[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20240154891A - 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치 - Google Patents

배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20240154891A
KR20240154891A KR1020230051395A KR20230051395A KR20240154891A KR 20240154891 A KR20240154891 A KR 20240154891A KR 1020230051395 A KR1020230051395 A KR 1020230051395A KR 20230051395 A KR20230051395 A KR 20230051395A KR 20240154891 A KR20240154891 A KR 20240154891A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ultrasonic
ultrasonic transmission
main body
transmission unit
present
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
KR1020230051395A
Other languages
English (en)
Inventor
김민아
김승일
박준형
하종문
최원재
승홍민
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
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020230051395A priority Critical patent/KR20240154891A/ko
Publication of KR20240154891A publication Critical patent/KR20240154891A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • G01N29/221—Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
    • 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
    • G01N29/04—Analysing solids
    • 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
    • G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
    • 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
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/012—Phase angle
    • 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
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/018—Impedance
    • 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
    • G01N2291/02416—Solids in liquids
    • 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
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • 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
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/048—Transmission, i.e. analysed material between transmitter and receiver
    • 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
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces
    • G01N2291/2634—Surfaces cylindrical from outside

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 장애물 너머로 투과시킬 수 있으며, 이종매질 간에도 초음파를 전부 전달할 수 있는 초음파 투과 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치는, 내부에 액체가 수용 가능한 공간이 구비되는 본체; 초음파를 생성하여, 송수신하는 초음파 송수신부; 상기 초음파를 상기 본체 내부로 전달하는 초음파 전달부; 및 상기 초음파에 대해서 소정의 임피던스 및 위상을 가지며, 상기 본체의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 배치되는 초음파 투과부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 장애물 너머에 존재하는 물체를 탐지, 인식할 수 있다는 이점이 있다.

