본 논문에서는 지향성이 좋고, 대역폭이 넓은 초음파 스피커를 설계, 제작하는 것을 목표로 하였다. 이를 구현하기 위하여 초음파를 발생시키는데 널리 이용되고 있는 압전 세라믹인 PZT를 사용하였다. 먼저 스피커 제작을 위하여 금속진동판의 종류와 크기, 감도, 대역폭등의 최적값을 도출하여 주변고정, 마디지지, 주변지지의 형태로 스피커를 1차로 제작하여 음압을 측정하였고, 큰 음압을 구현하기 위해 동일한 성능을 가지는 마디지지의 스피커를 60개 배열하여 스피커로서 사용을 검증하였다.
도플러 로그용 센서를 이용하여 선박의 속도를 측정하면, 선박의 수평방향 이외의 움직임, 즉 핏칭이나 롤링 등에 의한 측정 속도의 부정확성이 문제가 된다. 본 연구에서는 이러한 핏칭과, 수중이라는 환경요인에 기인하여 다른 속도 측정용 센서들이 가지는 문제점을 극복할 수 있도록 진동판을 수평축에서 일정한 각을 가지도록 두 개 또는 네 개를 등 간격으로 배열한 야누스형 초음파 트랜스듀서를 개발하였다. 트랜스듀서 개발을 위하여 그 작동 구조를 해석하고 그에 따라 시제품을 제작한 후, 실험적인 성능 평가를 수행하였다. 시제작된 초음파 트랜스듀서는 지향성 및 감도가 우수하고, 대역폭이 넓은 성능을 가지고 있어, 실제 선박에 장착되어 도플러 로그용 초음파 트랜스듀서로 사용될 수 있는 가능성이 확인되었다.
파라메트릭 라우드스피커(parametric loudspeaker)는 초음파의 지향성 발생 특성과 발생된 초음파의 비선형 전파 현상을 이용하여 간접적으로 가청음을 발생시키는 기술을 이용한다. 이를 이용하면 소리를 직진 형태로 전파 시킬 수 있기 때문에 원하는 영역에만 음향 신호를 전달할 수 있다. 본 연구에서는 파라메트릭 라우드스피커의 연구 진행 상황을 간략히 살펴보고, 현재 이 분야에서 가장 실용적인 초음파 발생기 방식으로 알려진 압전 필름형 초음파 발생기의 디자인 기술과 이를 적용한 파라메트릭 라우드스피커에 관하여 논한다. 그리고 이러한 스피커 시스템이 실용화되기 위해 해결해야 하는 문제점을 살펴본다.
초음파 변환기의 음향 특성 평가항목으로는 주파수에 따른 출력특성, 입력 전압에 대한 출력의 선형성(방사컨덕턴스), 방사음장의 지향성 및 대칭성 등을 들 수 있다. 평면 주사기법은 교정된 하이드로폰을 이용하여, 초음파 변환기에서 방사된 음파가 형성하는 음장의 분포를 측정하는 기법이다. 본 연구에서는 이들을 측정할 수 있는 장치로 DC servo모터를 장착한 3 축 이송 장치와 가로 400 mm, 세로 800 mm, 높이 400 m를 갖는 수조를 제작하고 제어프로그램을 개발하여 상온의 증류수에 형성된 초음파 음장의 공간 분포를 실험하여, 이론적 예측값과 비교하였다.
This paper describes briefly the effect of ultrasonic fuel supply device on the performance of four stroke cycle gasoline engine. Experiments were carried out to clarify the effect of ultrasonic fuel supply device on the engine output, traveling fuel consumption ratio, exhaust emissions. The results were obtained as follows: 1.Engine output was increased 9-14% in comparison with that of the conventional injector. 2.Travelling fuel consumption ratio was improved 17-29% in comparison with that of the conventional injector. 3. CO, HC exhaust emissions was decreased compared to the value of the conventional injector. 4.Fuel consumption ratio in highway driving test was improved about 10% in comparison with that of the conventional injector.
본 연구는 기체연료레벨 값에 대한 정밀도를 측정하기 위하여 초음파의 음향매칭에 관한 실험적인 분석을 수행한 것이다. 연구 모델은 송신과 수신에너지를 결정시키는 세라믹 어세이 (Ceramic Assay)의 구성요소에 의하여 설계되었다. 실험 장치로는 12V-DC 전원공급장치, Control T1 Board, 오실로스코프 (DSO1072B), 초음파 프로브 그리고 패턴테이블 (Pattern T)able이 사용되었다. 불감지영역에 대한 분석결과 최대피크지점인 2.9V의 시작점을 기준으로 D (0.180m) < E (0.184m) < B (0.204m) < A (0.234m) < F (0.244m) < C (0.247m) 모델 순으로 점차적으로 불감지폭이 증가되는 특성을 확인할 수 있었다. 실험결과로부터 매칭레이어 (Matching Layer)의 치수가 Ø21*3+2t로 설계된 모델에서 가장 우수한 지향성 에너지를 생성할 수 있었다.
최근 우리나라는 사회경제적 발전과 본격적인 고도기술사회로 진입하였다. 그러나, 재난에 대응하는 개인의 능력은 사회의 복접성 증가로 낮아지고 있다. 재난 발생 시 개인이 파악할 수 있는 정보의 한계로, 정확한 상황판단 및 재난대응이 어려워졌다. 지금까지는 일반 스피커를 활용한 재난경보방송을 하였다. 그러나 일반 스피커는 음의 반사에 의한 잔향음, 음의 감쇠현상 등에 의하여 명료한 음의 청취가 어려웠다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 음이 직진하는 특성과 음의 감쇠가 없는 지향성스피커를 활용하여 구난자에게 재난발생 상황 및 피난에 유효한 정보들을 효과적으로 제공할 수 있는 방안에 대하여 제안한다.
Ultrasonic testing uses the directivity of the ultrasonic wave, which propagates in on direction. The directivity is expressed as the relationship between the propagate direction and its sound pressure. The directivity of an ultrasonic wave is related to the choice of probe arrangement, testing sensitivity and scanning pitch and correct measurement of defect size and location. This paper describes on the directivity measurement of ultrasonic wave using the visualization method. The directivity of shear wave emitted from the angle beam transducer were constant during propagation. The difference of directivity was existed between 2 MHz and 4 MHz angle beam transducers. When these experimental results were compared with the theory which was based on the continuous wave, it showed good agreement with theoretical directivity on the principal lobe.
음파의 비선형 현상을 통해 수행되는 파라메트릭 송파 방식을 공기 중에서의 음향 변환기에 적용시키기 위해 비교적 공진 주파수가 낮은 기중 초음파 발생 소자들을 배열시켜 기중 지향성 음원을 제작하였다. 이 송파기를 이용하여 비선형 왜곡이 발생함을 알아보기 위하여 2kHz의 차주파수를 갖도록 37.12kHz와 39.12kHz의 메인 주파수 음파를 신호발생기로부터 인가하고 이를 방사한 후 마이크로폰을 통해 수신하였다. 공기 중에서의 파라메트릭 효과의 확인을 통하여 파라메트릭 송파기에서 방사되는 메인 주파수 음파와 전파 경로 중에서 생성되는 차주파수 음파의 거동을 고찰하고, 실험 결과로부터 기중 파라메트릭 송파기 개발의 가능성을 검토하여 보았다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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