• 센서학회지
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• 제29권1호
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• pp.33-39
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• 2020

Typically, photoacoustic images are obtained in water or gelatin because the impedance of these mediums is similar to that of the human body. However, these acoustic mediums can have an additional mass effect that changes the resonance frequency of the transducer. The acoustic radiation impedance in air is negligible because it is very small compared to that of the transducer. However, the high acoustic impedance of mediums such as the human body and water is quite large compared to that of air, making it difficult to ignore. Specifically, in a case where the equivalent mass is very small, such as with a micro-machined ultrasound transducer, the additional mass effects of the acoustic medium should be considered for an accurate resonance frequency design. In this study, a piezoelectric micro-machined ultrasonic transducer (pMUT) was designed to have a resonance frequency of 10 MHz in the acoustic medium of water, which has similar impedance as the human body. At that time, the resonance frequency of the pMUT in air was calculated at 15.2 MHz. When measuring the center displacement of the manufactured pMUT using a laser vibrometer, the resonance frequencies were measured as 14.3-15.1 MHz, which is consistent with the finite element method (FEM) simulation results. Finally, photoacoustic images of human hair samples were successfully obtained using the fabricated pMUT.

• 지질공학
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• 제6권2호
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• pp.53-58
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• 1996

암석 시료의 파괴시에 발생하는 AE신호를 측정하여 파괴와 관련된 미세균열의 발생원에 대한 연구를 위하여서는 탐촉자에서 기록장치까지 전과정에 대한 검증이 필요하다. 특히 탐촉자는 기계적인 진동을 전기신호로 전환하는 기능을 가진 예민한 장치로서 다양한 인자에 의하여 예민도가 달라질 수 있기 때문에 보정시험을 실리하여야 한다. 압전 압력형 PAC 탐촉자를 NBS나 DG의 변위형 탐촉자에 의하여 보정하는 시험을 실시하였다. NBS 및 PAC탐촉자는 파의 입사방위각에는 무관하나 입사각에는 예민하게 반응한다. 즉, 입사각이 $90^{\circ}$ 일 때에는 입사각 $15^{\circ}$ 이하 일 때보다 약 10배의 큰 출력을 나타내었다. 또한, 시험에 사용된 PAC 탐촉자가의 경우 강도에 대한 개별 예민도의 차이가 최대 약 40%이었다. 압력형 PAC 탐촉자는 변위형 표준탐촉자로 절대치 보정시험을 실시한 결과 보정계수는 평균 77mv/pm이었다.

• 전기학회논문지
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• 제62권6호
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• pp.833-839
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• 2013

Cardiopulmonary resuscitation (CPR) is performed by thoracic compression and artificial ventilation for the patient under emergent situation to maintain at least the minimum level of respiration and blood circulation for life survival. Good quality CPR requires monitoring respiration, however, traditional respiratory air flow transducers cannot be used because the transducer elements are facing the whole area perpendicular to the flow axis. The present study developed a new air flow transducer conveniently applicable to CPR. Specially designed "sensing rod" samples the air velocity at 3 different locations of the flow cross-section, then transforms into average dynamic pressure by the Bernoulli's law. The symmetric structure of the sensing holes of the sensing rod enables bi-directional measurement simply by taking the difference in pressure by a commercial differential pressure transducer. Both inspiratory and expiratory flows were obtained with symmetric measurement characteristics. Quadratic curve fitting provided excellent calibration formula with a correlation coefficient>0.999 (P<0.0001) and the mean relative error<1%. The present results can be usefully applied to accurately monitor the air flow rate during CPR.

