KR20210085698A - Selective excitation apparatus and method of higher order modes of plate wave - Google Patents
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Abstract
Description
유한 너비 판에서 고차 모드 판파의 선택적 가진 장치 및 그 방법이 제공된다.An apparatus and method for selectively excitation of higher-order mode plate waves in a finite width plate are provided.
판파(Plate wave/ Lamb wave)는 무한히 넓은 평판에서 두께방향으로 파동 모드를 형성하고 면내방향(in-plane)으로 전파하는 파이다. 이론적으로 판파의 두께방향 파동 모드는 수많은 차수(order)의 대칭모드(symmetric mode) 및 반대칭모드(anti-symmetric mode)를 가진다. 이때 특정 주파수에서 순수하게 하나의 특정 모드만을 생성하기 위해서는 그 특정 모드의 위상속도에 맞추어(phase matching) 초음파 에너지를 특정 각도로 판 내로 입사시켜 주어야 한다. A plate wave/lamb wave is a wave that forms a wave mode in the thickness direction in an infinitely wide flat plate and propagates in-plane. Theoretically, the thickness direction wave mode of a plate wave has a symmetric mode and an anti-symmetric mode of many orders. At this time, in order to purely generate only one specific mode at a specific frequency, ultrasonic energy must be incident into the plate at a specific angle in accordance with the phase speed of the specific mode (phase matching).
그러나 유한한 너비를 갖는 판에서는 두께방향뿐만 아니라 너비방향의 파동 모드가 존재하기 때문에 전파방향과 너비방향을 모두 고려해야 한다. However, in a plate having a finite width, both the propagation direction and the width direction must be considered because wave modes in the width direction as well as the thickness direction exist.
다시 말해 너비방향 파동 모드의 특정 모드를 선택적으로 생성하기 위해서는 전파방향 파동 모드와 더불어 너비방향 파동 모드의 변위 분포를 갖는 모드 프로파일(mode profile)을 일치시켜 가진해야 한다. In other words, in order to selectively generate a specific mode of the width direction wave mode, it is necessary to excite the mode profile having the displacement distribution of the width direction wave mode together with the propagation direction wave mode.
기존의 초음파 웨지를 통한 판파 가진 방법은 입사 에너지의 입사각 제어를 통해 두께방향 특정 모드의 판파를 생성한다. The conventional plate wave excitation method through an ultrasonic wedge generates a plate wave of a specific mode in the thickness direction by controlling the incident angle of incident energy.
이에 피검사체에 선접촉을 통해 표면파를 발생시키는 기술이 개발되었으나 실제 유한한 너비를 갖는 판에서 너비방향으로 형성되는 고차모드 판파를 생성할 수 없거나 그 효율이 매우 좋지 못하여 상용화되지 못하고 있다. Accordingly, a technology for generating a surface wave through line contact to an object to be inspected has been developed, but it is not commercially available because it cannot generate a high-order mode plate wave formed in the width direction from a plate having a finite width or its efficiency is very poor.
이에 따라 유한 너비 판에서 판파의 너비방향 파동 모드 가진 및 선택 기법에 관한 연구 및 기술이 개발되고 있으며, 주로 여러 개의 압전소자를 폭 방향으로 배열하고 위상배열 기법을 사용하여 가진하는 방법이 사용되고 있다. Accordingly, research and technology are being developed on the excitation and selection technique of the wave mode of the plate wave in the finite width plate, and the method of arranging several piezoelectric elements in the width direction and excitation using the phased array technique is mainly used.
하지만, 압전소자의 개수가 많아지면, 이에 따르는 부가적인 전기제어 장비들을 사용되어 많은 비용을 요구된다. 더불어 유한한 너비 때문에 각 압전소자 크기가 그 너비에 맞게 소형화되어 이로 인해 탐촉자에 가진하는 출력(power)이 제한되어 고출력 초음파 신호를 송수신하기 어렵다. However, if the number of piezoelectric elements increases, additional electric control devices are used accordingly, which requires a lot of cost. In addition, due to the finite width, the size of each piezoelectric element is miniaturized to fit the width, which limits the power to the transducer, making it difficult to transmit and receive high-power ultrasonic signals.
따라서, 단일 압전소자를 갖는 초음파 탐촉자로 유한한 판에서 너비 방향 고차모드 판파를 가진하는 기술이 요구된다. Therefore, a technique for excitation of a high-order mode plate wave in the width direction in a finite plate with an ultrasonic transducer having a single piezoelectric element is required.
관련 선행문헌으로 한국등록특허1,351,315호는 "선접촉 표면파 유도 웨지 장치"를 개시한다. As a related prior art, Korean Patent No. 1,351,315 discloses a "line contact surface wave induction wedge device".
본 발명의 한 실시예는 단일 압전 소자를 갖는 초음파 탐촉자를 이용하여 유한 너비에서 특정한 고차모드 판파를 선택적으로 가진하는 기술에 관한 것이다. One embodiment of the present invention relates to a technique for selectively excitation of a specific higher-mode plate wave in a finite width using an ultrasonic transducer having a single piezoelectric element.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above problems, the embodiment according to the present invention may be used to achieve other problems not specifically mentioned.
본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 가진 장치는 유한 너비 판의 일면에 접촉되는 바닥면을 통해 압전 소자로부터 입력받은 초음파를 입사시키는 제1 초음파 웨지, 그리고 유한 너비 판의 타면에 접촉되는 바닥면을 통해 압전 소자로부터 입력받은 초음파를 입사시키는 제2 초음파 웨지를 포함하고, 제1 초음파 웨지와 제2 초음파 웨지의 바닥면에는 너비 방향의 특정 판파 모드에 기초하여 동위상의 안티노드를 차폐시키는 슬릿 문양이 각각 상이하게 형성되고, 각각의 슬릿 문양이 형성된 바닥면으로 입사시킨 초음파를 통해 특정 판파를 발생시킨다. The selective excitation device according to an embodiment of the present invention comprises a first ultrasonic wedge for injecting ultrasonic waves input from a piezoelectric element through a bottom surface in contact with one surface of a finite width plate, and a bottom surface in contact with the other surface of the finite width plate. It includes a second ultrasonic wedge through which the ultrasonic wave input from the piezoelectric element is incident, and a slit pattern for shielding antinodes of the same phase based on a specific plate wave mode in the width direction is provided on the bottom surfaces of the first ultrasonic wedge and the second ultrasonic wedge. Each is formed differently, and a specific plate wave is generated through an ultrasonic wave that is incident on the bottom surface on which each slit pattern is formed.
본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 가진 장치는 압전 소자를 구비하여 초음파를 발생시키는 초음파 탐촉자, 그리고 초음파를 입력받아 바닥면을 통해 초음파를 판으로 입사시킴으로써 판파를 발생시키며, 바닥면에 형성된 하나 이상의 슬릿 문양을 통해 특정 판파 모드의 너비 방향 안티노드를 차폐시키는 초음파 웨지를 포함한다.The selective excitation device according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic transducer having a piezoelectric element to generate ultrasonic waves, and an ultrasonic wave inputted to generate a plate wave by injecting the ultrasonic wave into a plate through a bottom surface, and at least one formed on the bottom surface. It includes an ultrasonic wedge that shields the antinode in the width direction of a specific plate wave mode through a slit pattern.
본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 가진 장치는 압전 소자를 구비하여 초음파를 발생시키는 초음파 탐촉자, 초음파를 입력받아 유한 너비 판에 접촉되는 바닥면을 통해 초음파를 판으로 입사시킴으로써 판파를 발생시키는 초음파 웨지 그리고 유한 너비 판 또는 초음파 웨지에 부착되어 특정 판파 모드의 너비 방향 안티노드를 차폐시키는 슬릿 문양 패치를 포함한다. The selective excitation device according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic transducer having a piezoelectric element to generate ultrasonic waves, an ultrasonic wedge that receives ultrasonic waves and generates a plate wave by injecting the ultrasonic waves into the plate through a bottom surface in contact with a finite width plate. And it includes a slit pattern patch attached to the finite width plate or ultrasonic wedge to shield the width direction antinode of a specific plate wave mode.
