WO2014104563A1 - 비선형 파라미터 측정 장치 및 방법 - Google Patents

비선형 파라미터 측정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2014104563A1
WO2014104563A1 PCT/KR2013/009889 KR2013009889W WO2014104563A1 WO 2014104563 A1 WO2014104563 A1 WO 2014104563A1 KR 2013009889 W KR2013009889 W KR 2013009889W WO 2014104563 A1 WO2014104563 A1 WO 2014104563A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrasonic signal
incident
ultrasonic
measuring
object under
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/009889
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
서대철
조승현
박춘수
이승석
성영민
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020120151976A external-priority patent/KR101391141B1/ko
Priority claimed from KR1020120151975A external-priority patent/KR101391140B1/ko
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to US14/654,647 priority Critical patent/US9829469B2/en
Publication of WO2014104563A1 publication Critical patent/WO2014104563A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/341—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics
    • G01N29/343—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics pulse waves, e.g. particular sequence of pulses, bursts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024—Mixtures
    • G01N2291/02491—Materials with nonlinear acoustic properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0258—Structural degradation, e.g. fatigue of composites, ageing of oils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/101—Number of transducers one transducer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver

Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring a nonlinear parameter of a subject under test, and more particularly, to an apparatus and a method for measuring a nonlinear parameter of a subject under test.
  • Nonlinear parameters of the subject such as materials, specimens, samples, and objects, may be measured using ultrasonic waves having a single frequency, which is a kind of elastic wave. This uses the nonlinear behavior of the seismic wave, and the nonlinear characteristics of the seismic wave can evaluate the microstructural alteration of the object under test due to deterioration such as corrosion and fatigue.
  • the nonlinear characteristic of the acoustic wave is to generate harmonic components in addition to the fundamental frequency component while the elastic wave having a single frequency is propagated through the measuring object.
  • nonlinear parameter ⁇ the nonlinear parameter ⁇
  • a 1 and A 2 are amplitudes of the first (base) frequency component and the second harmonic component, respectively, k is a wave number and x is a propagation distance.
  • the primary frequency component means an ultrasonic signal having the same frequency as the fundamental frequency component
  • the second harmonic component means an ultrasonic signal of a high frequency component having a frequency twice the fundamental frequency.
  • FIG. 1A is a conceptual diagram illustrating a method of measuring a nonlinear parameter of a target object according to the prior art
  • FIG. 1B is a graph illustrating an ultrasonic signal output from the target object according to the prior art.
  • the nonlinear parameter ⁇ can be calculated using the above Equation 1, and the degree of deterioration of the object under test can be evaluated by measuring and comparing the nonlinear parameters before and after the deterioration has occurred.
  • nonlinear parameter ⁇ should be considered only harmonic components generated by the subject under test, but harmonics generated by the electrical system including the probe as well as harmonic components generated by the subject under actual measurement. Even components can be included in the measurement of nonlinear parameters, which makes it difficult to measure accurate nonlinear parameters.
  • the transducer when the transducer is a contact transducer contacting the object under test, an unnecessary wavelength may be generated due to an inconsistent contact pressure between the transducer and the object under test, and a nonlinear component may be generated, thereby causing the object to be measured. Precise measurement of nonlinear parameters is difficult.
  • An object of the present invention for solving the above problems is to provide a non-linear parameter measuring apparatus that can accurately measure the non-linear parameters of the object under test.
  • Another object of the present invention for solving the above problems is to provide a non-linear parameter measuring method that can accurately measure the non-linear parameters of the object to be measured.
  • a nonlinear parameter measuring apparatus for measuring a nonlinear parameter of the object to be measured using an ultrasonic signal, An ultrasonic buffer unit connected to one side to allow the ultrasonic signal to enter the target object; An ultrasonic generator for generating a tone-burst to generate the ultrasonic signal; A probe connected to the ultrasonic buffer unit and configured to inject the ultrasonic signal generated by the ultrasonic generator to the ultrasonic buffer unit; An input ultrasonic signal measuring unit configured to measure the ultrasonic signal incident on the object under measurement by irradiating a laser to the ultrasonic buffer unit; An output ultrasonic signal measuring unit configured to measure an ultrasonic signal output from the target object by irradiating a laser to the other side of the target object; And a nonlinear parameter calculator configured to calculate a nonlinear parameter of the object under measurement based on the ultrasound signal measured by the input ultrasound signal measurer and the output ultrasound signal measurer.
  • the ultrasonic buffer unit may inject the ultrasonic signal into the target object as a plane wave and transmit the laser beam emitted from the input ultrasonic signal measuring unit.
  • the ultrasonic buffer unit may allow the laser signal incident from the ultrasonic signal and the input ultrasonic signal measuring unit to be incident perpendicularly to the incident surface of the object under test.
  • the ultrasonic buffer unit may obliquely incident a laser incident from the ultrasonic signal and the input ultrasonic signal measuring unit to an incident surface of the object under test.
  • the ultrasonic signal incident on the object under test may include a fundamental frequency component and an incident harmonic component of the ultrasonic signal.
  • the input ultrasonic signal measuring unit may measure the ultrasonic signal incident on the object under measurement by measuring a displacement of the plane on which the ultrasonic signal is incident on the object under measurement by using a laser.
  • the ultrasonic signal output from the object under test includes a fundamental frequency component of the ultrasonic signal output from the object under test, a second harmonic component with respect to the fundamental frequency component, an incident harmonic component of the ultrasonic signal, and the incident signal. Second harmonic components relative to the harmonic components.
  • the output ultrasonic signal measuring unit may measure the displacement of the surface from which the ultrasonic signal is output from the object under measurement with a laser to measure the ultrasonic signal output from the object under measurement.
  • the nonlinear parameter calculator may calculate the nonlinear parameter of the object under consideration in consideration of an incident harmonic component of the ultrasonic signal incident on the object under measurement measured by the input ultrasonic signal measuring unit.
  • the central axis of the through hole may be coincident with the beam axis of the ultrasonic signal.
  • the ultrasonic probe according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, as a transducer for measuring the non-linear parameters of the subject using an ultrasonic signal, one end is connected to the subject to be measured The ultrasonic signal is incident on the sieve, and a through hole is formed therein, and passes through the laser incident from the other end.
  • the central axis of the through hole may be coincident with the beam axis of the ultrasonic signal.
  • the non-linear parameter measuring method for achieving the above object is a method for measuring the nonlinear parameters of the subject using an ultrasonic signal, (a) tones Generating a tone-burst to generate the ultrasonic signal; (b) injecting the ultrasonic signal into an ultrasonic buffer unit connected to one side of the object under test; (c) measuring the ultrasonic signal incident to the object under test by irradiating a laser to the ultrasonic buffer unit; (d) measuring the ultrasonic signal output from the object by irradiating a laser to the other side of the object under test; And (e) calculating a non-linear parameter of the object under measurement based on the ultrasonic signal incident on the object under measurement and the ultrasound signal output from the object under measurement.
  • the ultrasound signal incident on the measurement target may be incident on a plane wave.
  • the ultrasound signal and the laser may be incident perpendicularly to the incident surface of the object under test.
  • the ultrasonic signal incident on the object under test may include a fundamental frequency component and an incident harmonic component of the ultrasonic signal.
  • the ultrasonic signal incident on the object under measurement may be measured by measuring a displacement of the plane on which the ultrasonic signal is incident on the object under measurement.
  • the ultrasonic signal output from the measuring object includes a fundamental frequency component of the ultrasonic signal, a second harmonic component of the fundamental frequency component, an incident harmonic component of the ultrasonic signal, and a second harmonic of the incident harmonic component. It may include ingredients.
  • the ultrasonic signal output from the object under measurement may be measured by measuring the displacement of the surface from which the ultrasonic signal is output from the object under measurement with a laser.
  • the nonlinear parameter of the object under measurement may be calculated in consideration of an incident harmonic component of the ultrasonic signal incident on the object under measurement.
  • the present invention by irradiating a laser to the ultrasonic buffer unit to measure the ultrasonic signal incident on the object under measurement, by irradiating the laser to the other side of the object to measure the ultrasonic signal output from the object under measurement of the nonlinear Since the parameters are calculated, accurate nonlinear parameters can be calculated.
