강재 파이프 손상탐지를 위한 누설자속 센서헤드 설계 및 신호처리 기법 :Design magnetic leakage flux sensor and signal processing technique for detecting damage on steel pipe

김한선

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김한선 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 박승희

발행연도: 2021

저작권: 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수9

이 논문의 연구 히스토리 (5)

2022

누설자속기반 가설기자재 손상 탐지를 위한 센서헤드 설계 및 이미지화 기법

김한선 , 김태헌 , 문세범 외 1명 대한토목학회 학술대회 2022.10 학술대회자료

누설자속기반 가설기자재 품질 관리를 위한 센서헤드 설계 및 신호처리 기법

김한선 , 홍채원 , 박승희 한국비파괴검사학회 춘계학술대회 초록집 2022.05 학술대회자료

2021

강재 파이프 손상탐지를 위한 누설자속 센서헤드 설계 및 신호처리 기법

김한선 건설환경시스템공학과 2021.01 학위논문

2020

누설자속기법을 활용한 CNN기반 파이프서포트 자동 손상 진단 기법

김한선 , 김주원 , 김원규 외 1명 대한토목학회 학술대회 2020.10 학술대회자료

2019

강구조물 진단을 위한 누설자속 기반 강판 손상의 이미지화

김한선 , 김주원 , 유병준 외 2명 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 2019.01 학술저널

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가설기자재 중 하나인 강재 파이프는 콘크리트 타설 후 콘크리트가 일정 강도를 얻기 전까지 지어진 거푸집을 지지하는 동바리인 파이프서포트 혹은 작업자가 공중에서 작업할 수 있도록 하는 강관비계에 사용된다. 하지만 가설구조물은 공사 초기에 설치되고 제거되는 특징을 가지고 있어, 사용되는 가설기자재는 다른 건설 재료와는 달리 상당수가 신제품을 사용하기 보단 재사용되어지고 있는 실정이다. 이와 같이 재사용 되어지는 가설기자재들은 각 품목별로 품질검수를 실시하지만, 검수자의 주관적인 판단에 의존하는 항목이 대다수이고, 성능기준 지침에도 실험적 근거가 아닌 단순 수치만 제시되어 있어 품질평가 및 관리기준이 매우 부실하다. 특히 가설기자재 중 파이프서포트는 2016년 감사원에서 성능분석 결과 표본 모두가 부적합 판정을 받아, 불량의 정도가 매우 심각한 것을 알 수 있다.
따라서 본 연구에서는 강자성체기반의 연속체 대상물의 손상 탐지에 효과적인 누설자속(MFL: Magnetic Flux Leakage) 기법을 활용하여 강재 파이프에 발생한 미세 손상을 탐지하여, 가설기자재 품질관리에 적용하고자 한다. 이를 위해 자기시물레이션을 바탕으로 자화부와 센서부를 설계하였다. 본 결과를 바탕으로 강재 파이프를 진단하기 위한 누설자속 센서헤드의 자화부 제작에 적용되었고, 강재 파이프 특성상 직경 변화에 유연하게 대응할 수 있도록 센서헤드를 제작하였다.
이로부터 계측되는 누설자속 신호의 노이즈 제거 및 해상도 향상을 위해 Low pass filtering 및 힐버트 변환의 신호처리를 통해 신호를 보다 직관적으로 판단할 수 있도록 가공한다. 이어서 다양한 크기의 손상에서 발생하는 누설자속 신호의 특성을 활용하여 손상의 크기 변화에 따른 Peak-to-Peak Value를 추출하고, 각 채널별로 얻어지는 신호를 비교분석 하였다.

Steel Pipe, the one of the temporary equipment and material usually used for pipe support, which is a copper bar that supports the built form after concrete is poured for the concrete gains a certain strength, and steel pipe scaffolding that allows workers to work around the structure under construction. However, most temporary structures have the characteristic that at the beginning of construction being installed and end of the construction removed. Therefore, many of the temporary materials are being reused rather than using new products. As for the temporary equipment and material that are reused, the quality inspection is performed for each item, but most are rely on the subjective judgment of the inspector, and only simple figures are presented in the performance criteria guideline, which the quality evaluation and management standards are very insolvent. Particularly, pipe support was judged as inadequate as a result of the performance analysis by the Board of Audit and Inspection of Korea in 2016, indicating that the degree of defect was very serious.
Therefore, in this study, by using the magnetic flux leakage (MFL) technique, which is effective for the damage detection of a ferromagnetic-based continuous object, it is to be applied to the quality inspection of temporary equipment and material by detecting damages in steel pipes. For this, the magnetization part and the sensor part were designed based on magnetic simulation. Based on this result, it was applied to the manufacture of the magnetized part of the leakage magnetic flux sensor head for diagnosing steel pipes, and the sensor head was manufactured to flexibly respond to diameter changes due to the characteristics of steel pipes.
In order to remove noise and improve resolution of the magnetic flux leakage signal, the signal is processed so that the signal can be judged more intuitively through signal processing of low pass filtering and Hilbert transform.
Subsequently, the Peak-to-Peak Value according to the change in the size of the damage was extracted by utilizing the characteristics of the leakage magnetic flux signals generated from damages of various sizes, and the signals obtained for each channel were compared and analyzed.

#누설자속기법 #가설기자재 #강재 파이프 #신호철리 #품질검사

제1장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 4
1.3 연구목표 및 방법 7
제2장 누설자속 손상 탐지 기법의 이론적 연구 9
2.1 누설자속을 이용한 손상 탐지 원리 9
2.1.1 자기센서를 이용한 손상 탐지 방법 9
2.2 강재 파이프의 자화 원리 10
2.2.1 영구자석을 이용한 강자성체 자화 방법 10
2.2.2 강자성체의 자화의 원리 12
2.2.3 강재 파이프 진단을 위한 자화 강도 선정 15
2.3 홀 센서의 구동 원리 16
2.3.1 홀 센서의 자속 측정 원리 16
2.2.2 누설자속 측정을 위한 홀 센서의 구동 방식 17
2.2.3 누설자속 측정을 위한 센싱부의 구성 방법 17
제3장 누설자속 신호 노이즈 제거를 위한 신호처리 기법 20
3.1 누설자속 신호 노이즈 제거를 위한 신호처리 20
3.1.1 노이즈 제거를 위한 신호처리 기법 20
3.1.2 신호의 가시성을 향상시키기 위한 힐버트 변환 및 Enveloping 23
제4장 강관 파이프 진단용 센서헤드 및 계측 시스템 설계 27
4.1 자기 시물레이션을 통한 센서헤드 설계 27
4.1.1 자기 시물레이션의 목적 27
4.1.2 자화부 설계를 위한 영구자석의 종류 및 크기 선정 27
4.2 자기 시물레이션 결과 기반의 센서헤드 설계 31
4.2.1 자화부 및 계측부 설계 31
4.2.2 센서헤드 설계 및 제작 34
4.3 홀센서 구동을 위한 터미널 보드 및 DAQ 시스템 구성 41
제5장 누설자속 기반의 손상 진단 실험 44
5.1 강판을 이용한 누설자속 손상 탐지 실험 44
5.1.1 강판을 이용한 누설자속 손상 탐지 실험 목적 44
5.1.2 강판을 이용한 누설자속 손상 탐지 실험 결과 45
5.2 강재 파이프 손상 진단 실험 및 실험 결과 47
5.2.1 강재 파이프를 이용한 누설자속 손상 탐지 실험 목적 47
5.2.2 강재 파이프를 이용한 누설자속 손상 탐지 실험 결과 49
제6장 결론 51
참고문헌 53

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