본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 가진 장치의 가진 방법은 가진하고자 하는 주파수에서 특정 가진 모드를 선정하는 단계, 너비 방향 모드의 차수와 유한 너비 판의 너비를 이용하여 슬릿 문양의 패턴을 선정하는 단계 그리고 슬릿 문양의 패턴을 초음파 웨지와 유한 너비 판 사이에 위치시키고 가진 신호를 입력하여 가진하는 단계를 포함한다.The excitation method of a selective excitation device according to an embodiment of the present invention includes the steps of selecting a specific excitation mode at a frequency to be excitation, selecting a slit pattern using the order of the widthwise mode and the width of the finite width plate And positioning the slit-shaped pattern between the ultrasonic wedge and the finite width plate and inputting an excitation signal to excite it.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 유한 너비 판에서 특정한 너비 방향 고차 모드 판파를 선택하여 가진시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to select and excite a specific widthwise higher-order mode plate wave from a finite width plate.
본 발명의 한 실시예에 따르면 단일 압전 소자를 사용하여 상대적으로 간단한 구조로 큰 진폭을 가지는 특정모드의 판파 신호를 가진시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to excite a plate wave signal of a specific mode having a large amplitude with a relatively simple structure using a single piezoelectric element.
본 발명의 한 실시예에 따르면 유한 너비 판과 유사한 구조물에서 결함 탐지 및 위치 추정, 두께 감육 평가 등의 비파괴검사(Nondestructive testing NDT), 구조물건정성감시(Structural Health Monitoring, SHM), 계측 센서 등과 같은 분야에서 활용될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, nondestructive testing (NDT) such as defect detection and location estimation, thickness thinning evaluation, etc. in a structure similar to a finite width plate, structural health monitoring (SHM), measurement sensor, etc. can be used in the field.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 가진 장치와 초음파 웨지 개념도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿 문양이 형성된 초음파 웨지의 바닥면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿 문양 웨지의 판파 생성 개념도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿 문양 웨지의 판파 생성 개념도를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 0차 반대칭 모드 판파의 분산선도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 대칭 모드에서의 판파의 너비 방향 고차 모드들의 변위 분포를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 반대칭 모드에서의 판파의 너비 방향 고차 모드들의 변위 분포를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 너비 방향 고차 모드들의 너비 방향 노드 분포를 나타낸 그래프이다.
도 9a와 9b는 본 발명의 한 실시예에 따른 도 8의 음향 차폐의 위치와 너비에 대응한 슬릿 문양을 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿 문양 패치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11는 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에 따른 슬릿 문양 패치가 유한너비 판에 부착되어 사용되는 모습은 나타낸 예시도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 가진 장치의 가진 방법을 나타낸 순서도이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 판파 가진 결과에 대한 측정 신호와 측정 변위 분포를 나타낸다. 1 is a view showing a conceptual diagram of a selective excitation device and an ultrasonic wedge according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the bottom surface of the ultrasonic wedge formed with a slit pattern according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a plan wave generation conceptual diagram of a slit-shaped wedge according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a plan wave generation conceptual diagram of a slit pattern wedge according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a dispersion diagram of a zero-order antisymmetric mode plate wave according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram illustrating the displacement distribution of higher-order modes in the width direction of a plate wave in a symmetric mode.
7 is an exemplary diagram illustrating displacement distributions of higher-order modes in the width direction of a plate wave in an antisymmetric mode according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating a node distribution in a width direction of higher-order modes in a width direction according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B are exemplary views showing a slit pattern corresponding to the position and width of the acoustic shield of FIG. 8 according to an embodiment of the present invention.
10 is an exemplary view for explaining a slit pattern patch according to an embodiment of the present invention.
11 is an exemplary view showing a state in which the slit pattern patch according to the first and second embodiments of the present invention is attached to a finite width plate and used.
12 is a flowchart illustrating a method of excitation of a selective excitation device according to an embodiment of the present invention.
13 shows a measurement signal and a measurement displacement distribution for a plate wave excitation result according to an embodiment of the present invention.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다. With reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of a well-known known technology, a detailed description thereof will be omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
명세서 상에서 제1 실시예는 1개의 초음파 웨지를 사용하고, 제2 실시예는 유한너비 판을 사이에 두고 2개의 초음파 웨지를 사용한다. 그리고 이하에서 제1 실시예 또는 제2 실시예를 명시하지 않은 부분은 제1 실시예 및 제2 실시예 모두에 적용되는 공통의 내용을 의미한다. In the specification, the first embodiment uses one ultrasonic wedge, and the second embodiment uses two ultrasonic wedges with a finite width plate therebetween. In the following, the parts that do not specify the first embodiment or the second embodiment mean common contents applied to both the first embodiment and the second embodiment.
명세서 상에서 안티노드(anti-node)란, 산출된 노드와 노드 사이에 위치하는 영역을 나타낸다. In the specification, an anti-node refers to a calculated node and a region located between the nodes.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 가진 장치와 초음파 웨지 개념도를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a conceptual diagram of a selective excitation device and an ultrasonic wedge according to an embodiment of the present invention.
도 1의 (a)는 선택적 가진 장치를 나타낸 구성도이고, (b)는 초음파 웨지 개념도 및 입사각 결정에 대해 설명하기 위해 도시한 예시도이다. (a) of FIG. 1 is a configuration diagram showing a selective excitation device, and (b) is an exemplary diagram illustrating an ultrasonic wedge conceptual diagram and incident angle determination.
도 1에 도시한 바와 같이, 선택적 가진 장치는 초음파 탐촉자(100)와 초음파 웨지(200)를 포함한다. As shown in FIG. 1 , the selective excitation device includes an
초음파 탐촉자(100)는 압전 소자를 구비하여 초음파를 발생시킨다. 이때, 초음파 탐촉자(100)는 입력되는 신호에 대응하여 스파이크(spike) 펄스 또는 톤 버스트(tone-burst) 펄스 등을 발생시킬 수 있다. The
스파이크 펄스법은 압전재에 수백 볼트의 스파이크 펄스를 걸어주어 압전재 자유 진동을 유발시켜 초음파를 발생시킨다. 이러한 스파이크 펄스법은 초음파 발생이 용이하며, 초음파 탐촉자의 충진재에 따라 초음파 신호의 주파수 대역이 협대역 또는 광대역이 될 수 있다. In the spike pulse method, a spike pulse of hundreds of volts is applied to the piezoelectric material to induce free vibration of the piezoelectric material to generate ultrasonic waves. The spike pulse method easily generates ultrasonic waves, and the frequency band of the ultrasonic signal may be narrow or broad depending on the filling material of the ultrasonic transducer.
톤 버스트 펄스 방법은 유한한 폭을 갖는 sine 파 펄스를 가진하는 방식으로 전자적으로 초음파 발진이 상대적으로 어렵지만, 압전재를 강제 진동시켜 원하는 가진 주파수를 발생시킬 수 있다. 톤 버스트 펄스 방법은 초음파 에너지를 크게 발생시킬 수 있고, 주파수 밴드 폭을 좁게 할 수 있다. The tone burst pulse method excites a sine wave pulse having a finite width. Although it is relatively difficult to oscillate electronically, a desired excitation frequency can be generated by forcibly vibrating a piezoelectric material. The tone burst pulse method can generate large ultrasonic energy and narrow the frequency band width.
이외에도 처프(Chirp) 펄스와 같이, 톤 버스트 펄스의 펄스 폭이 가변된 펄스를 이용할 수 있으며, 특정 펄스로 한정하는 것은 아니다. In addition, a pulse in which the pulse width of the tone burst pulse is varied may be used, such as a chirp pulse, and the present invention is not limited to a specific pulse.
초음파 웨지(200)는 하단부에 입사부와 상단부에 감쇠부를 포함하며, 바닥면(210)에는 복수개의 슬릿 문양으로 구성된 콤(Comb) 문양이 형성될 수 있다. The
초음파 탐촉자(100)로부터 초음파를 입력받으면, 초음파 웨지(200)는 입사부에서 유한 너비 판과 접촉되는 바닥면을 통해 초음파 에너지를 판으로 입사시켜 판파를 발생시킨다. 그리고 초음파 웨지(200)는 감쇠부를 통해 바닥면으로부터 반사된 초음파 에너지를 감쇠시켜 판으로의 재입사를 막는다. When receiving ultrasonic waves from the
이때, 유한 너비 판에서 특정한 고차 모드 판파를 가진할 수 있도록 초음파 웨지(200)의 바닥면(210)에 가공된 슬릿 문양이 형성될 수 있다. In this case, a processed slit pattern may be formed on the
그리고 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 특정한 하나의 판파 모드만을 가진시키기 위해서는 초음파 에너지를 특정 입사각으로 판 내로 입사시켜 주어야 한다.And, as shown in (b) of FIG. 1 , in order to excite only one specific plate wave mode, ultrasonic energy must be incident into the plate at a specific incident angle.