• 한국음향학회지
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• 제34권4호
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• pp.264-273
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• 2015

본 논문에서는 의료용 초음파 트랜스듀서의 방사 빔 형상의 개선에 관하여 연구하였다. 빔 형상의 개선을 위하여 분할전극과 다초점 렌즈를 포함하는 새로운 트랜스듀서 구조를 고안하였다. 먼저 선형 음원에 대해 유한요소 해석을 통해 빔 형상을 분석한 후, 부엽의 크기, 집속구간 및 빔폭 등의 성능들을 동시에 고려하여 고안된 구조의 최적설계를 수행하였다. 이때 집속구간과 최소 빔폭의 비율을 성능지수로 사용하여 고안된 구조의 최적치수를 도출하였다. 그 결과 부엽의 크기가 -20.2 dB로 작고, 최소 빔폭이 2.04 mm이고 깊이 30 mm부터 160 mm까지 좁고 일정한 빔폭을 가지도록 빔 형상이 개선되었다. 나아가, 고안된 구조를 가지도록 트랜스듀서 시편을 제작하고 빔 패턴을 측정하여 해석 결과와 비교함으로써, 고안된 트랜스듀서 구조의 타당성을 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.944-951
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• 2011

본 논문은 ADCP 계측기기 부근에서 음향학적인 그리고 ADCP 계기로 인해 발생하는 흐름의 교란에 기인한 속도 오차에 대한 원인들을 실험 및 수치모의를 통해 고찰한다. 실험실에서의 연구는 선박에 탑재되지 않은 독립된 ADCP에 대해 수행하였고, 수평 및 수직면에서 ADCP에 의해 유발되는 흐름 교란은 ADV를 이용하여 관측하였다. 그리고 ADCP와 ADV의 동시적 측정이 ADCP계측에 있어 추가적인 계측기기 부근의 영향들을 고려하기 위해 수행되었다. 수치모의는 ADCP가 선박에 탑재되었을 때 ADCP 계기 부근에 발생하는 잠재적인 오차에 대해 연구하기 위해 설계되었다. 수치해석 기법 사용된 LES (Large Eddy Simulation)는 선박에 탑재된 ADCP에 작용하는 항력과 계기와 선박의 막음효과에 의해 발생하는 흐름의 교란의 크기와 범위를 모의하였다. 결과로 ADCP에 의해 관측된 속도는 계측기기 하단의 제한된 범위 내에서 일정 정도 오차를 보였고 교란되지 않은 하천의 흐름 조건에 따라 오차가 실질적으로 다르게 나타났다.

• 센서학회지
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• 제18권5호
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• pp.377-384
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• 2009

The ultrasonic hyperthermia for oncology has been developed and studied. The HIFU(high intensity focused ultrasound) is the most recent method to treat the tumor by using ultrasound. In this study, an insertion-type transducer for treating a prostate cancer, which can focus the ultrasonic beam mechanically and electrically, was designed and developed. The developed transducer was composed of three arrays, and each array has 32 elements. For the purpose of the mechanical focusing, both side arrays are slanted to the center array by $15^{\circ}$. With this structure, NFL(near field length) was set up as 30 mm. The PZT-4 and two matching layers were used, and the backing layer was excepted to prevent energy losses. The acoustic field analysis and the heating test were performed to evaluate the performance of developed transducer. The shape of an acoustic field, peak pressure, and acoustic pressure distribution were compared with numerical simulation. The NFL was 32 mm, the beam width was 5 mm, focal area was $40\;mm^2$, and peak pressure was 5.5 MPa. With heating by using developed transducer, the temperature increased up to $33^{\circ}C$ at focal zone. As a result of this study, the usefulness of suggested transducer for prostate cancer hyperthermia was confirmed by the acoustic field analysis and the heating test with TMM(tissue mimicking) phantom.

