위해 상기 제2 신호 섹션들을 결합시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 그룹 내의 각각의 초음파 수신기에 대해,
    - 상기 초음파 수신기에, 시간 창(W)을 부여하는 단계, 및
    - 상기 초음파 수신기에 의해 측정되는 상기 응답 신호(Ci)에서 상기 제1 신호 섹션을 식별하기 위해 상기 시간 창(W)을 사용하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시간 창(W)의 시간적 위치(temporal location)는 상기 초음파 방출기로부터의 상기 초음파 수신기의 거리(xi)의 함수인 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시간 창(W)의 시간적 위치는 상기 초음파 수신기와 상기 초음파 방출기 사이의 거리(xi)에 비례하는 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시간 창(W)의 시간적 위치는 상기 프로브 신호 이후의 상기 응답 신호(Ci) 내의 제1 펄스의 도달 시간의 함수로서 선택되는 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시간 창(W)의 길이는 상기 초음파 방출기에 의해 방출되는 상기 프로브 신호의 길이와 상기 프로브 신호의 길이의 5배 사이이며, 특히 상기 프로브 신호의 길이의 2배와 동일한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 제1 섹션에서 상기 응답 신호(Ci)의 포락선을 계산하고, 상기 보정 값(Vi)을 도출하기 위해 상기 포락선을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정 값(Vi)은 상기 제1 섹션에서 상기 응답 신호(Ci)의 또는 상기 응답 신호(Ci)의 포락선의 최댓값(A)에 비례하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 방출기 및/또는 각각의 초음파 수신기는 몇 개의 초음파 트랜스듀서들(4)을 포함하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 초음파 수신기는 상기 응답 신호들을 수신하는 동안 상기 컴포넌트에 적용되는 하나 이상의 팁(5a)을 포함하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브 신호들을 생성하는 단계 및 상기 응답 신호들을 수신하는 단계는 사용자가 테스트될 상기 컴포넌트에 대해 상기 디바이스를 수동으로 유지하고 있는 동안 발생하는 방법.
  13. 초음파에 의해 컴포넌트를 테스트하기 위한 디바이스로서,
    프로브 신호를 생성하기 위한 적어도 하나의 초음파 방출기,
    복수의 응답 신호(Ci)를 수신하기 위한 복수의 초음파 수신기 - 상기 초음파 수신기들은 상기 초음파 방출기에 대해 상이한 위치들에 위치함 -, 및
    상기 초음파 수신기들의 적어도 하나의 그룹의 응답 신호(Ci)에 대해,
    a) 상기 응답 신호(Ci)에서, 상기 초음파 방출기로부터 상기 응답 신호(Ci)를 수신한 초음파 수신기로 상기 컴포넌트 내에서 이동하는 표면파에 의해 야기되는 제1 신호 섹션을 식별하고,
    b) 상기 제1 신호 섹션으로부터 보정 값(Vi)을 도출하고,
    c) 상기 보정 값(Vi)에 따른 스케일 인자로 상기 응답 신호(Ci)의 적어도 제2 신호 섹션을 리스케일링하도록
    적응되고 구성되는 제어 유닛
    을 포함하는 디바이스.
  14. 콘크리트를 프로빙(probing)하고 그리고/또는 컴포넌트의 내부 구조의 이미지 표현들을 생성하기 위한 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법 또는 디바이스의 사용.
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