이에 초음파 웨지(200)는 특정 판파 모드만을 가진하기 위한 특정 입사각을 갖도록 형성될 수 있다. Accordingly, the
이러한 특정 입사각은 스넬의 법칙에 의해 결정되며 수학식 1과 같다. This specific angle of incidence is determined by Snell's law and is expressed in Equation (1).
여기서 
이처럼 초음파 웨지(200)는 특정 판파 모드를 가진시키기 위해 특정한 입사각을 갖도록 형성되며, 바닥면에는 특정 판파 모드의 너비방향 노드(node)와 노드 사이를 차폐시키는 슬릿 문양(슬릿 문양)이 형성된다. 여기서, 노드는 변위가 없는 지점을 의미한다. As such, the
이하에서는 도 2 내지 도 4을 이용하여 초음파 웨지(200)의 바닥면(210)에 형성되는 슬릿 문양에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, a slit pattern formed on the
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿 문양이 형성된 초음파 웨지의 바닥면을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿 문양 웨지의 판파 생성 개념도를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿 문양 웨지의 판파 생성 개념도를 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a view showing a bottom surface of an ultrasonic wedge on which a slit pattern is formed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a plate wave generation conceptual diagram of a slit pattern wedge according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram illustrating a plan wave generation conceptual diagram of a slit pattern wedge according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 초음파 웨지(200)의 바닥면(210)에는 슬릿 문양이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2 , a slit pattern may be formed on the
여기서, 슬릿 문양은 콤 문양과 같이, 너비 방향으로 홈의 위치가 설정되고, 각 홈은 접촉되는 유한 너비 판의 길이 방향에 따라 길게 형성될 수 있다. Here, in the slit pattern, the position of the groove is set in the width direction like the comb pattern, and each groove may be formed to be elongated along the length direction of the finite width plate in contact with it.
또한, 초음파 웨지(200)의 바닥면(210)에는 이러한 홈에 액체 커플런트(couplant)가 스며드는 것을 방지하기 위해 막(410)을 더 포함할 수 있다. In addition, the
예를 들어, 막(410)은 웨지 입사부와 같은 재질의 얇은 판이나 필름등을 포함할 수 있으며, 홈의 형태에 맞춰 얇게 부착될 수 있다. 여기서, 필름의 재질은 OPV(연신프로필렌)등을 나타내며, 필름의 두께는 최대한으로 얇게 형성될 수 있다. For example, the
그러므로 도 3에 도시한 바와 같이, 입사되는 초음파가 하나 이상의 슬릿 문양이 형성된 바닥면(210)을 통해 유한 너비 판으로 입사하여 판파를 발생시킨다. Therefore, as shown in FIG. 3 , the incident ultrasonic waves are incident on the finite width plate through the
상세하게는 홈이 가공된 부분은 초음파 에너지가 입사하지 못 하고, 동시에 가진하고자 하는 특정 판파 모드의 너비방향 변위를 일치시킨다.In detail, ultrasonic energy is not incident on the grooved part, and the widthwise displacement of a specific plate wave mode to be excited at the same time is matched.
다시 말해, 선택적 가진 장치는 바닥면(210)의 홈 문양을 통해 너비 방향 판파 모드의 변위 분포를 갖는 모드 프로파일(mode profile)을 일치시켜 가진함으로써 특정한 너비 방향 판파 모드를 선택적으로 생성할 수 있다. In other words, the selective excitation device can selectively generate a specific width direction plate wave mode by matching a mode profile having a displacement distribution of the width direction plate wave mode through the groove pattern of the
이처럼, 유한 너비 판에서 특정한 하나의 판파 모드만을 가진시키기 위해서는 특정 판파 모드의 너비방향 안티노드들을 차폐시켜야 한다. As such, in order to excite only one specific plate wave mode in the finite width plate, the width direction antinodes of the specific plate wave mode must be shielded.
도 4에 도시한 바와 같이, 유한 너비 판을 사이에 두고, 음향 차폐 홈이 가공된 2개의 웨지가 한쌍을 이루어 판파를 발생시킨다. As shown in FIG. 4 , with a finite width plate interposed therebetween, two wedges with acoustic shielding grooves are formed as a pair to generate a plate wave.
이때, 각 웨지 밑면에 가공된 음향 차폐 홈은 서로 그 위치가 상이하다. At this time, the positions of the acoustic shielding grooves machined on the bottom surface of each wedge are different from each other.
상세하게는, 상측에 위치하는 제1 초음파 웨지(200-1)와 하측에 위치하는 제2 초음파 웨지(200-2)에 형성된 홈의 위치가 서로 교차되도록 위치한다. 제1 초음파 웨지(200-1)의 홈(A)과 제2 초음파 웨지(200-2)의 홈(B)을 살펴보면, 서로 맞물리도록 형성되어 있음을 확인할 수 있다. In detail, the positions of the grooves formed in the first ultrasonic wedge 200 - 1 positioned on the upper side and the second ultrasonic wedge 200 - 2 positioned on the lower side cross each other. Looking at the groove A of the first ultrasonic wedge 200-1 and the groove B of the second ultrasonic wedge 200-2, it can be seen that they are formed to engage with each other.
이때, 하측의 초음파 웨지(200-2)의 홈(B) 위치에는 초음파 에너지가 입사하지 못한다. At this time, the ultrasonic energy is not incident to the position of the groove B of the lower ultrasonic wedge 200 - 2 .
이와 같이 선택적 가진 장치는 2개의 초음파 웨지를 통해 동시에 가진하고자 하는 특정 판파모드의 너비 방향 변위를 일치시킬 수 있다. As described above, the selective excitation device can match the displacement in the width direction of a specific plate wave mode to be excited simultaneously through two ultrasonic wedges.
그러므로 도 5 내지 도 7에서 너비 방향 파동 모드의 변위 분포에 대해서 살펴본다. Therefore, the displacement distribution of the wave mode in the width direction will be described in FIGS. 5 to 7 .
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 0차 반대칭 모드 판파의 분산선도를 나타낸 그래프이고, 도 6은 대칭 모드에서의 판파의 너비 방향 고차 모드들의 변위 분포를 나타낸 예시도이며, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 반대칭 모드에서의 판파의 너비 방향 고차 모드들의 변위 분포를 나타낸 예시도이다.5 is a graph showing a dispersion diagram of a plate wave of 0th order antisymmetric mode according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is an exemplary diagram showing the displacement distribution of higher-order modes in the width direction of a plate wave in a symmetric mode, and FIG. It is an exemplary diagram showing the displacement distribution of higher-order modes in the width direction of a plate wave in an antisymmetric mode according to an embodiment of the present invention.
도 5는 두께가 1.2 mm, 너비가 15mm인 스테인리스강(SS304) 판의 0차 반대칭모드(A0) 판파의 분산선도이다. 도 5의 (a)는 위상속도 분산선도이고 (b)는 군속도 분산선도이다.5 is a dispersion diagram of the zero-order antisymmetric mode (A 0 ) plate wave of a stainless steel (SS304) plate having a thickness of 1.2 mm and a width of 15 mm. 5 (a) is a phase velocity dispersion diagram and (b) is a group velocity dispersion diagram.
도 5에서는 특정 너비방향 고차모드는 A(0,m)으로 나타내는데, 괄호 내 첫 번째 숫자는 두께방향 모드의 차수를 의미하고, 두 번째 숫자는 너비방향 모드의 차수를 의미한다. 상세하게는 0은 두께방향 0차모드, m은 너비방향 m차모드를 뜻한다. In FIG. 5 , a specific higher-order mode in the width direction is indicated by A(0,m), the first number in parentheses means the order of the thickness direction mode, and the second number means the order of the width direction mode. In detail, 0 means the 0th mode in the thickness direction, and m means the mth mode in the width direction.
먼저, 앞서 설명한 수학식 1을 이용하여 유한 너비 판의 분산선도로부터 가진하고자 하는 주파수에서 특정 판파 모드의 파장을 확인할 수 있다. First, using
도 6과 도 7은 두께가 1.2 mm, 너비가 15 mm인 SS304 평판의 0차 반대칭모드(A0) 판파의 고차모드 (A(0,m))들의 변위 분포를 나타낸다. 6 and 7 show the displacement distribution of the higher-order modes (A(0,m)) of the zero-order antisymmetric mode (A 0 ) plate wave of the SS304 plate having a thickness of 1.2 mm and a width of 15 mm.