Description

배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치{Ultrasonic transmission apparatus for internal inspection of pipes}
본 발명은 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 장애물 너머로 투과시킬 수 있으며, 이종매질 간에도 초음파를 전부 전달할 수 있는 초음파 투과 장치에 관한 것이다.
임의의 한 매질에서 진행하는 초음파가 이종매질을 만나는 경우, 두 매질 간의 임피던스 차이로 인하여 많은 에너지가 반사되고 일부의 초음파 에너지만이 투과할 수 있다.
또한, 초음파가 장애물을 만났을 때 초음파의 반사율은 장애물과 진행매질 사이의 임피던스의 차이에 비례하여 커진다. 특히, 물과 철의 임피던스는 30배 가량 차이나기 때문에, 수중에 존재하는 배관 내부를 검사하는 초음파 투과 장치의 경우, 배관이 장애물로 작용하므로 배관 내부로 투과하여 진행하는 파동에너지가 매우 작다.
따라서, 배관의 직경이 작은 경우에는 크게 문제가 되지 않을 것이나, 배관의 직경이 큰 경우에는 배관 내부 전체에 대하여 존재하는 물질의 초음파 검사가 매우 어렵다.
이를 해결하기 위해서, 초음파가 장애물을 투과할 수 있도록 하는 여러 기술이 개발, 제안되었다. 초음파 투과에 관하여 널리 알려진 기술은 페브리-페로 공진(Fabry-Perot Resonance)을 이용하는 기술이다. 페브리-페로 공진이란 장애물의 두께가 장애물을 진행하는 초음파의 반파장의 정수배 (0.5nλ, n: 자연수, : 파장)인 경우 투 과하는 초음파의 에너지가 최대가 되는 현상을 말한다.
그러나, 페브리-페로 공진 기술은 장애물의 두께에 따라서 초음파의 최대투과율이 결정되는 주파수가 결정되고, 상당히 넓은 주파수 대역에 대해서는 초음파 투과에너지가 매우 낮다는 단점이 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과장치들은 강이나 호수와 같은 물 속에 설치된 배관의 내부를 검사하기 위해 수중 초음파 송수신기를 사용하여 왔다. 즉, 수중에 존재하는 배관의 내부를 검사하기 위해서는 방수 기능이 포함된 초음파 송수신 장치의 사용이 필수적이므로, 수중에서도 정교한 검사 결과를 획득하기 위해서는 고비용의 초음파 탐지 장치를 사용이 필수불가결하다는 단점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 극복할 수 있는 초음파 투과 장치가 필요하다.
JP 5173735 B2
상기 전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 초음파를 장애물 너머로 투과시킬 수 있으며, 이종매질 간에도 초음파를 전부 전달할 수 있는 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예로써, 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치는, 내부에 액체가 수용 가능한 공간이 구비되는 본체; 초음파를 생성하여, 송수신하는 초음파 송수신부; 상기 초음파를 상기 본체 내부로 전달하는 초음파 전달부; 및 상기 초음파에 대해서 소정의 임피던스 및 위상을 가지며, 상기 본체의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 배치되는 초음파 투과부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치에서, 상기 초음파 전달부는, 일 말단에 구비되며, 상기 초음파를 전부 전달하기 위한 메타물질로 구성되는 매칭레이어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치에서, 상기 매칭레이어부는, 상기 초음파 전달부의 일 말단의 최외곽면을 따라 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치에서, 상기 매칭레이어부는, 내부에 직사각형 형상의 관통홀이 구비된 원판 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치에서, 상기 초음파 투과부는, 복수 개로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면 장애물 너머에 존재하는 물체를 탐지, 인식할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 이종매질 간에도 초음파를 전부 전달할 수 있으므로, 초음파 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 이점이 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과 장치를 이용하여 배관 내부를 검사하는 모습의 일 예이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 전달부의 예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭레이어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 매칭레이어부의 제1실시예이다.
