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전도성 후면층을 이용한 2D 배열 초음파 트랜스듀서의 설계 및 제작
우정동,노용래,Woo, Jeongdong,Roh, Yongrae 한국음향학회 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.6
본 논문에서는 1-3 복합체 형태의 전도성 후면층을 이용한 2D 배열 초음파 트랜스듀서를 설계 및 제작하고 그 특성을 평가하였다. 1-3 복합체 형태의 전도성 후면층은 일반적인 재료를 사용해 널리 쓰이는 1-3 복합체 공정을 통하여 제작되었다. 본 연구의 대상이 되는 2D 배열 트랜스듀서는 4,096개의 구동 소자로 이루어져 있고, 각 소자의 중심주파수 및 비대역폭은 각각 3.5 MHz 및 60 % 이상을 목표로 설계하였다. 제작된 트랜스듀서는 중심주파수 및 비대역폭 목표치를 만족하였으며, 전체 구동 소자간의 특성도 0.81 dB 이내로 균일하였다. 따라서 본 연구에서 제시한 전도성 후면층의 2D 배열 초음파 트랜스듀서에 대한 적용 가능성이 검증되었다. In this paper, 2D array transducers using a conductive backer similar to 1-3 composites have been designed, fabricated, and evaluated. The conductive backer was based on well known manufacturing process of 1-3 composites with affordable ingredients. The 2D array transducer had 4,096 elements designed to have 3.5 MHz center frequency and a fractional bandwidth over 60 %. Fabricated prototype of the transducer satisfied the specifications in the center frequency and bandwidth. Performance over the entire elements was so uniform that the standard deviation was less than 0.81 dB. Thus applicability of the conductive backer proposed in this work to 2D array transducers was verified.
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이원석,우정동,노용래,Lee, Wonseok,Woo, Jeongdong,Roh, Yongrae 한국음향학회 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.5
In this paper, a $48{\times}64$ channel 2D array ultrasonic transducer with piezoelectric single crystals was designed, fabricated, and evaluated. Structure of the transducer was chosen to facilitate the electric connection on the planar array, and then components were fabricated in accordance with the structure. Detailed structure of the transducer was designed through finite element analyses. In order to improve the performance of the transducer, the crosstalk between adjacent elements was reduced through the control of kerf width and material, and the target frequency bandwidth was achieved through optimal design of the thickness of the single crystal and matching layers. After fabricating a prototype of the transducer according to the design and measuring its characteristics, the results were compared with those of finite element analyses to evaluate the performance of the developed transducer. 본 논문에서는 $48{\times}64$ 채널로 이루어진 압전단결정 2D 배열형 초음파 트랜스듀서의 설계, 제작 및 평가를 하였다. 전기적 연결이 용이한 평면배열 구조를 선정한 후, 그에 맞게 구성소자를 제작하였다. 유한요소 해석을 통하여 트랜스듀서의 세부 구조를 설계하였다. 트랜스듀서의 성능을 향상시키기 위해 치폭의 너비와 재료를 조절하여 소자간 상호간섭을 저감하고, 압전단결정 및 정합층의 최적 두께를 설계하여 목표 주파수 대역폭을 구현하였다. 설계에 따라 트랜스듀서의 시작품을 제작하고 그 특성을 측정한 후, 측정된 결과를 유한요소 해석 결과와 비교하여 개발된 트랜스듀서의 성능을 평가하였다.
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