유도초음파의 분산성 보정에 관한 연구

강토,송성진,김학준 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.1

For long-range nondestructive inspection of pipelines, ultrasonic guided waves are regarded as promising tools. However, dispersion of a guided wave in a pipe is a major drawbacks because dispersion makes interpretation of the signals from guided waves propagating through a pipe truly di±cult. There are an in¯nite number of axisymmetric modes and a doubly in¯nite number of non-axisymmetric modes that are caused by the interactions of shear and longitudinal bulk waves with the boundaries of the pipes. The problem of dispersion can be relieved by using input signals with limited bandwidth. Even though the input signal consists of tone bursts that are limited in the bandwidth, received signals spread out in time, giving low resolution when the group velocity dramatically drops or increases. Therefore, in this study, to overcome these problems, dispersion compensation for guided waves was investigated to reduce the dispersive nature of guided waves. To verify these methods, we performed experiments for an ASTM A106 6-inch schedule ]40 carbon-steel pipe with a circumferential notch embedded. Also, we introduced a signal compression ratio to estimate the amount of dispersion quantitatively as a function of the frequency bandwidth. In this paper, the principle of the signal processing methods and the dispersion compensation in pipes are discussed, and their performances are presented. 배관의 자유표면 경계조건하에서 종파와 횡파가 배관 외벽과 내벽에반사되고, 반사된 초음파들이 상호간섭을 일으키고 중첩되어, 배관 내를전파하는 새로운 파를 생성해내는데, 이를 유도초음파라고 한다. 유도초음파는 장거리검사가 가능한 이점을 가지고 있지만, 현장적용에있어서 해결되어야 할 문제들이 여전히 남아있다. 유도초음파는발생조건에 의하여, 주파수에 따라 위상속도가 변하는 분산성을 가지게되는데, 분산성으로 인해 시간영역에서 신호가 길어져서 분해능이떨어지게 된다. 따라서, 검사 주파수에서 특정모드를 선택하여유도초음파 검사를 수행하는데, 군속도의 변화가 급격하면 시간영역에서신호의 길이가 길어져 분해능을 떨어뜨리게 되므로 검사 주파수는 탐촉자주파수 밴드폭 내에서 군속도의 변화가 거의 없는 주파수 영역을사용하게 된다. 하지만, 군속도의 변화가 거의 없는 주파수 영역을 찾아해당 주파수 영역에서 검사하는 것은 한계가 있으며, 본 연구에서는이러한 어려움을 극복하기 위해, 유도초음파 분산성 보정 기법을제안하였다. 정량적으로 유도초음파의 분산성을 측정하기 위하여,압축률(signal compression ratio)를 도입하여 주파수 밴드폭에 따른유도초음파 신호의 압축률을 계산하였다. 또한, 주파수에 따른 최적의압축률을 계산하여 장거리 배관 검사에 유도초음파를 적용성을증대시키고자 한다. 본 연구에서 개발될 분산성 보정 기법은 향후 배관의상태를 영상화하는데 이용될 수 있으며, 유도초음파 검사 연구에다양하게 사용될 수 있을 것이라 예측된다.

영남(3 비)및 진해(4 비)비료 공장의 암모니아 공정

강토 한국화학공학회 1965 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.3 No.2

Analysis of the Propagation Characteristics of Ultrasonic Guided Waves Excited by Single Frequency and Broadband Sources

강토,송성진,조영도,이동훈,조현준,김학준 한국비파괴검사학회 2009 한국비파괴검사학회지 Vol.29 No.6

Excitation and propagation of guided waves are very complex problems in pipes due to their dispersive nature. Pipes are commonly used in the oil, chemical or nuclear industry and hence must be inspected regularly to ensure continued safe operation. The normal mode expansion(NME) method is given for the amplitude with which any propagating waveguide mode is generated in the pipes by applied surface tractions. Numerical results are calculated based on the NME method using different sources, i.e., non-axisymmetric partial loading and quasi-axisymmetric loading sources. The sum of amplitude coefficients for 0~nineth order of the harmonic modes are calculated based on the NME method and the dispersion curves in pipes. The superimposed total field which is namely the angular profile, varies with propagating distance and circumferential angle. This angular profile of guided waves provides information for setting the transducer position to find defects in pipes.

