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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 환경 자장으로부터 영향을 적게 받는 것으로 평가되는 DET를 정상인의 주파수 특성과 유사하면서 최대 진동을 가지도록 구현하기 위해 수힉적으로 모형화하고 운동방정식을 유도하여 그 해석을 수행하였다. 이식을 위해 제한되어지는 DET의 크기 내에서 전류 1 mA rms 정현파를 코일에 인가하였을 때 발생되는 최대 구동력을 구하기 위해서 유한요소해석을 하였다.
- 청음 명료도가 높은 청각보조기인 이식형 인공중이에서 음성 신호 재현을 위한 진동 시스템에 해당하는 DET에 대한 설계를 위해서 수학적인 모델링과 해석이 요구된다. 본 논문에서는 강제 조화 진동을 갖는 DET를 진동학적인 모델링을 통하여 진동 특성에 대한 분석을 하였고, 이론적인 내용을 바탕으로 유한 요소 해석을 위한 모델링을 하였다. 먼저, 인가되는 전류 1 mArms 정현파에 의해 생성되는 전자기력을 최대로 하기 위하여 유한요소 해석을 이용하여 제한된 공간 내에서의 자석과 코일의 위치와 크기를 결정하였다.
- 청음 명료도가 높은 청각보조기인 이식형 인공중이에서 음성 신호 재현을 위한 진동 시스템에 해당하는 DET에 대한 설계를 위해서 수학적인 모델링과 해석이 요구된다. 본 논문에서는 강제 조화 진동을 갖는 DET를 진동학적인 모델링을 통하여 진동 특성에 대한 분석을 하였고, 이론적인 내용을 바탕으로 유한 요소 해석을 위한 모델링을 하였다. 먼저, 인가되는 전류 1 mArms 정현파에 의해 생성되는 전자기력을 최대로 하기 위하여 유한요소 해석을 이용하여 제한된 공간 내에서의 자석과 코일의 위치와 크기를 결정하였다.
제안 방법
- 또한, 구해진 전자기력 즉 구동력을 사용하여 모델링한 DET의 진동 특성에 대해서 시뮬레이션을 수행하고, 정상적인 등자뼈의 진동 특성과 비교하여 유사한 진동 특성을 갖는 결과를 선택하여 실제적으로 DET를 제작하는데 이용했다. DET의 각 요소들은 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제작하였으며, 길이 2 mm, 직경 1.8 mm인 제작된 DET는 무구속 상태에서 다양한 실험을 수행하였다. 제작 시 발생한 외부적인 감쇠요인에 의해서 제작된 DET는 시뮬레이션 결과에 비해 작은 변위를 가졌지만, 진동 형태는 유사하였다.
- 또한, 구해진 전자기력 즉 구동력을 사용하여 모델링한 DET의 진동 특성에 대해서 시뮬레이션을 수행하고, 정상적인 등자뼈의 진동 특성과 비교하여 유사한 진동 특성을 갖는 결과를 선택하여 실제적으로 DET를 제작하는데 이용했다. DET의 각 요소들은 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제작하였으며, 길이 2 mm, 직경 1.8 mm인 제작된 DET는 무구속 상태에서 다양한 실험을 수행하였다. 제작 시 발생한 외부적인 감쇠요인에 의해서 제작된 DET는 시뮬레이션 결과에 비해 작은 변위를 가졌지만, 진동 형태는 유사하였다.
- 9 dyne의 최대 전자 기력을 얻을 수 있었다. 구해진 최대 구동력을 이용하여 강제 조화진동 모드를 가지는 DET의 진동 변위를 구하기 위한 진동해석 시뮬레이션을 수행하였다[13].
- 9 dyne의 최대 전자 기력을 얻을 수 있었다. 구해진 최대 구동력을 이용하여 강제 조화진동 모드를 가지는 DET의 진동 변위를 구하기 위한 진동해석 시뮬레이션을 수행하였다[13].
- 9 dyne의 최대 전자기력을 얻을 수 있다. 또한, 구해진 전자기력 즉 구동력을 사용하여 모델링한 DET의 진동 특성에 대해서 시뮬레이션을 수행하고, 정상적인 등자뼈의 진동 특성과 비교하여 유사한 진동 특성을 갖는 결과를 선택하여 실제적으로 DET를 제작하는데 이용했다. DET의 각 요소들은 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제작하였으며, 길이 2 mm, 직경 1.
