KR101679520B1

KR101679520B1 - 다채널 rfect를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템 및 이를 이용한 측정방법

Info

Publication number: KR101679520B1
Application number: KR1020150170890A
Authority: KR
Inventors: 노용우; 유휘용; 구성자; 조성호; 김동규; 유정수; 김학준; 박재하; 김대광; 정해교
Original assignee: 한국가스공사; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-11-24

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정방법은 복수의 코일센서를 통해, 자기장의 원격필드에서 배관 내부의 와전류 변화에 따른 자기장의 변화를 센싱하며, 자기장의 변화에 따라 유도된 센싱신호로부터 직류성분의 진폭값을 연산하는 센싱부 및 상기 진폭값이 변경된 경우, 배관에 결함이 생긴 것으로 판단하며, 기설정된 임계값을 초과하는 진폭값을 가지는 유효 코일센서를 검출하고, 유효 코일센서와 배관에 발생한 결함 간의 중첩영역과 중첩되지 않은 영역의 정보를 이용하여, 상기 결함의 폭을 산출하는 컨트롤 스테이션를 포함함으로써 결함의 폭을 정확히 산출할 수 있으며, 그 결과 검사 결과의 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템 및 이를 이용한 측정방법 {The defect's the width of a pipe measurement system using multi channel RFECT and measurement method using the same}

본 발명은 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.

통상적으로 배관은 금속을 이용하여, 제작되기 때문에 시간의 경과 및 외부환경에 의해 부식될 우려가 있다. 따라서 배관의 부식으로 인하여 사고가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 배관의 상태를 주기적으로 점검하고 보수해야 할 필요가 있다. 그러나 배관이 지중에 매설되어 있거나 유체가 흐르는 상태인 경우에는 배관을 분리하거나 파괴하지 않고 배관의 검사를 진행하는 것은 용이하지 않다.

이러한 상황을 해결하기 위하여, 배관 내부의 결함을 검사하는 경우 원격장와전류 탐상 방법(Remote Field Eddy Current Testing)이 사용될 수 있다. 원격장 와전류 탐상 방법은 와전류의 흐름을 시험체에 유도시켜 검사하는 비파괴검사 방법이다. 와전류 탐상 방법에 대해 설명하면, 익사이팅 코일에 고주파 전압을 걸면 교류 자기장이 발생하고, 이 자기장 내의 금속재료에는 와전류가 발생한다. 와전류는 재료의 재질, 결함, 이종금속, 형상 변화 등에 의해 그 발생 상태가 다르기 때문에 와전류의 변화를 센싱하는 코일센서에서 출력되는 센싱신호 성분을 해석함으로써 배관의 결함을 검출할 수 있다.

JP

2002-350406

A

본 발명은 코일센서의 센싱신호에 기초하여 연산된 진폭값 및 코일센서와 배관의 결함 간의 중첩영역과 중첩되지 않은 영역의 정보를 이용하여, 배관에 발생한 결함의 폭을 산출하는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템 및 이를 이용한 측정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템은 복수의 코일센서를 통해, 자기장의 원격필드에서 배관 내부의 와전류 변화에 따른 자기장의 변화를 센싱하며, 상기 자기장의 변화에 따라 유도된 센싱신호로부터 직류성분의 진폭값을 연산하는 센싱부 및 상기 센싱부로부터 전송된 상기 진폭값이 변경된 경우, 상기 배관에 결함이 생긴 것으로 판단하며, 기설정된 임계값을 초과하는 진폭값을 가지는 유효 코일센서를 검출하고, 상기 유효 코일센서와 상기 배관에 발생한 결함 간의 중첩영역과 중첩되지 않은 영역의 정보를 이용하여, 상기 결함의 폭을 산출하는 컨트롤 스테이션를 포함한다.

또한, 상기 컨트롤스테이션은 상기 유효 코일센서의 직경과 상기 유효 코일센서간의 간격을 더한 값에 상기 중첩제외영역의 길이를 제함으로써 상기 결함의 폭을 산출한다.

또한, 상기 중접제외영역의 길이는 상기 결함과 중첩되는 유효 코일센서의 진폭값과 최대진폭값의 비율을 기초로 결정된다.

또한, 상기 중첩제외영역의 길이는 하기의 식

(W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR=우측 중첩제외영역의 길이, S_l= 유효 코일센서의 직경, R_MAX=최대 진폭값, R_BL= 좌측에 중첩된 코일센서의 진폭값 R_BR=우측에 중첩된 코일센서의 진폭값) 에 따라 결정된다.

또한, 상기 결함의 폭은 하기의 식

(W=결함의 폭, N_valid=유효 코일센서의 개수, S_l= 유효 코일센서의 직경, W_int= 유효 코일센서간의 간격, W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR ₌=우측 중첩제외영역의 길이 )에 따라 결정된다.

