• Smart Structures and Systems
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• 제17권1호
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• pp.17-29
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• 2016

Ultrasonic tomography is a powerful tool for identifying defects within an object or structure. But practical application of ultrasonic tomography to solids is often limited by time consuming transducer coupling. Air-coupled ultrasonic measurements may eliminate the coupling problem and allow for more rapid data collection and tomographic image construction. This research aims to integrate recent developments in air-coupled ultrasonic measurements with current tomography reconstruction routines to improve testing capability. The goal is to identify low velocity inclusions (air-filled voids and notches) within solids using constructed velocity images. Finite element analysis is used to simulate the experiment in order to determine efficient data collection schemes. Comparable air-coupled ultrasonic signals are then collected through homogeneous and isotropic solid (PVC polymer) samples. Volumetric (void) and planar (notch) inclusions within the samples are identified in the constructed velocity tomograms for a variety of transducer configurations. Although there is some distortion of the inclusions, the experimentally obtained tomograms accurately indicate their size and location. Reconstruction error values, defined as misidentification of the inclusion size and position, were in the range of 1.5-1.7%. Part 2 of this paper set will describe the application of this imaging technique to concrete that contains inclusions.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2004년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.268-271
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• 2004

Non-contact technique should be developed for receiving ultrasonic wave for on-line monitoring of processing defects of fiber reinforced composites, since couplant must be applied on composite materials when conventional ultrasonic testing technique was used. Restriction of conventional ultrasonic testing technique was proven by transmitting and receiving ultrasonic wave on CFRP in various direction of wave propagation with various incident angle of ultrasonic beam. Air-coupled transducer and laser interferometer were applied for non-contacting reception of ultrasonic wave in fiber reinforced composite materials. Air-coupled transducer has optimal sensitivity and frequency band of 300kHz has homogeneous characteristics on direction of wave propagation.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권3호
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• pp.235-241
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• 2009

Composite wood materials are very sensitive to water and inspection without any coupling medium of a liquid is really needed to wood materials due to the permeation of coupling medium such as water. However, air-coupled ultrasound has obvious advantages over water-coupled experimentation compared with conventional C-scanner. In this work, it is desirable to perform contact-less nondestructive evaluation to assess wood material homogeneity. A wood material was nondestructively characterized with non-contact and contact modes to measure ultrasonic velocity using automated data acquisition software. We have utilized a proposed peak-delay measurement method. Also through transmission mode was performed because of the main limitation for air-coupled transducers, which is the acoustic impedance mismatch between most materials and air. The variation of ultrasonic velocity was found to be somewhat difference due to air-coupled limitations over conventional scan images. However, conventional C-scan images are well agreed with increasing the resin-infiltrated time as expected. Finally, we have developed a measurement system of an ultrasonic velocity based on data acquisition software for obtaining ultrasonic quantitative data for correlation with C-scan images.

• Smart Structures and Systems
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• 제17권1호
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• pp.31-43
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• 2016

Applications of ultrasonic tomography to concrete structures have been reported for many years. However, practical and effective application of this tool for nondestructive assessment of internal concrete condition is hampered by time consuming transducer coupling that limits the amount of ultrasonic data that can be collected. This research aims to deploy recent developments in air-coupled ultrasonic measurements of solids, described in Part 1 of this paper set, to concrete in order to image internal inclusions. Ultrasonic signals are collected from concrete samples using a fully air-coupled (contactless) test configuration. These air coupled data are compared to those collected using partial semi-contact and full-contact test configurations. Two samples are considered: a 150 mm diameter cylinder with an internal circular void and a prism with $300mm{\times}300mm$ square cross-section that contains internal damaged regions and embedded reinforcement. The heterogeneous nature of concrete material structure complicates the application and interpretation of ultrasonic measurements and imaging. Volumetric inclusions within the concrete specimens are identified in the constructed velocity tomograms, but wave scattering at internal interfaces of the concrete disrupts the images. This disruption reduces defect detection accuracy as compared with tomograms built up of data collected from homogeneous solid samples (PVC) that are described in Part 1 of this paper set. Semi-contact measurements provide some improvement in accuracy through higher signal-to-noise ratio while still allowing for reasonably rapid data collection.

