[논문]40-75 kHz의 주파수 범위에서 동작하는 광대역 초음파 변환기의 설계 및 개발

이대재; 곽민선; 강희영

doi:10.5657/kfas.2014.0292

40-75 kHz의 주파수 범위에서 동작하는 광대역 초음파 변환기의 설계 및 개발
Design and Development of a Broadband Ultrasonic Transducer Operating over the Frequency Range of 40 to 75 kHz 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.47 no.3, 2014년, pp.292 - 301

이대재 (부경대학교 해양생산시스템관리학부) , 곽민선 (신아종합) , 강희영 (국립해양조사원 수로측량과)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study was to design and develop a broadband ultrasonic transducer that has both wide bandwidth and high sensitivity to measure broadband echoes related to identifying fish species. A broadband ultrasonic transducer providing a nearly flat transmitting response band of 40.2-75.5 kHz with a -12 dB bandwidth of 35.3 kHz was achieved by integrating 12 tonpilz transducer elements operating at different resonance frequencies. The average transmitting voltage response, receiving sensitivity, and figure of merit values in this frequency band were 168.4 dB (re $1{\mu}Pa/V$ at 1 m), -196.8 dB (re $1V/{\mu}Pa$), and -28.4 dB, respectively. The results suggest that bandwidth and sensitivity can be widened and improved by adjusting the array pattern and the structure of tonpilz transducer elements.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

3. Schematic diagram of the experimental setup for measuring the underwater performance characteristics of a multiple resonance broadband ultrasonic transducer developed in this study. (a): diagram of time and frequency, (b): transmitted chirp pulse, (c): received chirp response, PA: pre-amplifier, MN: matching network, AFG: arbitrary function generator.
한편, tonpilz형 진동소자의 각 구성요소를 서로 체결하는 고강력 stud bolt의 head 및 tail mass 체결부의 직경은 8 mm, 또한, 중심부에서의 직경은 6 mm이다. 본 연구에서는 체결볼트가 tonpilz형 진동소자의 종진동에 미치는 영향을 고려하기 위해 1차원 초음파 변환기의 설계모델에 stud bolt의 분포 파라미터를 반영하여 계산하였다. Fig.
여기서는 먼저 12종류의 다른 공진주파수에서 구동되는 대칭구조의 tonpilz형 진동소자를 3×4 패턴으로 평면 배열한 다중공진 광대역 초음파 변환기의 설계 및 그 성능특성에 대하여 보고한다.

