초음파 시스템은 진단 영상뿐만 아니라 초음파 수술과 같이 초음파를 사용하여 특정 세포를 제거하거나, 또는 일반적인 수술을 위한 가이드 영상을 제공하는 등 그 활용이 증가되고 있다. 반면, 기존 초음파 시스템은 크기가 커서 클리닉 센터나 종합병원 등에서 이동성 및 공간 효율성이 낮고 환자에 관한 주치의들의 진단 활동 반경이 매우 제한적이라는 불편함을 초래한다. 본 논문은 서버 클라이언트 기반의 무선 초음파 진단 시스템에서 프루브가 수신한 초음파 반사 신호를 무선으로 실시간 전송하기 위해서 압축센싱과 산술 부호의 연접을 통한 손실 압축 알고리즘을 제안한다.
이 연구에서는 초음파 주사검층(borehole acoustic scanner)으로 얻어진 반사파의 에너지 및 도달시간 자료를 이용하여 연속적인 암반의 강도를 평가함으로써 지반의 안정성 조사나 대형 구조물의 설계 및 시공 대책을 위한 지반 정보를 제공하고자 한다. 배합비가 다른 모르타르와 콘크리트 시료와 여러 암종의 암석에 대한 실내 물성 시험을 통해 탄성파 속도, 밀도 및 일축압축강도를 측정하고, 동일한 시료에 대하여 초음파 주사검층을 실시하여 반사파의 에너지 및 도달시간 자료를 획득한 후, 실내 물성 시험 결과와 초음파 주사검층 결과를 비교 분석함으로써 초음파 주사검층의 반사파 에너지를 이용한 암반강도 평가의 정량화 가능성을 확인하였다.
본 연구는 강력한 초음파 음계를 형성시키는 것을 목적으로한 반사형 초음파 집속기에 관한 것이다. 이 집속기는 초음파반사의 임계각이 일어난 점을 경계로 하는 전반사가 일어나는 반사면만을 이용한 회전 기물체로 구성하였다. 그리고 초음파를 발생한 변환기의 형태에 따라 평판형 변환기에 적용되는 내측면 반사체와 원간형 변환기에 운용된 외측면 반사체의 2종으로 구분하여 집속기를 설계제작하고 측정하였다. 이 반사형 집속기는 plastics lens에 의한 투과형 집속기에 비하여 여러가지 장점을 갖이고 있다. 즉 재질에 유리나 금속을 사용하므로 높은 온도의 매체중은 물론 강력한 음계내에서 적용도가 크고 또 전반사를 이용하므로 집속효율이 커서 강력한 초음파 음계를 필요로 한 공업용 초음파 집속기로 이용될 것으로 사료된다.
고체-고체 접촉계면의 특성을 평가하기 위하여 초음파 수직 입사에 의한 반사 투과법이 주로 이용되어왔다. 하지만 수직입사방법은 용접부 검사와 같은 현장적용에 한계가 있는 단점이 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 방법으로 초음파 경사입사법이 대안이 될 수 있다. 그러나 경사입사법의 경우, 초음파의 모드변환이 발생하고 수신신호는 접촉면의 수직 계면강성뿐만 아니라 수평 계면강성의 영향을 받으므로 이를 고려한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 경사입사에 따른 접촉계면에서의 초음파 반사와 투과특성에 대한 이론적 모델을 제안하였다. 그리고 경사입사에 대한 초음파 반사율 및 2 차 고조파 측정실험 결과 이론적 예측과 잘 일치함을 확인하였다. 결과적으로 경사입사법은 접촉계면 특성평가를 위한 효과적인 기법이라 할 수 있다.
50KHz, 200KHz용 과학어군탐지기로서 한국연안에서 많이 어획되고 있는 숭어 Mugil cephalus, 쥐노래미 Hexagrammos otakii, 도다리 Pleuronichthys cornutus의 자원량을 추정할 때 보다 정밀하게 추정할 수 있는 기초자료를 제공하기 위하여 이들 어류에 대한 체장별, 체중별, 어체의 자세별 초음파 반사특성에 대하여 실험한 결과는 다음과 같다. 1. 숭어, 쥐노래미, 도다리의 초음파 반사특성은 대체로 이들 어체의 등방향 60$^{\circ}$~120$^{\circ}$사이가 가장 큰 경향을 나타내었고, 200KHz가 50KHz보다 예리한 특성을 나타내었다. 2. 50KHz 주파수에서의 초음파 반사강도는 어체의 자세가 Rolling 방향일 때가 Pitching 방향일 때 보다 다소 높은 경향을 나타내었으며, 도다리, 쥐노래미, 숭어의 전장별, 체중별 초음파 반사강도의 변환계수 A, B는 각각 -66.8dB, -69.8dB, -70.9dB, -54.1dB, -56.8dB, -57.1dB이였다. 3. 200KHz 주파수에서의 초음파 반사강도는 어체의 자세가 Pitching 방향일 때가 Rolling 방향보다 다소 높은 경향을 나타내었으며, 도다리, 쥐노래미, 숭어의 전장별, 체중별, 초음파 반사강도의 변환계수 A, B는 각각 -71.6dB, -71.9dB, -74.1dB, -58.8dB, -60.2dB이였다. 4. 어체의 부위에 따른 초음파 반사강도는 도다리와 숭어의 경우 등방향을 중심으로 $\pm$15$^{\circ}$범위가 가장 높은 경향을 나타내었고 쥐노래미의 경우 $\pm$30$^{\circ}$범위가 가장 높게 나타났다.