• 한국해양공학회지
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• 제22권2호
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• pp.65-71
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• 2008

Recently, many researches in relation to data transmission with faster speed and greater volume, many researches have been carried out on sonar systems for underwater communication. According to these researches, an acoustic transducer for underwater communication requires wide bandwidth properties. In domestic researches for underwater communication sonar, an operating frequency in the range of $20{\sim}40\;kHz$ is used. In this paper, we propose anon-resonance type acoustic transducer for underwater communication. The TVR (transmitting voltage response) characteristics increased linearly as the frequency increased, and the RVS (receiving voltage sensitivity) characteristics were constant as the frequency increased. Traditional techniques for wide bandwidth transducershave a limit and a transmission loss difference at lower and higher frequency operating ranges. In this paper, the new transducer proposed decreased the transmission loss under some conditions. It was optimized with the FE analysis tool (ATILA) and evaluated using the TVR and the RVS characteristics in the range of $10{\sim}90\;kHz$. The value of TVR was 138 dB at 20 kHz and 148 dB at 40 kHz, and the differences was 12 dB. The value of RVS was $195{\pm}2\;dB$ and nearly constant. From theseresults, it is certain that the developed transducers can be used for an underwater communication network in the 1.3 km range with both a 20 kHz bandwidth and 30 kHz center frequency.

• 한국음향학회지
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• 제28권5호
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• pp.416-423
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• 2009

16개 압전요소로 구성된 3 MHz의 선형 위상차배열 초음파 트랜스듀서를 대상으로, 모든 압전요소가 정상일 때와 임의의 요소 하나가 결함으로 인해 동작하지 않을 때의 음장을 이론적으로 시뮬레이션하고, 슈리렌법에 따라 구축한 음장가시화장치를 이용하여 실험적으로 측정하였다. 조향각 $0^{\circ}$와 $30^{\circ}$일 때 각각에 대한 시뮬레이션의 결과, 임의의 압전요소가 결함으로 인해 동작하지 않을 때의 음장은 모든 요소가 정상적으로 동작할 때의 음장에 비해 부엽 패턴이 크게 다르게 나타나며, 그 형태는 가시화에 의한 측정결과와 잘 일치하였다. 따라서, 가시화 장치에 의해 측정된 2차원 음장에서의 부엽패턴을 시뮬레이션 결과와 비교 분석함으로써 선형 위상차배열 초음파 트랜스듀서의 결함요소 검출이 가능함을 알았다.

• 한국음향학회지
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• 제28권6호
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• pp.491-498
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• 2009

본 논문에서는 수중 음향 압전 트랜스듀서의 고효율, 정전력 구동이 가능하도록 절연 트랜스포머와 체비셰프 필터함수를 이용한 임피던스 정합회로 설계 방안을 제안하였다. 제안된 정합회로는 진동과 무관한 트랜스듀서의 리액턴스 성분을 최소화하고 넓은 동작주파수 범위에서 평탄한 출력 전력 특성을 갖도록 설계되었다. 체비세프 필터함수를 표준 원함수로하는 저역통과 필터를 단종단 제자형 회로로 설계하고 대역통과 주파수변환을 통하여 트랜스듀서의 등가모델과 트랜스포머의 권선비에 적합한 정합회로를 설계하였다. 제안된 기법을 예제 모델 Tonpilz형 압전 트랜스듀서에 대한 가상부하에 적용하고 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 결과를 비교함으로써 제안된 기법의 타당성을 검증하였다.

• 한국음향학회지
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• 제27권5호
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• pp.215-220
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• 2008

의료용 초음파 프로브나 압전복합재료 트랜스듀서 등에 있어서는 배열된 압전세라믹 요소간의 공간, 즉 kerf에 주로 폴리머계열의 물질을 충진하고 있다. 이 경우 압전 요소의 횡방향 진동모드의 경계조건이 바뀌어 실제 사용되는 종방향 진동모드의 공진 주파수에도 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 kerf충진 매질에 따른 공진주파수의 변화를 실험적으로 고찰하기 위하여 크기가 $14mm{\times}0.22mm{\times}0.44mm$인 PZT 압전요소의 선형배열에 의한 초음파 트랜스듀서를 제작하고, kerf충진 매질이 없는 경우와 특성이 다른 두 종류의 에폭시로 충진한 경우 각각에 대한 측정을 행하였다. 그 결과 kerf충진 매질에 따른 종방향 공진주파수의 천이 경향이 이론해석 결과와 유사함을 확인하였다.