KR101659050B1 - 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자 - Google Patents

메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자 Download PDF

Info

Publication number
KR101659050B1
KR101659050B1 KR1020140088188A KR20140088188A KR101659050B1 KR 101659050 B1 KR101659050 B1 KR 101659050B1 KR 1020140088188 A KR1020140088188 A KR 1020140088188A KR 20140088188 A KR20140088188 A KR 20140088188A KR 101659050 B1 KR101659050 B1 KR 101659050B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
meta
ultrasonic
vibrator
air
material portion
Prior art date
Application number
KR1020140088188A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160008280A (ko
Inventor
송경준
허신
선경호
김제도
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020140088188A priority Critical patent/KR101659050B1/ko
Publication of KR20160008280A publication Critical patent/KR20160008280A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101659050B1 publication Critical patent/KR101659050B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices

Abstract

본 발명은 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자에 관한 것으로서, 초음파를 송신, 수신, 또는 송수신하는 진동자의 전면 또는 양면에 공진현상을 이용하여 초음파를 증폭(amplifier)시킬 수 있는 메타물질을 구비한 공기접합 초음파 탐촉자를 제공한다.

Description

메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자 {AIR-COUPLED ULTRASONIC TRANSDUCER USING METAMATERIALS}
본 발명은 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자에 관한 것으로서, 초음파를 송신, 수신, 또는 송ㅇ수신하는 진동자의 전면 또는 양면에 공진현상을 이용하여 초음파를 증폭(amplifier)시킬 수 있는 메타물질을 구비한 공기접합 초음파 탐촉자에 관한 것이다.
공기접합 초음파 검사(Air-coupled ultrasonic test)는 물이나 접촉매질(couplant) 대신 공기(대기)를 매개체로 초음파를 송수신하는 것을 말한다.
공기접합 초음파 검사는 복합재와 같이 다공성 물질에 적용이 용이한 검사법으로 초음파의 감쇠(attenuation of ultrasonic)가 심하여 저주파수 (50 ~ 500 kHz) 대역에서 사용이 적합하며, 이때 사용되는 탐촉자(Transducer)가 공기접합 초음파 탐촉자(Air-couplde ultrasonic Transducer)이다. 주된 응용분야는 항공기, 우주, 건축자재 등에 사용되는 복합재료의 비파괴 검사 분야이다.
공기접합 초음파 검사는 검사면과의 직접적인 접촉 없이 비접촉 검사가 가능하므로 대상체의 오염 우려가 없다는 장점이 있으나, 공기와 대상 물질과의 임피던스 (Impedance)차이로 인하여 물 이나 접촉매질을 매개체로 하는 초음파 검사에 비해 많은 양의 파동 에너지를 물질 내부로 침투시키지 못하는 단점이 있다. 즉, 공기접합 초음파 검사는 물이나 접촉매질을 매개체로 하는 초음파 검사에 비해 파워가 낮은 초음파 신호 혹은 신호대 잡음비 (signal to noise ratio) 낮은 신호를 얻게 된다. 따라서 공기접합 초음파 검사법 성능향상을 위해서는 공기접합 초음파 탐촉자의 송수신 초음파 신호를 증폭시킬 필요성이 있다.
한국공개특허 [10-2009-0022290]에서는 ＰＭＮ-ＰＴ 압전 단결정을 이용한 고감쇠 재료 비파괴검사용 초음파 탐촉자가 개시되어 있다.
한국공개특허 [10-2009-0022290](공개일자: 2009년 03월 04일)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 진동자의 전면 또는 양면에 메타물질을 구비함으로써, 초음파를 증폭시키기 위한 별도의 에너지 소비 없이, 파장보다 작은 인공적인 구조체를 통해 구현된 고 굴절률 (high refractive index) 및 고 임피던스(high impedanc) 음향 메타물질을 이용하여 초소형 공진 구조체가 구현 가능하다. 이러한 초소형 공진 메타물질을 이용하여 초음파를 증폭(amplifier)을 통해 디바이스의 민감도를 향상시키는 메타물질 기반 공기접합 초음파 탐촉자를 제공하는 것이다. 또한 기존의 초음파 진동자의 재질에 (압전 세라믹 혹은 압전 단결정 등) 무관하게 모두 적용이 가능한 방식이어야 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자는, 초음파를 송신, 수신, 또는 송수신하는 진동자(10)를 포함하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자에 있어서, 상기 진동자(10)와 일정거리 이격되어 상기 진동자(10)와 수평되게 구비되며, 상기 진동자(10)와 마주보는 면의 형태로 형성되어, 일면과 타면을 관통하도록 일정 패턴의 초음파 도파로(110)가 다수 형성된 메타물질부(100);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메타물질부(100)는 상기 진동자(10)의 전면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 메타물질부(100)는 상기 진동자(10)의 양면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메타물질부(100)는 측면이 하우징(20)과 밀착 구비되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 초음파 도파로(110)는 상기 메타물질부(100)의 두께의 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파 도파로(110)는 ㄹ자, W자, S자 및 소용돌이(spiral) 형상 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 메타물질부(100)는 금속, 석재, 목재, 유리, 세라믹 및 플라스틱 중 선택되는 적어도 어느 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자에 의하면, 초음파 도파로가 다수 형성된 메타물질부를 이용하여 초음파를 증폭시킬 수 있어 공기접합 초음파 탐촉자의 성능을 높이는 효과가 있으며, 이때 초음파를 증폭시키기 위한 별도의 외부 에너지를 필요로 하지 않기 때문에 구성이 단순하여 제조 단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 진동자의 후면에 별도의 공간이 없을 경우에도 적용 가능하며, 메타물질부와 공기접합 초음파 탐촉자의 하우징 사이에 초음파를 국한시키기 위한 공간이 형성됨으로써, 메타물질부(100)의 공진주파수와 동일한 주파수의 초음파를 증폭시킬 수 있는 효과가 있다.
또, 진동자의 후면에 별도의 공간이 있는 경우에도 적용 가능하며, 메타물질부 사이에 초음파를 국한시키기 위한 공간이 형성됨으로써, 메타물질부(100)의 공진주파수와 동일한 주파수의 초음파를 증폭시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 메타물질부의 측면이 공기접합 초음파 탐촉자의 하우징에 밀착 구비되어, 초음파를 국한시키기 위한 공간과 외부를 차단시킴으로써, 특정 주파수의 초음파를 메타물질부(100) 사이의 공간에 국한시키는 효과가 더욱 크다.
또한, 초음파 도파로를 메타물질부 두께의 길이보다 길게 형성함으로써, 증폭시키고자 하는 초음파의 파장에 비해 메타물질부를 더욱 축소시켜 제작할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 음향에 사용되는 단단한 재질(acoustic hard wall)이라면 메타물질부(100)를 만드는 재료로 사용할 수 있음으로써, 적용되는 분야에 따라 다양한 재질로 제작 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자로서, 진동자의 전면에 메타물질부가 구비된 것을 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자로서, 진동자의 양면에 메타물질부가 구비된 것을 보여주는 단면도.
도 3은 도 1의 A를 확대한 확대도.
도 4는 도 3의 ㄹ자 형상의 초음파 도파로가 W자 형상의 초음파 도파로로 변형된 형태를 보여주는 단면도.
도 5는 도 3의 ㄹ자 형상의 초음파 도파로가 S자 형상의 초음파 도파로로 변형된 형태를 보여주는 단면도.
도 6은 도 3의 ㄹ자 형상의 초음파 도파로가 소용돌이(spiral) 형상의 초음파 도파로로 변형된 형태를 보여주는 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자로서, 진동자의 전면에 메타물질부가 구비된 것을 보여주는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자로서, 진동자의 양면에 메타물질부가 구비된 것을 보여주는 단면도이며, 도 3은 도 1의 A를 확대한 확대도이고, 도 4는 도 3의 ㄹ자 형상의 초음파 도파로가 W자 형상의 초음파 도파로로 변형된 형태를 보여주는 단면도이며, 도 5는 도 3의 ㄹ자 형상의 초음파 도파로가 S자 형상의 초음파 도파로로 변형된 형태를 보여주는 단면도이고, 도 6은 도 3의 ㄹ자 형상의 초음파 도파로가 소용돌이(spiral) 형상의 초음파 도파로로 변형된 형태를 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자는 초음파를 송신, 수신, 또는 송수신하는 진동자(10)를 포함하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자에 있어서, 상기 진동자(10)와 일정거리 이격되어 상기 진동자(10)와 수평되게 구비되며, 상기 진동자(10)와 마주보는 면의 형태로 형성되어, 일면과 타면을 관통하도록 일정 패턴의 초음파 도파로(110)가 다수 형성된 메타물질부(100)를 포함한다. 여기서 초음파 도파로(110)는 음파가 통과하는 통로를 의미한다. 또한, 진동자(10)는 압전소자 또는 전자기 코일(발생코일 및 검출코일) 등을 이용할 수 있다.
물체의 진동이 임의의 방향으로 운동하고 있는 공기 입자들을 교란시키면 부분적으로 압력이 높은 곳과 낮은 곳이 나타나게 된다. 그러면 압력 차에 의해 공기 입자들이 압력이 높은 곳에서 압력이 낮은 곳으로 이동하게 되어 음파(sound wave) 가 퍼져 나가게 되고, 공기의 압력 변화가 사람들의 귀에 도달하면 고막을 진동시킨다. 사람이 들을 수 있는 음파의 가청 주파수는 약 20~20,000Hz이고, 주파수가 20Hz 이하의 음파는 초저주파, 20,000Hz 이상의 음파는 초음파라고 한다.
초음파 탐촉자는 크게 수직 탐촉자와 경사각 탐촉자로 나눌 수 있다.
수직 탐촉자는 수직탐상을 하기 위한 탐촉자로서, 시험체 표면에 대해 초음파의 진행이 90ㅀ가 되는 탐촉자를 말한다. 주로 종파가 사용되며, 불감대를 적게 하기 위하여 일반적으로 댐퍼(damper)가 부착된다. 진동자에는 수정, 각종 자기(ceramics)가 사용되며, 자기의 경우에는 진동자 앞면에 내 마모판(耐磨耗板)을 사용하여 전극 면을 보호하고 있다.
경사각 탐촉자는 경사각 탐상을 하기 위한 탐촉자로서, 진동자에서는 종파를 발신하여, 강재 속에서 굴절하여 횡파만이 전파되도록 설계되어 있는 탐촉자이다. 주로 용접부의 탐상에 이용된다. 즉 시험체 내로 횡파 또는 표면파를 전달시키기 위하여 시험면에 적당한 각도로 초음파를 전달 또는 수신하는 탐촉자를 말한다.
전자기 초음파 탐촉자는(Electromagnetic Acoustic Transducer) 전자적으로 금속 표면에 발생된 와전류와 자계와의 사이에서 작용하는 상호작용에 의해 초음파를 송신 또는 수신하는 탐촉자로서, 전자석과 와전류를 발생시키는 발생코일과 자계의 변화를 감지하여 그것을 전기적 출력으로 정보를 얻기 위한 검출코일을 이용할 수 있다.
이러한 초음파 탐촉자는 공기를 매질로 이용하는 경우, 대부분의 초음파가 침투하는 에너지가 작기 때문에 침투되지 못한다. 그리하여 초음파 탐촉자로부터 출력되거나 초음파 탐촉자로 입력되는 초음파의 파워를 높여주는 것이 중요하다.
초음파의 경로 상에 메타물질부(100)를 구비하면, 초음파 도파로를 통과하는 초음파가 공진현상으로 인해 증폭된다.
공진(Resonance)은 특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상을 말하며, 음파의 주파수가 메타물질부(100)(구조체)의 공진주파수와 일치할 경우, 음파소스에서 지속적으로 음파가 발생되면 메타물질부(100) 내부에 높은 세기(intensity)를 가지는 음파(해당 공진주파수의 음파)를 국한시키기 때문에 음파가 증폭된다.
메타물질부(100)의 공진주파수를 결정하는 요소로는 초음파 도파로를 형성하는 모든 요소(도 3의 경우 W, t, f, h, S, d) 및 음파를 국한시키기 위한 공간을 형성하는 모든 요소(도 2의 경우 g)가 해당된다.
예를 들어, 페브릿-페롯 공진(Fabry-Perot Resonance)에 의한 공진주파수의 결정 원리는 다음식
Figure 112014065702357-pat00001
(여기서, t는 투과계수, r은 반사계수, Z1는 공기의 임피던스, Zeff는 메타물질 임피더스, k는 유체내의 파수(파장의 역수), h는 메타물질부(100) 두께, neff는 메타물질 도파로의 굴절률을 말한다.)
을 이용할 수 있으며,
공진주파수 일 경우, 투과율(t)은 1이 되고, 반사율(r)은 0이 된다. 따라서 공진현상은 초음파 도파로를 형성하는 모든 요소 (도 3의 경우 W, t, f, h, S, d)와 도파로 안의 유체물성에 의해 결정된다. 이러한 공진현상을 이용한 초음파 증폭현상은 메타물질을 통해 자유자재로의 설계를 통해 공진주파수 위치와 음파 증폭률을 결정할 수 있다.
메타물질(Metamaterial)은 파장보다 매우 작은 크기로 만든 금속이나 유전물질로 설계된 메타원자(meta atom)의 주기적인 배열로 이루어진 가상의 물질이다. 이것은 자연에서 발견할 수 없는 일련의 성질을 가지도록 아주 세심하게 인공적으로 설계해 만든 것이다. 주변 공기보다 밀도가 더 높은데도 불구하고 빛을 법선에서 멀어지도록 굴절시킨다. 이러한 성질을 음의 굴절률이라 부른다. 영국의 Sir J. Pendry가 음의 굴절율의 물질이 수퍼 렌즈를 만들 수 있다는 논문 발표 (PRL, 1999)이후로 메타물질이 그것을 실현할 수 있다는 사실 때문에 대두된 분야다. 음의 굴절율 뿐만 아니라 국내에서 KAIST 민범기 교수 그룹에서는 2011년 매우 높은 굴절율을 가지는 테라헤르쯔 메타물질을 발표 (Nature, 2011)하는 등, 그 연구에 많은 잠재성을 내포하고 있다. Transformation Optics를 이용하면 원리적으로는 사람들이 소위 말하는 투명 망토를 만들 수 있지만, 실현하기는 매우 힘들다. 그 이유로는 3차원 메타물질을 만들기 매우 어렵고(지금까지 2차원 메타 물질을 만드는 데 성공했지만, 그 크기는 우표 크기의 수십억분의 1정도로 매우 작다), visible 주파수 대역에서의 금속은 매우 에너지 소모가 심하다. 현재 실험적으로 투명망토(cloaking)를 구현한 대역은 마이크로 웨이브 대역(GHz)이다.
결과적으로 메타물질은 전자기파 또는 음파에 대하여 자연계에 존재하지 않는 임의의 유효 굴절율 및 유효 물질계수를 갖도록 설계 및 제작될 수 있다. 그 결과, 이러한 메타물질은 서브파장 포커싱(subwavelength focusing), 음굴절(Negative refraction), 기이한 전송(extraordinary transmission), 보이지 않는 망토(invisibility cloaking)와 같은 새로운 현상들을 발생시킨다.
현재의 연구는 음굴절 메타물질을 이용해서 파장 이하 이미징을 구현하는 수퍼 렌즈뿐만 아니라, 신소재 물질과 결합 (그래핀: Nature Materials, 2012, Lee et al.)을 통해 메타물질을 이용한 메타디바이스(meta-device)쪽으로 연구가 활발하게 진행되고 있다.
메타물질부(100)는 초음파의 파장보다 작은 크기로 만든 초음파 도파로(110)의 주기적인 배열로 이루어진 구조체이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자의 상기 메타물질부(100)는 상기 진동자(10)의 전면에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
음파를 국한시키기 위한 공간이 진동자(10)와 메타물질부(100) 사이에 형성됨으로써, 메타물질부(100)의 공진주파수와 동일한 주파수의 음파를 증폭시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자의 상기 메타물질부(100)는 상기 진동자(10)의 양면에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
음파를 국한시키기 위한 공간이 마주보는 두 개의 메타물질부(100) 사이에 형성됨으로써, 마주보는 두 개의 메타물질부(100) 사이의 공간에 메타물질부(100)의 공진주파수와 동일한 주파수의 초음파가 국한되게 되어, 메타물질부(100)의 공진주파수와 동일한 주파수의 음파를 증폭시킬 수 있다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자의 상기 메타물질부(100)는 측면이 하우징(20)과 밀착 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
특정 주파수의 초음파를 일정 영역의 공간에 국한시키기 위해서는 외부와 밀폐시키는 것이 바람직하다. 때문에, 상기 메타물질부(100)의 측면을 밀폐, 즉 초음파를 국한시킬 수 있는 공간을 밀폐시키는 것이 바람직하다.
상기 진동자(10)가 초음파를 송신(출력)할 경우, 진동자(10)로부터 발생된 특정 주파수(상기 메타물질부(100)의 공명주파수와 동일한 주파수)의 초음파가 초음파를 국한시키기 위한 공간에서 증폭되어 외부로 전파되기 때문에 특정 주파수를 더욱 증폭시켜 출력시킬 수 있다.
상기 진동자(10)가 초음파를 수신(입력)할 경우, 특정 주파수(상기 메타물질부(100)의 공명주파수와 동일한 주파수)의 초음파가 초음파를 국한시키기 위한 공간에서 증폭되어 진동자(10)로 감지되기 때문에 특정 주파수를 더욱 증폭시켜 입력받을 수 있다.
상기 진동자(10)는 일반적으로 전선(신호선)과 연결되기 때문에, 초음파를 국한시키기 위한 공간에 진동자(10)가 구비되고, 초음파를 국한시키기 위한 공간을 형성하기 위해 메타물질부(100)의 측면이 하우징(20)과 밀착 구비될 경우, 메타물질부(100)의 외부와 내부를 관통하는 관통구가 메타물질부(100) 상에 형성될 수 있으며, 상기 관통구를 통해 진동자(10)에 신호선이 연결될 수 있다. 이때, 신호선의 배선이 완료되었으면 상기 관통구를 밀폐시키는 것이 바람직하다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자의 상기 초음파 도파로(110)는 상기 메타물질부(100) 두께의 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 고굴절률을 만들 수 있도록 초음파 도파로(110)의 길이가 상기 메타물질부(100)의 두께의 길이 보다 길게 만들 수 있다면 어떤 형상이든 적용 가능하다.
예를 들어, 상기 초음파 도파로(110)는 도 3에 도시된 바와 같은 ㄹ자, 도 4에 도시된 바와 같은 W자 및 도 5에 도시된 바와 같은 S자 형상, 도 6에 도시된 바와 같은 소용돌이(spiral) 형상 등 도파로의 길이를 길게 만들 수 있다면 어떠한 형상이든 적용 가능하다. 또한, 도 6에는 직선 형태의 소용돌이 형상을 나타냈으나 이에 한정되는 것은 아니며 곡선형태의 소용돌이 형상도 가능하다.
상기 메타물질부(100)는 금속, 석재, 목재, 유리, 세라믹 및 플라스틱 중 선택되는 적어도 어느 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 금속(metal)은 철을 포함한 탄소강, 합금강, 주철 등의 철 금속과 철을 포함하지 않는 구리, 구리합금(황동, 청동 등), 알루미늄, 알루미늄합금, 망간 등의 비철 금속 등이 해당된다.
상기와 같이 메타물질부(100)의 재질을 나열하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 음향에 사용되는 단단한 재질(acoustic hard wall)로 음파의 투과율이 10% 미만인 재질은 모두 사용 가능하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자는 공기 및 수중 등과 같이 음파가 전달될 수 있는 모든 환경에서 적용이 가능하며, 초음파 이미징, 비파괴검사 등 초음파를 이용하는 모든 분야에 적용이 가능하다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10: 진동자
20: 하우징
100: 메타물질부
110: 초음파 도파로

Claims (7)

  1. 초음파를 송신, 수신, 또는 송수신하는 진동자(10)를 포함하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자에 있어서,
    초음파의 파장보다 작은 크기로 만든 초음파 도파로(110)의 주기적인 배열로 이루어진 메타물질부(100);
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 메타물질부(100)는,
    상기 진동자(10)와 일정거리 이격되어 상기 진동자(10)와 수평되게 구비되고 상기 진동자(10)와 마주보는 면의 형태로 형성되며, 측면이 하우징(20)과 밀착 구비되어,
    상기 메타물질부(100) 및 하우징(20)으로 둘러싸여진 음파를 국한시키기 위한 일정 공간이 형성되되, 상기 공간에 진동자(10)가 위치하며,
    상기 초음파 도파로(110)는 상기 진동자(10)를 마주보는 일면과 타면을 관통하도록 일정 패턴으로 형성되어,
    상기 메타물질부(100)의 공진주파수와 동일한 주파수의 초음파가 상기 공간 내에서 증폭되도록 동작하여, 상기 진동자(10)가 초음파를 송신할 경우 상기 초음파가 상기 공간에서 증폭되어 외부로 전파되며, 상기 진동자(10)가 초음파를 수신할 경우 상기 공간에서 증폭된 초음파를 감지하는 것을 특징으로 하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메타물질부(100)는 상기 진동자(10)의 전면에 구비되는 것을 특징으로 하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메타물질부(100)는 상기 진동자(10)의 양면에 구비되는 것을 특징으로 하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 도파로(110)는
    상기 메타물질부(100) 두께의 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초음파 도파로(110)는
    ㄹ자, W자, S자 및 소용돌이(spiral) 형상 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메타물질부(100)는
    금속, 석재, 목재, 유리, 세라믹 및 플라스틱 중 선택되는 적어도 어느 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자.
KR1020140088188A 2014-07-14 2014-07-14 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자 KR101659050B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140088188A KR101659050B1 (ko) 2014-07-14 2014-07-14 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140088188A KR101659050B1 (ko) 2014-07-14 2014-07-14 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160008280A KR20160008280A (ko) 2016-01-22
KR101659050B1 true KR101659050B1 (ko) 2016-09-23

Family

ID=55308827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140088188A KR101659050B1 (ko) 2014-07-14 2014-07-14 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101659050B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230102705A (ko) 2021-12-30 2023-07-07 한국원자력연구원 표면파 절대 비선형 파라미터 측정방법

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2513884B (en) 2013-05-08 2015-06-17 Univ Bristol Method and apparatus for producing an acoustic field
US9612658B2 (en) 2014-01-07 2017-04-04 Ultrahaptics Ip Ltd Method and apparatus for providing tactile sensations
GB2530036A (en) 2014-09-09 2016-03-16 Ultrahaptics Ltd Method and apparatus for modulating haptic feedback
JP6771473B2 (ja) 2015-02-20 2020-10-21 ウルトラハプティクス アイピー リミテッドＵｌｔｒａｈａｐｔｉｃｓ Ｉｐ Ｌｔｄ 触覚系におけるアルゴリズム向上
SG11201706557SA (en) 2015-02-20 2017-09-28 Ultrahaptics Ip Ltd Perceptions in a haptic system
US10818162B2 (en) 2015-07-16 2020-10-27 Ultrahaptics Ip Ltd Calibration techniques in haptic systems
US11189140B2 (en) 2016-01-05 2021-11-30 Ultrahaptics Ip Ltd Calibration and detection techniques in haptic systems
US10531212B2 (en) 2016-06-17 2020-01-07 Ultrahaptics Ip Ltd. Acoustic transducers in haptic systems
US10268275B2 (en) 2016-08-03 2019-04-23 Ultrahaptics Ip Ltd Three-dimensional perceptions in haptic systems
US10755538B2 (en) * 2016-08-09 2020-08-25 Ultrahaptics ilP LTD Metamaterials and acoustic lenses in haptic systems
GB2557345B (en) 2016-12-08 2021-10-13 Bae Systems Plc MIMO communication system and data link
GB2565159B (en) * 2017-07-19 2021-12-01 Bae Systems Plc Electroacoustic transducer
US10943578B2 (en) 2016-12-13 2021-03-09 Ultrahaptics Ip Ltd Driving techniques for phased-array systems
US10497358B2 (en) 2016-12-23 2019-12-03 Ultrahaptics Ip Ltd Transducer driver
US11531395B2 (en) 2017-11-26 2022-12-20 Ultrahaptics Ip Ltd Haptic effects from focused acoustic fields
US11360546B2 (en) 2017-12-22 2022-06-14 Ultrahaptics Ip Ltd Tracking in haptic systems
WO2019122916A1 (en) 2017-12-22 2019-06-27 Ultrahaptics Limited Minimizing unwanted responses in haptic systems
SG11202010752VA (en) 2018-05-02 2020-11-27 Ultrahaptics Ip Ltd Blocking plate structure for improved acoustic transmission efficiency
KR102075790B1 (ko) 2018-06-29 2020-02-10 한국기계연구원 비접촉 초음파 트랜스듀서
US11098951B2 (en) 2018-09-09 2021-08-24 Ultrahaptics Ip Ltd Ultrasonic-assisted liquid manipulation
US11378997B2 (en) 2018-10-12 2022-07-05 Ultrahaptics Ip Ltd Variable phase and frequency pulse-width modulation technique
US11550395B2 (en) 2019-01-04 2023-01-10 Ultrahaptics Ip Ltd Mid-air haptic textures
US11842517B2 (en) 2019-04-12 2023-12-12 Ultrahaptics Ip Ltd Using iterative 3D-model fitting for domain adaptation of a hand-pose-estimation neural network
US11553295B2 (en) 2019-10-13 2023-01-10 Ultraleap Limited Dynamic capping with virtual microphones
US11374586B2 (en) 2019-10-13 2022-06-28 Ultraleap Limited Reducing harmonic distortion by dithering
US11169610B2 (en) 2019-11-08 2021-11-09 Ultraleap Limited Tracking techniques in haptic systems
US11715453B2 (en) 2019-12-25 2023-08-01 Ultraleap Limited Acoustic transducer structures
KR20210145379A (ko) * 2020-05-25 2021-12-02 현대자동차주식회사 음파 증폭장치
US11816267B2 (en) 2020-06-23 2023-11-14 Ultraleap Limited Features of airborne ultrasonic fields
US11886639B2 (en) 2020-09-17 2024-01-30 Ultraleap Limited Ultrahapticons

