인간이 들리는 소리(가청음)의 주파수는, 통상 20Hz에서 20,000Hz의 범위에서, 가청음을 넘는 높은 진동수의 탄성 진동파(음파)를 "초음파"라고 부릅니다.
초음파는 지향성이 높기 때문에 반사된 음파의 정보를 바탕으로 자연계에서는 박쥐가 어둠 속을 날 때 장애물을 탐지하거나 돌고래와 고래가 바다 속의 장애물이나 먹이가 되는 물고기의 탐지에 이용하고 있습니다.
동물의 이런 능력을 '에코로케이션(echolocation: 반향정위)'이라고 부릅니다.
"인간들은 이를 본떠 바닷속에서 잠수함을 찾는 소나를 발명했고, 지금은 이를 응용한 비파괴검사 외에 의료진단, 어군탐지, 두께측정 등 다양한 분야에서 이용하고 있습니다"
주파수와 투과력, 분해능의 관계
초음파 검사에서는 물 등의 액체를 매체로 하여 고체물질로 초음파를 전반시켜 내부에서 반사원이 되는 보이드, 박리, 균열 결함 등에 의한 반사신호(에코)를 측정합니다.
초음파는 물질내를 전해지는 투과력과 분해능이 주파수에 대해 상반되는 관계에 있으며, 낮은 초음파는 깊은 곳까지 닿아 반사음이 되돌아오지만 미소한 것을 알 수 없습니다.
반대로 높은 초음파는 미세한 것을 알 수 있습니다만, 깊은 곳까지 도달하지 않습니다.
따라서 검사 대상에 맞춰 적절한 주파수 선정이 중요합니다.
초음파 반사
음파는 전해지는 도중에 서서히 감쇠하지만, 도중에 재료 특성(음향 임피던스)이 갑자기 바뀌는 경계가 있으면 일부가 반사되어 역방향으로 전해집니다.
이 반사되어 돌아온 소리(반사파)의 유무나 강약을 파악해 전파 경로 도중의 재료 경계, 박리, 보이드 등을 검출합니다.
경계면에서 반사되는 강도(반사율)는 입사측 재료의 음향 임피던스와 투과측 재료의 임피던스의 특성치를 사용하여 다음 계산식으로 나타낼 수 있습니다.
또한 임피던스의 값은 재료의 밀도와 음속으로 결정됩니다.
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