Forward-Looking Ultrasound Imaging Transducer : I. Analysis and Design

이찬길,Lee, Chan-Kil The Acoustical Society of Korea 1995 韓國音響學會誌 Vol.14 No.e2

전향 초음파 영상 캐서터의 트랜스듀스 (FLUIC) 부분은 진동자인 원형 전기음향 소자와 원뿔꼴 반사체인 음향 반사체로 구성된다. 소형의 전기음향 소자는 캐서터의 회전자 축 측면에 탑재된다. 전향 초음파 영상 캐서터의 특징은 기존의 IVUS 트랜스듀서가 제공할 수 없는 캐서터 전단에서 혈관의 단층 2-D 영상과 종래의 측면 영상을 동시에 제공하는 것이다. FLUIC의 트랜스듀서에 사용된 음향 반사체를 설계하기 위해 근사화된 레이 추적 기법을 이용하였다. 음향 반사체로부터 2차 외절 특성을 예측하기 위해 회절전달함수방식에[1] 의한 1차 음원으로 부터의 장 예측모델을 확장하여 일반화 하였다. 확장된 모델은 단순한 평판 반사체에 적용하여 시뮬레이션과 실험에 의해 검증되었으며 FLUIC의 잘 특성을 해석하는데 사용되었다. The transducer section of the forward-looking ultrasound imaging catheter (FLUIC) consists of a circular piezoelectric element as a vibrator and a conical acoustic mirror as a perfect reflector. A small diameter piezoelectric transducer element is mounted on the side of a catheter's rotating shaft. The unique design of FLUIC provides the capability to form a two-dimensional image of a cross-section of vessel in front of the catheter, which is lacking in the present generation of intravascular ultrasound (IVUS) transducers, as well as a conventional side view image. The mirror configuration for the transducer section of the FLUIC is designed using an approximated ray tracing techniques. The diffraction transfer function approach [1] developed for the field prediction from primary sources is generalized and extended to predict the secondary diffraction characterstics from an acoustic mirror. The extended model is verified by simulation and experiment through a simple plane reflector and employed to analyzed the field characteristics of a FLUIC.

Selective Trace Analysis of Mercury (II) Ions in Aqueous Media Using SERS-Based Aptamer Sensor

이찬길,주재범 대한화학회 2011 Bulletin of the Korean Chemical Society Vol.32 No.6

We report a highly sensitive surface-enhanced Raman scattering (SERS) platform for the selective trace analysis of mercury (II) ions in drinkable water using aptamer-conjugated silver nanoparticles. Here, an aptamer designed to specifically bind to Hg^(2+) ions in aqueous solution was labelled with a TAMRA moiety at the 5' end and used as a Raman reporter. Polyamine spermine tetrahydrochloride (spermine) was used to promote surface adsorption of the aptamer probes onto the silver nanoparticles. When Hg^(2+) ions are added to the system, binding of Hg^(2+) with T-T pairs results in a conformational rearrangement of the aptamer to form a hairpin structure. As a result of the reduced of electrostatic repulsion between silver nanoparticles, aggregation of silver nanoparticles occurs, and the SERS signal is significantly increased upon the addition of Hg^(2+) ions. Under optimized assay conditions, the concentration limit of detection was estimated to be 5 nM, and this satisfies a limit of detection below the EPA defined limit of 10 nM in drinkable water

5 MHz 신호를 이용한 부유물의 농도에 따른 후방산란강도 측정

이찬길,최지웅,Lee, Changil,Choi, Jee Woong 한국음향학회 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.1

