대변위 초정밀 위치제어 요소 기술 향상을 통한 시스템 개발 및 나노 탐침 시스템에의 응용

문원규(Wonkyu Moon),김성주(Sungjoo Kim),강대실(Daesil Kang) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.5

압전 미세 외팔보 형 수중 음향 벡터센서의 작동 원리와 설계 기법

양성관,김준수,문원규,Yang, Seongkwan,Kim, Junsoo,Moon, Wonkyu 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.2

수중 음향 벡터센서는 음압 뿐 아니라 음파의 진행 방향에 관한 정보를 측정할 수 있는 센서이다. 본 논문에서는 미세 외팔보를 이용한 수중 음향 벡터 센서를 구현하기 위해 음향학적 이론을 바탕으로 음향과 기계 구조물의 상호작용을 이론적으로 정립하고자 하였다. 감응 방식으로 압전 효과를 이용한 두 가지 유니모프(unimorph)형태의 모델을 제시하였으며, 제시된 모델에 대하여 압전 미세 외팔보의 거동을 집중 질량 모델을 통해 음파가 임의의 주파수와 각도를 가지고 미세 외팔보로 입사할 때 나오는 신호의 크기를 구할 수 있는 전달함수를 유도하였다. 또한 이를 바탕으로 매우 얇고 유연한 구조물로 미세 외팔보를 설계하면 매질의 입자 속도에 관한 정보를 직접적으로 측정 가능한 센서로 활용할 수 있다는 것을 확인하였다. An acoustic vector sensor is a device that is capable of measuring the direction of wave propagation and the acoustic pressure. In this paper, the modeling of micro-cantilever sensor for the vector sensor are proposed by consideration of acoustic phenomenon in water. Two models based on unimorph structure are proposed in this paper and corresponding transfer function which describes the relation between input pressure wave and output voltage depending on incidence angle and frequency of pressure wave is derived based on lumped model. It has been shown that very thin and flexible micro-cantilever can be used to measure directly the particle velocity component in water.

파라메트릭 어레이 음원의 전기적 빔 조향 현상 예측을 위한 수치 해석 기법 연구

빈경훈,엄원석,문원규,Been, Kyounghun,Ohm, Won-Suk,Moon, Wonkyu 한국음향학회 2019 韓國音響學會誌 Vol.38 No.5

파라메트릭 어레이란 매질의 비선형성을 이용하여 작은 크기의 방사판에서 고지향성 저주파음을 발생시키는 현상을 말한다. 이러한 파라메트릭 어레이의 유용성을 높이기 위해 저주파 음향 빔 조향 연구가 진행 되고 있으며, PD(Product Directivity) 모델을 이용하여 빔 조향 현상이 간편하게 예측되고 있다. 그러나 PD 모델은 준선형 조건에서 가우시안 음원만 적용이 가능하며, 저주파 음향 빔 폭의 예측 정확성이 떨어진다. 본 논문에서는 PD 모델의 한계를 극복할 수 있는 파라메트릭 어레이의 빔 조향 특성 예측 방법에 대해 연구하였다. 이를 위해 파라메트릭 어레이 현상 예측에 널리 사용되는 KZK(Khokhlov-Zabolotskaya-Kuzentsov) 방정식의 수치 해석 알고리즘을 개선하였다. 그리고 전기적 조향 조건을 적용하여 빔 조향 특성을 계산, 실험 결과와 비교 하였다. 그 결과 개선된 알고리즘을 이용하면 준선형 조건에 해당되지 않는 파라메트릭 어레이 음원에서도 저주파 빔 조향 특성 예측이 가능함을 확인하였다. The parametric array phenomenon refers to the generation of a high directivity low frequency wave from a small size radiation plate using the nonlinearity of the medium. In order to improve the usability of parametric array, the beam steering method of low frequency wave is researched, and the beam steering phenomenon is predicted easily using the PD (product directivity) model. However, the PD model can only be applied to Gaussian sources under quasi-linear conditions. Also, the prediction accuracy of low frequency wave beam width is poor. In this paper, a method for predicting the beam steering characteristics of a parametric array that can overcome the limitation of the PD model is investigated. For this purpose, the numerical analysis algorithm of the KZK (Khokhlov-Zabolotskaya-Kuzentsov) equation widely used for parametric array phenomenon prediction is improved. Thus, the beam steering characteristics are calculated by applying the electrical beam steering condition and comparing experimental results. As a result, the numerical analysis using the modified KZK equation algorithm in this study confirms that the beam steering phenomenon can be predicted even in a parametric array source that does not correspond to the quasi-linear condition.

