KR20230086204A - 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 초음파 발생부가 복수의 탐촉자로부터 배관의 원주 방향으로 진동 주파수를 발생시켜 상기 배관의 양방향으로 진행하는 유도 초음파를 생성하고, 신호 감지부가 간섭물에 의해 반사된 유도 초음파를 감지하며, 및 각각의 탐촉자의 간격 제어를 통해 유도 초음파의 생성 간격을 변경하여 양방향 유도 초음파를 단방향 유도 초음파로 제어하는 구성으로 매설된 배관 검사 시 토양 경계면 또는 간섭물에 의한 신호의 간섭 및 산란을 최소화하여 신호 평가의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 유도 초음파 탐촉자의 전파를 제어할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
국내 원자력 발전소는 매설 배관의 경년열화를 관리하기 위하여 매년 다양한 검사 방법을 실시하고 있으며, 매설된 배관의 검사 방법은 결함의 크기를 정량적으로 측정할 수 있는 직접검사와 정성적으로 결함의 위치를 측정할 수 있는 간접 검사로 분류할 수 있다.
간접 검사 중 유도 초음파 검사는 매설된 배관의 상태를 정성적으로 확인이 가능하여 많은 응용 분야에서 사용되고 있으며, 현재는 압전형 유도 초음파 검사 장비가 사용되고 있다.
압전형 유도 초음파 검사 장비는 수직형, 경사각형, 및 분할형으로 나뉘고, 압전소자, 후면재, 마모판, 및 쐐기로 구성되며, 넓은 범위의 검사를 위해 탐촉자가 양방향으로 신호를 송신하는 방법을 채택하고 있으며, 송신된 신호가 간섭물에 의해 반사되어 되돌아오는 반사신호를 감지하여 매설된 배관의 결함 및 경년열화를 확인할 수 있다.
그러나, 매설된 배관의 경우에는 굴착길이가 2~3m로 협소하고, 양방향으로 송신된 신호가 토양 경계면에서 반사 및 산란이 발생하고, 배관의 용접부 또는 지지대에 의해 신호의 간섭이 발생하여 정확한 경년열화를 측정할 수 없는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 소프트웨어를 통한 필터링으로 노이즈를 제거하고 있지만 검사자에 따라 검사 결과의 신뢰성이 확보되지 못하여 신호의 간섭 및 산란을 최소화할 수 있는 기술의 개발이 시급하다.
본 발명은, 유도 초음파 한쪽 방향으로만 송신하여 신호의 간섭 및 산란을 최소화할 수 있는 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템은 복수의 탐촉자로부터 배관의 원주 방향으로 진동 주파수를 발생시켜 상기 배관의 양방향으로 진행하는 유도 초음파를 생성하는 초음파 발생부; 간섭물에 의해 반사된 상기 유도 초음파를 감지하는 신호 감지부; 및 상기 각각의 탐촉자의 간격 제어를 통해 유도 초음파의 생성 간격을 변경하여 양방향 유도 초음파를 단방향 유도 초음파로 제어하는 탐촉자 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 탐촉자 제어부는 각각의 탐촉자로부터 발생된 진동 주파수를 상기 배관의 일측 방향에 대하여 보강간섭으로 증폭하고, 타측 방향에 대하여 상쇄간섭으로 상쇄시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 탐촉자 제어부는 상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자에서 발생되는 진동 주파수의 위상을 상기 배관의 일측 방향에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향 중 어느 하나로 출력할 수 있다.
바람직하게는, 상기 탐촉자 제어부는 상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자에서 발생되는 진동 주파수의 진폭으로 진동 주파수의 보강간섭 및 상쇄간섭 중 어느 하나를 발생시키되, 상기 탐촉자가 홀수개면 상쇄간섭을 위한 진동 주파수의 진폭을 보강간섭보다 크게 발생시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 방법은 복수의 탐촉자로부터 배관의 원주 방향으로 진동 주파수를 발생시켜 상기 배관의 양방향으로 진행하는 유도 초음파가 생성되는 초음파 발생 단계; 간섭물에 의해 반사된 상기 유도 초음파가 감지되는 신호 감지 단계; 상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자의 진동 주파수의 위상이 상기 배관의 일측 방향에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향 중 어느 하나로 출력되는 펄스 제어 단계; 및 상기 각각의 탐촉자의 간격 제어를 통해 진동 주파수의 발생시간을 변경하여 각각의 탐촉자로부터 발생된 진동 주파수를 상기 배관의 일측 방향에 대하여 보강간섭으로 증폭하고, 타측 방향에 대하여 상쇄간섭으로 상쇄시켜 상기 배관의 양방향 유도 초음파가 단방향 유도 초음파로 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면, 매설된 배관 검사 시 토양 경계면 또는 간섭물에 의한 신호의 간섭 및 산란을 최소화하여 신호 평가의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유도 초음파를 생성하기 위한 진동 주파수의 위상을 계략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 각 탐촉자의 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 보강간섭에 의한 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 상쇄간섭에 의한 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유도 초음파를 생성하기 위한 진동 주파수의 위상을 계략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 각 탐촉자의 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 보강간섭에 의한 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 상쇄간섭에 의한 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템의 구성도이다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 다른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템은 초음파 발생부(100), 신호 감지부(300), 및 탐촉자 제어부(500)를 포함할 수 있다.
