헬륨홀츠 코일로 자화시킨 자속누설탐상의 수치모델링 연구 = Numerical Modeling Study of Magnetic Flux Leakage Testing Magnetized by Helmholtz Coil

국문 초록 (Abstract)

헬름홀츠 코일은 두 개의 동일한 코일들로 구성되는데 두 코일은 코일의 반경만큼 떨어져 있고 그 사이의 내부에 축 방향으로 균일한 선형 자기장을 발생시키는 특성이 있다. 본 연구에서는 헬름홀츠 코일에 의해 발생된 자기장으로 자성체 봉을 자화시키고 봉의 결함으로부터 발생되는 누설자속신호를 조사하였다. 누설자속신호는 봉 표면을 따라 홀 센서를 스캔하여 얻어지는데, 신호의 본질은 홀 센서를 수직으로 지나는 자속밀도 성분들이다. 이들을 유한요소 모델링을 통해 구하고 결함신호들을 조사, 분석하였다. 먼저 결함의 축 상 위치에 따라 전반적인 신호의 레벨이 다르게 나타나며, 같은 크기의 결함이라도 위치에 따라 신호의 형태가 다르게 나타난다는 것을 관찰할 수 있었다. 본 연구에서는 그 원인을 파악하여 신호들을 보정하였고 그 결과, 거의 같은 신호형태로 나타낼 수 있었다. 이러한 과정을 거치면서 결함의 정확한 크기 파악을 위해서는 결함이 코일의 중심에 위치하도록 하여 결함신호를 채취할 필요가 있음을 알 수 있었다. 결함의 깊이 및 폭 변화에 따른 누설자속신호의 변화도 조사하였는데, 깊이 변화는 신호에 비례하여 반영되지만 폭 변화의 경우에는 일정 폭까지는 신호가 커지다가 폭이 더 증가하면 오히려 감소하는 것을 관찰할 수 있었으며, 결함의 부피가 같더라도 깊이 변화가 폭 변화보다 더 민감하게 신호에 반영된다는 것을 알 수 있었다. 헬름홀츠 코일을 사용한 탐상결과는 일반 코일을 사용한 결과와 거의 비슷하게 나타남을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Helmholtz coils consist of two identical coils at a distance the size of a single coil’s radius. As a result, the coils generate uniform and linear magnetic fields in the axial direction between them. In this study, the magnetic fields generated by Helmholtz coils were used to magnetize a ferromagnetic rod to investigate magnetic flux leakage (MFL) signals due to defects in the rod. The flux leakage signal is the result of the magnetic flux density components flowing perpendicular to the Hall sensor. These signals were calculated and analyzed through finite element modeling. Results showed that the levels of the overall signals differ depending on the axial position rather than the size of the defect, as defects of the same size were evaluated. Investigation into the cause of this difference provided a correction method, the application of which then resulted in a nearly identical signal pattern. This study, established the necessity of measuring the defect signal with the defect positioned at the center of the Helmholtz coils in order to estimate its exact size. Defect signals from various defect depths and widths were also investigated. It was concluded that although the variation of defect depth was reflected proportionally on the MFL signal, the variation of defect width was not. It was also found that depth change is reflected more sensitively on the signal than changes in width, despite uniform defect volume. The use of Helmholtz coils produced nearly identical signals as those produced by ordinary coils.

참고문헌 (Reference)

• 1 신영길, "홀센서를 사용한 펄스와전류탐상 신호의 수치모델링 및 코일센서 신호와의 특성 비교" 한국비파괴검사학회 36 (36): 490-495, 2016
• 2 Kyungdo Enterprise Co., "SMT series Magnetic Particle Testing System"
• 3 Wikipedia, "Helmholtz Coil"
• 4 D. S. Burnett, "Finite Element Analysis: from Concepts to Applications" Addison-Wesley 1988
• 5 M. J. Kim, "Electromagnetics" Dae Young Co 271-281, 2006