  • harmonic components that can be input to the object under test generated by an electrical system including a probe that can be included in the measurement of the nonlinear parameter, and taking this into account when calculating the nonlinear parameter, Only harmonics generated can be taken into account, allowing precise nonlinear parameter measurements.
  • 1A is a conceptual diagram illustrating a method of measuring a nonlinear parameter of a target object according to the prior art.
  • 1B is a graph showing an ultrasonic signal output from a target object according to the prior art.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a non-linear parameter measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a method for nonlinear parameter measurement according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a non-linear parameter measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a nonlinear parameter measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are exemplary views showing the configuration of an ultrasonic buffer unit of the nonlinear parameter measuring apparatus of the present invention.
  • FIGS. 7 to 9 are block diagrams showing the configuration of a non-linear parameter measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a transducer for nonlinear parameter measurement according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a nonlinear parameter measuring method according to an embodiment of the present invention.
  • the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a non-linear parameter measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the nonlinear parameter measuring apparatus 100 may apply an ultrasonic signal having a single frequency to the object under test 110, detect an ultrasonic signal output through the object under test 110, and measure the object under test (
  • the nonlinear parameter may be measured by calculating the nonlinear parameters by considering all the ultrasonic signals incident on the 110 and output from the object to be measured 110, and the nonlinear parameter measuring apparatus 100 may include the ultrasonic buffer unit 120, The ultrasonic generator 130, the transducer 140, the input ultrasonic signal measuring unit 150, the output ultrasonic signal measuring unit 160, and the nonlinear parameter calculating unit 180 are configured to be included.
  • the ultrasonic buffer unit 120 may be connected to one side of the object to be measured 110 to inject an ultrasonic signal into the object to be measured 110.
  • the ultrasonic buffer unit 120 may enter the ultrasonic signal into the target object 110 as a plane wave, and transmit and / or reflect the laser beam emitted from the input ultrasonic signal measuring unit 150 to be described later. have.
  • the ultrasound buffer unit 120 may inject the ultrasound signal and the laser incident from the input ultrasound signal measuring unit 150 to be described later perpendicularly to the incident surface of the object to be measured 110.
  • the ultrasound buffer unit 120 may be made of a material capable of transmitting and / or reflecting ultrasound and laser, and specifically, may be made of transparent plastic, glass, transparent liquid (eg, water), or the like. It is not limited to this.
  • the ultrasonic generator 130 may generate an ultrasonic signal by generating a high output tone-burst.
  • the transducer 140 may be connected to the ultrasonic buffer unit 120 and connected to the ultrasonic generator 130 to inject the ultrasonic signal generated by the ultrasonic generator 130 into the ultrasonic buffer unit 120.
  • the input ultrasonic signal measuring unit 150 may measure an ultrasonic signal incident on the object to be measured 110 by irradiating a laser on the ultrasonic buffer unit 120.
  • the input ultrasonic signal measuring unit 150 measures the displacement of the surface on which the ultrasonic signal passing through the ultrasonic buffer unit 120 is incident on the object to be measured 110 with a laser and is incident to the object to be measured 110. Ultrasonic signals can be measured.
  • the ultrasonic signal incident on the object to be measured 110 may include a fundamental frequency component and an incident harmonic component of the ultrasonic signal.
  • the incident harmonic component may be harmonic components generated by an electrical system including a probe as an ultrasonic wave having harmonic components other than the fundamental frequency component, and may refer to harmonic components incident on the object under test.
  • the transducer when the transducer is a contact transducer contacting the object under test, an unnecessary wavelength may be generated and input into the object under test due to an inconsistent contact pressure between the probe and the object. Harmonic component.
  • the output ultrasonic signal measuring unit 160 may measure an ultrasonic signal output from the target object 110 by irradiating a laser to the other side of the target object 110. Specifically, the output ultrasonic signal measuring unit 160 may accurately measure the ultrasonic signal output from the target object 110 by measuring the displacement of the surface from which the ultrasonic signal is output from the target object 110 with a laser. .
  • the ultrasonic signal output from the object to be measured 110 includes a fundamental frequency component of the ultrasonic signal output from the object to be measured 110, a second harmonic component of the fundamental frequency component, an incident harmonic component and an incident harmonic component of the ultrasonic signal. It may include a second harmonic component for.
  • the nonlinear parameter calculator 170 may calculate the nonlinear parameters of the object 110 based on the ultrasound signals measured by the input ultrasound signal measurer 150 and the output ultrasound signal measurer 160.
  • the nonlinear parameter calculator 170 calculates the nonlinear parameter of the object 110 by considering the incident harmonic component of the ultrasonic signal incident on the object 110 measured by the input ultrasonic signal measuring unit 150. can do.
  • Equation 2 The nonlinear sound wave equation in which attenuation is considered can be represented by Equation 2 below.
  • Equation 2 The part represents a linear wave equation. Also, The parts represent nonlinear components, The part represents the attenuation component. U is also a function of the amplitude of the wave at time t, position x.
  • U (x, t) means the amplitude function U (x, t) of the wave at time t, position x, and U 1 indicates that the fundamental frequency component of the ultrasonic signal input to the object to be measured 110 is measured.
  • U 1 may include an existing frequency component of the ultrasonic signal and a second harmonic component of the fundamental frequency component.
  • U 2 is a signal in which the incident harmonic component of the ultrasonic signal input to the object 110 passes through the object 110 and is output from the object 110, where U 2 is the incident harmonic of the ultrasonic signal.
  • the second harmonic component of the component and the incident harmonic component may be included.
  • the incident harmonic component of the ultrasonic signal is an ultrasonic wave having harmonic components other than the fundamental frequency component, and is a harmonic component generated by an electrical system including a probe, and may mean a harmonic component incident on the object to be measured 110. Can be.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a method for nonlinear parameter measurement according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic signal incident from the ultrasonic buffer unit to the object under test includes a fundamental frequency component ( ) And incident harmonic components ( ).
  • each of the harmonic components of the fundamental frequency component and the incident harmonic component of the ultrasonic signal incident from the ultrasonic buffer unit is output to the ultrasonic signal output from the measurement target object.
  • the fundamental frequency component of the ultrasonic signal ( ) The second harmonic component of the fundamental frequency component ( ), The incident harmonic component of the ultrasonic signal ( ) And the second harmonic component of the incident harmonic component ( ) May be included.
  • Equation 4 the signal output from the object under test
  • Part represents the fundamental frequency component and the second harmonic component of the fundamental frequency component
  • the part represents the second harmonic component of the incident harmonic component and the incident harmonic component of the ultrasonic signal.
  • Equation 5 the amplitude of the incident harmonic component of the ultrasonic signal
  • the magnitude of the incident harmonic component of the ultrasonic signal may be expressed by Equation 6 below.
  • Equation 6 may be summarized as Equation 7 below.
  • Equation 7 Comparing Equation 7 and Equation 1, since the conventional nonlinear parameter of Equation 1 considers only the fundamental frequency component of the ultrasonic wave incident on the object under test, the incident harmonic generated by an electrical system actually incident on the object under test. Since the component is not considered, the incident harmonic component is treated as a harmonic component generated due to deterioration of the object to be measured, and thus nonlinear parameters cannot be accurately measured.
  • the nonlinear parameter of the equation (7) is the incident harmonic component ( ), It is possible to calculate the nonlinear parameters more accurately than the conventional nonlinear parameters mentioned in Equation 1 above.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a non-linear parameter measuring apparatus according to another embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a block diagram showing the configuration of a non-linear parameter measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the non-linear parameter measuring apparatus 100 includes an ultrasonic buffer unit 120, an ultrasonic wave generator 130, a transducer 140, an input ultrasonic signal measuring unit 150, and an output ultrasonic signal measuring unit. And a non-linear parameter calculator 170.
  • the ultrasonic buffer unit 120 may be connected to one side of the object to be measured 110 to inject an ultrasonic signal into the object to be measured 110.
  • the ultrasonic buffer unit 120 enters an ultrasonic signal into a target wave 110 as a plane wave and transmits and / or reflects the laser beam emitted from the input ultrasonic signal measuring unit 150 to ultrasonic the laser.