상세하게는 너비방향 변위분포에 따라 도 6에 도시한 대칭모드(Cosine 모드, m=0,2,4,...)와 도 7에 도시한 반대칭 모드(Sine 모드, m=1,3,5,...)로 구분된다. 이처럼 너비가 W인 판에서 너비방향 대칭모드(e.g. A(0,2), A(0,4) 모드, m=짝수)의 너비방향 변위(Aeven)는 다음 수학식 2와 같다.Specifically, the symmetric mode (Cosine mode, m=0,2,4,...) shown in FIG. 6 and the antisymmetric mode shown in FIG. 7 (Sine mode, m=1,3) according to the widthwise displacement distribution ,5,...). As such, the widthwise displacement (A even ) of the widthwise symmetric mode (eg A(0,2), A(0,4) mode, m=even number) in a plate having a width of W is as shown in
여기서 x는 너비방향 좌표이며, 판의 중심이 원점이다. Here, x is the coordinate in the width direction, and the center of the plate is the origin.
그리고 너비방향 반대칭모드(e.g. A(0,1), A(0,3) 모드, m=홀수)의 변위값(Aodd)은 다음 수학식 3을 통해 연산할 수 있다. And the displacement value (A odd ) of the widthwise antisymmetric mode (eg A(0,1), A(0,3) mode, m=odd) can be calculated through
이에 따른 너비방향 대칭 모드에서 노드 위치(gn)는 다음 수학식 4와 같다.Accordingly, the node position (g n ) in the widthwise symmetric mode is expressed by the following Equation (4).
여기서, m은 너비 방향 모드의 차수이고, 짝수 값을 나타내며, W는 판의 너비, 그리고 n은 자연수이다. Here, m is the order of the widthwise mode, indicating an even value, W is the width of the plate, and n is a natural number.
또한, 너비방향 반대칭 모드의 노드 위치(gn)는 다음 수학식 5와 같다.In addition, the node position (g n ) of the widthwise antisymmetric mode is expressed by Equation 5 below.
여기서, m은 너비 방향 모드의 차수이고, 홀수 값을 나타내며, W는 판의 너비, 그리고 n은 자연수이다. Here, m is the order of the widthwise mode, indicating an odd value, W is the width of the plate, and n is a natural number.
이와 같이, 수학식 4 및 5를 통해 각각 산출되는 노드 위치를 이용하여 안티노드(차폐의 위치 및 범위)가 결정된다. 이때, 안티노드는 노드와 노드 사이를 의미한다. In this way, the antinode (position and range of the shielding) is determined using the node positions calculated through
도 5 그리고 수학식 4와 5를 살펴보면 너비방향 모드차수 m이 증가할수록 판 너비 내에 존재하는 노드 개수 n은 증가하는 것을 알 수 있다.5 and
이처럼, 대칭 모드는 판 중심 축을 기준으로 변위 진폭이 최대이기 때문에, 대칭적인 음향 차폐층을 사용하며, 반대칭 모드는 판 중심축의 변위 진폭이 0이므로 반대칭적인 음향 차폐층을 사용한다. 싱글 방식(1개만의 초음파 웨지)을 사용할 수 있으며, 듀얼 방식(한 쌍 혹은 2개의 초음파 웨지) 역시 가능하다.As such, the symmetrical mode uses a symmetrical acoustic shielding layer because the displacement amplitude is the largest with respect to the plate central axis, and the antisymmetrical mode uses an antisymmetrical acoustical shielding layer because the plate central axis has zero displacement amplitude. A single method (only one ultrasonic wedge) can be used, and a dual method (a pair or two ultrasonic wedges) is also possible.
이하에서는 도 11 내지 도 12b를 이용하여 싱글 및 듀얼 방식인 경우의 각 모드에 따른 홈의 위치와 폭에 대해서 상세하게 설명한다. 여기서 싱글 방식의 경우, 한 쌍을 이루는 2개의 초음파 웨지 중에서 하나만을 사용하는 방식이고(상하 구분 없음), 듀얼 방식은 두 개를 동시에 사용하는 방법을 말한다.Hereinafter, the position and width of the groove according to each mode in the case of single and dual methods will be described in detail with reference to FIGS. 11 to 12B . Here, in the case of the single method, only one of two ultrasonic wedges forming a pair is used (no upper and lower distinction), and the dual method refers to a method of using two at the same time.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 너비 방향 고차 모드들의 너비 방향 안티노드 분포를 나타낸 그래프이고, 도 9a와 9b는 본 발명의 한 실시예에 따른 도 8의 음향 차폐의 위치와 너비에 대응한 슬릿 문양을 나타내는 예시도이다.8 is a graph showing the width direction antinode distribution of higher-order modes in the width direction according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 9A and 9B correspond to the position and width of the acoustic shield of FIG. 8 according to an embodiment of the present invention. It is an example diagram showing a single slit pattern.
도 8은 제1 초음파 웨지(200-1)와 제2 초음파 웨지(200-2)에 대한A(0,m) 모드들의 너비방향 변위분포 및 차폐 범위를 나타낸다.8 shows the widthwise displacement distribution and shielding range of A(0,m) modes for the first ultrasonic wedge 200-1 and the second ultrasonic wedge 200-2.
이처럼 각 모드에 따라 안티노드 위치, 개수는 달라지며 이에 맞춰 음향 차폐 위치와 범위가 결정된다. 너비방향 모드차수 m이 큰 값을 가질수록 안티노드의 위치가 늘어나는 것을 확인할 수 있다. As such, the location and number of antinodes vary according to each mode, and the location and range of sound shielding are determined accordingly. It can be seen that the position of the antinode increases as the widthwise mode order m has a larger value.
이때, 표시한 차폐 영역은 하나의 예시로서, 제1 초음파 웨지(200-1)와 제2 초음파 웨지(200-2)에 대한 차폐 영역이 서로 바뀔수도 있다. 다만, 제1 초음파 웨지(200-1)와 제2 초음파 웨지(200-2)에 대한 각각의 차폐 영역이 서로 교차되어야 한다, In this case, the indicated shielding area is an example, and shielding areas for the first ultrasonic wedge 200 - 1 and the second ultrasonic wedge 200 - 2 may be interchanged. However, each shielding area for the first ultrasonic wedge 200-1 and the second ultrasonic wedge 200-2 should cross each other,
음향 차폐의 위치와 범위는 동위상의 안티노드들을 나타낸다. 여기서, 안티노드는 홈의 위치를 의미한다. 제1 초음파 웨지(200-1)와 제2 초음파 웨지(200-2)를 동시에 사용함에 있어서 각각의 음향 차폐 위치와 범위는 달라진다. The location and extent of the acoustic shield represent antinodes in phase. Here, the antinode means the position of the home. When the first ultrasonic wedge 200-1 and the second ultrasonic wedge 200-2 are simultaneously used, the acoustic shielding position and range of each are different.
예를 들어, 제2 초음파 웨지(200-2)에서 동위상의 안티노드들을 차폐시켰다면, 제1 초음파 웨지(200-1)에서는 그와 반대되는 역위상의 안티노드들의 위치를 차폐시켜야 한다.For example, if antinodes of the same phase are shielded by the second ultrasonic wedge 200-2, the positions of antinodes of the opposite phase should be shielded in the first ultrasonic wedge 200-1.
이를 통해 초음파 에너지가 교차되어 입사되는 것을 유도하며 가진하고자 하는 특정 판파 모드의 변위 프로파일을 일치시킬 수 있다. Through this, it is possible to induce the intersecting incident of ultrasonic energy and match the displacement profile of a specific plate wave mode to be excited.
도 8에 기초하여 가진하고자 하는 특정 판파 모드의 너비 방향 안티노드 위치에 대응하여 도 9a와 9b에 도시한 바와 같이, 각 초음파 웨지(200-1, 200-2)의 바닥면(210-1, 210-2)에 웨지 문양을 설정할 수 있다. As shown in FIGS. 9A and 9B, corresponding to the position of the antinode in the width direction of the specific plate wave mode to be excited based on FIG. 8, the bottom surfaces 210-1, 210-2), you can set the wedge pattern.
