Optimal Design of Underwater SAW Devices

수중 SAW Device의 최적 설계법

Deeping on purpose, SAW device may have to function while immersed in a liquid. Those who are familiar with SAW devices would anticipate difficulty since the propagating surface waves will tend to radiate energy into the liquid and hence suffer attenuation. Thus, to design an immerable SAW device, more attention and full information about the wave properites is required to overcome the attenuation and get the highest SAW generation eficiency. Though numerical simulation, the optimal geometry of underwater SAW devices, such as optimal piezoelectric crystal cut, SAW propagation direction and nondimensional wave number(ka) is determined to get the maximum SAW excitation efficiency, the minimum attenuation in propagation and pure mode propagation for all the modes of surface wave propagation. The design technique can be appliedto an arbitrary combination of a piezoelectric layer, a substrate and a liquid medium. In this paper, PZT and PVDF layers and a steel substrate are use for the solid medium. The technique can be easily employed for the design of underwater sensors and actuators for the applications, such as sonar marine antifouling, industrial and medical uses.

최근 신호 처리 기기와 센서로서 각광을 받고 있는 SAW Device 는 때론 목적에 따라 수중에서 사용해야 할 때가 있다. 그러나 유체내의 고체 표면을 전파하는 표면파의 경우, 유체내로의 에너지 손실로 인해 설계상에 많은 어려움을 주고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 어려움을 극복할 수 있는 최적 설계법으로서, 컴퓨터 모형해석을 통해 수중에서 압전물질에 의한 표면파의 최대 발진 효율, 최소 전파 감쇄율, 그리고 pure mode 전파를 이룰 수 있는 SAW Device 의 최적 geometry, 즉 초적 압전 결정 평면, 표면과 전파 방향, 그리고 무차원 전파 계수 들을 구하였다. 본 논문에서는 표면파가 전파하는 고체 재료로서 PZT와 PVDF 적층, 그리고 쇠 하부층을 사용하였으나, 이 설계법은 임의의 유체층과 고체층의 조합에도 적용할 수 있다. 동일한 기술은 수중음향 계측기, antifouling, 그리고 산업 및 의료 분야 등에 쓰이는 센서와 발진기의 설계에도 바로 응용할 수 있다.