KR20230152038A - 충격 측정을 위한 개선된 지지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 테스팅 챔버, 충격기, 센서 시스템, 및 지지 시스템을 포함하는 충격 여기 측정 시스템에 관한 것으로서, 충격기는 상기 미리 결정된 높이에서 지지 시스템에 의해서 지지되는 테스트 단편에 충격을 제공하도록 구성되고, 센서 시스템은 충격기에 의해서 상기 테스트 단편에 제공되는 충격에 대한 테스트 단편의 진동 응답을 획득하도록 구성되며, 지지 시스템은 테스팅 챔버 내에서 미리 결정된 높이에서 고체 테스트 단편을 지지하도록 구성되며, 지지 시스템은, 충격기의 열팽창 계수와 본질적으로 동일한 열팽창 계수를 포함하는 지지 바아의 세트를 포함하고, 지지 바아의 세트는 지지 단부를 각각 갖는 적어도 3개의 지지 바아를 포함하고, 3개의 지지 단부는 비-공선적으로 배치된다.
Description
본 발명은 충격 여기 기술(impact excitation technique)을 이용하여 고체 테스트 단편에서 측정을 수행하기 위한 비-파괴 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 상이한 온도들에서 테스트 단편에 대해서 테스트를 수행하는 데 있어서 유용하다. 이러한 측정은 고체 내의 결함 및 이상을 검출하기 위한 그리고 E-계수, G-계수, 푸아송 상수(Poisson's constant) 및 댐핑 매개변수를 특성화하는 데 유용하다.
고체의 테스팅이 많은 방식으로 이루어 질 수 있다. 제1 테스트는 일반적으로, 고체가 올바른 크기 및 형상을 갖는지를 확인하기 위한 그리고 표면 결함을 체크하기 위한 시각적 검사로 구성된다. 그러나, 많은 경우에, 고체의 특성은 볼 수 없는 내부 구조에 따라 크게 달라진다. 예를 들어, 금속 및 합금의 강도는 벌크 결함의 특정 유형 및 양에 따라 크게 달라진다. 이러한 결함은 작을 수 있고 클 수 있으며, 자연적인 원인으로 인해서, 생산 방식으로 인해서, 마모 및 파열로 인해서, 사고로 인해서, 그리고 기타 등등으로 인해서 발생될 수 있다.
결함이 어떻게 발생되는 지에 따라, 일부 경우에 그 결함과 관련하여 고체의 상태를 아는 것이 중요하다. 결함에 대해서 고체를 분석하기 위해서, 고체의 테스트 단편에서 침습적 방법 또는 비-침습적 방법을 이용할 수 있다. 그에 의해서, 비-침습적 방법은, 테스트 단편을 파괴하거나 변경하지 않으면서, 분석할 수 있게 한다. 따라서, 비-침습적 방법은 일반적으로 추후에 여전히 사용될 필요가 있거나 추가적인 테스트(자체적으로 침습적 또는 비-침습적일 수 있다)를 할 필요가 있는 테스트 단편에서 사용된다.
고체에 대한 하나의 유형의 비-침습적 테스팅 방법은 테스트 단편을 분석하기 위해서 진동을 이용한다. 그에 의해서, 테스트 단편에 제어된 진동이 가해지고, 이러한 진동은 고체를 통해서 전파될 수 있고, 그에 의해서 전달, 반사 또는 흡수될 수 있다. 제어된 진동은 충격 여기 기술(IET)로 도입될 수 있고, 그에 의해서 테스트 단편은 충격 하에서 실질적으로 방해 없이 진동될 수 있도록 하는 방식으로 배치된다. 임펄스 여기 기술에서, 테스트 단편의 재료 특성은 이어서 지정된 툴 또는 발사체로 샘플에 충격을 가하는 것, 그리고 압전 센서, 마이크로폰, 레이저 진동계 또는 가속도계와 같은 진동 신호 측정 센서로 픽업될(picked up) 때의 결과적인 진동을 분석하는 것에 의해서 결정된다. 고체를 통한 진동은 소리 또는 음파로도 지칭되고, 측정은 또한 음향 측정으로도 지칭된다. 본원의 맥락에서, 진동 신호 측정 센서는 또한 "음향 센서"로 지칭된다.
소리를 이용하여 고체를 테스트하기 위한 장치가 국제 출원 WO 2019/020825 A1에 설명되어 있다. 이러한 문헌은 고체 재료 샘플의 기계적 진동 응답을 분석하기 위한 장치를 개시하고, 이러한 장치는: 상기 고체 재료 샘플의 표면 상의 각각의 잘-규정된 지점(well-defined point)에 충격을 부여하도록 배열된 충격기의 어레이; 상기 적어도 하나의 충격기의 충격 후에, 상기 기계적 진동 응답을 시간-변동 신호로서 캡쳐하도록 구성된 센서; 및 상기 시간-변동 신호를 분석하여, 상기 시간-변동 신호를 구성하는 정현파(sinusoid)의 주파수 및 붕괴 상수를 결정하도록 구성된 프로세싱 수단을 포함한다. 본 발명은 또한 고체 재료 샘플을 특성화하는 상응 방법에 관한 것이다.
진동 여기에 대한 고체 테스트 단편의 응답의 분석은 일반적으로 이하의 매개변수 중 하나 이상, 그리고 바람직하게 전부의 추출을 포함한다:
- 테스트 단편의 인장 탄성을 나타내는, 영률(E);
- 전단 응력에 대한 테스트 단편의 응답을 나타내는, 전단 계수(G);
- 인가된 단축 응력에 수직인 방향을 따른 테스트 단편의 변형을 나타내는 푸아송 비(υ);
- 내부 마찰에 의해서 유발된 신호의 댐핑 또는 감쇠.
이러한 특성은 일반적으로 진동 여기의 주파수 또는 주파수 범위에 따라 달라진다. 그에 의해서, 테스트 단편은, 테스트 단편의 상이한 진동 모드들에 따라 달라지는 많은 수의 공진 주파수를 가질 수 있다. 중요 모드는 여기에서 굽힘 모드 및 비틀림 모드이다. 이러한 공진 주파수에서의 매개변수 값은 테스트 단편의 상태를 설명하기 위한 중요한 숫자이다.
많은 적용예에서, 예를 들어 기계 내에서, 고체 구성요소들은 상이한 온도들에서 사용된다. 그에 의해서, 동작 온도는 급격하게 및/또는 넓은 온도 범위에 걸쳐 변동될 수 있다. 예를 들어, 차량 내의 브레이크 디스크는 동작 중에 (기본적으로 몇 초 내에 주변 온도로부터 500℃ 초과 까지) 상당히 그리고 빨리 가열될 수 있다. 다른 예로서 비행기의 제트용 등유 분사 노즐이 있는데, 이러한 노즐은 동작 중에 최대 1500℃ 초과까지 가열될 수 있다. 이러한 고온의 범위는 구성요소의 재료 특성, 그리고 특히 전술한 영률, 전단 계수, 및 푸아송 비와 같은 탄성적 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 평균적인 내부 결합의 약화로 인해서 고체가 고온에서 더 유연해 질 것으로 일반적으로 예상되고, 이는 기본적으로 온도 증가에 따라 E 및 G가 점진적으로 감소될 것으로 예상된다는 것을 의미한다.
