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집속 표면파 전자기음향 트랜스듀서를 이용한 철강 후판 표면 종방향 미세결함 탐상
지봉규(Bonggyu Ji),박상진(Sang-Jin Park),이주승(Ju-Seung Lee),박재하(Jae-Ha Park),조승현(Seung-hyun Cho) 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.6
철강 후판 표면 미세결함은 고부가가치 합금 소재일수록 발생률이 높고, 크기가 매우 미세하여 효율적인 검사 기술 방법이 제안되지 못한 실정이다. 또한 최종 생산품에 심각한 불량을 야기한다는 점에서 표면 미세결함 탐상 기술 개발의 중요성이 대두되고 있다. 일반적인 미앤더 구조를 갖는 PCB 코일의 전자기음향 트랜스듀서(EMAT)는 철강 후판 모서리 종방향 표면 미세결함 탐상에 에너지 전환효율이 낮아 신호 대 잡음비의 증가 및 결함검출능의 한계를 보인다. 본 논문에서는 집속 표면파 EAMT 제작을 위한 코일 디자인 방법을 제안하고 2.5 MHz의 집속 표면파 가진의 최적화된 EMAT을 이용하여 검출능을 높이는 방법을 제안했다. 이를 바탕으로 제작된 EMAT에 정현파를 공급하여 집속 효과를 확인하고 방향 특성을 측정하였다. 또한 시험편의 모서리 종방향 표면 미세결함 신호를 검출하였다. Surface longitudinal microcrack in thick plates has a high incidence rate as compared to the high value-added metals and a very small and therefore, an efficient inspection method has yet been proposed. In addition, it is important to develop a surface longitudinal microcrack inspection method because a microcrack causes a serious defect in the final product. An electromagnetic acoustic transducer (EMAT) of a printed circuit board (PCB) coil with a common meander structure shows low signal-to-noise ratio and a limit to the flaw detectability for the inspection of surface longitudinal microcrack in steel thick plates because of low energy conversion efficiency. This paper presents a coil design method for producing a focused Rayleigh wave EMAT and a new method for increasing resolution and flaw detectability, using a focused EMAT optimized to generate Rayleigh waves at 2.5 MHz. Based on this, the focusing effect of signal directivity and amplitude enhancement was confirmed by supplying tone-burst to the coil. A surface longitudinal microcrack was detected clearly by the focused Rayleigh wave EMAT.
지봉규(Bonggyu Ji),박재하(Jae-Ha Park),조승현(Seung Hyun Cho) 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.5
건식 초음파 유량계는 기존 배관설비를 변경하지 않고 유량이 측정 가능하므로 산업현장에서 많은 주목을 받고 있다. 하지만 기존 건식 초음파 유량계는 압전 방식의 초음파 변환을 이용하므로 배관-유량계 접촉 문제, 낮은 신호대잡음비, 협소한 적용 온도 구간 등의 한계를 지니고 있다. 본 연구에서는 압전 원리 대신 전자기음향변환원리를 이용한 초음파 유량계를 제안하고 전자기 음향 트랜스듀서 적용에 따른 시간차법을 이용한 유량산출 모델을 제시하였다. 이를 바탕으로 1MHz의 중심주파수를 갖는 전자기음향트랜스듀서(EMAT) 기반 초음파유량계를 제작하였다. 제안한 유량계와 유량산출모델의 검증을 위해 실배관 시험을 수행하였다. 기존 전자식 유량계의 성능과 비교를 통해 제안한 EMAT 기반 초음파유량계의 타당성을 확인하였다. A clamp-on ultrasonic flowmeter is receiving considerable attention for industrial applications as it enables flow measurement without changing piping facilities. However, the clamp on the ultrasonic flowmeter using a piezoelectric ultrasonic transducer shows low signal-to-noise ratio and contact problem. In addition, it is difficult to apply to a high-temperature pipe. This paper presents an ultrasonic flowmeter transducer as an electromagnetic acoustic transducer (EMAT) which is different from the piezoelectric ultrasonic transducer and a specific transit-time ultrasonic flowmeter measurement model for EMAT. Further, a clamp-on ultrasonic flowmeter based on the EMAT with a center frequency of 1 MHz was manufactured. It was applied to 8-inch stainless steel piping to measure the flow velocity. Finally, the measurement results were presented by comparing the performance with that of an electronic flowmeter.
조승현(Seung Hyun Cho),지봉규(Bonggyu Ji),안봉영(Bongyoung Ahn),박현지(Hyun Ji Park),허태훈(Taehoon Heo) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.12
Regarding thin films in MEMS/NEMS structures, the exact evaluation of mechanical properties is very essential to enhance the reliability of their design and manufacturing. However, such methods as a tensile test and a resonance test, general methods to measure elastic moduli, cannot be applied to thin films since its thickness is so small. This work concerns guided wave based elastic modulus measurement method. To this end, guided wave excitation and detection system using a pulsed laser and a laser interferometry has been established. Also an elastic modulus extraction algorithm from the measured guided wave signal was developed. Finally, it was applied to actual thin film structures such as Ni-Si and Al-Si multilayers. From experimental results, we confirm that the proposed method has considerable feasibility to measure elastic properties of thin films.