  • the signal may be incident perpendicularly or inclinedly to the incident surface of the object to be measured 110.
  • the ultrasound buffer unit 120 may be made of a material capable of transmitting and / or reflecting ultrasound and laser, and specifically, may be made of transparent plastic, glass, transparent liquid (eg, water), or the like. It is not limited to this.
  • FIGS. 4 and 5 are exemplary views showing the configuration of the ultrasonic buffer unit of the nonlinear parameter measuring apparatus of the present invention
  • the ultrasonic buffer unit 120 may have an ultrasonic signal and a laser in addition to the shapes shown in FIGS. 4 and 5. It may be a variety of shapes that can be incident or perpendicular to the incident surface of the object to be measured (110).
  • the ultrasound buffer unit 120 may be a polygon, but is not limited thereto.
  • the ultrasonic wave generator 130, the transducer 140, the input ultrasonic signal measuring unit 150, the output ultrasonic signal measuring unit 160, and the nonlinear parameter calculator 170 are omitted from the description in FIG. 2.
  • FIGS. 7 to 9 are block diagrams showing the configuration of a non-linear parameter measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the nonlinear parameter measuring apparatus 100 applies an ultrasonic signal of a single frequency to the object to be measured 110, detects an ultrasonic signal output through the object to be measured, and
  • the nonlinear parameter can be measured by calculating the nonlinear parameters by considering all the ultrasonic signals incident on the measuring object 110 and output from the measuring object 110, and the nonlinear parameter measuring apparatus 100 includes an ultrasonic buffer unit ( 120, an ultrasonic generator 130, a transducer 140, an input ultrasonic signal measuring unit 150, an output ultrasonic signal measuring unit 160, and a non-linear parameter calculator 180.
  • the ultrasonic buffer unit 120 may be connected to one side of the object to be measured 110 to inject an ultrasonic signal into the object to be measured 110.
  • the ultrasonic buffer unit 120 may inject a ultrasonic signal into the target object 110 as a plane wave, and transmit and / or reflect the laser beam emitted from the input ultrasonic signal measuring unit 150 to be described later. have.
  • the ultrasound buffer unit 120 may inject the ultrasound signal and the laser incident from the input ultrasound signal measuring unit 150 to be described later perpendicularly to the incident surface of the object to be measured 110.
  • the ultrasound buffer unit 120 may be made of a material capable of transmitting and / or reflecting ultrasound and laser, and specifically, may be made of transparent plastic, glass, transparent liquid (eg, water), or the like. It is not limited to this.
  • the ultrasonic generator 130 may generate an ultrasonic signal by generating a high output tone-burst.
  • the transducer 140 may be connected to the ultrasonic buffer unit 120 and connected to the ultrasonic generator 130 to inject the ultrasonic signal generated by the ultrasonic generator 130 into the ultrasonic buffer unit 120.
  • the transducer 140 may be connected to the ultrasonic buffer unit 120, and a through hole may be formed therein. Therefore, the ultrasonic signal generated by the ultrasonic generator 130 may be incident on the ultrasonic buffer unit 120.
  • the central axis of the through hole may be formed to coincide with the beam axis of the ultrasonic signal.
  • the input ultrasonic signal measuring unit 150 may measure an ultrasonic signal incident on the object to be measured 110 by irradiating a laser on the ultrasonic buffer unit 120.
  • the input ultrasonic signal measuring unit 150 measures the displacement of the surface on which the ultrasonic signal passing through the ultrasonic buffer unit 120 is incident on the object to be measured 110 with a laser and is incident to the object to be measured 110. Ultrasonic signals can be measured.
  • the input ultrasonic signal measuring unit 150 may penetrate a through hole formed in the probe 140 to irradiate a laser to the ultrasonic buffer unit 120 to measure an ultrasonic signal incident to the object to be measured 110. .
  • the ultrasonic signal incident on the object to be measured 110 may include a fundamental frequency component and an incident harmonic component of the ultrasonic signal.
  • the incident harmonic component may be harmonic components generated by an electrical system including a probe as an ultrasonic wave having harmonic components other than the fundamental frequency component, and may refer to harmonic components incident on the object under test.
  • the transducer when the transducer is a contact transducer contacting the object under test, an unnecessary wavelength may be generated and input into the object under test due to an inconsistent contact pressure between the probe and the object. Harmonic component.
  • the output ultrasonic signal measuring unit 160 may measure an ultrasonic signal output from the target object 110 by irradiating a laser to the other side of the target object 110. Specifically, the output ultrasonic signal measuring unit 160 may accurately measure the ultrasonic signal output from the target object 110 by measuring the displacement of the surface from which the ultrasonic signal is output from the target object 110 with a laser. .
  • the ultrasonic signal output from the object to be measured 110 includes a fundamental frequency component of the ultrasonic signal output from the object to be measured 110, a second harmonic component of the fundamental frequency component, an incident harmonic component and an incident harmonic component of the ultrasonic signal. It may include a second harmonic component for.
  • the nonlinear parameter calculator 170 may calculate the nonlinear parameters of the object 110 based on the ultrasound signals measured by the input ultrasound signal measurer 150 and the output ultrasound signal measurer 160.
  • the nonlinear parameter calculator 170 calculates the nonlinear parameter of the object 110 in consideration of the incident harmonic component of the ultrasonic signal incident on the object 110 measured by the input ultrasonic signal measuring unit 150. can do.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a transducer for nonlinear parameter measurement according to an embodiment of the present invention.
  • one end of the transducer 140 may be connected to the ultrasonic buffer unit, a through hole 141 may be formed therein, and the ultrasonic signal generated by the ultrasonic generator may be incident on the ultrasonic buffer unit.
  • the transducer 140 may pass the laser irradiated at the other end from the input ultrasonic signal measuring unit to the ultrasonic buffer unit through the through hole 141 formed therein.
  • the central axis of the through hole 141 may coincide with the beam axis of the ultrasonic signal.
  • the transducer 140 may be formed in a structure capable of penetrating or transmitting the laser, and may be formed in a cylindrical shape as shown in FIG. 10, but is not limited thereto.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a nonlinear parameter measuring method according to an embodiment of the present invention.
  • an ultrasonic signal having a single frequency is incident on a subject, a ultrasonic signal output through the subject is detected, incident on the subject, and output from the subject.
  • Accurate nonlinear parameters can be measured by calculating nonlinear parameters by considering all the ultrasonic signals.
  • a high-output tone-burst may be generated to generate an ultrasonic signal.
  • an ultrasonic signal may be incident on the ultrasonic buffer unit connected to one side of the object under test.
  • the ultrasonic signal may be irradiated to the ultrasonic buffer unit to measure the ultrasonic signal incident on the object under test.
  • the ultrasonic signal incident on the object under measurement may be measured by measuring the displacement of the plane on which the ultrasonic signal is incident on the object under measurement.
  • the ultrasound signal and the laser incident on the object under measurement may be incident perpendicularly to the incident surface of the object under measurement.
  • the ultrasonic signal incident on the object under measurement may be incident by a plane wave, and the ultrasonic signal incident on the object under measurement may include a fundamental frequency component and an incident harmonic component of the ultrasonic signal.
  • step S130 by irradiating the laser to the other side of the object to be measured, the ultrasonic signal output from the object to be measured.
  • the ultrasonic signal output from the object under measurement may be measured by measuring the displacement of the plane from which the ultrasonic signal is output from the object under measurement with a laser.
  • the laser irradiated to the other side of the object may be incident perpendicularly to the emission surface of the ultrasonic signal output from the object.
  • the ultrasonic signal output from the object to be measured may include a fundamental frequency component of the ultrasonic signal, a second harmonic component with respect to the fundamental frequency component, an incident harmonic component with respect to the ultrasonic signal, and a second harmonic component with respect to the incident harmonic component.
  • the nonlinear parameter of the object under measurement may be calculated based on the ultrasonic signal incident on the object under measurement and the ultrasonic signal output from the object under measurement. That is, the nonlinear parameter of the object under measurement can be calculated in consideration of the incident harmonic component of the ultrasonic signal incident on the object under measurement.
