KR101767446B1 - 초음파 변환기의 성능 측정 시스템 - Google Patents

초음파 변환기의 성능 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 관한 것으로서, 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 있어서, 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 형성된 초음파 변환부와, 상기 초음파 변환부에 대향되는 위치에 형성되며, 각도조절이 가능하도록 형성되고, 상기 초음파 변환부에서 송신된 음파의 음장 분포 또는 음향 출력 특성을 측정하기 위한 특성측정부 그리고, 상기 초음파 변환부와 결합되어 상기 초음파 변환부의 3축 병진운동 및 2축 회전운동을 구현하는 제1이송수단 및 상기 특성측정부와 결합되어 상기 특성측정부의 각도를 조절시키는 제2이송수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 초음파 변환기를 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 하고, 반사구조체를 2축 회전운동이 가능하도록 자동제어하여, 초음파 변환기의 정밀한 음장 분포 또는 음향 출력 특성 측정이 가능하여, 짧은 시간 내에 실험에 최적화된 장치의 셋팅이 가능하도록 하면서, 정확한 성능평가가 이루어지도록 하는 이점이 있다.

Description

초음파 변환기의 성능 측정 시스템{performance measuring system for ultrasonic transducers}
본 발명은 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 관한 것으로서, 초음파 변환부를 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 하고, 특성측정부를 2축 회전운동이 가능하도록 자동제어함으로써, 초음파 변환기의 정밀한 음장 분포 또는 음향 출력 특성 측정이 가능하여, 짧은 시간 내에 실험에 최적화된 장치의 셋팅이 가능하도록 하면서, 정확한 성능평가가 이루어지도록 한 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 초음파 변환기는 전기 신호를 초음파 신호로 변환하거나 또는 초음파를 수신하여 전기신호로 변환시켜 주는 장치이다.
이러한 초음파 변환기는 진단을 목적으로 하는 초음파 진단기, 초음파 치료기 또는 수술기, 초음파 비파괴 장치, 가정용 또는 개인용 초음파 장치, 초음파 물성 측정 장치, 산업용 초음파 장치 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.
최근에는 가상 현실에 대한 체험을 위한 비침습적 뇌신경 자극을 통한 인체 촉감생성 분야, 비침습형 신체 자극을 통한 촉감 생성기술 분야 등에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
이러한 초음파 변환기는 산업분야나 인체에 적용하고자 하는 경우, 특히 고강도의 집속 초음파(focused ultra sonic)를 사용하는 경우에는 초음파 변환기의 정확한 품질의 제공을 위한 안정성 및 성능에 대한 검증이 미리 이루어져야 할 필요가 있다.
일반적으로, 초음파 변환기에 대한 성능은, 목적하는 음장(sound field)이 제대로 형성되었는지를 주로 검증하고 있다.
이러한 초음파 변환기의 음장 특성 평가 항목으로는 주파수에 따른 출력 특성, 입력 전압에 대한 출력의 선형성(방사컨덕턴스), 방사음장의 지향성 및 대칭성, 균일성, 음압감도의 균일성 등이 될 수 있으며, 초음파 변환기의 성능 측정 시스템을 이용하여 이러한 항목을 선택적으로 평가하게 된다.
즉, 초음파 변환기의 성능은 입력 전압에 대한 출력의 크기로 정의되는 방사컨덕턴스와 선형성 및 방사 음장의 지향성과 변환기의 기하학적 대칭성 등으로 평가할 수 있다.
상기 방사컨덕턴스의 측정은 음향파워와 입력 전압을 측정하면 쉽게 구할 수 있고, 방사 음장의 지향성과 변환기의 기하학적 대칭성은 음장의 공간적 분포를 측정하여야 하며, 측정된 공간 분포의 대칭성으로 변환기의 대칭성을 평가할 수 있다. 또한, 초음파 변환기에서 방사된 음장의 공간 분포를 측정하여 이를 적분하면 음향 파워를 구할 수 있다.