- 9 dyne의 최대 전자기력을 얻을 수 있다. 또한, 구해진 전자기력 즉 구동력을 사용하여 모델링한 DET의 진동 특성에 대해서 시뮬레이션을 수행하고, 정상적인 등자뼈의 진동 특성과 비교하여 유사한 진동 특성을 갖는 결과를 선택하여 실제적으로 DET를 제작하는데 이용했다. DET의 각 요소들은 마이크로머시닝 기술을 이용하여 제작하였으며, 길이 2 mm, 직경 1.
- 이식을 위해 제한되어지는 DET의 크기 내에서 전류 1 mA rms 정현파를 코일에 인가하였을 때 발생되는 최대 구동력을 구하기 위해서 유한요소해석을 하였다. 또한, 중이 내 등자뼈의 진동 특성과 유사하도록 설계하기 위해서, 진동막의 강성계수를 변화하면서 DET의 주파수에 대한 진동 해석을 시뮬레이션 하였다. 해석된 결과에 따라 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 균일한 특성을 가진 DET를 저작하였으며, 진동 실험에 의해 그 특성을 측정하였다 실험 결과 제작된 DET는 정상인의 청각 특성과 유사하였으며 이식형 인공중이를 위한 트랜스듀서로서 적합하였다.
- 이식을 위해 제한되어지는 DET의 크기 내에서 전류 1 mA rms 정현파를 코일에 인가하였을 때 발생되는 최대 구동력을 구하기 위해서 유한요소해석을 하였다. 또한, 중이 내 등자뼈의 진동 특성과 유사하도록 설계하기 위해서, 진동막의 강성계수를 변화하면서 DET의 주파수에 대한 진동 해석을 시뮬레이션 하였다. 해석된 결과에 따라 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 균일한 특성을 가진 DET를 저작하였으며, 진동 실험에 의해 그 특성을 측정하였다 실험 결과 제작된 DET는 정상인의 청각 특성과 유사하였으며 이식형 인공중이를 위한 트랜스듀서로서 적합하였다.
- 본 논문에서는 강제 조화 진동을 갖는 DET를 진동학적인 모델링을 통하여 진동 특성에 대한 분석을 하였고, 이론적인 내용을 바탕으로 유한 요소 해석을 위한 모델링을 하였다. 먼저, 인가되는 전류 1 mArms 정현파에 의해 생성되는 전자기력을 최대로 하기 위하여 유한요소 해석을 이용하여 제한된 공간 내에서의 자석과 코일의 위치와 크기를 결정하였다. 전자기장 해석 결과를 통하여, 코일은 길이는 자석의 길이에 70 %이고 두께는 반경에 56 % 일 때, 10.
- 먼저, 인가되는 전류 1 曲或 정현파에 의해 생성되는 전자기력을 최대로 하기 위하여 유한요소해석을 이용하여 제한된 공간 내에서의 자석과 코일의 위치와 크기를 결정하였다.
- 만약, 재료의 이력 감쇠 및 공기에 의한 점성 감쇠를 고려한 좀더 실제적인 값에 근접하기 위해서는, 정의된 식들을 사용하여 DET의 모델을 최적화하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 구할 수 있다. 식 2에서 보여주듯이 DET의 진동 특성은 리드선의 강성계수와 진동막의 강성계수에 큰 영향을 받는데 상대적으로 가변이 쉬운 진동막의 강성계수를 조절하여 진동 특성을 결정하였다. 식 4를 통해서 볼 때, 진동막의 강성계수는 막을 구성하는 빔의 길이, 너비, 두께를 변화하여 조절할 수 있는데 시뮬레이션을 다양하게 수행하기 위한 가변 요소로서 사용하였다.
- 만약, 재료의 이력 감쇠 및 공기에 의한 점성 감쇠를 고려한 좀더 실제적인 값에 근접하기 위해서는, 정의된 식들을 사용하여 DET의 모델을 최적화하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 구할 수 있다. 식 2에서 보여주듯이 DET의 진동 특성은 리드선의 강성계수와 진동막의 강성계수에 큰 영향을 받는데 상대적으로 가변이 쉬운 진동막의 강성계수를 조절하여 진동 특성을 결정하였다. 식 4를 통해서 볼 때, 진동막의 강성계수는 막을 구성하는 빔의 길이, 너비, 두께를 변화하여 조절할 수 있는데 시뮬레이션을 다양하게 수행하기 위한 가변 요소로서 사용하였다.
- 원하는 진동 특성의 트랜스듀서를 얻기 위해서 운동방 정식의 해에서 가변이 상대적으로 쉬운 진동막의 강성계수에 변화를 주어 시뮬레이션을 하였다. 그림 7에서처럼 진동막은 4개 빔이 병렬로 연결된 형태로 구성했으며, 빔의 너비, 길이의 변화에 의해서 강성을 달리 하였다.
