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문제 정의
- 반면에 KLM 모델은 높은 주파수의 탐촉자 다층 정합, 배열형 탐촉자의 해석에 우수한 특성을 가지며 간단하고 빠르게 해석을 할 수 있어 많이 사용되고 있다[14]. 따라서 본 연구에서는 유한요소 해석에 의해 도출된 설계사양을 등가회로 해석법 중 KIN 모델에 입력하여 비교하고자 하였다. 그 결과는 그림 6과 같으며 감도는 -44.
- 반면에 KLM 모델은 높은 주파수의 탐촉자 다층 정합, 배열형 탐촉자의 해석에 우수한 특성을 가지며 간단하고 빠르게 해석을 할 수 있어 많이 사용되고 있다[14]. 따라서 본 연구에서는 유한요소 해석에 의해 도출된 설계사양을 등가회로 해석법 중 KIN 모델에 입력하여 비교하고자 하였다. 그 결과는 그림 6과 같으며 감도는 -44.
- 그러나 오목한 렌즈의 형상에 의해 결정되어지는 기하학적 초점은 2차원 유한요소 해석 모델을 사용함으로서 확인할 수 없었다. 따라서 향후 컨벡스 배열형 초음파 탐촉자의 기하학적 초점을 포함한 모든 성능을 확인할 수 있는 3차원 유한요소 모델을 구성하여 해석하고자 한다.
- 그러나 오목한 렌즈의 형상에 의해 결정되어지는 기하학적 초점은 2차원 유한요소 해석 모델을 사용함으로서 확인할 수 없었다. 따라서 향후 컨벡스 배열형 초음파 탐촉자의 기하학적 초점을 포함한 모든 성능을 확인할 수 있는 3차원 유한요소 모델을 구성하여 해석하고자 한다.
- 본 연구에서는 복부진단용에 적합하도록 중심주파수 5 MHz를 가지고 128개의 소자가 배열되 었으며, 넓은 진단 영역을 확보할 수 있도록 곡면원주상에 배열된 컨벡스형태의 탐촉자를 설계하고 제작하고자 하였다.
- 의료용 초음파 탐촉자는 그 사용목적에 따라 형상 및 중심주파수가 결정되어진다. 본 연구에서는 복부진단용에 적합하도록 중심주파수 5 MHz를 가지고 128개의 소자가 배열되었으며，넓은 진단 영역을 확보할 수 있도록 곡면 원주상에 배열된 컨벡스형태의 탐촉자를 설계하고 제작하고자 하였다. 일반적으로 의료용 배열형 초음파 탐촉자는 그림 1과 같이 후면층, 구동소자, 정합층과 각 구동소자를 분리시키는 커프로 구성된 스택이 있고, 이 스택을 곡률이 있는 백 스탠드에 부착하고 정합층 앞면에 음향렌즈를 설치한 구조를 가진다 [11], 초음파 탐촉자의 구동 소자는 높은 전기-기계결합계수를 가져야 하며, 낮은 에너지손실과 큰 압선상수를 가져야 한다.
- 이는 소자가 곡면상에 배열되었기 때문에 선형 배열된 경우에 비해서 유한 요소 모델을 구성하기 어렵고, 상호 간섭 및 방사 패턴을 해석하기 위해 충분한 개수의 요소 (element)를 포함하면 해석 모델의 크기가 커지므로 계산량이 너무 많아 시간과 비용이 많이 들기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 계산상의 어려움은 있으나, 보다 정확한 설계를 이루고 일반적인 등가회로 설계법의 한계를 보완할 수 있도록 상용 유한요소 해석 프로그램인 PZflex를 이용하여 컨벡스 배열형 초음파 탐촉자를 설계, 해석하였다[10]. 또한 PZflex에 의해 도출된 설계 사양을 반영하여 컨벡스 배열형 초음파 탐촉자를 제작하고 성능을 측정하였으며, 이를 기존의 KLM등가회로 설계법에 의한 결과와 비교하여 유한요소 해석법을 이용한 설계법의 타당성 및 우수성을 확인하였다.
- 이는 소자가 곡면상에 배열되었기 때문에 선형 배열된 경우에 비해서 유한 요소 모델을 구성하기 어렵고, 상호 간섭 및 방사 패턴을 해석하기 위해 충분한 개수의 요소 (element)를 포함하면 해석 모델의 크기가 커지므로 계산량이 너무 많아 시간과 비용이 많이 들기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 계산상의 어려움은 있으나, 보다 정확한 설계를 이루고 일반적인 등가회로 설계법의 한계를 보완할 수 있도록 상용 유한요소 해석 프로그램인 PZflex를 이용하여 컨벡스 배열형 초음파 탐촉자를 설계, 해석하였다[10]. 또한 PZflex에 의해 도출된 설계 사양을 반영하여 컨벡스 배열형 초음파 탐촉자를 제작하고 성능을 측정하였으며, 이를 기존의 KLM등가회로 설계법에 의한 결과와 비교하여 유한요소 해석법을 이용한 설계법의 타당성 및 우수성을 확인하였다.
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