도 8은 본 발명에 따른 매칭레이어부의 제2실시예이다.
도 9는 본 발명에 따른 매칭레이어부의 제3실시예이다.
도 10은 본 발명에 따른 매칭레이어부의 제4실시예이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고"연결되어 있는 경우도 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과 장치를 이용하여 배관 내부를 검사하는 모습의 일 예이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치는 본체(300), 초음파 송수신부, 초음파 전달부(200) 및 초음파 투과부(400)를 포함할 수 있다.
본체(300)는 내부에 액체가 수용 가능한 공간이 구비될 수 있다. 이때, 본체(300)는 중공의 관 또는 수조 등으로 구현될 수 있다. 그러나, 본체(300)는 일 말단이 배관의 외면에 접촉됨에 따라, 본체(300)의 내부에 액체가 수용 가능한 형태이면 되고, 본체(300)의 구체적인 형상이나 모양, 소재 등은 한정하지 아니한다.
실시예에 따라, 본체(300)의 양 말단 중 어느 하나의 말단은 개방된 상태로, 나머지 하나의 말단은 폐쇄된 상태로 구현될 수 있다. 이때, 본체(300)의 개방된 일 말단은 검사 대상이 되는 배관의 외면에 접촉하여 배관 내부를 밀폐할 수 있다.
초음파 송수신부는 초음파를 생성하여, 송수신할 수 있다. 초음파 송수신부는 소정의 초음파를 생성하여, 본체(300) 내부에 수용된 매질을 향해 송신하고, 송신된 초음파가 특정 물체 등에 의해 반사되어 돌아오는 경우, 이를 수신할 수 있다.
이때, 초음파 송수신부에서 생성된 초음파는 본체(300) 내부에 수용되는 액체에 대해 입사하는 입사파가 된다.
실시예에 따라, 초음파 송수신부는 초음파 전달부(200)의 어느 지점에 배치되어 초음파 전달부(200)로 생성된 초음파를 전달하는 구성이거나, 초음파 전달부(200)로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에서 초음파 전달부(200)를 향하여 초음파를 송신하는 구성일 수 있다.
실시예에 따라, 초음파 송수신부는 초음파 생성부 및 초음파 수신부를 더 포함할 수 있다. 즉, 초음파를 생성하여 초음파 전달부(200)를 통해 본체(300) 내부에 수용된 매질을 향해 초음파를 송신하는 구성과 임의의 물체에 의해 반사되어 돌아오는 초음파를 수신하는 구성은 구분되어 구현될 수 있다.
이때, 초음파 생성부는 초음파 전달부(200)의 일 말단에 초음파 전달부(200) 및 본체(300)와 일직선이 되도록 배치될 수 있으며, 초음파 수신부는 초음파 전달부(200)의 일 측면에 배치되며, 초음파 생성부와 본체(300)의 사이에 위치할 수 있다.
초음파 전달부(200)는 초음파를 본체(300) 내부로 전달할 수 있는 구성으로, 초음파 생성부를 통해 생성된 초음파를 본체(300) 내부의 매질로 전달하는 역할을 수행한다.
즉, 본 발명에 따른 배관 내부 검사 장치는 초음파 송수신부가 배관의 외면에 배치되거나 수중에 배치되지 않아도 초음파 전달부(200)를 통해 초음파를 본체(300) 내부의 매질 및/또는 배관을 향하여 전달할 수 있다. 이에 따라, 수중에 존재하는 배관 내부를 검사하는 경우에도 방수 기능이 있는 초음파 송수신부가 필요하지 않다.
실시예에 따라, 초음파 전달부(200)는 본체(300)의 폐쇄된 일 말단의 어느 지점을 관통하여 배치될 수 있다. 이때, 초음파 전달부(200)는 알루미늄 등과 같은 철을 소재로 하여 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 전달부(200)의 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 전달부(200)는 직사각형 형상으로 형성되거나, 가장자리의 일부가 테이퍼진 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 초음파 전달부(200)가 직사각형 형상인 경우에는 초음파 전달부(200)를 통해 본체(300) 내부의 매질로 입사되는 초음파의 파면은 원을 이루게 된다. 반면, 초음파 전달부(200)의 가장자리의 일부가 테이퍼진 형상으로 형성되는 경우에는 초음파의 파면이 원을 이루지 않고, 선을 이루도록 할 수 있다.