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.

poly(γ-benzyl-α,L-glutamate) 마이크로/나노 섬유의 압전 계수 극대화 연구

유엔둑남(Duc-Nam Nguyen),문원규(Wonkyu Moon) 한국소음진동공학회 2017 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.4

음향 매질의 추가질량 효과를 고려한 광음향 영상용 초소형 압전 기반 초음파 트랜스듀서의 개발

안홍민 ( Hongmin Ahn ),문원규 ( Wonkyu Moon ) 한국센서학회 2020 센서학회지 Vol.29 No.1

Typically, photoacoustic images are obtained in water or gelatin because the impedance of these mediums is similar to that of the human body. However, these acoustic mediums can have an additional mass effect that changes the resonance frequency of the transducer. The acoustic radiation impedance in air is negligible because it is very small compared to that of the transducer. However, the high acoustic impedance of mediums such as the human body and water is quite large compared to that of air, making it difficult to ignore. Specifically, in a case where the equivalent mass is very small, such as with a micro-machined ultrasound transducer, the additional mass effects of the acoustic medium should be considered for an accurate resonance frequency design. In this study, a piezoelectric micro-machined ultrasonic transducer (pMUT) was designed to have a resonance frequency of 10 MHz in the acoustic medium of water, which has similar impedance as the human body. At that time, the resonance frequency of the pMUT in air was calculated at 15.2 MHz. When measuring the center displacement of the manufactured pMUT using a laser vibrometer, the resonance frequencies were measured as 14.3- 15.1 MHz, which is consistent with the finite element method (FEM) simulation results. Finally, photoacoustic images of human hair samples were successfully obtained using the fabricated pMUT.

HDD의 소음도 평가에 대한 연구

최성준(SungJoon Choi),문원규(WonKyu Moon),강성우(SungWoo Kang),황태연(TaeYeon Hwang) 한국소음진동공학회 2002 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2002 No.5

음파 전달 현상을 이용한 마이크로 점도계의 설계와 제작

최성준(Sungjoon Choi),문원규(Wonkyu Moon),임근배(Geunbae Lim) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.6

The development of nano/biotechnology brings about the needs for the comprehension of the characteristics of organic matters (bio-cell and its system) and the miniaturization of diagnostic equipments. To investigate the characteristics of organic matters, a new method sensing viscosity and its variation is proposed. Existing mechanical viscometers have some applicative problems which are the need for much liquid and the probability of condition changes of organic matters during the measurement of viscosity. So, to satisfy these needs and to solve problems, a novel device, which is fabricated by MEMS (Micro-Electric Mechanical System) technique and used to measure viscosity and its variation of organic matters or other fluids, is proposed. It is composed of two chambers and a micro-channel with which connect each chamber. In other words, it is double Helmholtz resonator. In this paper, design and fabrication method of the proposed device is described.

Progressive Multi-Leaf Spring의 소음저감 방안에 관한 연구

김성수(SungSoo Kim),문원규(WonKyu Moon),유영일(YoungIl Yoo) 한국소음진동공학회 2000 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2000 No.11

압전 구동기의 히스테리시스 보상을 위한 현상학적 모델

박종규(Jongkyu Park),문원규(Wonkyu Moon) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.6

Phenomenological models of a nonlinear piezo-ceramic actuator are introduced for compensating hysteresis. Piezoelectric ceramics are mainly used for precision actuation due to small resolution, fast response, and large force. In spite of these various advantages, PZT has several critical demerits such as hysteresis, creep and thermal drift. Specifically, hysteresis can cause serious displacement errors of about 15%, which prohibits the precise position control. To minimize the problem, we adopted Rayleigh law, one of the most typical phenomenological approaches. Rayleigh law corresponds well with experiment under less than coercive field. However Rayleigh law has also limitation to be unfit with experimental results as maximum fields increase until more than coercive field. Therefore, we have developed more accurate model to be able to reduce the hysteresis problem of an actuator through applying T(x) model using statistical mechanics.