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본 논문은 초음파 수위계 센서에서 핵심 부품인 압전 변환기의 복합 진동과 초음파 파동의 투과를 다룬다. 적정 주파수의 초음파를 발생하는 압전 변환기 설계를 위해, 압전 원판의 두께 방향과 반경 방향에 대한 특성방정식을 유도하였다. 복합 진동이 존재하는 상황에서 압전 변환기의 고유진동수와 모드 형상을 구하였고, ...

본 논문은 초음파 수위계 센서에서 핵심 부품인 압전 변환기의 복합 진동과 초음파 파동의 투과를 다룬다. 적정 주파수의 초음파를 발생하는 압전 변환기 설계를 위해, 압전 원판의 두께 방향과 반경 방향에 대한 특성방정식을 유도하였다. 복합 진동이 존재하는 상황에서 압전 변환기의 고유진동수와 모드 형상을 구하였고, 유한요소해석과 실험을 통해 구한 고유진동수와 비교하여 검증하였다. 압전 원판의 1차 고유진동수는 반경 방향으로 진동하는 모드에서 나타나는 것을 확인하였다. 초음파 투과율을 극대화 하는 정합 층 설계를 위해, 변환기에서 파동의 투과를 다루었다. 압전 원판과 정합 층으로 이루어지는 다중 매질 경계면에서 초음파의 투과율을 유도하였다. 이를 토대로 정합 층의 적절한 두께를 선정하였다. 압전 원판의 복합 진동과 정합 층에서의 파동 투과에 대한 해석 결과는 초음파 수위계 센서 설계에 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

This thesis deals with the coupled vibration and wave transmission of a piezoelectric transducer, which is the core part of ultrasonic level meters. In order to design the piezoelectric transducers generating ultrasonic waves of proper frequencies, The characteristic equation of the piezoelectric di...

This thesis deals with the coupled vibration and wave transmission of a piezoelectric transducer, which is the core part of ultrasonic level meters. In order to design the piezoelectric transducers generating ultrasonic waves of proper frequencies, The characteristic equation of the piezoelectric disk has been derived in the directions of thickness and radius. Natural frequencies and mode shapes of the piezoelectric disk transducers have been obtained for coupled vibration modes. In order to verify the theoretical results, the natural frequencies have been confirmed by finite element analysis and experiment. The first natural frequency of the piezoelectric disk transducer has appeared in the radial vibration mode. In order to design the matching layer maximizing ultrasonic transmittance, wave transmission of the transducers has been considered. The transmittance of ultrasonic wave in multi-layers has been derived for the composite of a piezoelectric disk and a matching layer. Based on the transmittance, the proper thickness of a matching layer has been selected. The results of analyses about the coupled vibration of the piezoelectric disk and the wave transmission in a matching layer can be used to the design the piezoelectric transducers for ultrasonic level meters.

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