실시예에 따라, 초음파 전달부(200)는 매칭레이어부(210)를 더 포함할 수 있다. 매칭레이어부(210)에 대하여는 이하, 도 5내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과부(400)는 초음파에 대해서 소정의 임피던스 및 위상을 가지며, 본체(300)의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 배치될 수 있다.
초음파 투과부(400)는 본체(300)의 내부 및 본체(300) 내부에 입사된 초음파의 진행 경로에 위치하는 것으로, 본체(300) 내부로 입사되는 초음파는 초음파 투과부(400)를 통과한 후 배관(및 그 내부)으로 입사하게 된다.
실시예에 따라, 상기 초음파 투과부(400)는, 복수 개로 구성될 수 있다. 이때, 초음파 투과부(400)의 개수가 조절됨에 따라, 배관 내부로 투과되는 초음파의 특성이 변경될 수 있다.
실시예에 따라, 초음파 투과부(400)는 본체(300)의 내부에 끼움 삽입되는 형태로 구현될 수 있으며, 이때, 사용자는 초음파 투과부(400)가 본체(300) 내부에 삽입되는 위치를 조절하여 초음파 전달부(200)와 초음파 투과부(400) 사이의 거리를 조절할 수 있을 것이다.
실시예에 따라, 초음파 투과부(400)는 본체(300) 보다 작은 크기를 가질 수 있으며, 이 경우, 본체(300) 내부의 특정 지점에 초음파 투과부(400)를 고정시킬 수 있는 고정부와 고정부에 구비되되, 초음파 투과부(400)의 위치를 이동시킬 수 있는 이동부가 더 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭레이어부(210)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a)는 매칭레이어부(210)가 없는 경우의 본 발명의 예시도이고, 도 5(b)는 매칭레이어부(210)가 있는 경우의 본 발명의 예시도이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 매칭레이어부(210)가 없는 경우에는 초음파 전달부(200)에서 본체(300) 내부에 수용된 매질로 초음파가 투과될 때, 초음파 전달부(200)와 매질 간의 임피던스 차이로 인해 초음파 중 일부가 반사되고, 이에 따라, 에너지의 손실이 발생한다.
반면, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 매칭레이어부(210)가 있는 경우에는 매칭레이어부(210)에 의해 임피던스 매칭(impedance matching)이 이루어지므로 초음파 전달부(200)에서 본체(300) 내부에 수용된 매질로 초음파가 투과될 때, 초음파 송수신부(100)를 통해 생성된 초음파의 전부가 본체(300) 내부에 수용된 매질로 투과된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭레이어부(210)는 초음파 전달부(200)의 일 말단에 구비될 수 있다. 이때, 매칭레이어부(210)는 본체(300) 내부에 수용되는 매질로 초음파를 전부 전달하기 위한 메타물질로 구성될 수 있다.
메타물질이란, 파장보다 매우 작은 크기의 공간에 금속이나 유전물질로 설계된 인공 '단위 원자'의 주기적인 배열로 이루어진 물질을 일컫는다. 이때, 메타물질을 구성하는 단위원자의 주기가 파장보다 작으므로, 파동은 메타물질을 균질한 매질로 간주한다.
실시예에 따라, 매칭레이어부(210)를 구성하는 메타물질은 초음파 전달부(200)의 특성 임피던스와 본체(300) 내부에 수용되는 매질의 특성 임피던스의 기하평균이고, 매칭레이어부(210)의 두께는 의 홀수배인 것을 특징으로 할 수 있다. 이를 수학식으로 나타내면 하기의 [수학식1]과 같다.
(여기서, 는 매칭레이어부(210)의 특성 임피던스, 는 매칭레이어부(210)의 두께, 은 초음파 전달부(200)의 특성 임피던스, 는 본체(300) 내부에 수용된 매질의 특성 임피던스, 는 매칭레이어부(210)에서의 초음파의 파장,은 임의의 자연수를 의미한다.)
이하, 도 6을 참조하여, [수학식1]에 대하여 상세히 설명한다.
도 6은 초음파 전달부(200), 매칭레이어부(210), 본체(300) 내부에 수용된 매질(이하, 매질이라 함)에서의 초음파의 전파를 설명하기 위한 도면이다.
초음파 전달부(200), 매칭레이어부(210), 매질 각각에서의 초음파에 대해 음압의 진폭(amplitude)을 순서대로 ,,,,,로 정의하면, 초음파 전달부(200), 매칭레이어부(210), 매질 각각에서의 위치(x)에 따른 음압 및 속도는 아래의 [수학식2]와 같다.
(여기서, 는 특성 임피던스(characteristic impedance), 는 파수, , 은 초음파 전달부(200)에서의 음압 및 속도, , 는 매칭레이어부(210)에서의 음압 및 속도, , 는 매질에서의 음압 및 속도이다.)
이때, 초음파 전달부(200), 매칭레이어부(210) 및 매질 간의 각각의 경계는 하기의 [수학식3]의 경계조건을 만족해야한다.