상이한 온도들에서, 고체 구성요소들은 상이한 재료 특성들을 가질 수 있다. 이는 구성요소의 기능에 영향을 미칠 수 있다. 어떠한 온도 또는 온도 범위에서 구성요소가 정상적인 또는 의도된 기능을 하지 못하는지를 파악하는 것이 중요하다. 이는 재료의 벌크 특성, 온도 변화에 의해서 유도될 수 있는 결함, 고온에서 더 중요해 질 수 있는 결함, 구성요소의 상이한 부분들의 팽창 가변성 등에 기인할 수 있다. 구성요소의 재료 특성의 온도-의존성의 구체적인 예는 다음과 같다:
- 탄성 특성의 전반적인 변화로서, 이는 구성요소의 강성을 저하시키고, 그에 의해서 그 적절한 기능을 방해하고, 예를 들어 브레이크 디스크가 고온에서 너무 탄성적이 되어 적절한 제동을 하지 못하게 할 수 있고,
- 특정 온도에서의 또는 특정 온도 범위 내에서의 상 변환이 구성요소의 재료 특성을 심각하게 변화시킬 수 있고,
- 화학적 반응이 마찬가지로 구성요소의 재료 특성을 변경할 수 있고,
- 예를 들어 잘못된 생산 방법으로 인해서, 예를 들어 합금 내에서, 화학양론적으로 상이한 상의 석출물이 재료 내에 존재할 수 있고, 상이한 온도-의존성 팽창을 가지는 재료들 사이의 내부 재료 경계를 초래할 수 있다. 분명하게, 이는 심각한 문제로 이어질 수 있고,
- 라미네이트 또는 다른 층상형 구성요소로서, 그에 의해서 상승된 온도에서 하나의 층과 다음 층의 접착이 저하될 수 있다.
의도된 동작의 상이한 온도들에서 및/또는 전체 온도 범위 전반을 통해서 고체 구성요소의 적절한 기능에 대해서 테스트하기 위해서, 테스트 단편의 재료 특성을 상이한 온도들에서 측정할 필요가 있다. 그에 의해서, 테스트 단편은 예를 들어 전체 구성요소, 구성요소의 일부, 또는 구성요소의 동일한 재료의 단편일 수 있다. 테스팅은 바람직하게, 적어도 온도를 제어할 수 있는 제어된 환경에서 수행된다. 이어서, 상이한 온도들에서, 재료 특성을 측정한다.
발명자는, -50℃로부터 2000℃ 초과로 걸쳐 질 수 있는 넓은 온도 범위에 걸쳐 테스트 단편의 재료 특성을 측정하는 것이 실무적으로 매우 어려울 수 있다는 것을 발견하였다. 그러한 온도 범위에 대해서 온도 제어된 환경을 생성하는 것은 일반적으로 많은 수의 진동-생성 구성요소를 포함할 수 있는 오븐을 필요로 한다. 분명하게, 오븐에 의해서 생성되는 배경 진동이 측정 프로세스를 방해할 수 있다. 이러한 배경 진동은 일반적으로 고온에서 더 심해 진다. 또한, 일부 재료 특성(예를 들어, E 및 G)이 온도 증가에 따라 감소되는 것으로 예상될 수 있기 때문에, 신호가 또한 감소될 것이다. 이러한 2가지 효과 모두는 고온에서 더 작은 신호-대-노이즈비(signal-to-noise (STN) ratio)를 초래할 것이다.
국제 출원 WO 2020/254698 A1은 고온에서 테스트 단편의 재료 특성을 음향 측정하는 방법을 개시하며, 이러한 방법은: a. 테스트 단편을 테스팅 온도 범위 내로 가열하는 단계; b. 교정 기간 내에서 테스트 단편으로부터 진동 신호를 캡쳐 하는 것에 의해서 상기 테스팅 온도 범위 내에서 배경 측정을 수행하는 단계로서, 그에 의해서 노이즈 신호를 획득하는, 단계; c. c1. 진동 여기를 테스트 단편에 부여하는 것; c2. 테스팅 기간 내에 테스트 단편의 진동 신호를 캡쳐하여 상기 진동 여기에 대한 진동 응답 신호를 획득하는 것에 의해서, 상기 테스팅 온도 범위 내에서 그리고 테스팅 기간 내에 상기 테스트 단편에서 음향 측정을 수행하는 단계; 그리고 d. 진동 응답 신호를 분석하고, 그에 의해서 노이즈 신호를 고려함으로써 테스트 단편의 재료 특성을 획득하는 단계를 포함한다. 이러한 문헌은 또한 고온에서 테스트 단편의 재료 특성을 음향 측정하기 위한 시스템을 개시한다.
비록 전술한 종래 기술의 문헌이 상이한 온도들에서 충격에 대한 음향 응답을 획득하기 위한 방법 및 시스템을 개시하지만, 본 발명자는 특히 상이한 온도들에서 수행되는 테스트의 정확도가 여전히 개선될 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명은 고온에서의 테스트 단편의 음향 측정에서 STN 비율이 악화되는 문제를 해결하는 것, 그리고 임의의 온도에서 더 정확한 댐핑 측정 결과를 획득하는 것을 목표로 한다. 또한, 본 발명은 테스팅 챔버 내에서 테스트 단편을 지지하기 위한 신규한 그리고 혁신적인 지지 시스템을 제공하며, 이러한 지지 시스템은 테스트 단편을 상이한 온도들에서 안정적으로 그리고 오류-감소 방식으로 지지할 수 있다.
본 발명은 테스팅 챔버, 충격기, 센서 시스템, 및 지지 시스템을 포함하는 충격 여기 측정 시스템에 관한 것이다. 테스팅 챔버는 바람직하게, 챔버 내의 온도를 제어하도록 구성된 온도 제어 시스템을 포함하는 가열 챔버이다. 지지 시스템은 테스팅 챔버 내에서 미리 결정된 높이에서 고체 테스트 단편을 지지하도록 구성된다. 충격기는 상기 미리 결정된 높이에서 지지 시스템에 의해서 지지되는 테스트 단편에 충격을 제공하도록 구성된다. 센서 시스템은 충격기에 의해서 테스트 단편에 제공되는 충격에 대한 테스트 단편의 진동 응답을 획득하도록 구성된다.
