KR20210132227A - 향상된 가이드 파 서모그래피 검사 시스템들 및 이를 사용하는 방법들 - Google Patents

Abstract

가이드 파 서모그래피에 기반하여, 구조(15)에 있을 수 있는 구조적 결함들을 검사하기 위한 비-파괴 검사 시스템들(10) 및 방법들이 제공된다. 방법은, 예컨대 복수의 액추에이터들을 통해, 입력 에너지를 최소화하면서, 구조에 걸친 초음파 에너지 분포를 최대화하기 위해, 주파수-위상 공간을 스위핑하는 단계를 포함할 수 있다. 시스템은, 임의의 결함들로부터의 열 응답을 최대화하기 위해, 구조에서 전단 수평-형 가이드 파들을 주로 생성하도록 구성된 변환기 요소들(12, 14, 16, 17)을 포함할 수 있다.

Description

향상된 가이드 파 서모그래피 검사 시스템들 및 이를 사용하는 방법들{ENHANCED GUIDED WAVE THERMOGRAPHY INSPECTION SYSTEMS AND METHODS OF USING THE SAME}

[0001] 본 개시내용은 일반적으로, 비-파괴 검사 시스템들의 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 구조에 위치될 수 있는, 이 구조의 구조적 결함(flaw)들을 검사하기 위한 가이드 파 서모그래피(guided wave thermography) 검사 시스템들에 관한 것이다.

[0002] 서모그래픽 이미징(thermographic imaging)은 구조적 이상들을 검출하기 위한 일반적으로 유용한 기법인 것으로 증명되었다. 예컨대, 비교적 높은 초음파 전력을 사용하여 결함들을 갖는 구조를 가진(exciting)시킬 때, 결함들에서 마찰 가열이 발생될 수 있다. 그러면, 열 적외선 카메라 하에서 결함들이 검출가능해질 수 있다. 그러나, 구조의 일부일 수 있는 구조적으로 약한 구역들은, 그러한 높은 초음파 출력을 겪을 때 취약할 수 있으며, 이는 검사되고 있는 구조를 파괴시키는 것으로 이어질 수 있다. 따라서, 구조를 검사하기 위한 시스템들 및 방법들에 대하여 추가적인 개선들이 필요하다.

[0003] 그러므로, 구조를 검사하기 위한 시스템들 및 방법들에 대하여 추가적인 개선들에 대한 필요가 계속 있다.

[0004] 본 발명자가 위의 제한들을 인식했고, 초합금들의 적층식 제조를 위한 새로운 고체 상태 용접 프로세스(process), 예컨대 자기 펄스(pulse) 용접을 이제 개시한다는 것이 인식되어야 한다.

[0005] 일 실시예에서, 구조를 검사하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은, 적어도 하나의 변환기 요소 및 적어도 하나의 열 이미징 센서(sensor)에 동작가능하게 연결된 적어도 하나의 제어기를 포함할 수 있다. 변환기 요소는, 구조적 결함과의 충돌시 열 응답을 유발하기에 효과적일 수 있는 전단 수평-형 가이드 음파 또는 초음파를 구조 전체에 걸쳐 주로 생성하도록 구성될 수 있다. 결함이 구조에 위치될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 열 이미징 센서는 결함을 나타내는 열 응답을 감지하도록 배열 및 구성될 수 있고, 제어기는, 열 이미징 센서에 의한 열 응답의 감지 및 페이징(phasing)을 제어하도록, 그리고 또한, 변환기 요소에 인가되거나 또는 송신되는 신호의 매개변수들을 제어하도록 동작가능하게 구성될 수 있다.

[0006] 또 추가적인 예시적인 실시예에서, 시스템은, 구조 전체에 걸쳐 가이드 음파 또는 초음파를 송신하기 위한 복수의 송신 변환기 요소들을 포함할 수 있으며, 여기서, 에너지(energy)는 구조적 결함과의 충돌시 열 응답을 유발하기에 효과적이다. 시스템은 또한, 복수의 신호들을 복수의 변환기 요소들에 동시에 인가하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 신호들은, 복수의 미리 결정된 페이징 벡터(vector)들이 구현될 수 있도록, 독립적인 상대 위상(relative phase)을 포함할 수 있다. 시스템은 또한, 결함을 나타내는 열 응답을 감지하도록 배열된 적어도 하나의 열 이미징 센서, 및 예컨대 열 이미징 센서에 의한 열 응답의 감지 및 페이징을 제어하도록, 그리고 초음파 진동 응답을 변화시킴으로써 구조에 걸쳐 향상된 초음파 에너지 커버리지(coverage)를 제공하기 위하여, 복수의 미리 결정된 페이징 벡터들을 제어하도록, 변환기 요소들 및 센서들에 동작가능하게 연결된 제어기를 포함할 수 있다.

[0007] 또 다른 예시적인 실시예에서, 구조를 검사하는 방법이 제공된다. 방법은, 복수의 신호들을 복수의 송신 변환기 요소들에 인가함으로써, 구조에서 가이드 음파 또는 초음파를 송신하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 제1 미리 결정된 페이징 벡터에 따라 복수의 신호들 중 하나 이상의 신호들의 상대 위상을 제어하는 단계를 포함한다. 방법은, 구조에서의 결함을 나타내는 열 응답을 감지하는 단계를 포함하며, 여기서, 결함의 부근에서의 에너지는 열 응답을 유발하기에 충분하다. 부가적으로, 방법은, 미리 결정된 복수의 페이징 벡터들에 대해 프로세스를 반복하는 단계를 포함하며, 여기서, 목적은 초음파 진동 응답을 변화시킴으로써 구조에 걸쳐 향상된 초음파 에너지 커버리지를 제공하는 것이다.