  • the present invention can be applied to an apparatus and a method for measuring a nonlinear parameter of a subject under test.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 피측정체의 비선형 파라미터를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치는, 초음파 신호를 이용하여 피측정체의 비선형 파라미터(nonlinear parameter)를 측정하는 비선형 파라미터 측정 장치로서, 상기 피측정체의 일측에 연결되어 상기 피측정체로 상기 초음파 신호를 입사시키는 초음파 버퍼부; 톤-버스트(tone-burst)를 발생시켜 상기 초음파 신호를 생성하는 초음파 생성부; 상기 초음파 버퍼부에 연결되고, 상기 초음파 생성부에서 생성된 상기 초음파 신호를 상기 초음파 버퍼부에 입사시키는 탐촉자; 상기 초음파 버퍼부에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정하는 입력 초음파 신호 측정부; 상기 피측정체의 타측에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 측정하는 출력 초음파 신호 측정부; 및 상기 입력 초음파 신호 측정부 및 출력 초음파 신호 측정부에서 측정된 상기 초음파 신호에 기초하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출하는 비선형 파라미터 산출부를 포함한다.

Description

비선형 파라미터 측정 장치 및 방법
본 발명은 피측정체의 비선형 파라미터를 측정하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피측정체의 비선형 파라미터를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
재료, 시편(specimen), 샘플(sample), 물체 등 피측정체의 비선형 파라미터(nonlinear parameter)는 탄성파(elastic wave)의 일종인 단일 주파수를 갖는 초음파(ultrasonic)를 이용하여 측정될 수 있다. 이는 탄성파의 비선형적 거동을 이용하는 것으로, 탄성파의 비선형적 특성은 부식, 피로 등 열화에 의한 피측정체의 미시구조적 변질을 평가할 수 있다.
구체적으로, 탄성파의 비선형적 특성은 단일 주파수를 갖는 탄성파가 피측정체를 통해 전파되면서 기본 주파수 성분 이외에 고조파 성분을 생성하는 것이다.
이러한 비선형적 특성을 이용한 비선형 파라미터의 측정은 피측정체로 전파된 신호의 기본 주파수 성분의 크기와 2차 고조파 성분의 크기를 측정하고, 기본 주파수 성분의 크기와 2 차 고조파 성분의 크기의 상대적인 비율을 산출함으로써 측정될 수 있고, 이 상대적인 비율을 비선형 파라미터(β)로 일반적으로 정의하며, 하기의 수학식 1로 표현된다.
수학식 1
Figure PCTKR2013009889-appb-M000001
여기서, A1과 A2는 각각 1차(기본) 주파수 성분과 2차 고조파 성분의 진폭이며, k는 파수(wave number), x는 전파거리를 나타낸다. 또한, 1차 주파수 성분은 기본 주파수 성분과 동일한 주파수를 갖는 초음파 신호를 의미하며, 2차 고조파 성분은 기본 주파수의 2 배의 주파수를 갖는 고주파 성분의 초음파 신호를 의미한다.
도 1a는 종래 기술에 따른 피측정체의 비선형 파라미터를 측정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 1b는 종래 기술에 따른 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 나타내는 그래프이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 단일 주파수 성분을 갖는 초음파 신호를 탐촉자(10)를 통하여 피측정체(20)에 입사시키면, 피측정체(20) 내부에 생성된 열화로 인하여 단일 주파수 성분을 갖는 초음파 신호 이외에 단일 주파수 성분의 2 차 고조파 성분을 갖는 초음파 신호가 초음파 출력으로 탐촉자(30)에서 검출된다.
탐촉자에서 검출된 신호를 보면, 진폭이 A1이고, 주파수가 f0인 기본 주파수 성분과, 진폭이 A2이고, 주파수가 2f0인 2 차 고조파 성분이 검출된다. 따라서, 상술한 수학식 1을 이용하여 비선형 파라미터(β)를 산출할 수 있으며, 열화가 발생된 전후의 비선형 파라미터를 측정하여 비교함으로써 피측정체의 열화 정도를 평가할 수 있다.
그러나, 상술한 비선형 파라미터(β)는 피측정체에 의해 발생되는 고조파 성분만이 고려되어야 하지만 실제 측정시 피측정체에 의해 발생되는 고조파 성분뿐만 아니라 탐촉자를 포함하는 전기적인 시스템 등에 의해 발생된 고조파 성분들까지도 비선형 파라미터의 측정에 포함될 수 있어, 정확한 비선형 파라미터의 측정에 어려움이 있다.
예를 들어, 탐촉자가 피측정체에 접촉시키는 접촉식 탐촉자인 경우, 탐촉자와 피측정체 사이에 일정하지 않은 접촉 압력으로 인한 불필요한 파장이 발생될 수 있고, 이에 따른 비선형 성분이 발생되어 피측정체의 비선형 파라미터의 정밀한 측정이 어렵다.
따라서, 피측정체가 갖는 비선형성 이외에 상술한 문제로 인해 발생되는 비선형 성분의 추가로 피측정체의 정밀한 비선형성을 측정할 수 없는 문제가 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 피측정체의 비선형 파라미터를 정밀하게 측정할 수 있는 비선형 파라미터 측정 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 피측정체의 비선형 파라미터를 정밀하게 측정할 수 있는 비선형 파라미터 측정 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치는, 초음파 신호를 이용하여 피측정체의 비선형 파라미터(nonlinear parameter)를 측정하는 비선형 파라미터 측정 장치로서, 상기 피측정체의 일측에 연결되어 상기 피측정체로 상기 초음파 신호를 입사시키는 초음파 버퍼부; 톤-버스트(tone-burst)를 발생시켜 상기 초음파 신호를 생성하는 초음파 생성부; 상기 초음파 버퍼부에 연결되고, 상기 초음파 생성부에서 생성된 상기 초음파 신호를 상기 초음파 버퍼부에 입사시키는 탐촉자; 상기 초음파 버퍼부에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정하는 입력 초음파 신호 측정부; 상기 피측정체의 타측에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 측정하는 출력 초음파 신호 측정부; 및 상기 입력 초음파 신호 측정부 및 출력 초음파 신호 측정부에서 측정된 상기 초음파 신호에 기초하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출하는 비선형 파라미터 산출부를 포함한다.
또한, 상기 초음파 버퍼부는, 상기 초음파 신호를 상기 피측정체에 평면파(plane wave)로 입사시키고, 상기 입력 초음파 신호 측정부로부터 조사된 레이저를 투과시킬 수 있다.
또한, 상기 초음파 버퍼부는, 상기 초음파 신호 및 상기 입력 초음파 신호 측정부로부터 입사된 레이저를 상기 피측정체의 입사면에 수직하게 입사시킬 수 있다.
또한, 상기 초음파 버퍼부는, 상기 초음파 신호 및 상기 입력 초음파 신호 측정부로부터 입사된 레이저를 상기 피측정체의 입사면에 경사지게 입사시킬 수 있다.
또한, 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호는, 상기 초음파 신호의 기본 주파수 성분 및 입사 고조파 성분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 입력 초음파 신호 측정부는, 상기 초음파 신호가 상기 피측정체로 입사되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정할 수 있다.
또한, 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호는, 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호의 기본 주파수 성분, 상기 기본 주파수 성분에 대한 2차 고조파 성분, 상기 초음파 신호의 입사 고조파 성분 및 상기 입사 고조파 성분에 대한 2 차 고조파 성분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 초음파 신호 측정부는, 상기 초음파 신호가 상기 피측정체로부터 출력되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호를 측정할 수 있다.
또한, 상기 비선형 파라미터 산출부는, 상기 입력 초음파 신호 측정부에서 측정된 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출할 수 있다.
그리고, 상기 통공의 중심축은, 상기 초음파 신호의 빔 축과 일치되도록 할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 탐촉자는, 초음파 신호를 이용하여 피측정체의 비선형 파라미터 측정을 위한 탐촉자로서, 일단이 상기 피측정체에 연결되어 상기 피측정체로 상기 초음파 신호를 입사시키고, 내부에 통공이 형성되어 타단에서 입사되는 레이저를 통과시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 통공의 중심축은, 상기 초음파 신호의 빔 축과 일치되도록 할 수 있다.