초음파 발생부(100)는 복수의 탐촉자로부터 배관의 원주 방향으로 진동 주파수를 발생시켜 상기 배관의 양방향으로 진행하는 유도 초음파를 생성할 수 있다.
신호 감지부(300)는 간섭물에 의해 반사된 상기 유도 초음파를 감지할 수 있다.
탐촉자 제어부(500)는 상기 각각의 탐촉자의 간격 제어를 통해 유도 초음파의 생성 간격을 변경하여 양방향 유도 초음파를 단방향 유도 초음파로 제어할 수 있다.
여기서, 상기 탐촉자 제어부(500)는 각각의 탐촉자로부터 발생된 진동 주파수를 상기 배관의 일측 방향에 대하여 보강간섭으로 증폭하고, 타측 방향에 대하여 상쇄간섭으로 상쇄시킬 수 있다.
또한, 탐촉자 제어부(500)는 상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자에서 발생되는 진동 주파수의 위상을 상기 배관의 일측 방향에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향 중 어느 하나로 출력할 수 있다.
또한, 상기 탐촉자 제어부(500)는 상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자에서 발생되는 진동 주파수의 진폭으로 진동 주파수의 보강간섭 및 상쇄간섭 중 어느 하나를 발생시키되, 상기 탐촉자가 홀수개면 상쇄간섭을 위한 진동 주파수의 진폭을 보강간섭보다 크게 발생시킬 수 있다.
여기서, 탐촉자는 링 형태의 탐촉자일 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 유도 초음파를 생성하기 위한 진동 주파수의 위상을 계략적으로 나타낸 도이다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 유도 초음파를 생성하기 위한 진동 주파수의 위상은 각각의 탐촉자마다 다를 수 있으며, 유도 초음파 중 T(0, 1) 모드의 비틀림 모드를 생성하기 위해 해닝 윈도우된 입사 신호(u(t))는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
수학식 1에서, f는 진동 주파수이고, t는 시간이며, N은 초음파의 사이클 수이다. 즉, 유도 초음파의 비틀림 모드 T(0, 1)는 각 탐촉자로부터 발생된 진동 주파수의 위상 변화 또는 시간 지연에 의해 형성될 수 있다. 이때, 각 탐촉자의 간격으로 비틀림 모드를 생성하기 위한 조건은 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
수학식 2에서, 지연 시간은 링 간격에 따라 달라지므로, 각 탐촉자의 진동 주파수를 시간으로 조절하면 처음 발생된 진동 주파수와 이후 발생된 진동 주파수의 위상이 겹치거나 틀어져 이로 인한 진동 주파수의 보강간섭 및 상쇄간섭이 성립하게 된다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 탐촉자로부터 발생된 진동 주파수와 보강간섭 및 상쇄간섭에 의한 진동 주파수를 측정한 그래프를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 각 탐촉자의 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 각 탐촉자의 진동 주파수는 제1열 탐촉자(10), 제2열 탐촉자(20), 및 제3열 탐촉자(30)로부터 발생된 진동 주파수를 나타내고, 각 탐촉자의 간격에 따른 지연시간으로 인한 사인파 함수이다.
여기서, 일 실시예에 따른 제1열 탐촉자(10)와 제3열 탐촉자(30)는 일측 방향에 대하여 진동 주파수의 위상이 시계방향으로 발생되고, 제2열 탐촉자(20)는 진동 주파수의 위상이 반시계 방향으로 발생될 수 있다. 이에 따라, 일측 방향의 유도 초음파는 보강간섭이 되고, 타측 방향의 유도 초음파는 상쇄간섭이 되어 단방향 유도 초음파를 생성할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 보강간섭에 의한 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 4에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 보강간섭에 의한 진동 주파수는 제1열 탐촉자(10), 제2열 탐촉자(20), 및 제3열 탐촉자(30)의 진동 주파수의 위상이 겹쳐짐에 따라 일측 방향으로 유도 초음파가 생성될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 상쇄간섭에 의한 진동 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 5에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 상쇄간섭에 의한 진동 주파수는 제1열 탐촉자(10), 제2열 탐촉자(20), 및 제3열 탐촉자(30)로부터 발생된 진동 주파수의 위상이 달라짐에 따라 서로 상쇄되어 타측 방향의 유도 초음파를 상쇄시킬 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 방법은 초음파 발생 단계(S100), 신호 감지 단계(S300), 펄스 제어 단계(S500), 및 탐촉자 제어 단계(S700)를 포함할 수 있다.
