• 한국수산과학회지
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• 제47권3호
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• pp.302-312
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• 2014

This article describes the design and performance characteristics of a broadband ultrasonic mosaic transducer. We focus on the improved bandwidth in the high frequency band of a previously designed broadband ultrasonic transducer (Lee et al., 2014). The improvement in the pulse-echo bandwidth was achieved by employing twelve $2{\times}2$ element subarrays, operating at different resonance frequencies, and utilizing the mosaic array concept. We found that the -6 dB and -12 dB bandwidths of the newly developed broadband ultrasonic mosaic transducer, were up to 155% and 170% of the previously designed model, with a quality factor of 1.71 and 1.25, respectively. The averaged TVR (transmitting voltage response), SRT (receiving sensitivity), and FOM (figure of merit) values in a nearly flat transmitting response band, from 45 to 105 kHz providing a -12 dB bandwith of 60 kHz, were 163.3 dB (re $1{\mu}Pa/V$ at 1 m), -192.8 dB (re $1V/{\mu}Pa$), and -30.9 dB, respectively.

• 한국수산과학회지
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• 제47권3호
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• pp.292-301
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• 2014

The objective of this study was to design and develop a broadband ultrasonic transducer that has both wide bandwidth and high sensitivity to measure broadband echoes related to identifying fish species. A broadband ultrasonic transducer providing a nearly flat transmitting response band of 40.2-75.5 kHz with a -12 dB bandwidth of 35.3 kHz was achieved by integrating 12 tonpilz transducer elements operating at different resonance frequencies. The average transmitting voltage response, receiving sensitivity, and figure of merit values in this frequency band were 168.4 dB (re $1{\mu}Pa/V$ at 1 m), -196.8 dB (re $1V/{\mu}Pa$), and -28.4 dB, respectively. The results suggest that bandwidth and sensitivity can be widened and improved by adjusting the array pattern and the structure of tonpilz transducer elements.

• 비파괴검사학회지
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• 제37권1호
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• pp.37-43
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• 2017

초음파탐상법을 이용하여 마이크로미터의 크기 작은 결함을 검출하기 위해서는 높은 공진주파수와 큰 분해능의 초음파 변환기가 필요하다. 초음파 변환기의 공진주파수와 분해능은 변환기에 사용된 압전소자의 두께, 후면재 및 탐상 시스템 간의 전기 임피던스 정합과 밀접한 관련이 있으며, 이 중 전기 임피던스 매칭은 초음파 변환기와 초음파탐상 시스템 사이의 서로 다른 입 출력단을 연결하는 과정에서, 두 연결단의 전기적 임피던스 차이에 의한 에너지 반사와 손실을 줄이는 중요한 역할을 한다. 임피던스 정합에서 흔히 많이 사용하는 방법은 LC-정합회로이다. 이러한 LC-정합을 통해 탐상 시스템과 초음파 변환기의 전기 임피던스를 $50{\Omega}$으로 맞추어 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정해 줌으로서 초음파 변환기에서 발생되는 전기신호의 손실을 줄 수 있다. 본 연구에서는 15 MHz의 공진주파수를 가지는 광대역 수침형 초음파 탐촉자를 제작하고 광대역 특성을 갖는 초음파 변환기를 위한 LC 임피던스 정합법을 적용하였다.

• 대한전자공학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.65-71
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• 1984

초음파 B스캔너의 경우 광대역 펄스를 사용하기 때문에 광학에서 사용되는 집속 계산식으로는 초음파 집속 시스템을 정확하게 설계할 수 없다. 본 연구에서는 초음파 다중소자에 광대역 펄스가 여기될 때 초음파의 전파모양을 정확하게 계산할 수 있늘 방법이 연구되었다. 계간된 초음차의 전파 모양을 이용하여 고해상력을 갖는 다이나믹 집속(dynamic focusing)시스템의 구동소자수, 집속치로 지연값 및 집속점 위치등을 설계하도록 하였다. 저잡음 스튀칭 특성을 갖는 다이나믹 집속 시스템을 구성하여 실험에 의해 3.5MHz선형소자로써 18cm의 깊이까지 2∼3mm의 해상도가 얻어짐을 확인하였다.

