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트랜스듀서 배열을 이용한 파라메트릭 배열 신호 생성 시스템

Parametric Array Signal Generating System using Transducer Array

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.32 no.4, 2013년, pp.287 - 293  

이재일 (제주대학교 해양과학대학 해양정보시스템공학과) ,  이종현 (제주대학교 해양과학대학 해양정보시스템공학과) ,  배진호 (제주대학교 해양과학대학 해양정보시스템공학과) ,  팽동국 (제주대학교 해양과학대학 해양정보시스템공학과) ,  최미흥 (경원훼라이트공업) ,  김원호 (국방과학연구소 제6기술연구본부)

초록
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본 논문에서는 20 kHz와 32.5 kHz에 공진 주파수를 갖는 다공진 트랜스듀서$3{\times}16$ 배열로 구성하여 파라메트릭 배열 신호를 생성하는 시스템을 제안한다. 배열 트랜스듀서를 구동하기 위해 LM1875증폭기 소자를 이용하여 16채널 다중 증폭기를 제작하였고, 임의의 파형 생성 및 분석을 하기 위해 PXI 시스템과 LabView 8.6을 이용한 시스템이 구축되었다. 구축된 시스템을 이용하여 거리에 따른 음압레벨 변화와 빔 패턴을 측정하여 파라메트릭 현상을 확인하였다. 이론적으로 계산된 차 주파수의 감쇠거리와 회절거리는 각각 15.51 m와 1.9332 m이며, 음압레벨 실험결과 회절거리 이전 근거리 음장에서 차 주파수의 음압이 누적되어 증가되는 현상을 확인 하였다. 실험을 통해 측정된 차 주파수의 빔 패턴은 2개의 1차 주파수가 중첩된 빔 패턴과 유사함을 확인하여 고지향 파라메트릭 신호가 생성됨을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We present a parametric array signal generating system using $3{\times}16$ transducer array which is composed of multi-resonant frequency transducers of 20kHz and 32.5kHz. To drive transducer array, sixteen channel amplifier using LM1875 chips is designed and implemented, and the PXI syst...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 다공진 초음파 트랜스듀서 배열을 이용하여 파라메트릭 배열 신호를 생성하기 위한 시스템을 구현 하였다. 효율적인 파라메트릭 배열 신호를 생성하기 위해 (주)경원훼라이트에서 제작된다.
  • 본 논문에서는 효율적인 파라메트릭 배열 신호를 생성하기 위해 다공진 초음파 트랜스듀서 배열을 이용하여 시스템을 구현하고 생성된 파라메트릭 배열 신호의 비선형 현상을 실험적으로 검증하였다. 제안된 파라메트릭 배열 신호 생성 시스템은 다공진 트랜스듀서 배열, 다중 증폭기, 그리고 신호처리부로 구성된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파라메트릭 배열은 무엇인가? 파라메트릭 배열은 동일한 방향으로 강한 음압의 1차 주파수를 발생 시킬 때 비선형 현상에 의해 발생 되는 합 주파수, 차 주파수, 배음 주파수 등 여러 주파수 성분 중 차 주파수 성분을 의미한다. 간접적으로 발생된 차 주파수는 1차 주파수의 고지향 특성을 갖고 낮은 전달손실로 원거리까지 전파된다.
파라메트릭 배열이 연구되고 있는 분야는 무엇인가? 고지향성 음향 신호를 생성할 수 있는 파라메트릭 배열은 소나 시스템, 해저 저층 탐사, 지향성 스피커 그리고 수중통신 등에 응용 연구되고 있다. 파라메트릭 배열 음향은 Westervelt[1]에 의해 개념이 도입된 후 Berktay, 그리고 Moffett와 Mellen등에 의해 이론적인 연구가 진행 되어 왔다.
비선형 모델 미분방정식에는 무엇이 있는가? 비선형 현상인 파라메트릭 배열 현상을 해석하기 위해서는 일반적인 선형 미분방정식이 아닌 비선형 모델 미분방정식이 요구된다. 이러한 비선형 모델에는 유체의 국소적 효과는 무시하고 거리를 진행하면서 축적되는 효과만을 고려한 Westervelt 방정식, 음파의 회절 효과를 제외한 비선형과 감쇠효과를 고려한 Burgers 방정식 그리고 1차 주파수의 고지향성과 거리에 따른 느린 변화를 가정한 KZK(Khokhlov- Zabolotskaya-Kuznetsov) 방정식이 존재한다.
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참고문헌 (13)

  1. P. J. Westervelt "Parametric Acoustic Array," J. Acoust. Soc. Am. 35, 535-537 (1963). 

  2. H. O. Berktay and D. J. Leahy, "Farfield performance of parametric transmitters," J. Acoust. Soc. Am. 55, 539-546 (1974). 

  3. M. B. Moffett and R. H. Mellen, "Model for parametric acoustic sources," J. Acoust. Soc. Am. 61, 325-337 (1977). 

  4. R. F. W. Coates, M. Zheng and L. Wang, "Technical Communications," IEEE J. Oceanic Eng. 21, 225-232 (1996). 

  5. M. B. Bennett and D. T. Blackstock, "Parametric array in air," J. Acoust. Soc. Am. 57, 562-568 (1975). 

  6. B. K. Novikov, O. V. Rudenko and V. I. Timoshenko, Nonlinear Underwater Acoustics (The American Institute of Physic, New York, 1987). 

  7. Mark F. Hamilton, David T. Blackstock, Nonlinear Acoustics (Academic Press, 1998). 

  8. Lee Yang-sub, Numerical solution of the KZK equation for the pulsed finite amplitude sound beams in thermoviscous fluids, (Ph.D. thesis, The university of Texas at Austin, 1993). 

  9. Haksue Lee, Daesil Kang, Wonkyu moon, "Microelectromechanical- systems -based prametric transmitting array in air-Application to the ultrasonic ranging transducer with high directionality," SICE-ICASE International Joint Conference 2006, 1081-1084 (2006). 

  10. Hyeong Sick Ju and Yang-Hann Kim, "Near-field characteristics of the parametric loudspeaker using ultrasonic transducers," Applied Acoustics 71, 793-800 (2010). 

  11. B. C. Moon, M. J. Kim, K. L. Ha, C. D. Kim, "Development of directional sound source in air by using parametric array" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. Suppl. 2(s) 19, 291-294 (2000). 

  12. H. E. Bass, L. C. Sutherland, A. J. Zuckeerwar, D. T, Blackstock and D. H. Hester, "Atmospheric absorption of sound: Further developments," J. Acoust. Soc. Am. 93, 680-683 (1995). 

  13. L. Kopp, D. Cano, E. Dubois, L. Wang, B. Smith and R. F. W. Coates, "Potential Performance of Parametric Communications," IEEE J. Oceanic Eng. 25, 282-295 (2000). 

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