[0008] 도 1은 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 가이드 파 서모그래피 시스템의 예시적인 실시예의 개략적인 표현이고;
[0009] 도 2는 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 검사되는 구조를 통해 초음파 가이드 파들을 송신하기 위해 사용될 수 있는 다중-요소 송신-변환기의 예시적인 실시예의 등각도이고;
[0010] 도 3은 다중-요소 송신-변환기의 다른 예시적인 실시예의 등각도이고;
[0011] 도 4는 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 초음파 가이드 파들을 생성하도록 송신-변환기들에 인가되는 가진(excitation) 신호들에 대한 페이징 지연(delay)들을 구현하기 위한 예시적인 실시예의 개략적인 표현이고;
[0012] 도 5 및 도 6은, 도 5에서는 페이징을 이용하지 않고 도 6에서는 페이징을 이용하는, 동일한 구조에 대해 유도된 순(net) 초음파 에너지 필드(field)들의 비교를 예시하고;
[0013] 도 7은 단일-주파수 작동, 주파수 스위핑(sweeping), 및 페이징을 이용한 주파수 스위핑을 사용하여, 임계 수준을 초과하는 초음파 에너지 커버리지를 증명하는 실험 결과들의 플롯(plot)을 예시하고;
[0014] 도 8 및 도 9는 구조에서의 열 응답들의 비교 예들을 예시하고, 이 구조는 구조에 있는 개구에 근접하게 배치된 2개의 구조적 결함들을 가지며, 여기서, 도 8에서 예시된 응답은 근사(appropriate) 가진 주파수 페이징 조합을 이용하여 주도되었고 구조적 결함들 둘 모두를 나타내는 반면에, 도 9에서 예시된 응답은 결함들 중 제1 결함의 더 나은 표시를 제공하지만, 결함들 중 제2 결함을 거르며;
[0015] 도 10은 주어진 구조에 대한, 위상 속도 및 가이드 파 모드(mode)와 주파수 사이의 개개의 관계를 예시하는 전단 수평파 분산 곡선들의 비-제한적인 예를 예시하고;
[0016] 도 11-도 13은, 도 11에서의 A-형 파들, 도 12에서의 S-형 파들 및 도 13에서의 SH-형 파들을 포함하여, 상이한 진동 특성들을 포함하는 가이드 파들의 비-제한적인 예를 예시하고;
[0017] 도 14는 전단 마찰에 기인하여 열을 생성하는 균열을 예시하고;
[0018] 도 15는 횡-편광(laterally-polarized) 압전 전단 바(bar) 요소의 비-제한적인 예를 예시하고;
[0019] 도 16은 횡-편광 압전 전단 바 요소의 가능한 변형(deformation) 모드를 예시하고;
[0020] 도 17은 원주-편광(circumferentially-polarized) 압전 전단 링(ring) 요소의 예시적인 실시예를 예시하고;
[0021] 도 18은 원주-편광 압전 전단 링 요소의 가능한 변형 모드를 예시하고;
[0022] 도 19 및 도 20은 본원에서 제공된 개시내용에 따른 가이드 파 서모그래피 시스템의 하나의 부분으로서 전단 변환기의 예시적인 실시예들을 예시하며; 그리고
[0023] 도 21-도 23은 본원에서 제공된 개시내용에 따른 가이드 파 서모그래피 시스템의 예시적인 실시예에 대해 생성된 터빈 블레이드(turbine blade) 구조에서의 균열 결점(defect)들의 열 이미지(image)들을 예시한다.

[0024] 본원에서 개시된 예시적인 본 발명의 가이드 파 서모그래피 시스템의 양상들이, 임의의 적절한 프로그래밍(programming) 언어 또는 프로그래밍 기법을 사용하여 임의의 적절한 프로세서(processor) 시스템에 의해 구현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 시스템은 임의의 적절한 회로의 형태를 취할 수 있는데, 이를테면, 하드웨어(hardware) 실시예, 소프트웨어(software) 실시예, 또는 하드웨어 요소와 소프트웨어 요소 둘 모두를 포함하는 실시예를 수반할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템은 펌웨어(firmware), 상주 소프트웨어, 마이크로코드(microcode) 등을 포함할 수 있는(그러나, 이에 제한되지는 않음) 소프트웨어 및 하드웨어(예컨대, 프로세서, 센서들 등)에 의해 구현될 수 있다.

[0025] 또한, 프로세서 시스템의 일부분들은, 프로세서 또는 임의의 명령 실행 시스템에 의한 사용 또는 이와 관련한 사용을 위한 프로그램 코드(program code)를 제공하는 프로세서-사용가능(processor-usable) 또는 프로세서-판독가능(processor-readable) 매체로부터 접근가능한 컴퓨터(computer) 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 프로세서-판독가능 매체의 예들은 비-일시적인 유형(tangible)의 프로세서-판독가능 매체, 이를테면, 반도체 또는 고체-상태 메모리(memory), 자기 테이프(tape), 착탈가능 컴퓨터 디스켓(diskette), 랜덤 액세스 메모리(RAM; random access memory), 판독-전용 메모리(ROM; read-only memory), 강성(rigid) 자기 디스크(disk) 및 광학 디스크를 포함할 수 있다. 광학 디스크들의 현재 예들은 콤팩트 디스크-판독 전용 메모리(CD-ROM; compact disk--read only memory), 콤팩트 디스크-판독/기록(CD-R/W; compact disk--read/write) 및 DVD를 포함한다.

[0026] 본 발명자들은 기존의 음향/초음파 서모그래피 시스템들의 제한들을 식별했고, 비교적 낮은 가진 전력을 이용하여 구조적 결함들에서 열 응답들을 효율적으로 유발하도록 선택적으로 최적화될 수 있는 시스템들 및 방법들에 대한 필요성을 인식했다.

[0027] 본 발명자들은 다양한 구조들에 대한 서모그래피 검사를 수행하기 위한 음파 또는 초음파 가이드 파들의 진보적인 활용을 제안하며, 하나의 비-제한적인 적용에서, 이 다양한 구조들은 연소 터빈 엔진(engine)의 구성요소들, 이를테면, 블레이드들, 베인(vane)들 등을 포함할 수 있다. 초음파 가이드 파들은, 도파관으로서 효과적으로 기능하는, 경계가 있는 구조에서 전파되는 다중-모드(multi-mode) 구조적 공명(resonance)들을 포함한다.

[0028] 본 발명의 양상들은 구조 전체에 걸쳐 음향 음파 또는 초음파 에너지를 전달하기 위해 적어도 하나의 액추에이터(actuator)를 활용하며, 이러한 음향 음파 또는 초음파 에너지는 구조에 위치될 수 있는 구조적 결함과의 충돌시 열 응답(예컨대, 가열)을 유발할 수 있다. 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 음파 또는 초음파 에너지에 의해 유도된 열 응답은 열 이미징 시스템을 이용하여 검출될 수 있으며, 이러한 열 이미징 시스템은, 시험 중인 구조에 도입되는 초음파 에너지를 최소화하기 위하여 주파수 스위핑, 액추에이터 페이징 및 전단 에너지 가진 중 적어도 하나를 활용하면서, 높은 결함 검출 감도에 효과적일 수 있다.

[0029] 일반적인 배경 정보를 위해, 미국 특허 US 9,410,853가 참조되고, 이 미국 특허는 인용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다.

[0030] 이제, 제시(showing)들이 단지 본원의 발명의 요지의 실시예들을 예시하는 목적들을 위한 것이고, 이러한 본원의 발명의 요지를 제한하기 위한 것이 아닌 도면들을 참조하면, 도 1은 본 개시내용의 양상들을 실시하기 위해 사용될 수 있는 가이드 파 서모그래피 시스템(10)의 개략적인 표현을 예시한다.

