彈性表面波 素子를 利用한 帶域通過 濾波器의 設計에 관한 硏究

田啓石(Kye-Suk Jun),黃金燦(Keum-Chan Whang),金鳳烈(Bong-Ryul Kim) 대한전기학회 1982 전기의 세계 Vol.31 No.2

쿼드러춰 방식에 의한 초음파현미경의 진폭과 위상영상 분석

김현,전계석,Kim, Hyun,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1999 韓國音響學會誌 Vol.18 No.3

본 연구에서는 쿼드러춰 방식의 초음파현미경을 구성하고 미세한 높이변화를 갖는 표면결함에 대한 진폭영상과 위상영상을 복원하여 상대적인 영상 강도의 변화와 영상의 질을 비교 분석하였다. 본 실험에서는 중심주파수가 3㎒인 focused 변환기를 사용하여 초음파현미경을 구성하고 알루미늄 재료를 선택하여 하나는 직경이 2㎜이고 깊이가 100㎛인 원형결함을 갖도록 하였고 다른 하나는 직경이 4㎜이고 깊이가 5㎜인 원형결함을 갖도록 시편을 제작하였으며 이들에 대한 진폭과 위상영상을 복원하였다. 결함 깊이가 100㎛인 원형결함이 존재하는 시편에 대한 라인 스캔(line scan) 결과 상대적인 영상강도의 진폭 변동율은 7%로 미약한 반면에 위상 변동율은 89%로 커다란 변화를 나타내므로 결함에 대해서 위상영상이 우수한 콘트라스트를 보였다. 이에 비하여 결함의 깊이가 5㎜인 시편에 대해서 진폭영상은 위상영상에 비하여 우수한 콘트라스트를 보이므로서 결함 깊이가 한 파장을 기준으로하여 위상영상과 진폭영상은 큰 차이를 나타내었다. 따라서 쿼드러춰 검출방식의 초음파현미경은 진폭만을 검출하는 포락선 검출기에 비해 한 파장보다 작은 높이변화를 갖는 결함의 탐상시 위상영상을 진폭영상의 상호보완적인 관계로 사용하므로서 결함의 미세 높이 변동을 효율적으로 평가 할 수 있다. In this study, we have constructed the acoustic microscope using quadrature technique and analyzed the relative variation of image intensity and the quality of image by reconstructing the amplitude and phase image for surface defects with tiny hight variation. In this experiment, we have constructed the scanning acoustic microscope using the focused transducer with 3㎒ center frequency and the quadrature detector. And we have fabricated aluminum samples with round defects whose depth is different and reconstructed the amplitude and phase images for the samples. One sample has round defects with 2㎜ diameter and 100㎛ depth and the other has round defects with 4㎜ diameter and 5㎜ depth. In the result of line scanning for the sample with 100㎛ round defects, it has been shown that the variation rate of amplitude image intensity is 7% and the variation rate of phase image intensity is 89%. The phase image has better contrast than amplitude image for the sample. In contrast to this, the amplitude image has better contrast than phase image for the sample with 5㎜ depth's defects. Accordingly there is big difference between amplitude image and phase image for depth variation of defects whose boundary is 1 wavelength. Consequently the acoustic microscope using quadrature detector can be evaluated efficiently more than using envelope detector, for detecting defects which have height variation less than 1 wavelength. And also the phase image and the amplitude image can be used for detecting defects of tiny height variation with complimentary relation.

금속에서의 광음향 신호 분석

이종호,전계석,Yi, Chong-Ho,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1994 韓國音響學會誌 Vol.13 No.6

본 논문에서는 금속에서의 광음향신호를 분석하기 위해 CW $CO_{2}$ 레이저를 사용하여 광음향 신호검출 시스템을 구성하였으며 알루미늄, 탄소강 및 활동을 샘플로 선택하고 레이저 변조주파수, 록인앰프의 시정수를 변화시키면서 샘플의 종류 및 두께에 따른 수 nA정도의 광음향 신호를 검출하여 신호처리 기법에 의해 금속에서의 광음향 신호의 특성을 분석하였다. 실험결과 시정수를 조정하여 광음향 신호를 안정화시킬 수 있었고 광음향 신호는 금속고유의 열팽창계수에 대한 열용량에 비례하여 증가하고 샘플두께 및 변조주파수에 대하여 지수함수적으로 감소함을 확인하였다. In this paper, the system for detection of photoacoustic signal has been constructed by using CW $CO_{2}$ laser for an analysis of the photoacoustic signal In metals and aluminum carbon steel, brass have been used as sample. The photoacoustic signals of several nano amperes have been detected in each sample with varying modulation frequency of laser, time constant of lock-in amplifier, thickness of sample. The characteristics of photoacoustic signal has been analysed in term of phase angle by using signal processing technique. Results indicate that the photoacoustic signal can be stabilized by adjustment of time constant of lock-in amplifier, that the signal amplitude is proportional to the ratio of thermal expansion coefficient to thermal capacity of metal, and that the signal amplitude decreases exponentially with sample thickness as well as with modulation frequency.

