AIM 모델링 도구는 OmniScan™ X3 결함 탐상기의 출시와 함께 소개된 후, 전체 집속 기법, (Total Focusing Method, TFM) 스캔 계획 설계를 위한 필수 지원 도구가 되었습니다.AIM은 다양한 TFM 웨이브 세트 및 산란체 유형에 대한 TFM 음향 강도 범위의 추정치를 제공하므로 사용자는 검출 확률(POD)을 최대화하는 스캔 계획을 만들 수 있습니다.
MXU 5.10 릴리즈를 통해 OmniScan X3 및 X3 64 스캔 계획 도구의 기능과 사용 편의성을 더욱 향상시키는 AIM 업그레이드의 3가지 주요 이점을 누릴 수 있습니다.
1.3D 검사 형상 지원
이전에 AIM은 TFM 검사 영역이 요소의 기본 축 바로 아래에 있는 선형 프로브만 지원했습니다.이제 MXU 5.10 업데이트를 통해 AIM은 평면, 원주 외경(COD) 및 축 외경(AOD) 형상을 위한 DLA(Dual Linear Array™) 및 DMA(Dual Matrix Array™) 프로브를 지원합니다.AIM 모델의 기본 프레임워크를 대대적으로 정비하여 지원하는 프로브가 늘어났습니다.
업데이트된 AIM 모델은 다른 상용 음향 시뮬레이션 소프트웨어 패키지와 유사한 결과를 제공합니다.예를 들어, AOD 형상의 L-L TFM 웨이브 세트에 대해 CIVA 2021(CEA LIST에서 개발)에서 얻은 감도 맵을 업데이트된 AIM 모델로 생성한 아래 이미지와 비교해 보실 수 있습니다.
L-L 모드에서 A27 프로브 AOD 형상 비교, AIM 모델(왼쪽) 대CIVA 소프트웨어(오른쪽)
이 테스트 사례의 구성에는 외경 273.05mm (외경 10.75인치)로 측정되는 파이프에 4DM16X2SM-A27 프로브와 SA27-DN55L-FD25-IHC-AOD10.75 웨지가 포함되어 있습니다.보시는 것처럼, 업데이트된 AIM 모델과 CIVA 2021 모델은 이 AOD 형상에서 DMA 프로브에 대해 거의 동일한 맵을 제공합니다.
2.프로브의 근거리장 정확도 향상
정비된 AIM 모델의 두 번째 이점은 프로브의 근거리장에서 더 나은 시뮬레이션 정확도를 보여준다는 것입니다.향상된 정확도는 접촉 검사에서 더 명확하므로 단일 요소 접촉 탐촉자를 사용하여 아래 예시 이미지를 준비했습니다.요소의 크기는 1mm × 10mm이고 중심 주파수는 5MHz입니다.
이 이미지는 정확한 레일리(Rayleigh) 수치 모델과 비교하여 이전 및 개선된 AIM 모델의 단일 요소 근거리장 응답을 보여줍니다.정확한 레일리 모델은 단일 요소의 표면에 균일하게 분포된 100,000개 점광원의 기여도를 합산하여 구성됩니다.
L-L 모드에서단일 요소 탐촉자에 대한 개선된 AIM과 정확한 레일리 모델 비교
L-L 모드에서단일 요소 탐촉자에 대한 이전 AIM 모델과 정확한 레일리 모델 비교
요소 표면으로부터 1mm(0.04인치)의 관찰 거리에서도 개선된 AIM 모델과 레일리 모델 간의 결과값의 유사성에주목하세요.그에 반해, 이전 AIM 모델은 근거리장에서 진동이 있어 근거리장 접촉 모드 시뮬레이션의 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.
3.정규화된 감도 지수
MXU 5.10 이전에는 AIM의 감도 지수가 임의의 비례 단위로 되어 있어 서로 다른 웨이브 세트 간의 상대 감도를 비교하는 데만 사용할 수 있었습니다.이제 스캔 계획의 감도를 더 직관적으로 해석할 수 있도록 감도 지수를 다시 설계했습니다.다음 섹션에서는 MXU 소프트웨어에서 각 AIM 맵에 대한 감도 지수를 생성하기 위해 수행하는 계산에 대해 알아볼 수 있습니다.또한, 이후 정규화된 감도 지수를 해석하고 실제로 적용하는 방법을 보여주는 구체적인 예를 몇 가지 찾을 수 있습니다.
AIM 감도 지수의 이론상 최댓값 계산
감도 지수는 AIM 맵의 최대 진폭 값에 해당합니다.각 픽셀에 대해, 진폭은 3가지 구성요소(송신 응답, 수신 응답 및 산란 계수)에 의해 결정됩니다.
(1)
다음은 등식 (1)에 대한 정의입니다.
- N은 송신 소자의 수이고 M은 수신 소자의 수입니다.
- Ti는 i번째 송신 소자의 전송 응답입니다.최댓값 1은 완벽한 송신을 나타냅니다.즉, 픽셀에서 송신 강도는 전송 소자의 면에서 강도와 동일한 값입니다.
- Rj는 j번째 수신 소자의 수신 응답입니다.최댓값 1은 완벽한 수신을 나타냅니다.즉, 산란 강도가 수신 소자의 면에서 완벽하게 수신됩니다.