본 발명자는, 기존 지지 시스템으로 얻어진 측정의 정확도가 개선될 수 있다는 것을 발견하였다. 그에 의해서, 본 발명자는, 정확도가 온도에 따라 달라 질 수 있다는 것을 확인하였고, 지지 시스템의 열팽창이 정확한 측정을 회득하는데 있어서 중요한 역할을 한다는 것을 발견하였다. 이러한 효과는, 측정이 수행되는 온도 간격이 큰 경우에, 특히 현저하다. 따라서, 본 발명의 시스템의 지지 시스템은, 열적으로 안정적인 재료로 제조되고 바람직하게 열적으로 안정적인 재료로 전체적으로 구성되는, 지지 바아(support bar)의 세트를 포함한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 지지 바아는 충격기와 동일한 재료로 제조되고, 바람직하게는 그러한 재료로 본질적으로 전체적으로 구성된다. 또한 부가적으로 또는 대안적으로, 지지 바아는, 충격기의 열팽창 계수와 본질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는다.
"열적으로 안정적인 재료"라는 용어는 큰 온도 간격에 걸쳐 매우 작은 열팽창을 갖는 재료를 지칭한다. 바람직하게, 재료는 30.0 x 10-6 K-1 이하, 더 바람직하게 20.0 x 10-6 K-1 이하, 보다 더 바람직하게 10.0 x 10-6 K-1 이하, 보다 더 바람직하게 9.0 x 10-6 K-1 이하, 또한 더 바람직하게 8.0 x 10-6 K-1 이하, 보다 더 바람직하게 7.0 x 10-6 K-1 이하, 보다 더 바람직하게 6.0 x 10-6 K-1 이하, 또한 보다 더 바람직하게 5.0 x 10-6 K-1 이하, 또한 보다 더 바람직하게 4.0 x 10-6 K-1 이하, 가장 바람직하게 3.0 x 10-6 K-1 이하의 선형 팽창 계수를 포함한다. 바람직하게, 재료는 측정이 수행되는 온도 간격의 전체 범위에 걸쳐 그러한 작은 열팽창을 포함한다.
지지 바아의 열팽창 계수는 본질적으로 충격기의 열팽창 계수와 동일할 수 있다. "본질적으로 동일하다"라는 용어는 그에 의해서 일반적으로 충격기의 열팽창 계수의 25% 이하, 더 바람직하게 20% 이하, 보다 더 바람직하게 15% 이하, 보다 더 바람직하게 10% 이하, 또한 더 바람직하게 5% 이하, 예를 들어 5%, 4%, 3%, 2%, 1% 또는 그 미만의 비교적 작은 차이만을 가지는 동일한 열팽창 계수를 지칭한다.
지지 바아는 바람직하게 지지 단부를 포함하고, 이러한 지지 단부 상에서 단편이 지지될 수 있고, 상기 지지 단부는 점-유사 형상을 포함한다. 지지 단부의 점-유사 형상은, 지지 단부와 테스트 단편 사이의 접촉 표면이 작도록, 바람직하게 2 mm2 보다 작도록, 더 바람직하게 1.5 mm2 보다 작도록, 보다 더 바람직하게 약 1 mm2 또는 그보다 작도록 보장한다. 예를 들어, 지지 단부는 바람직하게, 높이(h)가 3 mm 이하, 바람직하게 2 mm 내지 3 mm이고 캡의 기부에서의 반경(a)이 0.5 mm 이하인 구형 캡의 형태를 가지는 점-유사 형상을 포함할 수 있다.
지지 바아의 세트는 지지 단부를 각각 가지는 적어도 3개의 지지 바아를 포함하고, 이러한 3개의 지지 단부는 비-공선적으로(non-collinearly) 배치된다. 3개의 비-공선적 지지 점들은 안정적인 지지로 이어지는 경향을 갖는다. 사실상, 바람직한 실시형태에서, 지지 바아의 세트는 정확히 3개의 지지 바아를 포함한다. 다른 바람직한 실시형태에서, 지지 바아의 세트는 정확히 4개의 지지 바아를 포함하고, 그 중 적어도 3개는 비-공선적으로 배치된 지지 단부를 포함한다. 그에 의해서, 3개의 비-공선적 지지 지점은 바람직하게, 테스트가 위에서 지지될 수 있는 본질적으로 수평인 지지 평면을 형성한다. 이는, 테스트 단편이 본질적으로 편평한 기부 표면을 포함하는 경우에 특히 바람직하다. 여기에서, 테스트 단편이 일반적으로 빔-유사 형상(beam-like shape)을 포함할 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
본 발명은 또한 여기에서 앞서서 그리고 또한 이러한 문헌에서 설명된 바와 같은 충격 여기 측정 시스템 및 적어도 하나의 테스트 단편을 포함하는 키트에 관한 것으로서, 테스트 단편은 기부 표면을 포함하고, 기부 표면은 적어도 3개의 비-공선적 오목부(depression)의 세트를 포함하며, 그에 의해서 적어도 3개의 비-공선적 오목부는 적어도 3개의 지지 바아의 비-공선적 지지 단부에 상응하게 배치된다. 바람직하게, 오목부는, 테스트 단편의 미리 결정된 진동 모드를 위해서 테스트 단편의 노드(node)에 각각 배치된다.
본 발명은 또한 바람직하게 하나 이상의 온도에서 테스트 단편의 재료 특성을 음향 측정하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법은:
a. 테스트 단편을 본 발명에 따른 시스템의 테스팅 챔버 내의 지지 시스템 상에 배치하고, 바람직하게 테스트 단편을 테스팅 온도 범위까지 가열하는 단계;
b. 교정 기간 내에 진동 신호를 테스트 단편으로부터 캡쳐하는 것에 의해서, 바람직하게 테스팅 온도 범위 내에서, 바람직하게 배경 측정을 수행하고, 그에 의해서 노이즈 신호를 획득하는 단계;
c. c1. 진동 여기를 테스트 단편에 부여하는 것; c2. 테스팅 기간 내에 테스트 단편의 진동 신호를 캡쳐하여 상기 진동 여기에 대한 진동 응답 신호를 획득하는 것에 의해서, 테스팅 기간 내에, 바람직하게 상기 테스팅 온도 범위 내에서 상기 테스트 단편에서 음향 측정을 수행하는 단계; 및
d. 진동 응답 신호를 분석하고, 그에 의해서 바람직하게 노이즈 신호를 고려함으로써 테스트 단편의 재료 특성을 획득하는 단계를 포함한다.
도 1은 구형 캡을 설명하기 위한 명명 규정을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 빔-형상의 테스트 단편의 진동 노드의 노드 위치를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른, 상이한 온도들에서 음향 응답을 측정하기 위한 그리고 이러한 측정으로부터 재료 특성을 획득하기 위한 방법을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 빔-형상의 테스트 단편의 진동 노드의 노드 위치를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른, 상이한 온도들에서 음향 응답을 측정하기 위한 그리고 이러한 측정으로부터 재료 특성을 획득하기 위한 방법을 도시한다.