제안 방법

1(a)과 같은 tonpilz형 진동소자에 있어서는 그 횡진동 방향의 직경이 종진동 파장(λ)의 λ/4 보다 큰 경우, 이들 종진동과 횡진동이 서로 결합되어 진동소자를 구성하는 각 요소에 대한 탄성계수가 변동하게 되는데, 이로 인해 종진동의 기본 공진주파수가 변화한다(Radmanovic and Mancic, 2004). 그러나, 본 연구에서는 tonpilz형 진동소자의 lead zirconate titanate (PZT) 링의 내경, 외경 및 두께와 고강력 체결볼트(prestressed bolt)의 직경 및 길이는 모두 고정시키고, head 및 tail mass의 길이만을 설계 파라미터로 설정하였다. 이 head 및 tail mass의 길이 변화에 따른 공진주파수의 변화를 Fig.
다중공진 광대역 초음파 변환기에서 발사된 송신펄스신호는 수중청음기(8100, B&K, Denmark)를 통해 수신하여 measuring amplifier (2610, B&K, Denmark)에서 증폭한 후, 디지털 오실로스코프(DS1530, EZ, Korea) 및 FFT 분석기(3525, AND, Japan)를 사용하여 송신 및 수신 신호에 대한 시간응답신호와 주파수 스펙트럼 등을 수록하였다.
다중공진 광대역 초음파 변환기의 SRT (dB re 1 V/μPa)는 임의파형발생기에서 출력되는 펄스폭 1.8 ms의 chirp 펄스신호를 본 연구에서 개발한 다중공진 광대역 초음파 변환기를 통해 송출하고, 이 직접파 신호를 음축상 약 2.5 m의 거리에서 측정하여 구하였다.
다중공진 광대역 초음파 변환기의 시간응답특성과 송신지향 특성은 TVR과 동일한 방법으로 측정하였다. 즉, 광대역 초음파 변환기의 사용가능 주파수 대역을 고려하여 40, 50, 60 및 70 kHz의 공진주파수에서 펄스폭 0.
따라서, 본 연구에서는 그 송·수신 성능특성이 서로 같은 2 set의 다중공진 광대역 초음파 변환기를 설계, 제작하고, 하나는 송신용으로, 다른 하나는 수신용으로 사용하였다.
여기서 사용한 PZT 세라믹 링의 외경(D₂), 내경(D₃) 및 두께(L₃)는 각각 25 mm, 8 mm, 5 mm이고, head mass와 tail mass는 모두 알루미늄제의 원통형 블록으로 그 외경(D₁=D₅)과 내경(D₄)은 각각 30 mm, 8 mm이다. 또한 체결 stud bolt의 직경(D₄) 및 길이 (L₄)는 각각 8 mm, 32 mm이지만, L₄의 길이는 head mass(L₁)와 tail mass (L₂)의 길이에 따라 미세 조정이 가능하도록 하였다. 또한, 2개의 PZT 세라믹 링 사이, 또한 PZT 세라믹 링과 tail mass 사이에는 원형의 전극판을 삽입하고, 여기에 전기신호를 공급하였는데, 이들 전극판의 재질은 인청동으로서, 그 외경, 내경 및 두께는 각각 30 mm, 8 mm, 0.
또한, 초음파 변환기의 송파전압감도(transmitting voltage response, TVR)와 수파감도(receiving sensitivity, SRT)는 대형실험수조(L×B×D, 5×6×5 m)에서 측정하였다.
본 연구에서 설계, 개발한 다중공진 광대역 초음파 변환기에 대한 공기 중 및 수중에 있어서의 전기적인 임피던스 및 어드미턴스는 정밀 LCR meter (7600, QuadTech, USA)를 사용하여 측정하였다. 또한, 초음파 변환기의 송파전압감도(transmitting voltage response, TVR)와 수파감도(receiving sensitivity, SRT)는 대형실험수조(L×B×D, 5×6×5 m)에서 측정하였다.
본 연구에서는 Fig. 1(c)의 1차원 초음파 변환기의 설계모델을 토대로 추출한 설계 파라미터를 이용하여 12종류의 tonpilz형 초음파 진동소자를 설계, 제작하였는데, 그 모식도는 Fig. 2와 같다. Fig.
본 연구에서는 먼저 Fig. 2에서와 같이 직경이 30 mm인 head mass와 tail mass의 길이를 8 mm부터 30 mm까지 2 mm 간격으로 변화시켜 제작한 12종류의 tonpilz형 진동소자를 평면 배열하여 30–75 kHz 주파수 대역에서 사용 가능한 다중 공진 광대역 초음파 변환기를 제작하였다.