[0031] 일 예시적인 실시예에서, 시스템(10)은 구조(15)(검사되는 객체)에 커플링된(coupled) 하나 이상의 송신-변환기들을 포함할 수 있고, 이러한 하나 이상의 송신-변환기들은 구조를 통해 초음파 가이드 파들을 송신하기 위한 것이다. 송신-변환기들은 단일-요소 송신-변환기들(12)의 분산 어레이(array)로서 배열될 수 있거나; 또는 다중-요소 송신-변환기들, 이를테면, (도 2에서 더욱 잘 인식될 수 있는) 복수의 개별-작동 송신 요소들(17)을 포함하는 환형 어레이 변환기(14); 또는 (도 3에서 더욱 잘 인식될 수 있는) 복수의 개별-작동 송신 요소들(19)을 포함하는 원형 어레이 변환기(16)를 포함할 수 있다. 송신-변환기들은 압전-적층(piezo-stack) 변환기들, 압전-세라믹(piezo-ceramic) 바들, 디스크들, 링들 또는 실린더(cylinder)들, 자왜 변환기들, 전자기 음향 변환기(EMAT; electromagnetic acoustic transducer)들, 제어식 기계적 충격 디바이스(device)들, 압전-복합물(piezo-composite)들 등을 포함(그러나, 이에 제한되지는 않음)할 수 있다. 본 개시내용의 양상들이 송신-변환기들에 대한 임의의 특정 구성으로, 또는 구조(15)의 임의의 특정 형상으로 제한되지 않는다는 것이 인식될 것이다. 그에 따라서, 도면들에서 예시된 송신-변환기들의 구성 또는 구조(15)의 형상은, 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 해석되어야 한다.

[0032] 시스템(10)은 신호 컨디셔너(conditioner)(20)를 더 포함할 수 있고, 비-제한적인 일 실시예에서, 이러한 신호 컨디셔너(20)는 하나 이상의 증폭기 회로들(22)에 의한 적절한 신호 증폭 및 하나 이상의 임피던스 매칭 네트워크(impedance matching network)들(24)에 의한 임피던스 매칭을, 신호 생성기(25)(예컨대, 다중-채널(multi-channel) 신호 생성기)로부터 송신-변환기들(12, 14, 16)에 각각 인가될 수 있는 전기 신호들에 제공하도록 구성될 수 있다. 시스템 제어기(28)는 가이드 파 제어기(30)(GW 제어기로 라벨링됨(labeled))를 포함할 수 있고, 이러한 가이드 파 제어기(30)는 신호 생성기(25)를 제어하도록 구성될 수 있는데, 이를테면, 구조(15)를 통해 송신되는 초음파 가이드 파들을 생성하도록 하나 이상의 송신-변환기들에 인가될 수 있는 하나 이상의 신호들의 하나 이상의 신호 매개변수들을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 송신-변환기들에 인가될 수 있는 신호들에 대한 신호 특성들을 결정하도록 제어될 수 있는 신호 매개변수들의 비-제한적인 예들은 위상 지연, 주파수, 및 위상 지연들과 주파수들의 결합을 포함할 수 있는데, 이를테면, 위상 지연 스위프(sweep), 주파수 스위프 또는 둘 모두를 수반할 수 있다. 시스템 제어기(28)는 결함을 나타내는 열 응답을 감지하도록 구성된 열 이미징 센서(33)(예컨대, 적외선(IR; infrared) 카메라(camera))를 제어하기 위한 열 이미징 제어기(32)를 포함하는 열 이미징 시스템을 더 포함할 수 있다.

[0033] 구조적 결함들을 효과적으로 검출하기 위한 서모그래피를 위해, 주어진 구조적 결함의 기하학적 구조 및/또는 공간적 배향에 적절한 소정의 진동 변수들(예컨대, 평면-내 변위, 전단 응력 등)의 크기가, 충분한 열 응답(예컨대, 가열)이 유도됨을 보장하기 위해 이 주어진 결함의 바로 부근에서 충분히 높게 설정되어야 한다는 것이 인식될 것이다.

[0034] 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 플레이트-형(plate-like) 또는 다른 도파관-형 구조들의 초음파 진동 동안, 생성된 진동장들의 크기는 그러한 구조들 전체에 걸쳐 변할 수 있다. 예컨대, 그러한 변화(variation)들은 구조의 두께를 통해서 뿐만 아니라 구조의 다른 치수들에 대한 분포의 함수로써도 발생할 수 있다. 그에 따라서, 진동장들의 변화는 비교적 높은 응력, 변위 등의 구역들 뿐만 아니라, 응력, 변위 등이 거의 없는 구역들로 이어질 수 있다. 구조의 주어진 구역에 위치된 구조적 결함이 적절하게 음향-열적으로(acousto-thermally) 가진되도록 하기 위하여, 그러한 구역에 전달되는 진동장의 적절한 진동 변수들은 충분히 높은 진폭을 가져야 한다. 위에서 제안된 바와 같이, 적절한 진동 변수들은 구조적 결함의 기하학적 구조 및/또는 이 결함의 공간적 배향에 따라 변할 수 있다.

[0035] 비-제한적인 일 실시예에서, 위상 지연 및/또는 주파수(예컨대, 위상 지연 및/또는 주파수 스위프)의 제어는 구조(15)에 커플링된 하나 이상의 송신-변환기들에 인가되는 신호들(예컨대, 연속 신호들)에 대해 수행될 수 있다. 송신-변환기들에 대해 수행될 때의 이러한 페이징 동작은, 그러한 구조들 전체에 걸쳐 낮은 또는 높은 음파 또는 초음파 에너지의 위치들에 대한 향상된 공간 선택성(예컨대, 구조의 주어진 구역에 전달되는 음파 또는 초음파 에너지의 세기를 향상시키기 위한 노드(node)들의 위치, 및 구조의 다른 구역들에 전달되는 음파 또는 초음파 에너지의 세기를 감쇠시키기 위한 안티-노드(anti-node)들의 위치에 대한 향상된 공간 선택성)에 도움이 될 수 있다. 비-제한적인 일 실시예에서, 생성된 진동장들의, 구조 전체에 걸친 세기 변화에 대한 최대 공간 선택성을 제공하기 위해 주파수 스위핑과 함께 페이징이 수행될 수 있다.