도 9a는 A(0,1) 모드와 A(0,2) 모드에 대한 제1 초음파 웨지(200-1)와 하측 초음파 웨지(200-2)의 각각의 웨지 문양을 나타내고, 도 9b는 A(0,3) 모드와 A(0,4) 모드에 대한 제2 초음파 웨지(200-1)와 하측 초음파 웨지(200-2)의 각각의 웨지 문양을 나타낸다. 9A shows wedge patterns of the first ultrasonic wedge 200-1 and the lower ultrasonic wedge 200-2 for A(0,1) mode and A(0,2) mode, respectively, and FIG. 9B shows A Wedge patterns of the second ultrasound wedge 200-1 and the lower ultrasound wedge 200-2 for the (0,3) mode and the A(0,4) mode are respectively shown.
도 9a 및 9b와 같이, 가진하고자 하는 특정 판파모드의 너비 방향 안티노드 위치에 홈을 가공하며, 홈의 너비(b)는 노드와 노드 간의 간격으로서, 가진하고자 하는 모드에 따라 자동으로 결정될 수 있다. As shown in FIGS. 9A and 9B, a groove is machined at the position of the antinode in the width direction of the specific plate wave mode to be excited, and the width (b) of the groove is the distance between the nodes and can be automatically determined according to the mode to be excited. .
이때, 홈의 위치는 일반적으로 유한 너비 판의 중심 위치를 기준으로 설정된다. 그러므로 너비 방향 모드가 A(0,1)인 경우, 유한 너비 판 중심 위치를 기준으로 제1 초음파 웨지(200-1)의 바닥면(210)에는 일방향으로 b 너비를 가지는 하나의 홈이 형성되며, 제2 초음파 웨지(200-2)의 바닥면(210)에는 타 방향으로 b 너비를 가지는 하나의 홈이 형성된다. At this time, the position of the groove is generally set based on the central position of the finite width plate. Therefore, when the width direction mode is A(0,1), a single groove having a width b in one direction is formed on the
그리고 A(0,2)에서는 유한 너비 판 중심 위치를 기준으로 중앙에 2b의 너비를 가지는 한 개의 홈이 제1 초음파 웨지(200-1)의 바닥면(210)에 형성되며, 제2 초음파 웨지(200-2)의 바닥면(210)에는 유한 너비 판 중심 위치를 기준으로 양쪽 방향에 각각 g1 간격만큼 떨어진 위치에서 b의 너비를 가지는 2개의 홈이 형성된다. And in A(0,2), one groove having a width of 2b is formed in the
A(0,3)의 경우에는, 유한 너비 판 중심 위치를 기준으로 일방향으로는 g1의 간격을 가지는 홈과 타방향으로g1 간격을 가지는 위치에서부터 2b 너비를 가지는 홈이 제1 초음파 웨지(200-1)의 바닥면(210)에 형성되며, 제2 초음파 웨지(200-2)의 바닥면(210)에는 유한 너비 판 중심 위치를 기준으로 일방향으로는2b 너비를 가지는 홈과 타방향으로는 g1의 간격을 가지는 위치에서부터 b너비를 가지는 홈이 형성된다. 다시 말해, A(0,3)의 경우에는, 제1 초음파 웨지(200-1)의 바닥면(210)과 제2 초음파 웨지(200-2)의 바닥면(210)에는 각 서로 교차되는 위치에서의 2개의 홈이 각각 형성된다. In the case of A(0,3), a groove having a spacing of g1 in one direction and a groove having a width of 2b from a position having a spacing of g1 in the other direction based on the central position of the finite width plate are formed by the first ultrasonic wedge (200- 1) is formed on the
그리고 너비 방향 모드가 A(0,4)차인 경우 유한 너비 판 중심 위치를 기준으로 중앙에서 2b의 너비를 가지는 제1 홈과 제1 홈의 양쪽에 각각 g1 간격을 가지는 위치에서부터b너비를 가지는 홈까지 3개의 홈이 형성될 수 있다. 그리고 제2 초음파 웨지(200-2)의 바닥면(210)에는 유한 너비 판 중심 위치를 기준으로 양 방향으로 g1 간격을 가지는 위치에서부터 각각 b 너비를 가지는 2개의 홈이 형성될 수 있다. And when the width direction mode is A(0,4), the first groove having a width of 2b in the center based on the central position of the finite width plate and the groove having a width of b from the position having a g1 interval on both sides of the first groove Up to three grooves can be formed. In addition, two grooves each having a width b may be formed in the
이처럼 가진하고자 하는 특정 판파모드의 너비 방향 안티노드 위치에 가공된 홈의 위치는 제1 초음파 웨지(200-1)와 제2 초음파 웨지(200-2)가 서로 교차되도록 형성된다. As such, the position of the groove machined at the position of the antinode in the width direction of the specific plate wave mode to be excited is formed such that the first ultrasonic wedge 200-1 and the second ultrasonic wedge 200-2 cross each other.
또한, 홈의 깊이(b)는 임의대로 설정가능하지만, 너무 깊으면 입사 에너지량 측면에서 좋지 못하기 때문에 가능한 홈의 깊이가 깊지 않는 것이 바람직하다. In addition, the depth (b) of the groove can be set arbitrarily, but if it is too deep, it is not good in terms of the amount of incident energy, so it is preferable that the depth of the groove is not as deep as possible.
이하에서는 도 10 및 도 11을 이용하여 슬릿 문양 패치를 이용하는 선택적 가진 장치에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, a selective excitation device using a slit pattern patch will be described in detail with reference to FIGS. 10 and 11 .
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬릿 문양 패치를 설명하기 위한 예시도이고, 도 11은 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에 따른 슬릿 문양 패치가 유한너비 판에 부착되어 사용되는 모습은 나타낸 예시도이다. 10 is an exemplary diagram for explaining a slit pattern patch according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a slit pattern patch according to the first and second embodiments of the present invention attached to a finite width plate. It is an example diagram shown.
도 10의 (a)는 슬릿 문양 패치(300)를 나타낸 도면이고 (b)는 슬릿 문양 패치(300)를 초음파 웨지(200)의 바닥면(210)에 부착하는 모습을 나타낸 도면이다. 10 (a) is a view showing the
슬릿 문양 패치(300)는 특정 판파 모드에 따라 설정된 안티노드 위치와 안티노드 개수에 기초하여 너비 방향으로 안티노드의 위치에 대응하여 차폐 물질이 인쇄되거나 삽입되어 탈부착이 가능한 필름형 패치를 나타낸다. The
그러므로 슬릿 문양 패치(300)는 초음파 웨지(200)의 바닥면(210)에 최대한 밀착되도록 부착할 수 있다. Therefore, the
여기서, 안티노드의 위치는 앞서 설명한 수학식 4와 5를 이용하여 산출될 수 있으며, 안티노드의 위치에 대응하여 차폐물질이 위치한다.Here, the position of the antinode can be calculated using
그러므로 슬릿 문양 패치(300)는 너비방향 변위분포에 따라 결정되는 대칭모드 또는 반대칭 모드에 기초하여 너비방향 모드차수가 증가할수록 안티노드 개수가 증가하고, 안티노드 개수에 대응하여 상기 차폐 물질의 위치하는 개수가 증가할 수 있다. Therefore, in the
이처럼 슬릿 문양 패치(300)의 차폐 물질의 위치, 개수, 너비, 높이 등과 같은 특징은 앞서 설명한 초음파 웨지(200)의 바닥면(210)에 형성된 홈의 위치, 개수, 너비 그리고 높이 등과 동일한 방법으로 형성될 수 있다. As such, characteristics such as the position, number, width, and height of the shielding material of the
여기서 차폐 물질은 공기층, 종이, 합성 수지 등과 같이 금속판(유한 너비 판)과 음향 임피던스 차이가 큰 재질로 형성된다. Here, the shielding material is formed of a material having a large difference in acoustic impedance from a metal plate (a finite width plate), such as an air layer, paper, synthetic resin, or the like.
그리고 차폐 물질은 POV 필름에 인쇄되거나 필름 사이에 삽입되어 압축될 수 있다. And the shielding material may be printed on the POV film or inserted between the films and compressed.