본 연구에서는 어종식별과 관련된 어족생물의 음향학적 산란정보를 넓은 주파수 대역에 걸쳐 동시에 수집한 후, 펄스압축, 시간-주파수 분석 및 인공신경망회로 등의 신호처리기법을 통해 각 어종별 고유의 음향학적 식별인자를 추출하기 위한 광대역 초음파 변환기를 실험적으로 설계, 개발하였다. 여기서는 먼저 12종류의 다른 공진주파수에서 구동되는 대칭구조의 tonpilz형 진동소자를 3×4 패턴으로 평면 배열한 다중공진 광대역 초음파 변환기의 설계 및 그 성능특성에 대하여 보고한다.
1(c)의 1차원 등가회로 모델에 의해 추출된 head 및 tail mass 길이를 토대로 직접 실험실에서 설계, 제작한 단일 tonpilz형 진동소자의 공기 중에 대한 공진주파수의 측정치를 나타낸 것이다. 여기서, 기본 공진주파수의 측정치는 LCR meter에 의해 얻어진 전기입력 임피던스의 스펙트럼으로부터, 또한 이론치(실선)는 Fig. 1(c)의 1차원 전기-기계 등가회로모델의 수치계산에 의해 얻어진 전기입력 임피던스의 스펙트럼으로부터 각각 그 진폭이 최소가 되는 주파수를 추적하여 구하였다. Fig.
1(c)의 1차원 tonpilz형 초음파 변환기의 설계모델(Radmanovic and Mancic, 2004)을 이용하여 분석하고, 목적하는 주파수별 tonpilz형 진동소자에 대한 각 부분의 설계치수를 도출하였다. 이 때, 종진동과 횡진동의 coupling 효과(Lin, 1994; Ilua et al., 2002; Feng et al., 2006)에 기인하는 공진주파수의 오차는 임피던스 측정 데이터를 토대로 head 및 tail mass 길이를 동시에 가감하여 최종적인 mass 길이를 추출한 후, 이 파라미터를 이용하여 tonpilz형 진동소자를 설계, 제작하였다. 한편, tonpilz형 진동소자의 각 구성요소를 서로 체결하는 고강력 stud bolt의 head 및 tail mass 체결부의 직경은 8 mm, 또한, 중심부에서의 직경은 6 mm이다.
즉, 12종류의 tonpilz형 진동소자를 폴리우레탄(scotchcast 2130, 3M, USA) window에 그 중심 간격이 33 mm가 되도록 3×4 패턴으로 배열하고, 이것을 금형 틀 속에 장착한 후, 폴리우레탄으로 수밀 및 몰딩 처리하여다중공진 광대역 초음파 변환기를 완성하였다.
또한, 초음파 변환기의 송파전압감도(transmitting voltage response, TVR)와 수파감도(receiving sensitivity, SRT)는 대형실험수조(L×B×D, 5×6×5 m)에서 측정하였다. 즉, Fig. 3에서와 같이 PC에서 일정한 펄스폭과 펄스반복주기를 갖는 선형주파수변조(linear frequency modulation) 신호, 즉, chirp 신호를 발생시켜 이것을 RS232C 인터페이스를 통해 임의파형발생기(33120A, HP, USA)의 메모리에 전송하여 저장시켜 놓은 후, 필요에 따라 이 chirp 신호를 호출하여 사용하였다. 본 연구에서 이용한 up-chirp 신호 S(t)는
다중공진 광대역 초음파 변환기의 시간응답특성과 송신지향 특성은 TVR과 동일한 방법으로 측정하였다. 즉, 광대역 초음파 변환기의 사용가능 주파수 대역을 고려하여 40, 50, 60 및 70 kHz의 공진주파수에서 펄스폭 0.4 ms의 tone burst 펄스신호를 발생시킨 후, 이 직접파 신호를 수중청음기로 수신하여 시간응답특성과 송신지향특성을 분석하였다.
한편, 본 연구에서 다중공진 광대역 초음파 변환기의 임피던스 정합은 트랜스포머(transformer)를 사용하여 행하였다. 즉, 시중에서 구입이 용이하면서도 목적하는 주파수 대역에 적합한 EI ferrite core (PC40EI33/29/13, TDK, Japan)를 선택하여 정합 트랜스포머를 제작하였다.
2 mm이다. 특히, 본 연구에서는 30-75 kHz의 주파수 대역에서 사용 가능한 다중공진 광대역 초음파 변환기의 개발을 효율적으로 수행하기 위해 Fig. 2의 tonpilz형 진동소자에서 head mass와 tail mass의 길이 L (L=L₁=L₂)를 제외한 모든 구성요소의 치수는 고정시키고, 단지 L의 길이만을 12단계로 가변시켜 서로 다른 공진주파수를 갖는 12종류의 단일 tonpilz형 진동소자를 설계, 제작하였다.
한편, 본 연구에서 다중공진 광대역 초음파 변환기의 임피던스 정합은 트랜스포머(transformer)를 사용하여 행하였다. 즉, 시중에서 구입이 용이하면서도 목적하는 주파수 대역에 적합한 EI ferrite core (PC40EI33/29/13, TDK, Japan)를 선택하여 정합 트랜스포머를 제작하였다.