[수학식 3]을 전달행렬기법(Transfer matrix method)를 이용하여 표현하면 하기의 [수학식4]와 같이 표현 가능하다.
초음파 전달부(200)에서 입사하는 모든 음향 파동 에너지가 물로 전달되어야 하므로, 초음파 전달부(200)와 매칭레이어부(210) 사이()에서 반사가 발생하지 않아야 하므로 이 된다. 또한, 일반적으로 본체(300) 내부의 공간은 본체(300) 내부에 수용되는 매질에서의 파장에 비해 매우 크기 때문에 반무한 공간으로 간주될 수 있다. 즉, 본체(300) 내부 공간의 끝부분으로부터 반사가 발생하지 않으므로,이 된다.
이에 따라, [수학식 4]는 하기의 [수학식 5]와 같이 간단하게 표현할 수 있다.
이므로, 이고, 이다. 이때, 초음파 전달부(200)와 본체(300) 내부에 수용되는 매질은 일반적으로 다르기 때문에(), 이고, 이에 따라 이므로 이어야 한다.
또한, 이므로, 이다. 이를 통해 위의 조건들(, )을 만족하면 초음파 전달부(200)로 입사한 초음파의 음향에너지와 매질로 투과된 초음파의 음향 에너지가 동일함을 알 수 있다.
정리하면, 이고, 이므로, 매칭레이어부(210)의 특성임피던스는 초음파 전달부(200)의 특성 임피던스와 본체(300) 내부에 수용되는 매질의 특성 임피던스의 기하평균이고, 매칭레이어부(210)의 두께는 의 홀수배이어야 초음파의 완전 투과가 발생한다.
한편, 메타물질은 파장 이하의 크기를 갖는 단위 구조를 주기적으로 배열한 파동 시스템을 의미하는 것으로, 메타물질의 단위 구조의 주기가 파장보다 작으므로 파동 입장에서는 메타물질을 균질한 매질로 간주한다.
두 가지 물질로 구성되는 1-D 메타물질의 경우, 하기의 [수학식 6]에서와 같이 전체 중 1번 물질이 차지하는 비율(F, Filling ratio)을 이용하여 균질화된 유효 물성치를 산출할 수 있다.
(여기서, 는 메타물질의 균질화된 유효물성치, 는 메타물질을 구성하는 두 가지 물질의 유효물성치이다.)
이때, 1-D 메타물질의 유효 특성 임피던스 값()은 알루미늄의 특성 임피던스와 물의 특성 임피던스 사이의 값을 갖는다. 알루미늄과 물은 초음파를 이용한 투과 장치에서 초음파 전달부(200) 및 매질로 주로 사용되는 물질에 해당한다. 이에 따라, 본 발명에서는 초음파 전달부(200)를 통해 입사되는 초음파를 본체(300) 내부의 매질로 완전 투과하기 위해 매칭레이어부(210)를 메타물질로 구성하였다.
도 7은 본 발명에 따른 매칭레이어부(210)의 제1실시예이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 매칭레이어부(210)는 복수의 단위원 형상의 관통홀들이 동일한 간격을 가지며 바둑판식 배열로 배치되는 형태를 갖는 것일 수 있다. 이때, 제1 실시예에 따른 매칭레이어부(210)는 초음파 전달부(200)의 일 말단에 위치하는, 일부분에 해당하는 것일 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 매칭레이어부(210)의 제2 실시예이고, 도 9는 본 발명에 따른 매칭레이어부(210)의 제3 실시예이다.
도 8 및 9를 참조하면 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른, 매칭레이어부(210)는, 초음파 전달부(200)의 일 말단의 최외곽면을 따라 관통홀이 형성된 것일 수 있다. 즉, 제2 및 제3 실시예에 따른 매칭레이어부(210)는 사각형상의 판이 관통홀을 사이에 두고 중첩되는 구조를 가질 수 있다. 이때, 제2 및 제3 실시예에 따른 매칭레이어부(210)는 초음파 전달부(200)의 일 말단에 위치하는 일부분에 해당할 수 있다.
실시예에 따라, 제2 및 제3 실시예에 따른 매칭레이어부(210)는 외부의 사각형상의 판과 내부의 사각형상의 판 사이에 존재하는 관통홀의 간격(h)이 일정하도록 내부 사각형상의 판의 일부를 외부 사각형상의 판의 일부와 연결하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 매칭레이어부(210)의 제4 실시예이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 매칭레이어부(210)는 내부에 직사각형 형상의 관통홀이 구비된 원판 구조로 형성될 수 있다. 이때, 원판 구조의 매칭레이어부(210)에는 복수개의 직사각형 형상의 관통홀이 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 이때, 초음파 전달부(200)는 매칭레이어부(210)와 동일한 직경을 갖는 원기둥 형상으로 구현됨이 바람직할 것이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 초음파 송수신부
200: 초음파 전달부
210: 매칭레이어부
300: 본체
400: 초음파 투과부