비선형인자 측정을 통한 알루미늄 피로손상 평가

강토(To Kang),Jeong K. Na,송성진(Sung-Jin Song),박진호(Jin-Ho Park) 대한기계학회 2015 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.열공학 No.-

Fused Silica와 Al2024-T4의 비선형 파라미터 측정

강토(To Kang),이택규(Taekgyu Lee),송성진(Sung-Jin Song),김학준(Hak-Joon Kim) 한국비파괴검사학회 2013 한국비파괴검사학회지 Vol.33 No.1

금속 재료의 비선형 파라미터는 고유한 물성치로서 기본주파수의 음압의 크기(A₁)과 2차고조파의 음압의 크기(A₂)을 측정하면 산정할 수 있다. 하지만, 실험적으로 A₁ 과 A₂를 측정하는 것은 매우 복잡한 변환 과정이 필요하기 때문에 현재 많은 연구자들이 비선형 파라미터의 절대값을 측정하지 않고, 전압 변화를 관찰하는 비선형 파라미터의 상대값을 측정하고 있다. 하지만, 비선형 파라미터 상대값으로는 재료의 물성치를 대변할 수가 없기 때문에, 열화도에 따른 시편 측정에만 사용할 수 있는 제약이 있다. 따라서 본 연구에서는 정전용량 측정기법(capacitive detector)보다는 비용이 적게 소모되고 현장 적용이 가능한 압전형 수신기법(piezoelectric detection)을 이용하여 비선형 파라미터의 절대값을 측정하기 위한 시스템을 구축하였다. A₁<SUP>2</SUP>vs A₂ 그래프로 시스템의 선형성을 검증하고 시험편인 fused silica와 Al2024-T4에 대한 비선형 파라미터를 측정하였다. Nonlinearity parameter is an inherent property of materials measuring fundamental acoustic amplitude(A₁) and second harmonic amplitude(A₂). However, measurement of A₁and A₂ has complex calibration procedure, many researchers prefer to measure relative nonlinearity parameter rather than absolute nonlinearity parameter. But, relative nonlinearity parameter is only detect materials degradation with various degradation sampels, it is limited application in determining third order elastic constants of materials. Therefore, in this study, the piezoelectric detection method is adopted to measure absolute nonlinearity parameter due to experimetal simplicity compare to capacitive detector. Linearity of measurement system is verified by A₁<SUP>2</SUP> vs A₂ plot, and we measured ultrasonic nonlinearity parameters of fused silica and Al2024-T4.

국소 공간 웨이브넘버 필터링 기법을 이용한 평판 구조물 두께 측정

강토(To Kang),이정한(Jeong Han Lee),한순우(Soon Woo Han),박진호(Jin Ho Park),박규해(Gyuhae Park),전준영(Jun Young Jeon) 한국비파괴검사학회 2016 한국비파괴검사학회지 Vol.36 No.5

구조물 표면은 부식으로 인하여, 크랙이나 감육이 발생할 수 있으며, 이로 인하여 구조물의 파단으로 귀결되어 많은 인명 피해와 재산 손실을 초래할 수 있다. 이에 따라, 박판 구조물이나 배관 구조물과 같이 검사 면적에 비해 두께가 얇은 구조물에 대한 레이저 영상화 기법은 최근 10여년간 꾸준히 연구가 진행되었다. 가장 많이 사용되는 방법으로는 펄스 레이저를 이용한 영상화 시스템이다. 이 방법을 이용하여 평판구조물, 배관 등 다양한 구조물을 스캐닝하여 비교적 짧은 시간에 원하는 영역을 검사하고 영상화하는 기법이 개발되었다. 하지만, 이 기법은 음파가 결함에 의해 반사되는 반사파를 이용하여 영상화하는 기법으로 검사 위치마다 수 ms의 시간지연이 필요하며, 검사 위치마다 레이저 빔을 집속해주는 렌즈가 필요하여 고가의 복잡한 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 연속 가진기법을 이용하여 구조물에 정상파(standing wave)를 가진하고, 이 정상파를 위치별로 스캐닝하여 결함을 영상화하는 기술을 제안하였다. 평판 구조물에 두께가 변화하는 결함을 인공적으로 삽입하여, 제안된 기술의 두께 변화 탐지 가능성을 제시하였다. Corrosion on the surface of a structure can generate cracks or cause walls to thin. This can lead to fracturing, which can eventually lead to fatalities and property loss. In an effort to prevent this, laser imaging technology has been used over the last ten years to detect thin-plate structure, or relatively thin piping. The most common laser imaging was used to develop a new technology for inspecting and imaging a desired area in order to scan various structures for thin-plate structure and thin piping. However, this method builds images by measuring waves reflected from defects, and subsequently has a considerable time delay of a few milliseconds at each scanning point. In addition, the complexity of the system is high, due to additional required components, such as laser-focusing parts. This paper proposes a laser imaging method with an increased scanning speed, based on excitation and the measurement of standing waves in structures. The wavenumber of standing waves changes at sections with a geometrical discontinuity, such as thickness. Therefore, it is possible to detect defects in a structure by generating standing waves with a single frequency and scanning the waves at each point by with the laser scanning system. The proposed technique is demonstrated on a wall-thinned plate with a linear thickness variation.