대상 데이터

또한 체결 stud bolt의 직경(D₄) 및 길이 (L₄)는 각각 8 mm, 32 mm이지만, L₄의 길이는 head mass(L₁)와 tail mass (L₂)의 길이에 따라 미세 조정이 가능하도록 하였다. 또한, 2개의 PZT 세라믹 링 사이, 또한 PZT 세라믹 링과 tail mass 사이에는 원형의 전극판을 삽입하고, 여기에 전기신호를 공급하였는데, 이들 전극판의 재질은 인청동으로서, 그 외경, 내경 및 두께는 각각 30 mm, 8 mm, 0.2 mm이다. 특히, 본 연구에서는 30-75 kHz의 주파수 대역에서 사용 가능한 다중공진 광대역 초음파 변환기의 개발을 효율적으로 수행하기 위해 Fig.
2의 tonpilz형 진동소자는 2개의 PZT 세라믹 링을 서로 전극면이 반대가 되도록 적층한 PZT 세라믹 블록의 전면에 head mass를, 후면에 tail mass를 고강력 stud bolt로서 체결한 형태로서, PZT 세라믹 링의 중심에서 볼 때, 그 형상 및 치수는 완전히 상하 대칭인 sandwich형 진동소자이다. 여기서 사용한 PZT 세라믹 링의 외경(D₂), 내경(D₃) 및 두께(L₃)는 각각 25 mm, 8 mm, 5 mm이고, head mass와 tail mass는 모두 알루미늄제의 원통형 블록으로 그 외경(D₁=D₅)과 내경(D₄)은 각각 30 mm, 8 mm이다. 또한 체결 stud bolt의 직경(D₄) 및 길이 (L₄)는 각각 8 mm, 32 mm이지만, L₄의 길이는 head mass(L₁)와 tail mass (L₂)의 길이에 따라 미세 조정이 가능하도록 하였다.

이론/모형

그러나, 본 연구에서는 tonpilz형 진동소자의 lead zirconate titanate (PZT) 링의 내경, 외경 및 두께와 고강력 체결볼트(prestressed bolt)의 직경 및 길이는 모두 고정시키고, head 및 tail mass의 길이만을 설계 파라미터로 설정하였다. 이 head 및 tail mass의 길이 변화에 따른 공진주파수의 변화를 Fig. 1(c)의 1차원 tonpilz형 초음파 변환기의 설계모델(Radmanovic and Mancic, 2004)을 이용하여 분석하고, 목적하는 주파수별 tonpilz형 진동소자에 대한 각 부분의 설계치수를 도출하였다. 이 때, 종진동과 횡진동의 coupling 효과(Lin, 1994; Ilua et al.