• 비파괴검사학회지
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• 제28권1호
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• pp.46-53
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• 2008

복합재료의 내부 결함 평가를 위해 일반적으로 적용되어온 초음파 C-스캔 기법은 섬유자동 배열을 통한 정밀 성형 공정에 적용하기에는 많은 어려움이 있다. 따라서 본 연구는 복합재료의 정밀 성형 공정 중에 발생되는 각종 내부 결함들을 비파괴적, 비접촉으로 평가하기 위한 새로운 하이브리드 초음파 평가 기법을 확립하는데 목적이 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 초음파 산란 반사(scattering reflection) 방식을 토대로 한 새로운 이중 피치-캐치(dual pitch-catch) 기법을 확립하여 기존의 결함평가를 위해 시험편의 스캔에 소요되는 시간을 줄이면서 우수한 결함 영상을 얻을 수 있는 새로운 하이브리드 기법을 개발하였다. 즉 두 가지 종류의 열경화성 및 열가소성 복합재료(carbon/epoxy, carbon/PPS) 적층판의 내부 박리(delamination) 결함의 영상화를 위하여 레이저를 이용한 유도 초음파의 발생 및 이중 피치-캐치(pitch-catch)방식을 토대로 한 비접촉식 공기 정합 트랜스듀서(air-coupled transducer)를 이용하여 결함 영상을 얻기 위한 핵심 알고리즘을 확립하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권11호
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• pp.6432-6439
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• 2014

NAUT(Non contact Air coupled Ultrasonic Testing)기법은 초음파 탐상법 중의 하나로서 공기중 음향 임피던스의 차이로 생기는 에너지 손실을 High Power 초음파 Pulser Receiver, PRE-AMP, 고감도의 탐촉자로 보완하여 비접촉식으로 초음파 탐상을 가능하게 하는 탐상 방법이다. NAUT는 초음파의 송신 및 수신이 안정된 상태에서 이루어지므로 기존의 접촉식 탐상으로는 불가능하였던 고온, 저온의 물질이나 시험편의 표면이 거친 부분, 좁은 지점 등에서도 탐상이 가능하다. 본 연구에서는 NAUT기법의 산업체 실용여부를 알아보기 위해 자동차생산 공정에서 많이 사용하는 스폿용접부 및 CFRP 제품에 있어 상용화 연구를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다. 본 연구에서는 NAUT기법의 사용 여부를 알아보기 위해 자동차 부품에서 많이 사용하는 스폿용접부 및 CFRP 부품의 내부결함 검출을 검출하였다. 스폿용접부에서는 초음파의 투과율이 높아 적색으로 나타났으며, 복층으로 된 부분은 투과율이 낮아 청색 화상이 나타났다. 또한 측정 속도를 결정하는 중요요소인 PRF(Pulse Repetition Frequency;송신펄스주기)에 따라 색상 선명도의 차이를 보였다. CFRP 시험편 또한 화상장치를 통해 취득된 각 화상 결과를 보고 내부 결함의 모양, 크기, 위치 등의 파악이 단시간에 가능하였다. 실험을 통해 NAUT기법과 화상화가 동시에 이루어짐을 확인하였고, 스폿 용접부와 CFRP 탐상에 NAUT의 적용이 가능한지 그 실현여부를 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제25권6호
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• pp.446-450
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• 2005

We have built a spherically focused, not using acoustic mirrors, capacitive micromachined air-coupled ultrasonic transducer. A flexible backplate of a copper/polyimide backplate is used, permitting it to conform to a spherically shaped substrate. The backplate is patterned with $40-{\mu}m$ depressions having $80-{\mu}m$ center-to-center spacing. A $6-{\mu}m$ thick aluminized Mylar film completing the transducer is deformed to allow it to conform to the spherical backplate. The device's frequency spectrum is centered at 805kHz with -6dB points at 440 and 1210kHz.