광음향 신호처리를 이용한 표면결함의 영상 기술

이종호,전계석,Yi, Chong-Ho,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1994 韓國音響學會誌 Vol.13 No.6

본 논문에서는 출력이 2W이고 파장이 $10.6{\mu}m$인 CW $CO_{2}$ 레이저와 PZT 5A 음향변화 소자를 사용하여 광음향 영상처리 시스템을 구성하였으며 샘플로서 5mm 두께의 스텐레스강을 사용하여 그 표면에 폭과 깊이가 $50{\mu}m$, 선간격이 각각 $200{\mu}m$, $300{\mu}m$가 되도록 3선의 선형결함을 방전가공하고 $2.2mm\times2mm$의 스캔범위를 취하여 표면결함을 영상화한 결과 레이저 변조주파수가 100Hz 일때 $50{\mu}m$의 해상력을 갖는 양질의 영상을 보였다. In this paper, photoacoustic image processing system was constructed by using 2W CW $CO_{2}$ laser of $10.6{\mu}m$ wavelength and PZT 5A acoustic transducer. Stainless steel of 5mm thickness was used as a sample in experiment. Three line cracks of $50{\mu}m$ in each width and depth were made by using plasma on the surface of the sample. Also, each gap among their lines was $200{\mu}m$ and $300{\mu}m$ in width. In the scan range of $2.2mm\times2mm$ including surface defects, a good image of $50{\mu}m$ resolution had been shown when modulation frequency of CW laser was 100Hz.

전력 켑스트럼 기법을 이용한 다층구조물 접착면의 두께측정

신진섭,전계석,Shin, Jin-Seob,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1997 韓國音響學會誌 Vol.16 No.2

본 논문에서는 전력 켑스트럼 신호처리 기법을 이용하여 다층구조물 접착면의 두께를 측정하는 방법을 제안하였다. 각 층에서 반사된 초음파 중첩신호의 피크치들은 전력 켑스트럼 기법에 의해 분리되었으며, 접착면의 두께는 피크간의 간격으로 측정되었다. 본 실험에서는 알루미늄과 황동 사이의 에폭시(2-Ton과 Plastic Steel Putty(A)) 접착층 두께를 0.5mm에서 0.75mm까지 변화시켜 다층구조물을 제작하였다. 접착층 두께측정은 초음파 펄스-에코 방법을 사용하였으며 측정한 결과 실제 두께와 1.34% 오차범위내에서 일치하였다. In this paper, the thickness measurement method of adhesive layers of multilayers using power cepstrum signal processing technique has been proposed. The peak values for reflected signal from each layer have been separated by power cepstrum technique. Therefore, thickness of adhesive layers have been measured by the intervals of peak signal. In the experiment, the adhesive layers of 0.5mm-0.75mm thickness using epoxy(2-Ton and Plastic Steel Putty(A)) between the aluminum and the brass were formed. The adhesive layer thickness which is calculated with data of reflected signal by ultrasonic pulse-echo method was within error 1.34% of the measured values.

엑시며 레이저 펄스에 의해 여기된 광음향신호 분석

이종오,전계석,Yi, Chong-Ho,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1997 韓國音響學會誌 Vol.16 No.1