Claims (5)

  1. 내부에 액체가 수용 가능한 공간이 구비되는 본체;
    초음파를 생성하여, 송수신하는 초음파 송수신부;
    상기 초음파를 상기 본체 내부로 전달하는 초음파 전달부; 및
    상기 초음파에 대해서 소정의 임피던스 및 위상을 가지며, 상기 본체의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 배치되는 초음파 투과부;를 포함하는,
    배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 전달부는,
    일 말단에 구비되며, 상기 초음파를 전부 전달하기 위한 메타물질로 구성되는 매칭레이어부를 더 포함하는,
    배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 매칭레이어부는,
    상기 초음파 전달부의 일 말단의 최외곽면을 따라 관통홀이 형성되는 것인,
    배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 매칭레이어부는,
    내부에 직사각형 형상의 관통홀이 구비된 원판 구조로 형성되는 것인,
    배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 투과부는,
    복수 개로 구성되는 것인,
    배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치.
KR1020230051395A 2023-04-19 2023-04-19 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치 Pending KR20240154891A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230051395A KR20240154891A (ko) 2023-04-19 2023-04-19 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230051395A KR20240154891A (ko) 2023-04-19 2023-04-19 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240154891A true KR20240154891A (ko) 2024-10-28

Family

ID=93287528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230051395A Pending KR20240154891A (ko) 2023-04-19 2023-04-19 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240154891A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5173735U (ko) 1974-12-09 1976-06-10

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5173735U (ko) 1974-12-09 1976-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fink et al. Time-reversed acoustics
Mordant et al. Highly resolved detection and selective focusing in a waveguide using the DORT method
Fink Time-reversal acoustics in complex environments
Kuperman et al. Underwater acoustics
CN102590349B (zh) 基于时间反转聚焦的水声无源材料插入损失/透射系数测量方法
CN102539530A (zh) 基于时间反转聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数测量方法
Fink Time-reversal waves and super resolution
US11004439B2 (en) Acoustic absorber
Hovem Underwater acoustics: Propagation, devices and systems
Anderson et al. Time-frequency analysis of the bistatic acoustic scattering from a spherical elastic shell
CN105223271A (zh) 一种有限空间条件下水声无源材料隔声量时反聚焦测量方法
Wu et al. Synthetic aperture imaging for multilayer cylindrical object using an exterior rotating transducer
Qu et al. Experimental Study of a Broadband Parametric Acoustic Array for Sub‐Bottom Profiling in Shallow Water
CA2839661A1 (en) Ultrasonic testing method and ultrasonic array probe
EP3815794A1 (en) Ultrasonic wave amplifying unit and non-contact ultrasonic wave transducer using same
KR20240154891A (ko) 배관 내부 검사를 위한 초음파 투과 장치
Kuperman et al. Ocean acoustics, matched-field processing and phase conjugation
KR102414654B1 (ko) 초음파 투과 장치 및 파동 제어 방법
Leighton et al. The detection by sonar of difficult targets (including centimetre-scale plastic objects and optical fibres) buried in saturated sediment
Kleshchev Scattering of low-frequency pulsed sound signals from elastic cylindrical shells
Islas-Cital et al. Performance of an enhanced passive sonar reflector SonarBell: A practical technology for underwater positioning
Massaad et al. Acoustic design of a transducer array for ultrasonic clamp-on flow metering
Berktay et al. Virtual arrays for underwater reception
KR102748988B1 (ko) 초음파 투과 장치 및 파동 제어 방법
US20250037689A1 (en) Acoustic matching member, manufacturing method thereof and ultrasound device including the same

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20230419

PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20230419

Comment text: Patent Application

PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20250512

Patent event code: PE09021S01D