KR20210041276A - 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템에 관한 것으로, 복잡한 자기장 분포 검출 방식이 아니라, 상대적으로 간단한 초음파 검출 방식으로 배관의 두께를 검출하여 배관의 결함을 쉽고 간편하게 실시간 탐상할 수 있도록 한 것이다.
Description
본 발명은 산업시설이나 선박 등에 사용되는 배관의 마모나 파손 등과 같은 결함을 탐지하는 기술에 관련한 것으로, 특히 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템에 관한 것이다.
배관이라 함은 주로 금속 계열로 제작되어 있는 원형의 구조물로서, 각종 시설에서 기본적으로 사용되며, 특히 화학 공업 단지와 같은 시설에서는 다양한 물질의 이송을 위해 무수히 많은 배관들이 사용되고 있다.
이 배관들은 내부에서 흐르는 액체나 기체의 종류에 따라 마모가 되는 속도와 형태가 다를 뿐만이 아니라, 위치에 따라서도 차이를 가지기 때문에 노후화에 의한 부식이나 균열을 파악하기가 매우 어렵다. 또한, 설치 위치가 지상에서 가까운 곳부터 100m 이상의 높은 곳까지 매우 다양하기 때문에 검사하기가 대단히 까다롭다.
따라서, 배관들의 마모도나 균열을 탐상하기 위해 점검주기를 정하고 주기적으로 탐상을 실시하는데. 최소 매년 1회 정기적으로 실시를 한다. 하지만, 이 방법은 사람이 직접 점검을 하고, 간헐적으로 검사를 하므로 마모된 곳을 정확하게 검사하기가 쉽지 않다.
또한, 검사 시기 사이의 기간 동안 사고가 발생할 가능성이 항상 존재하며, 비용이 많이 소요된다는 단점을 가지고 있다. 만약, 사고가 발생하면 대형사고의 가능성이 높아서, 인사 사고는 물론 공장의 가동을 전면적으로 중단시키거나 주위까지 그 영향이 미치는 등 손해가 막심할 수 밖에 없다.
배관의 마모와 부식으로 나타나는 현상은 배관의 두께가 시간에 따라 점진적으로 부분 감소하는 것으로서, 감소된 배관의 두께가 한계치를 넘어서게 되면 균열이 발생하고, 균열이 심해지면 내부에 흐르는 유체의 압력을 견디지 못하고 누수 혹은 폭발하게 되는 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0130529호(2013.12.02)에서 코일부에 인가된 교류전원으로 인한 배관의 결함으로부터 기인하는 자기장 분포를 센서부를 통해 검출하여 배관의 결함을 높은 공간분해능으로 빠른 시간에 탐상하는 소구경 배관 결함 탐상 장치를 제안하고 있다.
이 장치는 복수의 자기센서가 배열되며 원통형으로 형성된 센서부, 센서부의 외면을 따라 권취되는 코일부, 센서부에 직류전원을 인가하고 코일부에 교류전원을 인가하는 전원공급부 및 센서부로부터 인가된 신호를 정량적으로 수치화하는 신호수신부를 포함한다.
본 발명자는 복잡한 자기장 분포 검출 방식이 아니라, 상대적으로 간단한 초음파 검출 방식으로 배관의 두께를 검출하여 배관의 결함을 쉽고 간편하게 실시간 탐상할 수 있는 배열형 초음파 변환기를 이용한 실시간 배관 결함 탐상 기술에 대한 연구를 하였다.