- 원하는 진동 특성의 트랜스듀서를 얻기 위해서 운동방 정식의 해에서 가변이 상대적으로 쉬운 진동막의 강성계수에 변화를 주어 시뮬레이션을 하였다. 그림 7에서처럼 진동막은 4개 빔이 병렬로 연결된 형태로 구성했으며, 빔의 너비, 길이의 변화에 의해서 강성을 달리 하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 환경 자장으로부터 영향을 적게 받는 것으로 평가되는 DET를 정상인의 주파수 특성과 유사하면서 최대 진동을 가지도록 구현하기 위해 수힉적으로 모형화하고 운동방정식을 유도하여 그 해석을 수행하였다. 이식을 위해 제한되어지는 DET의 크기 내에서 전류 1 mA rms 정현파를 코일에 인가하였을 때 발생되는 최대 구동력을 구하기 위해서 유한요소해석을 하였다. 또한, 중이 내 등자뼈의 진동 특성과 유사하도록 설계하기 위해서, 진동막의 강성계수를 변화하면서 DET의 주파수에 대한 진동 해석을 시뮬레이션 하였다.
- 전자기력을 발생시키기 위해서 중공형 초소형 솔레노이드 코일내부에 차동형 자석을 길이 방향으로 삽입하여 구성한다. 전자기력에 의한 조화 강제 진동형태의 시스템을 구성하기 위해서 자석과 코일 양 끝단을 연결하는 진동막을 두어 스프링 역할을 하도록 한다.
- 1 ~ 10 kHz의 가청 주파수 영역 내에서 전류 신호를 DET에 인가하고 레이져 도플러 진동측정기 (Polytec, OFV2200)와 디지털 오실로스코프 (Tektronix, TDS380)에 의해서 DET의 진동 변위에 대한 첨두치를 측정한다. 진동 특성을 측정하는데 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인을 줄여주기 위해서 DET의 변위를 측정을 할 때 공기 쿠션으로 구성된 방진 테이블 위에서 실험이 수행된다.
- 1 ~ 10 kHz의 가청 주파수 영역 내에서 전류 신호를 DET에 인가하고 레이져 도플러 진동측정기 (Polytec, OFV2200)와 디지털 오실로스코프 (Tektronix, TDS380)에 의해서 DET의 진동 변위에 대한 첨두치를 측정한다. 진동 특성을 측정하는데 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인을 줄여주기 위해서 DET의 변위를 측정을 할 때 공기 쿠션으로 구성된 방진 테이블 위에서 실험이 수행된다.
- 최근 조 등⑻은 전자식 트랜스듀서에서 영구자석을 사용하는데 따르는 환경 자장의 간섭을 최소화할 수 있는 트랜스듀서의 형태를 최초로 제안하였다.
- 코일에 전류 1 mArms 정현파가 인가될 때, 자석과 코일의 길이 비와 자석의 반경, 코일의 두께 비에 따라 힘의 분포의 변화를 알기 위해서 시뮬레이션을 하였다.
- 코일에 전류 1 瞄皿 정현파가 인가될 때, 자석과 코일의 길이 비와 자석의 반경, 코일의 두께 비에 따라 힘의 분포의 변화를 알기 위해서 시뮬레이션을 하였다.
- 특성이 일정한 진동막을 대량으로 생산하고, 원하는 크기와 형태로 만들기 위해서 마이크로 머시닝 기술을 사용하여 제작하였다. 그림 10(a)는 진동막의 반도체 기술에 의해 제작되는 공정을 보여준다.
- 특성이 일정한 진동막을 대량으로 생산하고, 원하는 크기와 형태로 만들기 위해서 마이크로 머시닝 기술을 사용하여 제작하였다. 그림 10(a)는 진동막의 반도체 기술에 의해 제작되는 공정을 보여준다.
- 그림 11은 제작된 DET를 무구속으로 매단 상태에서 진동 변위 특성을 측정하기 위한 실험 장치를 보여주고 있다. 함수 발생기 (HP, 3310B)로부터 0.1 ~ 10 kHz의 가청 주파수 영역 내에서 전류 신호를 DET에 인가하고 레이져 도플러 진동측정기 (Polytec, OFV2200)와 디지털 오실로스코프 (Tektronix, TDS380)에 의해서 DET의 진동 변위에 대한 첨두치를 측정한다. 진동 특성을 측정하는데 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인을 줄여주기 위해서 DET의 변위를 측정을 할 때 공기 쿠션으로 구성된 방진 테이블 위에서 실험이 수행된다.
