파라메트릭 어레이를 이용한 공기 중 디지털 통신 연구

제엽,이재일,이종현,문원규,Je, Yub,Lee, Jae-Il,Lee, Chong-Hyun,Moon, Won-Kyu 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.8

This paper demonstrates the digital communication in air using the parametric array. The stepped-plate transducer which is suitable for high-power and high-efficient radiation is used to generate the difference frequency wave with the parametric array. The primary frequencies are selected to 83 kHz and 122 kHz and the resulting difference frequency wave at the frequency of 39 kHz is used for the communication. The modulation method is selected to On-Off Keying method. The waveform and signal-to-noise ratio (SNR) is measured and analyzed to see the characteristics of the digital communication using the parametric array. The proper distance for the communication using parametric array is about 3 m. The measured beam width of the 3dB SNR reduction was $14^{\circ}$. The possibility of the communication in air using the parametric array is confirmed and the high directional characteristic of the communication using the parametric array is expected to have the advantages for the multi path and the security problems. 본 논문에서는 파라메트릭 어레이를 이용한 공기 중 디지털 통신의 특성을 측정해 보았다. 2차 오더의 비선형 현상인 파라메트릭 어레이를 구현하기 위하여, 고출력, 고효율의 음파 발생이 가능한 요철 트랜스듀서가 사용되었다. 1차 음파 (primary wave)의 주파수는 트랜스듀서 공진 주파수에 맞추어 83 kHz, 122 kHz 로 결정하였고, 이를 통해 발생되는 39 kHz의 차음 (difference frequency wave)을 통신 신호로 이용하였다. 통신 변조방법으로 On-Off Keying 방식을 이용하였다. 실험은 파라메트릭 어레이를 이용한 디지털 통신의 특성을 측정하기 위하여 파형 분석을 하였고, 거리, 각도에 따른 SNR을 측정해 보았다. 실험 결과 파라메트릭 어레이를 이용한 디지털 통신은 3m이내의 근거리 영역에서 적합함을 알 수 있었고, 빔폭 (-3 dB)은 $14^{\circ}$로 측정되어 고지향성 통신이 가능함을 확인하였다. 위의 실험 결과를 통해 파라메트릭 어레이를 이용한 공기 중 음향 통신에 대한 가능성을 확인하였고, 고지향성 통신 특성은 다중경로 문제나 보안 문제에 강점이 있을 것으로 판단된다.

수중음향센서 수온 변화에 따른 음향 수신 특성 변화 연구

제엽,조요한,김경섭,김용운,박세용,이정민,Je, Yub,Cho, Yohan,Kim, Kyungseop,Kim, Yong-Woon,Park, Saeyong,Lee, Jeong-Min 한국음향학회 2019 韓國音響學會誌 Vol.38 No.2

본 논문은 수중음향센서의 수온 변화에 따른 음향 수신 특성 변화를 이론적, 실험적 방법으로 확인하였다. 반사판 및 배플 구성에 따라 중 저주파용 및 고주파용의 두 가지 음향센서를 설계하여 $-2^{\circ}C{\sim}35^{\circ}C$의 온도범위에서 온도 변화에 따른 음향 수신 특성을 각각 분석하였다. 음향센서 주요 구성 소재의 온도별 물성치 변화에 대한 영향성을 분석하기 위하여 압전세라믹, 몰딩 및 배플 시편의 온도별 물성치 변화를 측정하였고, 측정된 물성치를 활용하여 온도별 수신감도(Receiving Voltage Sensitivity, RVS) 변화를 유한요소해석 기법을 통하여 해석하였다. 제작된 두 가지 음향센서의 온도별 수신감도 특성을 측정하기 위하여, 내부 수온 및 수압 조정이 가능한 압력 챔버에 음향센서를 설치하고 챔버 내부 수온을 변화시켜가며 수신감도를 측정하였다. 측정 및 분석결과 수중센서의 온도별 수신감도 특성은 몰딩 재료의 음속변화에 주도적으로 영향을 받는 것을 확인하였다. In this paper, a temperature dependent acoustic receiving characteristics of underwater acoustic sensor is studied by theoretical and experimental investigations. Two different types (low mid frequency sensor and high frequency sensor) of underwater acoustic sensors are designed with different configuration of baffle and conditioning plate. The temperature dependent characteristics of the acoustic sensors are investigated within the temperature range from $-2^{\circ}C$ to $35^{\circ}C$. The material properties of the piezoelectric ceramics, molding and baffle, which are the primary materials of the acoustic sensors, are measured with temperature change. The temperature dependent RVS (Receiving Voltage Sensitivity) characteristics of the acoustic sensors are simulated by using the measured material properties. The RVS changes of the acoustic sensors are measured by changing temperature in the watertank where the acoustic sensors are installed. The measured and the simulated data show that the temperature dependent characteristics of the acoustic sensors are mainly dependent for the sound speed changes of the molding material.