또한, 상기 임계값은 상기 결함의 경계와 접하는 코일센서의 진폭값이다.

또한, 상기 임계값은 하기의 식

(W_T=임계값, a=1차 계수, b= 2차 계수, c=3차 계수, Le=결함의 중심부터 결함의 경계와 접하는 코일센서의 중심까지의 길이) 에 따라 결정된다.

본 발명의 일실시예에 따른 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정방법은 복수의 코일센서를 통해, 자기장의 원격필드에서 배관 내부의 와전류 변화에 따른 자기장의 변화를 센싱하며, 상기 자기장의 변화에 따라 유도된 센싱신호로부터 직류성분의 진폭값을 연산하는 단계 및 상기 진폭값이 변경된 경우, 상기 배관에 결함이 생긴 것으로 판단하며, 기설정된 임계값을 초과하는 진폭값에 대응되는 유효 코일센서를 검출하고, 상기 유효 코일센서와 상기 배관에 발생한 결함 간의 중첩영역과 중첩되지 않은 영역의 정보를 이용하여, 상기 결함의 폭을 산출하는 결함검출단계를 포함한다.

또한, 상기 결함검출단계는 상기 임계값을 초과하는 진폭값을 가지는 경우 상기 유효 코일센서에 해당하는 것으로 판단하는 단계; 상기 결함에 중첩되는 유효 코일센서의 진폭값과 최대 진폭값의 비율을 기초로 상기 중첩제외영역의 길이를 연산하는 단계;및 상기 유효 코일센서의 직경과 간격을 더한 값에서 상기 중첩제외영역의 길이를 제함으로써 결함의 폭을 산출하는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 임계값은 하기의 식

(W_T=임계값, a=1차 계수, b= 2차 계수, c=3차 계수, Le=결함의 중심부터 결함의 경계와 접하는 코일센서의 중심까지의 길이)에 따라 결정된다.

또한, 상기 중첩제외영역의 길이는 하기의 식

(W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR=우측 중첩제외영역의 길이, S_l= 유효 코일센서의 직경, R_MAX=최대 진폭값, R_BL= 좌측에 중첩된 코일센서의 진폭값 R_BR=우측에 중첩된 코일센서의 진폭값)에 따라 결정된다.

또한, 상기 결함의 폭은 하기의 식

본 발명의 일실시예에 따른 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템은 코일센서의 진폭값을 이용하여 유효 코일센서를 검출할 수 있으며, 유효 코일센서의 직경과 각 유효 코일센서의 간격을 이용하여 결함의 폭을 산출할 수 있어, 배관 검사 결과의 신뢰성을 향상시킨다.

또한, 결함의 폭을 산출함에 있어서, 최대진폭값과 중첩되는 코일센서의 진폭값의 비율에 기초하여 결함과의 중첩되지 않은 중첩제외영역의 길이를 산출하고, 중첩제외영역의 길이를 고려하여 결함의 폭을 산출함으로써 결함의 폭 산출과정의 정확성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템의 블록도이다.
도 2의 (a)는 배관 내부에서 익사이팅 코일과 코일센서의 위치를 도시한 도면이며, 도 2의 (b)는 배관 내부에서 익사이팅 코일에 의해 유도된 자기장과 상기 자기장을 센싱하는 코일센서를 도시한 단면도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱신호처리모듈의 블록도이다.
도 4의 (a) 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱신호처리모듈의 출력값인 위상성분값(X)을 도시한 그래프이며.도 4의 (b)는 센싱신호처리모듈의 출력값인 센싱신호의 위상차값(θ)을 도시한 그래프이다.
도 5(a)는 배관 검사시 코일센서의 이동위치와 결함의 위치를 도시한 도면이며, 도5 의 (b)는 각 코일센서에 대응되는 진폭값의 변화을 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도 5의 (c)는 코일센서가 결함을 통과하는 시점에서의 각 코일센서의 진폭값을 각 코일센서별로 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5의 (a)에 도시된 A-A'에 방향에서 바라본 결함과 코일센서의 단면도이다.
도 7은 코일센서의 직경, 각 코일센서간의 간격 및 결함과 중첩되지 않은 영역을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실예에 따라는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템을 이용한 검사방법의 흐름도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명인 이용한 배관(1)의 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템 및 이를 이용한 측정방법에 대한 일실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템의 블록도이며, 도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명은 컨트롤 스테이션(300), 센싱부(100), 메인보드(200), 주행거리계(231), 모터(271), 배터리(411), 파워보드(400)를 포함한다.