도 11에 도시한 바와 같이, 슬릿 문양 패치(300)가 유한 너비 판(400)에 직접적으로 부착될 수 있다. 11 , the
도 11의 (a)는 싱글 방식에 대한 예시도이고, (b)는 듀얼 방식에 대한 예시도이다. 11 (a) is an exemplary diagram for a single method, (b) is an exemplary diagram for a dual method.
이러한 경우에는 초음파 웨지(200)의 평평한 바닥면으로부터 초음파를 입사하더라도 유한 너비 판(400)에 부착된 슬릿 문양 패치(300)에 의해 차폐 물질이 위치한 부분에서는 초음파 에너지가 입사하지 못하게 된다.In this case, even if the ultrasonic wave is incident from the flat bottom surface of the
도 11의 (b)를 보면 음향 차폐 홈이 가공된 2개의 초음파 웨지(200-1, 200-2)가 한 쌍을 이루며, 각각의 웨지 밑면에 가공된 음향 차폐 홈은 서로 그 위치가 상이하게 된다. Referring to FIG. 11B , two ultrasonic wedges 200-1 and 200-2 with acoustic shielding grooves are formed as a pair, and the acoustic shielding grooves processed on the bottom of each wedge have different positions from each other. do.
이는 한 쌍의 웨지에 동위상의 초음파를 입력하면 가진하고자 하는 특정 모드의 변위 프로파일을 일치시켜줘야 하기 때문이다. This is because, when an ultrasonic wave of the same phase is input to a pair of wedges, it is necessary to match the displacement profile of a specific mode to be excited.
이에, 도 11의 (a)와 같이, 하나의 초음파 웨지(200)를 사용하여 특정 모드에 대한 선택적 가진이 가능하지만, (b)과 같이, 한쌍의 초음파 웨지(200-1, 200-2)를 사용하는 경우에 가진 효율이 더 높다. Accordingly, as shown in (a) of FIG. 11, selective excitation for a specific mode is possible using one
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 선택적 가진 장치의 가진 방법을 나타낸 순서도이다. 12 is a flowchart illustrating a method of excitation of a selective excitation device according to an embodiment of the present invention.
선택적 가진 장치는 가진하고자 하는 주파수에서 특정 가진 모드를 선정한다(S110). The selective excitation device selects a specific excitation mode at the desired frequency (S110).
이때 선택적 가진 장치는 유한 너비 판의 분산 선도를 확인하여 가진하고자 하는 주파수에서 두께 방향 모드의 차수와 너비 방향 모드의 차수를 포함하는 특정 가진 모드를 선정할 수 있다. 그리고 선택적 가진 장치는 너비 방향의 변위 분포에 따라 대칭모드 또는 반대칭 모드가 선정할 수 있다. In this case, the selective excitation device may select a specific excitation mode including the order of the thickness direction mode and the order of the width direction mode at the frequency to be excited by checking the dispersion diagram of the finite width plate. And the selective excitation device can be selected as a symmetric mode or an anti-symmetric mode according to the displacement distribution in the width direction.
선택적 가진 장치는 특정 판파 모드의 파장과 초음파 웨지로 입사된 입사파의 파장을 이용하여 특정 입사각을 산출한다(S120).The selective excitation device calculates a specific incident angle by using the wavelength of the specific plate wave mode and the wavelength of the incident wave incident to the ultrasonic wedge (S120).
이때, 선택적 가진 장치는 산출된 특정 입사각을 갖는 하나 이상의 초음파 웨지(200)를 선정할 수 있다. 그리고 초음파 웨지(200)의 입사각이 조절되는 경우, 입사각을 조절할 수 있다.In this case, the selective excitation device may select one or more
여기서, 초음파 웨지를 하나 선택하는 경우, 싱글 방식이 적용되고, 두개가 선택되는 경우, 듀얼 방식이 적용된다. Here, when one ultrasonic wedge is selected, a single method is applied, and when two are selected, a dual method is applied.
선택적 가진 장치는 너비 방향 모드의 차수와 유한 너비 판의 너비를 이용하여 슬릿 문양의 패턴을 선정한다(S130). The selective excitation device selects a slit pattern pattern by using the order of the width direction mode and the width of the finite width plate (S130).
이때, 앞서 설명한 수학식 4 및 5를 이용하여 슬릿 문양 패턴을 선정할 수 있다. In this case, the slit pattern may be selected using
슬릿 문양 패턴은 동위상 안티노드의 위치에 대응하여 초음파 웨지의 바닥면에 홈으로 형성되거나 안티노드의 위치에 대응하여 차폐물질이 구비된 슬릿 문양 패치에 형성될 수 있다, The slit pattern pattern may be formed as a groove in the bottom surface of the ultrasonic wedge corresponding to the position of the antinode in phase, or may be formed in a slit pattern patch provided with a shielding material corresponding to the position of the antinode.
듀얼 방식의 경우, 제1 초음파 웨지(200-1)와 제2 초음파 웨지(200-2)에 각각 대응하여 슬릿 문양 패턴을 각각 선정할 수 있다. 이때, 슬릿 문양 패턴은 형성된 하나 이상의 홈이 서로 교차되도록 선정할 수 있다. In the case of the dual method, a slit pattern pattern may be selected to respectively correspond to the first ultrasonic wedge 200 - 1 and the second ultrasonic wedge 200 - 2 . In this case, the slit pattern may be selected such that one or more formed grooves cross each other.
한편, 슬릿 문양 패턴이 형성되는 초음파 웨지(200)의 바닥면(210) 또는 슬릿 문양 패치(300)는 관리자에 의해 선택적으로 구현될 수 있다. Meanwhile, the
다음으로 선택적 가진 장치는 슬릿 문양의 패턴을 초음파 웨지(200)와 유한 너비 판(400) 사이에 위치시키고 입력된 가진 신호를 가진한다(S140).Next, the selective excitation device positions the slit-shaped pattern between the
듀얼 방식 인 경우, 제1 초음파 웨지(200-1)와 유한 너비 판(400) 사이에 제1 초음파 웨지(200-1)에 대응하는 슬릿 문양의 패턴을 위치시키고, 제2 초음파 웨지(200-2)와 유한 너비 판(400) 사이에 제2 초음파 웨지(200-2)에 대응하는 슬릿 문양의 패턴을 위치시킨다. In the case of the dual method, a slit pattern corresponding to the first ultrasonic wedge 200-1 is positioned between the first ultrasonic wedge 200-1 and the
한편, 선택적 가진 장치는 특정 가진 모드로 가진하는 과정에서 별도의 단말 또는 서버(미도시함)와 연동되어 특정 가진 모드 선정하고, 대응되는 슬릿 문양 패턴을 선정하며 그에 따라 가진 신호를 입력하여 가진할 수 있다. On the other hand, the selective excitation device selects a specific excitation mode by interworking with a separate terminal or server (not shown) in the process of excitation in a specific excitation mode, selects a corresponding slit pattern pattern, and inputs an excitation signal accordingly can
여기서 단말은 각각 메모리(memory), 프로세서(processor)를 구비함으로써 연산 처리 능력을 갖춘 장치를 통칭하는 것이다. 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터(personal computer), 핸드헬드 컴퓨터(handheld computer), PDA(personal digital assistant), 휴대폰, 스마트 기기, 태블릿(tablet) 등이 있다.Herein, the terminal is a generic term for a device equipped with an arithmetic processing capability by having a memory and a processor, respectively. For example, there is a personal computer, a handheld computer, a personal digital assistant (PDA), a mobile phone, a smart device, a tablet, and the like.
서버는 복수개의 모듈(module)이 저장되어 있는 메모리, 그리고 메모리에 연결되어 있고 복수개의 모듈에 반응하며, 단말에 제공하는 서비스 정보 또는 서비스 정보를 제어하는 액션(action) 정보를 처리하는 프로세서, 통신 수단, 그리고 UI(user interface) 표시 수단을 포함할 수 있다.A server is a memory in which a plurality of modules are stored, and a processor that is connected to the memory and responds to the plurality of modules, and processes service information provided to the terminal or action information for controlling the service information, communication means, and may include a user interface (UI) display means.
메모리는 정보를 저장하는 장치로, 고속 랜덤 액세스 메모리(high-speed random access memory, 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치, 기타 비휘발성 고체 상태 메모리 장치(non-volatile solid-state memory device) 등의 비휘발성 메모리 등 다양한 종류의 메모리를 포함할 수 있다.Memory is a device that stores information, and is a non-volatile solid-state memory device such as high-speed random access memory (magnetic disk storage device), flash memory device, and other non-volatile solid-state memory devices. It may include various types of memory such as volatile memory.