[0036] 신호 페이징과 주파수 스위핑의 결합은, 다-차원 페이징-주파수(phasing-frequency) 공간의 신장(spanning)을 효과적으로 가능하게 한다. 이는, 단일 주파수에서 동작하거나 또는 단지 주파수 스위핑을 수행하면 실현가능할 것보다 비교적 더 넓은 범위의 진동 상태들(예컨대, 이러한 진동 상태들은 검사되는 구조 전체에 걸쳐 선택적으로 형성될 수 있음)을 형성하는 능력을 가능하게 한다. 이들 진동 상태들은, 변위 파구조(wavestructure), 응력 파구조, 진동 모드 형상 등과 같이, 구조의 두께 전체에 걸쳐 상이한 진동장들의 선택성에 관한 실질적인 다양성(versatility)을 가능하게 한다. 이는, 구조적 결함의 기하학적 구조, 깊이 및 다른 결함 특성들에 관계 없이, 광범위한 범위의 구조적 결함들을 검출할 가능성을 증가시키는 데 도움이 된다.

[0037] 도 4는 검사되는 구조(44) 상에 분산된 단일-요소 송신-변환기들(42)에 각각 인가되는 신호들(40)에 대한 개개의 위상 지연을 구현하기 위한 비-제한적인 일 실시예의 개략적인 표현이다. 이 실시예에서, 송신-변환기들(42)에 연속파 신호들(40)이 각각 인가될 수 있고, 이러한 연속파 신호들(40) 각각은 상이한 위상 지연을 갖는다. 본 개시내용의 양상들을 임의의 특정 동작 이론으로 제한하지 않고, 이 경우, 페이징의 효과는 구조의 표면에 걸친 하중 분포를 변화시킴으로써 이 구조의 다양한 자연 모드들을 가진시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 복수의 송신 변환기들(42)에 인가되는 위상 지연 값들의 임의의 결합은 "페이징 벡터"로 지칭될 수 있다. 페이징에 대한 일반적인 배경 정보를 위해, 미국 특허 US 8,217,554 및 미국 특허 출원 14/329,426가 참조되고, 이들의 개시내용들 둘 모두는 인용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다.

[0038] 적절한 주파수 및 페이징을 이용한 페이즈드(phased) 변환기 어레이를 통한 가이드 파 에너지 농도(concentration)를 활용함으로써, 응답의 상당한 개선들이 획득될 수 있다. 이에 대한 일 예가 도 5 및 도 6에서 제공되며, 이러한 도 5 및 도 6은, 동일한 액추에이터 어레이들이 설치된 동일한 구조의 2개의 유한 요소 모델(model)들을 비교한다. 구조(35)(도 5)는 주파수 스위핑에 의하여 달성되는 누적 응력장 커버리지를 특징으로 하고, 여기서, 더 어두운 영역들(37)은 더 높은 응력들을 표시하고, 더 밝은 영역들(38)은 더 낮은 응력들을 표시한다. 대안적으로, 구조(36)(도 6)는 주파수 스위핑에 의하여 달성되는 누적 응력장 커버리지를 특징으로 하고, 여기서, 더 어두운 영역들(37)은 더 높은 응력들을 표시하고, 더 밝은 영역들(38)은 더 낮은 응력들을 표시한다. 여기서 예시된 바와 같이, 액추에이터 페이징의 이점은, 훨씬 더 다양한 진동 상태들이 유도될 수 있고, 이는, 임의의 주어진 시간에 구조에서 유도되는 초음파 전력을 증가시키지 않고, 최대 응력들 또는 에너지 농도의 다른 측정치(measure)가 더 큰 정도로 구조에 걸쳐 분산될 수 있게 한다는 점이다.

[0039] 도 5 및 도 6에 대하여, 결점(39)이, 열 이미징 시스템에 의해 검출가능하기 위해 소정의 최소 수준의 국소 초음파 에너지 농도를 필요로 하는 경우를 고려하라. 종래의 음향 서모그래피 시스템은 적어도 하나의 액추에이터를 구조(35)(도 5)에 적용할 수 있고, 주파수들의 범위에 걸쳐 적어도 하나의 액추에이터를 가진시킬 수 있다. 액추에이터의 대역폭, 구조의 기하학적 구조, 및 액추에이터가 구조에 커플링되는 위치에 기반하여, 액추에이터가 가진되는 모든 주파수들을 고려하여, 구조(35)에서의 최대 초음파 에너지 농도는 도 5에서 도시된 바와 같을 수 있다. 이 경우, 결점(39)의 위치에서의 국소 초음파 에너지 농도는 최소 임계치를 결코 초과하지 않으며, 결점은 검출가능하지 않다. 이러한 제한을 해결하기 위한 하나의 종래의 방법은, 전체 초음파 입력 전력을 증가시킴으로써 이루어질 수 있고, 이는 어떤 지점에서는 도 5의 에너지 필드의 진폭을 증가시킬 것이지만, 이러한 에너지 필드의 분포를 변화시키지는 않을 것이다. 전체 초음파 에너지의 이러한 증가의 결과로서, 더 어두운 높은 세기의 구역들(37)은 매우 높은 초음파 에너지 수준들에 노출될 것이며, 이는 구조를 손상시킬 수 있다. 많은 경우들에서, 액추에이터 또는 증폭 시스템들의 제한들에 기인하여 전체 초음파 에너지는 증가될 수 없으며, 이 경우, 결점(39)은 검출가능하지 않다.

[0040] 그러나, 본원에서 설명된 방법 및 시스템을 구현함으로써, 구조(36)(도 6)의 초음파 진동 상태들의 수 및 다양성을 크게 증가시키기 위하여 주파수 스위핑과 함께 다양한 액추에이터 페이징 결합들이 복수의 액추에이터들에 걸쳐 적용될 수 있고, 여기서, 순 초음파 에너지 커버리지는 크게 개선된다. 이 접근법을 활용하여, 전체 전력 수준을 증가시키지 않고 그리고 구조(36)의 임의의 구역들을 불필요하게 높은 에너지 수준들에 노출시키지 않고, 결점(39)은 검출가능해진다.

[0041] 본원에서 설명된 주파수 스위핑 및 페이징의 시스템 및 방법의 일 실시예를 구현함으로써 이루어지는 초음파 에너지 커버리지의 개선이 도 7에서 정량화되고, 이러한 도 7은 3개의 액추에이터 가진 방법들: 다양한 입력 전력 수준들에서의 '단일 주파수', '주파수 스위핑' 그리고 '페이징 및 주파수 스위핑'을 사용한, 구조에 걸친 초음파 에너지 커버리지를 비교하는 실험 데이터(data)를 도시한다. 이 그래프(graph)는, 주어진 입력 전력 수준에 대해, 주파수 스위핑 및 페이징 가진 방법을 구현함으로써, 미리 결정된 임계 수준을 초과하는 훨씬 더 큰 에너지 커버리지가 달성가능함을 증명한다.