본 발명은 앞서서 그리고 또한 이러한 문헌에서 설명된 바와 같은 충격 여기 측정 시스템, 이러한 충격 여기 측정 시스템 및 적어도 하나의 테스트 단편을 포함하는 키트, 그리고 앞서서 그리고 또한 이러한 문헌에서 설명된 바와 같은 테스트 단편의 재료 특성을 음향 측정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 시스템 또는 방법을 이용하여 수행될 수 있는 측정은 바람직하게 하한선 및 상한선을 포함하는 온도 간격에 걸쳐 수행된다. 이러한 온도 간격은 바람직하게 50℃ 이하의 하한선, 더 바람직하게 30℃ 이하의 하한선, 보다 더 바람직하게 20℃ 이하의 하한선, 보다 더 바람직하게 0℃ 이하의 하한선, 또한 더 바람직하게 -18℃ 이하의 하한선, 보다 더 바람직하게 -80℃ 이하의 하한선을 포함한다. 온도 간격의 특히 바람직한 하한선은 상온이다. 온도 간격은 바람직하게 적어도 20℃, 더 바람직하게 적어도 50℃, 보다 더 바람직하게 적어도 100℃, 보다 더 바람직하게 적어도 200℃, 보다 더 바람직하게 적어도 400℃, 또한 보다 더 바람직하게 적어도 600℃, 또한 보다 더 바람직하게 적어도 800℃, 또한 보다 더 바람직하게 적어도 1000℃ 또는 그 초과, 예를 들어 1100℃, 1200℃, 1300℃, 1400℃, 1500℃, 및 이들 사이의 임의의 값 또는 그 초과의 상한선을 포함한다. 지지 바아의 재료는 바람직하게 온도 간격에 걸쳐 열적으로 안정적이다. 가능하게는 -80℃ 내지 1500℃의 큰 온도 간격에서, 지지 바아는 바람직하게 세라믹 재료 또는 유리-유사 재료, 예를 들어 유리, 보로실리케이트, 보로실리케이트 유리 매트릭스 내의 플로오르플로고파이트 미카(fluorphlogopite mica)(예를 들어, 46 중량% 실리카(SiO2), 17 중량% 마그네슘 산화물(MgO), 16 중량% 알루미늄 산화물(Al2O3), 10 중량% 칼륨 산화물(K2O), 7 중량% 삼산화붕소(B2O3), 4 중량% 불소(F)를 포함하는 Macor®), 석영, 융합 석영, 규소 탄화물, 규소, 결정질 유리-세라믹(예를 들어, Sitall), 리튬-알루미노실리케이트 유리-세라믹(예를 들어, Zerodur®)로 제조된다.
바람직하게, 테스트 단편은 미리 규정된 형상 및/또는 미리 규정된 크기를 포함한다. 이는, 동일한 지지 시스템을 이용하여 동일한 미리 규정된 형상 및/또는 크기의 상이한 테스트 단편들을 측정할 수 있게 함에 따라, 측정을 더 용이하게 수행할 수 있게 한다.
바람직하게, 충격기는 기계적 충격기이거나, 적어도 기계적 충격기를 포함한다. 기계적 충격기는, 예를 들어 기계적 또는 전기기계적과 같은, 다양한 방식으로 작동될 수 있다. 기계적 시스템이 넓은 온도 범위에 걸쳐 이용될 수 있는 경향을 가짐에 따라, 기계적 충격기가 바람직할 수 있다.
바람직하게, 오목부는, 테스트 단편의 미리 결정된 진동 모드를 위해서 테스트 단편의 노드에 각각 배치된다. 그에 의해서, 바람직하게 지지 시스템은 지지 단부를 갖는 지지 바아를 포함하고, 이러한 지지 단부의 위치는 테스트 단편 내의 오목부의 위치에 상응하고, 다시 말해서 지지 단부의 위치는 바람직하게 테스트 단편의 진동 모드의 노드의 위치에 상응한다.
"바늘"로도 지칭될 수 있는, 점-유사 형상의 지지 점을 갖는 3개 이상의 지지 바아의 이용은 지지에 의해서 유발되는 댐핑을 크게 감소시킨다. 따라서, 테스트되는 샘플 내의 내부 마찰에 의해서만 유발되고 본질적으로 지지 시스템 내에서 기원하는 외부 마찰에 의해서 방해 받지 않는 감쇠에 관한 정확한 측정이 이루어질 수 있다. 이러한 것으로 인해서, 본 발명은 매우 기본적인, 심지어 수동적인 여기, 상온 임펄스 여기 측정, 또는 임의의 이용 가능 온도에서도 매우 유용하게 된다.
이러한 것이 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 도 2a는 빔-형상의 테스트 단편 상의 굽힘 모드의 2개의 노드(쇄선)의 위치를 도시한다. 이는, 충격이 테스트 단편에 주어질 때, 바람직하게 충격이 굽힘 모드의 안티노드(antinode)의 위치에서 제공될 때, 테스트 단편이 주로 이러한 굽힘 모드에 따라 진동할 수 있다는 것을 의미한다. 그에 의해서, 노드 위치에서의 굽힘 모드 진동의 진폭은 테스트 단편의 질량-중심 프레임에서 사라지거나 적어도 매우 작다. 이는, 테스트 단편이 노드의 위치에서 지지되는 경우, 테스트 단편이 전체 테스트 중에 지지될 것임을 의미한다. 지지가 무작위적인 위치에 배치되는 경우, 테스트 단편은, 지지 위치에서의 0이 아닌 진동의 진폭으로 인해서, 지지 점으로부터 점프하는 경향을 가질 수 있다. 또한, 지지 단부를 굽힘 모드의 노드에 배치하는 것은 또한, 굽힘 모드 진동이 다른 모드보다 훨씬 덜 댐핑되도록(본질적으로 댐핑되지 않도록) 보장하고, 그에 따라 굽힘 모드 진동 응답에 대한 신호-대-노이즈비를 증가시킬 수 있게 한다. 이는 또한 굽힘 모드 댐핑의 매우 정확한 측정을 초래한다. 본 발명은 지지 바아의 세트를 포함하는 지지 시스템에 관한 것이다. 도 2a에서, 지지 시스템은 지지 판(204)에 고정될 수 있는 정확히 3개의 지지 바아(201, 202, 203)를 포함하고, 각각의 지지 바아는 테스트 단편(205)과 접촉되고 상기 테스트 단편을 지지하는 지지 단부를 포함한다. 2개의 지지 바아(201, 202)의 지지 단부는 테스트 단편을 제1 노드(206)에서 지지하는 한편, 제3 지지 바아(203)의 지지 단부는 테스트 단편을 제2 노드(207)에서 지지한다. 굽힘 모드에서, 이는, 3개의 지지 단부가 비-공선적으로 배치되고 그에 의해서 테스트 단편을 위한 안정적인 지지 평면을 형성한다는 것을 의미한다. 이러한 굽힘 진동 모드의 고유 주파수(ff)는 샘플의 동적 영률(E)을 나타낸다. 질량(m), 길이(L), 폭(b), 및 두께(t)를 갖는 도시된 빔에서, 이하의 관계식을 이용할 수 있고:
보정 인자(T)는 다음과 같이 규정된다
도 2b는 빔-형상의 테스트 단편 상의 비틀림 모드의 2개의 노드(쇄선)의 위치를 도시한다. 이는, 충격이 테스트 단편에 주어질 때, 바람직하게 충격이 비틀림 모드의 안티노드의 위치에서 제공될 때, 테스트 단편이 주로 이러한 비틀림 모드에 따라 진동할 수 있다는 것을 의미한다. 그에 의해서, 노드 위치에서의 비틀림 모드 진동의 진폭은 테스트 단편의 질량-중심 프레임에서 사라지거나 적어도 매우 작다. 이는, 테스트 단편이 노드의 위치에서 지지되는 경우, 테스트 단편이 전체 테스트 중에 지지될 것임을 의미한다. 지지가 무작위적인 위치에 배치되는 경우, 테스트 단편은, 지지 위치에서의 0이 아닌 진동의 진폭으로 인해서, 지지 점으로부터 점프하는 경향을 가질 수 있다. 또한, 지지 단부를 비틀림 모드의 노드에 배치하는 것은 또한, 비틀림 모드 진동이 다른 모드보다 훨씬 덜 댐핑되도록(본질적으로 댐핑되지 않도록) 보장하고, 그에 따라 비틀림 모드 진동 응답에 대한 신호-대-노이즈비를 증가시킬 수 있게 하고 이러한 모드의 댐핑의 매우 정확한 측정을 초래한다. 본 발명은 지지 바아의 세트를 포함하는 지지 시스템에 관한 것이다. 도 2b에서, 지지 시스템은 지지 판(214)에 고정될 수 있는 정확히 4개의 지지 바아(210, 211, 212, 213)를 포함하고, 각각의 지지 바아는 테스트 단편(205)과 접촉되고 상기 테스트 단편을 지지하는 지지 단부를 포함한다. 2개의 지지 바아(210, 213)의 지지 단부는 테스트 단편을 제1 노드(216)에서 지지하는 한편, 제3 및 제4 지지 바아(211, 212)의 지지 단부는 테스트 단편을 제2 노드(217)에서 지지한다. 비틀림 모드에서, 이는, 3개의 지지 단부의 각각의 하위-세트(subset)가 비-공선적으로 배치된다는 것을 의미한다. 일반적으로 정확히 3개의 비-공선적으로 배치된 지지 단부가, 자동적으로 그리고 명확하게 지지 평면을 규정하기 때문에, 바람직할 수 있는 반면, 부가적인 지지 바아가 테스트 단편과 접촉하지 않는 적어도 하나의 지지 단부를 초래할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 그럼에도 불구하고, 도 2b에 도시된 비틀림 모드와 같은 특정 모드에서, 그 노드에 의해서, 4개의 지지 바아를 이용하는 것이 보다 안정적일 수 있다. 이는 일반적으로 테스트 단편의 중간에서 교차되는 노드를 갖는 모드에서 발생된다.
이러한 비틀림 진동 모드의 고유 주파수(ft)는 샘플의 전단 계수를 나타낸다. 질량(m), 길이(L), 폭(b), 및 두께(t)를 갖는 도시된 빔에서, 이하의 관계식을 이용할 수 있고:
보정 인자(R)는 다음과 같이 규정된다
도 3은 본 발명에 따른 시스템을 도시한다. 해당 도면은 가열 챔버 및/또는 테스트 단편을 희망 온도 또는 희망 온도 범위로 가져 갈 수 있는 가열 요소(302, 303, 304, 305, 306)의 세트를 포함하는 가열 챔버(301)를 도시한다. 가열 요소(302, 303)는 가열 챔버 벽에 부착될 수 있고, 예를 들어 고온의 고압 유체와의 열교환에 의해서, 전기 저항 가열에 의해서, 자기 유도에 의해서, 기타 등등에 의해서 가열 챔버 벽에 열을 제공할 수 있다. 이러한 벽-가열 요소의 열은 예를 들어 환기장치(304, 305)에 의해서 가열 챔버 내로 분산될 수 있다. 환기장치(304, 305)는 또한 가열된 공기 또는 스트림과 같은 따뜻한 유체를 가열 챔버에 제공하도록 배열될 수 있다. 가열 요소는 또한 마이크로파 요소(306)와 같은 복사 가열 요소를 포함할 수 있다. 가열 챔버는 바람직하게 가열 챔버 내의 및/또는 테스트 단편의 실제 온도를 측정하기 위한 하나 이상의 온도계를 또한 포함하고, 바람직하게 테스트 단편 및/또는 가열 챔버의 온도를 제어하도록 배열된 제어 회로를 또한 포함한다.
테스트 단편(307)은 지지 바아(308a, 308b, 309)의 세트를 포함하는 지지 구조물에 의해서 매달리고, 이는, 바람직하게 테스트 단편의 진동 노드의 위치에서 지지하는 것에 의해서, 테스트 단편이 가능한 한 자유롭게 진동할 수 있게 한다. 지지 바아는 바람직하게 본질적으로 바늘-형상이고, 바람직하게 테스트 단편과의 작은 접촉 표면을 가지는 비-공선적으로 배치된 지지 단부를 갖는다. 선택적으로, 많은 임펄스 테스트 단편에 주어지는 긴 측정 사이클 중에 샘플이 진동하여 멀리 이동하는 것을 방지하기 위해서, 매우 작은 요홈부(indent)를 샘플 내에 만들 수 있다. 재료의 동적 특성에 영향을 미치지 않게 하기 위해서, 이러한 요홈부는 매우 작아야 하고, 바람직하게 샘플의 질량의 1/100000이어야 한다. 마이크로폰 또는 레이저-간섭계를 포함할 수 있는 음향 센서(310), 또는 다수의 음향 센서가, 바람직하게 잘-규정된 위치에서, 테스트 단편과 접촉될(311) 수 있거나, 도파관을 이용하여 음향 응답을 음향 센서로 안내할 수 있고, 바람직하게 도파관의 일 단부는 가열 챔버 내의 테스트 단편과 근접되거나 그와 직접 접촉되고 타 단부는 바람직하게 가열 챔버의 외부에 위치된다. 후자의 실시형태는 센서를 가열 챔버의 위부에 배치할 수 있게 한다.