다른 한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 방법은, 초음파 신호를 이용하여 피측정체의 비선형 파라미터(nonlinear parameter)를 측정하는 방법으로서, (a) 톤-버스트(tone-burst)를 발생시켜 상기 초음파 신호를 생성하는 단계; (b) 상기 피측정체의 일측에 연결된 초음파 버퍼부에 상기 초음파 신호를 입사시키는 단계; (c) 상기 초음파 버퍼부에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정하는 단계; (d) 상기 피측정체의 타측에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호를 측정하는 단계; 및 (e) 측정된 상기 피측정체로 입사되는 초음파 신호 및 측정된 상기 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호에 기초하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호는, 평면파(plane wave)로 입사될 수 있다.
또한, 상기 초음파 신호 및 상기 레이저는, 상기 피측정체의 입사면에 수직하게 입사될 수 있다.
또한, 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호는, 상기 초음파 신호의 기본 주파수 성분 및 입사 고조파 성분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 초음파 신호가 상기 피측정체로 입사되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정할 수 있다.
또한, 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호는, 상기 초음파 신호의 기본 주파수 성분, 상기 기본 주파수 성분에 대한 2차 고조파 성분, 상기 초음파 신호의 입사 고조파 성분 및 상기 입사 고조파 성분에 대한 2 차 고조파 성분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 초음파 신호가 상기 피측정체로부터 출력되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호를 측정할 수 있다.
그리고, 상기 (e) 단계는, 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 초음파 버퍼부에 레이저를 조사하여 피측정체로 입사되는 초음파 신호를 측정하고, 피측정체의 타측에 레이저를 조사하여 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 측정하여 피측정체의 비선형 파라미터를 산출하므로, 정확한 비선형 파라미터를 산출할 수 있다.
구체적으로, 비선형 파라미터의 측정에 포함될 수 있는 탐촉자를 포함하는 전기적 시스템 등에 의해 발생되는 피측정체에 입력될 수 있는 고조파 성분을 측정하고, 이를 비선형 파라미터의 산출시에 고려함으로써 피측정체의 열화로 인해 발생되는 고조파 성분만을 고려할 수 있어 정밀한 비선형 파라미터의 측정이 가능하다.
또한, 레이저를 이용하여 피측정체로 입력 또는 출력되는 초음파 신호를 측정함으로써, 접촉식 탐촉자와 피측정체 사이에 일정하지 않은 접촉 압력으로 인해 발생되는 불필요한 파장의 발생을 감소시킬 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 피측정체의 비선형 파라미터를 측정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정을 위한 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 비선형 파라미터 측정 장치의 초음파 버퍼부의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정을 위한 탐촉자를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 비선형 파라미터 측정 장치(100)는 피측정체(110)에 단일 주파수의 초음파 신호를 입사하고, 피측정체(110)를 통해 출력되는 초음파 신호를 검출하고, 피측정체(110)에 입사되고, 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호를 모두 고려하여 비선형 파라미터를 산출함으로써 정확한 비선형 파라미터를 측정할 수 있고, 비선형 파라미터 측정 장치(100)는 초음파 버퍼부(120), 초음파 생성부(130), 탐촉자(140), 입력 초음파 신호 측정부(150), 출력 초음파 신호측정부(160) 및 비선형 파라미터 산출부(180)을 포함하여 구성된다.
초음파 버퍼부(120)는 피측정체(110)의 일측에 연결되어 피측정체(110)로 초음파 신호를 입사시킬 수 있다. 또한, 초음파 버퍼부(120)는 초음파 신호를 피측정체(110)에 평면파(plane wave)로 입사시키고, 후술할 입력 초음파 신호측정부(150)로부터 조사된 레이저를 투과 및/또는 반사시킬 수 있다.
또한, 초음파 버퍼부(120)는 초음파 신호 및 후술할 입력 초음파 신호 측정부(150)로부터 입사된 레이저를 피측정체(110)의 입사면에 수직하게 입사시킬 수 있다.
또한, 초음파 버퍼부(120)는 초음파 및 레이저를 투과 및/또는 반사시킬 수 있는 재질로 구성될 수 있고, 구체적으로, 투명 플라스틱, 유리, 투명한 액체(예를 들어, 물) 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
초음파 생성부(130)는 고출력의 톤-버스트(tone-burst)를 발생시켜 초음파 신호를 생성할 수 있다.
탐촉자(140)는 초음파 버퍼부(120)에 연결되고, 초음파 생성부(130)와 연결되어, 초음파 생성부(130)에서 생성된 초음파 신호를 초음파 버퍼부(120)에 입사시킬 수 있다.
입력 초음파 신호 측정부(150)는 초음파 버퍼부(120)에 레이저를 조사하여 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 구체적으로, 입력 초음파 신호 측정부(150)는 초음파 버퍼부(120)를 통과한 초음파 신호가 피측정체(110)로 입사되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호를 측정할 수 있다.
여기서, 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호는 초음파 신호의 기본 주파수 성분 및 입사 고조파 성분을 포함할 수 있다. 상기 입사 고조파 성분은 기본 주파수 성분 이외의 고조파 성분을 갖는 초음파로서 탐촉자를 포함하는 전기적인 시스템 등에 의해 발생된 고조파 성분들일 수 있고, 피측정체에 입사되는 고조파 성분을 의미할 수 있다.
예를 들어, 탐촉자가 피측정체에 접촉시키는 접촉식 탐촉자인 경우, 탐촉자와 피측정체 사이에 일정하지 않은 접촉 압력으로 인한 불필요한 파장이 발생되어 피측정체에 입력될 수 있는데, 이는 상술한 입사 고조파 성분이다.
출력 초음파 신호 측정부(160)는 피측정체(110)의 타측에 레이저를 조사하여 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 구체적으로, 출력 초음파 신호 측정부(160)는 초음파 신호가 피측정체(110)로부터 출력되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호를 정밀하게 측정할 수 있다.
여기서, 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호는 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호의 기본 주파수 성분, 기본 주파수 성분에 대한 2차 고조파 성분, 초음파 신호의 입사 고조파 성분 및 입사 고조파 성분에 대한 2차 고조파 성분을 포함할 수 있다.
비선형 파라미터 산출부(170)는 입력 초음파 신호 측정부(150) 및 출력 초음파 신호 측정부(160)에서 측정된 초음파 신호에 기초하여 피측정체(110)의 비선형 파라미터를 산출할 수 있다.
여기서, 비선형 파라미터 산출부(170)는 입력 초음파 신호 측정부(150)에서 측정된 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 피측정체(110)의 비선형 파라미터를 산출할 수 있다.
이하, 비선형 파라미터 산출부(170)가 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 비선형 파라미터를 산출하는 방법을 구체적으로 설명한다.
감쇠가 고려되는 비선형 음파 방정식은 하기의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2013009889-appb-M000002
수학식 2에서,
Figure PCTKR2013009889-appb-I000001
부분은 선형 음파 방정식(linear wave equation)을 나타낸다. 또한,
Figure PCTKR2013009889-appb-I000002
부분은 비선형(nonlinear) 성분을 나타내며,
Figure PCTKR2013009889-appb-I000003
부분은 감쇠(attenuation) 성분을 나타낸다. 또한 U는 시간 t, 위치 x에서의 파동의 진폭 함수를 의미한다.
피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 비선형 파라미터를 산출하기 위해서, 하기의 수학식 3과 같이 파동의 진폭 함수 U(x,t)를 U1과 U2의 합으로 가정한다.
수학식 3
Figure PCTKR2013009889-appb-M000003
여기서, U(x,t)는 시간 t, 위치 x에서의 파동의 진폭 함수 U(x,t)를 의미하며, U1은 피측정체(110)로 입력되는 초음파 신호의 기본 주파수 성분이 피측정체(110)를 통과하여 피측정체(110)로부터 출력되는 신호로서, U1은 초음파 신호의 기존 주파수 성분과 상기 기본 주파수 성분의 2차 고조파 성분을 포함할 수 있다.
또한, U2는 피측정체(110)로 입력되는 초음파 신호의 입사 고조파 성분이 피측정체(110)를 통과하여 피측정체(110)로부터 출력되는 신호로서, U2는 초음파 신호의 입사 고조파 성분과 상기 입사 고조파 성분의 2차 고조파 성분을 포함할 수 있다.