센싱부(100)는 복수의 코일센서(111)를 통해, 자기장의 원격필드에서 배관(1) 내부의 와전류 변화에 따른 자기장의 변화를 센싱하며, 자기장의 변화에 따라 유도된 센싱신호(V_S)로부터 직류성분의 진폭값(R) 및 위상차값(θ)을 연산하여 메인보드(200)로 전송한다. 센싱부(100)는 익사이터 모듈(120) 및 센싱모듈을 포함하며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

컨트롤 스테이션(300)은 진폭값(R)이 변경된 경우, 상기 배관(1) 내부에 결함이 생긴 것으로 판단한다. 또한, 기 설정된 임계값(W_T)을 초과하는 진폭값(R)을 가지는 유효 코일센서(111)를 검출하고, 검출된 유효 코일센서(111)와 결함간의 중첩영역과 중첩되지 않은 영역의 정보를 이용하여, 배관(1) 내부의 결함의 폭을 산출한다.

컨트롤 스테이션(300)은 제 1 및 제 2 컨트롤서버(301,302)를 포함한다. 제 1 컨트롤서버(301)는 배관(1)내부의 상태변화정보에 기초하여, 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템의 동작을 제어하며, 제 2 컨트롤서버(302)는 진폭값(R)과 위상차값(θ)에 기초하여, 결함의 크기와 발생위치를 산출한다.

파워보드(400)는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템의 구동에 필요한 전원을 공급하며, DC/DC컨버터(410) 및 보호회로(420)를 포함한다. DC/DC컨버터(410)는 배터리(411)의 전압을 기 설정된 크기의 전압으로 변환하며, 보호회로(420)는 쇼트(short)등에 의해 발생된 스파크로부터 파워보드(400)를 보호하며, 변환된 전압을 메인보드(200)에 공급한다.

메인보드(200)는 메인보드(200)와 연결된 장치를 제어하거나, 장치에서 생성된 정보를 수신한다. 예를 들어, 메인보드(200)는 통신모듈(210)을 통해 컨트롤 스테이션(300)으로 진폭값(R)과 위상차값(θ)을 송신할 수 있으며, 모터(271) 컨트롤러(260)를 통하여 모터(271)를 제어할 수 있다. 또한, 주행거리계(231)로부터 주행거리 정보를 수신하며, 파워보드(400)로부터 구동전원을 공급받는다.

메인보드(200)는 연결된 장치를 제어하거나 정보를 송수신하기 위하여 각 장치에 대응되는 인터페이스를 포함하게 된다. 예를 들어, 주행거리계 인터페이스(230)는 주행거리계(231)와 연결되어 주행거리 정보를 메인 컨트롤러(240)에 전송하며, 모터 인터페이스(270)는 모터 컨트롤러(260)의 제어신호를 수신하여 모터(271)를 제어한다. 서브 인터페이스(250)는 서브 컨트롤러(114)로부터 연산된 진폭값(R) 및 위상차값(θ)을 수신한다. 또한, 메인보드(200)는 데이터를 저장하기 위한 메모리(220)를 포함할 수 있다

이하에서, 센싱부(100)에 포함된 센싱모듈 및 익사이터 모듈(120)을 통하여 진폭값(R)이 연산되는 원리에 대해 도 1 내지 3 를 이용하여 자세히 설명하도록 한다.

센싱모듈은 원격필드에서의 자기장의 변화를 감지하여 센싱신호(Vs)를 생성하며, 센싱신호(Vs)를 기초로, 진폭값(R) 및 위상차값(θ)을 연산한다. 센싱모듈은 복수의 코일센서 모듈(110)을 포함하며, 코일센서 모듈(110)은 코일센서(111), 메인보드(200)와 신호를 송수신하기 위한 메인 인터페이스(115), 코일센서(111)의 센싱신호(V_S)를 수신하기 위한 센서 인터페이스(112) 및 수신된 센싱신호(V_S)를 디지털신호 형태로 변환해주는 AD컨버터(113), 진폭값(R)과 위상차값(θ)을 연산하는 서브 컨트롤러(114)를 포함한다.

익사이터 모듈(120)은 기준신호(V_R)에 기초한 교류신호를 생성하는 사인파 생성기(121), 사인파 생성기(121)로부터 입력된 교류신호에 기초하여 익사이팅 코일(123)을 동작시키는 익사이팅 코일(123) 드라이버(122), 배관(1) 내부에 교류 자기장을 형성하는 익사이팅 코일(123)을 포함한다.

