(a) Brass (b) Carbon Steel
(c) Copper (d) Pure iron
(e) Aluminium (f) Reflector drawings Fig. 3-3 Reflector
반사판 후보군의 측정된 온도 데이터와 열에너지를 흡수하여 단위시간당 온도변 화에 대한 기울기를 분석하여 적절한 반사판을 선정하였다. 선정된 반사판은 Fig.
3-3과 같이 황동, 탄소강, 구리, 순철, 알루미늄 등 철금속류로 에너지 변화율이 높 을수록 결함계측 대상체로부터 대류 또는 복사되어지는 열에너지 흡수량이 높고, 시험편의 결함을 발견 할 확률이 높을 것으로 판단되어 선정하였다.
나. 고정 지그
Fig. 3-4 Jig
앞서 제작된 반사판을 고정하고 세울 수 있는 고정 지그를 Fig. 3-4와 같이 제작 하였다. 삼각대는 최대 높이가 1.7m까지 늘릴 수 있으며, 헤드 부분은 반사판을 4 개의 모서리에서 볼트로 고정할 수 있도록 제작하였다.
제 2 절 실험장치
적외선 열화상 시스템은 열화상 이미지를 측정 및 수집하는 적외선 열화상 카메 라는 Fig. 3-5와 같으며, FLIR 사의 SC5500 모델을 실험에 사용하였으며 배관 표면 에 광원을 주는 Halogen Lamp와 이 Halogen Lamp의 열을 조절할 수 있는 전원제 어장치(Power Supply), Halogen Lamp와 적외선 열화상 카메라를 동기화할 수 있는 함수발생기(Function generator) 및 적외선 열화상 카메라를 제어하는 컴퓨터(Control PC)로 Fig. 3-6와 같이 구성하였다.
Fig. 3-5 Infrared camera
Fig. 3-6 Infrared Thermography system(IRT)
또한, 이와 같은 장치 구성이 적외선 열화상 기법 및 위상 잠금 기법을 적용하기 위한 장치 구성이다. Table 3-2은 적외선 열화상 카메라, Table 3-3는 Halogen Lamp 에 대한 재원으로 나타내었다.
Table 3-2 Specification of infrared camera Infrared camera(FLIR. SC5500)
Detector Materials InSb(안티몬화 인듐)
Cooling method 내장 스터링 쿨러(Stirling)
Spectral Response 3.7~5.0um
Number of Pixels 320*256
Pixel Pitch 30um
NETD 25mK@25℃ (20mK typical)
Temperature measure range -15~2000℃
Digital Full Frame rate 383Hz
Frame rate resolution 1Hz Step
Integration time 10 μs to 5000 μs programmable, 1 μs step
Table 3-3 Specification of Halogen Lamp Halogen Lamp
Lamp 230V, Max 1kW
Max room temp. 25℃
Outside surface temp. 310℃
제 3 절 실험방법
반사판으로 사용될 후보를 선정하기 위해 후보군에 열전대(Thermocouple)를 부착 하여 열적 특성을 파악한다. 각 후보군의 열전도율(k), 비열(CP), 밀도(ρ), 체적(V)을 이용하여 단위시간당 에너지 변화율을 구한 다음 반사판 후보를 선정한다.
선정된 반사판을 이용하여 제작한 시험편의 결함을 검출한다. 일반적으로는 적외 선 열화상 기법 및 위상 잠금 기법을 적용한 결함 검출에는 2가지 방법을 고려하 여 볼 수 있다. 첫 번째는 결함을 포함한 대상체가 자체 발열하는 경우이며, 결함 부에서 온도 차이에 의한 복사에너지 차이를 직접 측정하거나 대상체를 강제로 냉 각하여 결함부와 건전부의 온도 차이를 유도하여 복사에너지 차이를 측정하여 결 함을 검출하는 방법이 있다. 두 번째는 결함을 포함한 대상체가 자체 발열이 되지 않는 경우에는 외부에서 Halogen Lamp와 같은 열적으로 조사를 통하여 자극을 줌 으로써 대상체가 가열되는 동안 결함부와 건전부에서 온도 편차를 유도하고, 이에 따른 복사에너지 차이를 측정하는 방법으로 나눌 수 있다. 본 실험에서 이용되는 모든 시험편은 자체 발열하지 않으므로 외부에서 최대용량이 1kW 인 Halogen Lamp 2개를 이용하여 적외선 열화상 기법 및 위상 잠금 기법을 적용하였다. 또한, 결함 검출에 위상 잠금 기법을 적용할 경우 결함에 의한 단열온도장을 검출할 수 있도록 Halogen Lamp 가열의 점멸(움직임) 등으로 피 측정물에서 면외방향의 변동 하는 열류를 형성시킨다. 실험을 하기 위해서는 적외선 열화상 카메라는 온도가 평 균적으로 유지가 되어야 하므로 (23± 0.5oC)와 습도가 일정한 값을 유지할 수 있도 록 에어컨을 이용하여 유지하였으며, 이 때 빛의 반사를 막기 위해 방사페인트 (KRYLON Ultra Flat Black)를 도포하여 시험편의 방사율을 0.97로 유지시켰다.
제 4 장 실험결과
제 1 절 반사판 선정