In this paper, the PA(PhotoAcoustic) signals excited in metals by Xef, KrF excimer laser pulse were detected by a PZT transducer, and its transforming machanism and directivity patterns were analysed. The laser energy density in irradiation spot divides the PA trasnsorming machanism to be classified into thermoelastic and plasma regime, and the transforming machanisms in two regimes are different from each other. Based on theoretical model, it is predicted that shear wave is greater than longitudinal in the thermoelastic regime and longitudinal is greater than shear wave by reaction force in plasma regime. These predictions were verified through experiments by using of the XeF excimer pulsed laser of 480nm center-wavelength and the KrF excimer pulsed laser of 248nm. Also, for its directivity pattern, an arrival angle of the maximum longitudinal energy was around $60^{\circ}$ and maximum shear energy was around $30^{\circ}$ in the thermoelastic regime, and an arrival angle of maximum longitudinal energy was shown on nomal to the surface and maximum shear energy was represented in about $30^{\circ}$ in plasma regime. 본 논문에서 XeF, KrF 엑시머레이저 펄스에 의해 금속에서 여기되는 광음향신호를 PZT 변환기로 검출하여 광음향 변환 메카니즘과 지향성패턴을 분석하였다. 고체에서 레이저펄스에 의한 광음향 변환 매카니즘은 조사되는 레이저의 에너지밀도에 따라 열탄성영역과 플라즈마영역으로 나뉘며 두영역에서 서로 다른 양상을 보인다. 열탄성영역에서는 표면과 수평방향의 변위가 크고 플라즈마영역에서는 반사력으로 인해 수직방향의 변위가 크게 나타나는 것으로 모델링되며 이를 중심파장 480nm의 XeF엑시머레이저와 248nm의 KrFdprtlajfp이저를 사용하여 실험적으로 증명하였다. 또한 열탄성 영역에서 최대종파에너지는 $60^{\circ}$, 최대횡파에너지는 $30^{\circ}$부른에서 나타났고 플라즈마영역에서는 최대 종파와 횡파에너지가 각각 $0^{\circ},\;30^{\circ}$부근에서 나타나는 지향특성을 보였다.

SLAM 영상을 이용한 크랙 깊이 측정

황기환,전계석,Hwang, Ki-Hwan,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1997 韓國音響學會誌 Vol.16 No.3

본 논문에서는 SLAM(Scanning Laser Acoustic Microscope) 시스템을 이용하여 고체 내부에 발생한 크랙의 깊이를 측정하는 방법을 연구하였다. SLAM 시스템은 초음파의 투과계수에 따른 그림자 영상을 재생시키므로 크랙 깊이에 대한 정확한 측정방법이 요구된다. 이를 위하여 시료에 초음파를 사각으로 입사시켜 얻은 SLAM 영상의 그림자영역과 시료내의 초음파 모드 변환에 대한 기하학적 구조를 이용하여 크랙의 깊이를 측정할 수 있는 방법을 제안하고 실험을 통하여 확인하였다. 실험을 위하여 알루미늄에 서로 다른 깊이로 수직형 라인-크랙의 결함을 갖는 시료를 가공하였고 시료에 초음파를 사각 입사시키기 위하여 20$^{\circ}$ 각도로 웨지를 제작하였다. 실험 결과, 크랙의 깊이가 증가할수록 SLAM 영상의 그림자 영역이 비례적으로 증가함을 보였고, 결함의 깊이에 대한 측정치와 실제치를 비교한 결과 약 6% 이하의 측정오차를 보였다. In this paper, we studied the configuration and depth measurement method of the crack in the interior of solid with scanning laser acoustic microscope. Precision measurement method of crack depth is required in SLAM because that system reconstructs the shadow image to the transmission coefficient. We proposed this method that used geometrical structure to the shadow area of SLAM images obtained from oblique incidence and the mode conversion of ultrasound in specimen and then experimented it. For this experiment, we fabricated various specimens which had the vertical line-crack with different depth and made the wedge as 20$^{\circ}$ for oblique incidence. Experimental results showed that the shadow area of SLAM images were proportional to the depth of crack. Measured depth error to the crack was less than 6% compared with practical crack depth.

켑스트럼 기법을 이용한 다층구조물의 임피던스 해석

신진섭,전계석,Shin, Jin-Seob,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1997 韓國音響學會誌 Vol.16 No.4

본 논문에서는 다층구조물에 초음파를 입사시켰을 때 반사된 신호를 켑스트럼 기법으로 신호처리하여 각 층의 임피던스 변화를 해석하였다. 이를 위하여 각 층에서 반사된 초음파 반사신호에 삼중 켑스트럼 기법을 적용하여 최대 진폭과 극성을 구하고 이러한 값으로 각 층의 반사계수를 산출하므로써 임피던스를 구할 수 있었다. 실험을 위하여 얻어진 반사신호를 켑스트럼 처리하여 임피던스를 측정한 결과 이론치와 잘 일치하였다. In this paper, the imdedance for each layer using triple cepstrum signal processing for reflected ultrasonic signal from the multilayer structure has been analyzed. The reflection coefficient can be obtained from the amplitude and the polarity of the peaks in the triple cepstrum, and then the impedance of each layer has been reconstructed by the reflection coefficient. In this experiment, four types of multilayers consisting of different metal layers were manufactured. The reflected signals from the multilayer structure have been detected by pulse-echo method. The impedances have been reconstructed by triple cepstrum technique. The experimental results have been in good agreement with the theoretical results.