도 2의 (a)는 배관(1) 검사시 익사이팅 코일(123)과 코일센서(111)의 위치를 도시한 도면이며, 도 2의 (b)는 배관(1) 내부에서 익사이팅 코일(123)에 의해 유도된 자기장과 상기 자기장을 센싱하는 코일센서(111)를 도시한 단면도이다. 도 2를 중심으로 센싱신호(V_S)가 생성되는 과정을 설명하도록 한다.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 익사이팅 코일(123)과 코일센서(111)는 배관(1) 내부에 삽입되어 일정간격으로 이격되어 있으며, 배관(1)을 검사하기 위해서는 일정간격을 유지하면서 축방향(X축 방향)으로 이동하게 된다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 이 때 익사이팅 코일(123)은 메인보드(200)의 기준신호 생성기(280)의 제어에 따라 기준신호(V_R)를 수신하게 되며, 기준신호(V_R)에 따라 배관(1) 내부에 교류 자기장을 형성하게 된다. 직접적으로 코일센서(111)를 향하는 방향(X축 방향)의 교류 자기장은 다이렉트 커플링 존(Direct Coupling Zone)에서는 존재하지만 거리가 증가함에 따라 점차 감소하여 원격필드(Remote Field)에서는 존재하지 않게 된다. 다만, 배관(1)의 벽면을 향하는 방향(Z축 방향)을 향하는 교류자기장은 강자성체로 형성된 배관(1)의 표면에 와전류를 발생시키고 배관(1)의 벽면을 따라 흐르게 된다. 발생된 와전류는 코일센서(111) 근처에서 자기장을 발생시킨다. 자기장은 와전류에 의해 유도되었기 때문에 와전류에 따라 변화하게 되고, 이를 코일센서(111)가 감지함으로써 두께변화에 대한 정보가 포함된 센싱신호(V_S)를 생성하게 된다.

도 3 는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱신호 처리모듈(114)을 도시한 블록도이며, 도3을 중심으로 진폭값(R) 및 위상차를 연산하는 과정을 설명하도록 한다. 센싱신호 처리모듈(114)은 기준신호출력부(114a), 주파수합성부(114b), 필터부(114c), 진폭위상산출부(114d)를 포함한다.

코일센서(111)에서 출력되는 센싱신호(V_S)를

라 하고, 기준신호(V_R)를

라 가정한다. 센싱신호(V_S)는 노이즈를 제거하는 필터(112a)와 신호의 크기를 증폭시키는 증폭기(112b) 및 A/D컨버터(113)를 통과함으로써 디지털신호로 변환된다. 이후 센싱신호(V_S)는 제 1 주파수합성기(114b1) 및 제2 주파수합성기(114b2)에 입력된다. 기준신호(V_R)는 정확하게 위상을 조정하기 위하여 위상고정루프(114a1)와 위상 시프터(114a2)에 입력되며, 위상 시프터(114a2)는 제1 기준신호(V_R1,

)를 생성한다. 이후 제 1 기준신호(V_R1)는, 제 1 주파수합성기(114b1)에 입력된다. 다만 이때 제 2 주파수합성기(114b2)에 입력되는 제 2 기준신호(V_R2)는 제 1 기준신호(V_R1)가 90 위상 시프터(114a3)를 통과한 신호에 해당하므로,다음과 같은 형태로

변환된다.

제 1 주파수합성기(114b1)는 제 1 기준신호(V_R1)와 센싱신호(Vs)를 합성하여 하기의 수학식 1과 같은 제1 합성신호(V_M1)를 출력한다. 또한, 제 2 주파수합성기(114b2)는 제2 기준신호(V_R2)와 센싱신호(Vs)를 합성하여 하기의 수학식 2와 같은 제2 합성신호(V_M2)를 출력한다.

[수학식1]

[수학식2]

다음으로, 제1 저역통과필터(114c1)는 제1 합성신호(V_M1)에서 직류성분을 추출하여 위상성분값(X)

을 연산하고, 제2 저역통과필터(114c2)는 제2 합성신호(V_M2)에서 직류성분을 추출하여 직교위상성분값(Y)

을 연산한다.

마지막으로 진폭위상산출부는 위상성분값(X)과 직교위상성분값(Y)을 이용하여, 다음의 식에 따라 진폭값(R)

및 위상차값(θ)

을 연산할 수 있다.

적어도 하나 이상의 센싱신호 처리모듈(114)은 서브 컨트롤러(114)에서 디지털회로로 구현될 수 있으며, 이는 하나의 칩에서 동시에 복수의 입력을 처리할 수 있는 다채널 락인앰프(Lock-In Amplifier)칩으로 구현될 수 있다. 서브 컨트롤러(114)는 상기 설명한 기능을 수행하기 위한 알고리즘을 포함할 수 있으며, 펌웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어(예를 들면, 반도체칩 또는 응용집적회로(application-specific integrated circuit)에서 구현될 수 있다.

컨트롤 스테이션(300)에서 결함의 길이(L)와 깊이(D)를 판단하는 과정을 도 4의 (a) 및 (b)를 중심으로 설명하도록 한다. 도 4의 (a)는 위상성분값(X)을 도시한 그래프이며, 도 4의 (b)는 위상차값(θ)을 도시한 그래프이다.

