기존의 공진산란이론에서는 하나의 모드에 대한 부분파 산란장이 주파수에 대하여 급격히 변하는 공진성분과 서서히 변하는 배경성분의 합으로 이루어졌다고 가정하고 적당한 배경성분을 제거하여 공진성분을 추출했다. 최근에 음향학 분야에서 산란 5-함수의 곱셈전개에 근거를 둔 새로운 공진 산란이론이 개발되어 왔다. 산란장이 공진성분과 배경성분 이외에 이들의 상호간섭성분으로 구성되어 있다고 제안한 이 이론은 공진성분의 크기뿐만 아니라 위상스펙트럼을 정확하게 얻게 해 주었다. 전자기파 분야에서는 유전체로 코팅된 도체 구 혹은 원통의 산란문제에 이 이론이 성공적으로 적용되었다. 본 논문에서는 유전체 실린더의 전자기파의 산란문제로 이 이론을 확장하고 수치계산으로 그 유효성을 검증했다.
우리나라 연근해 해역에서 발생하는 적조 현상은 매년 특정 시기에 끊임없이 나타나고, 그 피해액은 해를 거듭해갈 수록 증가하고 있다. 이러한 적조 발생을 조기에 탐지할 수 있는 것만으로도 그 피해는 상당히 줄어들 것이라고 여겨진다. 본 논문에서는 우리나라 연근해 해역에서 발생하는 적조의 우점종 플랑크톤인 Cochlodinium polykrikoides를 탐지하기 위한 방법으로 C. polykrikoides 의 개체수 변화에 따른 후방산란신호를 획득하여 그 상관관계에 관한 실험을 실시하였다. 실험에 사용된 주파수는 5MHz, 10MHz 이고, 적조 주의보와 적조 경보에 해당하는 개체수인 300cell/mL, 1000cell/mL 을 중심으로 개체수를 변화하였다. 필터링 후의 해수와 Cochlodinium 이 있는 해수의 체적산란 패턴 변화뿐만 아니라 Cochlodinium 의 개체수 변화에 따른 산란 패턴의 변화를 볼 수 있었다.
본 논문에서는 천해의 거리 독립환경에서 저주파수 대역의 잔향음 준위를 계산하는 정상모드 잔향음 모델 개발을 제안하였다. 정상모드를 이용하여 음원에서 산란체, 산란체에서 수신기까지의 음파 전달을 계산하였다. 산란 면적에서 상하로 전달되는 음파는 각 모드를 이용하여 고려하였다. 산란함수는 기존에 제시된 해저면 조건을 고려한 람베르트 공식(Lambert's law)과 반사각 부근에서는 Kirchhoff 근사법에 의한 가우시안 형태를 조합하였다. 제안 모델을 검증하기 위해 미국 ONR(Office of Naval Research)이 지원한 제 I회 잔향음 모델링 워크샵(Reverberation Modeling Workshop I, RMW I)의 XI, XV번 문제를 기준으로 상대비교를 수행하였다.
1987년 9월 한국해협에서 수집한 ADCP의 음파산란 신호를 이용하여 음향적으로 동물플랑크톤의 수직적인 분포를 추정하였다. ADCP의 음파산란 자료는 8m 두께의 해수내에 존재하는 산란체에 의한 음파산란 신호로써 이를 근거로 계산한 동물플랑크톤의 개체수는 계절 수온약층이 존재하는 수심 40m 부근을 경계로 하여 하층보다 상층에서 많은 양이 나타남을 보이고 있다. 한편 한국해협 저층의 냉수층에서도 상당량이 존재함을 나타내고 있다. 표층의 개체수 분포는 부산연안에서 많은 양을 보이다가 한국해협 중앙부까지는 거의 일정하며 다시 대마도 부근으로 갈수록 증가함을 볼 수 있다. 이러한 분포양상은 기존의 방법에 의한 분포와 잘 일치함을 보여주고 있다. 따라서 동물플랑크톤의 시공간적 분포 파악을 위해 ADCP를 이용한 음향학적인 접근방법의 가능성을 보여주었다.