여기서, 초음파 신호의 입사 고조파 성분은 기본 주파수 성분 이외의 고조파 성분을 갖는 초음파로서 탐촉자를 포함하는 전기적인 시스템 등에 의해 발생된 고조파 성분들로, 피측정체(110)에 입사되는 고조파 성분을 의미할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정을 위한 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 초음파 버퍼부에서 피측정체로 입사되는 초음파 신호는 기본 주파수 성분(
Figure PCTKR2013009889-appb-I000004
)과 입사 고조파 성분(
Figure PCTKR2013009889-appb-I000005
)을 포함한다.
또한, 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호는 초음파 버퍼부에서 입사된 초음파 신호의 기본 주파수 성분과 입사 고조파 성분에 대한 각각의 고조파 성분이 출력된다. 구체적으로, 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 살펴보면, 초음파 신호의 기본 주파수 성분(
Figure PCTKR2013009889-appb-I000006
), 상기 기본 주파수 성분의 2차 고조파 성분(
Figure PCTKR2013009889-appb-I000007
), 초음파 신호의 입사 고조파 성분(
Figure PCTKR2013009889-appb-I000008
) 및 상기 입사 고조파 성분의 2차 고조파 성분(
Figure PCTKR2013009889-appb-I000009
)을 포함할 수 있다.
따라서, 피측정체로부터 출력되는 신호는 하기의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
수학식 4
여기서,
Figure PCTKR2013009889-appb-I000010
부분은 기본 주파수 성분과 기본 주파수 성분의 2차 고조파 성분을 나타내며,
Figure PCTKR2013009889-appb-I000011
부분은 초음파 신호의 입사 고조파 성분과 입사 고조파 성분의 2차 고조파 성분을 나타낸다.
여기서, 초음파 신호의 입사 고조파 성분의 진폭은 하기의 수학식 5로 나타낼 수 있다.
수학식 5
Figure PCTKR2013009889-appb-M000005
그리고, 초음파 신호의 입사 고조파 성분의 크기는 하기의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
수학식 6
Figure PCTKR2013009889-appb-M000006
또한, 비선형 파라미터를 산출하기 위해 상기의 수학식 6을 정리하면, 하기의 수학식 7로 나타낼 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2013009889-appb-M000007
수학식 7과 수학식 1을 비교하면, 수학식 1의 종래의 비선형 파라미터는 피측정체로 입사되는 초음파의 기본 주파수 성분만을 고려하므로, 실제로 피측정체에 입사되는 전기적인 시스템 등에 의해 발생된 입사 고조파 성분을 고려하지 못하여 상기 입사 고조파 성분은 피측정체의 열화로 인해 발생되는 고조파 성분으로 취급되어 비선형 파라미터를 정확하게 측정할 수 없다.
한편, 수학식 7의 비선형 파라미터는 초음파의 입사 고조파 성분(
Figure PCTKR2013009889-appb-I000012
)을 고려하므로 상기의 수학식 1에서 언급된 종래의 비선형 파라미터보다 정확하게 비선형 파라미터의 산출이 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 비선형 파라미터 측정 장치(100)는 초음파 버퍼부(120), 초음파 생성부(130), 탐촉자(140), 입력 초음파 신호 측정부(150), 출력 초음파 신호 측정부(160) 및 비선형 파라미터 산출부(170)를 포함하여 구성된다.
초음파 버퍼부(120)는 피측정체(110)의 일측에 연결되어 피측정체(110)로 초음파 신호를 입사시킬 수 있다. 또한, 초음파 버퍼부(120)는 초음파 신호를 피측정체(110)에 평면파(plane wave)로 입사시키고, 입력 초음파 신호 측정부(150)로부터 조사된 레이저를 투과 및/또는 반사시켜 레이저를 초음파 신호가 입사되는 피측정체(110)의 입사면에 수직 또는 경사지게 입사시킬 수 있다.
또한, 초음파 버퍼부(120)는 초음파 및 레이저를 투과 및/또는 반사시킬 수 있는 재질로 구성될 수 있고, 구체적으로, 투명 플라스틱, 유리, 투명한 액체(예를 들어, 물) 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 비선형 파라미터 측정 장치의 초음파 버퍼부의 구성을 나타내는 예시도이며, 초음파 버퍼부(120)의 형상은 도 4 및 도 5에 도시된 형상 외에 초음파 신호 및 레이저를 피측정체(110)의 입사면에 수직 또는 경사지게 입사시킬 수 있는 다양한 형상이 될 수 있다. 예를 들어, 초음파 버퍼부(120)는 다각형이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
초음파 생성부(130), 탐촉자(140), 입력 초음파 신호 측정부(150), 출력 초음파 신호 측정부(160) 및 비선형 파라미터 산출부(170)는 도 2에서의 설명과 중복되므로 생략한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 비선형 파라미터 측정 장치(100)는 피측정체(110)에 단일 주파수의 초음파 신호를 입사하고, 피측정체(110)를 통해 출력되는 초음파 신호를 검출하고, 피측정체(110)에 입사되고, 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호를 모두 고려하여 비선형 파라미터를 산출함으로써 정확한 비선형 파라미터를 측정할 수 있고, 비선형 파라미터 측정 장치(100)는 초음파 버퍼부(120), 초음파 생성부(130), 탐촉자(140), 입력 초음파 신호 측정부(150), 출력 초음파 신호 측정부(160) 및 비선형 파라미터 산출부(180)를 포함하여 구성된다.
초음파 버퍼부(120)는 피측정체(110)의 일측에 연결되어 피측정체(110)로 초음파 신호를 입사시킬 수 있다. 또한, 초음파 버퍼부(120)는 초음파 신호를 피측정체(110)에 평면파(plane wave)로 입사시키고, 후술할 입력 초음파 신호 측정부(150)로부터 조사된 레이저를 투과 및/또는 반사시킬 수 있다.
또한, 초음파 버퍼부(120)는 초음파 신호 및 후술할 입력 초음파 신호 측정부(150)로부터 입사된 레이저를 피측정체(110)의 입사면에 수직하게 입사시킬 수 있다.
또한, 초음파 버퍼부(120)는 초음파 및 레이저를 투과 및/또는 반사시킬 수 있는 재질로 구성될 수 있고, 구체적으로, 투명 플라스틱, 유리, 투명한 액체(예를 들어, 물) 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
초음파 생성부(130)는 고출력의 톤-버스트(tone-burst)를 발생시켜 초음파 신호를 생성할 수 있다.
탐촉자(140)는 초음파 버퍼부(120)에 연결되고, 초음파 생성부(130)와 연결되어, 초음파 생성부(130)에서 생성된 초음파 신호를 초음파 버퍼부(120)에 입사시킬 수 있다.
또한, 탐촉자(140)는 초음파 버퍼부(120)에 연결되고, 내부에 통공이 형성될 수 있다. 따라서, 초음파 생성부(130)에서 생성된 초음파 신호를 초음파 버퍼부(120)에 입사시킬 수 있다.
여기서, 통공의 중심축은 초음파 신호의 빔 축과 일치되도록 형성될 수 있다.
탐촉자(140)의 구체적인 설명은 도 10에서 설명하기로 한다.
입력 초음파 신호 측정부(150)는 초음파 버퍼부(120)에 레이저를 조사하여 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 구체적으로, 입력 초음파 신호 측정부(150)는 초음파 버퍼부(120)를 통과한 초음파 신호가 피측정체(110)로 입사되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호를 측정할 수 있다.
또한, 입력 초음파 신호 측정부(150)는 탐촉자(140)의 내부에 형성된 통공을 관통하여 초음파 버퍼부(120)에 레이저를 조사하여 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호를 측정할 수 있다.
여기서, 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호는 초음파 신호의 기본 주파수 성분 및 입사 고조파 성분을 포함할 수 있다. 상기 입사 고조파 성분은 기본 주파수 성분 이외의 고조파 성분을 갖는 초음파로서 탐촉자를 포함하는 전기적인 시스템 등에 의해 발생된 고조파 성분들일 수 있고, 피측정체에 입사되는 고조파 성분을 의미할 수 있다.