[0042] 적절한 주파수와 페이징의 결합이, 소정의 구조적 결함들을 가진시킬 수는 있지만 다른 구조적 결함들을 가진시킬 수는 없다는 것이 주목되어야 한다. 이 현상의 일 예가 도 8 및 도 9에서 도시되며, 여기서, 2개의 균열들(46 및 48)이 각각 홀(hole)(45)의 위와 홀(45)의 아래에 존재한다. 도 8에서 액추에이터들에 적용되는 제1 주파수 및 페이징 결합은, 균열들(46 및 48) 둘 모두에서 충분한 열 여기를 야기하여 균열들이 보통의 세기로 검출되게 한다. 그에 비하여, 도 9에서 동일한 액추에이터들에 적용되는 제2 주파수 및 페이징 결합은, 균열(46)을 검출하기에는 불충분한 열 여기를 야기하지만, 균열(48)에서의 열 세기는 제1 주파수 및 페이징 결합이 적용된 도 8에서보다 훨씬 더 높다. 그러므로, 적절한 액추에이터 페이징과 함께 적절한 가진 주파수들이 구조에서의 결함들을 열적으로 가진시키기 위해 사용될 수 있는데, 그렇지 않으면, 결함들은 종래의 음향 서모그래피 시스템들 및 방법들에 의해서는 검출되지 않을 수 있다.

[0043] 다른 비-제한적인 실시예에서, 연속 신호들 대신에, 펄스(pulse)들의 개개의 스트림(stream)들이, 검사되는 구조에 커플링된 하나 이상의 단일 또는 다중-요소 송신-변환기들에 인가될 수 있다. 이 실시예에서, 정상-상태 진동을 유발하는 것을 회피하기 위해 구조 전체에 걸쳐 과도(transient) 가이드 파들이 전파될 수 있다. 이는, 비교적 좁은 고-전력 가진 펄스들을 인가함으로써 달성될 수 있다. 구조적 공명을 유도하기에는 구조의 경계들과의 불충분한 상호작용이 있을 수 있는 대형 및/또는 감쇠 구조들을 수반하는 적용들에서, 유사한 효과(예컨대, 정상-상태 진동이 없음)가 달성될 수 있다는 것이 고려된다. 이들 가진 펄스들은, 열 이미징 시스템이 주어진 구조적 결함을 검출할 수 있게 하기 위해, 이러한 주어진 구조적 결함의 부근에서 열 에너지의 누적을 유발하기에 충분한 반복 주파수로 반복될 수 있다. 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 신호-대-잡음비를 증가시키고 비교적 약한 열 구배들을 검출하기 위해 적절한 이미징 기법들이 활용될 수 있다.

[0044] 페이징 시스템 및 방법을 가장 효율적으로 구현하기 위해, 주파수가 스위핑되는(swept) 대역은 각각의 새로운 페이징 결합에 대해 조정되어야 하는데, 그 이유는 페이징을 적용함으로써, 강제 진동 스펙트럼(forced vibrational spectrum)이 시프팅되기(shifted) 때문이다. 임피던스 분석기 스위프에 의하여, 또는 증폭기들과 액추에이터들 사이에서 측정된 순방향 및 반사 전력을 분석함으로써, 최적의 주파수 대역이 선택될 수 있다. 페이징 시스템 및 방법의 일부로서 주파수 최적화에 관한 추가적인 세부사항들을 위해, A Novel Actuator Phasing Method for Ultrasonic De-Icing of Aircraft Structures(펜실베니아(Pennsylvania) 주립대학교로부터 입수가능함)(2014)이란 명칭으로 C.J. Borigo에 의한 박사 논문이 참조되며, 이 논문은 인용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다.

[0045] 비-제한적인 일 실시예에서, 열 이미저(imager)에 의한 열 응답의 감지는, 하나 이상의 송신 변환기들에 인가될 수 있는 가진 펄스들의 스트림의 주파수에 대해 동기화(예컨대, 주파수 로크(lock), 위상 로크)될 수 있다는 것이 고려된다. 추가로, 그러한 주파수는 시변 주파수(예컨대, 처핑(chirping) 주파수)를 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 이러한 동시성은 열 이미저에 의한 열 응답의 감지에 대하여 신호-대-잡음비를 향상시키는 것으로 여겨진다. 예시적인 일 실시예에서, 동시성은, 가이드 초음파에 대한 응답으로 가진되는 구역의 예상 에너지화(energization) 시간에 대해 수행될 수 있다.

[0046] 본 개시내용의 하나의 추가적인 양상은, 가진 신호가 충분한 시간 기간 동안 인가되면, 구조에서 전단 수평-형 가이드 파들을 생성하기 위한 전단 액추에이터들 뿐만 아니라, 이 구조에서 이러한 전단 수평-형 가이드 파들에 의해 유도되는 진동 상태들의 활용이다. 전단 수평-형 가이드 파들은 플레이트-형 구조들에 존재할 수 있는 가이드 파 모드들의 부류이다. 전단-수평 가이드 파 모드의 특성들, 및 본 개시내용의 목적들을 위해 이러한 전단-수평 가이드 파 모드가 가진될 수 있게 하는 수단이 아래에서 설명된다.

[0047] 더욱 일반적으로, 가이드 파들은 매체(도파관 구조)에서 전파되는 탄성파들로서 정의될 수 있고, 여기서, 이러한 도파관 구조의 경계 조건들을 만족시키는 별개의 파동 모드들이 존재할 수 있다. 가이드 파들은 적어도, 모드 및/또는 주파수의 함수로써 변할 수 있는 파구조들(예컨대, 도파관의 두께를 통하는 변위, 응력, 에너지 등의 분포들)에 따라 무한 수의 별개의 파동 모드들이 존재할 수 있다는 근본적인 사실에 의해, 통상적인 벌크(bulk) 파들과는 상이하다. 분산 곡선들, 이를테면, 도 10에서 도시된 분산 곡선들은 주어진 구조에 대한, 위상 속도(또는 군속도) 및 모드와 주파수 사이의 관계를 예시한다. 각각의 도파관은 분산 곡선들의 자신만의 고유한 세트(set)를 가지며, 이는 도파관에서 다양한 모드-주파수(mode-frequency) 가능성들을 식별하는 데 유용할 수 있다. 파구조 변화들은 가이드 파들을 활용하기 위한 실질적인 유연성을 야기할 수 있는데, 그 이유는 예컨대 구조의 두께를 통하는 바람직한 특성들에 따라 특정 파동 모드 및/또는 주파수 결합들이 선택될 수 있기 때문이다.