- 그림 11은 제작된 DET를 무구속으로 매단 상태에서 진동 변위 특성을 측정하기 위한 실험 장치를 보여주고 있다. 함수 발생기 (HP, 3310B)로부터 0.1 ~ 10 kHz의 가청 주파수 영역 내에서 전류 신호를 DET에 인가하고 레이져 도플러 진동측정기 (Polytec, OFV2200)와 디지털 오실로스코프 (Tektronix, TDS380)에 의해서 DET의 진동 변위에 대한 첨두치를 측정한다. 진동 특성을 측정하는데 영향을 줄 수 있는 여러 가지 요인을 줄여주기 위해서 DET의 변위를 측정을 할 때 공기 쿠션으로 구성된 방진 테이블 위에서 실험이 수행된다.
대상 데이터
- 그림 8은 강제조화진동을 하는 DET에 대한 진동해석을 하기 위한 유한요소 모델링이다. 빔의 크기에 따른 해석 결과 중에서 정상적 인 사람의 중이 내 등자뼈와 유사한 진동 특성을 가지는 것들을 선택하였고[14,15], 그림 9는 선택된 시뮬레이션 결과를 보여 준다. 일반적으로 사람의 이소 골 진동 특성은 고역 차단 주파수를 갖는 저역통과필터의 특성을 나타내는데, 설계된 진동체가 1.
- 그림 8은 강제조화진동을 하는 DET에 대한 진동해석을 하기 위한 유한요소 모델링이다. 빔의 크기에 따른 해석 결과 중에서 정상적 인 사람의 중이 내 등자뼈와 유사한 진동 특성을 가지는 것들을 선택하였고[14,15], 그림 9는 선택된 시뮬레이션 결과를 보여 준다. 일반적으로 사람의 이소 골 진동 특성은 고역 차단 주파수를 갖는 저역통과필터의 특성을 나타내는데, 설계된 진동체가 1.
- 그림 10(a)는 진동막의 반도체 기술에 의해 제작되는 공정을 보여준다. 제작된 진동 박막과 코일, 자석, 티타늄 덮개를 이용하여 DET 제작이 이루어졌으며, 그 크기는 직경 1.8 mm, 길이 2 mm 이였다. 미소한 중이 내의 공간을 고려해볼 때 최대 직경 2 mn, 길이 2 mm 정도까지 허용하므로 제작된 DET의 크기는 적절하였다.
- 제작된 진동 박막과 코일, 자석, 티타늄 덮개를 이용하여 DET 제작이 이루어졌으며, 그, 크기는 직경 1.8 mm, 길이 2 mm 이였다.
데이터처리
- 그러므로, 발생되는 전자기력을 최대로 하기 위해서는 정확한 해석을 통하여 자석과 코일의 크기와 위치를 결정하여야 한다. 다양한 경우에 대한 시뮬레이션 결과를 얻기 위해서 유한요소해석 프로그램인 ANSYS program (verson 8.0)을 이용하여 해석을 수행하였다.
- 그러므로, 발생되는 전자기력을 최대로 하기 위해서는 정확한 해석을 통하여 자석과 코일의 크기와 위치를 결정하여야 한다. 다양한 경우에 대한 시뮬레이션 결과를 얻기 위해서 유한요소해석 프로그램인 ANSYS program (verson 8.0)을 이용하여 해석을 수행하였다.
성능/효과
- 미소한 중이 내의 공간을 고려해 볼 때 최대직경 2 nun, 길이 2 mm 정도까지 허용하므로 제작된 DET의 크기는 적절하였다.
- 8 mm, 길이 2 mm 이였다. 미소한 중이 내의 공간을 고려해볼 때 최대 직경 2 mn, 길이 2 mm 정도까지 허용하므로 제작된 DET의 크기는 적절하였다. 그림 10(b)는 제작된 DET 사진이다.
- 먼저, 인가되는 전류 1 mArms 정현파에 의해 생성되는 전자기력을 최대로 하기 위하여 유한요소 해석을 이용하여 제한된 공간 내에서의 자석과 코일의 위치와 크기를 결정하였다. 전자기장 해석 결과를 통하여, 코일은 길이는 자석의 길이에 70 %이고 두께는 반경에 56 % 일 때, 10.9 dyne의 최대 전자기력을 얻을 수 있다. 또한, 구해진 전자기력 즉 구동력을 사용하여 모델링한 DET의 진동 특성에 대해서 시뮬레이션을 수행하고, 정상적인 등자뼈의 진동 특성과 비교하여 유사한 진동 특성을 갖는 결과를 선택하여 실제적으로 DET를 제작하는데 이용했다.
