A Pulse-Echo Testing Model for Partially Damaged Ultrasonic Transducers

부분 손상을 입은 초음파 탐촉자의 펄스-에코 시험 모델

In ultrasonic testing, flaw signal from which quantitative information on flaws is determined is influenced by 3 factors : (1) the incident wavefield.produced by the transducer, (2) the scattered waves produced by flaws, and (3) the reception of the scattered waves back at the transducer. So even small changes in transducer performance due to aging or unexpected damages can produce the changes in the characteristics of flaw signal and finally the changes in the quantitative information on flaws. Thus a reliable calibration method of transducer performance is desired. Recently, theoretical models for ultrasonic testing have been employed as reference standards for the calibration of transducers which are considered as circular planar piston sources in the most of cases. But this simplification cannot be applied to partially damaged transducer which has lost their symmetry in performance, even not in appearance. Unfortunately there has been no reliable practical model which can be used for the calibration of partially damaged transducers. Here a pulse-echo testing model for partially damaged ultrasonic transducers was developed with experimental verification. The experimental responses agree very well with the theoretical prediction. So we expect that this model can be served as a theoretical reference standards for transducer calibration.

초음파 탐상 시험에서 결함 신호는 1) 초음파 탐촉자에 의해 재료 내부로 송신된 입사파의 특성, 2) 입사파가 결함에 부딪쳤을 때 생성되는 산란파(혹은 반사파)의 특성, 그리고 3) 이 산란파가 수신 초음파 탐촉자에 도달했을 때 초음파 탐촉자에 의한 산란파의 수신 특성 등 3대 요소에 의해 결정된다. 따라서 이 세 가지요인 중 어느 하나라도 변화하면 결함 신호의 특성이 변화하게 되는데, 초음파 탐촉자는 부분 손상이나 열화에 의해 탐촉자의 특성이 변화할 수 있기 때문이다. 초음파 탐촉자의 특성을 정량적으로 평가하기 위해 가장 널리 사용되는 것이 대비 산란체를 이용한 펄스-에코 시험인데, 이 시험에 대한 이론적 모형은 그다지 많이 개발되지 않은 상태이며, 특히 부분 손상을 입은 탐촉자에 대한 펄스-에코 시험 모델은 아직 개발되지 않은 상태이다. 본 연구에서는 사용 도중 부분 손상을 입은 초음파 탐촉자의 특성 평가에 활용할 수 있도록 펄스-에코 시험에 대한 이론적 모델을 개발하였으며 실험을 통해 그 정확성을 검증하였다. 실험 결과, 본 연구에서 개발한 이론적 모델이 실험 결과와 매우 잘 일치함을 확인하였다 따라서 본 연구를 통해 개발한 이 모델은 초음파탐상 시험의 신뢰성에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 요소 중의 하나인 초음파 탐촉자의 특성 평가, 예를 들어, 시간에 따른 열화 현상이나 예기치 않은 사고로 인한 부분 손상 등을 파악할 수 있는 이론적 대비 기준으로 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단하며, 현재 이러한 관점에서의 활용을 위한 연구를 계속 수행 중에 있다.