본 발명은 복잡한 자기장 분포 검출 방식이 아니라, 상대적으로 간단한 초음파 검출 방식으로 배관의 두께를 검출하여 배관의 결함을 쉽고 간편하게 실시간 탐상할 수 있는 배열형 초음파 변환기를 이용한 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 연성 회로 기판 상에 다수의 초음파 센서들이 배열하여 배열형 초음파 변환기를 구현함으로써 배관 직경에 상관없이 배관 외부 곡면상에 배열형 초음파 변환기를 쉽고 간편하게 부착하여 배관의 결함을 탐상할 수 있는 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템이 다수의 초음파 센서들이 배열되는 배열형 초음파 변환기와; 배열형 초음파 변환기로부터 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 실시간 수신하여 배관 결함을 실시간 탐상하고, 배관 결함 탐상시 경고하는 제어기를 포함하되, 배열형 초음파 변환기가 배관으로 초음파 신호를 방사하고, 배관으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하고, 수신된 초음파 신호를 전기적인 배관 결함 탐상 신호로 변환하는 다수의 초음파 센서들과; 다수의 초음파 센서들이 배열되는 연성 회로 기판(FPCB : Flexible Printed Circuit Board)을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 배열형 초음파 변환기가 초음파 감쇄 역할을 하는 동시에 다수의 초음파 센서들을 연성 회로 기판에 접합하는 역할을 하는 흡음층과; 배관으로 방사되고, 배관으로부터 반사되어 수신되는 초음파 신호의 임피던스 정합(Impedance Matching)을 위한 정합층을 더 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 배열형 초음파 변환기가 다수의 초음파 센서들 외관을 감싸 보호하는 보호층을 더 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 연성 회로 기판이 휘어지는 방향으로 특정 간격을 가지고 다수개 나란히 평행 배열되는 빗살부들과; 평행 배열되는 빗살부들의 일단에서 빗살부들을 직각 방향으로 서로 연결하는 지지부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어기가 배열형 초음파 변환기에 배열되는 초음파 센서들을 구동하는 구동부와; 초음파 센서들로부터 실시간 수신되는 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 처리하여 배관 두께 정보를 획득하고, 획득된 배관 두께 정보로부터 배관 결함을 실시간 탐상하는 신호 처리부와; 신호 처리부에 의해 배관 결함 탐상시, 이를 경고하는 경고부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어기가 배열형 초음파 변환기에 배열되는 초음파 센서들을 순차적으로 구동하기 위한 먹스(MUX)를 더 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 배열형 초음파 변환기가 배관의 온도를 실시간 측정하는 온도센서를 더 포함하고, 제어기의 신호 처리부가 초음파 센서들로부터 실시간 수신되는 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 처리하여 배관 두께 정보를 획득하여 배관 결함을 실시간 탐상할 때, 온도센서에 의해 측정된 배관(200)의 온도에 따라 초음파 전달 속도(음속)를 조정하여 두께 측정 오차를 감소시킨다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템이 배열형 초음파 변환기의 탐상면과 배관 사이에 배치되는 접촉 매질(Couplant)과; 배관에 장착되는 배열형 초음파 변환기의 이탈을 방지하는 고정 수단을 더 포함한다.
본 발명은 복잡한 자기장 분포 검출 방식이 아니라, 상대적으로 간단한 초음파 검출 방식으로 배관의 두께를 검출하여 배관의 결함을 쉽고 간편하게 실시간 탐상할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 연성 회로 기판 상에 다수의 초음파 센서들이 배열하여 배열형 초음파 변환기를 구현함으로써 배관 직경에 상관없이 배관 외부 곡면상에 배열형 초음파 변환기를 쉽고 간편하게 부착하여 배관의 결함을 탐상할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기에 배열되는 초음파 센서들의 배열 형태를 예시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기의 연성 회로 기판의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 제어기의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 6 은 배관의 마모가 없는 상태에서의 초음파 신호 수신을 예시한 도면이다.
도 7 은 배관의 마모가 있는 상태에서의 초음파 신호 수신을 예시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기에 배열되는 초음파 센서들의 배열 형태를 예시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기의 연성 회로 기판의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 제어기의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 6 은 배관의 마모가 없는 상태에서의 초음파 신호 수신을 예시한 도면이다.
도 7 은 배관의 마모가 있는 상태에서의 초음파 신호 수신을 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템(100)은 배열형 초음파 변환기(110)와, 제어기(120)를 포함한다.
