KR200264944Y1 - Apparatus for developing and using an ultra-sonic generator with oscillation circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 변환자의 제작 및 구동에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 변환자에 초음파 발생용 압전체와 초음파 변환자를 진동시키는 진동자를 동시에 장착하여, 초음파용 압전체로 초음파를 발생시키는 동시에 진동자를 구동하여 초음파 변환자를 진동하게 하는 것이다.The present invention relates to the fabrication and driving of an ultrasonic transducer, and more particularly, to an ultrasonic transducer simultaneously equipped with an ultrasonic generator piezoelectric body and an oscillator for vibrating the ultrasonic transducer, thereby generating ultrasonic waves with the ultrasonic piezoelectric body and simultaneously driving the vibrator. It makes the ultrasonic transducer vibrate.

Description

초음파 변환자에 진동자를 부착하여 제작 및 구동방법{Apparatus for developing and using an ultra-sonic generator with oscillation circuit}Apparatus for developing and using an ultra-sonic generator with oscillation circuit

본 고안은 전기적 연속파를 초음파로 변환, 발생시키는 과정에서 초음파를 효과적으로 전달하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of effectively transmitting ultrasonic waves in the process of converting and generating electrical continuous waves into ultrasonic waves.

도 1은 일반적으로 사용하는 원형판(Disk)형의 초음파 압전체로 구성된 초음파 변환자의 단면 구조에 전기적 신호를 발생하는 연속파 발진기로 구성되어 있다. 연속파 발진기에서 발생되는 전기신호에 의하여 전기적 신호를 초음파로 변환하는 원형판 초음파 압전체(107)와 초음파 압전체에서 발생하는 초음파를 매질로 연결하는 금속성 매질로 접속하여 사용하는 압전체 고정판(109)과 초음파 압전체에 전기적 신호를 가하기 위한 단자(105)로 구성되어 있다.1 is a continuous wave oscillator for generating an electrical signal in a cross-sectional structure of an ultrasonic transducer composed of a generally used disk-shaped ultrasonic piezoelectric body. To the piezoelectric fixed plate 109 and the ultrasonic piezoelectric member used by connecting the circular plate ultrasonic piezoelectric member 107 for converting the electrical signal into ultrasonic waves by the electrical signal generated by the continuous wave oscillator and the metallic medium connecting the ultrasonic wave generated from the ultrasonic piezoelectric member to the medium. It consists of a terminal 105 for applying an electrical signal.

도 1과 같이 연속파 발진기에서 발생된 전기적 신호는 초음파 압전체(107)에서 전기적 연속파는 초음파로 변환하여 압전체 고정판(109)을 통하여 도3과 같이 초음파 매질에 연속파 초음파를 발생한다(309). 도 5는 도 3에서의 "가"(305), "나"(307) 점에서의 연속초음파를 전기신호로 변환하여 기록한 것으로 깊이에 따라 초음파 신호는 매질의 감쇄에 의하여 "가"(505) 지점보다 "나"(507) 지점이 적게된다.As shown in FIG. 1, the electrical signal generated by the continuous wave oscillator converts the continuous electric wave into ultrasonic waves in the ultrasonic piezoelectric body 107 and generates continuous wave ultrasonic waves in the ultrasonic medium as shown in FIG. 3 through the piezoelectric fixing plate 109 (309). FIG. 5 is a diagram illustrating conversion of continuous ultrasonic waves at the points “305” and “b” 307 of FIG. 3 into electrical signals. There are fewer "me" 507 points than points.

