고출력의 초음파는 매질을 진행하면 음향 흐름과 음향 방사힘을 만들어낸다. 공기를 매질로 하는 3차원 공간상에 음향 방사힘을 발생시키면 입체적인 촉감을 형성할 수 있으므로 공간적인 정보를 직접 피부에 촉각으로 전달할 수 있다. 본 논문은 40 kHz의 작은 초음파 송신자 154개를 묶어 오목한 형태로 배열시켜서 초음파를 송신하여 집속초점에서 음향 방사힘을 발생시켰다. 초음파 음장의 초점의 근처에서 음향 방사힘에 의한 촉각을 확인하였다. 촉각 감도를 올리기 위하여 송신 초음파를 60 Hz의 구형파로 진폭 변조를 하였다. 초음파 촉각의 응용으로 음향 방사힘이 형성되는 허공에 촉각이 감지되는 영역을 형성시켜서, 손의 위치를 지정하는 지시자로 사용하였다. 촉각이 감지되는 초점위치에 있는 손의 모양을 영상 입력으로 받아서 손가락의 개수를 기계에 피드백하는 시스템을 구현함으로써 초음파를 이용한 촉각의 유용성을 확인하였다.
본 논문은 초음파 방사힘을 이용하여 음향파워를 측정하는 방법에 대한 이론적 모델을 세우고 이에 대한 이론적 결과를 다루었다. 이를 위해 Kirchhoff approximation 기반으로 강체원뿔표적에 대한 산란모델을 세우고 음향파워를 계산한 후 이를 방사힘으로 환산하였다. 이를 통해 원뿔표적을 사용하는 기존 방법의 정확성 및 측정 한계, 그리고 임의의 경사각의 원뿔표적으로도 측정할 수 있는 음향파워측정에 관한 확장된 이론을 제시하였다. 이를 이용하여 초음파 방사힘을 이용한 음향파워측정 방법의 주파수 및 표적 크기에 대한 의존도도 본 논문에서 제시하였다. 그 결과로 주파수 및 표적 크기를 고려하였을 때 국제표준규격(International Electrotechnical Commission, IEC)에서 제시하는 방법으로 계산한 음향파워값에 추가되어야 할 보정값을 산출하였다.
본 논문에서는 최소의 진동/소음을 가지는 SRM을 설계하기 위하여 고정자와 회전자의 Skew에 따른 단상 6/6 SRM의 소음/진동 특성을 비교, 분석하였다. SRM(Switched Reluctance Motor)에 발생하는 소음/진동의 주 원인은 모터 구동 시 Yoke 에 발생하는 방사방향 힘의 변화라고 할 수 있다. Yoke에 작용하는 힘은 돌극이 위치한 곳에 집중되므로 더욱 큰 진동을 유발하지만 회전자와 고정자에 동일한 Skew를 적용시키면 힘을 받는 Yoke의 면적은 늘어나게 되고, 따라서 방사방향의 힘을 요크 전체로 분산 시킬 수 있다. 이에 따라 스위치 온, 오프시 요크에 인가되는 방사방향의 힘의 최대치는 감소하게 되어 진동/소음이 현저히 줄어들게 된다. 본 논문에서는 최소의 진동/소음을 가지는 SRM을 설계하기 위하여 시뮬레이션을 통하여 회전자와 고정자의 스큐 각도에 따른 힘의 분포를 분석하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 하여 대표적인 특성을 가진 $0^{\circ}$, $18^{\circ}$의 SRM을 설계하여 소음/진동을 측정한 결과 제안한 방식이 소음/진동을 현저하게 감소시키는 효과를 가짐을 입증하였다.