초음파 영상의 3차원 구성은 기존의 2차원 영상에서는 얻을 수 없었던 결함의 깊이, 방향성 등의 정보를 획득할 수 있기 때문에 최근에 이에 대한 관심이 고조되고 있다. 본 연구에서는 SAM(Scanning Acoustic Micro-scope)의 각 스펙트럼(angular spectrum) 접근법을 사용하여 물체에서의 3차원 영상 구현 이론에 대해서 연구하였다. 이러한 방법은 초음파 트랜스듀서를 디포커싱 시키면서 얻어진 2차원영상 정보를 이용하여 3차원으로 구성하는 방법이다. 실험에서는 알루미늄 원형 시료를 사용하였고, V(z)이론을 이용하여 산란된 신호에서의 영상을 구현하는 데 초점을 두었다. 모의 실험을 통하여 피사체 중심에 대해서 $70^\circ$ 범위 내에서 반사형 초음파 현미경으로 영상을 얻어낼 수 있음을 확인하였다. 중심주파수가 5MHz이고 대역폭이 $35\%$인 트랜스듀서를 사용하여 원형 시료의 중심부에서의 영상을 얻어내었다
기존의 혈류 속도 측정 방법으로는 인체내에 반사 물질을 투입하는 Fick technique과 electromagnetic flowmeter등을 이용한 invasive method와 Ultrasonic Doppler method에 의한 noninvasive method가 이용되고 있다. 이 방법들은 혈과의 모양이나 혈관에서의 flow velocity profile등에 관한 정확한 정보를 얻을 수 없다. 이와같은 문제점들을 해결하기 위한 혈류속도 측정 방법으로 실험실 조건하에서 인체에서와 유사한 혈류측정 장치를 제작하여, vessel의 표본 체적내의 산란체로부터 후방산란되는 초음파 신호의 correlation을 이용한 Ultrasound Time Domain Correlation (UTDC) technique을 연구하였다. UTDC technique을 이용하여 유속을 측정한 결과, 12% 이하의 정밀도로 평균 유체 유속이 측정되었고, Ultrasonic Doppler method에서 측정할 수 없는 혈과의 모양과 혈관의 각 위치에서의 유속 및 혈관벽에 이물질의 존재여부를 명확히 판단할 수 있었다.
수중에서 기포의 강한 비선형성을 이용하여 기포막상의 두 입사 음파의 상호작용 영역으로부터 산란된 차주파수 성분 음파의 확인과 두 입사 음파의 전파방향으로 차주파수 음파가 분포하고 있음을 관측하였다 본 논문에서는 기포막을 이용하여 두 입사 음파의 상호작용 영역으로부터 산란된 차주파수 성분 음파의 지향특성을 예측할 수 있음을 제시하였다.
The NAH based on the inverse BEM is used to reconstruct the source field, which is advantageous in dealing with the irregular source. In the implementation of this technique, a large number of pressure measurements is required because an over-determined pressure data set is required. These conditions accordingly cause the increase of measurement time and associated effort along with the error due to mal-positioning. The purpose of this study is to reduce such inconveniences: Instead of increasing the number of field pressure data, the number of transfer paths between the source and the receiver is increased by placing rigid scattering body in-between the source and receiver. For validating the usefulness and effectiveness of the method, the numerical analyses of interior problem are demonstrated. As a result, it is thought that the proposed method enables the measurement at smaller number of sensor positions and the monitoring of surface vibration with less experimental effects than before.
본 논문에서는 구형의 수중 구조체에 평면 음향파가 입사될 경우에 발생하는 산란파 음압의 크기와 방향성이 3차원적으로 어떻게 분포되는 지 살펴보고 자 한다. 이를 위한 수치해석적 방법으로 결합형 유한요소-경계요소(FE-BE) 기법을 개발하였다. 이 같은 구형 모델의 수치해석적 결과를 기존의 이론적 해답과 비교하여 본 연구에서 개발한 결합형 FE-BE 기법의 타당성을 검증하였다.
본 논문은 Al/sub x//Ga/sub 1-x//As/Ga/sub y//In/sub l-y//As/GaAs 이종접합 소자의 2차원적 산란율을 해석하였다. 사각 양자 우물의 전자 준위는 슈뢰딩거와 포아송 방정식의 연계풀이에 의해 수치해석 적으로 해석하였다. 수치해석으로 얻어진 파동함수와 에너지 준위를 이용하여 이 구조에서 주요한 2차원 산란율들을 구하였다. 극성광학 포논, 음향 포논, 압전 산란, 이온화된 불순물 산란, 그리고 합금 산란이 첫 번째 두개의 하부 밴드에 대해 고려되었다. 또한 2차원에 대해 구하여진 이 결과는 같은 영역에서의 3차원 산란율과 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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