성능/효과

1(c)의 1차원 전기-기계 등가회로모델의 수치계산에 의해 얻어진 전기입력 임피던스의 스펙트럼으로부터 각각 그 진폭이 최소가 되는 주파수를 추적하여 구하였다. Fig. 5에서 12종류의 tonpilz형 진동소자에 대한 종진동 모드의 기본 공진주파수는 head mass와 tail mass의 길이가 각각 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 mm일 때, 각각 67.4, 62.2, 58.2, 54.2, 50.7, 48.4, 45.6, 42.7, 39.8, 37.4, 35.4, 33.5 kHz이었고, 또한, 이들에 대한 횡진동 모드의 공진주파수는 주로 72-77 kHz의 범위에서 나타났다.
64이었다. Fig. 6과 Fig. 7에서 알 수 있는 바와 같이 본 연구에서 개발한 다중공진 광대역 초음파 변환기는 30 kHz에서 70 kHz까지의 주파수 범위에 대하여 약 3 kHz 간격으로 12종류의 tonpilz형 진동소자를 3x4 패턴으로 평면 배열하여 제작한 관계로, 이 주파수 범위에 국한되어 강한 다중공진특성을 나타내었다. 특히, 40 kHz 에서부터 75 kHz까지의 주파수 대역에서는 168.
6에서 종축은 conductance (ms) 및 susceptance (ms)이고, 횡축은 주파수(kHz)이다. Fig. 6의 공기 중에 대한 conductance의 주파수 스펙트럼에서 알 수 있는 바와 같이 30-70 kHz의 주파수 대역에서 평균 약 3 kHz의 일정한 간격으로 12개의 tonpilz형 진동소자에 대한 종진동 모드의 기본 공진주파수가 출현하였고, 또한, 75 kHz 부근의 주파수 대역에서도 다른 모드의 공진주파수가 나타났다. 이들 단일 tonpilz형 진동소자의 종진동 공진주파수에 대한 conductance 값은 33.
9와 같다. Fig. 9에서 알 수 있는 바와 같이 12종류의 각 tonpilz형 진동소자 중에서 head 및 tail mass의 길이가 가장 짧은 진동소자(공진주파수 33.5 kHz)와 그 길이가 가장 큰 진동소자(공진주파수는 67.4 kHz)의 공진주파수 사이의 주파수 대역에 대한 평균 FOM 값은 -27.5 dB이었다. FOM의 최대치는 71.
0 dB의 peak 값을 나타낸 후, 그 값은 주파수와 더불어 연속적으로 증가하는 패턴을 나타내었다. 그 후, 42.5 kHz에서 164.9 dB까지 증가한 다음, 45 kHz부터 72 kHz까지의 주파수 대역에 있어서는 ripple 이 매우 작은 평탄한 감도특성을 나타내었다. 그 후, 77.
9 dB까지 증가한 다음, 45 kHz부터 72 kHz까지의 주파수 대역에 있어서는 ripple 이 매우 작은 평탄한 감도특성을 나타내었다. 그 후, 77.4 kHz 에서 152.6 dB까지 급격히 감소하였다가 다시 완만하게 증가하는 변동특성을 나타내었고, 가장 높은 TVR 값은 72.0 kHz에서 173.5 dB이었다. 이 TVR의 최대치를 기준으로 산출한 -6 dB 대역폭의 하한과 상한 주파수 및 그 TVR 값은 각각 45.
5 dB로서 가장 낮은 값을 나타내었다. 그러나, 60 kHz 부근부터 주파수가 증가함에 따라 다시 SRT 값이 급격히 증가하여 12개의 진동소자 중에서 공진주파수가 가장 높은 67.4 kHz 부근에서는 -190.1 dB 의 높은 값을 나타내었다. 그 후, 75.
5 ms로서 가장 큰 값을 나타내었다. 또한, head 및 tail mass의 길이가 가장 짧은 66.8 kHz의 진동소자에 대한 conductance 값은 20.6 ms이었다.
2 dB이었다. 또한, 이 주파수로부터 60 kHz 부근까지 주파수가 증가함에 따라 약간의 불규칙한 ripple은 존재하지만, 대체적으로 완만하게 감소하는 경향을 나타내었고, 60.3 kHz에서 -203.5 dB로서 가장 낮은 값을 나타내었다. 그러나, 60 kHz 부근부터 주파수가 증가함에 따라 다시 SRT 값이 급격히 증가하여 12개의 진동소자 중에서 공진주파수가 가장 높은 67.
