배열이란 무엇입니까?

위상 배열 탐촉자는 특정 방향으로 음파를 보내기 위해 함께 펄스될 수 있는 일련의 소자를 포함하는 초음파 탐상검사 탐촉자입니다.이 탐촉자를 사용하면 단일 단계에서 여러 검사 영역을 검사할 수 있습니다. 

배열이란 무엇입니까?

배열은 대량의 개체를 체계적으로 정렬한 것입니다.가장 간단한 형태의 NDT용 초음파 배열에는 검사 범위 및/또는 검사 속도를 높이도록 일련의 단일 소자 탐촉자가 정렬되어 있습니다.

위상 배열 탐촉자의 사용 범위

위상 배열 탐촉자는 다음을 포함한 다양한 NDT 검사에 사용됩니다.

• 균열을 탐지하고 층상 결함을 찾고 전체 두께를 측정하기 위해 일반적으로 여러 개의 프로브가 사용되는 튜브 검사
• 영역별로 작은 결함을 탐지하기 위해 일반적으로 서로 다른 깊이에 초점을 맞춘 다중 프로브가 필요한 단조된 금속 부품
• 복합 재료의 층상 결함 또는 금속의 부식 탐지율을 높이기 위해 표면을 따라 선형으로 정렬한 프로브

이러한 검사에는 각 채널을 처리하기 위한 적절한 펄서, 수신기, 게이트 로직이 있는 고속 다중 채널 초음파 장비, 그리고 검사 구역을 적절히 설정하기 위해 각 탐촉자를 세심하게 고정하는 것이 필요합니다.

가장 간단한 형태의 위상 배열 프로브는 하나의 패키지에 일련의 개별 소자가 포함되어 있는 형태입니다.소자는 기존 탐촉자보다 훨씬 작지만 이러한 소자를 그룹으로 펄스하여 방향을 제어할 수 있는 파면을 생성할 수 있습니다.이 전자 빔 형성을 통해 단일 위치 탐촉자에서 고속으로 여러 검사 영역을 프로그래밍하고 분석할 수 있습니다.여기에 대해서는 이 튜토리얼의 뒷부분에서 자세히 설명합니다.

위상 배열 탐촉자의 특성

위상 배열 탐촉자는 다음 기본 매개변수에 따라 기능적으로 분류됩니다.

유형: 대부분의 위상 배열 탐촉자는 플라스틱 웨지, 직선형 플라스틱 슈(0도 웨지) 또는 지연선과 함께 사용하도록 설계된 각도 빔 유형입니다.직접 접촉식 및 침지 탐촉자도 사용할 수 있습니다.

주파수: 일반적으로 초음파 결함 탐상은 2MHz~10MHz의 주파수에서 이루어지며 대부분의 위상 배열 탐촉자가 이 범위에 속합니다.저주파 및 고주파수 프로브도 사용할 수 있습니다.기존 탐촉자와 마찬가지로, 주파수가 낮을수록 침투력이 높아지고 주파수가 높을수록 분해능과 초점 선명도가 향상됩니다.

소자 수: 위상 배열 탐촉자에는 일반적으로 16~128개의 소자가 있으며 일부 탐촉자에는 256개까지 있습니다.소자 수가 많아지면 초점 및 조향 기능이 향상되고 영역 범위도 넓어질 수 있습니다.그러나 소자가 많을수록 프로브와 기기 비용도 모두 증가합니다.이러한 각 소자는 관심 파면을 생성하기 위해 개별적으로 펄스됩니다.그 결과, 이러한 소자의 범위를 흔히 활성 또는 조향 방향이라고 합니다.

소자 크기: 소자 너비가 작아질수록 빔 조향 능력이 증가합니다.그러나 넓은 영역 범위에는 더 많은 소자가 필요하여 비용이 증가합니다.

위상 배열의 형상 매개변수는 일반적으로 다음과 같이 정의됩니다.

위상 배열 프로브의 형상 매개변수는 일반적으로 다음과 같이 정의됩니다.