배열형 초음파 변환기(110)는 제어기(120)와 신호선(도면 도시 생략)을 통해 서로 연결되는 다수의 초음파 센서(111)들이 배열된다. 이 때, 배열형 초음파 변환기(110)에 배열되는 초음파 센서(111)들의 개수는 배관의 사이즈 및 탐상 정밀도(해상도)에 따라 결정될 수 있다.
한편, 배열형 초음파 변환기(110)는 외관 형상이 곡면인 배관에 부착 가능하도록 유연성 재질로 구현되어, 직경이 상이한 여러 배관에 범용적으로 사용될 수 있다. 이 때, 배열형 초음파 변환기(110) 곡면 길이가 배관 원주 길이보다 작거나 같아야 한다.
제어기(120)는 배열형 초음파 변환기(110)로부터 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 실시간 수신하여 배관 결함을 실시간 탐상하고, 배관 결함 탐상시 경고한다. 이 때, 제어기(120)는 배열형 초음파 변환기(110) 간은 신호선 또는 연성 회로 기판(FPCB : Flexible Printed Circuit Board) 등을 통해 연결될 수 있다.
제어기(120)가 배열형 초음파 변환기(110)의 다수의 초음파 센서(111)들을 구동시키면, 다수의 초음파 센서(111)들은 배관으로 초음파 신호를 방사하고, 배관으로부터 반사된 초음파 신호를 전기적인 배관 결함 탐상 신호로 변환하여 제어기(120)로 실시간 전송한다.
그러면, 제어기(120)가 배열형 초음파 변환기(110)로부터 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 실시간 수신하여 배관 결함을 실시간 탐상하고, 배관 결함 탐상시 부저를 통해 청각적 경고하거나, LED를 통해 시각적 경고하거나, 무선네트워크를 통해 경고 메시지를 원격 전송하여 배관에 결함이 발생했음을 알린다.
이와 같이 구현함에 의해, 본 발명은 복잡한 자기장 분포 검출 방식이 아니라, 상대적으로 간단한 초음파 검출 방식으로 배관의 두께를 검출하여 배관의 결함을 쉽고 간편하게 실시간 탐상할 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 배열형 초음파 변환기(110)는 다수의 초음파 센서(111)들과, 연성 회로 기판(FPCB : Flexible Printed Circuit Board)(112)을 포함한다.
다수의 초음파 센서(111)들은 배관(200)으로 초음파 신호를 방사하고, 배관(200)으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하고, 수신된 초음파 신호를 전기적인 배관 결함 탐상 신호로 변환한다.
예컨대, 초음파 센서(111)가 압전형 초음파 세라믹을 포함하는 초음파 발진 소자일 수 있고, 전기적인 배관 결함 탐상 신호는 초음파가 되돌아 오는 시간을 검출하여 계산한 배관 두께 정보를 포함하는 신호일 수 있다.
초음파 센서(111)에서 방사된 초음파는 배관(200)의 금속 부분을 통과하여 배관내측면 즉, 배관내의 공기와 접촉하는 경계면에 도달한다. 초음파는 공기중에서는 잘 전달되지 않고 금속이나 수중에서는 잘 전달되는 특성을 가지므로, 배관내의 공기와 접촉하는 경계면에서 반사되어 초음파 센서(111)로 되돌아온다.
매질내의 초음파 전달 속도(음속) v는 알려진 값이고, 초음파가 되돌아 오는 시간 2t는 초음파 센서(111)에 의해 측정 가능하므로, 배관(200)의 두께 S는 초음파 전달 속도와 초음파가 되돌아 오는 시간 2t를 곱한 값의 반인 vt가 된다.
