Prof. Y. Roh's Group
조직도
음향진동 공학 연구실은 여러 외부 기관과의 협력을 통해 수중에서 적을 탐지하기 위해 사용되는 음향 트랜스듀서와 질병을 진단/치료하기 위한 음향 트랜스듀서의 설계 및 제작을 수행하고 있습니다. 이외에도 비파괴 검사용 초음파 센서, 압전 진동 센서, SAW 센서, 휴대폰 및 Pager용등 다양한 산업 분야에 사용되고 있는 음향 트랜스듀서등을 개발하고 있습니다.
수중 음향 트랜스듀서 (Underwater acoustic transducer)
음향 트랜스듀서가 부착되어 있습니다. 각 트랜스듀서는 잠수함에 장착되는 위치에 따라 요구되는 성능이 다르고, 이로인해 형상과 재료등을 다릅니다. 우리 연구실에서는 이렇게 수중에서 사용되는 여러 음향 트랜스듀서를 설계하기 위하여 상용 유한요소 해석 프로그램(ANSYS, PZ-Flex)을 이용하고 있습니다. 이러한 유한요소 프로그램은 MATLAB과 같이 사용하여 음향 트랜스듀서의 기본, 최적 설계등을 수행하고 있으며, GUI 기능을 이용하여 보다 쉽고 간편하게 사용됩니다.
음향 트랜스듀서의 구동부에 사용되는 2-2/ 1-3형 압전복합체 뿐만 아니라, 이들 소자를 이용하여 사용되는 여러가지 음향 트랜스듀서를 유한요소법을 이용하여 해석하여 설계를 수행합니다.
의료용 음향 트랜스듀서 (Medical acoustic transducer)
연구 분야
조직도
음향진동 공학 연구실은 여러 외부 기관과의 협력을 통해 수중에서 적을 탐지하기 위해 사용되는 수중 음향 트랜스듀서와 인체의 질병을 진단/치료하기 위한 의료용 음향 트랜스듀서의 설계/개발하고 설계된 트랜스듀서를 제작하고 있습니다. 이외에도 비파괴 검사용 초음파 센서, 압전 진동 센서, SAW 센서, 휴대폰 및 Pager용등 다양한 산업 분야에 사용되고 있는 트랜스듀서를 개발하고 있습니다.
수중 음향 트랜스듀서 (Underwater acoustic transducer)
바다에서 운용되는 잠수함과 배에는 많은 수의 음향 트랜스듀서가 부착되어 있습니다. 잠수함과 배에 장착되는 위치와 사용 용도에 따라 트랜스듀서의 구조와 요구되는 성능이 다릅니다. 우리 연구실에서는 수중에서 사용되는 여러 음향 트랜스듀서를 설계/개발하기 위하여 상용 유한요소 해석 프로그램(ANSYS, PZ-Flex)을 이용하고 있습니다. 이러한 유한요소 프로그램과 MATLAB을 같이 사용하여 음향 트랜스듀서의 최적 설계를 수행 하고 있습니다.
음향 트랜스듀서의 구동부에 사용되는 2-2/ 1-3형 압전복합체 뿐만 아니라, 이들 소자를 이용하여 사용되는 여러가지 음향 트랜스듀서를 유한요소법을 이용하여 구조를 모델링하고 그 특성을 해석합니다.
설계된 음향 트랜스듀서는 자체 또는 외부 기관의 협력을 받아 제작하고, 큰 수조나 호수, 바다에서 제작된 음향 트랜스듀서의 특성을 측정하여 설계의 타당성을 검증합니다.
압전 복합체는 음향 트랜스듀서의 대역폭을 넓히기 위해 사용됩니다. 압전 복합체는 연결 구조에 따라 임피던스 특성이 달라지므로, 압전복합체의 여러 연결 구조에 따른 임피던특성을 유한요소법을 이용하여 분석하였습니다. 다음으로, 동일한 치수의 시편을 제작하여 설계의 타당성을 검증합니다.
Tonpilz 트랜스듀서는 구조가 비교적 간단하고 출력이 높다는 장점 때문에 수중에서 널리 사용되는 트랜스듀서 중 하나입니다. 기본적인 single mode Tonpilz 트랜스듀서의 좁은 대역폭을 넓히고자 압전복합체를 이용한 multi-mode Tonpilz 트랜스듀서의 구조를 고안하여 설계하였습니다. 유한요소법과 최적설계법을 이용하여 치수를 도출였으며, 동일한 치수로 제작하여 음향 특성을 비교하였습니다.
기존에는 수중에서 적을 탐지하기 위하여 음압의 크기만 탐지할 수 있는 scalar 센서가 이용되었습니다. 그러나 이러한 scalar 센서만을 이용하여 방향을 탐지하는 것은 매우 어렵습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 vector 센서가 고안되었습니다. Vector 센서cardioid형 빔 패턴을 이용하여 음압의 크기 뿐만 아니라 방향도 탐지할 수 있습니다. Vector 센서의 종류에는 대표적으로 구형, 링형 벡터 센서가 있습니다.
소개된 트랜스듀서 외에도 bender transducer, cymbal transducer등 많은 종류의 수중 음향 트랜스듀서의 개발을 수행하고 있습니다.
의료용 음향 트랜스듀서 (Medical acoustic transducer)
의료용 음향 트랜스듀서는 인체의 질병을 진단하고 치료하기 위한 용도로 사용되고 있 습니다.
진단용 트래스듀서는 산부인과에서 태아를 확인하거나 장기에 용종, 담석 등의 유무를 확인하는데 사용되고 있습니다. 치료용 트랜스듀서는 HIFU(High Intensity Focused Ultrasonic)에 사용되고 있으며, 이를 이용하여 피부를 절단하지 않고 자궁 근종등을 제거할 수 있습니다. 음향 진동 연구실에서는 여러 종류의 의료용 초음파 트랜스듀서를 설계 및 개발하고 제작하여 그 성능을 측정하고 있습니다.
위에 나타낸 트랜스듀서들은 실제 인체에 질병을 진단하기 위해 개발된 초음파 트랜스듀서입니다.
트랜스듀서에서 방사된 음파가 인체의 장기나 뼈로 인해 반사되어 다시 트랜스듀서로 입사하게 됩니다. 수신된 신호는 전압으로 변환되고, 신호 처리를 통해서 2D 또는 3D 영상을 얻을 수 있습니다.
Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer(CMUT)은 micromachinging 기술을 사용하는 얇은 silicon membrane로 구성됩니다. 기존의 압전 소자의 압전 효과를 사용하는 음향 트랜스듀서와 달리 CMUT 트랜스듀서는 압전 효과를 사용하지 않습니다. Membane에 AC 전압을 인가하면 음파가 발생하게 되고, 이렇게 발생된 음파를 이용하면 앞서 설명된 트랜스듀서와 동일하게 질병을 진단할 수 있습니다.
기타 음향 트랜스듀서 (the others acoustic transducer)
소개된 수중/의료용 음향 트랜스듀서 외에도 많은 산업 분야에서 음향 트랜스듀서가 사용됩니다.
비파괴검사용 초음파 센서, 자동차 후방 센서, 압전 진동센서, 지문 센서, 지정맥 센서, SAW (Surface Acoustic Wave) 센서, SAW Filters, Gyroscope 등이 연구되고 있습니다.