단면 초음파공진 거동 변화에 기반한 PWS형 케이블 강선 긴장력 측정 타당성 연구
박재하 ( Park Jae-ha ),지봉규 ( Ji Bonggyu ),조승현 ( Cho Seung-hyun ) 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.23 No.1
The main objective of this paper is a feasibility Study for measuring tensile forces in the steel wire which are widely used in various types of prestressed structures. A steel wire serves as a load-bearing element, and electromagnetic-acoustic transducers are used to excite and detect resonant vibrational modes. The results show a promising feasibility on measurement of tensile forces in the steel wire.
조승현(Seung Hyun Cho),허태훈(Taehoon Heo),지봉규(Bonggyu Ji),안봉영(Bongyoung Ahn),장강원(Gang-Won Jang) 한국소음진동공학회 2014 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.10
Regarding thin films in MEMS/NEMS structures, the exact evaluation of mechanical properties is very essential to enhance the reliability of their design and manufacturing. However, such methods as a tensile test and a resonance test, general methods to measure elastic moduli, cannot be applied to thin films since its thickness is so small. This work concerns guided wave based elastic modulus measurement method. To this end, guided wave excitation and detection system using a pulsed laser and a laser interferometry has been established. Also an elastic modulus extraction algorithm from the measured guided wave signal was developed. Finally, it was applied to actual thin film structures such as Ni-Si and Al-Si multilayers. From experimental results, we confirm that the proposed method has considerable feasibility to measure elastic properties of thin films.
박판 레이저 용접부 결함 탐상을 위한 유도초음파 집속 전자기음향 트랜스듀서
박재하(Jae-Ha Park),조승현(Seung Hyun Cho),지봉규(Bonggyu Ji) 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.3
유도초음파 탐상은 기존의 체적파를 이용한 비파괴검사 방법에 비해 정밀도가 떨어지는 것으로 알려져 있으나, 얇은 판재 또는 배관 구조물에서 기존 체적 초음파 기법의 한계로 인하여 유도초음파의 적용성이 확대되어왔다. 하지만 판재 두께 전체에 대한 검사가 가능하다는 장점에도 불구하고, 기존의 접촉식 탐촉자를 이용한 유도초음파 탐상은 접근성과 접촉 문제 등으로 인하여 검사 결과의 신뢰성에 문제가 되어 왔다. 반면 비접촉식 전자기음향 트랜스듀서를 이용한 기술은 위의 문제를 극복할 수 있으나, 압전 소자에 비해 초음파 변환 성능이 저하된다는 점에서 적용성이 낮다. 따라서 본 연구에서는 박판 용접부와 같은 국부영역의 진단을 위해서 전자기음향 트랜스듀서를 이용한 유도초음파 집속 기술을 제안하였다. 코일의 형태와 패턴에 따른 집속 효과를 수치해석적으로 확인하고, 철강 박판에서 전파하는 유도초음파의 면외 변위를 측정함으로써 집속 효과를 검증하였다. 제안한 기법의 타당성을 검증하기 위해 집속 유도초음파 전자기음향 트랜스듀서를 설계/제작하고, 유도초음파 탐상 시험을 통해 집속 영역에서 에너지 밀도가 높은 음장 분포를 확인하였다. 결과적으로, 레이저 용접부에서 결함을 검출함으로써 제안한 집속 유도초음파 전자기음향 트랜스듀서의 성능을 검증하였다. Guided wave testing (GWT) has lower accuracy than bulk wave testing; however, it has been adopted for thin plates and cylindrical structures owing to the limitations of conventional ultrasonic testing (UT) for these applications. Even though contact-probe-based GWT can inspect the full thickness of plate-like structures, it can introduce uncertainties in manual ultrasonic testing because of accessibility and contact issues between the probe and the specimen. The electromagnetic acoustic transducer (EMAT) GWT, which is a non-contact technique, can overcome such problems; however, its application for inspection can be difficult owing to its low transduction efficiency compared to contact probes such as those using piezoelectric elements. Therefore, this paper proposes guided wave focusing using EMAT for local damage inspection of welds in thin metallic sheets. The focusing effect of the coil shape and pattern was identified by numerical analysis results, and verified by detecting the out-of-plane displacement of the guided waves propagated in a thin steel plate. To verify the validity of proposed technique, a guided wave focusing EMAT was designed and fabricated, and the distribution of acoustic fields with high energy density in the focusing area was identified. Consequently, the performance of the proposed guided wave focusing EMAT was verified by detecting the machining defects on the laser welding area.