KR19990086568A - 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자에 관한 것으로서, 정자기장을 발생하기 위한 영구 자석과, 동자기장을 발생하기 위한 코일을 포함하며, 코일에 교류를 흘려줌에 의하여 매질에 유도된 와전류가 주기적인 로렌쯔 힘을 발생시키고, 이러한 로렌쯔 힘의 응력에 의하여 매질에 초음파가 여기되도록 한다. 본 발명에 의한 초음파 탐촉자는 매질과 접촉되지 않은 상태에서도 매질에 초음파를 송신할 수 있는 장점이 있다.

Description

로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자

본 발명은 전자기적인 힘을 이용하여 전기 전도체에 초음파를 발생시키고 수신하기 위한 초음파 탐촉자에 관한 것으로서, 특히 로렌쯔 힘을 이용하여 탐촉자와 매질 사이에 아무 물리적인 접촉이 없도록 한 것을 특징으로 한다.

일반적인 초음파 탐촉자는 정자기장을 발생시키기 위한 영구 자석과 동자기장을 발생시키기 위한 코일로 구성된다. 영구 자석과 코일의 형상과 방향에 따라서 발생되는 초음파의 모드가 결정된다.

재료가 강자성체이면 재료의 특질인 자왜효과를 이용하여 초음파 탐촉자를 제작할 수 있다. 재료내에서 자왜와 동자기장은 직접적인 상호 작용을 일으켜서 초음파를 발생한다. 재료내의 자화 강도를 조절하기 위하여 전자석으로 정자기장을 형성하고, 재료 위에 있는 코일에 원하는 주파수의 교류를 흘리면 코일 주변에는 플레밍의 오른 나사 법칙에 의하여 동자기장이 형성된다. 형성된 동자기장은 재료내에서 자왜 현상을 일으키고, 이 자왜 현상이 초음파의 소스(source)로서 작용된다. 이러한 과정의 역과정이 수신하는 과정에서도 똑같이 적용된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 자왜 현상을 이용한 초음파 탐촉자 이외에, 로렌쯔 힘을 이용하여 도체 매질내에 초음파를 발생시키고 또한 초음파를 수신할 수 있는 초음파 탐촉자를 제공하는데 있다.

본 발명에서는 또한, 종래의 초음파 탐촉자에 비하여 비접촉 타입의 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 초음파 탐촉자의 정면도,

도2는 본 발명에서 사용된 직사각형 타입의 연장된 나선형 코일을 보여주는 도면,

도3은 본 발명에서 사용된 영구 자석 코아와 직사각형 타입의 연장된 나선형 코일의 배치를 보여주는 도면,

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 연결부 2 : 알루미늄 하우징

3 : 연결 도선 4 : 영구 자석 코아

5 : 에폭시 몰딩 6 : 연장된 나선형 코일

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자는, 도체 매질의 표면에 와전류를 유도하기 위한 코일과, 정자기장을 발생시키기 위한 영구 자석을 포함하며, 상기 영구 자석에 의하여 정자기장이 형성되면, 상기 코일에 의하여 도체 매질의 표면에 유도된 와전류에 의하여 주기적인 로렌쯔 힘이 발생하고, 이 로렌쯔 힘에 의한 응력에 의하여 도체 매질내에 초음파가 여기되는 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기한 본 발명에 의한 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자는, SH(Shear Horizontally Polarization) 파를 발생시키기 위하여, 상기 영구 자석 코아는 판형 자석이 주기적으로 배열되어 있는 형태이고, 상기 연장된 나선형 코일은 상기 영수 자석 코아의 아래에 직사각형 타입으로 형성되는 것임을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 초음파 탐촉자의 정면도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 초음파 탐촉자는, 와전류를 결정하는 연장된 나선형 코일(6)과 정자기장을 발생시키기 위한 영구 자석 코아(4)를 핵심적인 구성 요소로 한다.

재료 표면에 코일(6)이 표면 근처에 위치해 있고, 코일에 원하는 주파수의 전류를 흘려 보내면 와전류가 재료내에 유도되고, 영구 자석 코아(4)에 의하여 정자기장 바이어스가 걸리면, 와전류는 주기적인 로렌쯔 힘을 발생시킨다. 도체 매질에 근접하게 위치한 코일(6)에 전류가 흐르면 도체 매질의 표면에 와전류가 분포하게 되며, 분포한 와전류가 정자기장에 놓이면 로렌쯔 힘에 의한 응력에 의하여 도체 매질 표면에 음향파를 여기시킨다.

본 발명에서는 SH(Shear Horizontally Polarization) 파를 발생시키기 위하여, 영구 자석 코아(4)는 판형 자석이 주기적으로 배열되어 있는 형태로 구현하고, 그 아래에 직사각형 타입의 연장된 나선형 코일(6)을 배치하였다. 코일(6)에 원하는 주파수를 가진 전류를 흘려주면, 재료내에 와전류가 생성된다. 자기장은 재료의 두께 방향으로 각각 형성되고, 어느 순간에서 일정한 방향으로 전류가 흐르고 있을 때를 고려해 보면, 각각의 모듈에서는 같은 방향으로 로렌쯔 힘이 생성되는 것을 알 수 있다. 코일에 반대 방향의 전류를 흐르게 하면 와전류의 방향도 반대가 되어서 같은 방향으로 로렌쯔 힘이 생긴다. 이러한 과정이 반복되어 재료내에서 SH 파가 발생된다.

도2는 본 발명에서 사용된 직사각형 타입의 연장된 나선형 코일을 보여주고, 도3은 본 발명에서 사용된 영구 자석 코아와 직사각형 타입의 연장된 나선형 코일의 배치를 보여준다.

도2에 도시된 연장된 나선형 코일의 크기는 각각 0.08㎜, 0.2㎜, 0.45㎜이다. 단일의 탐촉자에는 송신용 센서와 수신용 센서가 함께 들어있는데, 각각의 센서는 도3에서 보이는 바와 같이, 5×5×10㎜의 나비듐 영구 자석 4개씩을 포함하고 있다.

연장된 나선용 코일(6)을 먼저 제작한 후, 정자기장용 영구 자석 코아(4)를 제작한다. 동자기작용 코일(6)과 정자기장용 영구 자석 코아(4)를 보호하기 위하여 탐촉자 하우징(2)을 씌운다. 탐촉자 하우징(2)은 두께 0.5㎜의 알루미늄 재료로 제작되고, 하우징(2)내에서 코일(6)과 영구 자석 코아(4)를 고정하기 위하여 에폭시 몰딩(5)을 사용한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자는, 정자기장을 발생하기 위한 영구 자석과, 동자기장을 발생하기 위한 코일을 포함하며, 코일에 교류를 흘려줌에 의하여 매질에 유도된 와전류가 주기적인 로렌쯔 힘을 발생시키고, 이러한 로렌쯔 힘의 응력에 의하여 매질에 초음파가 여기되도록 한다. 본 발명에 의한 초음파 탐촉자는 매질과 접촉되지 않은 상태에서도 매질에 초음파를 송신할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자에 있어서,

   도체 매질의 표면에 와전류를 유도하기 위한 코일과, 정자기장을 발생시키기 위한 영구 자석을 포함하며, 상기 영구 자석에 의하여 정자기장이 형성되면, 상기 코일에 의하여 도체 매질의 표면에 유도된 와전류에 의하여 주기적인 로렌쯔 힘이 발생하고, 이 로렌쯔 힘에 의한 응력에 의하여 도체 매질내에 초음파가 여기되는 것임을 특징으로 하는 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자.
2. 제1항에 있어서, 상기한 초음파 탐촉자는,

   SH(Shear Horizontally Polarization) 파를 발생시키기 위하여, 상기 영구 자석 코아는 판형 자석이 주기적으로 배열되어 있는 형태이고, 상기 연장된 나선형 코일은 상기 영수 자석 코아의 아래에 직사각형 타입으로 형성되는 것임을 특징으로 하는 로렌쯔 힘을 이용한 초음파 탐촉자.