파수 민감도를 활용한 평판 감육 영상화 방안 연구

강토(To Kang),문성인(Seong In Moon),한순우(Soon Woo Han),전준영(Jun Young Jeon),박규해(Gyuhae Park) 대한기계학회 2018 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2018 No.4

표준형 통합 상태기반정비 (CBM) 기반 원심펌프 이상상태 진단기술 개발

강토(To Kang),한순우(Soon-Woo Han),이정한(Jeong-Han Lee),윤두병(Doo-Byung Yoon),박진호(Jin-Ho Park) 한국소음진동공학회 2016 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.4

초음파를 이용한 고체추진제 연소속도 측정 불확실도 평가

강토(To-Kang),송성진(Sung-Jin Song),김학준(Hak-Joon Kim),고선필(Sun-Feel Ko),오현택(Hyun-Taek Oh),김인철(In-Chul Kim),유지창(Ji-Chang Yoo),정정용(Jung Yong Jung) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.5

초음파를 이용한 고체추진제의 연소속도 측정방법은 한 번의 실험으로 넓은 범위의 압력에서 연소 속도를 구할 수 있는 장점이 있다. 하지만, TOF를 이용한 연소속도 측정방법은 압력에 따라 변화하는 초음파의 음속을 이용하여 잔존길이를 구하기 때문에 압력, 비행시간(TOF:Time of Flight), 고체추진제 초기길이에 따른 불확실도에 대한 평가를 하여 신뢰성을 얻어야 한다. 본 연구에서는 초음파를 이용하여 고체추진제의 연소속도를 측정할 때 발생하는 불확실도을 평가하여 고체추진제의 연소속도의 신뢰성을 확보하였다. The advantage of ultrasonic burning rate measurement of solid propellant is measuring burning rates with wide range of pressure in a single test. In the ultrasonic method, instantaneous thickness of solid propellants as function of pressure or time were measured using time of flight(TOF) of ultrasonic signals. So, uncertainties of the measured burning rates by ultrasonic method have to evaluate with variation of pressure, TOF and initial propellant thickness. In this study, we evaluated uncertainties of ultrasonic method for measuring burning rates on the types 317 and the 318 propellants.

배관 원거리 진단을 위한 원주방향 배열 유도초음파 집속기술 개발

강토(To Kang),김학준(Hak-Joon Kim),송성진(Sung-Jin Song),조영도(Young-Do Cho),이동훈(Dong-Hoon Lee),조현준(Hyun-Joon Cho) 한국비파괴검사학회 2009 한국비파괴검사학회지 Vol.29 No.2

유도초음파는 현재 산업설비의 배관 등 장거리 탐상에 널리 사용되고 있으며, 특히, 길이가 수백 미터에서 수 ㎞에 달하는 가스 배관의 검사를 위하여 다수의 탐촉자를 이용한 배열 유도초음파 기술의 개발 및 적용이 확대되고 있다. 따라서, 본 연구에서는, 배관의 원거리 검사능 및 정밀도 향상을 위하여 배열 유도초음파의 집속 알고리즘을 개발하였으며, 개발 알고리즘의 성능을 개발 배열 초음파 시스템을 이용한 실험을 통하여 검증하였다. 그 결과 집속 알고리즘을 적용한 배열 유도초음파의 신호대 잡음비(SNR : signal to noise ratio)가 집속 알고리즘을 적용하지 않은 경우에 비해 향상됨을 알 수 있었다. Ultrasonic guided waves have been widely utilized for long range inspection of structures. Especially, development of array guided waves techniques and its application for long range gas pipe lines (length of from hundreds meters to few km) were getting increased. In this study, focusing algorithm for array guided waves was developed in order to improve long range inspectability and accuracy of the array guided waves techniques for long range inspection of gas pipes, and performance of the developed techniques was verified by experiments using the developed array guided wave system. As a result, S/N ratio of array guided wave signals obtained with the focusing algorithm was increased higher than that of signals without focusing algorithm.