5 dB이었다. 본 연구에서는 12종류의 서로 다른 tonpilz형 진동소자를 사용하여 초음파 변환기를 설계, 제작하였기 때문에 Fig. 9의 FOM 스펙트럼에서 다소 불규칙한 ripple이 나타나고 있는데, chirp 어군탐지기의 주파수 대역으로 사용 가능한 40-75 kHz의 주파수 대역에 대한 평균 FOM 값은 -28.4 dB이었고, 그 변동 폭은 -12.5 dB이었다.
8 kHz의 진동소자에 이르기까지 각 진동소자 사이에 약간의 conductance의 불규칙한 ripple은 존재하지만, 대체적으로 주파수가 증가함에 따라 완만하게 증가하는 경향을 나타내었다. 수중에 대한 conductance 값은 32.6 kHz의 진동소자에서 0.86 ms로서 가장 낮았고, 66.8 kHz의 진동소자에서는 5.01 ms로서 가장 높은 값을 나타내었다. 한편, 75 kHz 부근에 나타나는 진동 모드에 대한 수중에서의 conductance 값은 14.
6의 공기 중에 대한 conductance의 주파수 스펙트럼에서 알 수 있는 바와 같이 30-70 kHz의 주파수 대역에서 평균 약 3 kHz의 일정한 간격으로 12개의 tonpilz형 진동소자에 대한 종진동 모드의 기본 공진주파수가 출현하였고, 또한, 75 kHz 부근의 주파수 대역에서도 다른 모드의 공진주파수가 나타났다. 이들 단일 tonpilz형 진동소자의 종진동 공진주파수에 대한 conductance 값은 33.5 kHz의 진동소자에서 4.4 ms로서 가장 작았고, 62.2 kHz의 진동소자에서 26.5 ms로서 가장 큰 값을 나타내었다. 또한, head 및 tail mass의 길이가 가장 짧은 66.
6(b1)의 수중에 대한 conductance의 주파수 스펙트럼과 거의 일치하는 경향을 나타내었다. 즉, TVR 값은 Fig. 6의 (a1)과 (b1)에서 길이가 가장 큰 진동소자의 공진주파수(공기 중에서 33.5 kH, 수중에서 32.2 kHz) 부근에서 152.0 dB의 peak 값을 나타낸 후, 그 값은 주파수와 더불어 연속적으로 증가하는 패턴을 나타내었다. 그 후, 42.
17이었다. 한편, -12 dB 대역폭의 하한과 상한 주파수 및 그 TVR 값은 각각 40.2 kHz, 75.5 kHz 및 161.8 dB, 161.7 dB이었고, 이들 값으로부터 산출한 -12 dB의 주파수 대역에 대한 평균 TVR 값은 168.4 dB, 주파수 대역폭은 35.3 kHz, Q 값은 1.64이었다. Fig.
7의 TVR 스펙트럼에서 알 수 있는 바와 같이 70 kHz 부근에서 출현하는 ripple에 기인하여 초래된 것이라 판단된다. 한편, Fig. 11의 40, 50, 60 및 70 kHz의 주파수에 대한 펄스응답특성에서 각 주파수에 대한 응답신호의 전압은 각각 3.62, 8.32, 10.88, 14.88 V 로서, 주파수가 증가함에 따라 그 응답레벨이 증가하는 현상을 나타내었다.
한편, Fig. 6의 수중에 대한 conductance의 주파수 스펙트럼에서 72-77 kHz의 주파수 범위에 출현하는 진동 모드에 대한 TVR 값은 12개의 tonpilz형 진동소자의 합성 종진동 모드에 의한 TVR 값과 비교하여 매우 낮았다. 또한, Fig.
한편, Fig. 7의 최대 TVR 값에 대한 -6 dB과 -12 dB의 주파수 대역에 있어서의 평균 SRT 값을 Fig. 8에서 구한 결과, -6 dB 의 주파수 대역, 즉, 45.2-72.3 kHz 범위에 대한 평균 SRT 값은-198.1 dB이었고, 또한, -12 dB의 주파수 대역, 즉, 40.2-75.5 kHz 범위에 대한 평균 SRT 값은 -196.8 dB이었다.