연안 및 하구지역은 퇴적물의 침식, 부유, 이동이 활발하게 이루어지며, 이로 인해 유성머드와 같은 고농도의 부유퇴적물 환경이 조성된다. 유성머드는 주로 실트, 점토와 같이 매주 작은 입자들로 이루어져 있는 10 g/l 이상의 고농도 환경으로써, 유성머드의 분포 및 특성 파악을 위해 초음파와 같이 분해능이 우수한 높은 주파수 특성을 이용한 연구가 필요하다. 음파가 부유퇴적물에 의해 산란될 때, 부유퇴적물의 농도가 높아질수록 후방산란강도의 세기가 증가하지만, 점성 및 산란에 의한 감쇠도 함께 증가하기 때문에 농도에 따른 올바른 감쇠계수 보상이 요구된다. 본 논문에서는 5 MHz 주파수 특성을 바탕으로 간이 수조에서 농도에 따른 가상의 유성머드 환경을 조성한 뒤, 후방산란강도를 측정하였다. 또한 Richards의 감쇠계수 모델을 이용하여 부유물의 특성 및 농도에 따른 감쇠계수를 계산하였고, 이를 후방산란강도를 계산하는 소나방정식에 적용하여 부유물 농도에 따른 후방산란강도를 예측하였다. 그 결과 부유물에 의한 감쇠를 보상하지 않았을 경우 부유물 농도 증가에 따라 후방산란강도 값이 함께 증가하는 경향을 보이다가 일정 농도(20 g/l) 이후부터는 부유물의 농도가 증가하여도 후방산란강도가 더 이상 증가하지 않았다. 반면, 농도에 따른 감쇠계수를 보상해 주었을 경우는 부유물 농도 증가에 따라 후방산란강도가 연속적으로 증가하였다. 이러한 결과는 고농도의 부유퇴적물 환경에서 음파에 의한 산란강도를 정확히 예측하기 위해서는 부유물 농도에 따른 감쇠효과 고려가 필요함을 보여준다. The erosion, suspension, and transport of sediment frequently occur in the coastal waters and estuarine. These processes often generate the so-called fluid mud layer, which is defined as a high-concentration aqueous suspension of fine grained sediment (> 10 g/l), consisting mainly of silt and clay-size particles. Therefore the high-resolution ultrasound is mostly used to detect or monitor the fluid mud layer. Because the sound attenuation tends to increase rapidly with the suspended sediment concentration, it is necessary to consider the accurate attenuation correction to estimate the backscattering strengths from the suspended sediment layers. In this paper, the volume backscattering strengths with various suspended sediment concentrations were measured using 5-MHz ultrasound signal in a small-scale water tank. The sound attenuation due to the viscosity and scattering from suspended sediment particles was predicted by the Richard's model and applied to the sonar equation to estimate the volume backscattering strengths from the suspended sediment concentrations. For the case that the additional attenuation was not considered, the volume backscattering strengths increased to the concentration of 20 g/l, and over this point, the backscattering strengths were roughly constant. However, for the case that the attenuation due to the suspended sediment concentration was considered, the backscattering strengths increased with the concentration.

부유물 농도 변화에 따른 초음파 신호의 감쇠계수 측정

이찬길,최지웅,Lee, Changil,Choi, Jee Woong 한국음향학회 2014 韓國音響學會誌 Vol.33 No.1

하구와 연안은 육지와의 근접성으로 인해 강이나 하천 등에 의한 퇴적물 공급이 외해에 비해 활발하게 이루어지는 지역으로서 때로는 고농도의 부유퇴적물이 조성되기도 한다. 부유퇴적물은 외부 작용으로부터 쉽게 환경이 변하는 특성을 가지기 때문에 부유물층 탐지 및 연구를 위해 주로 음향 장비를 이용하지만 고농도 부유물 환경에서는 음파감쇠가 심하고, 이로 인해 음파의 이동 거리가 크게 감소한다. 따라서 부유물 환경에 대한 연구를 하기 위해서는 부유물 환경 특성과 주파수 변화에 따른 감쇠계수 특성을 파악하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 간이수조 내에서 고령토 가루를 이용하여 다양한 농도의 부유물을 조성한 후, 초음파 대역 (3.5, 5, 7.5 MHz)에 대한 감쇠계수를 측정하였으며, 감쇠계수 모델과 비교하였다. 감쇠계수 모델의 입력인자인 부유물의 평균입자 크기를 다양하게 변화시키며 실측값과 비교한 결과 평균 입자크기 (D50)을 기준으로 약 ${\pm}20%$ 범위 내에서 비교적 일치하였다. 이러한 오차 발생 원인은 부유물은 다양한 크기의 입자들로 구성되어 있으며, 음파 감쇠는 특정주파수에 우세한 영향을 미치는 크기의 입자분포에 영향을 받기 때문으로 판단된다. Coastal water including estuaries has distinctive environmental characteristics where sediments are transported and deposited by flowing river water, providing an environment in which fluid mud layers can be formed. Acoustic method is mostly used to detect or monitor the fluid mud layer. However, since sound propagating in this layer suffers severe attenuation, it is important to estimate the accurate attenuation coefficient for various concentrations of fluid mud layer for the successful use of the acoustic method. In this paper, measurement results of attenuation coefficient for 3.5, 5, and 7.5 MHz ultrasounds were presented. The measurements were made in a small-size water tank in which suspended sediment samples with various sediment concentrations were formed using kaolinite powder. The results were compared to the model predictions obtained by attenuation coefficient model in which the mean grain size (called as Mass-median-diameter, D50) was used as input parameter. There were reasonable agreements between measured attenuation coefficients and model outputs predicted using the particle range of D50 ${\pm}20%$. The comparison results imply that although the suspended sediments consist of various-sized particles, sound attenuation might be greatly influenced by amount of particle with a size which has a larger attenuation than that of any particle in the suspended sediments for the frequency used.