도 6에서는 초음파 매질 내에 초음파 반사계수가 큰 매질 "A"(615), "B"(617)가 있을 경우, "A"(615)매질은 초음파 변환자로부터 발생되는 초음파를 일부는 통과시키고, 일부는 반사시키게 된다. 이와 같은 원리는 "B"(617)매질로부터 반사된 신호도 반사시키게 됨으로 "나"(607) 점에서는 초음파 변환자(603)로부터 연속적으로 발생되는 초음파 신호와 "A"(615), "B"(617) 매질에서 계속 축적되어 반사가 되풀이되는 초음파에 의하여 도 8과 같이 "나"(807) 지점의 초음파 신호가 "가"(805) 지점의 초음파 신호보다 크게 된다. 이 현상을 초음파 공동(Cavity)현상(715)이라한다. 이 경우 "나"(605) 지점의 초음파 신호가 의도하지 않은 크기 이상으로 크져 "나"(605) 지점에 매질에 많은 초음파 에너지가 집중되게 되어 매질의 손상이 오게된다.In FIG. 6, when there are mediums "A" 615 and "B" 617 having a large ultrasonic reflection coefficient in the ultrasonic medium, the "A" 615 medium partially passes ultrasonic waves generated from the ultrasonic transducer, Some are reflected. This principle also reflects the signal reflected from the medium "B" (617), so that "A" (607), the ultrasonic signal continuously generated from the ultrasonic transducer 603, and "A" (615), "B" By the ultrasonic wave continuously accumulated in the medium "617" and the reflection is repeated, the ultrasonic signal at the point "I" 807 is larger than the ultrasonic signal at the point "ga" 805 as shown in FIG. This phenomenon is called an ultrasonic cavity phenomenon 715. In this case, the ultrasonic signal at the point "I" 605 is larger than the unintended size, so that a lot of ultrasonic energy is concentrated in the medium at the point "I" 605, resulting in damage to the medium.

이와 같은 공동현상은 초음파 임피던스가 "A"(615), "B"(617)와 같이 초음파 매질의 임피던스가 많이 차이나는 매질이 구성되는 경우에 초음파 변환자(603)로부터 발생하는 연속 초음파의 위상과 "B"(617) 매질에서 반사되는 초음파 신호의 위상 및 "B"(617)에서 반사되어 "A"(615)에서 다시 반사되는 신호의 위상이 동일할 경우에 3가지 초음파 신호가 동 위상으로 더해진다. 또한 시간이 증가할수록 "A"(615)와 "B"(617) 매질 사이의 반사되는 성분이 증가함으로써 공동 현상이 발생한다.This cavitation is a phase of the continuous ultrasound generated from the ultrasonic transducer 603 in the case where a medium having a large difference in the impedance of the ultrasonic medium such as "A" (615), "B" (617) is configured. The three ultrasonic signals are in phase when the phase of the ultrasonic signal reflected in the medium "B" 617 and the signal reflected in "B" 617 and reflected back from "A" 615 are the same. Is added. In addition, as time increases, the reflected component between the "A" 615 and "B" 617 media increases, causing cavitation.

도 6과 같이 초음파 변환자(603)로 초음파 매질에 초음파를 투과할 경우, 초음파 에너지는 초음파 매질의 구조에 의하여 도 7와 같이 초음파 공동현상(715)이 발생한다. 이와 같은 초음파 공동현상(715)은 초음파 매질 내에서 비정상적으로 초음파 에너지가 높게 집중되는 현상으로, 매질에 높은 초음파에너지로 인하여 매질의 손상을 가져오게 된다.When ultrasonic waves are transmitted through the ultrasonic medium by the ultrasonic transducer 603 as shown in FIG. 6, ultrasonic cavitation 715 is generated as shown in FIG. 7 due to the structure of the ultrasonic medium. The ultrasonic cavitation 715 is a phenomenon in which ultrasonic energy is abnormally concentrated in an ultrasonic medium, resulting in damage to the medium due to high ultrasonic energy in the medium.

도 1은 초음파 변환자와 연속파 발진기에 의한 초음파 발생 구성도1 is a configuration diagram of ultrasonic generation by an ultrasonic transducer and a continuous wave oscillator

도 2는 편심모터를 이용한 진동자를 초음파 변환자에 내장한 초음파 변환자와 연속파 발진기의 구성도2 is a configuration diagram of an ultrasonic transducer and a continuous wave oscillator incorporating an oscillator using an eccentric motor into an ultrasonic transducer.

도 3은 초음파 변환자를 연속파 발진기로 구동하여 초음파 매질에서의 초음파가 진행되는 예시도3 is an exemplary diagram in which ultrasonic waves in an ultrasonic medium are driven by driving an ultrasonic transducer with a continuous wave oscillator.