[0048] 상이한 진동 특성들을 포함하는 3개의 가이드 파 모드들의 예들이 도 11-도 13에서 도시된다. 플레이트-형 구조를 통해 전파되는 비-대칭(A-형) 가이드 파 모드를 이용한, 이러한 플레이트-형 구조의 변형이 도 11에서 단면도로 도시된다. 대안적으로, 플레이트-형 구조를 통해 전파되는 대칭(S-형) 가이드 파 모드를 이용한, 이러한 플레이트-형 구조의 변형이 도 12에서 단면도로 도시된다. 도 11 및 도 12에서의 진동은 오직 x-z 평면에 있다는 것에 주목하라. 마지막으로, 플레이트-형 구조를 통해 전파되는 전단 수평(SH-형) 가이드 파 모드를 이용한, 이러한 플레이트-형 구조의 변형이 도 13에서 단면도로 도시되고; 도 13에서의 진동은 오직 y 방향으로 이루어진다는 것에 주목하라.

[0049] 또한, 균일한 두께의 등방성의 균질한 플레이트들에서의 전단 수평파들의 경우, 파동들에 의해 유도되는, 0이 아닌 응력들만이 평면-내 전단 응력들인 τxz 및 τyz임이 도시될 수 있다. 그러므로, 그러한 파동들은 균일한 두께의 등방성의 균질한 플레이트들의 경우 구조로 순수한 전단을 유도한다. 균일한 두께의 등방성의 균질한 플레이트들의 정의를 충족시키지 않는 구조들의 경우, 전단 수평-형 파들의 응력 성분들이 일반적으로, 순수한 평면-내 전단 대신에 주로 전단이라는 것이 인식될 것이다. 가이드 파들에 관한 추가적인 세부사항들을 위해, Ultrasonic Guided Waves in Solid Media(뉴욕(NY; New York) 케임브리지(Cambridge) 대학 출판국으로부터 입수가능함)(2014)란 명칭으로 J.L. Rose에 의한 텍스트북(textbook)이 참조되며, 이 텍스트북은 인용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다.

[0050] 구조적 결함들을 효과적으로 검출하기 위한 서모그래피를 위해, 주어진 구조적 결함의 기하학적 구조 및/또는 공간적 배향에 적절한 소정의 진동 변수들(예컨대, 평면-내 변위, 전단 응력 등)의 크기가, 충분한 열 응답(예컨대, 가열)이 유도됨을 보장하기 위해 이 주어진 결함의 바로 부근에서 충분히 높게 설정되어야 한다는 것이 인식될 것이다. 도 14에서 예시된 바와 같이, 평면-내 전단(64)은 구조(60)에서의 균열(62)에 표면 러빙(surface rubbing)을 생성하기에 이상적이며, 이는 차례로, 검출가능한 수준의 열(66)을 생성한다. 도 14에서 예시된 전단-유도 마찰은 부품의 국소 표면 평면에 수직인 균열들 뿐만 아니라, 부품의 국소 표면 평면에 평행한 균열들 또는 박리(delamination)들에 대해 일어날 수 있다. 또한, 균열(62)에서의 열 생성(66)의 효율은 균열의 상대 배향 및 초음파 진동에 의해 유도되는 전단 운동(64)에 따라 좌우된다. 위에서 설명된 페이징 및 주파수 스위핑은, 도 5 및 도 6에서 예시된 바와 같이 진동장을 변화시킴으로써 이를 해결할 수 있다.

[0051] 본 발명자들은, 전단 수평-형 초음파 가이드 파들을 위한 과도 전파 가이드 파 솔루션(solution)이 정상-상태 초음파 진동 솔루션에 직접적으로 적용가능하지는 않지만, 이 둘이 밀접하게 관련될 수 있음에 주목한다.

[0052] 종래의 음향 서모그래피 기술은 Branson이란 브랜드(brand) 이름 하에서 생산된 것들을 포함하여 음향 혼(horn) 액추에이터와 함께 압전-적층 액추에이터를 활용한다. 이들 유형(type)들의 액추에이터들은 주로 굴곡(A-형) 및 압축(S-형) 진동들을 생성하며, 이들은 SH-형 모드들의 전단 에너지보다 많은 경우들에서 균열 가열을 유도하기에는 덜 적절한 평면-내 및 평면-외(out-of-plane) 입자 변위들로만 구성된다. 덜 효율적인 균열 가열은, 동일한 수준의 검출능을 얻기 위해 더 많은 에너지가 요구되고 이에 따라 의도하지 않은 부품 손상의 위험(chance)들이 더 높다는 것을 의미한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 본 개시내용의 일부 비-제한적인 실시예들에서, 전단 수평-형 에너지는 d15 압전 전단 액추에이터들에 의하여 구조에 도입될 수 있다.

[0053] 비-제한적인 일 실시예에서, 압전 d15 전단 액추에이터는 "전단 바"일 수 있으며, 여기서, d15 압전 계수는 도 15에서 예시된 것과 같은 횡-편광 압전세라믹 블록(piezoceramic block)(70)에서 사용된다. 여기서, 압전세라믹 요소(70)는 화살표(71)에 의해 표시된 방향으로 편광되며, 리드(lead)들(75)에 부착된 교류 전압원(74)을 사용하여 전극 면들(72 및 73) 양단에 전위가 인가된다. 도 16에서 예시된 바와 같이, 변형되지 않은 요소(76)에 전압이 인가될 때, 이러한 변형되지 않은 요소(76)는 변형된 상태(77)로 전단된다. 바들에 대해 선택된 다양한 치수들 및 압전세라믹 재료는 전부, 당업자들에 의해 이해될 바와 같이 적용의 특정 요건들에 맞도록 조정될 수 있다.

[0054] 비-제한적인 제2 실시예에서, 압전 d15 전단 액추에이터는 "전단 링"이며, 여기서, d15 압전 계수는 도 17에서 예시된 것과 같은 원주-편광 압전세라믹 링(80)에서 사용된다. 전단 링 요소는 화살표(84)에 따라 준-원주방향으로(quasi-circumferentially) 편광되는 2개의 하프(half) 링들로 제작되고, 후속하여, 전체 링 요소(80)를 형성하도록 함께 본딩되며(bonded), 이러한 전체 링 요소(80)는, 리드들(89)을 통해 상부 및 하부 전극 표면들(87 및 88)에 적용되는 전압원(86)을 이용하여 가진될 수 있다. 소스(source)(86)에 의해 인가된 전압 하에서 전단 링 요소의 비틀림 진동(84)이 도 18에서 예시된다. 이 비틀림 변형은, 구조에 커플링될 때 전방향으로 SH 가이드 파들을 효과적으로 가진시킨다. 링들에 대해 선택된 내부 및 외부 반경들, 두께 및 압전세라믹 재료는 전부, 당업자들에 의해 이해될 바와 같이 적용의 특정 요건들에 맞도록 조정될 수 있다. 이 변환기 설계에 관한 부가적인 변화들이 또한 가능하며, 그리고 본원에서 상세화된 특정 실시예는 비-제한적이며, 일부 실시예들에 따라 SH-형 가이드 파 생성을 위한 전방향 압전 d15 전단 링 요소의 일 예로서 사용된다. 부가적인 실시예들은 2개보다 많은 세그먼트(segment)들로 제작되는 전단 링들, 두께 치수 대신에 반경을 통해 폴링되는(poled) 전단 링들, 및 엄밀히 원형 대신에 다각형인 전단 링들을 포함할 수 있다.