통신 수단은 단말과 서비스 정보 또는 액션 정보를 실시간으로 송수신한다.The communication means transmits and receives service information or action information to and from the terminal in real time.
UI 표시 수단은 시스템의 서비스 정보 또는 액션 정보를 실시간으로 출력한다. UI 표시 수단은 UI를 직접적 또는 간접적으로 출력하거나 표시하는 독립된 장치일 수도 있으며, 또는 장치의 일부분일 수도 있다.The UI display means outputs service information or action information of the system in real time. The UI display means may be an independent device that directly or indirectly outputs or displays the UI, or may be a part of the device.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 판파 가진 결과에 대한 측정 신호와 측정 변위 분포를 나타낸다. 13 shows a measurement signal and a measurement displacement distribution for a plate wave excitation result according to an embodiment of the present invention.
도 13에 도시한 바와 같이, 실제 특정 너비방향 고차모드(A(0,4)) 판파를 가진한 실험한 결과를 측정 신호에 기초하여 레이저 스캐닝 변위계를 이용하여 측정 변위 분포를 도출하였다. As shown in FIG. 13 , a measurement displacement distribution was derived using a laser scanning displacement meter based on the measurement signal as long as the actual test result with a specific widthwise higher-order mode (A(0,4)) plate wave was obtained.
여기서 측정된 패턴 변위 분포는 A(0,4) 모드로 가진된 것을 확인할 수 있다. It can be seen that the measured pattern displacement distribution is excited in A(0,4) mode.
이처럼, 단일 소자를 갖는 초음파 탐촉자를 사용하고 웨지 밑면에 슬릿 문양을 가공하거나 슬릿형상을 갖는 엷은 두께의 패치를 설치하여 유한 너비 판에서 특정한 고차모드 판파를 선택적으로 가진할 수 있다. As such, it is possible to selectively excite a specific high-order mode plate wave in a finite width plate by using an ultrasonic transducer having a single element and processing a slit pattern on the bottom of the wedge or installing a thin patch having a slit shape.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 방법을 실행시키기 위한 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.A program for executing the method according to an embodiment of the present invention may be recorded in a computer-readable recording medium.
컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 여기서 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드가 포함된다. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The media may be specially designed and configured, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include hard disks, magnetic media such as floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floppy disks, and ROMs, RAMs, flash memories, and the like. Hardware devices specially configured to store and execute the same program instructions are included. Here, the medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire or a waveguide including a carrier wave for transmitting a signal designating a program command, a data structure, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the
100: 초음파 탐촉자 200: 초음파 웨지
210: 초음파 웨지 바닥면 300: 슬릿 문양 패치
400: 유한 너비 판100: ultrasonic transducer 200: ultrasonic wedge
210: ultrasonic wedge bottom surface 300: slit pattern patch
400: finite width plate
Claims (21)
상기 유한 너비 판의 타면에 접촉되는 바닥면을 통해 압전 소자로부터 입력받은 초음파를 입사시키는 제2 초음파 웨지를 포함하고,
상기 제1 초음파 웨지와 상기 제2 초음파 웨지의 바닥면에는 너비 방향의 특정 판파 모드에 기초하여 동위상의 안티노드를 차폐시키는 슬릿 문양이 각각 상이하게 형성되고, 각각의 슬릿 문양이 형성된 바닥면으로 입사시킨 초음파를 통해 특정 판파를 발생시키는 선택적 가진 장치.
A first ultrasonic wedge for irradiating ultrasonic waves input from the piezoelectric element through the bottom surface in contact with one surface of the finite width plate, and
and a second ultrasonic wedge for injecting ultrasonic waves input from the piezoelectric element through a bottom surface in contact with the other surface of the finite width plate,
Different slit patterns for shielding antinodes of the same phase are formed on the bottom surfaces of the first ultrasonic wedge and the second ultrasonic wedge based on a specific plate wave mode in the width direction, and are incident on the bottom surface on which the slit patterns are formed. Selective excitation device that generates a specific plate wave through ultrasonic waves.
상기 제1 초음파 웨지와 상기 제2 초음파 웨지는,
각 연동되는 압전 소자로부터 입력받은 동위상의 초음파를 각 바닥면으로 입사하고, 상기 제1 초음파 웨지와 상기 제2 초음파 웨지의 각 바닥면에 형성된 슬릿 문양에 의해 상기 초음파가 교차되어 입사되는 선택적 가진 장치.
In claim 1,
the first ultrasonic wedge and the second ultrasonic wedge,
A selective excitation device in which ultrasonic waves of the same phase received from each interlocking piezoelectric element are incident on each bottom surface, and the ultrasonic waves are intersected and incident by a slit pattern formed on each bottom surface of the first ultrasonic wedge and the second ultrasonic wedge. .
상기 슬릿 문양은,
너비방향 변위분포에 따라 결정되는 대칭모드 또는 반대칭 모드에 기초하여 너비 방향 모드 차수, 안티노드 위치, 안티노드 개수 그리고 상기 유한 너비 판의 너비 값에 기초하여 상기 안티노드를 설정하고, 상기 안티노드가 음향 차폐되도록 하나 이상의 홈이 형성되는 선택적 가진 장치.
In claim 1,
The slit pattern is
setting the antinodes based on a widthwise mode order, an antinode position, the number of antinodes, and a width value of the finite width plate based on a symmetrical mode or an antisymmetrical mode determined according to the widthwise displacement distribution; An optional excitation device in which one or more grooves are formed so as to be acoustically shielded.
상기 특정 판파 모드에 기초하여 하나 이상의 상기 홈의 너비가 자동을 결정되며,
상기 제1 초음파 웨지의 바닥면에 형성된 하나 이상의 홈은 상기 제2 초음파 웨지의 바닥면에 형성된 하나 이상의 홈과 서로 교차되도록 형성되는 선택적 가진 장치.
In claim 3,
The width of one or more of the grooves is automatically determined based on the specific plate wave mode,
The one or more grooves formed in the bottom surface of the first ultrasonic wedge are formed to intersect with the one or more grooves formed in the bottom surface of the second ultrasonic wedge.
상기 슬릿 문양은,
상기 특정 판파 모드에 따라 금속 판과 음향 임피던스가 큰 차폐 물질이 인쇄되거나 삽입되어 탈부착이 가능한 필름형 패치인 선택적 가진 장치.
In claim 1,
The slit pattern is
A selective excitation device that is a film-type patch that can be detached by printing or inserting a metal plate and a shielding material having a large acoustic impedance according to the specific plate wave mode.
상기 초음파를 입력받아 유한 너비 판에 접촉되는 바닥면을 통해 판으로 입사시킴으로서 판파를 발생시키며, 상기 바닥면에 형성된 슬릿 문양을 통해 특정 판파 모드의 너비 방향 동위상 안티노드를 차폐시키는 초음파 웨지
를 포함하는 선택적 가진 장치.
An ultrasonic transducer having a piezoelectric element to generate ultrasonic waves, and
An ultrasonic wedge that receives the ultrasonic wave and makes it incident on the plate through the bottom surface in contact with the finite width plate, and shields the antinode in the width direction in-phase of a specific plate wave mode through a slit pattern formed on the bottom surface
An optional excitation device comprising a.
상기 초음파 웨지는,
상기 특정 판파 모드를 가진하기 위해 상기 특정 판파 모드의 파장과 초음파 웨지로 입사된 입사파의 파장을 이용하여 결정된 특정 입사각이 형성된 선택적 가진 장치.
In claim 6,
The ultrasonic wedge,
In order to excite the specific plate wave mode, a specific incident angle determined by using the wavelength of the specific plate wave mode and the wavelength of the incident wave incident to the ultrasonic wedge is formed.
상기 초음파 웨지는,
상기 특정 판파 모드에 따라 설정된 안티노드 위치와 안티노드 개수에 기초하여 상기 동위상 안티노드의 위치에 대응하여 상기 바닥면에 너비 방향으로 하나 이상의 홈이 형성되는 선택적 가진 장치.
In claim 6,
The ultrasonic wedge,
The selective vibrating device in which one or more grooves are formed in the width direction on the bottom surface corresponding to the positions of the in-phase antinodes based on the antinode positions and the number of antinodes set according to the specific plate wave mode.