예를 들어, 탐촉자가 피측정체에 접촉시키는 접촉식 탐촉자인 경우, 탐촉자와 피측정체 사이에 일정하지 않은 접촉 압력으로 인한 불필요한 파장이 발생되어 피측정체에 입력될 수 있는데, 이는 상술한 입사 고조파 성분이다.
출력 초음파 신호 측정부(160)는 피측정체(110)의 타측에 레이저를 조사하여 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 구체적으로, 출력 초음파 신호 측정부(160)는 초음파 신호가 피측정체(110)로부터 출력되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호를 정밀하게 측정할 수 있다.
여기서, 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호는 피측정체(110)로부터 출력되는 초음파 신호의 기본 주파수 성분, 기본 주파수 성분에 대한 2차 고조파 성분, 초음파 신호의 입사 고조파 성분 및 입사 고조파 성분에 대한 2 차 고조파 성분을 포함할 수 있다.
비선형 파라미터 산출부(170)는 입력 초음파 신호 측정부(150) 및 출력 초음파 신호 측정부(160)에서 측정된 초음파 신호에 기초하여 피측정체(110)의 비선형 파라미터를 산출할 수 있다.
여기서, 비선형 파라미터 산출부(170)는 입력 초음파 신호 측정부(150)에서 측정된 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 피측정체(110)의 비선형 파라미터를 산출할 수 있다.
한편, 비선형 파라미터 산출부(170)가 피측정체(110)로 입사되는 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 비선형 파라미터를 산출하는 방법은 상술한 도 2에서 구체적으로 설명하였는바 생략하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정을 위한 탐촉자를 나타내는 사시도이다.
도 10을 참조하면, 탐촉자(140)는 일단이 초음파 버퍼부에 연결되고, 내부에 통공(141)이 형성될 수 있고, 초음파 생성부에서 생성된 초음파 신호를 초음파 버퍼부에 입사시킬 수 있다.
또한, 탐촉자(140)는 입력 초음파 신호 측정부로부터 타단에서 조사된 레이저를 내부에 형성된 통공(141)을 통하여 초음파 버퍼부로 통과시킬 수 있다. 여기서, 통공(141)의 중심축은 초음파 신호의 빔 축과 일치될 수 있다.
또한, 탐촉자(140)는 레이저를 관통 또는 투과시킬 수 있는 구조로 형성될 수 있고, 도 10에 도시된 바와 같이, 원통형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 파라미터 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 비선형 파라미터 측정 방법은 피측정체에 단일 주파수의 초음파 신호를 입사하고, 피측정체를 통해 출력되는 초음파 신호를 검출하고, 피측정체에 입사되고, 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 모두 고려하여 비선형 파라미터를 산출함으로써 정확한 비선형 파라미터를 측정할 수 있다.
구체적으로, 단계 S100에서 고출력의 톤-버스트(tone-burst)를 발생시켜 초음파 신호를 생성할 수 있다.
다음으로, 단계 S110에서 피측정체의 일측에 연결된 초음파 버퍼부에 초음파 신호를 입사시킬 수 있다.
다음으로, 단계 S120에서 초음파 버퍼부에 레이저를 조사하여 피측정체로 입사되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 구체적으로, 초음파 신호가 피측정체로 입사되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 피측정체로 입사되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 여기서, 피측정체로 입사되는 초음파 신호와 레이저는 피측정체의 입사면에 수직하게 입사될 수 있다.
또한, 피측정체로 입사되는 초음파 신호는 평면파(plane wave)로 입사될 수 있고, 피측정체로 입사되는 초음파 신호는 초음파 신호의 기본 주파수 성분 및 입사 고조파 성분을 포함할 수 있다.
다음으로, 단계 S130에서 피측정체의 타측에 레이저를 조사하여 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 구체적으로, 초음파 신호가 피측정체로부터 출력되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 측정할 수 있다. 여기서, 피측정체의 타측에 조사되는 레이저는 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호의 출사면에 수직하게 입사될 수 있다.
또한, 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호는 초음파 신호의 기본 주파수 성분, 기본 주파수 성분에 대한 2차 고조파 성분, 초음파 신호의 입사 고조파 성분 및 입사 고조파 성분에 대한 2 차 고조파 성분을 포함할 수 있다.
다음으로, 단계 S140에서 측정된 피측정체로 입사되는 초음파 신호 및 측정된 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호에 기초하여 피측정체의 비선형 파라미터를 산출할 수 있다. 즉, 피측정체로 입사되는 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 피측정체의 비선형 파라미터를 산출할 수 있다.
비선형 파라미터를 산출하는 구체적인 내용은 도 2에서의 설명과 중복되므로 생략한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 피측정체의 비선형 파라미터를 측정하기 위한 장치 및 방법에 적용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 초음파 신호를 이용하여 피측정체의 비선형 파라미터(nonlinear parameter)를 측정하는 비선형 파라미터 측정 장치로서,
    상기 피측정체의 일측에 연결되어 상기 피측정체로 상기 초음파 신호를 입사시키는 초음파 버퍼부;
    톤-버스트(tone-burst)를 발생시켜 상기 초음파 신호를 생성하는 초음파 생성부;
    상기 초음파 버퍼부에 연결되고, 상기 초음파 생성부에서 생성된 상기 초음파 신호를 상기 초음파 버퍼부에 입사시키는 탐촉자;
    상기 초음파 버퍼부에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정하는 입력 초음파 신호 측정부;
    상기 피측정체의 타측에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호를 측정하는 출력 초음파 신호 측정부; 및
    상기 입력 초음파 신호 측정부 및 출력 초음파 신호 측정부에서 측정된 상기 초음파 신호에 기초하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출하는 비선형 파라미터 산출부
    를 포함하는 비선형 파라미터 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 버퍼부는, 상기 초음파 신호를 상기 피측정체에 평면파(plane wave)로 입사시키고, 상기 입력 초음파 신호 측정부로부터 조사된 레이저를 투과시키는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 초음파 버퍼부는, 상기 초음파 신호 및 상기 입력 초음파 신호 측정부로부터 입사된 레이저를 상기 피측정체의 입사면에 수직하게 입사시키는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 초음파 버퍼부는, 상기 초음파 신호 및 상기 입력 초음파 신호 측정부로부터 입사된 레이저를 상기 피측정체의 입사면에 경사지게 입사시키는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호는, 상기 초음파 신호의 기본 주파수 성분 및 입사 고조파 성분을 포함하는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 초음파 신호 측정부는, 상기 초음파 신호가 상기 피측정체로 입사되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정하는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호는, 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호의 기본 주파수 성분, 상기 기본 주파수 성분에 대한 2차 고조파 성분, 상기 초음파 신호의 입사 고조파 성분 및 상기 입사 고조파 성분에 대한 2 차 고조파 성분을 포함하는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 초음파 신호 측정부는, 상기 초음파 신호가 상기 피측정체로부터 출력되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호를 측정하는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 비선형 파라미터 산출부는, 상기 입력 초음파 신호 측정부에서 측정된 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출하는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 통공의 중심축은, 상기 초음파 신호의 빔 축과 일치하는, 비선형 파라미터 측정 장치.
  11. 초음파 신호를 이용하여 피측정체의 비선형 파라미터 측정을 위한 초음파 탐촉자로서,
    일단이 상기 피측정체에 연결되어 상기 피측정체로 상기 초음파 신호를 입사시키고, 내부에 통공이 형성되어 타단에서 입사되는 레이저를 통과시키는 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 통공의 중심축은, 상기 초음파 신호의 빔 축과 일치하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자.
