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물리센서 - 2 차원 배열 수증청음기의 제작과 초음파 음장 측정에의 응용
하강열(Kang Lyeol Ha),김무준(Moo Joon Kim),강갑중(Gab Joong Kang),현병국(Byung Gook Hyun),채민구(Min Ku Chae),금야 화언(Gazuhiko Imano) 한국센서학회 2001 센서학회지 Vol.10 No.5
N/A Two-dimensional array hydrophones with 8 x 8 elements were designed and fabricated using the PVDF(Polyvinylidene fluoride) piezoelectric film, and the method and system for ultrasonic field measurement in several MHz ∼ tens of MHz band using the hydrophones was established. The characteristics of frequency response relating to the backing materials were analyzed with the Mason equivalent circuit for design, and the accuracy of ultrasonic field measurement relating to the sizes and kerfs of piezoelectric elements was discussed. Good results of the measurement of ultrasonic field formed by a circular plane transducer of 2.25MHz in water were obtained by the system with the array hydrophones.
하강열,김무준,이종규,김성부,신발헌현,Ha, Kang-Lyeol,Kim, Moo-Joon,Lee, Jong-Kyu,Kim, Sung-Boo,Noriyoshi, Chubachi 한국음향학회 1995 韓國音響學會誌 Vol.14 No.6
초음파펄스의 주파수해석에 의하여 재료의 음속과 감쇠계수 및 복소모듈러스를 동시에 측정하는 시스템을 구축하고 그 특성을 평가하였다. 이 시스템은 초음파현미경의 기계구동부와 공진주파수 85MHz의 ZnO 평면 트랜스듀서에 의해 구성되며, 음속은 시료의 표면과 저면에서 반사되어온 두개의 펄스파가 동시에 포함되도록 게이트한 후 파워스펙트럼을 구하였을 때 생기는 주파수영역에서의 극대점(또는 극소점)간의 간격으로부터, 감쇠계수는 그 두 펄스파의 각각에 대한 파워스펙트럼준위와 표준시료 표면으로 부터의 반사파의 파워스펙트럼준위로부터 구하여진다. 구축된 시스템을 용융석영, 폴리에스텔막등의 재료에 적용한 결과 정도 높은 계측이 가능함을 알았다. A system for measurement of ultrasonic velocity, attenuation and complex modulus of materials by using the spectral analysis method of pulses has been constructed and its performances are estimated. The system has a mechanical scanning part of an acoustic microscope with a ZnO plane wave transducer of the resonant frequency of 85MHz. Ultrasonic velocity has been obtained by the intervals of maxima (or minima) on the power spectrum of a pulse train reflected from the surface and bottom of a specimen, and attenuation has been obtained by the power spectra of three pulses reflected from the surface and the bottom of a specimen and the surface of a standard specimen. The measured results for materials such as fused quartz, polyester show that the system has very high accuracy.
다층 PZT 초음파 트랜스듀서에 대한 새로운 전송선로형 등가회로의 제안
김무준,하강열,김성부,이종규,Kim, Moo-Joon,Ha, Kang-Lyeol,Kim, Sung-Boo,Lee, Jong-Kyu 한국음향학회 1995 韓國音響學會誌 Vol.14 No.4
높은 결합계수를 가진 압전진동자의 전기단자에 전기적 임피던스를 결합하면 공진주파수가 크게 변화한다. 본 연구에서는 이 현상의 해석을 위하여 전기단자의 부하상태를 고려한 새로운 전송선로형 등가회로를 제안하고, 그 등가회로의 유효성을 실험적으로 확인하였다. 실험에 있어서는 2층구조의 주파수 가변형 PZT 트랜스듀서를 제작, 그 전기단자에 접속시킨 임피던스의 변화에 따른 공진주파수의 변화와 실효감쇠량을 측정하였다. 제작된 트랜스듀서의 공진주파수는 180 KHz~580KHz의 넓은 주파수 대역에서 연속적으로 변화하고, 330KHz~470KHz에서의 실효감쇠량은 7dB이하의 높은 효율을 나타내었는데, 이 결과는 제안한 등가회로에 의한 해석결과와 잘 일치하였다. A resonant frequency of piezoelectric transducer depends remarkably on the electric impedance connected to the vibrator. In this paper, using this effect of frequency controllable two layered PZT ultrasonic transducer is designed and its acoustic characteristics are analyzed by a new transmission model equivalent circuit. The theoretical and the experimental results of the electric impedance effect on the resonant frequency variation were compared and both results showed a good consistency each other. The resonant frequency has been controlled continuously in the wide frequency range of 180kHz~580kHz and the effective attenuations were less than 7dB in the frequency range of 330kHz~470kHz.