도 4의 (a)에 도시된 그래프의 가로축은 배관(1)의 길이 방향 이동거리를 의미하며, 세로축은 위상성분값(X)을 의미한다. 다만, 위상성분값(X)은 전압의 크기 형태로 나타낸다. 도4의 (a)에 도시된 바와 같이, d₁은 위상성분값(X)가 최대인 지점의 가로축값이며, d₂는 위상성분값(X)가 최소인 지점의 가로축값이다. x는 d₂ 와d₁ 사이의 차분값이며, 이는 배관(1) 내부에서 코일센서(111)의 축방향으로 이동한 거리를 나타낸다. 이에 기초하여 결함의 길이(L)는 하기의 수학식 3를 통하여 추정할 수 있다.

[수학식 3]

(L: 결함의 길이, x= d₂-d₁, w₁,w₂ ₌ 실험값, C=실험값)

도 4의 (b)에 도시된 그래프의 가로축은 위상성분값(X)이며, 세로축은 직교위상성분값(Y)을 의미한다. 시간의 흐름에 따라 위상성분값(X)과 직교위상성분값(Y)을 좌표점(X,Y)으로 도시하면, 배관(1)의 결함이 존재하는 경우, 좌표점은 원점 부근을 벗어나 원점을 중심으로 하는 리본형상으로 형성된다. 좌표점의 경로와 X축이 이루는 각을 θ라 하며, θ는

으로, 센싱신호(V_S)와 기준신호(V_R)의 위상차를 나타낸다. θ에 기초하여 결함의 깊이(D)는 하기의 수학식 4을 통하여 추정할 수 있다.

[수학식 4]

(D: 결함의 깊이, θ: 위상차값)

이하, 도 5 내지 7을 중심으로 결함의 폭을 산출하는 방법에 대해 자세히 설명하겠다. 도 5(a)는 배관(1) 검사시 각 코일센서(111.1~111.7)의 이동위치와 결함의 위치를 도시한 도면이며, 도5 의 (b)는 각 코일센서(111.1~111.7)에 대응되는 진폭값(R)의 변화을 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도 5의 (c)는 코일센서(111.1~111.7)가 결함을 통과할 때의 각 코일센서(111.1~111.7)의 진폭값(R)을 각 코일센서(111.1~111.7)별로 나타낸 그래프이다. 도 6은 도 5의 (a)에 도시된 A-A'에 방향에서 바라본 결함과 코일센서(111.1~111.7)의 단면도이다. 또한, 도 7은 코일센서(111.1~111.7)의 직경(S_l), 각 코일센서(111.1~111.7)간의 간격(W_int) 및 결함과 중첩되지 않은 영역을 도시한 도면이다.

도 5의 (a)에 도시된 제 1 및 제 7 코일센서(111.1, 111.7)는 결함에 빗겨지나 가기 때문에(도 6의 (d)참조), 중첩영역이 존재하지 않는다. 또한 제 1 및 제 7 코일센서(111.1, 111.7)의 센싱신호(V_S)에 기초한 진폭값(R1, R7)은 변화하지 않으며( 도 5의 (b)참조), 결함의 폭을 산출하는데 이용되지 않는다.

도 5의 (a)에 도시된 제 2 및 제 6 코일센서(111.2, 111.6)는 배관(1)검사시 결함의 경계면에 접하면서 이동한다(도 6의 (c)참조). 도 5의 (b)의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 제 2 및 제 6 코일센서(111)의 센싱신호(V_S)에 기초한 진폭값(R2,R6)은 결함을 통과하는 시점에서 변화하게 된다.

여기서, 제 2 및 제 6 코일센서(111.2, 111.6)의 진폭값(R)은 임계값(threshold, W_T)에 해당하며(도 5의 (c)참조), 하기의 수학식5에 의해 결정된다. 하기의 계수(a=1차 계수, b= 2차 계수,c=3차 계수)는 배관의 두께, 직경등에 따라 결정된 값이다. 또한, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, Le는 결함의 중심부터 결함의 경계와 접하는 코일센서의 중심까지의 길이를 의미한다.

[수학식 5]

(W_T=임계값, a=1차 계수, b= 2차 계수, c=3차 계수, Le=결함의 중심부터 결함의 경계와 접하는 코일센서의 중심까지의 길이,도 6의 (c)참조 )

임계값(W_T)은 결함의 폭을 추정하는 데 있어 유효 코일센서(111)를 검출하는데 이용되며, 구체적으로 컨트롤 스테이션(300)은 임계값(W_T)을 초과하는 진폭값(R)을 가지는 코일센서(111)를 유효 코일센서(111)로 간주한다. 또한 컨트롤 스테이션(300)은 검출된 유효 코일센서(111)의 수(N_valid)를 카운트한다. 따라서, 도 5의 (a)를 기준으로, 제 3 내지 제 5의 코일센서(111.3~111.5)의 진폭값(R3 내지 R5)은 제 2 및 제 6 코일센서의 진폭값(R2,R6)를 초과하기 때문에(도 5의 (c)참조), 제 3 내지 제 5의 코일센서(111.3~111.5)은 유효 코일센서(111)에 해당하며, 유효 코일센서(111)의 개수(N_valid)는 3이 된다.