  13. 초음파 신호를 이용하여 피측정체의 비선형 파라미터(nonlinear parameter)를 측정하는 방법으로서,
    (a) 톤-버스트(tone-burst)를 발생시켜 상기 초음파 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 피측정체의 일측에 연결된 초음파 버퍼부에 상기 초음파 신호를 입사시키는 단계;
    (c) 상기 초음파 버퍼부에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정하는 단계;
    (d) 상기 피측정체의 타측에 레이저를 조사하여 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호를 측정하는 단계; 및
    (e) 측정된 상기 피측정체로 입사되는 초음파 신호 및 측정된 상기 피측정체로부터 출력되는 초음파 신호에 기초하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출하는 단계;
    를 포함하는 비선형 파라미터 측정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호는, 평면파(plane wave)로 입사되는 것을 특징으로 하는 비선형 파라미터 측정 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 초음파 신호 및 상기 레이저는, 상기 피측정체의 입사면에 수직하게 입사되는 것을 특징으로 하는 비선형 파라미터 측정 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호는, 상기 초음파 신호의 기본 주파수 성분 및 입사 고조파 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 파라미터 측정 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 초음파 신호가 상기 피측정체로 입사되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 비선형 파라미터 측정 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호는, 상기 초음파 신호의 기본 주파수 성분, 상기 기본 주파수 성분에 대한 2차 고조파 성분, 상기 초음파 신호의 입사 고조파 성분 및 상기 입사 고조파 성분에 대한 2 차 고조파 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 파라미터 측정 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 초음파 신호가 상기 피측정체로부터 출력되는 면의 변위를 레이저로 측정하여 상기 피측정체로부터 출력되는 상기 초음파 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 비선형 파라미터 측정 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는, 상기 피측정체로 입사되는 상기 초음파 신호의 입사 고조파 성분을 고려하여 상기 피측정체의 비선형 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는 비선형 파라미터 측정 방법.
PCT/KR2013/009889 2012-12-24 2013-11-04 비선형 파라미터 측정 장치 및 방법 WO2014104563A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/654,647 US9829469B2 (en) 2012-12-24 2013-11-04 Apparatus and method for measuring nonlinear parameters

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120151976A KR101391141B1 (ko) 2012-12-24 2012-12-24 비선형 파라미터 측정 장치 및 방법
KR1020120151975A KR101391140B1 (ko) 2012-12-24 2012-12-24 비선형 파라미터 측정을 위한 초음파 탐촉자 및 이를 포함하는 비선형 파라미터 측정 장치
KR10-2012-0151976 2012-12-24
KR10-2012-0151975 2012-12-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014104563A1 true WO2014104563A1 (ko) 2014-07-03

Family

ID=51021571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2013/009889 WO2014104563A1 (ko) 2012-12-24 2013-11-04 비선형 파라미터 측정 장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9829469B2 (ko)
WO (1) WO2014104563A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017209329A1 (ko) * 2016-06-03 2017-12-07 한양대학교 산학협력단 고전압 펄서에서 발생되는 초음파 비선형성 측정 방법
KR20190048136A (ko) * 2017-10-30 2019-05-09 현대오트론 주식회사 초음파 처리 장치 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050022585A (ko) * 2003-08-27 2005-03-08 학교법인조선대학교 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템
KR100542651B1 (ko) * 2003-11-03 2006-01-11 학교법인 성균관대학 비선형 음향반응을 이용한 비파괴 음향 탐사방법
JP2007155730A (ja) * 2005-12-01 2007-06-21 General Electric Co <Ge> 超音波検査システム及び方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62134604A (ja) * 1985-12-09 1987-06-17 Casio Comput Co Ltd カラ−フイルタ膜の形成方法
US7367948B2 (en) * 2002-08-29 2008-05-06 The Regents Of The University Of Michigan Acoustic monitoring method and system in laser-induced optical breakdown (LIOB)
CA2538133A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-16 Luna Innovations Method and apparatus for assessing a material
US7463364B2 (en) * 2003-07-31 2008-12-09 Ler Technologies, Inc. Electro-optic sensor
US7934424B2 (en) * 2006-07-25 2011-05-03 Luna Innovations Incorporated Ultrasonic material monitor for determining a characteristic of the material
US9689760B2 (en) * 2011-11-10 2017-06-27 The Regents Of The University Of California Stress detection in rail
KR101700139B1 (ko) * 2014-02-27 2017-02-13 한국원자력연구원 레이저 기반 비선형인자 측정 장치 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050022585A (ko) * 2003-08-27 2005-03-08 학교법인조선대학교 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템
KR100542651B1 (ko) * 2003-11-03 2006-01-11 학교법인 성균관대학 비선형 음향반응을 이용한 비파괴 음향 탐사방법
JP2007155730A (ja) * 2005-12-01 2007-06-21 General Electric Co <Ge> 超音波検査システム及び方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JEONG, HYUN JO ET AL.: "Estimation of Fracture Toughness Degradation of High Temperature Materials by Nonlinear Acoustic Effects.", NONLINEAR ACOUSTIC EFFECTS., vol. 20, no. 5, October 2000 (2000-10-01), pages 424 - 430 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017209329A1 (ko) * 2016-06-03 2017-12-07 한양대학교 산학협력단 고전압 펄서에서 발생되는 초음파 비선형성 측정 방법
KR20180137565A (ko) * 2016-06-03 2018-12-27 한양대학교 산학협력단 고전압 펄서에서 발생되는 초음파 비선형성 측정 방법
US20190170696A1 (en) * 2016-06-03 2019-06-06 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Method for measuring ultrasonic nonlinearity generated by high voltage pulser
KR102167149B1 (ko) * 2016-06-03 2020-10-16 한양대학교 산학협력단 고전압 펄서에서 발생되는 초음파 비선형성 측정 방법
US10921289B2 (en) 2016-06-03 2021-02-16 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Method for measuring ultrasonic nonlinearity generated by high voltage pulser
KR20190048136A (ko) * 2017-10-30 2019-05-09 현대오트론 주식회사 초음파 처리 장치 및 방법
KR102019845B1 (ko) * 2017-10-30 2019-09-09 현대오트론 주식회사 초음파 처리 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US9829469B2 (en) 2017-11-28
US20150323505A1 (en) 2015-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2019104572A (ru) Лазерное ультразвуковое сканирование для визуализации повреждений или неровностей
WO2015182891A1 (ko) 초음파를 이용한 열화 평가 및 강도 추정 장치, 그리고 이를 이용한 열화 평가 및 강도 추정 방법
WO2018182103A1 (ko) 결함 검출 장치 및 이를 이용한 결함 검출 방법
WO2010077044A2 (ko) 음향초음파 전파 영상화 장치
WO2014104563A1 (ko) 비선형 파라미터 측정 장치 및 방법
WO2022065595A1 (ko) 수화반응물질 구조체의 강도 모니터링을 위한 강도신호 측정 방법 및 강도신호 측정 장치
WO2013108948A1 (ko) 파이프 손상 감지 장치 및 방법
JP4595117B2 (ja) 超音波伝搬の映像化方法および装置
WO2019117448A1 (ko) 복합 다중 주파수 초음파 위상배열 영상화 장치
RU2439545C2 (ru) Устройство неразрушающего контроля путем анализа рассеяния излучения
WO2021066291A1 (ko) 용접부의 결함 검출을 위한 핸드헬드 타입의 초음파 스캐너 및 이동식 초음파 스캐너
US4733963A (en) Method of measuring a sound pressure distribution in a solid body due to a ultrasonic probe by using photoelasticity
SE0301801D0 (sv) Icke-förstörande materialprovning
WO2018236029A1 (ko) 반사모드 비선형 초음파 진단 장치
KR101191364B1 (ko) 비선형 평가 시스템 및 장치
WO2016017991A1 (ko) 전자기 유도 센서를 활용한 비파괴 피로 검사 장치 및 그 검사 방법
WO2017209329A1 (ko) 고전압 펄서에서 발생되는 초음파 비선형성 측정 방법
WO2022139013A1 (ko) Ae 센서를 이용한 모터 소음 검사장치 및 검사방법
CN112179297A (zh) 基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法
JP2000002691A (ja) 構造物表面の溶射被膜剥離検出方法及び装置
KR20010057930A (ko) 음향방출법을 이용한 열피로 파단수명 예측장치 및 그 방법
RU2758340C1 (ru) Способ неразрушающего контроля прочности оптического волокна
KR100769627B1 (ko) 비파괴 검사장치
SE1551214A1 (en) Method and system for inspecting plate-like structures using ultrasound
WO2011055901A1 (ko) 강자성 막대를 이용한 비파괴 검사 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13867291

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14654647

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13867291

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1