바람직한 실시형태에서, 음향 센서는 레이저 간섭계를 포함한다. 레이저 간섭계는 진공에서의 측정에서 특히 유용하고, 무접촉 측정을 가능하게 한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 음향 센서는 초음파 측정 센서 및/또는 비행 시간 센서(time-of-flight sensor) 및/또는 도플러-기반의 센서를 포함할 수 있고; 이들은 예를 들어:
- S-R.Huang, R.M.Lerner, K.J.Parker, "Time domain Doppler estimators of the amplitude of vibrating targets", .J. Acous. Soc. Am., 91(2), 965-974 (1992);
- J.Tapson, "High precision, short range ultrasonic sensing by means of resonance mode-locking", Ultrasonics, 33, 6, 441-444 (1995))에, 그리고
- R.Kazys, R. Sliteris, L. Mazeika, "Ultrasonic technique for Vibration Measurements", Proceedings of the 15th World Conference on Non-Destructive Testing, 15-21 October 2000 in Rome, https://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn246/idn246.htm 에 설명된 바와 같다.
또한 이러한 센서 유형들은 무접촉 측정을 위해서 사용될 수 있다.
실시형태에서, 본 발명의 방법이 수행되고, 여기에서 가열 챔버는 대기압보다 낮은, 바람직하게 0.5 bar 이하, 더 바람직하게 0.2 bar 이하의 압력, 가장 바람직하게 본질적으로 진공 압력을 포함한다. 그에 의해서, 바람직하게 레이저 간섭계를 이용하여 저압에서 0의 압력까지 무접촉 진동 측정을 할 수 있다. 감압으로부터 0의 압력까지의 측정은 주변 노이즈를 댐핑하고, 그에 의해서 신호-대-노이즈비를 증가시킨다.
충격기는 바람직하게 충격기 작동기(313)에 의해 임펄스를 공급 받을 수 있는 탄도 충격기(312)를 포함한다. 탄도 충격기(312)는 바람직하게, 고온을 견딜 수 있고 온도에 따라 특성이 크게 변화되지 않는 세라믹 막대이고, 다시 말해서 충격기는 바람직하게 열적으로 안정적인 세라믹 재료로 본질적으로 구성된다. 이는 충격기 작동기(313)를 이용하여 테스트 단편을 향해서 위쪽으로 발사될 수 있고(314), 충격기 작동기는:
- 탄도 충격기를 바람직하게 수직 방향을 따라 안내하기 위한, 가열 챔버의 하단부를 통한 안내 관(315);
- 바람직하게 수직의 임펄스(317)를 충격기(312)에 부여하도록 배열된 전기기계적으로 동작되는 해머(316)를 포함한다. 해머(316)는 전기 코일(318), 및 코일(318)을 통해서 흐르는 전류에 따라 이동할 수 있는 이동 가능 막대 또는 타격부(bullet)(319)를 포함할 수 있다. 그러한 시스템의 예가 미국 특허 6,782,970 B2에 기재되어 있고, 그에 의해서 본 발명에서, 충격기 작동기의 타격부는 임펄스를, 테스트 단편에 직접적으로 부여하지 않고, 세라믹 충격기(312)에 부여한다. 대안적으로, 압력-구동형 충격기 또는 임펄스를 충격기에 부여하기 위한 압력-구동형 충격 작동기(380)가 사용될 수 있다.
바람직하게, 지지 바아는 충격기 및/또는 안내 관과 동일한 재료로 제조된다. 바람직하게 그에 의해서, 지지 바아는 열적으로 안정적인 세라믹 재료로 본질적으로 구성된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 지지 바아는 충격기 및/또는 안내 관의 열팽창 계수와 본질적으로 동일한 열팽창 계수를 포함한다.
본 발명의 방법의 실시형태에서, 교정 기간 내에 진동 신호를 테스트 단편으로부터 캡쳐하는 것에 의해서 상기 테스팅 온도 범위 내에서 배경 측정을 수행하고, 그에 의해서 노이즈 신호를 획득하는 단계(b)가 바람직하게 수행된다. 진동 응답의 분석을 수행할 때 환경의 배경 노이즈를 고려하는 것은 재료 특성의 보다 양호한 결정으로 이어진다. 또한, 음향 측정과 동일한 테스팅 온도 범위에서 배경 노이즈를 고려함으로써, 본 발명자는 훨씬 더 양호한 진동 응답의 분석을 수행할 수 있다는 것을 발견하였다. 이는, 예를 들어, 상이한 온도 범위들에서 상이하게 각각 거동할 수 있는, 가열 요소, 환기 장치 또는 측정의 수행을 위해서 사용되는 임의의 다른 장비 또는 장비 구성요소로 인해서, 노이즈가 온도 범위에 따라 크게 달라질 수 있기 때문이다.
본 발명자는 또한, 진동 여기를 테스트 단편에 부여하는 것을 제외하고, 음향 측정의 모든 단계의 실행에 의해서 배경 측정이 수행되는 경우에 최적의 결과가 달성된다는 것을 발견하였다. 따라서, 바람직한 실시형태에서, 배경 측정을 수행하는 단계(b)는, 진동 여기를 테스트 단편에 부여하는 단계(c1)를 제외하고, 음향 측정을 수행하는 단계(c)의 모든 단계를 수행하는 것을 포함한다. 이는 전술한 방법뿐만 아니라 본 문헌에서 그리고 청구범위에서 후술되는 방법의 모든 실시형태에도 적용된다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명의 충격 여기 측정 시스템의 테스팅 챔버는 테스트 단편을 테스팅 온도 범위 내로 가져가기 위한 가열 요소를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 충격 여기 측정 시스템은, 진동 여기를 테스팅 챔버 내에 위치된 테스트 단편에 부여할 때 충격기를 작동시키기 위한 충격기 작동기를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 충격 여기 측정 시스템은 테스팅 챔버, 센서 및 충격기와 연결된 제어 시스템을 포함하고, 제어 시스템은:
* 선택적으로 테스팅 챔버에 명령하여 테스트 단편을 테스팅 온도 범위로 가져가도록;
* 테스팅 기간 중에, 충격 시스템에 명령하여, 진동 여기가 충격기에 의해서 가열 챔버 내에 위치된 테스트 단편 상으로 기계적으로 부여되게 충격기 작동기로 충격기를 작동시키도록, 그리고 상기 진동 여기에 대한 진동 응답 신호를 센서로부터 획득하도록,
* 선택적으로 교정 기간 중에, 충격 시스템에 명령하여, 충격기가 가열 챔버 내에 위치된 테스트 단편 상으로 진동 여기를 기계적으로 부여하지 않게 충격기 작동기로 충격기를 작동시키도록, 그리고 노이즈 신호를 센서로부터 획득하도록, 그리고
* 진동 응답 신호를 분석하고, 그에 의해서 바람직하게 노이즈 신호를 고려함으로써 테스트 단편의 재료 특성을 획득하도록 구성된다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 테스트 단편의 열팽창 매개변수를 획득하기 위한 열팽창 측정 방법에 관한 것이다. 이러한 열팽창 측정 방법은:
- 제1 온도에서 적어도 2개의 공진 주파수를 실험 데이터로부터 추출하는 단계,
- 상기 제1 온도에서 제1 치수 매개변수의 제1 값을 상기 적어도 2개의 공진 주파수로부터 획득하는 단계,
- 상기 제1 측정 온도에서의 상기 제1 치수 매개변수의 제1 값을 제2 온도에서의 상기 제1 치수 매개변수의 제2 값과 비교하는 단계,
- 상기 비교로부터 열팽창 매개변수를 계산하는 단계를 포함한다.
