This study examines a non-contact laser scanning-based ultrasound system, called an angular scan pulse-echo ultrasonic propagation imager (A-PE-UPI), that uses coincided laser beams for ultrasonic sensing and generation. A laser Doppler vibrometer is used for sensing, while a diode pumped solid state (DPSS) Q-switched laser is used for generation of thermoelastic waves. A high-speed raster scanning of up to 10-kHz is achieved using a galvano-motorized mirror scanner that allows for coincided sensing and for the generation beam to perform two-dimensional scanning without causing any harm to the surface under inspection. This process allows for the visualization of longitudinal wave propagation through-the-thickness. A pulse-echo ultrasonic wave propagation imaging algorithm (PE-UWPI) is used for on-the-fly damage visualization of the structure. The presented system is very effective for high-speed, localized, non-contact, and non-destructive inspection of aerospace structures. The system is tested on an aluminum honeycomb sandwich with disbonds and a carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) honeycomb sandwich with a layer overlap. Inspection is performed at a 10-kHz scanning speed that takes 16 seconds to scan a $100{\times}100mm^2$ area with a scan interval of 0.25 mm. Finally, a comparison is presented between angular-scanning and a linear-scanning-based pulse-echo UPI system. The results show that the proposed system can successfully visualize defects in the inspected specimens.
여러 가지 초음파 속도 측정법 중 비교적 정확하고 다양한 목적에 활용될 수 있다고 알려진 반사파 중첩법(pulseecho-overlap method)에 의해 초음파의 전파시간을 자동으로 측정할 수 있는 시스템을 구축하고, 엔지니어링 플라스틱 시험편에 대한 초음파 속도를 초동발췌법(first arrival picking method)과 비교하였다. 다섯 가지 종류의 엔지니어링 플라스틱 코어에 대해 반사파 중첩법과 초동발췌법에 의해 초음파 속도를 측정한 결과, 반사파 중첩법은 초동발췌법보다 최소 4배로 긴 다중반사파 자료가 필요하므로 매질의 감쇠특성에 의해 측정가능한 시험편의 길이에 제약이 있다. 또한 측정되는 속도는 초동발췌법에 의한 속도보다 낮게 측정되는 경향을 보였으며, 수신된 파형을 분석한 결과, 이는 전파거리가 길어짐에 따른 매질의 감쇠 및 분산특성에 의한 영향으로 해석되었다. 상호상관을 이용하여 제1반사파가 제2반사파 및 제3반사파와 가장 잘 중첩되는 시간을 실시간으로 자동으로 발췌하도록 프로그램하여 실험자에 의한 측정 편차가 개입될 가능성을 배제함으로써 반복성과 재현성을 높였다. 또한, 실험의 조건이 변하지 않는 경우는 중합수를 늘림으로서 무작위 잡음에 의한 측정오차를 줄일 수 있으며, 실험 조건이 변하는 경우는 속도변화 모니터링에도 활용이 가능하다.
$LiNbO_3$단결정의 조성비 변화에 따른 탄성표면파 특성을 축정하기 위해 47-50 $Li_2O$ mol% 조성의 $LiNbO_3$단결정을 성장시켜 $128^{\circ}$Y cut wafer를 제조하였다. 제작된 wafer 위에 사진식각법을 이용하여 지연선(Delay line)을 형성시켰다. Pulse-echo overlap mehtod로 지연시간을 측정하여, 탄성표면파 속도$(V_s)$, 전기기계결합계수$(K_s^2)$ 및 $-50^{\circ}C~100^{\circ}C$ 온도 범위에서 지연시간 온도계수(TCD)의 조성비에 대한 의존성을 조사하였다.
Ultrasonic measurements are made in egg white to study the properties of the solution of the natural protein. The high-Q ultrasonic resonator method is used to get the ultrasonic absorption spectra over the range 0.2-10 ㎒ at 20℃. It is proportional to the 1.25th power of the frequency. The gelation process caused by heat is studied from the change in the velocity and the absorption. at 3 ㎒ using the pulse echo overlap technique over the range of 10-80℃. The absorption decreases with increasing temperature up to 60℃ where it turns up sharply and rapidly increases thereafter. The strong absorption in the gel region is described by the interaction between the solution and the network structure made of protein. Very slow variation in time elapse is observed after the temperature is quickly raised. It would be a real-time observation of the network building process and the characteristic time for the process is shown to be 400 min. A hysteresis phenomenon with respect to the temperature is observed. This phenomenon is associated with the memorizing effect of the network structure of protein of the gel.
Ultrasonic absorption and velocity spectra in bovine serum albumin (BSA) aqueous solutions have been measured at $20^{\circ}C$ over the frequency range 0.2-3 MHz in the pH range 1.5-13.2. The high-Q ultrasonic resonator and pulse-echo overlap methods were used. At acid pH's, excess absorption over that of pH 7 was explained by double relaxation. The pH dependences of the relaxation frequency and maximum absorption per wavelength, showed that the relaxation at about 200 kHz was related to the expansion of molecules and that about 3 MHz resulted from the proton transfer reaction of carboxyl group. At alkaline pH's, the excess absorption was explained by double relaxation. The relaxation at about 300 kHz was associated with a helix-coil transition, and that about 3 MHz was attributed to the proton transfer reaction of phenolic group. The rate constants and volume changes associated with these processes were estimated.
