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문제 정의
- 이를 위해 압전 미세 외팔보 구조물과 수중 음향의 상호작용을 고려한 모델링을 다루고 있으며 제시된 두 가지의 압전 미세 외팔보 구조에 대하여 디자인 파라미터의 제시와 이에 따른 응답특성을 유도하였다. 다음에서는 앞서 정립된 해석 기법을 토대로 수중 음향 벡터센서로 활용하기 위한 설계기법에 대해서 논의하고자 한다.
- 본 논문에서 추구하는 압전 미세외팔보는 저주파수 대역에서 그 활용을 목적으로 하고 있다. 따라서 Fig.
- 본 논문에서는 압전 미세 외팔보 구조물을 이용하여 수중 음향 벡터센서가 구현 가능한지를 알아보고자하였다. 이를 위해 압전 미세 외팔보 구조물과 수중 음향의 상호작용을 고려한 모델링을 다루고 있으며 제시된 두 가지의 압전 미세 외팔보 구조에 대하여 디자인 파라미터의 제시와 이에 따른 응답특성을 유도하였다.
- 본 논문에서는 음압에 반응하는 압전 미세 외팔보의 변형에서 이루어지는 에너지 변환의 물리적 모델을 유도하고 이 모델에 입각하여 음향 벡터 센서로 사용가능한 미세 외팔보의 형태와 크기에 대한 조건을 알아보고자 하였다. 외팔보란 한 쪽 끝은 고정되고 다른 쪽 끝은 자유로운 보를 말한다.
- 본 논문에서는 음파에서 기계적 구조물의 변형으로 변환되는 에너지 변환의 물리적 모델을 이론적으로 제시하고 이 모델에 입각하여 수중 음향 벡터센서로 사용가능한 미세 외팔보의 조건을 제시하였다. 초소형 기전기술을 통해 제작 가능한 미세 외팔보 구조물을 가능한 얇고 유연하게 제작하면, 음파의 진행에 영향을 적게 미치며, 이는 미세 구조물의 변위가 음향에 의한 매질 입자의 변위와 거의 같게 된다는 것을 의미한다.
- 본 논문에서는 이러한 연구의 일환으로 저주파수 대역의 우수한 특성, 소형화 및 초경량화의 실현을 기대할 수 있는 감응 센서로서 압전 미세 외팔보를 이용하는 방식을 제안하였고 이를 이론적으로 모델링 하는 방법에 대해 논의하였다. 미세 외팔보를 음향 센서로 이용하는 개념은 인간을 포한한 동물의 귀의 감응 구조에서 그 근원을 찾을 수 있다.
- 본 연구에서는 수중 음향 벡터센서로 미세 외팔보를 활용하기 위해서 매질의 입자속도에 반응하고 이를 측정할 수 있는 시스템을 설계하고자 하였다. 이를 위해서 미세 외팔보와 매질과의 음향학적 관계를 바탕으로 음파에서 기계 구조물의 변형으로 변환되는 에너지 변환의 물리적 모델을 통해 매질의 입자 속도와 미세 외팔보의 처짐 속도가 동일해지기 위한 설계 조건을 규명하고 이를 설계 시 활용하고자 하였다.
- 본 연구에서는 수중 음향 벡터센서로 미세 외팔보를 활용하기 위해서 매질의 입자속도에 반응하고 이를 측정할 수 있는 시스템을 설계하고자 하였다. 이를 위해서 미세 외팔보와 매질과의 음향학적 관계를 바탕으로 음파에서 기계 구조물의 변형으로 변환되는 에너지 변환의 물리적 모델을 통해 매질의 입자 속도와 미세 외팔보의 처짐 속도가 동일해지기 위한 설계 조건을 규명하고 이를 설계 시 활용하고자 하였다. 이를 위해서 Fig.
가설 설정
- 1에서 나타낸 바와 같이 두 매질 사이에 존재하는 유한한 두께를 갖는 매질에 대해서 첫 번째 매질에서 세 번째 매질로의 투과 계수 T에 대해서 중간층의 두께가 얇아질 때의 거동을 살펴보았다. ki를 매질 i에서의 파수, Zj를 매질 j의 특성 임피던스, l을 두 번째 매질의 두께라 하고 두 번째 매질을 미세외팔보라 가정하자. 미세외팔보의 두께가 매우 작다면(k2l≪1), cosk2l≈1 sink2l≈k2l가 성립하고, 첫 번째 매질에서 세 번째 매질로의 압력 투과계수 T는,
- 조화 진동(harmonic oscillation) 형태의 음파가 외팔보를 가진 시키면, 외팔보 끝단에서의 처짐은 조화진동이라 가정할 수 있다. 이를 각각 pi =P0ejωt, x =X0ejωt라 하고 ωr = # 이라 하자.
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