• 비파괴검사학회지
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• 제34권2호
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• pp.155-164
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• 2014

탄소섬유강화 복합재료(carbon fiber reinforced plastics; 이하 CFRP)는 금속재료에 비해 중량이 가벼우면서도 비강도와 비강성이 높은 재료로 항공기, 자동차, 선박 등의 다양한 분야에서 적용이 증가하고 있다. CFRP는 정적부하에 대해서는 우수한 역학적 특성을 가진 반면에 고온 다습한 환경에서는 우수한 역학적 특성을 기대할 수 없고, 복합재료의 유용한 기계적 성질이 장시간 주위 환경에 놓여 있어도 충분히 유지되어야 하지만 온도, 습도 등과 같은 환경적 요인으로 수분이 복합재료 내로 침투하여 기지의 분자 배열 및 화학적 성질을 변화시키고 복합재료의 계면 특성 및 구성 재질의 기계적 성질을 저하시킨다. 항공기의 경우 운항 시에 CFRP가 고온 다습한 환경조건에 장시간 노출되게 되면 CFRP 내부로 수분이 흡수되게 되는데 CFRP 내부에 흡수된 수분은 체적팽창을 야기시키고 내부 응력상태를 변화시킬 뿐만 아니라 섬유와 기지의 화학적 결합을 분리시킴으로써 접합강도를 급격히 저하시키게 된다. 따라서 CFRP를 사용하는 항공기의 구조 건전성 확보를 위하여 실제 환경에서의 특성 변화를 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 공기결합 초음파탐상검사(air coupled ultrasonic testing; 이하 ACUT) 시스템을 이용하여 흡습된 CFRP의 비파괴적 특성을 평가하고자 하였다. CFRP 시험편을 직접 제작한 후 고온다습한 환경을 설정하기 위해 항온수조를 이용하여 $75^{\circ}C$의 증류수에 30일, 60일, 120일간 침지하였고, ACUT를 이용하여 흡습에 의한 CFRP 시험편의 특성 변화를 초음파 C-scan 이미지와 흡습 전과 후의 신호의 전파시간 변화를 통해 초음파 신호 특성 변화를 고찰하였다. 또한 전단강도 평가를 통해 흡습에 의한 기계적 특성 변화를 실험적으로 검증하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제24권3호
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• pp.23-30
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• 2007

• 비파괴검사학회지
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• 제21권2호
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• pp.163-168
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• 2001

접착제와 리벳으로 접합된 항공기 판재의 접합부는 접합 불량, 크랙, 피로 결함이나 부식등에 의해 손상되고 열화될 수 있으며 이런 결함을 전 영역에 걸쳐서 신속하고도 신뢰성 있게 검사하는 것은 항공기 안전을 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 이를 위해 항공기용 알루미늄 판재의 랩 스플라이스 접합 연결부의 접합 품질을 비접촉 방식으로 수행할 수 있는 초음파 비파괴 평가법을 제안한다. 여기서는 레이저를 이용해 램파를 발생시키고 비접촉식 트랜스듀서 (공기정합 용량형 트랜스듀서)를 이용해 피치-캐치 방식으로 검사한다. 레이저 소스로는 Q-스위치된 Nd:YAG 레이저가 이용되며 배열 형태의 직선 슬릿을 갖는 마스크를 이용해 특정 모드의 램파를 발생시켜 이용하였다. 접합부의 한 쪽에서 발생된 레이저 여기 초음파는 판을 따라 전파하여 접합부를 지나 반대편에서 수신되고 수신된 신호의 특성과 접합부의 품질과의 관련성을 조사하였다.