[논문]두 개의 공진점을 갖는 광대역 초음파 전기음향 변환기의 등가회로변수 추정

임준석; 편용국

초록
AI-Helper

변환기의 해석 및 정합설계에 있어서 측정되어진 데이터로 부터 그 변환기의 전기, 기계, 음향적인 특성변수를 추출하는 기술의 확보는 필수적이다. 이와 관련한 기존의 방법은 단일 공진을 갖는 변환기를 위한 것이 많았다. 본 연구에서는 두 개의 공진점을 갖는 광대역 전기음향변환기의 정확한 특성변수 추출을 위하여 Levy Method 반복적으로 사용하여 그 오차를 최소화하는 알고리듬을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A method to determine the equivalent circuits of broadband ultrasound transducers is necessary for designing filters that match the impedances of the transducer and the analysis of the transducer. A method is proposed to determine the equivalent circuits of broadband transducers with 2 resonances in...

A method to determine the equivalent circuits of broadband ultrasound transducers is necessary for designing filters that match the impedances of the transducer and the analysis of the transducer. A method is proposed to determine the equivalent circuits of broadband transducers with 2 resonances in the frequency band of interest. The circuit parameters are estimated by iterative Levy method with the measured electrical conductance data. The method is illustrated by computing the conductance and susceptance of the equivalent circuits of 3 types of broadband transducers. The equivalent circuit of a transducer.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 초음파 음향 변환 소자 개발 연구에서 필요성이 많은 전기 등가 회로 추정 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 복잡한 최적화법을 사용하지 않고 비교적 간단한 계산법 사용한 특징이 있고, 또 다중 공진의 특성을 갖는 변환 소자의 등가회로 추정에 적합하도록 이웃하는 공진 특성을 배제할 수 있는 대책을 포함하고 있는 특징도 있다.
여기서 제일 공진점 주변의 M 개의 주파수 점으로 이루어진 주파수대를 ωI (ωI = ωI,1,⋯,ωI,M) 라고 하고 두 번째 공진점 주변의 N개의 주파수 점으로 이루어진 주파수대를 ωII (ωII = ωII,1,⋯,ωII,N) 라고 하자.

제안 방법

즉 병렬 저항 R₀가 무한대인 이상적인 모델을 사용하였다. 그러나 본 논문에서 제안한 방법이 사용하는 그림 3의 모델은 전기 음향 변환자 중 전기단의 등가회로 역할을 하는 부분에 C₀ 와 R₀가 병렬로 존재하는 모델로써, 참고문헌^[5]에서 사용한 C₀만 존재하는 모델보다는 좀 더 일반적인 것이어서 사용 모델을 수정하지 않고 그대로 적용하여 소자 값을 추정하였다. 위 두 표를 서로 비교하면, 초음파 변환 소자의 등가 회로에서 관심의 주된 대상이 되는 C₀, L₁, C₁, R₁, L₂, C₂, R₂ 값은 매우 정확한 추정 결과를 주고 있음을 알 수 있다.
린다. 그러나 본 논문에서는 앞 장의 단공진 소장의 등가회로를 구하는 방식을 확장 응용하는 새로운 방법을 아래와 같은 계산 과정으로 제안한다.
본 논문에서는 자동제어나 신호처리 분야에서 널리 알려져 있는 고전적인 방법의 하나인 Levy의 방법을 기본으로 두 개의 공진점을 갖는 광대역 음향 등가 회로에 대한 추정 방법을 제안한다. 제안된 방법은 단일 공진 회로를 추정하는 것에서 시작하여 두 개의 공진을 포함하는 변환기의 등가 회로 추정으로 기능을 확장하는 방식을 취하고 있다.
본 절에서는 앞에서 제안한 계산법의 우수함을 보이기 위해서 참고문헌^[5]에 나온 초음파 변환기의 등가 회로 값을 이용하여 어드미턴스 데이터를 재구성하고, 그 데이터로부터 등가회로를 추정하는을 실험을 하였다. 아래 표 1은 초음파 음향 변화기의 어드미턴스 데이터를 얻기 위해서 참고문헌^[5]로부터 얻는 등가 회로의 소자값을 정리한 것이다.
에 대한 추정 방법을 제안한다. 제안된 방법은 단일 공진 회로를 추정하는 것에서 시작하여 두 개의 공진을 포함하는 변환기의 등가 회로 추정으로 기능을 확장하는 방식을 취하고 있다. 그러나 단순히 두 개의 공진점을 독립적으로 다루는 것이 아니고, 이웃 공진점의 영향을 배제할 수 있도록 고안되었다.
. 제안된 방법은 복잡한 최적화법을 사용하지 않고 비교적 간단한 계산법 사용한 특징이 있고, 또 다중 공진의 특성을 갖는 변환 소자의 등가회로 추정에 적합하도록 이웃하는 공진 특성을 배제할 수 있는 대책을 포함하고 있는 특징도 있다. 기존에 발표된 다중 공진 초음파 변환 소자 등가 회로를 이용한 모의 실험을 통해서 제안된 방법이 충분한 정확도를 갖고 있음도 확인하였다.