도 6 은 배관의 마모가 없는 상태에서의 초음파 신호 수신을 예시한 도면이고, 도 7 은 배관의 마모가 있는 상태에서의 초음파 신호 수신을 예시한 도면이다. 도 6 에 도시한 바와 같이 배관(200)의 두께 S = vt 값은 배관이 마모 또는 파손되지 않은 경우 일정한 두께 값을 가진다.
그러나, 배관이 마모 또는 파손되면, 도 7 에 도시한 바와 같이 마모 또는 파손되지 않은 배관 두께 값보다 작아진다. 따라서, 초음파 센서(111)를 이용해 초음파가 되돌아 오는 시간을 검출하여 배관 두께를 구하면, 배관의 결함을 탐상할 수 있다.
연성 회로 기판(120)은 다수의 초음파 센서(111)들이 배열된다. 예컨대, 연성 회로 기판(120)에 N×M개의 초음파 센서(111)들이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열될 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기에 배열되는 초음파 센서들의 배열 형태를 예시한 도면이다. 도 3 의 (a)는 초음파 센서들이 일정하게 배열된 것을 도시한 것이고, (b)는 초음파 센서들이 서로 엇갈리게 배열된 것을 도시한 것이다.
이와 같이 구현함에 의해, 본 발명은 연성 회로 기판(120) 상에 다수의 초음파 센서(111)들이 배열되므로, 배관 직경에 상관없이 배관 외부 곡면상에 배열형 초음파 변환기(110)를 쉽고 간편하게 부착하여 배관의 결함을 탐상할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 배열형 초음파 변환기(110)가 흡음층(113)과, 정합층(114)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 흡음층(113)은 다수의 초음파 센서(111)들과 연성 회로 기판(120) 사이에 형성될 수 있고, 정합층(114)은 초음파 센서(111)와 배관(200) 사이에 형성되어 탐상면이 될 수 있다.
흡음층(Backing Layer)(113)은 초음파 감쇄 역할을 하는 동시에 다수의 초음파 센서(111)들을 연성 회로 기판(112)에 접합하는 역할을 한다. 정합층(Matching Layer)(114)은 배관(200)으로 방사되고, 배관(200)으로부터 반사되어 수신되는 초음파 신호의 임피던스 정합(Impedance Matching)을 수행한다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 배열형 초음파 변환기(110)가 보호층(115)을 더 포함할 수 있다. 보호층(115)은 다수의 초음파 센서(111)들 외관을 감싸 보호하는 역할을 한다.
보호층(115)은 연성도(Flexibility)가 우수하고, 초음파 센서들과의 결합력이 우수하고, 굽혀지면서도 강도가 유지되어야 하며, 보호층(115)으로 에폭시(Epoxy) 수지를 몰딩(Molding)하여 형성한 연성 에폭시(Flexible Epoxy)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 4 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 배열형 초음파 변환기의 연성 회로 기판의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 4 에 도시한 바와 같이, 연성 회로 기판(112)은 빗살부(112a)들과, 지지부(112b)를 포함하는 빗 모양일 수 있다.
빗살부(112a)들은 휘어지는 방향으로 특정 간격을 가지고 다수개 나란히 평행 배열될 수 있다. 지지부(112b)는 평행 배열되는 빗살부(112a)들의 일단에서 빗살부들을 직각 방향으로 서로 연결한다.
연성 회로 기판(112)을 빗 모양으로 구현할 경우, 휘어지는 방향으로 초음파 센서(111)들이 배치되므로, 연성 회로 기판(112)이 휘어질 때 초음파 센서(111)들의 배선이 끊어지는 것을 방지할 수 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템의 제어기의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 5 에 도시한 바와 같이, 제어기(120)는 구동부(121)와, 신호 처리부(122)와, 경고부(123)를 포함한다.
구동부(121)는 배열형 초음파 변환기(110)에 배열되는 초음파 센서(111)들을 구동한다. 구동부(121)는 배열형 초음파 변환기(110)에 배열되는 초음파 센서(111)들로부터 초음파가 발생하도록 하는 펄스 신호를 발생하여 배열형 초음파 변환기(110)에 배열되는 초음파 센서(111)들로 인가한다.