후속연구

6의 수중에 대한 conductance의 주파수 스펙트럼에서 72-77 kHz의 주파수 범위에 출현하는 진동 모드에 대한 TVR 값은 12개의 tonpilz형 진동소자의 합성 종진동 모드에 의한 TVR 값과 비교하여 매우 낮았다. 또한, Fig. 6의 conductance의 주파수 스펙트럼에서 77-93 kHz 범위에도 152-159dB의 TVR 값을 나타내어 이들 주파수 대역 역시 어로 현장에서 어군의 echo 스펙트럼을 수집하는데 활용 가능할 것으로 판단된다. 특히, 본 연구에서 개발한 다중공진 광대역 초음파 변환기를 chirp 어군탐지기의 송·수파기로 사용하는 경우, Fig.
7에서 알 수 있는 바와 같이 본 연구에서 개발한 다중공진 광대역 초음파 변환기는 30 kHz에서 70 kHz까지의 주파수 범위에 대하여 약 3 kHz 간격으로 12종류의 tonpilz형 진동소자를 3x4 패턴으로 평면 배열하여 제작한 관계로, 이 주파수 범위에 국한되어 강한 다중공진특성을 나타내었다. 특히, 40 kHz 에서부터 75 kHz까지의 주파수 대역에서는 168.9 dB의 비교적 높고 평탄한 TVR 스펙트럼을 나타내고 있기 때문에 본 연구에서 개발한 다중공진 광대역 초음파 변환기는 이들 주파수 범위에서 어종식별을 위한 어군 echo 신호를 수록하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
일반적으로 초음파 변환기는 Q값이 작을수록, 즉, 주파수 대역폭이 넓을수록 송신펄스신호의 전반부에 대한 상승시간(rise time)과 후반부에 대한 하강시간(fall time)이 짧아지는 펄스응답특성을 나타낸다. 특히, 이들 상승과 하강시간을 짧게 하면 어류 echo 신호의 후반부에 긴 꼬리 모양으로 나타나는 ringing 현상이 억제되기 때문에 본 연구에서 개발한 다중공진 광대역 초음파 변환기는 어군탐지기의 식별 분해능을 향상시키는데 크게 기여할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	chirp 어군탐지기에서 사용하는 핵심적인 기술은 무엇들이 있는가?	, 2013). 일반적으로 chirp 어군탐지기에서 사용하는 핵심적인 기술은 크게 두 가지로 요약되는데, 첫 번째는 광대역 전기 펄스신호를 수중음향 펄스신호로 변환하거나, 또는 그 반대의 기능을 수행하는 광대역 초음파 변환기의 개발이고(Hawkins and Gough, 1996; Kachanov and Sokolov, 2007; Chen, 2010; Kachanov et al., 2010; Saijyou and Okuyama, 2010; Saijyou and Okuyama, 2011), 두 번째는 해중의 다양한 어족생물로부터 산란되는 광대역의 초음파 echo 스펙트럼으로부터 목적하는 대상생물의 생물학적 및 음향학적 정보를 추출하기 위한 신호처리기술(Lee and Shin, 2001; Lee and Lee, 2010; Lee and Lee, 2011; Lee, 2011), 즉, 펄스압축 및 신호해석기술이다.
	어업 생산 분야에서 광대역 어군탐지기의 사용이 점차 일반화되고 있는 배경은 무엇인가?	최근의 어군탐지기는 종래의 좁은 주파수 대역만을 사용하던 협대역 시스템으로부터 넓은 주파수 대역을 선택적으로, 또는 동시에 사용하는 광대역 시스템으로 그 사용 목적과 활용 범위가 급속하게 변화하고 있는 추세이다. 이와 같이 어업생산분야에서 광대역 어군탐지기의 사용이 점차 일반화되고 있는 배경에는 2010년대에 들어 미국의 Airmar technology사가 chirp (compressed high-intensity radar pulse) 어군탐지기용 광대역 초음파 변환기를 개발하여 상용화하면서부터 이다(Airmar, 2013). 이를 계기로 세계 여러 나라에서는 다양한 종류의 chirp 어군탐지기용 초음파 변환기를 개발하여 어업 생물학적 및 해양학적 정보를 정량적으로 수집하는데 활용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다(Yao and Bjorno, 1997; Rajapan, 2002; Kim et al.
	40-75 kHz의 주파수 범위에서 동작하는 광대역 초음파 변환기의 설계 및 개발하는 과정에서 다중공진 광대역 초음파 변환기의 시간응답특성과 송신지향 특성은 어떠한 방법으로 측정하였는가?	다중공진 광대역 초음파 변환기의 시간응답특성과 송신지향 특성은 TVR과 동일한 방법으로 측정하였다. 즉, 광대역 초음파 변환기의 사용가능 주파수 대역을 고려하여 40, 50, 60 및 70 kHz의 공진주파수에서 펄스폭 0.4 ms의 tone burst 펄스신호를 발생시킨 후, 이 직접파 신호를 수중청음기로 수신하여 시간응답특성과 송신지향특성을 분석하였다.

참고문헌 (27)

Airmar technology corporation. 2013. Technical data catalog, Milford, NH, USA, 274-325.
Chen YC. 2010. Acoustic transmission line model for ultrasonic transducers for wide-bandwidth application. Acta Mechanica Solida Sinica 23, 124-134.

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Feng F, Shen J and Den J. 2006. A 2D equivalent circuit of piezelectric ceramic ring for transducer design. Ultrasonics 44, 723-726.

상세보기
Hawkins DW and Gough PT. 1996. Multiresonance design of a Tonpilz transducer using the finite element method. IEEE Trans Ultrason Ferroelect Freq Contr 40, 782-789.
Hughes WJ and Zipparo MJ. 1969. Computer modeling of ultrasonic piezoelectric transducers. Technical report TR 96-007, Applied Research Lab, The Pennsylvania State Univ, Pennsylvania, U.S.A., 1-116.
Hughes WJ. 1998. Transducer, underwater acoustic. Encyclopedia of applied physics 22, 67-84.
Ilua A, Carotenuto R and Pappalardo M. 2002. An approximated 3-D model of the Langevin transducer and its experimental validation. J Acoust Soc Am 111, 2675-2680.