그에 의해서, 제1 온도에서의 적어도 2개의 공진 주파수는, 바람직하게 앞서서 그리고 또한 본 문헌에서 설명된 음향 측정 방법을 통해서 획득될 수 있는, 테스트 단편의 재료 특성이다. 앞서서 그리고 또한 이러한 문헌에서 설명된 바와 같은 충격 여기 측정 시스템은 바람직하게 적어도 2개의 공진 주파수를 획득하기 위해서 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 실시형태를 도시한다. 제1 단계에서, 온도는 제1 온도 범위 이내가 된다(1021). 이어서, 충격이 테스트 단편에 제공되지 않도록(1001) 주의를 하면서, 단계(b)를 수행하고(1002), 그에 의해서 바람직하게, 충격이 방지되도록, 충격 시스템이 작동된다. 이어서, 단계(c)가 수행되고, 그에 의해서 충격이 테스트 단편 상으로 부여되고(단계(c1), 1010) 진동 응답 신호가 캡쳐된다(단계(c2), 1020). 이어서, 신호가 분석되고(단계(d), 1030), 그에 의해서 E, G, υ 및/또는 다른 특성(특히 또한 붕괴 상수)이 단계(a)의 온도 범위 내에서 획득된다. 충격-방지 작동 단계(1001), 노이즈 캡쳐 단계(1002), 충격 단계(1010), 및 응답 캡쳐 단계(1020)는 (도시된 바와 같이, 예를 들어 장치가 연속적으로 동작되는 다수의 충격기를 가질 때) 신호가 분석되기(1030) 전에 반복적으로 수행될 수 있거나, 대안적으로 각각의 캡쳐된 신호가 별도로 분석될 수 있다. 그에 의해서, 상이한 온도들 또는 온도 범위들에서의 노이즈 신호 및/또는 진동 응답 신호가 분석 단계(d)에서 조합될 수 있고, 그에 따라 재료 특성에 대한 보다 정확한 값을 획득할 수 있고/있거나 이러한 재료 특성의 온도-의존성을 결정할 수 있다.
선택된 여기 모드에 따라, 분석하는 것(1030)은, 특히 피크 주파수를 식별하고 전술한 것과 같은 공식을 적용하는 것에 의해서, 동적 영률(E) 또는 전단 계수(G)를 응답의 스펙트럼 내의 주파수로부터 결정하는 것을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 분석하는 것은 붕괴 상수를 기준 값에 비교하는 것(1040)을 더 포함한다. 이러한 단계는 본 발명에 따른 방법이 품질 제어 목적을 위해서 사용될 수 있게 한다. 사실상, 제조 물품의 품질을 제어하는 방법은 전술한 방법을 이용하여 제조 물품의 적어도 일부를 상기 고체 재료 샘플로서 특성화하는 단계, 붕괴 상수가 상기 기준 값의 미리 결정된 허용 범위 내에 있는 경우에 "통과" 조건(1040/예)을 신호하는 단계; 및 붕괴 상수가 상기 기준 값의 상기 미리 결정된 허용 범위를 벗어나는 경우에 "실패" 조건(1040/아니요)을 선언하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명의 양태에 따라, 제조 물품의 품질을 제어하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은: 전술한 바와 같은 방법을 이용하여 상기 제조 물품의 적어도 일부를 상기 테스트 단편으로서 특성화하는 단계; 상기 붕괴 상수가 상기 기준 값의 미리 결정된 허용 범위 내에 있는 경우에 "통과" 조건을 신호하는 단계; 및 상기 붕괴 상수가 상기 기준 값의 상기 미리 결정된 허용 범위를 벗어나는 경우에 "실패" 조건을 선언하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시형태에서, 단계(a) 내지 단계(d)는, 동일한 온도에서, 상이한 온도들에서, 또는 상이한 온도 범위들에서 1차례 초과로, 그리고 바람직하게 반복적으로 수행된다. 바람직한 실시형태에서, 테스트 단편은 연속적으로 가열되고, 그에 의해서 단계(a) 내지 단계(d)는 후속 온도 범위 내에서 수행된다.
예를 들어, 테스트 단편은 상온(20℃로부터 시작하여 1℃/초의 속도로 연속적으로 가열될 수 있다. 이어서, 단계(a) 내지 단계(d)는 규칙적으로 20초마다 수행될 수 있고, 이는 단계(a) 내지 단계(d)의 제1 세트가 20 내지 40℃의 온도 범위에서 수행되고, 단계(a) 내지 단계(d)의 제2 세트가 40 내지 60℃의 온도 범위에서 수행되고, 그리고 추가적으로 예를 들어 1780 내지 1800℃의 최대 온도 범위까지 수행될 수 있다. 그러나, 온도 범위가 동일하게 클 필요가 없고, 예를 들어 관심 온도 범위를 위해서 더 작을 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 예를 들어, 테스트 단편 또는 테스트 단편과 동일한 재료로 제조된 구성요소가 700 내지 800℃의 온도에서 주로 사용될 것임을 아는 경우에, 예를 들어 5℃에 걸쳐 지는 더 작은 온도 범위를 취함으로써 이러한 온도들 사이에서 재료 특성을 더 정확하게 측정하는 것을 결정할 수 있다.
아울러, 더 정확한 노이즈 신호 및/또는 진동 응답 신호를 획득하기 위해서, 단계(b) 및/또는 단계(c)에서 수행되는 측정을 다른 온도 범위에서 단계(b) 및/또는 단계(c)에서 수행되는 측정과 조합할 수 있다는 것에 또한 주목하여야 한다. 예를 들어, 80℃ 내지 100 ℃의 온도 범위에서 그리고 또한 100℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 단계(a) 내지 단계(d)를 수행하는 것을 가정한다. 그에 의해서, 첫 번째로 82 내지 87℃의 온도 하위-범위에서 그리고 두 번째로 102 내지 107℃의 온도 하위-범위에서 단계(b)를 실행하였을 수 있는 한편, 단계(c)를 92 내지 97℃의 하위-범위에서 첫 번째로 실행하였을 수 있다. 그러한 경우, 단계(d)에서의 분석을, 2번의 단계(b)의 수행에서 획득된 2개의 노이즈 신호를 고려하여 수행할 수 있다. 따라서, 바람직한 실시형태에서, 단계(a), 단계(b), 단계(c) 및/또는 단계(d)는 온도 범위 내에서 2차례 이상 수행된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 단계(a), 단계(b), 단계(c) 및/또는 단계(d)는 중첩될 수 있는 상이한 온도 범위들에서 다수의 횟수로 수행될 수 있다.