신호 처리부(122)는 초음파 센서(111)들로부터 실시간 수신되는 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 처리하여 배관 두께 정보를 획득하고, 획득된 배관 두께 정보로부터 배관 결함을 실시간 탐상한다.
예컨대, 초음파 센서(111)들로부터 실시간 수신되는 전기적인 배관 결함 탐상 신호가 초음파가 되돌아 오는 시간을 검출하여 계산한 배관 두께 정보를 포함하는 신호라면, 신호 처리부(122)는 전기적인 배관 결함 탐상 신호로부터 배관 두께 정보를 획득하고, 획득된 배관 두께 정보로부터 배관 결함을 실시간 탐상한다.
경고부(123)는 신호 처리부(122)에 의해 배관 결함 탐상시, 이를 경고한다. 예컨대, 경고부(123)에 의한 경고가 청각적 경고일 경우에는 경고부(123)가 부저를 포함할 수 있고, 경고부(123)에 의한 경고가 시각적 경고일 경우에는 경고부(123)가 LED를 포함할 수 있다.
한편, 경고부(123)에 의한 경고가 무선네트워크를 통해 경고 메시지를 원격 전송하여 배관에 결함이 발생했음을 알리는 경우라면, 경고부(123)가 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 무선 네트워크 모듈을 포함할 수 있다.
이 때, 경고부(123)를 무선 네트워크 모듈로 구현한 경우, 무선 네트워크 모듈을 통해 외부 서버 등과 같은 모니터링 파트에서 제어부(120) 제어 명령을 전달하도록 구현될 수도 있다.
이와 같이 구현함에 의해, 본 발명은 복잡한 자기장 분포 검출 방식이 아니라, 상대적으로 간단한 초음파 검출 방식으로 배관의 두께를 검출하여 배관의 결함을 쉽고 간편하게 실시간 탐상할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어기(120)가 먹스(MUX)(124)를 더 포함할 수 있다. 먹스(124)는 배열형 초음파 변환기(110)에 배열되는 초음파 센서(111)들을 순차적으로 구동한다.
먹스(124)를 통해 배열형 초음파 변환기(110)에 배열되는 초음파 센서(111)들을 순차적으로 구동하면서, 초음파 센서(111)들로부터 순차적으로 전송되는 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 신호 처리부(122)가 순차적으로 처리하여 배관 두께 정보를 획득하고, 획득된 배관 두께 정보로부터 배관 결함을 실시간 탐상한다.
그러면, 배관 결함이 발생한 초음파 센서(111)를 알 수 있고, 이로부터 배관 결함이 발생한 배관 위치를 정확하게 알 수 있으므로, 초음파 검출 방식으로 결함이 발생한 배관 위치를 파악할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어기(120)가 전원부(125)를 더 포함할 수 있다. 전원부(125)는 제어기(120) 및 배열형 초음파 변환기(110)에 전원을 공급한다. 이 때, 전원부(125)가 자체 전원 공급을 위한 내장 배터리일 수도 있고, 외부 전원으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전원 회로일 수도 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 배열형 초음파 변환기(110)가 온도센서(116)를 더 포함할 수 있다. 온도센서(116)는 배관(200)의 온도를 실시간 측정한다.
초음파 전달 속도(음속)는 온도에 따라 약간의 변화가 발생하므로, 제어기(120)의 신호 처리부(122)는 초음파 센서들로부터 실시간 수신되는 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 처리하여 배관 두께 정보를 획득하여 배관 결함을 실시간 탐상할 때, 온도센서(116)에 의해 측정된 배관(200)의 온도에 따라 초음파 전달 속도(음속)를 조정하여 두께 측정 오차를 감소시킴으로써 보다 정밀하게 배관 결함을 탐상할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템(100)이 접촉 매질(Couplant)(130)과, 고정 수단(140)을 더 포함할 수 있다.