압전 초소형 초음파 트랜스듀서(pMUT)를 이용한 파라메트릭 어레이의 빔 조향 시스템

제엽(Yub Je),황용환(Yonghwan Hwang),이종현(Chonghyun Lee),김원호(Wonho Kim),문원규(Wonkyu Moon) 한국소음진동공학회 2012 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.4

고지향 수중 통신을 위한 파라메트릭 어레이 트랜스듀서의 설계 및 개발 연구

황용환,제엽,문원규,Hwang, Yonghwan,Je, Yub,Moon, Wonkyu 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.2

파라메트릭 어레이(parametric array)는 매질의 비선형성을 이용하여 고지향성 저주파를 발생시키는 현상이다. 발생된 저주파는 직접 발생된 1차 음파에 비해 음압이 상대적으로 매우 작다. 따라서 강력한 1차 음파를 지향성 있게 발생시킬 수 있는 트랜스듀서가 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 파라메트릭 어레이를 위한 음원으로써 다공진 트랜스듀서의 설계, 제작, 시험평가에 대해 연구하였다. 유닛 트랜스듀서 및 배열 트랜스듀서의 설계를 해석 모델에 근거하여 수행하였으며, 이 과정을 반복하여 최적의 트랜스듀서를 제작하였다. 제작된 배열 트랜스듀서는 6.3 m 거리에서 각각 189 dB, 190 dB의 1차 음파를 확인하였으며, 파라메트릭 어레이 현상을 이용하여 136 dB의 차주파수음 발생을 확인하였다. 차주파수음은 $12{\times}18{\times}10m$크기의 수조에서 15 kHz, $8^{\circ}$ half power beamwidth의 고지향성 저주파 특성을 가지고 있음을 확인하였다. A parametric array is a nonlinear phenomenon that generates a narrow beam of low-frequency sound using the nonlinearity of the medium. The low-frequency sound so generated has a low sound pressure compared with that of sound generated directly. Consequently, a transducer that can generate a primary wave with high directivity and level is required. This study designed, fabricated, and evaluated a multi-resonance transducer as a parametric array source. The designs of the unit transducers and array transducer were based on an analysis model. The design process was repeated to fabricate the optimum transducer. The fabricated transducer array can generate a 189 dB, 190 dB primary wave level at 6.3 m and a 134 dB difference frequency wave using the parametric array phenomenon. The difference frequency wave has a frequency of 15 kHz and high directivity with an $8^{\circ}$ half power beam width in a $12{\times}18{\times}10m$ water tank.

소나 음향센서의 진동유기 소음 차단 특성에 대한 실험적 연구

김경섭,제엽,김호준,조요한,이정민,김동현,장우석,Kim, Kyungseop,Je, Yub,Kim, Ho-Jun,Cho, Yo-Han,Lee, Jeong-Min,Kim, Donghyeon,Chang, Woosuk 한국음향학회 2019 韓國音響學會誌 Vol.38 No.2

본 논문에서는 선체부착형 음향센서의 플랫폼 진동유기 소음 차단 특성을 확인하기 위한 수중 진동 실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 음향수조 환경에서 음향센서가 설치된 선체모사구조물과 가진기를 이용하여 플랫폼 진동유기 소음 조건을 구현하였고, 선체모사구조물 및 음향센서에 설치된 표준 가속도계와 음향센서의 출력신호 측정을 통해 음향센서의 진동차단율, 삽입손실 및 진동민감도와 같은 성능지수를 산출하였다. 산출된 성능지수 결과를 토대로 음향센서의 주파수별 소음 차단 특성을 분석하고 실험 기법의 유효성을 검토하였다. In this paper, the results of underwater vibration experiment are analyzed to verify platform vibration-induced noise isolation characteristics of a hull-mounted acoustic sensor. The experimental condition causing platform vibration-induced noise is generated using the mock-up hull, where the acoustic sensor is installed, with shaker in an acoustic water tank. The performance indices of ATF (Acceleration Transfer Function), AVS (Acceleration Voltage Sensitivity), and IL (Insertion Loss) for the acoustic sensor are calculated from the output of the standard accelerometers, which are installed on the mock-up hull and the acoustic sensor, and the output signal of the acoustic sensor. The frequency-dependent noise isolation characteristics of the acoustic sensor are analyzed based on the calculated performance indices and an effectiveness of the experiment is examined.

거리측정용 초음파센서 음원생성부 설계에 관한 연구

박종규(Jongkyu Park),제엽(Yub Je),이학수(Haksu Lee),문원규(Wonkyu Moon) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5

A new highly-directional ultrasonic range sensor is proposed to detect an obstacle. In the sensor, the parametric acoustic array, a nonlinear effect of media between two intensive waves, is applied to improve directivity. Particularly, we introduce a novel method to model the tranducer part for generating high amplitude waves consisted of two frequencies. The model combines the continnum model of bar and the compatibility condition between a piezoelectric actuator and linear horn. By using the model method, we could design the transducer to utilize two emitting primary frequency. The proposed transduce has shows a HPBW of less than 5° at 40㎑ that is much higher directivity than general ultrasonic range spatial sensor. Also, we could check that it has a primary wave of more than 125 ㏈ and a secondary difference wave of 90 ㏈.

톤필츠 트랜스듀서 어레이의 주요 전달함수 추정법

홍진숙(Chinsuk Hong),심민정(Min-Jung Sim),정의봉(Weui-Bong Jeong),제엽(Yub Je),조요한(Yo-Han Cho) 한국소음진동공학회 2018 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.10