• N = 배열에 있는 총 소자 수
• A = 조향 또는 활성 방향에 있는 총 개구의 수
• H = 소자 높이 또는 고도(이 치수는 고정되어 있기 때문에 흔히 수동 평면이라고 함)
• p = 피치 또는 연속된 두 소자 사이의 중심 간 거리
• e = 개별 소자의 너비
• g = 활성 소자 사이의 간격

이 정보는 기기 소프트웨어에서 원하는 빔 모양을 생성하기 위해 사용됩니다.프로브 인식 소프트웨어에서 자동으로 입력되지 않으면 설정 중에 사용자가 입력해야 합니다.

위상 배열 탐촉자 내부

위상 배열 탐촉자의 크기, 모양, 주파수 및 소자 수는 다양하지만, 모든 탐촉자가 여러 세그먼트로 분할된 압전 소자를 포함하고 있습니다.

산업용 NDT 분야를 위한 최신 위상 배열 탐촉자는 일반적으로 폴리머 매트릭스에 내장된 작고 얇은 여러 개의 압전 세라믹 막대로 이루어진 압전 복합 재료 주위에 구성됩니다.복합 탐촉자는 제조하기 더 어려울 수 있지만 일반적으로 유사한 설계의 압전 세라믹 탐촉자에 비해 10~30dB의 감도 이점을 제공합니다.분할된 금속판은 복합 스트립을 전기적으로 분리된 여러 소자로 나누는 데 사용되어 개별적으로 펄스할 수 있도록 합니다.분할된 이 소자는 보호 매칭 레이어, 지지대, 케이블 연결 및 전체 하우징을 포함하는 탐촉자 어셈블리에 통합됩니다.

위상 배열 탐촉자 구성의 유형

위의 애니메이션은 직사각형 형태의 설치 면적과 선형 배열을 보여줍니다.이 구성이 위상 배열의 일반적인 구성입니다.배열은 표면 단면에 대한 더 많은 빔 제어를 위해 행렬로 정렬하거나 보다 구형의 집속 패턴을 위해 원형 배열로 정렬할 수 있습니다.

위상 배열 탐촉자는 여러 가지 다른 구성으로 정렬할 수 있으며, 각각 장단점이 있습니다.일반적인 위상 배열 탐촉자 구성은 다음과 같습니다.

선형 위상 배열 탐촉자

선형 위상 배열 탐촉자는 소자가 직선으로 정렬되어 있으며 위상 배열 초음파 탐상검사에서 가장 일반적인 구성입니다.선형 위상 배열 탐촉자는 제작하기 쉽지만 깊은 포커싱을 위해서는 크기가 커야 합니다. 

환형 위상 배열 탐촉자

환형 위상 배열 탐촉자와 분할된 환형 위상 배열 탐촉자는 공통 중심이 있는 원형 링에 소자가 정렬되어 있습니다.이러한 탐촉자는 여러 깊이에서 조향 기능이 있는 타원형 및 구형 빔을 제공할 수 있습니다.그러나 설계가 복잡하여 제조하기가 어렵습니다. 

볼록 위상 배열 탐촉자

곡선형 위상 배열 탐촉자라고도 하는 볼록 위상 배열 탐촉자에는 소자가 아치형으로 정렬되어 있습니다.이 탐촉자는 심층 검사에 적합하지만 검사 깊이가 깊어질수록 이미지 분해능이 감소할 수 있습니다. 

사각 위상 배열 탐촉자

사각 위상 배열 탐촉자는 소자가 사각형으로 정렬되어 있습니다.사각 위상 배열 변환기는 이 패턴 덕분에 조향 기능이 뛰어나지만, 설계가 복잡하여 제조하기가 어렵습니다.

원형 위상 배열 탐촉자

원형 위상 배열 탐촉자는 공통 중심이 없는 원형 링에 소자가 정렬되어 있습니다.특히 곡선형 대상의 경우 다양한 깊이에서 탁월한 조향 능력을 제공합니다.그러나 원형 위상 배열 탐촉자는 설계가 복잡하여 제조하기가 어렵습니다.