상세보기
Kachanov VK and Sokolov IV. 2007. Requirement for choosing the parameters of broadband transducers for testing objects with high damping of ultrasonic signals. Russian J Nondestr Test 43, 743-754. http://dx.doi.org/10.1134/S1061830907110058.

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Kachanov VK, Sokolov IV, Konov MM, Timofeev DV and Sinitsyn AA. 2010. Development of a broadband low-frequency mosaic ultrasonic piezoelectric transducer with a limited aperture. Russian J Nondestr Test 46, 645-650. http://dx.doi.org/10.1134/S1061830910090044.

상세보기
Kara H, Ramesh R, Stevens R and Browen CR. 2003. Porous PZT ceramic for receiving transducers. IEEE Trans Ultrason Ferroelect Freq Contr 50, 289-296.

상세보기
Kim JW, Kim HY and Roh YG. 2013. Design and fabrication of multi-mode wideband Tonpilz transducers. J Acoust Soc Kor 32, 191-198. http://dx.doi.org/10.7776/ASK.2013.32.3.191.

원문보기 상세보기
Lee DJ and Shin HI. 2001. Development of a split beam transducer for measuring fish size distribution. Bull Korean Soc Fish Tech 37, 196-213.
Lee DJ and Lee WS. 2010. Design, fabrication and performance characteristics of a 50kHz Tonpilz type transducer with a half-wavelength diameter. J Kor Soc Fish Tech 46, 173-183. http://dx.doi.org/10.3796/KSFT.2010.46.2.173.

원문보기 상세보기
Lee DJ and Lee WS. 2011. Development of split-beam acoustic transducer for a 50 kHz fish sizing echo sounder. Kor J Fish Aquat Sci 44, 413-422. http://dx.doi.org/10.5657/KFAS.2011.0413.

원문보기 상세보기
Lee DJ. 2011. Estimation of angular location and directivity compensation of split-beam acoustic transducer for a 50 kHz fish sizing echo sounder. Kor J Fish Aquat Sci 44, 423-430. http://dx.doi.org/10.5657/KFAS. 2011.0423.

원문보기 상세보기
Lin S. 1994. The three-dimensional equivalent circuit and natural frequencies of rectangular piezoelectric ceramic resonators. J Acoust Soc Am 96, 1620-1626.

상세보기
Lin S. 2005. Analysis of the sandwich piezoelectric ultrasonic transducer in coupled vibration. J Acoust Soc Am 117, 653-661.

상세보기
Lin S and Hua T. 2008. Study on the sandwich piezoelectric ceramic ultrasonic transducer in thickness vibration. Smart Mater Struct 17, 1-9.
Mancic D. and Radmanovic M. 2002. piezoceramic ring loaded on the face: a three-demensional approach. Electro J Tech Acoust 2, 1-7.
Mancic D and Radmanovic M. 2004. Design of ultrasonic transducers by means of the apparent elasticity method. Working and Living Environmental Protection 2, 293-300.
Mancic D, Radmanovic M, Petrusic Z and Stancic G. 2008. Influence of ultrasonic transducer acoustic impedances and dimensions on its input electrical impedance. Working and Living Environmental Protection 5, 59-72.
Mancic D and Stancic G. 2010. New three-dimensional matrix modes of the ultrasonic sandwich transducers. J Sandwich Struc Mater 12, 63-80. http://dx.doi.org/10.1177/1099636209103511.

상세보기
Radmanovic M and Mancic D. 2004. Design and modeling of the power ultrasonic transducers. MP Interconsulting, Le Locle, Switzerland, 8-161.
Rajapan D. 2002. Performance of a low-frequency, multi-resonant broadband Tonpilz transducer. J Acoust Soc Am 111, 1692-1694.

상세보기
Saijyou K and Okuyama T. 2010. Design optimization of wideband Tonpilz piezoelectric transducer with a bending piezoelectric disk on the radiation surface. J Acoust Soc Am 127, 2836-2846.

상세보기
Saijyou K and Okuyama T. 2011. Estimation of frequency characteristics of the Tonpilz piezoelectric transducer with a bending piezoelectric disk. Applied Acoustics 72, 915-922.

상세보기
Yao Q and Bjorno L. 1997. Broadband Tonpilz underwater acoustic transducers based on multimode optimation. IEEE Trans Ultrason Ferroelect Freq Contr 44, 1060-1066

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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