Various nondestructive evaluation methods concerning the stress wave through-transmission method have been studied. The propagating velocity and attenuation of a stress wave depend on the material properties of the medium. While ultrasonic wave velocity has been widely used for estimating the elastic modulus of materials, ultrasonic wave attenuation is related to damage in the media. However, in the case of the through-transmission wave method for ultrasonic wave attenuation measurement using contact-type sensors, the amplitude of the measured ultrasonic signal is significantly affected by various external factors such as contact force, system setup, specimen surface condition and ultrasonic couplant. Therefore, in this study, a nondestructive evaluation technique using the self-compensating frequency response function is proposed to measure quantitative ultrasonic wave attenuation in cement-based materials. The proposed technique is able to measure the inherent attenuation of a material, not its relative attenuation. Measurement of inherent attenuation is possible using this experimental setup because the unbiased attenuation is self-compensated with a signal measured at PZT ceramic components inserted between a conventional transducer and the sample in order to except the transducer coupling condition. The reproducibility of the proposed technique is validated by an experimental comparison of conventional measurement and the proposed ultrasonic wave attenuation measurement using concrete and cement paste. Finally, the relevancy of the proposed technique is also validated through testing of damaged cement-based samples.
이 논문에서는 콘크리트 구조물의 비파괴 평가를 위해 초음파를 이용한 측정법에 대해 검토하였다. 구조물의 초음파 비파괴 검사법에 의한 초음파의 속도, 감쇠량 등 측정 가능한 초음파의 전달특성은 구조물의 재료 속성을 반영한다. 즉 측정오류를 제외한 정확한 속도 및 감쇠량 측정이 가능하다면, 측정값으로부터 구조물의 강도 추정 및 손상 평가가 가능하다. 최근에는 초음파의 속도보다 내부 미소균열에 더운 민감한 초음파의 감쇠량에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 초음파 속도측정은 적절한 전달 매개 물질을 사용하면, 센서와 구조물의 접촉상태에 민감하지 않다. 그러나 초음파의 감쇠량 측정은 구조물 내 초음파 전달 시 발생하는 에너지 감쇠량으로, 초음파의 속도 측정과 달리 가진 및 측정 시 센서와 구조물의 접촉상태에 따른 오차에 크게 민감하다. 본 논문에서는 자기보상 주파수 응답함수 기법을 적용하여, 콘크리트에서 전달되는 체적파의 정량적인 감쇠량 측정기법을 제안한다. 제안된 기법은 탐촉자와 시편 사이에 압전센서를 추가하여 상대적인 감쇠량이 아닌, 탐촉자의 응답함수에 따른 오차와 접촉상태에 따른 오차를 배제한 콘크리트 재료의 정량적인 체적파 감쇠량 측정할 수 있다. 제안한 기법은 콘크리트와 시멘트 페이스트 시편에 일반적인 감쇠량 측정법과의 실내실험 비교를 통해 재현성을 검증하였다. 또한, 손상에 따른 시편의 감쇠량 측정을 통해 콘크리트 손상 평가를 위한 제안된 기법의 타당성을 검증하였다. 여기서 측정된 시편은 AE제와 스티로폼에 의해 손상 정도에 따라 제작되었다.
