Lamb-EMAT을 이용한 박판에서의 Lamb파 발생과 비파괴탐상 응용

소개

비파괴공학-lamb란 Lorentz 힘을 이용하는 EMAT는 금속재료 표면에 와전류를 형성하기 위한 코일과 정자기장을 부가하기 위한 자석으로 구성되어 있다. 표면 근처에 놓인 코일에 교류전류를 흘려주면 재료 표면에는 와전류 J가 유도되며, 여기에 정자기장 B를 가하면 재료 표면의 입자들은 Lorentz 힘F를 받는다. 코일에 흘려주는 전류는 교류이므로 표면에 유도되는 와전류는 시간에 따라 방향이 바뀌고 이에 따라 힘의 방향도 시간에 따라 바뀐다. 이와같이 시간에 따라 바뀌는 힘에 의해서 표면의 입자들은 진동하게 되며 이 힘이 초음파를 발생시킨다. 와전류와 정자기장이 벡터양이기 때문에 힘의 방향은 항상 와전류와 정자기장에 상호 수직되는 방향이다.
Lamb-wave와 표면파는 다른 모드지만 전자초음파 센서로는 전파된 파의 반 파장 간격 마다 180°반전한 힘을 주는 것을 기본원리로 한다. 따라서 동일구조의 전자 초음파 센서를 박판재에 적용하면 Lamb-wave가 발생하고, 두꺼운 판재에는 표면파가 발생된다고 기본적으로 이해하고 Lamb-wave, 표면파용 전자 초음파 센서는 구별하지 않는다. 다만, 구동 주파수 등의 변경은 필요하다.
Lamb-EMAt은 그림 4와 같은 코일과 자석의 배열을 갖는 Meander 코일이 사용되고 있다. Lamb파와 EMAT로 전파된 파의 반 파장 간격 마다 180°로 반전한 힘을 주는 것을 기본 원리로 한다. 동일 구조의 EMAT를 박판재에 적용하면 Lamb파가 발생하고, 두꺼운판재에서는 표면파가 발생하여 Lamb파와 표면파용 EMAT은 따로 구별하지않다. 다만 구동주파수등을 변경하여 적용하고자 하는 시험체의 특성에맞추게 된다. Lamb파용 EMAT으로서는 2개의유형이사용된다.
로렌츠 힘을 주로 이용하고 판의 면내로 일정 간격마다 진행 방향에 대해 평행, 반평행 방향으로 방향을 바꾸는 로렌츠 힘이 파의 발생 구동력이 된다. 자왜효과를 이용하는 경우이며 강판의 면내 진행 반향에 인가된 바이어스 자장과 같은 방향에 일정 간격으로 발생하는 유도 자장에 의한 복합자장 변화가 Lamb파 진행 방향의 자왜 진동을 일으키며 Lamb파로 변환 된다. 어느 쪽의 원리도 구동 주파수 (코일간격)는 Lamb파 와 표면파의 음속을 알고 EMAT의 센서코일간격을 W라 하면 식(4)와같이된다.
Lamb파를 발생하기 위한 EMAT의 자석과 코일의 배치에 따른 Lamb파의 전파원리를 보여주고 있다.

목차

1. (서론)목적
2. 이론
(1)EMAT에 의한 유도초음파발생
(2)유도초음파의 이해
(3)Lamb-EMAT의 원리와 특징
3. 실험장치 및 실험방법
4.실험결과
5.결론
6.고찰
7.참고문헌

본문내용

3. 실험장치 및 실험방법
① 디지털 오실로스코프(Oscilloscope)
오실로스코프는 전기적인 신호를 화면에 나타내주는 장치로서 시간의 변화에따라 신호의 크기가 어떻게 변화하고 있는지는 나타내는 장치로써, 디지털 오실
로스코프는 나타난 신호를 이산화된 데이터로 저장 및 신호처리할 수 있다. 수직축(Y축)은 전압의 변화, 수평축(X축)은 시간의 변화를 나타내며, 이렇게 나타
난 파형을 통해 알 수 있는 정보는 다음과 같다.
- 입력신호의 시간과 전압의 크기
- 발진신호의 주파수
- 입력신호에 대한 회로상의 응답변화
- 직류신호와 교류신호의 양
- 신호중의 잡음과 그 신호상에서 시간에 따른 잡음의 변화
② 임피던스 매칭박스(impedance matching box)
SH-EMAT은 PZT와 달리 초음파발생기와 센서간의 음향임피던스 차이가 발생된다. 따라서 전기적인 에너지와 음향에너지 간의 변환효율을 증가시켜주기
위해 사용되는 장치이다.
③ Pre-amplifier
SH-EMAT으로부터 수신된 미약한 신호를 폭시켜주는 장치이다.
④ 고출력 초음파 송수신기(high power ultrasonic pulser/receiver)고출력 초음파 발/수신기는 다른 초음파장비보다 높은 출력과 트랜스듀서를다양한 주파수로 가진시킬 수 있는 장치이다. 본 실습에 사용되는 고출력 초음파 송수신기(Ritec사, RAM10000)는 크게 연속파신호발생기, 게이트증폭기, 수신필터기 및 수신증폭기의 세부장치들로 구성되며 연속파신호를 원하는 사이클수에 맞게 이트증폭기로 잘라내어 톤버스트(tone-burst)파를 발생시킴으로써
단일 사이클을 갖는 일반적인 펄스형 초음파신호에 비해 협대역(주파수성분이특정 중심주파수로 집중되는)신호의 송수신이 가능하다. 따라서 유도초음파실험과 같이 주파수에 따라 초음파 모드가 민감하게 변화하는 초음파실험에서 특정의 초음파모드신호를 선택적이고도 효율적으로 송수신하는데 매우 효과적인

참고자료

· (1) j. s. Lim and R. B. Thompson, "precise velocity measuereament using EMATs,"KSNT/SC0009, pp.54-58, (2002)
· (2) B. W. Maxfield, C, M Fortunko, "Design and Use of Electromagnetic Acoustic Wave Transducers(EMATs)," Materials Evaluation, Vol.41, No. 12, pp. 1399-1408, (1983)
· (3)B. W. Maxfield, A Akuramoto and K. Hulbert J, "Evaluating EMAT Designs for Selected Applications,"Materials Evaluation, Vol 45 .No, pp. 1166-1183, (1987)
· (4)유도초음파실습 강의자료