본 논문은 석유화학 플랜트 등의 결함을 자기자왜센서기술을 활용하여 주기적으로 검사하는 오프라인 모니터링이 가능한 'Health Monitoring System'의 개발과 그 활용성에 대해 확인하였다. 기존의 유도파 검사 방식은 용접부위 검사에는 적용할 수 없고, 일반적인 부위에서도 노이즈 및 반사파 등으로 검사의 정밀도에 한계를 갖고 있다. 본 기술은 주기적인 모니터링을 통해 결함의 진전에 따른 변위정보를 활용할 수 있음으로서, 더 정밀한 검사가 가능하기 때문에 석유화학 플랜트에서 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 논문에서는 노심 용융물과 원자로 용기하부 반구내벽 사이의 간격형성 여부 및 간극의 열적 영향을 측정하기 위한LAVA (Lower-plenum arrested vessel attack) 실험에서 초고온상태에 있는 노심 용융물의 온도를 측정할 목적으로 초고온 온도측정 시스템을 개발하였다. 본 연구에서는 제안된 이론의 유용성을 확인할 목적으로 개발한 초음파 자왜 센서 시스템을 이용하여 2300℃까지의 온도를 측정함으로써 실험을 통해 개발된 시스템의 효율성을 증명하였다.
The main subject of this paper is to develop analytic method with which output power or sensitivity variations of a magnetostrictive ultrasonic transducer can be estimated with no aid of experiments. After the bias magnetic field deployed over the patch is calculated using finite element analysis for magnetostatics, the representative value is extracted by averaging these field values. The operating point on the characteristic curve for magnetostriction is identified by this value and then the output performance is calculated from it. It is verified that the results from this simple model match well with those of its experimental version and some limits of this modeling technique are also considered.
Melt-spun법에 의해서 자왜특성을 갖는 Co-Fe-B ribbon을 제작한 후 광섬유 Mach-Zehnder 간섭계의 sensing-arm에 부착하여 간섭형 자계센서를 구성하였다. Co-Fe-B 자왜변환기로 구성된 자계센서의 동작실험 결과 ac 자왜 응답이 최대가 되는 dc 바이어스 자계는 출력이 0인 바이어스 지점으로부터 0.970e 정도 떨어져 있었으며, 최소 감지자장은 3kHz에서 3.9${\times}10^{-5}$ Oe(rms)/${\sqrt{Hz}}$였다. 응답이 최대가 되는 지점에 바이어스를 고정시켰을 때 ac 자계셈서의 출력이 포화되기 시작하는 입력 자계신호는 1 Oe(rms) 근처였다. Co-Fe-B 자왜변환기의 주파수 특성곡선에서 응답이 피크가 되는 주파수는 ~500Hz였다.
자왜 또는 자기이방성의 측정에 사용되는 전자석의 여자전류를 측정에 필요한 수초간만 흘려서 에너지 소모 및 측정시의 최대난점인 시료의 온도변화의 문제를 극소화하였다. 따라서 전자석의 냉각장치는 생략되고 크기와 전원의 용량도 극소화되었다. 공기간격 22 mm, 자극의 단면적 $40{\times}25mm^{2}$에서 0.5 T의 자장발생에는 180 W의 전원으로 족하였다. 시료의 자왜와, 자기이방성에 의한 토크를 전기용량센서에 의하여 측정하여 $10^{-8}$의 자왜분해능과 1 nJ의 토크 분해능을 얻었다. $0.02{\times}0.8{\times}10mm^{2}$의 연자성 리본의 형상이방성을 이용하여 이방성 측정시의 토크값을 교정하였다.
Fe-B계 비정질합금에 Al을 치환한 $Fe_{82}B_{18-x}Al_{x}$ 및 $Fe_{80}B_{20-x}Al_{x}$급속응고합금의 포화자왜 인장응력에 의한 자기탄성효과가 조사되었다. 포화자왜는 Al 치환량이 증가 할수록 증가 하며, 비정질 $Fe_{82}B_{14}Al_{14}$합금에서 45 ppm으로 가장 높다. 비정질 $Fe_{82}B_{14}Al_{14}$ 합금의 인장응력에 따른 최대자속밀도의 변화율은 약 $0.026\;T.mm^{2}/N$으로 고분해능 역학센서로 응용이 가능할 것으로 예상된다.
보일러나 열교환기의 관 벽에 부착되는 스케일 방지용으로 설계된 초음파 발신기는 전기적 에너지를 초음파로 변환시켜주는 자왜소자와 발생된 초음파를 부하매질에 전달하는 도파봉으로 구성된다. 본 논문에서는 진동자로 사용되는 자왜소자의 형상설계와 진동자에서 발생된 초음파를 증폭시켜 부하매질로 전달하기 위한 몇 가지 형태의 도파봉에 대해 이론해석을 수행하여 필요한 사양을 도출하였다. 최종적인 도파봉의 길이는 음압 측정을 통해 선정하였다. 마지막으로 제작된 초음파발신기를 사용하여 보일러와 유사한 조건에서 스케일 방지효과를 확인하였다.
본 논문에서는 초음파 웨이브렛 지연시간을 이용한 초고온 온도 측정법을 기초로 하여, 이 기술을 바탕으로 두 번째 단계인 용융물 온도에서 내구성을 갖는 초음파 센서(UTS : Ultrasonic Temperature Sense)를 설계하여 약 $2300^{\circ}C$까지 실험로 내부의 온도를 측정하고자 한다. 이때 UTS 설계의 중요 인수는 센서 봉 외부 표면과 시스(sheath) 내부 표면의 두 텅스텐 재료가 비접촉 상태로 요구된다. 만약 이들 두 재료가 고온의 상태에서 접촉되면 음향적 분로인 Shunting 현상이 발생한다. 이 현상을 물리적으로 억제하기 위한 센서 설계가 필요하게 되며, 이 센서 설계의 성공 여부의 첫째 요구 조건으로서 센서 내부의 구조적으로 음향 Shunting 현상을 억제하는 기술이 필요로 하게 된다. 이들 센서의 내부 구조에 상호 접촉을 피하기 위해서 작은 공간에 새롭게 구조적 분리가 가능한 텅스텐 재료인 Standoff를 제작하여 설치하였다. 그러나 본 실험에서는 제안된 Standoff적용한 출력 신호의 신호 대 잡음 비는 소량의 개선 가능성을 확인하였으나, 다양한 Standoff의 설계와 제작이 지속적으로 진행되어야 할 것이다.
자벽고착 개념에 기초를 둔 새로운 조화센서는 다음과 같이 설명되어진다. 2단계 열처리된 Co계 비전질 percursor은 특이한 signal을 유발시키는데 이는 자속의 단계적인 변화를 나타내는 hystresisloop에 기인한다. 자장하에서의 1단계 열처리는 M-H loop에서 일축유도 자기이방성을 발생시킨다. 2단계 무자장하의 열처리는 고착된 자벽의 stepped hystresis의 특성을 나타내는데 이로인해 유용한 marker로서의 특징을 가지게 된다. 열처리동안 비정질재료의 표면과 내부에서 상당량의 산화와 결정화 과정을 거치는 것이 관찰되었다. 이오인한 표면 자벽 고착 모델의 제안은 자벽의 고착이 비정질부분과 semi-hard Co 층간의 접합면에서 가장 효과적으로 얻어지다는 것으로써 확신되어진다. 또한 자벽 고착 자장과 결정화된 Co층의 두께간의 상당한 연관성도 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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