도 4는 초음파 발생기에서 전기적 연속파가 연속적 초음파로 변화 발생되는 과정4 is a process in which the electrical continuous wave is changed to continuous ultrasonic wave in the ultrasonic generator

도 5는 도 3의 일반적인 초음파 변환자 사용에 있어서의 "가", "나" 두 지점에서의 초음파 신호를 전기적으로 변환한 신호FIG. 5 is a signal obtained by electrically converting an ultrasonic signal at two points "a" and "b" in using the general ultrasonic transducer of FIG.

도 6은 초음파 공동 현상이 발생하는 매질과 초음파 진행 예시도6 is an illustration of the medium and the ultrasonic progression of the ultrasonic cavitation occurs

도 7은 초음파 발생기에서 공동현상을 일으키며 초음파를 발생시키는 과정7 is a process of generating ultrasonic waves by causing cavitation in an ultrasonic generator

도 8은 도 6과 같이 초음파 매질내에서 초음파 공동현상이 발생할 경우의 "가", "나" 두 지점에서의 초음파 신호를 전기적으로 변환한 신호FIG. 8 is a signal obtained by electrically converting ultrasonic signals at two points “a” and “b” when ultrasonic cavitation occurs in an ultrasonic medium as shown in FIG. 6.

도 9는 진동자를 내장한 초음파 변환자와 연속파 발진기 및 편심 모타 구동회로로 구성된 초음파 발생기에서 초음파가 진행되는 예시도9 is an exemplary diagram in which ultrasonic waves progress in an ultrasonic generator including an ultrasonic transducer having a vibrator, a continuous wave oscillator, and an eccentric motor driving circuit.

도 10은 편심 모타 구동회로로 초음파 변환자를 진동시켜 공동현상이 생기지 않고 초음파를 발생시키는 과정10 is a process of generating ultrasonic waves without generating a cavity by vibrating the ultrasonic transducer with an eccentric motor driving circuit

도 11은 도 9의 구조에서의 "가", "나" 두 지점에서의 초음파 신호의 전기적으로 변환한 신호FIG. 11 is an electrically converted signal of ultrasonic signals at two points “a” and “b” in the structure of FIG. 9.

본 고안은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변화하는 초음파 변환자를 연속파로 구동할 경우 초음파가 조사되는 매질에서 초음파 특성 임피던스에 의하여 초음파의 일부는 진행되고, 일부는 반사되는 특성에 의하여 임의의 구간에서 초음파 공동(Cavity) 현상이 발생한다. 이와 같은 공동 현상을 진동자를 사용하여 초음파 변환자의 위치를 변경하여 초음파 에너지의 집중을 방지하는 방법으로 초음파 에너지 공동현상으로 인하여 발생하는 매질의 손상을 방지하는 방법을 고안한 것이다.According to the present invention, when driving an ultrasonic transducer that converts electrical energy into mechanical energy as a continuous wave, a part of the ultrasonic waves proceeds by ultrasonic characteristic impedance in a medium to which ultrasonic waves are irradiated, and a portion of the ultrasonic waves is reflected in an arbitrary region due to the reflected characteristic. (Cavity) phenomenon occurs. This is a method of preventing the damage of the medium caused by the ultrasonic energy cavitation as a method of preventing the concentration of ultrasonic energy by changing the position of the ultrasonic transducer by using a vibrator.

1. 구성도1. Configuration

도 2와 같이 초음파 변환자(203)에 부가적으로 초음파 변환자를 진동시키는 진동자(223)를 부착하여, 진동자를 구동시키는 동시에 연속파 신호 발생기에 의하여 초음파 변환자(203)를 구동하여 초음파를 발생시키는 방법.As shown in FIG. 2, an oscillator 223 for vibrating the ultrasonic transducer is additionally attached to the ultrasonic transducer 203 to drive the vibrator and to drive the ultrasonic transducer 203 by the continuous wave signal generator to generate ultrasonic waves. Way.

2. 동작설명2. Description of operation

도 9와 같이 초음파 변환자(903)는 연속파 발진기(901)에 의하여 구동되어 초음파 신호를 발생하고 이와 동시에 편심 모타 구동회로(921)에 의하여 내장된 진동자가 진동자 구동회로에 의하여 초음파 변환자 전체를 진동시키게 된다.As shown in FIG. 9, the ultrasonic transducer 903 is driven by the continuous wave oscillator 901 to generate an ultrasonic signal, and at the same time, the vibrator built in the eccentric motor driving circuit 921 is used to complete the ultrasonic transducer by the vibrator driving circuit. It is vibrated.

도 2에서 진동자로 사용되는 편심모타(223)의 경우 1분간의 회전수는 최대10,000회 미만으로, 1초당 166.7Hz 정도로 동작되며, 가청 신호인 20,000Hz 보다 큰 초음파 신호보다 매질의 위치의 변화를 매우 느리게 주게 된다. 편심모타(223)를 장착할 경우 초음파 변환자(203)는 초음파 구동회로에 의하여 진동자(223)의 회전방향으로 진동하게 된다. 이와 같이 초음파 변환자(203)는 연속파 발진기(201)와 진동자(223)를 동시에 구동하면, 도 9에서와 같이 "A"(915), "B"(917)두 물체 사이에 서로 반사되는 신호는 존재하지만 초음파 변환자(903)로부터 발생되는 초음파 신호는 반사되는 신호와 위상이 다르게 된다. 이 경우 초음파 신호는 서로 상쇄되어, 도 8과 같이 "나"(807) 지점의 초음파 신호가 "가"(805) 지점의 초음파 신호보다 크지지 않고, 도 11과 같이 "나"(1107) 지점의 초음파 신호가 "가"(1105) 지점의 초음파 신호보다 크지는 것을 방지할 수 있다. 도 9에서 초음파 변환자(903)의 위치가 진동자의 진동에 따라 변함으로써 "A"(915), "B"(917) 두 물체에 의하여 발생하는 반사파와 진행파간에 위상이 변화하게 되어 공진현항(Cavity)이 발생하지 않는다.In the case of the eccentric motor 223 used as the vibrator in FIG. Given very slowly. When the eccentric motor 223 is mounted, the ultrasonic transducer 203 vibrates in the rotational direction of the vibrator 223 by the ultrasonic driving circuit. As described above, when the ultrasonic transducer 203 drives the continuous wave oscillator 201 and the vibrator 223 at the same time, as shown in FIG. 9, signals reflected between two objects "A" 915 and "B" 917 are reflected. Is present, the ultrasonic signal generated from the ultrasonic transducer 903 is out of phase with the reflected signal. In this case, the ultrasonic signals cancel each other, so that the ultrasonic signal at the point “I” 807 as shown in FIG. 8 is not greater than the ultrasonic signal at the point “A” 805, as shown in FIG. It is possible to prevent the ultrasonic signal of the signal from being greater than the ultrasonic signal at the point of "1". In FIG. 9, the position of the ultrasonic transducer 903 changes according to the vibration of the vibrator, thereby changing the phase between the reflected wave and the traveling wave generated by the two objects "A" 915 and "B" 917. Cavity does not occur.

초음파 변환자에 전기 및 기계식의 진동자를 부착하여 초음파 변환자의 위치를 변경시킴으로써, 초음파 매질에서 진행파와 되풀이되는 반사파들의 동위상으로 발생되는 초음파 공동현상으로 인한 에너지 집중을 막을 수 있으며 인간의 오감으로 인지할 수 없는 초음파를 진동자와 동시에 동작시켜 초음파 변환자에서 초음파가 발생되는 것을 진동으로 느낄 수 있게 하는 방법이다. 이 고안은 초음파 매질에서의 공동현상으로 인한 에너지 집중으로 매질의 특정부위에 많은 초음파 에너지가발생함으로써 생기는 매질의 손상을 막을 수 있다.By changing the position of the ultrasonic transducer by attaching electric and mechanical vibrators to the ultrasonic transducer, it is possible to prevent the energy concentration due to the ultrasonic cavitation generated by the in-phase of the traveling wave and the reflected waves in the ultrasonic medium and perceived by the human senses. It is a method of operating the ultrasonic waves that cannot be performed simultaneously with the vibrator to feel the ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer as vibrations. This design prevents the damage of the medium caused by the generation of a large amount of ultrasonic energy in a certain part of the medium due to the energy concentration due to the cavitation in the ultrasonic medium.

Claims (1)

초음파 변환자에 편심모타로 구성된 진동자를 부착하여 초음파 변환자와 진동자를 동시에 구동하는 방법A method of simultaneously driving an ultrasonic transducer and a vibrator by attaching an oscillator composed of an eccentric motor to the ultrasonic transducer
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