일반기술

샌드위치형 압전세라믹 트랜스듀서 특성 해석 S/W

본 기술이전 내용은 샌드위치형 압전세라믹 트랜스듀서의 기계적/전기적 특성 및 공기중/수중의 음향적 특성을 해석하기 위한 S/W에 관한 것이다. 일반적으로 고출력, 고감도 성능을 갖는 음향트랜스듀서를 설계하는데 있어서 능동소자로 압전세라믹이 가장 널리 이용되고 있다. 그런데 압전 재질 자체는 인장 강도가 낮아 출력의 크기가 제한되고 또 효율을 극대화하기 위하여 매질과의 접촉 면적을 크게해야 하는데 큰 압전소자를 제작, 가공 및 분극처리하는 것이 용이하지 않다. 이 문제를 해결하기 위한 방법의 하나로 압전소자를 가운데 두고 양쪽에 일반 금속재료로 된 전면추 (Head Mass) 와 후면추 (Tail Mass)로 구성된 샌드위치형 트랜스듀서가 널리 이용된다. 샌드위치형 압전세라믹 트랜스듀서의 기본 구조를 설계하는 중요한 설계변수로는 각 구성요소들의 형상, 재질, 치수 등이 있는데 여러 가지 설계 사양을 동시에 만족하는 트랜스듀서를 설계하는데 있어서 시행착오법에 의한 제작, 실험, 수정 보완 과정을 반복하여 개발에 많은 시간과 비용이 요구된다. 그러므로 개발에 따르는 시행오차를 최소화하고 다양한 전기/기계/음향적 요구 성능을 만족하는 트랜스듀서를 설계하는데 필요한 1차원 유한요소 모델링 및 해석 기법을 적용한 S/W를 개발하였다.트랜스듀서의 효율을 극대화하기 위하여서는 주변의 관련 송수신 회로를 최적 설계해야 하는데 이를 위하여서는 공진 주파수 근처에서의 전기적 임피던스 특성 또는 단순한 등가회로의 모델이 필요하다. 그동안 등가회로 모델을 규명하기 위한 기법으로는 공진 및 반공진 주파수 값만으로 개략적인 모델을 수립하였는데, 본 S/W에서는 이론적/실험적으로 얻어진 주파수별 임피던스 특성을 입력 자료로 활용하여 비선형 최적화 문제를 풀어 등가회로의 회로상수의 정확도를 개선하였다. 샌드위치형 압전세라믹 트랜스듀서의 등가회로가 규명되고 나면 송신 출력앰프 또는 수신 증폭기 회로와의 전기적 임피던스 정합 (Impedance Matching) 설계가 필요한데, 본 S/W에서는 2가지 형태의 송/수신용 정합회로를 설계하고 그에 따른 전기적 입력임피던스와 송수신 감도의 특성을 분석할 수 있는 기능이 포함되어 있다.