TDX-1 전전자 교환기의 입출력 장치 개발 ( A Development of Input / Output Subsystem for TDX-1 Exchange )

이찬길,최고봉,주성순 대한전자공학회 1984 대한전자공학회 학술대회 Vol.1984 No.1

TMS320C542 프로세서를 이용한 실시간 주파수 비선택성 페이딩 채널 시뮬레이터 구현

이준영,이찬길 한국통신학회 1999 韓國通信學會論文誌 Vol.24 No.8

일반적으로 무선 이동 채널은 협대역 스펙트럼을 갖는 복소 랜덤 프로세스로 모델링된다. 본 논문에서는 DSP 단일칩을 사용한 페이딩 신호의 실시간 발생에 대해 기술한다. 실시간 시뮬레이터는 단말기 이동 속도, 반송파 주파수, line-of-sight 성분과 다중 경로 성분의 비, 수신 전력의 분산과 같은 시뮬레이션 파라미터를 윈도우상에서 선택할 수 있도록 설계되었다. 최소화된 DSP 연산량으로 이상적인 페이딩 신호를 발생하기 위한 알고리즘과 필터 설계시의 trade-off가 고찰되었다. 실험으로 측정된 페이딩 채널 프로세스의 통계 특성은 이론치와 거의 일치함을 확인할 수 있었다. In general wireless mobile channel is modeled as complex random processes having a narrowband spectrum. In this paper, a real-time feneration of fading signals using a DSP chip is described. Real-time simulator is designed so that simulation parameters such as mobile terminal speed, carrier frequency, power ratio of line-of-sight component versus multipath, and variance of received power can be chosen in the window. Design algorithms for the generation of ideal fading signals with a minimum DSP computation and trade-offs are investigated. The accuracy of the statistical characteristics is verified through the comparison of measured results with the theoretical prediction.

아날로그 FM 신호 간섭 환경하에서의 DAB 시스템 성능분석

서석,이찬길,오길남 한국방송공학회 1999 한국방송공학회 학술대회 Vol.1 No.1

In this paper we analyze the bit error rate of an iband DAB(Digital Audio Broadcasting) system which is based upon orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) and uses M-PSK and M-QAM modulation schemes m the interference environment of an analog FM signal Results are derived which take into account the influence of the frequency non-selective Rician fading channel, but they are valid for Rayleigh fading channel and AWGN channel as well Theoretical bit error rates and simulation results are given for system parameters for DAB proposed by ETRI(Electronics and Telecommunications Research Institute)

아날로그 FM 신호 간섭 환경하에서의 DAB 시스템 성능분석

서석,이찬길,오길남 한국방송·미디어공학회 1999 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.1999 No.-

DSP-FPGA 구조를 갖는 다중경로 페이딩 채널 시뮬레이터 구현

이주현,이찬길 한국음향학회 2004 韓國音響學會誌 Vol.23 No.1

일반적으로 무선 이동 채널은 협대역 스펙트럼을 갖는 복소 랜덤 프로세스로 모델링된다. 본 논문에서는 TMS320C6414 DSP칩과 XC2VP30 FPGA칩을 사용한 페이딩 신호의 실시간발생에 대해 기술한다. 여기서 제시된 시뮬레이터는 플랫 페이딩 및 주파수 선택성 페이딩 채널의 일반적인 모델로 그 대상으로 하였으며 여러 다양한 채널 왜곡 현상을 모사할 수 있도록 설계되었다. 시뮬레이터는 다음 세가지 기본적인 채널 특성을 포함한다; 레일리 페이딩, log-normal shadowing, 주파수 선택성 페이딩. DSP의 연산부담을 최소로 하면서 이동 채널의 통계 특성을 재현하기 위해 multi-rate신호처리 기법이 사용되었다. 채널 파라미터 값을 변화시키면서 많은 실험을 행하였고, 시뮬레이터에서 실시간 출력된 채널 포락선들의 각 통계 특성이 이론치와 일치됨을 확인했다. The mobile radio channel can be simulated as a complex-valued random process with narrow-band spectrum. This paper describes a real-time implementation of that process using a INS320C6414 digital signal processor and XC2VP30 Virtex FPGA. The simulator presented here is not only a comprehensive model of the flat fading but also frequency selective fading mobile channel conditions. To replicate the statistical characteristics of the multipath fading environment with the minimum computational burden, multi-rate techniques are employed to resolve practical problems such as variable sampling rate. The simulator produces accurate and consistent results due to digital implementation. It is very flexible and simple to program for various field conditions in mobile communications with a graphical user interface.

Performance analysis of astnchronous DS-CDMA system with MRC dibersity in fading channels

서석,이찬길 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.11