상기 초음파 웨지는,
상기 특정 가진 판파 모드에서 너비 방향 대칭모드인 경우 다음 수학식을 통해 상기 노드의 위치가 산출되면, 산출된 노드 위치에 따라 동위상 안티노드 위치인 차폐 위치가 결정되는 선택적 가진 장치.
여기서, m은 너비 방향 모드의 차수로 짝수 값, W는 상기 유한 너비 판의 너비, n은 자연수임
In claim 8,
The ultrasonic wedge,
In the case of the widthwise symmetric mode in the specific excitation plate wave mode, when the position of the node is calculated through the following equation, the shielding position, which is the in-phase antinode position, is determined according to the calculated node position.
where m is an even value of the order of the widthwise mode, W is the width of the finite width plate, and n is a natural number
상기 초음파 웨지는,
상기 특정 가진 판파 모드에서 너비 방향 반대칭모드인 경우 다음 수학식을 통해 상기 노드의 위치가 산출된 노드 위치에 따라 동위상 안티노드 위치인 차폐 위치가 결정되는 선택적 가진 장치.
여기서, m은 너비 방향 모드의 차수로 홀수 값, W는 판의 너비, n은 자연수임
In claim 8,
The ultrasonic wedge,
In the case of the antisymmetric mode in the width direction in the specific excitation plate wave mode, the selective excitation device in which the shielding position, which is the in-phase antinode position, is determined according to the node position where the node position is calculated through the following equation
where m is an odd value of the order of the widthwise mode, W is the width of the plate, and n is a natural number
상기 초음파 웨지는,
상기 바닥면에 형성된 하나 이상의 홈의 형상과 밀착되도록 하는 얇은 판이나 필름이 부착되는 선택적 가진 장치.
In claim 8,
The ultrasonic wedge,
A selective vibrating device to which a thin plate or film is attached to be in close contact with the shape of one or more grooves formed on the bottom surface.
상기 초음파를 입력받아 유한 너비 판에 접촉되는 바닥면을 통해 초음파를 판으로 입사시킴으로서 판파를 발생시키는 하나 이상의 초음파 웨지 그리고
상기 유한 너비 판 또는 상기 초음파 웨지에 부착되어 특정 판파 모드의 너비 방향 동위상 안티노드를 차폐시키는 슬릿 문양 패치
를 포함하는 선택적 가진 장치.
An ultrasonic transducer having a piezoelectric element to generate ultrasonic waves,
At least one ultrasonic wedge that receives the ultrasonic wave and generates a plate wave by injecting the ultrasonic wave to the plate through the bottom surface in contact with the finite width plate, and
A slit pattern patch attached to the finite width plate or the ultrasonic wedge to shield an antinode in the width direction in a specific plate wave mode
An optional excitation device comprising a.
상기 슬릿 문양 패치는,
상기 특정 판파 모드에 따라 설정된 안티노드 위치와 안티노드 개수에 기초하여 너비 방향으로 상기 안티노드의 위치에 대응하여 차폐 물질이 인쇄되거나 삽입되어 탈부착이 가능한 필름형 패치를 나타내는 선택적 가진 장치.
In claim 12,
The slit pattern patch,
A selective excitation device representing a detachable film-type patch by printing or inserting a shielding material corresponding to the position of the antinode in the width direction based on the antinode position and the number of antinodes set according to the specific plate wave mode.
상기 슬릿 문양 패치는,
너비방향 변위분포에 따라 결정되는 대칭모드 또는 반대칭 모드에 기초하여 너비방향 모드차수가 증가할수록 상기 안티노드 개수가 증가하고, 상기 안티노드 개수에 대응하여 상기 차폐 물질의 개수를 포함하는 선택적 가진 장치.
In claim 13,
The slit pattern patch,
The number of antinodes increases as the mode order in the widthwise direction increases based on a symmetrical mode or an antisymmetrical mode determined according to the widthwise displacement distribution, and the number of the shielding materials corresponding to the number of antinodes. .
상기 차폐 물질은,
상기 유한 너비 판과의 음향 임피던스 차이가 큰 재질로 형성되는 선택적 가진 장치.
15. In claim 14,
The shielding material is
A selective excitation device formed of a material having a large difference in acoustic impedance from the finite width plate.
너비 방향 판파 모드의 차수와 유한 너비 판의 너비를 이용하여 슬릿 문양의 패턴을 선정하는 단계 그리고
상기 슬릿 문양의 패턴을 상기 초음파 웨지와 상기 유한 너비 판 사이에 위치시키고 가진 신호를 입력하여 가진하는 단계,
를 포함하는 선택적 가진 장치의 가진 방법.
selecting a specific excitation mode at the frequency to be excitation;
Selecting a slit pattern pattern using the order of the width direction plate wave mode and the width of the finite width plate, and
Positioning the slit-shaped pattern between the ultrasonic wedge and the finite width plate and inputting an excitation signal to excite it;
An excitation method of a selective excitation device comprising a.
상기 특정 판파 모드의 파장과 초음파 웨지로 입사된 입사파의 파장을 이용하여 특정 입사각을 산출하고 산출된 특정 입사각을 가지는 하나 이상의 초음파 웨지를 선정하는 단계를 더 포함하는 선택적 가진 장치의 가진 방법.
17. In claim 16,
Calculating a specific incident angle using the wavelength of the specific plate wave mode and the wavelength of the incident wave incident to the ultrasonic wedge, and selecting one or more ultrasonic wedges having the calculated specific incident angle.
상기 특정 가진 모드를 선정하는 단계는,
상기 유한 너비 판의 분산 선도를 확인하여 가진하고자 하는 주파수에서 판파의 두께 방향 모드의 차수와 너비 방향 모드의 차수를 포함하는 상기 특정 판파 가진 모드를 선정하며, 상기 너비 방향의 변위 분포에 따라 대칭모드 또는 반대칭 모드가 선정하는 선택적 가진 장치의 가진 방법.
In claim 17,
The step of selecting the specific excitation mode,
Check the dispersion diagram of the finite width plate to select the specific plate wave excitation mode including the order of the thickness direction mode and the width direction mode of the plate wave at the frequency to be excited, and a symmetric mode according to the displacement distribution in the width direction or the excitation method of the selective exciter that the antisymmetric mode selects.
상기 슬릿 문양 패턴은,
상기 대칭 모드 또는 상기 반대칭 모드에 따라 다음 수학식을 이용하여 노드의 위치를 산출하는 선택적 가진 장치의 가진 방법.
여기서, m은 너비 방향 모드의 차수로 대칭모드에서는 짝수 값이고 반대칭 모드에서는 홀수값, W는 상기 유한 너비 판의 너비, n은 자연수임
In claim 18,
The slit pattern pattern is,
An excitation method of a selective excitation device for calculating a position of a node using the following equation according to the symmetric mode or the anti-symmetric mode.
Here, m is the order of the widthwise mode, an even value in the symmetric mode and an odd value in the antisymmetric mode, W is the width of the finite width plate, and n is a natural number
상기 슬릿 문양 패턴은,
산출된 노드와 노드 사이에 위치하는 동위상 안티노드의 위치에 대응하여 상기 초음파 웨지의 바닥면에 홈으로 형성되거나 상기 안티노드의 위치에 대응하여 차폐물질이 구비된 슬릿 문양 패치에 형성되는 선택적 가진 장치의 가진 방법.
In claim 18,
The slit pattern pattern is,
Selective excitation formed as a groove in the bottom surface of the ultrasonic wedge corresponding to the calculated node and the position of the in-phase antinode located between the nodes, or formed in a slit pattern patch provided with a shielding material corresponding to the position of the antinode How to get the device.
하나 이상의 초음파 웨지를 선정하는 단계는,
제1 초음파 웨지와 제2 초음파 웨지를 선정되고,
상기 슬릿 문양의 패턴을 선정하는 단계는,
상기 제1 초음파 웨지에 대한 슬릿 문양의 패턴과 상기 제2 초음파 웨지에 대한 슬릿 문양 패턴이 서로 교차되도록 선정하는 선택적 가진 장치의 가진 방법.21. In claim 19 or 20,
Selecting one or more ultrasonic wedges comprises:
a first ultrasound wedge and a second ultrasound wedge are selected;
The step of selecting the pattern of the slit pattern,
An excitation method of a selective excitation device for selecting a slit pattern pattern for the first ultrasonic wedge and a slit pattern pattern for the second ultrasonic wedge to cross each other.
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