• 수산해양기술연구
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• 제33권3호
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• pp.183-188
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• 1997

어종의 식별을 위한 음향학적 정보를 추출해 내는 데 활용하기 위한 초음파 변환기를 설계하기 위한 시도의 하나로꺼 전극분할 원반형 압전진동자를 이용하여 공진주파기를 가변시켜 넓은 주파수 대역에 걸쳐 사용할 수 있는 어군탐지기용 송.수파기를 설계하였다. 본 연구에서 설계한 초음파 변환기는 전극분할형 압전진동자의 한쪽 전극에 발전기를 접속하고, 다른 쪽 전국에 2.7~15.0 mH 인덕턴스를 접속하였을 때, 경방향에 대한 공진 주파스는 49.5~ 55.7 kHz의 범위에서 가변시킬 수 있었고, 또한 외부에서 진동자에 인가한 임피던스의 영향에 의해 출현하는 공진주파수에는 61.3~121.7 kHz의 범위에서 가변시킬수 있었다. 그러나, 이들 주파수에 대한 전기음향효율을 고려 할때, 실제로 활용할 수 있는 주파수 범위는 이것보다 훨씬 좁은 폭이 될 것이라 판단된다.

• 한국음향학회지
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• 제27권6호
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• pp.271-278
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• 2008

압전판의 길이나 폭에 따라 두께가 변화하는 압전 세라믹을 사용하여 광대역 특성을 구현하는 초음파 트랜스듀서에 대하여 압전진동자의 측면에서 본 형태에 따른 전기-음향적 특성해석을 이론적으로 수행하였다. 압전진동자의 길이방향에 따른 두께 변화를 지수함수의 조합으로 표현하고 이 함수를 이용하여 압전진동자의 전기단자에서 본 자유 어드미턴스 및 파워전달함수에 대한 식을 도출하였다. 대표적인 PZT압전 세라믹을 예로 들어 압전 진동자의 측면 형태변화에 따른 비 대역폭을 고찰해본 결과 넓은 대역폭를 얻기 위한 최적의 형태가 존재함을 알 수 있었으며, 압전진동자의 최대두께에 대한 최소두께 비가 자아짐에 따라 대역폭은 100%이상까지도 넓어질 수 있으나 파워전달함수는 반대로 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 또 압전진동자의 길이가 길어질수록 전달함수의 크기는 증가하나 광대역 특성을 갖는 압전진동자의 형태는 매우 한정적이 됨을 확인할 수 있었으며 이는 고효율의 광대역 초음파 트렌스듀서 제작에 있어서는 정밀한 가공이 요구됨을 확인할 수 있었다.

• 수산해양기술연구
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• 제34권1호
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• pp.85-95
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• 1998

어종의 식별을 위한 수중음향학적 정보를 수집하는 데 사용하기 위한 광대역 초음파 변환기를 개발할 목적으로 저주파용 Tonpilz형 초음파 변환기를 설계, 제작하고, 이 변환기의 음향 방사면에 $Al_2O_3$와 epoxy 수지를 서로 혼합하여 생성한 복합재료층과 폴리우레탄 수지로서 제작한 음향 정합층을 각각 직렬 접착시킨 복합구조 초음파 변환기의 광대역 주파수 특성에 대하여 분석, 고찰한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) Tonpilz형 transducer (head mass : 알류미늄 / 두께 22.0 mm, tail mass : 황동 / 두께 15.0 mm )의 음향 방사면에 두께 7.0 mm의 $Al_2O_3$와 epoxy 수지로서 생성한 복합재료층의 두께 18.0 mm의 폴리우레탄 수지로서 제작한 정합층을 직열접착한 복합 구조 초음파 변환기의 - 3 dB점에 대한 하한 및 상한 주파수 범위는 35.0~42.3 kHz (${\Delta}f=7.3 kHz)$이었고, 이 주파수 구간에 있어서의 송파전압감도의 최대치는 135.7 dB re $1\;{\mu}Pa/V$ 이었다. 2) Tonpilz형 transducer (head mass : 알류미늄 / 두께 23.0 mm, tail mass : 황동 / 두께 15.0 mm )의 음향 방사면에 두께 11.0 mm의 $Al_2O_3$와 epoxy 수지로서 제작한 복합재료층과 두께 15.8.0 mm의 폴리우레탄 수지로서 제작한 정합층을 직열접착한 복합 구조 초음파 변환기의 - 3 dB점에 대한 하한 및 상한 주파수 범위는 35.5~41.73 kHz (${\Delta}f=6.2 kHz)$이었고, 이 주파수 구간에 있어서의 송파전압감도의 최대치는 136.3 dB re $1\;{\mu}Pa/V$ 이었다. 3) 본 연구에서 시작한 복합구조 초음파 변환기에 chirp 신호(펄스 폭 4 ms, 중심주파수 40 kHz, 대역폭 40 kHz)를 인가하고, 수중방사음역에 있어서의 시간응답특성을 조사한 결과, 그 응답특성은 송신전압감도의 주파수특성과 매우 잘 일치하는 경향을 나타내었다. 이상의 결과로부터 본 연구에서 설계, 제작한 이중정합층을 갖는 복합구조 초음파 변환기는 단순구조의 Tonpilz형 초음파 변환기와 비교하여 비록 송파전압감도에 있어서는 약 5 dB 정도의 음향출력의 손실이 불가피하지만, 그 대신 주파수 대역폭을 약 5 재 정도 확대시킬 수 있는 장점이 있기 때문에 이 넓은 주파수 대역을 효과적으로 활용하면 어종식별을 위한 음향산란신호를 정량적으로 수집 및 평가하는 것이 가능하다고 판단된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제29권6호
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• pp.570-578
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• 2009