[0055] 위에서 설명된 압전 전단 변환기 요소들은 도 19 및 도 20에서 단면도로 도시된 비-제한적인 예와 같은 변환기 모듈(module) 내의 하나 이상의 구성요소들일 수 있다. 도 19에서 도시된 실시예에서, 변환기 모듈(90)은 적어도 하나의 페이스플레이트(faceplate)(91)에 본딩된 적어도 하나의 압전 전단 바 요소(70)를 포함하는 하우징(housing)(92)으로 구성되고, 이러한 적어도 하나의 페이스플레이트(91)는 금속성 또는 세라믹(ceramic) 재료로 구성되며, 초음파 전단 에너지가 기계적 압력 커플링(coupling)에 의하여 요소(70)로부터 시험 중인 구조로 효과적으로 송신될 수 있게 한다. 모듈(90)은 추가로, 캐비티(cavity)(97)로 구성되며, 이 캐비티(97)를 통해, 연결기(95)가 가요성 회로(96) 또는 점퍼 와이어(jumper wire)들에 의하여 상부 및 하부 전극 면들(72 및 73)에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, 모듈(90)은 추가로, 자석들(93)로 구성될 수 있으며, 이러한 자석들(93)은, 모듈을 시험 중인 구조에 커플링(coupling)하는 목적들을 위해 클램핑(clamping) 디바이스를 포켓(pocket)(94)에 유지하는 것을 돕는다. 도 20은 도 21에서 단면도로 도시된 모듈(90)의 다른 도면이다. 여기서, 페이스플레이트(91)는 직사각형 커플링(coupling) 표면(98)과 함께 도시된다. 부가적인 비-제한적인 실시예들에서, 유사한 모듈 설계는 전단 링 변환기를 수용하도록 적응될 수 있고, 이 경우, 커플링 표면(98) 및 페이스플레이트(91)는 직사각형 대신에 원형일 것이다.

[0056] 가이드 파 서모그래피 시스템의 일부로서 하나 이상의 압전 전단 요소들을 활용하는 다른 장점은, 이러한 하나 이상의 압전 전단 요소들이 종래의 음향 서모그래피 시스템들의 일부로서 활용되는 압전-적층 변환기들보다 훨씬 더 작다는 것임이 주목되어야 한다. 이는, 접근 문제들에 기인한 더 적은 제한들로 검사들을 수행하거나 또는 인 시튜(in situ) 검사들을 수행할 기회를 제공한다.

[0057] 당업자들에 의해 이해될 바와 같이, 부가적인 실시예들은 자왜 또는 전자기 음향 변환기(EMAT; electromagnetic acoustic transducer) 디바이스들에 의한 전단 수평-형 가진을 포함할 수 있다.

[0058] 도 21-도 23은 본 발명의 일 실시예를 사용하여 수집된 열 이미지들의 예들을 제공한다. 이미지들은 트레일링 에지(trailing edge)를 따라 균열-형 결점들을 갖는 터빈 블레이드들에 대한 것이다. 3개의 이미지들 전부에서, 균열들(54)은 화살표들에 의해 표시된 더 높은 온도의 어두운 영역들에 의해 표시된다. 직사각형 영역들(56)은 교정 스트립(strip)들이다.

[0059]

[0060] 특정 실시예들이 상세히 설명되었지만, 당업자들은, 본 개시내용의 전체 교시들을 고려하여, 그러한 세부사항들에 대한 다양한 수정들 및 대안이 개발될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 구조에 존재할 수 있는 구조적 결함들을 비-파괴적으로 검사하기 위한 가이드 파 서모그래피에 기반한 방법들 및 시스템들이 본원에서 설명된다. 그러한 시스템들은, 복수의 액추에이터들에 의하여, 입력 에너지를 최소화하면서, 구조에 걸친 초음파 에너지 분포를 최대화하기 위하여, 주파수-위상 공간을 스위핑하는 능력을 포함할 수 있다. 게다가, 그러한 시스템들은, 결함들로부터의 열 응답을 최대화하기 위해, 구조에서 전단 수평-형 가이드 파들을 주로 생성하도록 구성된 변환기 요소들을 포함할 수 있다. 전술된 상세한 설명에서는, 그러한 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위하여 다양한 특정 세부사항들이 제시된다.

[0061] 그러나, 당업자들은, 본 발명의 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있고, 본 개시내용은 도시된 실시예들로 제한되지 않으며, 본 개시내용은 다양한 대안적인 실시예들에서 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 사례들에서, 당업자에 의해 잘 이해될 방법들, 절차들 및 구성요소들은, 불필요하고 부담스러운 설명을 회피하기 위해 상세히 설명되지 않았다. 또한, 다양한 동작들은 본 발명의 실시예들을 이해하는 데 도움이 되는 방식으로 수행되는 다수의 개별 단계들로서 설명될 수 있다.

[0062] 그러나, 설명의 순서는, 달리 설명되지 않는 한, 이들 동작들이 그들이 제시되는 순서로 수행될 필요가 있음을 암시하는 것으로 해석되지도, 이들 동작들이 심지어 순서에 따라 좌우됨을 암시하는 것으로 해석되지도 않아야 한다. 게다가, "일 실시예에서"라는 문구의 반복된 사용은 동일한 실시예를 지칭할 수 있지만, 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 마지막으로, 본 출원에서 사용되는 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "갖는" 등의 용어들은 달리 표시되지 않는 한 동의어인 것으로 의도된다. 단수형의 사용이 복수형을 배제하지 않는다는 것이 주목되어야 한다.