대상 데이터

제안한 알고리즘이 사용한 그림 1또는 그림 3의 등가 모델에는 병렬 저항 R₀가 있으나, 참고문헌 [5]에서 대상으로 한 등가 회로는 병렬 저항 R₀가 없는 모델을 사용하였다. 즉 병렬 저항 R₀가 무한대인 이상적인 모델을 사용하였다.

이론/모형

그 후에 남은 값으로부터 R₀와 C₀값을 구한다. 이 경우도 Levy의 방법으로 구한다.

성능/효과

그러나 단순히 두 개의 공진점을 독립적으로 다루는 것이 아니고, 이웃 공진점의 영향을 배제할 수 있도록 고안되었다. 그리고 이 방법을 기존에 발표된 논문에 사용된 것과 같은 것을 대상으로 추정 실험을 하여 제안된 방법의 성능의 우수함을 보인다.
위 두 표를 서로 비교하면, 초음파 변환 소자의 등가 회로에서 관심의 주된 대상이 되는 C₀, L₁, C₁, R₁, L₂, C₂, R₂ 값은 매우 정확한 추정 결과를 주고 있음을 알 수 있다. 그리고 제안한 방법으로 추정된 병렬 저항 R₀값 또한 무한대는 아니지만 매우 큰 값을 나타내고 있어서 전체 어드미턴스에 영향이 미미함을 알 수 있다.
제안된 방법은 복잡한 최적화법을 사용하지 않고 비교적 간단한 계산법 사용한 특징이 있고, 또 다중 공진의 특성을 갖는 변환 소자의 등가회로 추정에 적합하도록 이웃하는 공진 특성을 배제할 수 있는 대책을 포함하고 있는 특징도 있다. 기존에 발표된 다중 공진 초음파 변환 소자 등가 회로를 이용한 모의 실험을 통해서 제안된 방법이 충분한 정확도를 갖고 있음도 확인하였다. 향후에는 광대역 소자를 제작할 때 필수적으로 사용되는 정합회로 구성에 본 연구 결과를 이용하는 방법으로 본 연구를 확장시키려 한다.
그러나 본 논문에서 제안한 방법이 사용하는 그림 3의 모델은 전기 음향 변환자 중 전기단의 등가회로 역할을 하는 부분에 C₀ 와 R₀가 병렬로 존재하는 모델로써, 참고문헌^[5]에서 사용한 C₀만 존재하는 모델보다는 좀 더 일반적인 것이어서 사용 모델을 수정하지 않고 그대로 적용하여 소자 값을 추정하였다. 위 두 표를 서로 비교하면, 초음파 변환 소자의 등가 회로에서 관심의 주된 대상이 되는 C₀, L₁, C₁, R₁, L₂, C₂, R₂ 값은 매우 정확한 추정 결과를 주고 있음을 알 수 있다. 그리고 제안한 방법으로 추정된 병렬 저항 R₀값 또한 무한대는 아니지만 매우 큰 값을 나타내고 있어서 전체 어드미턴스에 영향이 미미함을 알 수 있다.
제안한 알고리즘으로 추정 과정에서 반복 횟수는 2회 정도에 만족할 만한 에러 수준으로 수렴하였다. 아래 표 2는 제안한 알고리즘을 이용하여 등가 회로 소자 값을 추정한 결과이다.