도 5의 (a)에 도시된 제 3 및 제 5 코일센서(111.3, 111.5)는 배관(1)검사시 결함과 일부영역이 중첩되면서 이동한다(도 6의 (a)참조). 도 5의 (b)의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 제 3 및 제 5 코일센서(111.3, 111.5)의 센싱신호(V_S)에 기초한 진폭값(R3,R5)은 결함을 통과하는 시점에서 변화하게 되며, 제 2 및 제 6 코일센서(111.2, 111.6)의 진폭값(R2,R6)보다 더 큰 값을 가지게 된다.(도 5의 (b),(c)참조)

여기서, 결함의 폭을 정확하게 산출하기 위해서는, 제 3 및 제 5 코일센서(111.3, 111.5)와 결함간의 중첩되지 않은 영역의 길이를 고려해야 할 필요가 있다. 도 5의 (b),(c)에 도시된 바와 같이 코일센서(111)의 진폭값(R)은 결함 간의 중첩영역의 길이에 따라 변화하기 때문에, 이에 기초하여 중첩제외영역의 길이(W_BL,W_BR)를 산출할 수 있다. 즉, 중첩제외영역의 길이(W_BL _,W_BR)는 결함과 중첩되는 제 3 및 제 5 코일센서(111.3, 111.5)의 진폭값(R3,R5)과 최대진폭값(R_MAX)의 비율에 기초하여 정해지며, 정확하게는 하기의 수학식6 에 의해 결정된다.

[수학식 6]

(W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR=우측 중첩제외영역의 길이, S_l= 유효 코일센서의 직경, R_MAX=최대 진폭값, R_BL= 좌측에 중첩된 코일센서의 진폭값 R_BR=우측에 중첩된 코일센서의 진폭값)

도 5의 (a)에 도시된 제 4 코일센서(111.4)는 배관(1)검사시 결함과 모든영역이 중첩되면서 이동한다(도 6의 (b)참조). 도 5의 (b)의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 제 4 코일센서(111)의 진폭값(R4)은 결함을 통과하는 시점에서 크게 변화하게 되며, 가장 큰 진폭값(R_MAX)을 가지게 된다.(도 5의 (b),(c)참조). 따라서 제 4 코일센서(111)의 진폭값(R4)은 최대진폭값(R_MAX)이며, 상술한 중첩제외영역의 길이(W_BL,W_BR)를 산출하는 데 있어 이용된다.

도 7은 코일센서(111)의 직경(S_l), 각 코일센서(111)간의 간격(W_int) 및 결함과 중첩되지 않은 영역을 도시한 도면으로, 여기서, W는 결함의 폭을 의미하며, W_BL,W_BR는 중첩제외영역의 길이를 의미한다. 또한 S_l는 유효 코일센서(111)의 직격을 의미하며, W_int는 코일센서(111)간의 간격을 의미한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 결함의 폭은 유효 코일센서(111)의 직경(S_l). 유효 코일센서(111)간의 간격(W_int) 및 중첩제외영역의 길이(W_BL _,W_BR)를 이용하여 산출할 수 있다. 즉, 유효코일센서(111)의 직경(S_l)과 유효 코일센서(111)간의 간격(W_int)을 더한 것에 중첩제외영역의 길이(W_BL _,W_BR)를 제함으로써 결함의 폭을 산출할 수 있다. 이를 하기의 수학식7로 표현할 수 있다.

[수학식7]

(W=결함의 폭, N_valid=유효 코일센서의 개수, S_l= 유효 코일센서의 직경, W_int= 유효 센셍코일간의 간격, W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR ₌=우측 중첩제외영역의 길이 )

유효 코일센서(111)의 개수는 컨트롤 스테이션(300)에서 각각의 진폭값(R)을 임계값(W_T)과 비교함으로써 카운트할 수 있다. 또한, 유효 코일센서(111)의 직경(S_l)과 간격(W_int)은 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템을 제작함에 있어서 기 설정된 값에 해당하며, 중첩제외영역의 길이(W_BR,W_BL)는 상기 수학식6을 통해 산출할 수 있다. 따라서, 수학식 7에 상술한 값을 대입함으로써 배관(1)의 결함폭을 산출할 수 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템을 이용한 방법을 도 8을 참고하여 설명한다. 이하의 설명 중, 상기에서 설명된 내용과 동일하거나 유사한 설명은 생략되거나 또는 간단히 설명된다.