SSP MPO 알고리즘을 이용한 초음파 결정립 잡음 억제에 관한 연구

구길모,전계석,Koo, Kil-Mo,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1996 韓國音響學會誌 Vol.15 No.6

원전의 1차 계통 건전성 확보를 위한 일환으로서 초음파 검사 방법은 매우 중요하다. 그러나, 초음파는 검사 대상제의 내부 구조 및 형상에 따라 검사의 제한을 받으므로 결정립이 큰 재질에서 후방 산란 잡음 즉 시 불변성(time invariant) 잡음이 발생한다. 이로 인하여 수신 신호는 낮은 신호 대 잡음비의 결과로 나타나게 된다. 주파수 대역 분할 방식(split spectrum processing:SSP) 기술은 이와 같은 잡음을 억제하는데 효율적이다. 그러나, 종래의 SSP 기술은 minization, PT 알고리즘중 한 알고리즘만 적용하였으나 본 논문에서는 이두 가지 알고리즘을 동시에 처리하는 MPO(minimization and polarity threshold)알고리즘을 적용하고, 주파수 대 대역폭비가 일정한 FIR 여파기로서 새로운 constant-Q SSP를 수행하여 신호처리 시간을 단축하였다. 현장 검사 요건과 동일하게 종파와 횡파에도 일부 적용하였다. 한편, 이러한 새로운 SSP 기술을 적용할 수 있도록 초음파 탐상기를 설계 제작하였고, 시험편들의 준비는 원전 모재 대비시험편, 모재와 동일한 재질의 스테인레스 스틸 및 구리 시험편들이며, 이들 시험편으로 부터 초음파 신호를 수집하여 본 신호 처리를 적용한 결고 신호 대 잡음비가 향상됨을 알 수 있었다. It is very important for ultrasonic test method to evaluate the integrity of the class I components in nuclear power plants. However, as the rltrasonic test is affected by internal structures and configurations of test materials, backscattering, that is, time invariant noise is generated in large grain size materials. Due to the above reason, the received signal results in low signal to noise(S/N) ratio. Split spectrum processing(SSP) technique is effective to suppress the grain noise. The conventional SSP technique. however, has been applied to unique algorithm. This paper shows that MPO(minimization and polarity threshold) algorithm which two algorithms are applied simulatancously, was utilized, the signal processing time was shorten by using the new constant-Q SSP with the FIR filter which frequency to bandwidth ratio is constant and the optimum parameters were analysed for the signal processing to longitudinal wave and shear wave with the same requirements of inspection on nuclear power plant site. Moreover, the new ultrasonic test instrument, the reference block of the same product form and material specification, stainless stell test specimens and copper test specimens block of the same fabricated for the application of new SSP technique. As the result of experimental test with new ultrasonic test instrument and test specimens, the signal to noise ratio was improved by appying the new SSP technique.

고체내부의 결함형태에 따른 초음파 신호의 특징추출

신진섭,전계석,Shin, Jin-Seob,Jun, Kye-Suk 한국음향학회 1995 韓國音響學會誌 Vol.14 No.6

본 논문에서는 금속내부에 존재하는 결함의 다양한 형태로부터 반사된 초음파 신호를 디지탈 신호처리에 의하여 특징추출하는 방법을 연구분석하였다. 다양한 형태의 결함으로부터 반사된 초음파 신호는 잡음 등의 영향으로 그 특징의 구별이 애매하므로 자기 회기법(auto-regressive)을 이용한 위너 필터링(Wiener filtering)과 최소 절대치 노름(least-absolute-values norm) 기법을 사용하여 신호의 특징을 추출하고 상호 비교분석하였다. 실험에서는 알루미늄 시편에 평면결함, 사각결함, 원형결함의 세가지 결함형태를 제작하였으며, 초음파를 입사하고 펄스-에코 방법에 의하여 반사신호를 측정하였다. 반사신호의 디지탈 신호처리 결과, 이러한 특징추출방법은 다양한 형태의 결함으로부터 반사된 신호를 효율적으로 분류 할 수 있었다. In this paper, the features extraction of reflected ultrasonic signals from various type of defects existing in Al metal has been studied by digital signal processing. Since the reflected signals from various type of the defects are ambiguous in features distinction from effects of noise, Wiener filtering using AR (auto-regressive) technique and least-absolute-values norm method has been used in features extraction and comparison of signals. In this experiment, three types of the defect in aluminum specimen have been considered: a flat cut, an angular cut, a circular hole. And the reflected signal have been measured by pulse-echo methods. In the result of digital signal processing of the reflected signal, it has been found that the features extraction method have been effective for classification of the reflected signals from various defects.