접촉 매질(130)은 배열형 초음파 변환기의 탐상면과 배관 사이에 배치되어 초음파 전달을 원활하게 하며, 초음파 감쇄(attenuation)이 적고, 온도 변화에 따라 물성이 변화하지 않는 액상 또는 고형 젤 또는 패드 타입의 물질이다.
고정 수단(140)은 배관(200)에 장착되는 배열형 초음파 변환기(110)의 이탈을 방지하며, 고정 수단(140)으로 압박 밴드 또는 접착 테이프 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이상에서 설명한 바와 같은 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템(100)을 이용해 배관 결함을 탐상하는 과정을 알아본다.
먼저, 결함을 탐상하고자 하는 위치의 배관(200) 표면에 접촉매질을 바르거나 위치시키고 배열형 초음파 변환기(110)를 그 위에 장착한 다음 배관으로부터 배열형 초음파 변환기(110)가 이탈되지 않도록 고정한다.
그 다음, 초음파 변환기(110)를 제어기(120)에 연결한 후 실링(Sealing)하여 외부 환경(비, 눈, 직사광선, 먼지 등)으로부터 노출되지 않도록 보호한다.
그 다음, 제어기(120)의 전원을 온시켜 초음파 변환기(110)를 구동한 후, 시험 측정을 통해 배관 결함 탐상 신호 유효성을 검사하여 보정(Calibration)한다.
그 다음, 배열형 초음파 변환기(110)가 다수의 초음파 센서(111)들을 통해 배관(200)으로 초음파 신호를 방사하고, 배관으로부터 반사된 초음파 신호를 전기적인 배관 결함 탐상 신호로 변환하여 제어기(120)로 실시간 전송한다.
그러면, 제어기(120)가 배열형 초음파 변환기(110)로부터 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 실시간 수신하여 배관 결함을 실시간 탐상하고, 배관 결함 탐상시 부저를 통해 청각적 경고하거나, LED를 통해 시각적 경고하거나, 무선네트워크를 통해 경고 메시지를 원격 전송하여 배관에 결함이 발생했음을 알린다.
이와 같이 구현함에 의해, 본 발명은 복잡한 자기장 분포 검출 방식이 아니라, 상대적으로 간단한 초음파 검출 방식으로 배관의 두께를 검출하여 배관의 결함을 쉽고 간편하게 실시간 탐상할 수 있다.
또한, 본 발명은 연성 회로 기판 상에 다수의 초음파 센서들이 배열하여 배열형 초음파 변환기를 구현함으로써 배관 직경에 상관없이 배관 외부 곡면상에 배열형 초음파 변환기를 쉽고 간편하게 부착하여 배관의 결함을 탐상할 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 배관 결함 탐상 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템
110 : 배열형 초음파 변환기
111 : 초음파 센서
112 : 연성 회로 기판
112a : 빗살부
112b : 지지부
113 : 흡음층
114 : 정합층
115 : 보호층
116 : 온도센서
120 : 제어기
121 : 구동부
122 : 신호 처리부
123 : 경고부
124 : 먹스
125 : 전원부
130 : 접촉 매질
140 : 고정 수단
200 : 배관
110 : 배열형 초음파 변환기
111 : 초음파 센서
112 : 연성 회로 기판
112a : 빗살부
112b : 지지부
113 : 흡음층
114 : 정합층
115 : 보호층
116 : 온도센서
120 : 제어기
121 : 구동부
122 : 신호 처리부
123 : 경고부
124 : 먹스
125 : 전원부
130 : 접촉 매질
140 : 고정 수단
200 : 배관
Claims (8)
- 다수의 초음파 센서들이 배열되는 배열형 초음파 변환기와;
배열형 초음파 변환기로부터 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 실시간 수신하여 배관 결함을 실시간 탐상하고, 배관 결함 탐상시 경고하는 제어기를;
포함하되,
배열형 초음파 변환기가:
배관으로 초음파 신호를 방사하고, 배관으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하고, 수신된 초음파 신호를 전기적인 배관 결함 탐상 신호로 변환하는 다수의 초음파 센서들과;
다수의 초음파 센서들이 배열되는 연성 회로 기판(FPCB : Flexible Printed Circuit Board)을;
포함하는 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템. - 제 1 항에 있어서,
배열형 초음파 변환기가:
초음파 감쇄 역할을 하는 동시에 다수의 초음파 센서들을 연성 회로 기판에 접합하는 역할을 하는 흡음층과;
배관으로 방사되고, 배관으로부터 반사되어 수신되는 초음파 신호의 임피던스 정합(Impedance Matching)을 위한 정합층을;
