미립자 집단 최적화 알고리즘을 이용한 다중모드 수중 음향 압전 트랜스듀서의 등가회로 모델링

Equivalent Circuit Modeling of Multiple Modes Underwater Acoustic Piezoelectric Transducer Using Particle Swarm Optimization Algorithm

본 논문에서는 인접된 다중모드 공진점을 갖는 수중 음향 압전 트랜스듀서의 전기적 등가회로 모델을 추정하는 방법을 제안하였다. 트랜스듀서의 실측된 임피던스와 추정된 등가모델의 임피던스 오차가 최소가 되도록 공진모드간 결합 영향을 고려한 적합도 함수를 제안하고, 미립자 집단 최적화 (PSO:Particle Swarm Optimization) 알고리즘을 이용하여 등가회로의 미지상수를 추정하였다. 3개의 공진점을 갖는 샌드위치형 예제 트랜스듀서에 대하여 제안된 방법을 적용하여 등가회로를 모델링하고, 수중에서의 임피던스 측정치와 추정된 등가모델의 임피던스를 비교함으로써 제안된 기법의 타당성을 검증하였다.

In this paper, an estimation method is presented to determine the equivalent circuit model of an underwater acoustic piezoelectric transducer with multiple resonant modes. A fitness function that includes the coupled resonant effects is proposed to minimize an error between the measured impedance of the transducer and the calculated impedance of the equivalent model. Unknown parameters of the equivalent circuit are estimated by using PSO algorithm. The proposed method is applied to an example transducer of the sandwich type with 3 resonances in the frequency band of interest. The analytical impedance of the estimated equivalent circuit model is compared with the measured impedance of the transducer and the validity of proposed method is verified.