Both the ultrasonic velocity at 3 MHz and the absorption coefficient in the frequency range from 0.2 to 2 MHz were measured for aqueous solutions of poly(sodium 4-styrenesulfonate) over the concentration range from 5 to $25\%$ (by weight). The pulse echo overlap method was employed to measure the ultrasonic velocity over the temperature range from 10 to $90^{\circ}C;$ the high-Q ultrasonic resonator method was used for the measurement of the absorption coefficient at $20^{\circ}C.$ The velocities exhibited their maximum values at ca. 55, 59, 63, 67, and $71^{\circ}C.$ for the 25, 20, 15, 10, and $5\%$ solutions, respectively. The velocity increased with respect to the poly(sodium 4-styrene-sulfonate) concentration at a given temperature. A study of the concentration dependence of the both the relaxation frequency and amplitude indicated that the relaxation at ca. 200 kHz is related to structural fluctuations of the polymer molecules, such as the segmental motions of the polymer chains and that the relaxation at ca. 1 MHz resulted from the proton transfer reactions of the oxygen sites of $SO_3.$ Both the absorption and the shear viscosity increase upon increasing the polymer concentration, but they decrease upon increasing the temperature.
Both ultrasonic velocity at 3 MHz and absorption coefficient for the frequency range of 0.2-2 MHz were measured in an aqueous solution of polyacrylamide for the concentration range of 0.5% to 2.5% by weight. Pulse echo overlap method was taken for measuring the ultrasonic velocity over the temperature range of 10-90℃ and the high-Q ultrasonic resonator method was used for the absorption coefficient at 30℃. The velocity exhibited a maximum value at approximately 70℃, 71℃, 72℃, 73℃ and 74℃ in 2.5%, 2.0%, 1.5%, 1.0%, and 0.5% solutions, respectively. The velocity increased with the concentration at a given temperature. The ultrasonic absorption (a/f²) at a given temperature increased linearly with the concentration for the concentration below 1.5%, but suddenly increased for the concentration above 1.5% concentration. The value of a/f² at 1MHz was entirely due to the classical Stoke's viscous effect. The ultrasonic relaxation in polyacrylamide aqueous solutions, which may be the result of structural fluctuations of polymer molecules such as the segmental motion of the polymer chains, was observed, and at 2.5%, the value of a/f² was found to suddenly increase as frequency decreased.
초음파 비파괴검사와 관련하여 많은 측정 방법들이 사용되고 있으며, 전형적인 예로서 재료성질 결정, 미시구조 특성 평가, 결함의 탐상 등을 들 수 있다. 이러한 응용에서 속도와 감쇠계수는 가장 흔히 요구되는 초음파 측정 파라미터이다. 본 연구에서는 수침식 펄스 에코방법으로 속도 및 감쇠 측정을 위한 5가지 해석 알고리즘 (펄스 겹침법, 상호 상관법, Fourier 변환, Hilbert 변환, Wavelet 변환)을 소개하였다. 먼저 연속한 두 저면 반사파 사이의 시간지연 측정을 위하여 펄스 겹침법, 상호 상관법, Fourier 변환에 의한 위상 기울기법 및 Hilbert 변환법을 사용하였다. 주파수 의존위상/군속도와 감쇠계수는 Fourier 변환에 의한 위상 및 진폭 스펙트럼이 사용되었으며, 이와 더불어 시간-주파수 해석법인 wavelet 변환이 이용되었다. 사용된 시편은 분산을 무시할 수 있는 강판과 약한 분산성을 지닌 기공을 함유한 복합판재이다. 각 측정 알고리즘의 특성에 대해 논의하였으며 측정된 결과들을 서로 비교하였다.
Poly (sodium 4-styrenesulfonate) 수용액에 대한 3 MHz의 초음파 음속측정과 0.2-2.2 MHz의 범위에 대한 흡수계수를 측정하였다. 음속은 펄스법을 사용하여 농도 5-25 wt%, 온도 10-90 ℃에 대하여 측정한 결과, 농도 25, 20, 15, 10, 5 wt%에 대한음속의 최대치 온도는 각각 55, 59, 63, 67, 71 ℃이였다. 흡수계수측정은 광 회절 초음파공명법을 사용하여 농도 5-25 wt%, 20 ℃에서 행하였다. 그 결과, 200 kHz부근에서 고분자 chain의 부분운동에 의한 완화현상을, 1 MHz 부근에서는 술폰기 (SO₃)의 proton의 전이에 의한 완화현상을 각각 관측하였다. 흡수계수와 점성은 농도와 함께 증가하였으나 온도증가에 대해서는 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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