컴플라이언트 튜브를 적용한 야누스 헬름홀츠 센서의 공학적 설계 = Engineering Design of a Janus-Helmholtz Sensor Using Compliant Tubes

국문 초록 (Abstract)

야누스 헬름홀츠(Janus-Helmholtz, JH) 센서는 두 개의 톤필츠 센서를 서로 반대 방향으로 야누스 형태로 결합하고 이를 원통 과 목이 있는 헬름홀츠 공명기 내부에 설치하는 구조이다. 저주파 JH 센서를 설계하기 위하여 사용되는 컴플라이언트 튜브는 공동의 컴플라이언스를 변화시켜 헬름홀츠 공진 주파수가 구동 주파수와 가까워지도록 하여 광대역 특성을 개선하는 역할을 한다. 본 연구에서는 공학적 설계를 통하여 컴플라이언트 튜브가 내장된 JH 센서의 음향 특성을 해석하였는데 컴플라이언트 튜브가 있는 JH 센서에서 5.49%의 압력 증가가 나타남을 확인하였다. 또한 컴플라이언트 튜브가 있고 헬름홀츠 원통의 경사가 있는 경우의 TVR 값을 계산하였는데 두 경우 모두 0.5f와 1.0f의 두 개의 피크값이 JH 센서의 송신 주파수를 저주파 영역으로 이 동시킴을 알 수 있었다. 이는 향후 JH 센서의 송신 전압 감도인 TVR 값을 높이고 송신 거리를 멀리하는 센서를 개발하는데 매우 유용한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Janus-Helmholtz (JH) sensor is a structure that combines two tonpilz sensors in a Janus shape in opposite directions and installs them inside a Helmholtz resonator with a cylinder and a neck. The compliant tube used to design a low-frequency JH sensor changes the compliance of the cavity to bring the Helmholtz resonance frequency closer to the driving frequency, thereby improving the broadband characteristics. In this study, the acoustic characteristics of a JH sensor with a built-in compliant tube were analyzed through engineering design, and it was confirmed that a pressure increase of 5.49% was observed in the JH sensor with a compli ant tube. In addition, the TVR values were calculated when there was a compliant tube and a slanted wall of Helmholtz cylinder, and it was found that in both cases, two peak values of 0.5f and 1.0f shifted the transmission frequency of the JH sensor to the low-frequency range. This can be used as very useful basic data for developing a sensor that increases the TVR value, which is the transmission voltage response of the JH sensor, and extends the transmission distance in the future.