우선적으로, 복수의 코일센서(111)를 통해 배관(1)의 원격필드에서 형성된 와전류에 의해 유도되는 자기장의 변화를 센싱한다(S110). 코일센서(111)는 자기장의 변화가 반영된 센싱신호(V_S)를 생성하여 센싱신호 처리모듈(114)로 전송하게 되며, 센싱신호 처리모듈(114)은 상술한 수학식 1 및 2를 이용하여 위상성분값(X)

과 직교위상성분값(Y)

을 연산한다. 이후 센싱신호 처리모듈(114)은 위상성분값(X)과 직교위상성분(Y)을 기초로 진폭값(R)

및 위상차값(θ)

을 연산할 수 있다(S120).

다음으로 진폭값(R)을 전송 받은 컨트롤 스테이션(300)은 기 설정된 임계값(Wt)과 비교하여 유효 코일센서(111)를 검출한다(S130). 구체적으로 코일센서(111)의 진폭값(R)이 임계값(W_T)을 초과하는 경우 유효 코일센서(111)에 해당하는 것으로 판단하며, 임계값(W_T)은 하기의 수학식 5를 통해 산출할 수 있다.

[수학식5]

(W_T=임계값, a=1차 계수, b= 2차 계수, c=3차 계수, Le=결함의 중심부터 결함의 경계와 접하는 코일센서의 중심까지의 길이,도 6의 (c)참조)

다음으로 컨트롤 스테이션(300)은 최대진폭값(R)과 중첩 코일센서(111)의 진폭값(R)의 비율을 기초로 중첩제외영역의 길이(W_BR,W_BL)를 산출할 수 있다. 중첩제외영역의 길이(W_BR,W_BL)는 하기의 수학식6 을 통해 구체화할 수 있다.(S140)

[수학식 6]

(W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR=우측 중첩제외영역의 길이, S_l= 유효 코일센서의 직경, R_MAX=최대 진폭값 , R_BL= 좌측에 중첩된 코일센서의 진폭값 R_BR=우측에 중첩된 코일센서의 진폭값)

마지막으로, 결함의 폭은 유효 코일센서(111)의 직경(S_l)에 유효 코일센서(111)간의 간격(W_int)을 더한 값에 중첩제외영역의 길이(W_BR,W_BL)를 제함으로써 산출할 수 있다(S150). 이를 구체적으로 표현하면 하기의 수학식7과 같다.

[수학식 7]

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 배관(1)의 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템 및 그 시스템을 이용한 측정방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 : 배관 10 : 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템
100: 센싱부 110: 코일센서모듈
111: 코일센서 112: 센서 인터페이스
112a: 필터 112b: 증폭기
113: A/D컨버터 114: 서브 컨트롤러
114z: 센싱신호처리모듈 114a: 기준신호출력부
114a1: 위상고정루프 114a2: 위상시프터
114a3: 90°위상시프터 114b: 주파수합성부
114b1: 제1 주파수합성기 114b2: 제2 주파수합성기
114c: 필터부 114c1: 제1 저역통과필터
114c2: 제2 저역통과필터 114c3: 제1 오프셋제거기
114c4: 제2 오프셋제거기 114d: 진폭위상산출부
115: 메인 인터페이스 120: 익사이터모듈
121: 사인파 생성기 122: 익사이팅코일 드라이버
123: 익사이팅코일 200: 메인보드
210: 통신모듈 220: 메모리
230: 주행거리계 인터페이스 231: 주행거리계
240: 메인 컨트롤러 250: 서브 인터페이스
260: 모터 컨트롤러 270: 모터 인터페이스
271: 모터 280: 기준신호 생성기
300: 컨트롤 스테이션 310: 제1 컨트롤 서버
320: 제2 컨트롤 서버 400: 파워보드
410: DC/DC컨버터 411: 배터리
420: 보호회로 N_valid=유효 코일센서의 개수
V_S: 센싱신호 V_R: 기준신호
V_R1: 제1 기준신호 V_R2: 제2 기준신호
V_M1: 제1 합성신호 V_M2: 제2 합성신호
R : 진폭값 θ : 위상차값
W : 결함의 폭 S_l _: 유효 코일센서의 직경
W_int _: 유효 센셍코일간의 간격 W_BL _;좌측 중첩제외영역의 길이
W_BR _:우측 중첩제외영역의 길이 R_MAX _:최대 진폭값
Le : 결함의 중심부터 결함의 경계와 대응되는 코일센서의 중심까지의 길이