초음파를 이용하여 가축의 생체 상태에서 도체형질을 추정하기 위한 연구가 50년대부터 시작되었다. 초기에는 초음파 반사파를 진폭으로 표시하는 방식인 A-mode(Amplitude-mode)를 이용하여 가축의 등지방두께 및 등심두께를 측정하였으며, 60년대부터 반사파의 강약을 명암으로 나타내는 B-mode (Brightness-mode) 방식으로 두께 및 면적을 측정하였다. 일본에서는 70년대 후반부터 등심 내 지방교잡을 조사하기 위한 연구가 활발하게 진행되었으나 미국, 유럽 등에서는 최근에서야 비로소 marbling 추정을 위한 연구가 시도되고 있다. 우리나라에서는 90년대 초부터 한우의 경쟁력을 높이기 위하여 육질향상에 중점을 두고 종모우의 조기 선발과 적정한 출하시기 판정에 초음파를 적용시키기 위한 연구가 여러 연구기관 및 학계에서 시도되었으나 인체에서 임신진단용으로 이용되거나 외국의 육우에 사용하던 기종을 한우에 적용시킴으로서 육질능력을 판정하는데 기계의 정확도가 많이 떨어지고 있는 실정이다.
본 논문에서는 금속내부에 존재하는 결함의 다양한 형태로부터 반사된 초음파 신호를 디지탈 신호처리에 의하여 특징추출하는 방법을 연구분석하였다. 다양한 형태의 결함으로부터 반사된 초음파 신호는 잡음 등의 영향으로 그 특징의 구별이 애매하므로 자기 회기법(auto-regressive)을 이용한 위너 필터링(Wiener filtering)과 최소 절대치 노름(least-absolute-values norm) 기법을 사용하여 신호의 특징을 추출하고 상호 비교분석하였다. 실험에서는 알루미늄 시편에 평면결함, 사각결함, 원형결함의 세가지 결함형태를 제작하였으며, 초음파를 입사하고 펄스-에코 방법에 의하여 반사신호를 측정하였다. 반사신호의 디지탈 신호처리 결과, 이러한 특징추출방법은 다양한 형태의 결함으로부터 반사된 신호를 효율적으로 분류 할 수 있었다.
세굴을 일으키는 주요 원인은 와류의 작용에 의해서라고 알려져 있다. 와류를 일으키는 인자에는 흐름조건, 흐름의 변화, 하상재료, 그리고 교각의 형상 등이 있다. 그러나 세굴현상은 이들 인자 외에도 다른 원인들과 함께 복합적인 형태로 나타나기 때문에 수리 및 수치모형실험으로는 정확한 세굴을 규명하기 힘들다. 최근 국내에서는 보다 정확한 세굴을 관찰하기 위해 실시간 세굴모니터링이 이루어지고 있다. 이에 맞추어 실시간 세굴모니터링을 위해 초음파 세굴심 측정 센서가 개발되었는데, 이 센서는 수공구조물에 설치할 수 있어 평수 시뿐만 아니라 홍수 시에도 세굴의 변화를 관찰할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 이 센서에 사용된 초음파는 반사면에 따라 반사파의 특성이 달라지는 성질을 갖고 있다. 본 연구에서는 이러한 초음파의 성질에 착안하여 초음파 세굴심센서를 이용한 하상재료 판단에 대한 실내실험을 실시하였다. 주로 하상에서 접할 수 있는 입자를 선정하여 실험을 실시하고 실험으로부터 획득된 초음파의 반사파자료를 이용하여 각 시료를 분류할 수 있는 정량적 근거를 제시하였다. 그리고 이 자료의 현장적용성을 검토하기 위하여 현장의 자료와 비교 및 분석하였다.
이종재 마찰용접재 강도특성과 초음파 반사계수와의 상관성에 관하여 실험적으로 연구한 결과의 요약은 다음과 같다. 1. 이종재 마찰용접 이음면에서의 초음파 반사계수를 펄스반사법에 의하여 측정산출할 수 있다. 2. 5MHz의 비교적 낮은 주파수의 탐촉자를 사용하므로써 시험편의 표면가공 오차를 무시할 수 있다. 3. 알루미늄과 스테인레스의 마찰용접에서는 용접조건으로 마찰가열시간이나 가열압력을 변수로 하였을 때보다 업셋가압력을 변수로 하였을 때 반사계수의 변화가 뚜렷하다. 4. 업셋가압력을 변수로 한 용접조건과 반사계수사이에는 선형적 상관관계가 있다. 5. 용접이음면에서의 이음인장강도와 반사계수와의 상관관계식을 정량적으로 도출할 수 있다. 6. 초음파 반사계수에 의해 이종재 마찰용접 품질의 비파괴적 평가가 가능하다
이종재 마찰용접재 강도특성과 초음파 반사계수와의 상관성에 관하여 실험적으로 연구한 결과의 요약은 다음과 같다. 1. 이종재 마찰용접 이음면에서의 초음파 반사계수를 펄스반사법에 의하여 측정산출할 수 있다. 2. 5MHz의 비교적 낮은 주파수의 탐촉자를 사용하므로써 시험편의 표면가공 오차를 무시할 수 있다. 3. 알루미늄과 스테인레스의 마찰용접에서는 용접조건으로 마찰가열시간이나 가열압력을 변수로 하였을 때보다 업셋가압력을 변수로 하였을 때 반사계수의 변화가 뚜렷하다. 4. 업셋가압력을 변수로 한 용접조건과 반사계수사이에는 선형적 상관관계가 있다. 5. 용접이음면에서의 이음인장강도와 반사계수와의 상관관계식을 정량적으로 도출할 수 있다. 6. 초음파 반사계수에 의해 이종재 마찰용접 품질의 비파괴적 평가가 가능하다
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[게시일 2004년 10월 1일]
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