초록 ▼

□연구개요
불균일한 두께를 갖는 압전 진동자는 그 두께 분포에 따라 공진 모드가 분포되므로 목적하는 주파수 대역범위에서의 공진 특성을 얻기 위하여 압전 진동자의 두께 분포를 결정할 수 있다. 진동자의 형상에 따른 특성 변화를 조사하기 위하여 평면 압전진동자의 형상을 가공하여 일면 오목형 압전 진동자를 제작하였고 이를 사용하여 초음파 트랜스듀서를 제작하였다. 제작된 초음파 트랜스듀서의 공진특성 및 방사특성 해석을 위하여 이론적인 해석수단을 도출하고 실험적으로 확인하였다. 그 결과 트랜스듀서의 주파수 대역을 검토한 결과 -6dB

□연구개요
불균일한 두께를 갖는 압전 진동자는 그 두께 분포에 따라 공진 모드가 분포되므로 목적하는 주파수 대역범위에서의 공진 특성을 얻기 위하여 압전 진동자의 두께 분포를 결정할 수 있다. 진동자의 형상에 따른 특성 변화를 조사하기 위하여 평면 압전진동자의 형상을 가공하여 일면 오목형 압전 진동자를 제작하였고 이를 사용하여 초음파 트랜스듀서를 제작하였다. 제작된 초음파 트랜스듀서의 공진특성 및 방사특성 해석을 위하여 이론적인 해석수단을 도출하고 실험적으로 확인하였다. 그 결과 트랜스듀서의 주파수 대역을 검토한 결과 -6dB 대역폭이 구동주파수에 따라 약 65~72%의 비교적 넓은 대역폭을 확인 할 수 있었다. 방사특성을 해석하기 위하여 압전 진동자의 두께에 따른 음원강도를 고려한 음장해석모델을 도출하였다. 이 해석 모델은 구동주파수에 따른 음장분포의 변화를 잘 나타내고 있으며 이는 측정한 결과와 잘 일치함을 확인 하였다.

□연구 목표대비 연구결과
가) 최적화 설계기법 도출
- 전기적인 특성의 해석을 위해 압전 진동자의 전기단자에서 본 전기적 입력 어드미턴스를 계산하고 그 공진 특성의 변화를 고려한 전기-음향 전달함수식을 도출하였다. 이를 이용한 특정 주파수 대역에 있어서 최적화 조건을 만족하는 광대역 초음파 트랜스듀서를 설계하고 그 특성 및 성능예측을 수행한 결과 좋은 일치를 확인하였다.
나) 광대역 초음파 트랜스듀서의 제작 및 특성측정
- 최적 설계된 압전체의 형상을 구현하기 위하여 압전 세라믹을 CNC(Computer Numerical Control) 밀링 머신으로 절삭하여 가공을 수행하였다. AutoCad 및 Cam 프로그램을 이용하여 최적화 과정에서 도출한 압전 세라믹의 두께함수를 표현하여 CNC 밀링에 그 데이터를 입력 하고 전기적인 특성을 확인한 결과 이론 해석한 결과와 일치하는 광대역 특성을 확인 할 수 있었다.
다) 설계변수에 따른 특성변화 확인
- 설계변수에 대한 특성변화를 확인하기 위하여 압전 세라믹의 두께함수 등 주요 설계변수를 바꾸어 가며 그 특성변화를 조사한 결과 형태의 변화에 따라 삽입손실이 넓은 대역폭에 걸쳐 낮은 값을 보였다.

□연구개발결과의 중요성
압전 진동자의 형상을 설계하여 제작된 트랜스듀서는 설계에 따른 음향 특성의 제어가 가능하고, 의료용 진단과 같은 초음파 계측뿐만 아니라 수중 초음파 탐사 등 많은 산업 분야에서 이용 목적에 따른 활용이 가능할 것으로 기대된다.

(출처 : 요 약 문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• I. 불균일한 두께를 갖는 압전 진동자의 등가회로 해석 ... 5
• II. 형상에 따른 압전 진동자의 특성 해석 ... 7
• III. 트랜스듀서의 제작 및 특성 확인 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 21
• 끝페이지 ... 21