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009177302A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 超音波探触子およびそれを用いる超音波診断装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960011026B1 (ko) * 1993-07-26 1996-08-16 대우전자 주식회사 텔레비전의 스피커시스템
KR100941684B1 (ko) 2007-08-30 2010-02-12 한국표준과학연구원 Ｐｍｎ-ｐｔ 압전 단결정을 이용한 고감쇠 재료 비파괴검사용 초음파 탐촉자
KR20090097399A (ko) * 2008-03-11 2009-09-16 삼성전자주식회사 복수 개의 도파관을 사용하여 분산을 갖는 메타물질을구현하는 기판
KR102046102B1 (ko) * 2012-03-16 2019-12-02 삼성전자주식회사 메타물질의 코일 기반 인공원자, 이를 포함하는 메타물질 및 소자

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009177302A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 超音波探触子およびそれを用いる超音波診断装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230102705A (ko) 2021-12-30 2023-07-07 한국원자력연구원 표면파 절대 비선형 파라미터 측정방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160008280A (ko) 2016-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101659050B1 (ko) 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자
KR101537513B1 (ko) 메타물질 음파 증폭기
Chen et al. Enhanced acoustic sensing through wave compression and pressure amplification in anisotropic metamaterials
Chimenti Review of air-coupled ultrasonic materials characterization
US7694567B2 (en) Acoustic detection of hidden objects and material discontinuities
Allam et al. 3D-printed gradient-index phononic crystal lens for underwater acoustic wave focusing
Licznerski et al. Ultrasonic system for accurate distance measurement in the air
Rong et al. Ultrasonic sensitivity-improved Fabry–Perot interferometer using acoustic focusing and its application for noncontact imaging
JP2006242955A (ja) セメントボンド検層におけるラム波の使用
US8312773B2 (en) Laser ultrasonic device
Hayashi Imaging defects in a plate with complex geometries
JP2013544356A (ja) 媒体内の撹乱を検出して位置特定するためのシステムならびに対応する方法およびコンピュータープログラム
NO327799B1 (no) Ultralydbolgeleder og ultralydgjennomstromningsmaleapparat med sadan ultralydbolgeleder
Ke et al. Highly directional acoustic wave radiation based on asymmetrical two-dimensional phononic crystal resonant cavity
Chen et al. Pressure amplification and directional acoustic sensing based on a gradient metamaterial coupled with space-coiling structure
Hsu et al. Measurement of frequency gaps and waveguiding in phononic plates with periodic stepped cylinders using pulsed laser generated ultrasound
Korozlu et al. Self-collimation and slow-sound effect of spoof surface acoustic waves
Décultot et al. Classification of a cylindrical target buried in a thin sand-water mixture using acoustic spectra
Barakat Fabrication of metal–polymer matching layers to improve some ultrasonic transducers for NDT and calibration
Syed Akbar Ali et al. Characterization of deep sub-wavelength sized horizontal cracks using holey-structured metamaterials
KR101328061B1 (ko) 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서
JP2010054497A (ja) 超音波探傷の感度設定方法および超音波探傷装置
Kundu Ultrasonic and electromagnetic waves for nondestructive evaluation and structural health monitoring
Bindal Transducers for ultrasonic flaw detection
Miyashita Acoustic defect-mode waveguides fabricated in sonic crystal: Numerical analyses by elastic finite-difference time-domain method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right