- 먼저, 인가되는 전류 1 mArms 정현파에 의해 생성되는 전자기력을 최대로 하기 위하여 유한요소 해석을 이용하여 제한된 공간 내에서의 자석과 코일의 위치와 크기를 결정하였다. 전자기장 해석 결과를 통하여, 코일은 길이는 자석의 길이에 70 %이고 두께는 반경에 56 % 일 때, 10.9 dyne의 최대 전자기력을 얻을 수 있다. 또한, 구해진 전자기력 즉 구동력을 사용하여 모델링한 DET의 진동 특성에 대해서 시뮬레이션을 수행하고, 정상적인 등자뼈의 진동 특성과 비교하여 유사한 진동 특성을 갖는 결과를 선택하여 실제적으로 DET를 제작하는데 이용했다.
- 또한, 시뮬레이션 결과는 무부하 특성을 나타내지만, 이러한 진동체를 실제 이소골에 설치할 때 전체 특성은 진폭이 낮아지고 피크는 사라지며 대역폭은 넓어지는 경향을 나타낸다. 제작될 DET는 진동 효율을 높이기 위해서 그림 9의 시뮬레이션 결과 중에서 진동 변위가 높은 것으로 선택하였다.
- 제작될 DET는 진동 효율을 높이기 위해서 그림 9의 시뮬레이션 결과 중에서 진동 변위가 높은 것으로 선택하였다.
- 제작 시 발생한 외부적인 감쇠요인에 의해서 제작된 DET는 시뮬레이션 결과에 비해 작은 변위를 가졌지만, 진동 형태는 유사하였다. 최종적으로 DET의 실험 결과는 정상적인 등자뼈의 진동 특성과 비교할 때 유사한 특성을 가지는 것을 확인하였으며, 이식형 인공중이용 트랜스듀서로 적절함을 확인하였다.
- 제작 시 발생한 외부적인 감쇠요인에 의해서 제작된 DET는 시뮬레이션 결과에 비해 작은 변위를 가졌지만, 진동 형태는 유사하였다. 최종적으로 DET의 실험 결과는 정상적인 등자뼈의 진동 특성과 비교할 때 유사한 특성을 가지는 것을 확인하였으며, 이식형 인공중이용 트랜스듀서로 적절함을 확인하였다.
- 1 ~ 10 kHz의 가청 주파수 영역 내에서 DET의 진동 변위에 대한 측정 결과를 보여주고 있다. 측정된 결과로서, 코일에 1.5 mArms의 전류를 인가했을 때 0.1 ~ 1.5 kHz 주파수 영역에서 약 200 nm의 변위를 가지는 것을 알 수 있으며, 그 진동 특성은 100 dB SPL의 음압이 정상인의 등자뼈에 가해졌을 때의 진동 특성과 유사하다는 것을 알 수 있다. 따라서 이 진동체를 이소골에 부착할 경우 사람의 청각특성과 유사한 진동 변위를 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
- 측정된 결과로서, 코일에 1.5 mA或의 전류를 인가했을 때 0.1 ~ 1.5 kHz 주파수 영역에서 약 200 rnn의 변위를 가지는 것을 알 수 있으며, 그 진동 특성은 100 dB SPL의 음압이 정상인의 등자뼈에 가해졌을 때의 진동 특성과 유사하다는 것을 알 수 있다.
- 그림 6(a)에서는 코일의 길이를 제한된 크기 내에서 가변하였을 때 각각의 전자기력 크기를 보여주고 있으며, (b)에서는 900 μm의 고정된 트랜스듀서의 반경 내에서 자석의 반경과 코일의 두께의 비를 가변하면서 얻어진 힘의 크기이며 이 때 코일의 길이는 900 μm로 하였다. 해석된 결과를 통하여, 코일의 길이가 자석의 길이에 70 %이고, 코일의 두께가 자석의 반경에 56 % 일 때 10.9 dyne의 최대 전자 기력을 얻을 수 있었다. 구해진 최대 구동력을 이용하여 강제 조화진동 모드를 가지는 DET의 진동 변위를 구하기 위한 진동해석 시뮬레이션을 수행하였다[13].
- 또한, 중이 내 등자뼈의 진동 특성과 유사하도록 설계하기 위해서, 진동막의 강성계수를 변화하면서 DET의 주파수에 대한 진동 해석을 시뮬레이션 하였다. 해석된 결과에 따라 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 균일한 특성을 가진 DET를 저작하였으며, 진동 실험에 의해 그 특성을 측정하였다 실험 결과 제작된 DET는 정상인의 청각 특성과 유사하였으며 이식형 인공중이를 위한 트랜스듀서로서 적합하였다.
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