초음파 발생 단계(S100)는 복수의 탐촉자로부터 배관의 원주 방향으로 진동 주파수를 발생시켜 상기 배관의 양방향으로 진행하는 유도 초음파가 생성될 수 있다.
신호 감지 단계(S300)는 간섭물에 의해 반사된 유도 초음파가 감지될 수 있다.
펄스 제어 단계(S500)는 상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자의 진동 주파수의 위상이 상기 배관의 일측 방향에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향 중 어느 하나로 출력될 수 있다.
탐촉자 제어 단계(S700)는 상기 각각의 탐촉자의 간격 제어를 통해 진동 주파수의 발생시간을 변경하여 각각의 탐촉자로부터 발생된 진동 주파수를 상기 배관의 일측 방향에 대하여 보강간섭으로 증폭하고, 타측 방향에 대하여 상쇄간섭으로 상쇄시켜 상기 배관의 양방향 유도 초음파가 단방향 유도 초음파로 제어될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
100: 초음파 발생부
300: 신호 감지부
500: 탐촉자 제어부
10: 제1열 탐촉자 20: 제2열 탐촉자
30: 제3열 탐촉자
500: 탐촉자 제어부
10: 제1열 탐촉자 20: 제2열 탐촉자
30: 제3열 탐촉자
Claims (5)
- 복수의 탐촉자로부터 배관의 원주 방향으로 진동 주파수를 발생시켜 상기 배관의 양방향으로 진행하는 유도 초음파를 생성하는 초음파 발생부;
간섭물에 의해 반사된 상기 유도 초음파를 감지하는 신호 감지부; 및
상기 각각의 탐촉자의 간격 제어를 통해 유도 초음파의 생성 간격을 변경하여 양방향 유도 초음파를 단방향 유도 초음파로 제어하는 탐촉자 제어부를 포함하는 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 탐촉자 제어부는 각각의 탐촉자로부터 발생된 진동 주파수를 상기 배관의 일측 방향에 대하여 보강간섭으로 증폭하고, 타측 방향에 대하여 상쇄간섭으로 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 탐촉자 제어부는 상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자에서 발생되는 진동 주파수의 위상을 상기 배관의 일측 방향에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향 중 어느 하나로 출력하는 것을 특징으로 하는 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 탐촉자 제어부는 상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자에서 발생되는 진동 주파수의 진폭으로 진동 주파수의 보강간섭 및 상쇄간섭 중 어느 하나를 발생시키되, 상기 탐촉자가 홀수개면 상쇄간섭을 위한 진동 주파수의 진폭을 보강간섭보다 크게 발생시키는 것을 특징으로 하는 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 시스템.
- 복수의 탐촉자로부터 배관의 원주 방향으로 진동 주파수를 발생시켜 상기 배관의 양방향으로 진행하는 유도 초음파가 생성되는 초음파 발생 단계;
간섭물에 의해 반사된 상기 유도 초음파가 감지되는 신호 감지 단계;
상기 탐촉자의 개수에 따라 각각의 탐촉자의 진동 주파수의 위상이 상기 배관의 일측 방향에 대하여 시계 방향 및 반시계 방향 중 어느 하나로 출력되는 펄스 제어 단계;
상기 각각의 탐촉자의 간격 제어를 통해 진동 주파수의 발생시간을 변경하여 각각의 탐촉자로부터 발생된 진동 주파수를 상기 배관의 일측 방향에 대하여 보강간섭으로 증폭하고, 타측 방향에 대하여 상쇄간섭으로 상쇄시켜 상기 배관의 양방향 유도 초음파가 단방향 유도 초음파로 제어되는 탐촉자 제어 단계를 포함하는 탐촉자를 이용한 유도 초음파의 전파 방향 제어 방법.
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KR100966543B1 (ko) | 2002-12-24 | 2010-06-29 | 주식회사 포스코 | 유도 초음파를 이용한 배관 내부 침적층 평가 장치 |
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