정전방사란 고분자 용융체 또는 고분자 용액에 전기적인 힘을 이용하여 나노크기의 직경을 가지는 섬유를 제조하는 공정이다. 정전방사에서는 전기적인 힘을 이용하여 기존의 건식 및 습식 방사기술로서 섬유화가 어려웠던 재료들을 간단한 방법으로 섬유화 시킬 수 있으며, 매우 적은 양으로 방사가 불가능했던 재료들에 대해서도 방사가 가능하며, 부직포 형태로 제조된다는 특징이 있다. 본 연구에서는 PVdF계 공중합체 폴리머로서 PVdF-HFP 공중합체를 아세톤 용매에 다양한 농도로 용해시켜 고분자 용액을 제조한 후, 정전방사에 의한 나노크기의 직경의 섬유를 제조하는 방사조건을 고찰하였다. (중략)
본 연구에서는 소형 물체가 음파 정상파의 압력 마디 부근에 소형 물체가 부양하는 정상파 음파 공중부양(standing wave acoustic levitation) 현상에 대해 베르누이 원리를 이용하여 부양의 원인이 되는 음향 방사힘(acoustic radiation force)의 근원과 개형을 기존에 알려진 진동자에서 떨어진 거리에 따른 음향 방사힘의 그래프와 비교함을 통해 개념적으로 설명했다. 이러한 설명을 뒷받침하는 일련의 실험들을 BLT(Bolt-clamped Langevin Type) 초음파 진동자를 이용해서 수행하여, 물체들이 공기의 압력 마디 부근에 부양하고 있음을 확인했고, 물체가 부양하고 있는 상태에서 정상파가 형성되는 조건임을 확인했다. 더불어, 정상파 음파 공중부양 현상에서 부양하는 물체들이 수직하게 일렬로 정렬하는 현상 역시 설명할 수 있었다.
초음파 변환기의 방사 컨덕턴스를 결정하기 위해서는 변환기로부터 방사된 음향파워와 입력전압의 정밀측정을 요구하게 된다. 음\ulcorner파워는 초음파를 거의 완전 반사시킬 수 있는 표적을 사용하여 변환기로부터 방사된 음압에 의해 표적에 가해진 힘을 수동맞저울과 레이저 간섭계로 측정하여 구하였으며, 입력전압을 열 변환기와 전압계를 한 시스템으로 하여 정밀 측정하였다. 방사 컨덕턴스의 최대 측정오차는 $\pm$4% 이내로 평가되었다.
전기방사(Electro-spinning)는 기존의 방사방법과는 달리 전기장의 힘을 이용하여 방사하는 방법으로 고분자용액의 적용범위가 넓고, 저렴하고 간단한 공정을 통하여, 나노크기의 섬유를 제조할 수 있는 장점이 있다. 목재 펄프를 아민옥시드계 용제의 하나인 NMMO(N-methyl-morpholine-N-oxide)에 용해시켜 습식 방사를 통하여 섬유를 제조한다. (중략)
초음파 진단장치의 음향출력 특성은 전기음향 변환 장치인 배열 탐침자의 성능에 크게 영향을 받으며, 생물학적안전 측면에서 매우 중요하다. 본 논문에서는 초음파 진단장치용 배열 탐침자로부터 방사되는 음향파워를 소자별로 측정할 수 있는 자동화 시스템을 구성하였으며, 곡선형 탐침자의 경우 각 소자의 지향성이 측정에 미치는 영향을 확인하고 이를 보정하는 기법을 개발하였다. 선형, 위상형, 곡선형 배열 탐침자를 대상으로 음향파워 측정결과, 본 논문에서 제시하는 측정기법은 배열 탐침자의 음향파워 특성을 평가하는데 적합함을 확인하였다.
다운엔더 개념설계요건 설정을 위해서 PWR $16{\times}16$ SF집합체 제원을 분석하였다. 또한 수직에서 수평으로 전환될 때 충격량을 최소화하기 위해서 모의집합체 충격실험을 수행하였다. 그 결과 수직에서 수평으로 회전되는 각속도(30초/$90^{\circ}$)를 고려할 때 평균값은 약 0.1 g, 최대 약 0.3 g 정도가 되어 거의 충격을 받지 않음을 알 수 있다. 주요 설계요건으로 그리이드(grid)에 가해지는 수평클램프(clamp) 힘은 240kg, 하부노즐에 가해지는 수직클램프 힘은 900kg 이내로 하였다. 다운엔더의 개념설계를 위해서 기구학적 특성을 반영하였고, 전환시간을 30초/$90^{\circ}$로 하였다. 원격 유지 보수성을 향상하기 위하여 Solid Works 프로그램 툴(tool)을 이용하여 5개의 주요 모듈을 구성하였고, SF 집합체 다운엔더 개념을 3D로 설계하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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