Improving Wave Propagation Performance of an Ultrasonic Waveguide for Heat Isolation

This paper is concerned with protecting piezoelectric transducers used in an ultrasonic flowmeter from the high temperature of hot fluid in a pipe by using a waveguide and with improving the propagation of ultrasonic longitudinal vibration in the waveguide. Waveguide material has been chosen for efficient insulation of heat transferred in the waveguide, and the minimum length of the waveguide for protecting piezoelectric transducer has been estimated. Forced response of the longitudinal vibration in a uniform circular rod has been obtained and the length of the waveguide has been selected for maximum amplitude. Longitudinal vibration response of a conically-tapered rod excited at a natural frequency has been obtained to confirm that wave motion is amplified as the cross-sectional size of the waveguide decreases along the axial direction. The fact that dispersion of a pulse wave in a waveguide is reduced as the cross-sectional radius is decreased has been examined theoretically and confirmed experimentally by using a single-rod waveguide. A bundle-type waveguide has proven to be a practical one through the evaluation of the wave propagation performance.

열 차단용 초음파 도파관의 전파성능 향상 연구

압전 변환기를 사용하는 초음파유량계에서 고온의 유체로부터 압전 변환기를 보호하기 위하여 도파관을 사용하면서 종진동 초음파 전파성능을 향상시키기 위한 연구를 하였다. 도파관을 따라 전달되는 열을 효율적으로 차단하는 도파관 재질을 선정하였고, 압전 변환기를 보호할 수 있는 도파관의 최소 길이를 파악하였다. 균일한 원형 봉의 종진동 가진 응답을 구하여 진폭을 최대로 하는 도파관 길이를 선정하였다. 원추형 테이퍼 봉의 가진 응답을 구하여 도파관의 단면 크기가 길이방향으로 작은 쪽에서 파동이 증폭됨을 확인하였다. 균일한 도파관에서 단면 반지름이 작을수록 펄스 파 분산이 줄어듬을 파악하고, 단일 봉 도파관을 사용한 실험으로 이를 입증하였다. 실용적 도파관으로서 철심 조합형 도파관을 제시하고 제작과 평가를 통하여 파동 전파의 우수성을 확인하였다.