후속연구

추정해 냈음을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서 제안한 방법을 통해서 기존에 제작한 변환자의 전기 등가 회로를 얻을 수 있음을 알 수 있고, 더 나아가서 등가회로 소자값이 필요한 초음파 변환 소자 주변 회로 설계 및 응용 회로 연구 같은 다른 분야에도 쓰일 수 있음을 알 수 있다^[8～9].
기존에 발표된 다중 공진 초음파 변환 소자 등가 회로를 이용한 모의 실험을 통해서 제안된 방법이 충분한 정확도를 갖고 있음도 확인하였다. 향후에는 광대역 소자를 제작할 때 필수적으로 사용되는 정합회로 구성에 본 연구 결과를 이용하는 방법으로 본 연구를 확장시키려 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광대역 전기 음향 변환기는 어떠한 특성을 보이는가?	한 옥타브 이상 주파수 대역에 걸쳐 평탄한 특성을 보이는 광대역 전기 음향 변환기는 최근 많은 관심을 갖고 연구되고 있다. 이런 연구 결과에 의해 나온 세라믹 또는 세라믹을 바탕으로 하는 복합물질로 구성된 광대역 전기 음향 변환기의 특성을 살펴보면 일반적으로 하나 이상의 공진점을 가지고 있다.
	세라믹 또는 세라믹을 바탕으로 하는 복합물질로 구성된 광대역 전기 음향 변환기의 특성은?	한 옥타브 이상 주파수 대역에 걸쳐 평탄한 특성을 보이는 광대역 전기 음향 변환기는 최근 많은 관심을 갖고 연구되고 있다. 이런 연구 결과에 의해 나온 세라믹 또는 세라믹을 바탕으로 하는 복합물질로 구성된 광대역 전기 음향 변환기의 특성을 살펴보면 일반적으로 하나 이상의 공진점을 가지고 있다. 이런 다중 공진 특성 때문에 일반적으로 단일 공진점일 때 최적화된 파워앰프와 전기 음향 변환기 사이에 파워 효율을 최대로 하기 위한 정합회로도 이런 다중 공진 광대역 전기 음향 변환기용으로 새로 구성하는 방법에 대한 관심 또한 증대되고 있다.
	광대역 음향 등가 회로에 대한 추정 방법은 어떠한 방식을 취하고 있는가?	본 논문에서는 자동제어나 신호처리 분야에서 널리 알려져 있는 고전적인 방법의 하나인 Levy의 방법을 기본으로 두 개의 공진점을 갖는 광대역 음향 등가 회로에 대한 추정 방법을 제안한다. 제안된 방법은 단일 공진 회로를 추정하는 것에서 시작하여 두 개의 공진을 포함하는 변환기의 등가 회로 추정으로 기능을 확장하는 방식을 취하고 있다. 그러나 단순히 두 개의 공진점을 독립적으로 다루는 것이 아니고, 이웃 공진점의 영향을 배제할 수 있도록 고안되었다.

참고문헌 (9)

L. Shuyu, Equivalent circuits and directivity patterns of air-coupled ultrasonic transducers, J. Acoust. Soc. Am., vol. 109, no. 3, pp.949-57, 2001.

상세보기
S. Sherrit, H. D. Wiederick, B. K. Mukherjee, and M. Sayer, An accurate equivalent circuit for the unloaded piezoelectric vibrator in the thickness mode, J. Phys. D Appl. Phys., vol. 30, pp. 2354-363,1997.

상세보기
D. Church and D. Pincock, Predicting the electrical equivalent of piezoceramic transducers for small acoustic transmitters, IEEE Trans. Sonics Ultrason., vol. SU-32, no. 1, pp. 61-4, 1985.
R. Coates and P. T. Maguire, Multiple-mode acoustic transducer calculations, IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., vol.36, no. 4, pp. 471-73, 1989.

상세보기
R. Ramesh and D. D. Ebenezer, Equivalent Circuit for Broadband Underwater Transducers, IEEE Transactions on UFFC, vol. 55, no. 9, pp. 2079-2083, 2008.

상세보기
D. Stansfield, Underwater Electroacoustic Transducer, Bath University Press and Institute of Acoustics 1990 UK.
Rolf Johansson, System Modeling and identification, Pretice-Hall, Englewood Cliffs,
박준성, 김상우, 구현철, 허정, 목형수, 유명종, 이강윤, 항적 탐지용 수중 초음파 수신기 설계, 대한전자공학회, 2008년도 SOC 학술대회, 148-151쪽, 2008년.
조내현, 김덕용, 김용득, 정연모, 수중 통신을 위한 QPSK 초음파 송수신기의 설계, 전자공학회논문지 제 43권 SC편 제3호,51-59쪽, 2006년.

원문보기 상세보기

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

두 개의 공진점을 갖는 광대역 초음파 전기음향 변환기의 등가회로변수 추정
Estimation of Equivalent Circuit Parameters for Dual Resonance Electroacoustic Transducer Using Iterative Levy Method 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

두 개의 공진점을 갖는 광대역 초음파 전기음향 변환기의 등가회로변수 추정 Estimation of Equivalent Circuit Parameters for Dual Resonance Electroacoustic Transducer Using Iterative Levy Method 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

임준석 (53) 편용국 (15)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

두 개의 공진점을 갖는 광대역 초음파 전기음향 변환기의 등가회로변수 추정
Estimation of Equivalent Circuit Parameters for Dual Resonance Electroacoustic Transducer Using Iterative Levy Method 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper