본 연구에서는 고분해능 초음파 영상 획득이 가능한 20 MHz 대역의 의료용 초음파 선형 배열 트랜스듀서를 개발하였다. 먼저 고주파 음파의 전파가 용이한 트랜스듀서의 구조를 고안한 후, 구성소자의 최적치수를 도출하였다. 이후 설계에 따라 트랜스듀서의 제작공정을 개발하고, 트랜스듀서 시편의 제작 및 평가를 수행하였다. 제작된 초음파 트랜스듀서는 중심주파수가 19 MHz이고, 비대역폭이 84.5 %, 감도의 표준편차가 0.74 dB로 측정되었다. 측정 결과는 설계 결과와 잘 일치하였으며, 이에 의해 본 연구에서 개발한 고주파 초음파 트랜스듀서 구조의 타당성을 검증하였다. 개발된 트랜스듀서는 새로운 구조에 의해 기존의 20 MHz 트랜스듀서에 비해 더 넓은 주파수 대역폭과 균일한 감도를 가지는 것으로 확인되었다.
본 논문은 초음파를 이용한 단층촬영(ultrasound computed tomography, UCT)을 위해 사용되는 영상 복원 방식에서 실제 사용되는 초음파 트랜스듀서의 조합에 따른 영항을 다루었다. 촬영 대상의 속도 분포를 구하기 위해서 라돈 변환(radon transform)을 사용하였으며, 음향 임피던스의 영상화를 위하여, 시간지연(delay and sum)방식을 사용하였다. 음향 임피던스 영상의 경우 속도 분포 영상에 의해 보정하여 더 정확한 영상을 복원하였다. 매질의 특성에 따른 감쇠, 굴절 및 반사를 고려한 초음파 시뮬레이터로 128개의 환형 트랜스듀서 어레이를 구현하였으며, 5 MHz의 중심주파수로, 5 cm의 인체조직 영상을 구현하였다. 실제 구현을 위한 최적의 트랜스듀서 조합을 찾기 위해, 점 진원(point source), 평면 트랜스듀서(flat transducer), 집속 트랜스듀서(focused transducer)를 이용해서 속도 분포에 대한 영상과 음향 임피던스 영상을 구현하여 비교하였다. 또한 시뮬레이션 상에서는 송신 및 수신 트랜스듀서가 모두 점 트랜스듀서인 경우가 가장 좋은 결과를 보여주었으나, 실제 구현을 고려하면 송신은 평면 트랜스듀서가 수신은 점 트랜스듀서로 하는 조합이 가장 현실적으로 좋은 결과를 보여준다.
An ultrasonic magnetostrictive transducer-based phased-array system for imaging defects in plate structures is newly proposed. In that most ultrasonic phased array systems rely on piezoelectric transducers or electromagnetic acoustic transducers, this system has its own unique feature of employing magnetostrictive transducers. Interest in using a phased array system using magnetostrictive transducers has been recently reported for pipe inspection but no such system has been developed for plate inspection. In this investigation, we aim to propose a phased array system using OL-MPTs (Omnidirectional Lamb wave Magnetostrictive Patch Transducers) for plate inspection. The developed system consists of a multi-channel function generator, power amplifiers, preamplifiers and a data acquisition unit. In the process of its development, each of the units must be checked and in doing so, we suggest types of ultrasonic wave experiments that should be carried out. Finally, the phased system using a transducer array composed of eight OL-MPTs is newly configured and is applied for actual crack detection experiments.
A simple and low cost stylus profiler made of ferrite cores is developed. The devised profiler consists of a contact probe, a measuring transducer, a signal processing unit, and a motorized stage. The contact probe attached to 4-bar spring maintains sufficient stiffness to protect disturbances. An overlap-area type inductive position sensing system is selected as a measuring transducer, which has high sensitivity, repeatability and linearity. The transducer is composed of coil bundles and ferrite cores which have good electromagnetic characteristics in spite of low cost. The repeatability of the profiler with the proposed inductive sensing system is better than 50nm. Experimental results are shown that the proposed profiler can measure the line or 3D profile of an object with sub-micron features.
This paper describes the flexible force sensor using fiber Bragg grating (FBG) and silicone rubber for the tactile sensation to detect the distributed normal force. The newly designed FBG flexible force has simple structure and can be easily multiplexed with simple wiring compared with the other electric mechanical sensors. We designed the flexible silicone rubber transducer and found the optimum embedding position of FBG in the transducer using the finite element analysis. This flexible force sensor has good performance and is immunity to the electromagnetic field compared with any other kinds of small force sensors for tactile sensation.
Mutual radiation impedance becomes more important in the design and analysis of acoustic transducers for higher power, better beam pattern, and wider bandwidth at low frequency sonar systems. This review paper focused on literature survey about the researches of mutual radiation impedance in the acoustic transducer arrays over 60 years. The papers of mutual radiation impedance were summarized in terms of transducer array structures on various baffle geometries such as planar, cylindrical, spherical, conformal, spheroidal, and elliptic cylindrical arrays. Then the computation schemes of solving conventional quadruple integral in the definition of mutual radiation impedance were surveyed including spatial convolution method, which reduces the quadruple integral to a double integral for efficient computation.
A new method was developed to fabricate 1-3 piezo composite, a part of ultrasonic transducer. PZT rod arrays were made by pressing PZT green sheet with LIGA mold, and were sintered. Its dielectric constant and electro-mechanical coupling coefficient showed 4000 and 55% at 1kHz, respectively. So, PZT rod arrays made by means of this process can be applied to ultrasonic transducer.
Underwater acoustic transducers are widely used for SONAR application, whose important design parameters are shapes, materials, dimensions and supporting structures. Practical design method of transducers consists of manufacturing, experiments and modifications so that It requires much time and expenses. In this study, an analytical method was developed for the Tonpilz type transducers using the commercial finite element analysis code ATILA which can solve the electro-mechanical coupling Problems. A finite element model was established including the transducer elements such as ceramic stack, head mass, tall mass, tensile bolt, and molding layers. The proposed model was verified and modified by comparing the in-air and in-water test results of prototypes. The developed analysis method will be effectively used for the sensitivity analysis of design parameters in transducer design process.
A differential floating mass transducer has been developed in Korea for fully implantable middle ear hearing devices (F-IMEHDs). In particular, the performance of a differential floating mass transducer (DFMT) is very important among the parts of the F-IMEHDs because the mechanical vibration generated by DFMT is delivered to the inner ear directly. In this paper, the electrical model is proposed to analyze the DFMT vibration characteristic using the mechanical model of the DFMT. The electrical model enables the simple analysis of DFMT vibration characteristics using a computer program. The proposed electrical model is simulated through PSpice as changing the values of passive elements in the electrical model. To verify the proposed model, the DFMT has been implemented on the basis of the simulated results and the experiment for vibration measurement has been carried out. Through the comparison, it is verified that the proposed model is useful to analyze the vibration characteristics of the DFMT.
배관설비는 용접이음으로 많은 부분이 구성되어 있으며, 이러한 배관 용접부의 건전성 평가를 위한 초음파 검사 시스템의 자동화 요구가 증대하고 있다. 전자기초음파탐촉자(Electromagnetic Acoustic Transducer; EMAT)는 비접촉 방식으로 초음파를 송 수신할 수 있고 다양한 초음파 모드의 발생이 가능하여 초음파 자동화 시스템 구축에 매우 유용하다. 본 연구에서는 수평횡파(Shear Horizontal wave; SH-wave) EMAT를 적용하여 배관의 용접부에 존재하는 결함의 검출을 수행하였다. 이때 수평횡파의 특정 모드($SH_0$)의 신호해석을 위해 웨이브렛 변환(Wavelet Transform)을 이용한 신호의 시간-주파수 분석을 수행 하였다. 웨이브렛 변환으로 해석된 SH0 모드 주파수의 반사 신호강도가 결함의 길이와 선형적 관계를 나타내어 효과적으로 용접부 결함 검출이 가능하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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