수중 초음파 음장해석에 있어서 각스펙트럼법의 유효성 검토
김정순,김무준,하강열,Kim, Jung-Soon,Kim, Moo-Joon,Ha, Kang-Lyeol 한국음향학회 1997 韓國音響學會誌 Vol.16 No.5
수은이 다른 물이 층상구조를 이루고 있는 수중에서의 초음파 음장해석에 각 스펙트럼법을 도입하기 위하여, 그 도입에 따른 유효성과 오차의 정도를 가상의 경계를 고려한 등수은의 수층을 이용하여 분석하였다. 그 결고, 각 스펙트럼법은 단시간내에 비교적 정확한 음장산출이 가능하나 해석시 필요한 기준음장의 공간적 영역의 제한 및 푸리에변환시의 데이터 수의 제한으로 인하여 다소 오차을 발생시킴을 확인하였다. 그 오차를 감소시키기기 위한 한 방안으로 Lommel 근사법과 각 스펙트럼법을 복합하는 새로운 방법을 제안하였는데, 그 방법은 산출된 음장의 오차를 감소시키는데 유효하였다. Before application of the angular spectrum method to calculate acoustic fields in stratified water, its efficiencies and errors were analyzed by using a virtual boundary in homogeneous water. As the results, it was confirmed that the angular spectrum method was able to calculate an acoustic field rapidly though some errors due to the limitation of reference field size and number of data in FFT ware included. A modified method combined the angular spectrum with Lommel's approximation, which was newly proposed in this paper, was useful to reduce the errors.
LiTaO<sub>3</sub> 단결정을 사용한 압전변압기의 개발
황성필,김무준,하강열,강갑중,Hwang, Sung-Phil,Kim, Moo-Joon,Ha, Kang-Lyeol,Kang, Gab-Joong 한국센서학회 2002 센서학회지 Vol.11 No.3
본 연구에서는 온도에 따른 압전특성이 매우 안정적인 $LiTaO_3$ ($x-112^{\circ}$ y) 단결정을 이용하여 압전변압기를 제작하고 그 특성을 분석하였다. 제작시 $LiTaO_3$ 단결정의 변환효율이 낮은 단점을 보완하기 위해 Lame'-mode를 이용하여 길이와 폭의 비가 2:1인 압전변압기를 제작하고 PSpice를 이용하여 진동 모드 해석, 입력전압에 따른 출력전압특성 및 진동속도특성을 분석하였다. 제작한 압전변압기는 길이방향의 제 2차 고조파 주파수와 폭방향의 기본공진주파수가 결합된 290.83[kHz]에서 입력전압에 대한 최대출력전압이 나타났으며, 약 10배 정도의 승압비를 얻을 수 있었다. The single crystal of $LiTaO_3$ ($x-112^{\circ}$ y) has very stable thermal characteristics in a piezoelectric transformer. In this paper, a piezoelectric transformer made of the crystal is newly designed and its operating characteristics are analyzed. The length of the transformer is determined as twice as its width for Lame'-mode because the single crystal of $LiTaO_3$ has low electro-acoustic efficiency. The electric and vibrational characteristics of the transformer is simulated by the PSpice program, and its results are compared to experimental ones. As the results, the ratio of output voltage to input shows large than 10 at 290.83[kHz], which is the frequency coupled the 2nd harmonic for length and the fundamental for width of the Lame'-mode transformer.
유한요소법과 하이브리드형 무한요소법을 이용한 초음파 집속변환자의 음장 해석
박순종,윤종락,하강열,김천덕,Park, Soon-Jong,Yoon, Jong-Rak,Ha, Kang-Lyeol,Kim, Chun-Duck 한국음향학회 1995 韓國音響學會誌 Vol.14 No.5
본 논문에서는 유한요소법과 하이브리드형 무한요소법을 사용하여 전기계$\cdot$기계계$\cdot$음향계로 결합된 초음파 집속변환자의 집속특성과 시간 응답을 구하였다. 초음파 집속변환자의 촛점거리, 분해능 특성들을 구하였고, 댐퍼가 부가된 경우 방사면상의 변위분포가 안정되어 분해능이 개선된다는 것을 집속특성과 시간 응답으로부터 해석하였다. 해석의 결과는 초음파 집속변환자의 설계나 성능해석에 응용될 수 있을 것이다. This paper presents the lousing characteristics and the time. response of ultrasonic focusing transducer which is a coupled system with an electromechanical and an acoustical component. The Finite Element Method and the Hybrid Type Infinite Element Method are applied for the analysis. The position of the focal points and the resolutions is obtained from the loosing characteristics and the time response. It is found that the transducer with the damper, which stabilizes the displacement of the radiation surface, gives a better resolution. In conclusion, the results could be applied to the design and the performance analysis of the ultrasonic focusing transducer.
도플러효과에 의한 주파수 변화에 대응하는 수중 초음파 변환자의 제안
김정환(Jung Whan Kim),김무준(Moo Joon Kim),하강열(Kang Lyeol Ha) 한국센서학회 1999 센서학회지 Vol.8 No.1
When a moving piezoelectric transducer detects an object in water, its receiving sensitivity is attenuated by Doppler effect. In this paper, a method for compensating the effect is suggested by using a newly designed condenser of which capacitance is varied according to the moving speed of the transducer. Using the method, the receiving resonant frequency of the transducer can be changed automatically. As a result, there is good agreement between the results of experiment and those of calculation. It is confirmed that the response sensitivity degradation of transducers due to Doppler effect can be compensated in the range of 1∼10m/s moving speed.