실시형태에서, 제어 시스템은, 테스트 단편의 재료 특성을 결정하기 위해서 노이즈 신호를 고려하는 것에 의해서 진동 응답 신호를 분석하도록 구성된 프로세싱 수단을 포함한다
그에 의해서, 프로세싱 수단은 바람직하게, 캡쳐된 신호에 대해서 푸리에 변환 또는 고속 푸리에 변환 또는 고조파 분해를 이용함으로써, 시간 도메인에서, 또는 더 바람직하게 주파수 도메인에서 노이즈 신호를 진동 응답 신호로부터 차감하도록 구성될 수 있다. 이러한 차감은 또한 시간 도메인 및 주파수 도메인의 조합에서 수행될 수 있다. 프로세싱 수단은 바람직하게 시간-변동 신호를 분석하여 시간-변동 신호를 구성하는 정현파의 주파수 및 붕괴 상수를 결정하도록 구성되고, 다시 말해서 이는 고조파 반전 문제를 해결한다. 더 일반적으로 주어진 대역폭에서 유한한 수의 정현파의 합을 구성하는 이산-시간의, 유한-길이 신호를 구성하는 정현파의 주파수, 붕괴 상수, 진폭, 및 위상을 결정하는 것으로 구성되는, 고조파 반전의 문제는 문헌에서 잘 알려져 있으나, 현재까지 IET와 연관되지는 않았다. Vladimir A. Mandelshtam 및 Howard S. Taylor는, 세미나 논문 "Harmonic inversion of time signals and its applications", The Journal of Chemical Physics 107, 6756 (1997)에서, 작은 매트릭스 대각화 증명법(small matrix diagonalization) 중 하나로서 고조파 반전 문제를 각색함으로써 이러한 문제를 해결하기 위해서 Wall 및 Neuhauser의 일반 필터-대각화 증명법 방법을 사용하는 것을 설명하였다. 이러한 기술의 컴퓨터-기반 구현이, Massachusetts Institute of Technology의 Steven G. Johnson에 의한 "Harminv" 프로그램을 포함하여, 당업계에 공지되어 있다. 분석의 결과는 화면(140)으로, 또는 저장을 위해서 또는 다른 장비에 의한 추가적인 프로세싱을 위해서 다른 적합한 인터페이스로 출력될 수 있다.
프로세싱 수단은 하나 이상의 전용 하드웨어 구성요소(예를 들어, ASIC), 적절하게 구성된 구성 가능 하드웨어 구성요소(예를 들어, FPGA), 적절한 소프트웨어와 함께 제공되는 마이크로프로세서, 또는 전술한 것들의 조합으로 구성될 수 있다. 동일한 구성요소가 또한 다른 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 테스트 단편은 공작물, 장치 또는 장치의 구성요소이다. 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 테스트 단편은 잘-규정된 형상, 바람직하게는 빔 형상을 포함하며, 공작물, 장치 또는 장치의 구성요소와 동일한 재료로 또는 동일한 생산 기술을 사용하여 제조된다.
Claims (12)
- 테스팅 챔버, 충격기, 센서 시스템, 및 지지 시스템을 포함하는 충격 여기 측정 시스템이며, 상기 충격기는 미리 결정된 높이에서 상기 지지 시스템에 의해서 지지되는 테스트 단편에 충격을 제공하도록 구성되고, 상기 센서 시스템은 상기 충격기에 의해서 상기 테스트 단편에 제공되는 충격에 대한 상기 테스트 단편의 진동 응답을 획득하도록 구성되며, 상기 지지 시스템은 상기 테스팅 챔버 내에서 미리 결정된 높이에서 고체 테스트 단편을 지지하도록 구성되며,
상기 지지 시스템은, 상기 충격기의 열팽창 계수와 본질적으로 동일한 열팽창 계수를 포함하는 지지 바아의 세트를 포함하고, 상기 지지 바아의 세트는 지지 단부를 각각 갖는 적어도 3개의 지지 바아를 포함하고, 상기 3개의 지지 단부는 비-공선적으로 배치되는, 충격 여기 측정 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 지지 바아는 상기 충격기와 동일한 재료로 제조되는, 충격 여기 측정 시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지 바아는 열적으로 안정적인 재료로 제조되는, 충격 여기 측정 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 단부가 점-유사 형상을 포함하는, 충격 여기 측정 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 지지 단부는, 높이(h)가 3 mm 이하이고 캡의 기부에서의 반경(a)이 0.5 mm 이하인 구형 캡의 형태를 가지는 점-유사 형상을 포함하는, 충격 여기 측정 시스템. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 테스팅 챔버는, 상기 챔버 내의 온도를 제어하도록 구성된 온도 제어 시스템을 포함하는 가열 챔버인, 충격 여기 측정 시스템. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 재료가 30.0 x 10-6 K-1 이하의 선형 팽창 계수를 포함하는, 충격 여기 측정 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 재료가 10.0 x 10-6 K-1 이하의 선형 팽창 계수를 가지는, 충격 여기 측정 시스템. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 충격 여기 측정 시스템 및 적어도 하나의 테스트 단편을 포함하는 키트이며, 상기 테스트 단편은 기부 표면을 포함하고, 상기 기부 표면은 적어도 3개의 비-공선적 오목부의 세트를 포함하며, 그에 의해서 상기 적어도 3개의 비-공선적 오목부는 상기 적어도 3개의 지지 바아의 비-공선적 지지 단부에 상응하게 배치되는, 키트.
- 제9항에 있어서,
상기 오목부는, 상기 테스트 단편의 미리 결정된 진동 모드를 위해서 상기 테스트 단편의 노드에 각각 배치되는, 키트. - 바람직하게 하나 이상의 온도에서 테스트 단편의 재료 특성을 음향 측정하는 방법이며:
a. 테스트 단편을 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 충격 여기 측정 시스템의 테스팅 챔버 내의 지지 시스템 상에 배치하는 단계;
b. 교정 기간 내에 진동 신호를 상기 테스트 단편으로부터 캡쳐하는 것에 의해서, 바람직하게 상기 테스팅 온도 범위 내에서, 바람직하게 배경 측정을 수행하고, 그에 의해서 노이즈 신호를 획득하는 단계;
c. c1. 진동 여기를 상기 테스트 단편에 부여하는 것; c2. 상기 테스팅 기간 내에 상기 테스트 단편의 진동 신호를 캡쳐하여 상기 진동 여기에 대한 진동 응답 신호를 획득하는 것에 의해서, 상기 테스팅 기간 내에, 바람직하게 상기 테스팅 온도 범위 내에서 상기 테스트 단편에서 음향 측정을 수행하는 단계; 및
d. 상기 진동 응답 신호를 분석하고, 그에 의해서 바람직하게 상기 노이즈 신호를 고려함으로써 상기 테스트 단편의 재료 특성을 획득하는 단계를 포함하는, 방법. - 제11항에 있어서,
상기 테스트 단편을 테스팅 온도 범위 내로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
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