더 포함하는 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템. - 제 2 항에 있어서,
배열형 초음파 변환기가:
다수의 초음파 센서들 외관을 감싸 보호하는 보호층을;
더 포함하는 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템. - 제 1 항에 있어서,
연성 회로 기판이:
휘어지는 방향으로 특정 간격을 가지고 다수개 나란히 평행 배열되는 빗살부들과;
평행 배열되는 빗살부들의 일단에서 빗살부들을 직각 방향으로 서로 연결하는 지지부를;
포함하는 빗 모양인 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
제어기가:
배열형 초음파 변환기에 배열되는 초음파 센서들을 구동하는 구동부와;
초음파 센서들로부터 실시간 수신되는 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 처리하여 배관 두께 정보를 획득하고, 획득된 배관 두께 정보로부터 배관 결함을 실시간 탐상하는 신호 처리부와;
신호 처리부에 의해 배관 결함 탐상시, 이를 경고하는 경고부를;
포함하는 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템. - 제 5 항에 있어서,
제어기가:
배열형 초음파 변환기에 배열되는 초음파 센서들을 순차적으로 구동하기 위한 먹스(MUX)를;
더 포함하는 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템. - 제 5 항에 있어서,
배열형 초음파 변환기가:
배관의 온도를 실시간 측정하는 온도센서를;
더 포함하고,
제어기의 신호 처리부가 초음파 센서들로부터 실시간 수신되는 전기적인 배관 결함 탐상 신호를 처리하여 배관 두께 정보를 획득하여 배관 결함을 실시간 탐상할 때, 온도센서에 의해 측정된 배관(200)의 온도에 따라 초음파 전달 속도(음속)를 조정하여 두께 측정 오차를 감소시키는 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템. - 제 5 항에 있어서,
초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템이:
배열형 초음파 변환기의 탐상면과 배관 사이에 배치되는 접촉 매질(Couplant)과;
배관에 장착되는 배열형 초음파 변환기의 이탈을 방지하는 고정 수단을;
더 포함하는 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190123751A KR102270635B1 (ko) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190123751A KR102270635B1 (ko) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210041276A true KR20210041276A (ko) | 2021-04-15 |
| KR102270635B1 KR102270635B1 (ko) | 2021-06-29 |
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| KR1020190123751A KR102270635B1 (ko) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | 초음파 실시간 배관 결함 탐상 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115308308A (zh) * | 2022-10-10 | 2022-11-08 | 山东广悦化工有限公司 | 一种柴油管道防腐检测装置及其使用方法 |
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| KR20130130529A (ko) | 2012-05-22 | 2013-12-02 | 조선대학교산학협력단 | 소구경 배관 결함 탐상 장치 및 방법 |
| KR20160028871A (ko) * | 2014-09-04 | 2016-03-14 | 삼성메디슨 주식회사 | 초음파 영상장치용 프로브 및 그 제조방법 |
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-
2019
- 2019-10-07 KR KR1020190123751A patent/KR102270635B1/ko active IP Right Grant
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| CN115308308B (zh) * | 2022-10-10 | 2022-12-13 | 山东广悦化工有限公司 | 一种柴油管道防腐检测装置及其使用方法 |
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