Excitation and propagation of guided waves are very complex problems in pipes due to their dispersive nature. Pipes are commonly used in the oil, chemical or nuclear industry and hence must be inspected regularly to ensure continued safe operation. The normal mode expansion(NME) method is given for the amplitude with which any propagating waveguide mode is generated in the pipes by applied surface tractions. Numerical results are calculated based on the NME method using different sources, i.e., non-axisymmetric partial loading and quasi-axisymmetric loading sources. The sum of amplitude coefficients for 0~nineth order of the harmonic modes are calculated based on the NME method and the dispersion curves in pipes. The superimposed total field which is namely the angular profile, varies with propagating distance and circumferential angle. This angular profile of guided waves provides information for setting the transducer position to find defects in pipes.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1987년도 전기.전자공학 학술대회 논문집(II)
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• pp.1252-1255
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• 1987

In this paper an approach for the analysis of the transient field response of radially symmetric transducer due to a wideband ultrasonic pulse is presented, which is based on a development of Green's function and applies the linear system theory to obtain an analytic expression for the impulse response of an annulus with a planar or spherical geometry. For the focused annular array, the impulse responses of the indivisual annuli are convolved with the delayed excitation pulse, and then summed to obtain the resultant response of the array. This process is very effective in the study of the various focusing abilities of the annular array. For illustration, the field distribution of a five element annular array is treated in detail for several focusing system.

• 수산해양기술연구
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• 제34권1호
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• pp.74-84
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• 1998

어종식별을 위한 수중음향학적 정보를 수집하는 데 이용하기 위한 초음파 변환기를 설계하기 위한 시도의 하나로서, 본 연구에서는 우선 수중에서의 전기적인 자유 임피던스가 서로 같고, 이주파간의 주파수 차이를 최소화 시켜 이주파 겸용 및 광대역 송.수파기로서 활용이 가능한 복합구조 초음파 변환기를 설계, 제작하였는 데, 이 변환기의 이중공진 진동특성에 대하여 분석, 고찰한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 기본공진진동을 발생시키기 위해 설계한 Tonpilz형 초음파 변환기의 송파전압감도는 기본공진주파수 36.2 kHz에서 141.4 dB re $1\;\muPa/V$이었고, - 3 dB점에 대한 주파수 대역폭은 1.1 kHz이었으며, 이 변환기의 수중에 대한 전압음향변환효율은 85.2%였다. 2. 복합구조 초음파 변환기의 수중에서의 제1공진점에 대한 공진 및 반공진 주파수는 각각 39.7 kHz, 41.2 kHz이었다. 또한, 제1 및 제2 공진 주파수에 대한 임피던스는 각각 $3.7\;{K\Omega}\;과\;3.3\;{K\Omega}$으로서 거의 유사한 값을 나타내었고, 자유 임피던스 진폭과 위상의 측정치를 양 공진점 부근에서 계산치와 약간의 차이를 나타내었다. 3. 복합구조 초음파 변환기의 송파전압감도는 제1 공진주파수인 34.3 kHz에서 136.5 dB re $1\;\muPa/V$이었고, 제2 공진주파수인 40.4 kHz에서 136.8 dB re $1\;\muPa/V$이었다. 또한, 제1 및 제2 공진 주파수에 대한 - 3 dB 점에서의 주파수 대역폭은 각각 1.2 kHz, 1.1 kHz이었다. 이상의 결과로 부터 본 연구에서 설계, 개발한 복합구조 초음파 변환기는 단순 구조의 Tonpilz형 변환기와 비교하여 비록 송파전압감도에 있어서는 4.9 dB의 손실이 불가피하지만, 그 대신 송파감도가 같은 두 개의 공진주파수를 동시에 이용할 수 있고, 또한 이들 제1일 제2의 공진점에 대한 주파수 간격이 좁으면서도 송파감도의 변동폭이 비교적 작어 어종의 식별정보를 수집하는 데 효과적으로 활용될 수 있을 것이라 판단된다.