Claims (22)

1. 검사 시스템(10)으로서,
   변환기 요소(12, 14, 16, 17) 및 열 이미징 센서(33)에 동작가능하게 연결된 제어기(20)
   를 포함하며,
   상기 변환기 요소는, 구조적 결함과의 충돌시 열 응답을 유발하도록 구조(15) 전체에 걸쳐 전단 수평-형 가이드(guided) 음파 또는 초음파를 생성하기 위한 적어도 하나의 신호를 수신하도록 구성되고;
   상기 열 이미징 센서는, 상기 구조적 결함을 나타내는 상기 열 응답을 감지하도록 구성되며; 그리고
   상기 제어기는, 상기 적어도 하나의 신호의 하나 이상의 매개변수들 및 상기 적어도 하나의 신호의 페이징(phasing)을 제어하도록, 그리고 상기 열 응답의 감지를 제어하도록 구성되는,
   검사 시스템(10).
2. 제1항에 있어서,
   상기 변환기 요소는 횡-편광(laterally-polarized) 압전 d15 전단 바(shear bar)인,
   검사 시스템(10).
3. 제1항에 있어서,
   상기 변환기 요소는 원주-편광(circumferentially-polarized) 압전 d15 전단 링(shear ring)인,
   검사 시스템(10).
4. 제1항에 있어서,
   상기 변환기 요소는 자왜 변환기(magneto-strictive transducer) 또는 전자기 음향 변환기 중 하나인,
   검사 시스템(10).
5. 제1항에 있어서,
   상기 변환기 요소는, 기계적 압력 커플링을 통해 상기 구조에 상기 전단 수평-형 가이드 음파 또는 초음파를 커플링하기 위한 페이스플레이트(faceplate)를 포함하는,
   검사 시스템(10).
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어기에 동작가능하게 연결되고, 다중-요소 어레이 변환기로 구성되는 복수의 변환기 요소들
   을 더 포함하는,
   검사 시스템(10).
7. 시스템으로서,
   복수의 변환기 요소들 중 하나 이상에 동작가능하게 연결된 제어기;
   상기 변환기 요소들(30)에 신호들을 인가하기 위한 수단; 및
   적어도 하나의 열 이미징 센서
   를 포함하며,
   상기 복수의 변환기 요소들 각각은, 구조의 결함과의 충돌시 열 응답을 유발하도록 상기 구조 전체에 걸쳐 가이드 음파 또는 초음파를 송신하도록 동작가능하게 구성되고,
   상기 열 이미징 센서는 상기 결함을 나타내는 상기 열 응답을 감지하도록 동작가능하게 배열되고,
   복수의 신호들을 인가하기 위한 상기 수단을 통해 인가되는 신호들 중 하나 이상은, 복수의 미리 결정된 페이징 벡터들이 구현될 수 있도록 독립적인 상대 위상을 포함하며, 그리고
   상기 제어기는, 상기 열 응답의 감지 및 페이징을 제어하도록, 그리고 상기 구조에 걸쳐 향상된 초음파 에너지 커버리지를 제공하기 위하여 상기 복수의 미리 결정된 페이징 벡터들을 제어하도록 구성되는,
   시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 향상된 초음파 에너지는, 초음파 진동 응답을 변화시킴으로써 제공되는,
   시스템.
9. 제7항에 있어서,
   상기 복수의 신호들은 상기 복수의 변환기 요소들에 동시에 인가되는,
   시스템.
10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 변환기 요소들의 전기기계 임피던스(electromechanical impedance)를 결정하기 위한 수단
    을 더 포함하는,
    시스템.
11. 제7항에 있어서,
    적어도 하나의 신호 소스와 상기 복수의 변환기 요소들 사이의 순방향 전력 및 반사 전력을 모니터링하기 위한 수단
    을 더 포함하는,
    시스템.
12. 제7항에 있어서,
    상기 신호들의 상대 위상은 180°의 정수배로 제한되고, 신호 소스들의 수는 2개로 제한되는,
    시스템.
13. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 변환기 요소들 중 하나 이상은, 상기 구조에서 전단 수평-형 가이드 파들을 주로 생성하도록 구성되는,
    시스템.
14. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 변환기 요소들은 다중-요소 어레이 변환기로 구성되는,
    시스템.
15. A) 하나 이상의 변환기 요소들로부터 구조로, 그리고 상기 변환기 요소들 중 적어도 하나에 인가된 하나 이상의 신호들에 대한 응답으로, 가이드 음파 또는 초음파 에너지를 송신하는 단계;
    B) 제1 미리 결정된 페이징 벡터에 기반하여, 상기 인가된 신호들의 상대 위상을 제어하는 단계;
    C) 상기 가이드 음파 또는 초음파 에너지 송신 동안 구조적 결함에 충돌하는 단계; 및
    D) 상기 결함을 나타내고 상기 결함의 부근에서의 상기 가이드 음파 또는 초음파 에너지 충돌로 인한 열 응답을 감지하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 구조에 걸쳐 향상된 초음파 에너지 커버리지를 제공하기 위해, 미리 결정된 복수의 페이징 벡터들에 대해 단계들(A-D)을 반복하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
17. 제15항에 있어서,
    상기 변환기 요소들 및 상기 구조의 진동 응답을 변화시키고 상기 진동 응답을 최대화함으로써 상기 구조에 걸쳐 향상된 초음파 에너지 커버리지를 제공하기 위해, 상이한 중심 주파수들을 갖는 일련의 펄스(pulse)들을 인가함으로써, 상기 인가된 신호들의 중심 주파수를 미리 결정된 범위의 주파수들에 걸쳐 변화시키는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
18. 제15항에 있어서,
    상기 변환기 요소들 및 상기 구조의 진동 응답을 변화시키는 것 또는 상기 변환기 요소들 및 상기 구조의 상기 진동 응답을 최대화하는 것 중 적어도 하나에 의해 상기 구조에 걸쳐 향상된 초음파 에너지 커버리지를 제공하기 위해, 스위핑된 주파수(swept-frequency) 신호를 인가함으로써, 상기 복수의 신호들의 중심 주파수를 미리 결정된 범위의 주파수들에 걸쳐 변화시키는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
19. 제15항에 있어서,
    상기 인가된 신호들의 상대 위상은 180°의 정수배로 제한되는,
    방법.
20. 제15항에 있어서,
    적어도 하나의 신호 소스와 상기 복수의 변환기 요소들 사이의 순방향 전력 및 반사 전력을 모니터링하는 단계; 및
    상기 순방향 전력 및 역전력(reverse power)에 기반하여, 상기 신호들의 적어도 하나의 중심 주파수를 결정하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
21. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변환기 요소들의 전자기계 임피던스를 결정하는 단계; 및
    상기 임피던스에 기반하여 상기 신호들의 적어도 하나의 중심 주파수를 결정하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
22. 제15항에 있어서,
    복수의 열 응답을 감지하는 단계; 및
    상기 구조의 복합 열 이미지를 생성하기 위해, 상기 페이징 벡터에 따라 상기 복수의 감지된 열 응답들을 결합하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
    

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