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링배열 펄스레이저 조사에 의한 파장매칭형배관 유도 초음파 발생 기술

Title
링배열 펄스레이저 조사에 의한 파장매칭형배관 유도 초음파 발생 기술
Other Titles
Generation of Wavelength-Matched Guided Wave in Pipe by Ring-arrayed Laser Illumination
Author
임병옥
Alternative Author(s)
Lim, Byoung-Ok
Advisor(s)
장경영
Issue Date
2007-08
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
원자력발전, 화학플랜트와 같은 발전설비에는 기하학적인 형상을 갖는 배관 구조물이 많이 설치되어 있는데 이러한 설비는 사고 및 고장이 발생되면 경제적 ? 사회적 ? 환경적 손실이 치명적이다. 따라서 발전설비의 건전성을 확보하기 위해서는 설비를 구성하고 있는 부품 및 소재의 신뢰성을 평가할 수 있는 방법이 필요한 실정이다. 이러한 배관의 신뢰성은 발전설비의 안정성 및 가동률과 직결된다고 할 수 있기 때문에 배관의 건전성을 평가할 수 있는 비파괴검사 방법이 요구되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 이를 위해 기존의 선배열 레이저 빔을 사용한 배관의 비파괴 검사법을 개선하여 배관 내부에 링배열 레이저 빔을 조사함으로써 배관 원주방향으로 균일하게 유도초음파를 발생시키고자 하였다. 이렇게 발생된 유도초음파는 배관 전체를 고르게 전파함으로써 배관 검사를 한번에 할 수 있는 장점이 있다. 또한 제안 기술의 성능을 평가하기 위해 실험장치를 구성하였으며 스테인리스강 배관 시험편에 적용하였다. 여기서 수신기로는 공기결합 트랜스듀서를 사용하였으며, 수신각을 조절함으로써 특정모드의 유도초음파를 선택적으로 수신할 수 있는 장점이 있다. 실험에 앞서 먼저 스테인리스강 배관 시험편에 대한 분산선도를 구하여 파장과 매칭시킴으로써 이론적으로 발생가능한 L(0,1) 모드의 주파수, 전파속도, 공기결합 트랜스듀서의 수신각을 구하였다. 실제 실험에서 이론적으로 구한 공기결합 트랜스듀서의 각도로 수신한 결과 예상한 시스템 파라미터들과 일치함을 확인하였다. 보다 더 정확한 검증을 위하여 발생된 유도초음파 신호를 STFT 변환하여 군속도 분산선도에서 비교하였으며, 해당하는 모드가 정확히 발생함을 확인하였다. 그리고 기존의 선배열 방법과 비교하여 보았을 때, 선배열 방법은 유도초음파가 국부적으로 발생한데 반해 링배열 방법은 배관의 원주방향으로 균일하게 유도초음파가 발생하였음을 검증하였고, 전파거리에 따른 감쇠도 링배열 방법이 선배열 방법보다 20dB 이상 향상된 결과를 보였다. 또한 인공 결함 시험편을 이용하여 결함 신호를 수신한 결과 관통결함과 외부결함에 대한 신호가 양호하게 검출됨을 확인하였다. 이로써 제안된 방법이 배관에서 비접촉으로 단일모드의 유도초음파를 송 ? 수신하는데 매우 효과적인 방법임을 검증하였다.; The laser ultrasonic technique has been considered as a useful non-contact method to generate the ultrasonic guided wave in a pipe. In practical applications of the guided wave technique, however, it is very important, though often difficult, to identify propagating modes. Thus, it is more preferred when it comes to generating and detecting a single or less number of modes. In this paper, we propose a wavelength-matching method using the ring-arrayed laser illumination that enables to generate only the specific longitudinal mode of which wavelength is determined by the array spacing. The effect of ring-arrayed illumination is uniformly launching the wavelength-matched guided wave along the circumferential direction. In order to test the performance, the experimental system including optics to produce the ring-arrayed beam pattern is constructed, and tube specimens are tested. The laser source is Nd:YAG and the detector is the air-coupled transducer that is able to detect only a single mode by tuning its detection angle. Experimental results show that the predicted mode is clearly generated and detected. The proposed technique is fully non-contact, and it also has the advantage of greatly enhanced mode selectivity. This advantage makes it possible to avoid complication in the detected wave signal.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/148438http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000407203
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > DEPARTMENT OF AUTOMOTIVE ENGINEERING(자동차공학과) > Theses (Master)
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