종래의 초음파 변환기의 성능 측정 시스템은 평면 스캐닝 기법(planar scanning technique)이 널리 사용되고 있으며, 이는 초음파 변환기에서 방사된 음파가 형성하는 음장의 분포를 측정하는 기법으로써, DC servo 모터를 장착한 3축 이송 장치와 소정 길이, 높이 및 폭을 갖는 수조를 제작하고, 초음파 변환기에 대향되는 위치에 하이드로폰(hydrophone)을 설치하여, 초음파 변환기에 의해 상온의 증류수에 형성된 초음파 음장의 공간 분포를 측정하는 것이다.
이러한 평면 스캐닝 기법은 하이드로폰을 3축 이송장치에 설치하여 임의의 평면에 분포된 음장을 스캐닝하는 방법으로 실현되고 있다.
도 1은 종래의 초음파 변환기의 성능 측정 시스템을 구체적으로 도시한 것으로서, 증류수가 채워진 수조 내부에, 초음파 변환기, 초음파 변환기 홀더, 하이드로폰, 하이드로폰 홀더, 3차원 스캐닝 수단으로 구성되어 있다.
상기 하이드로폰은 음원의 방향에 따라 감도가 변하기 때문에 위치 조절이 매우 중요한 변수가 되며, 상기 하이드로폰 홀더에 3축 이송장치를 연결하여, 하이드로폰이 상하좌우 조절을 할 수 있도록 웜기어(worm gear)가 설치되어 있다.
그리고, 초음파 변환기와 하이드로폰 간의 평행을 이루도록 짐발링(gimbaling) 과정을 실행하는 과정에서 기존의 성능 측정 시스템은 수조와 스캐닝 시스템이 일체형이 아니어서, 각 축과 평행이 되도록 조절하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다.
또한, 윔기어와 벨트를 이용하여 하이드로폰 홀더와 연결하여 하이드로폰의 위치를 조절하고 있으며 이는 수동 조작으로 이루어지고 있어, 정확한 위치 및 각도 제어가 이루어지지 않고 있으며, 이로 인해 초음파 변환기의 정확한 성능 측정이 이루어지지 않고 있는 문제점이 있다.
대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0810148호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초음파 변환부를 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 하고, 특성측정부를 2축 회전운동이 가능하도록 자동제어하여, 초음파 변환기의 정밀한 음장 분포 또는 음향 출력 특성 측정이 가능하여, 짧은 시간 내에 실험에 최적화된 장치의 셋팅이 가능하도록 한 초음파 변환기의 성능 측정 시스템의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 있어서, 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 형성된 초음파 변환부와, 상기 초음파 변환부에 대향되는 위치에 형성되며, 각도조절이 가능하도록 형성되고, 상기 초음파 변환부에서 송신된 음파의 음장 분포 또는 음향 출력 특성을 측정하기 위한 특성측정부 그리고, 상기 초음파 변환부와 결합되어 상기 초음파 변환부의 3축 병진운동 및 2축 회전운동을 구현하는 제1이송수단 및 상기 특성측정부와 결합되어 상기 특성측정부의 각도를 조절시키는 제2이송수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 초음파 변환부는, 초음파 변환기와, 상기 초음파 변환기가 장착되는 초음파 변환기 홀더 및 상기 초음파 변환기 홀더에 장착되며 상기 제1이송수단과 연결되는 벨트기어부를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1이송수단은, 5축모터에 의해 구동되어, 상기 초음파 변환기의 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 특성측정부는, 초음파 변환기에서 송신된 음파의 음장 분포를 측정하기 위한 것으로서, 상기 초음파 변환기에 대향되는 위치에 형성된 하이드로폰(hydrophone)과, 상기 하이드로폰이 장착된 하이드로폰 홀더 및 상기 하이드로폰 홀더에 장착되며 상기 제2이송수단과 연결되는 벨트기어부를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2이송수단은, 상기 하이드로폰의 2축 회전운동에 의한 각도조절이 가능하도록 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 특성측정부는, 상기 초음파 변환기에서 송신된 음파의 음향 출력을 측정하기 위한 것으로서, 상기 초음파 변환기에 대향되는 위치에 형성되며, 상기 제2이송수단과 결합되어 각도 조절이 가능한 반사구조체와, 상기 반사구조체 상측에 형성되어 상기 반사구조체에서 전달된 방사력을 측정하기 위한 전자저울을 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사구조체와 상기 전자저울은 스테인레스 막대로 연결되는 것이 바람직하며, 상기 반사구조체의 반사면은, 상기 반사구조체에서 전달된 방사력이 전반사를 일으킬 수 있도록 물과 음향 임피던스 차이가 큰 재질로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사구조체에 대향되는 위치에 형성되며, 반사면이 수평 방향에 대해 45°로 이루어진 난반사구조체가 더 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 초음파 변환기의 성능 측정 시스템은, 제1이송수단 및 제2이송수단을 자동제어하여, 상기 초음파 변환부 및 특성측정부의 상호 위치를 조절하고, 상호 각도의 조절이 가능하도록 하는 제어부와, 상기 특성측정부의 출력값을 분석하여, 상기 초음파 변환부에 의한 입력값에 대한 음장 분포 및 음향 출력 특성에 대한 데이타를 표시하는 데이타표시부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 초음파 변환기를 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 하고, 반사구조체를 2축 회전운동이 가능하도록 자동제어하여, 초음파 변환기의 정밀한 음향 출력 특성 측정이 가능하여, 짧은 시간 내에 실험에 최적화된 장치의 셋팅이 가능하도록 하면서, 정확한 성능평가가 이루어지도록 하는 효과가 있다.
도 1 - 본 발명에 따른 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 있어서, 음장 분포 특성을 측정하기 위한 일실시예를 나타낸 모식도.
도 2 - 본 발명에 따른 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 있어서, 음향 출력 특성을 측정하기 위한 일실시예를 나타낸 모식도.
본 발명은 초음파 변환기의 성능을 측정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 초음파 변환기에서 송신된 음파의 음장 분포 또는 음향의 출력특성을 측정하여 초음파 변환기의 성능을 측정하기 위한 것이다.
특히, 초음파 변환부의 초음파 변환기를 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 하고, 특성측정부의 하이드로폰 및 반사구조체를 2축 회전운동이 가능하도록 자동제어하여, 초음파 변환기의 정밀한 음장 분포 및 음향 출력 특성을 측정하여, 짧은 시간 내에 실험에 최적화된 장치의 셋팅이 가능하도록 하며, 정확한 성능평가가 이루어지도록 하는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 있어서, 음장 분포 특성을 측정하기 위한 일실시예를 나타낸 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 있어서, 음향 출력 특성을 측정하기 위한 일실시예를 나타낸 모식도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 변환기의 성능 측정 시스템은, 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 있어서, 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 형성된 초음파 변환부(100)와, 상기 초음파 변환부(100)에 대향되는 위치에 형성되며, 각도조절이 가능하도록 형성되고, 상기 초음파 변환부(100)에서 송신된 음파의 음장 분포 또는 음향 출력 특성을 측정하기 위한 특성측정부(200) 그리고, 상기 초음파 변환부(100)와 결합되어 상기 초음파 변환부(100)의 3축 병진운동 및 2축 회전운동을 구현하는 제1이송수단(300) 및 상기 특성측정부(200)와 결합되어 상기 특성측정부(200)의 각도를 조절시키는 제2이송수단(400)으로 크게 구성된다.
여기에서, 초음파 변환기의 성능은 주로 초음파 변환부(100)에서 송신된 음파의 음장 분포 또는 음향 출력 특성을 측정하는 것으로서, 이를 위해 특성측정부(200)로 하이드로폰(210)과, 반사구조체(240) 및 전자저울(250) 등의 구성으로 구현된다.
먼저, 도 1을 참조하여 특성측정부(200)로 하이드로폰(210)을 구현하여, 음장 분포 특성을 측정하는 것에 대해 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 초음파 변환기의 성능 측정 시스템은, 증류수가 담긴 수조(또는 인체 진단 및 치료용, 가상현실에 대한 촉감 생성용으로 사용하고자 하는 경우에는 인체 조직과 유사한 팬텀을 사용)(10) 내에 초음파 변환기(110)를 위치시키고, 그에 대향되는 위치에 하이드로폰(210)을 위치시켜, 초음파 변환기(110)에서 송신된 음파의 음장 분포를 하이드로폰(210)에서 측정하게 된다.
초음파 변환기(110)의 음장 분포를 측정하기 위해서, 제1이송수단(300)을 이용하여 초음파 변환기(110)를 먼저 적당한 위치에 고정시키고, 상기 제2이송수단(400)을 이용하여 하이드로폰(210)의 뾰족한(측정위치) 부분을 초점거리 부근으로 위치시켜 초음파 변환기로부터 송신된 음파의 음장 분포를 측정하게 된다.
정밀한 측정을 위해서는 초음파 변환기(110) 및 하이드로폰(210)을 이동이 가능하도록 미세하게 제어하며, 상기 제1이송수단(300) 및 제2이송수단(400)을 이용하여 초음파 변환기(110) 및 하이드로폰(210)의 위치 및 평행을 조절하여 측정오차를 최소화하도록 한다.
더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명에서의 초음파 변환기(110)는 초음파 변환부(100)의 구성요소로써, 초음파 변환기 홀더(120)에 장착되어, 3차원 위치조절 및 2차원 각도조절이 가능하도록 형성된다.
그리고, 상기 초음파 변환기 홀더(120)에 장착되며 상기 제1이송수단과 연결되는 벨트기어부(130)로 크게 구성되어, 상기 초음파 변환기 홀더(120)는 벨트기어부(130)에 의해 제1이송수단(300)과 연결되어 초음파 변환기(110)의 위치조절 및 각도조절이 가능하도록 한다.
상기 제1이송수단(300)은 5축 모터에 의해 구동되고, 상기 초음파 변환기 홀더와 결합되며, 상기 수조(10)의 상측부에 위치되고, 이송레일을 따라 3축 병진운동이 가능하도록 형성되며, 구동축을 중심으로 2축 회전운동이 각각 가능하도록 형성된다. 상기 이송레일 및 구동축은 수조의 크기 및 형태, 실험 환경에 따라 적절한 위치에 형성할 수 있다.
상기 초음파 변환기(110)는 3축 병진운동에 의한 위치조절 및 2축 회전운동에 의한 각도조절이 가능하도록 형성되며, 3차원 리니어 모터에 의해 위치의 조절이 가능하도록 하고, 윔기어 및 이에 연결된 벨트기어부(130)에 의해 2차원(상하좌우)의 각도 조절이 가능하도록 한다.
여기에서 3축 병진운동이라 함은 x축, y축 및 z 축으로 정의되는 가상의 3차원 직교좌표계 공간상에 있어서, 상기 x 축, y축 및 z 축 중 적어도 어느 한 방향으로의 위치조절이 가능하도록 초음파 변환기(110)가 이송되도록 하는 것이다.
또한, 2축 회전운동은 상기 x축, y축 및 z축 중 적어도 어느 두 축방향에 대한 각도 조절이 각각 가능하도록 초음파 변환기(110)가 이송되도록 하는 것이다.
상기 벨트기어부(130)는 벨트 및 기어로 형성되고, 상기 기어 축이 상기 웜기어와 연결되어, 미세한 각도 조절이 가능하도록 한다.
이에 의해 초음파 변환기(110)의 위치 설정이 정밀하게 이루어지도록 한다.
그리고, 상기 특성측정부(200)는 상기 초음파 변환부(100)에 대향되는 위치에 형성되며, 2축 회전운동 즉, 상하좌우 각도조절이 가능하도록 형성되고, 상기 초음파 변환부(100)에서 송신된 음파의 음장분포를 측정하기 위한 것으로서, 상기 초음파 변환기(110)에 대향되는 위치에 형성된 하이드로폰(210)과, 상기 하이드로폰(210)이 장착되는 하이드로폰 홀더(220) 및 상기 하이드로폰 홀더(220)에 장착되며 상기 제2이송수단(400)과 연결되는 벨트기어부(130)로 이루어진다.
상기 제2이송수단(400)은 웜과 웜기어에 의해 구현되며, 웜기어는 상기 벨트기어부(230)의 기어 축과 연결되어, 하이드로폰(210)의 2축 회전운동이 가능하도록 형성된다.
일반적으로 하이드로폰(210)은 음원의 방향에 따라 감도가 변하기 때문에 각도 조절이 매우 중요하게 작용하며, 상하좌우(x축, y축 및 z축 중 적어도 어느 두 축방향)로 각도를 미세하게 조절할 수 있도록 웜기어를 이용한 것이다.
이러한 구성은 초음파 변환기(110)와 하이드로폰(210) 간의 평행을 이루도록 하는 짐발링(gimbaling) 과정을 실행하기 위한 것으로서, 수동조작이 요구되는 부분을 자동화하며, 초음파 변환기(110)를 5축 모터에 의해 구동되도록 하여 위치와 각도를 조절하며, 하이드로폰(210)은 웜기어에 의해 2축으로 미세한 회전이 가능하도록 하여, 짐발링(gimbaling) 과정을 자동화한 것이다.
이에 의해 초음파 변환기(110)를 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 하고, 하이드로폰(210)을 2축 회전운동이 가능하도록 자동제어하여, 초음파 변환기(110)의 정밀한 음장 분포 특성이 측정이 가능하여, 짧은 시간 내에 실험에 최적화된 장치의 셋팅이 가능하도록 하면서, 정확한 성능평가가 이루어지도록 하는 것이다.
그리고, 도 2를 참조하여 특성측정부(200)로 반사구조체(240) 및 전자저울(250)을 구현하여, 음향 출력 특성을 측정하는 것에 대해 설명하고자 하며, 상기에서 일부 중복되는 설명은 생략하고자 한다.
본 발명에 따른 초음파 변환기의 성능 측정 시스템은, 증류수가 담긴 수조(또는 인체 진단 및 치료용, 가상현실에 대한 촉감 생성용으로 사용하고자 하는 경우에는 인체 조직과 유사한 팬텀을 사용)(10) 내에 초음파 변환기(110)를 위치시키고, 그에 대향되는 위치에 반사구조체(240)를 위치시키고 상기 반사구조체(240)에 전달된 방사력을 측정하기 위해 전자저울(250)을 구비하여, 초음파 변환기(110)에서 송신된 음파의 음향 출력 특성을 측정하게 된다.
초음파 변환기(110)의 음향 출력 특성을 측정하기 위해서, 제1이송수단(300)을 이용하여 초음파 변환기(110)를 먼저 적당한 위치에 고정시키고, 상기 제2이송수단(400)을 이용하여 반사구조체(240)를 미세하게 이동하여 측정오차를 최소화하도록 한다.
더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명에서의 초음파 변환기(110)는 초음파 변환부(100)의 구성요소로써, 초음파 변환기 홀더(120)에 장착되어, 3차원 위치조절 및 2차원 각도조절이 가능하도록 형성된다. 상기 초음파 변환기 홀더(120)는 벨트기어부(130)에 의해 제1이송수단(300)과 연결되어 초음파 변환기(110)의 위치조절 및 각도조절이 가능하도록 한다.
상기 제1이송수단(300)은 5축모터에 의해 구동되며, 초음파 변환기(110)의 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 형성되며, 3차원 리니어 모터에 의해 위치의 조절이 가능하도록 하고, 윔기어 및 이에 연결된 벨트기어부(130)에 의해 2축(예컨대 상하좌우)으로 각도 조절이 가능하도록 한다.
상기 벨트기어부(130)는 벨트 및 기어로 형성되고, 상기 기어 축이 상기 웜기어와 연결되어, 미세한 각도 조절이 가능하도록 한다.
이에 의해 초음파 변환기(110)는 반사구조체(240)와의 각도적인 정렬이 중요한 요소로 작용하기 때문에 상하좌우 입사각의 조절이 가능하도록 하며, 일반적으로 천이점에서 음향 파워를 측정하게 되므로, 천이점보다 큰 이송거리를 가져야 한다.
그리고, 상기 특성측정부(200)는 상기 초음파 변환부(100)에 대향되는 위치에 형성되며, 상기 제2이송수단(400)과 결합되어 각도조절이 가능하도록 형성되고, 상기 초음파 변환부(100)에서 송신된 음파의 음향 출력 특성을 측정하기 위한 것으로서, 반사구조체(240)와, 상기 반사구조체(240) 상측에 바람직하게는 상기 반사구조체(240)의 수직 상측으로 수조(10)의 바깥에 형성되어 상기 반사구조체(240)에서 전달된 방사력을 측정하기 위한 전자저울(250)을 포함하여 형성된다.
상기 제2이송수단(400)은 웜과 웜기어에 의해 구현되어 반사구조체(240)의 2축 회전운동이 가능하도록 형성된다.
일반적으로 반사구조체(240)는 음원의 방향에 따라 감도가 변하기 때문에 각도 조절이 매우 중요하게 작용하며, 예를 들어 상하좌우로 2축으로의 각도를 미세하게 조절할 수 있도록 웜기어를 이용한 것이다.
또한, 상기 반사구조체(240)의 반사면의 각도는 45°로 방사력을 전자저울(250)에 정확히 전달하기 위해, 전자저울(250)의 하부 계량 센서 부분과 반사구조체(240)를 스테인레스 막대(260)로 직접 연결하여 정확한 방사력을 측정하도록 한다.
또한, 상기 반사구조체(240)는 방사력이 전반사를 일으킬 수 있도록 물과 음향 임피던스 차이가 큰 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 재질로 스테인레스 스틸을 사용한다.
또한, 상기 반사구조체(240)의 아랫부분에 대향되는 위치에 반사된 방사력이 도달하여 난반사될 수 있도록 하는 난반사구조체(270)가 더 형성되며, 난반사 효율을 향상시키기 위해 반사면의 각도는 45°로 형성되도록 하여, 다른 반사파의 영향을 최소화하도록 한 것이다.
한편, 초음파 에너지는 초음파 변환기(110)의 빔 프로파일에 따른 경로로 매질을 통해 운반된다고 가정할 수 있기 때문에 ray acoustic으로 가정할 수 있다. 도 2에서의 경우 반사구조체(240) 표면에서의 완전반사와 반사구조체(240) 수평방향으로 작용하는 힘이 반사구조체(240)의 반발력에 의하여 상쇄됨을 가정할 때 방사력은 다음 식(1)과 같이 정의된다.
F=W/c=ma --(1)
여기에서, F는 방사력(radiation power), W는 음향 파워(acoustic power), c는 음속(speed of sound), m은 질량(mass), a는 중력가속도(acceleration of gravity)이다.
방사력 F는 초음파 변환기에서 발생되는 총 파워와 음속으로 표현이 가능하며, 이는 질량과 중력가속도의 곱으로 나타낼 수 있다. 식 (1)의 각 변수에 값을 대입하면 최종적으로 식 (2)로 나타난다. 다만 측정 과정에서 반복적 펄스를 사용하는 경우, 측정된 무게값에 미리 설정된 듀티 싸이클(duty cycle)을 곱해준 값이 실제 출력으로 환산된다.
mW=0.0147 x m x duty cycle --(2)
이와 같이, 초음파 변환기(110)를 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 하고, 반사구조체(240)를 2축 회전운동이 가능하도록 자동제어하여, 초음파 변환기(110)의 정밀한 음향 출력 특성 측정이 가능하여, 짧은 시간 내에 실험에 최적화된 장치의 셋팅이 가능하도록 하면서, 정확한 성능평가가 이루어지도록 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 변환기의 성능 측정 시스템은, 제1이송수단(300) 및 제2이송수단(400)을 자동제어하여, 초음파 변환부(100) 및 특성측정부(200)의 위치 및 상호 평행의 조절이 가능하도록 형성된 제어부(500)와, 상기 특성측정부(200)의 출력값을 분석하여, 입력값에 대한 음장 분포 및 음향 출력 특성에 대한 데이타를 표시하는 데이타표시부(500)를 더 포함하여 형성된다.
상기 초음파 변환부(100)와 특성측정부(200)를 자동으로 제어하기 위한 제어부(500)는, 제어용 PC와 인터페이스를 이용하며, 제어대상은 초음파 변환부(100)와 특성측정부(200)의 위치 및 상호 평행의 조절을 위해 상기 제1이송수단(300) 및 제2이송수단(400)을 제어하게 되며, 상기 데이타표시부(500)는 PC의 모니터로 나타나게 된다.
이에 의해, 초음파 변환기를 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 하고, 반사구조체를 2축 회전운동이 가능하도록 자동제어하고, 음장 분포 및 음향 출력 특성에 대한 데이타를 표시하여 초음파 변환기의 성능에 대한 측정이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있게 된다.
또한, 자동제어를 통해 짧은 시간 내에 실험에 최적화된 장치의 셋팅이 가능하도록 하면서, 정확한 성능평가가 이루어지도록 하는 것이다.
10 : 수조 100 : 초음파 변환부
110 : 초음파 변환기 120 : 초음파 변환기 홀더
130 : 벨트기어부 200 : 특성측정부
210 : 하이드로폰 220 :하이드로폰 홀더
230 : 벨트기어부 240 : 반사구조체
250 : 전자저울 260 : 스텐인레스 막대
270 : 난반사구조체 300 : 제1이송수단
400 :제2이송수단 500 : 제어부 및 데이타표시부

Claims (10)

  1. 초음파 변환기의 성능 측정 시스템에 있어서,
    3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 형성된 초음파 변환부;
    상기 초음파 변환부에 대향되는 위치에 형성되며, 각도조절이 가능하도록 형성되고, 상기 초음파 변환부에서 송신된 음파의 음장 분포 또는 음향 출력 특성을 측정하기 위한 특성측정부; 그리고,
    상기 초음파 변환부와 결합되어 상기 초음파 변환부의 3축 병진운동 및 2축 회전운동을 구현하는 제1이송수단 및 상기 특성측정부와 결합되어 상기 특성측정부의 각도를 조절시키는 제2이송수단;을 포함하되,
    상기 특성측정부는,
    상기 초음파 변환기에서 송신된 음파의 음향 출력을 측정하기 위한 것으로서,
    상기 초음파 변환기에 대향되는 위치에 형성되며, 상기 제2이송수단과 결합되어 각도 조절이 가능한 반사구조체;
    상기 반사구조체 상측에 형성되어 상기 반사구조체에서 전달된 방사력을 측정하기 위한 전자저울;을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 초음파 변환부는,
    초음파 변환기;
    상기 초음파 변환기가 장착되는 초음파 변환기 홀더; 및
    상기 초음파 변환기 홀더에 장착되며 상기 제1이송수단과 연결되는 벨트기어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1이송수단은,
    5축모터에 의해 구동되어, 상기 초음파 변환기의 3축 병진운동 및 2축 회전운동이 가능하도록 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 반사구조체와 상기 전자저울은 스테인레스 막대로 연결되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 반사구조체의 반사면은,
    상기 반사구조체에서 전달된 방사력이 전반사를 일으킬 수 있도록 물과 음향 임피던스 차이가 큰 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 반사구조체에 대향되는 위치에 형성되며, 반사면이 수평 방향에 대해 45°로 이루어진 난반사구조체가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템.
  10. 제 1항 내지 제 3항 및 제 7항 내지 제 9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 변환기의 성능 측정 시스템은,
    제1이송수단 및 제2이송수단을 자동제어하여, 상기 초음파 변환부 및 특성측정부의 상호 위치를 조절하고, 상호 각도의 조절이 가능하도록 하는 제어부와,
    상기 특성측정부의 출력값을 분석하여, 상기 초음파 변환부에 의한 입력값에 대한 음장 분포 및 음향 출력 특성에 대한 데이타를 표시하는 데이타표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 성능 측정 시스템.
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