- αij는 i번째 송신 소자부터 j번째 수신 소자까지의 산란 계수를 나타냅니다.최댓값 1은 완벽한 산란을 나타냅니다.즉, 픽셀의 입사 강도가 수신 방향으로 완벽하게 산란됩니다.
등식 (1)은 N개의 송신 소자와 M개의 수신 소자가 있는 경우 감도에 대한 이론상 최댓값이 NM임을 나타냅니다.그러나 일반적인 TFM 설정 구성에서는 이 값에 도달하지 않습니다.
평면 및 구형 산란체 유형에 대한 감도 지수 차이
이전 버전의 AIM과 마찬가지로, MXU 5.10의 AIM은 “구형” 및 “평면” 산란체 둘 다 지원합니다.업데이트된 AIM 모델에서 구형 산란체는 픽셀의 입사 강도가 수신 방향으로 완벽하게 산란되는 이상적인 점 산란체로 처리됩니다.즉, αij는 송신기와 수신기의 모든 조합에 대해 1의 값을 갖습니다.
AIM의 평면 산란체는 직경 3mm의 원형 공극으로 모델링됩니다.산란 계수 αij는 주파수뿐만 아니라 3D 공간의 법선, 입사, 반사 및 관찰 벡터의 복잡한 함수입니다.다음은 이러한 벡터를 보여주는 개략도입니다.
원형 공극에 대한 법선, 입사, 반사 및 관찰 벡터의 개략도
이 원형 공극의 예를 보여주는 그림 4에서 지향성 산란체의 표면에 모드 변환이 없으면 반사각 θr은 입사각 θi와 같습니다.또한 관찰 벡터는 법선, 입사 및 반사 벡터에 의해 형성된 평면에 있지 않을 수 있습니다.
이 산란체 유형의 경우, 입사, 반사 및 관찰 벡터가 모두 법선 벡터와 일치하는 경우 αij 최댓값 1에 도달합니다.송신 및 수신 빔이 방향성 결함에 완벽하게 수직인 경우 펄스 에코 모드에 있는 경우입니다.αij 값은 Tx/Rx 조합의 특별한 부분 집합에 대해서만 1이기 때문에 일반적으로 평면 산란체에 대한 AIM 맵의 감도 지수는 이상적인 구형 산란체에 대한 AIM 맵의 감도 지수보다 낮습니다.
AIM의 정규화된 감도 지수를 해석하고 비교하는 방법
이 섹션에서는 동일한 5L32-A32 선형 프로브를 사용하는 3가지 다른 구성의 AIM 맵 예시와 감도 지수를 제공합니다.각 예시 아래에서 해석 방법에 대한 설명이 나와 있습니다.
첫 번째 구성의 경우, 프로브는 접촉 L-L 모드에서 사용되며 구형 산란체에 대한 해당 AIM 맵은 다음과 같습니다.
구성 1: 접촉 L-L 모드 구형 AIM 맵(감도 지수 = 19.91)
이 구성의 경우, 이론상 최댓값이 1,024(송신 소자 32개, 수신 소자 32개)임에도 정규화된 감도 지수는 19.91입니다.최댓값과의 편차는 주로 요소 지향성과 기하학적 빔 확산 때문입니다.
두 번째 구성의 경우, 프로브가 SA32LS-N55S-Group D 웨지에 결합되고 COD 형상을 위해 T-T 모드에서 사용됩니다.파이프의 외부 지름은 273.05mm(10.75인치)로 설정됩니다.구형 산란체에 대한 해당 AIM 맵은 다음과 같습니다.
구성 2: COD T-T 모드 구형 AIM 맵(감도 지수 = 1.25)
이 AIM 맵에서 웨지 바로 앞의 외경 표면 근처에 검은색 픽셀이 있는 것을 보실 수 있습니다.이 검은색 픽셀은 웨지의 물리적 경계 때문에 요소에서 픽셀까지 적어도 하나의 음향 경로를 추적할 수 없음을 나타냅니다.감도 지수는 이제 1.25이며, 이는 24dB의 추가 게인이 있어야 이전 접촉 구성과 동일한 예상 결함 진폭 수준을 갖게 됨을 나타냅니다.감도 지수의 감소는 대부분 웨지/파트 인터페이스의 복잡한 굴절 계수와 기하학적 빔 확산의 증가로 인한 것입니다.
세 번째 구성은 두 번째 구성과 동일하지만 이 AIM 맵은 평면 반사체에 대한 것입니다.
구성 3: COD T-T 모드 평면 AIM 맵(감도 지수 = 1.25)
결함 각도는 27°로 설정되어 결함의 법선이 주 빔 전파 방향에 대해 주로 수직입니다.최적의 결함 방향에서도 평면 산란체의 감도 지수는 0.44에 불과합니다.송신 및 수신 소자의 모든 조합에서 결함 표면과 빔 전파 방향 사이의 완벽한 직각도를 달성할 수 없기 때문에 감도 지수는 이전 맵의 수준인 1.25보다 낮습니다.
소프트웨어 다운로드 페이지로 이동한 후 “OmniScan”까지 아래로 스크롤하여 MXU 5.10으로 업데이트하면 이러한 새로운 AIM 업그레이드의 이점을 누릴 수 있습니다.
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백서: TFM Acoustic Influence Map
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