Claims

복수의 코일센서를 통해, 교류 자기장의 원격필드에서 배관 내부의 와전류 변화에 따른 자기장의 변화를 센싱하며, 상기 자기장의 변화에 따라 유도된 센싱신호로부터 진폭값을 연산하는 센싱부; 및
상기 센싱부로부터 전송된 상기 진폭값이 변경된 경우, 상기 배관에 결함이 생긴 것으로 판단하며, 기설정된 임계값을 초과하는 진폭값을 가지는 유효 코일센서를 검출하고, 상기 유효 코일센서의 직경과 상기 유효 코일센서간의 간격을 더한 값에, 상기 유효 코일센서와 상기 배관 결함이 중첩되지 않는 중첩제외영역의 길이를 제하는 방법으로, 상기 결함의 폭을 산출하는 컨트롤 스테이션;을 포함하는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템.
삭제
청구항 1 에 있어서
상기 중첩제외영역의 길이는
상기 유효 코일센서들 중에서 양단에 위치하는, 상기 결함과 일부 영역만 중첩되는 유효 코일센서의 진폭값과, 상기 유효 코일센서들 중에서 가운데 위치하는, 상기 결함과 전부 중첩되는 유효 코일센서의 최대진폭값의 비율을 기초로 결정되는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템.
청구항 3에 있어서
상기 중첩제외영역의 길이는 하기의 식

(W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR=우측 중첩제외영역의 길이, S_l= 유효 코일센서의 직경, R_MAX=최대 진폭값, R_BL= 좌측에 중첩된 코일센서의 진폭값, R_BR=우측에 중첩된 코일센서의 진폭값)
에 따라 결정되는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 결함의 폭은 하기의 식

(W=결함의 폭, N_valid=유효 코일센서의 개수, S_l= 유효 코일센서의 직경, W_int= 유효 코일센서간의 간격, W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR ₌=우측 중첩제외영역의 길이 )
에 따라 결정되는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 임계값은 상기 결함의 경계와 접하는 코일센서의 진폭값인 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 임계값은 하기의 식

(W_T=임계값, a=1차 계수, b= 2차 계수, c=3차 계수, Le=결함의 중심부터 결함의 경계와 접하는 코일센서의 중심까지의 길이)
에 따라 결정되는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정 시스템.
복수의 코일센서를 통해, 자기장의 원격필드에서 배관 내부의 와전류 변화에 따른 자기장의 변화를 센싱하며, 상기 자기장의 변화에 따라 유도된 센싱신호로부터 직류성분의 진폭값을 연산하는 단계; 및
상기 진폭값이 변경된 경우, 상기 배관에 결함이 생긴 것으로 판단하며, 기설정된 임계값을 초과하는 진폭값에 대응되는 유효 코일센서를 검출하고, 상기 유효 코일센서의 직경과 상기 유효 코일센서간의 간격을 더한 값에, 상기 유효 코일센서와 상기 배관 결함이 중첩되지 않는 중첩제외영역의 길이를 제하는 방법으로, 상기 결함의 폭을 산출하는 결함검출단계를 포함하는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정방법.
청구항 8에 있어서,
상기 결함검출단계는
상기 임계값을 초과하는 진폭값을 가지는 경우 상기 유효 코일센서에 해당하는 것으로 판단하는 단계;
상기 유효 코일센서들 중에서 양단에 위치하는, 상기 결함과 일부 영역만 중첩되는 유효 코일센서의 진폭값과, 상기 유효 코일센서들 중에서 가운데 위치하는, 상기 결함과 전부 중첩되는 유효 코일센서의 최대진폭값의 비율을 기초로 상기 중첩제외영역의 길이를 연산하는 단계; 및
상기 유효 코일센서의 직경과 간격을 더한 값에서 상기 중첩제외영역의 길이를 제함으로써 결함의 폭을 산출하는 단계를 포함하는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정방법.
청구항 9에 있어서,
상기 임계값은 하기의 식

(W_T=임계값, a=1차 계수, b= 2차 계수, c=3차 계수, Le=결함의 중심부터 결함의 경계와 접하는 코일센서의 중심까지의 길이)
에 따라 결정되는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정방법.
청구항 9에 있어서
상기 중첩제외영역의 길이는 하기의 식

(W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR=우측 중첩제외영역의 길이, S_l= 유효 코일센서의 직경, R_MAX=최대 진폭값, R_BL= 좌측에 중첩된 코일센서의 진폭값 R_BR=우측에 중첩된 코일센서의 진폭값)
에 따라 결정되는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정방법.
청구항 9에 있어서,
상기 결함의 폭은 하기의 식

(W=결함의 폭, N_valid=유효 코일센서의 개수, S_l= 유효 코일센서의 직경, W_int= 유효 코일센서간의 간격, W_BL=좌측 중첩제외영역의 길이, W_BR ₌=우측 중첩제외영역의 길이 )
에 따라 결정되는 다채널 RFECT를 이용한 배관의 결함 폭 측정방법.