KR20090116040A - 음향 임피던스 정합층을 이용한 용기부 내의 압력측정장치 - Google Patents

음향 임피던스 정합층을 이용한 용기부 내의 압력측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력을 측정하고자 하는 용기부의 내벽에 음향 임피던스 정합층을 형성하여, 압력측정에 필요한 초음파의 발신 및 수신 효율을 증가시켜 정확성이 향상되고, 고진공에서도 압력의 측정이 가능한 측정장치에 관한 것이다. 본 발명의 구체적 수단으로서 압력측정장치는 용기부(10)의 외벽에 밀착되어 용기부의 내부로 초음파를 출력하는 초음파가진부(20)와; 용기부(10)의 내벽에 부착되어 초음파가진부(20)로부터 출력된 초음파의 용기부(10) 내부로 전달되는 효율을 증대시키는 음향 임피던스 정합층(50a)과; 용기부(10)의 외벽에 밀착되고, 용기부(10) 내부의 초음파를 수신하는 초음파수신부(30)와; 용기부(10)의 내벽에 부착되어, 초음파수신부(30)에서 수신되는 초음파의 수신 효율을 증대시키는 제2음향 임피던스 정합층(50b)과; 초음파가진부(20)와 연결되어 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파를 제어하는 제어부(22); 및 제어부(22)와 연결되고, 초음파가진부(20)에서 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파와 초음파수신부(30)에서 수신된 초음파신호에 기초하여 용기부(10)의 내부 압력을 측정하는 압력측정부(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
음향 임피던스 정합층, 초음파변환기, 압력, 진공, 초음파, 반사판

Description

음향 임피던스 정합층을 이용한 용기부 내의 압력측정장치{Pressure measuring apparatus inside a vessel using acoustic impedance matching layers}
본 발명은 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력을 측정하고자하는 용기의 내부에 음향 임피던스 정합층을 형성하여, 압력측정에 필요한 초음파의 발신 및 수신 효율을 증가시켜 정확성이 향상되고, 저진공 이외에 고진공상태, 고압의 상태에서도 압력의 측정이 가능한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 공정 및 LCD 생산공정에서 용기부의 내부압력은 중요한 변수로 작용한다. 진공도, 즉 용기부의 압력을 측정하려면, 일반적으로 정전용량형 격막 진공계(Capacitance Diaphragm Gauge)를 사용한다.
이러한 정전용량형 격막 진공계는 측정하고자하는 용기부의 내부에 설치하여, 용기부의 압력측정을 하는 방식이다. 이러한 정전용량형 격막 진공계를 이용한 진공도, 압력 측정 전에는 진공의 누설정도를 체크해야 하고, 정전용량형 격막 진공계를 설치한 후에 다시 내부를 진공으로 만드는 번거로움이 있었다. 또한, 정전용량형 격막 진공계는 저진공상태에 효율적이라는 한계가 있다.
고진공 영역의 압력을 측정하는 진공계는 전리 진공계(Ionization Gauge) 가 있다. 압력의 변화가 발생하면, 전자가 기체분자와 충돌할 확률이 변화되고, 전자 충돌 시 생기는 양이온수의 변화가 발생하는 원리에 기초한 것이다. 고진공 영역 10-1 Pa ~ 10-10 Pa의 영역까지 측정가능하나, 실제로 10-6 Pa 이하에서는 선형성이 떨어지는 문제가 있다.
고압계의 경우, 압력은 각종 초고압발생장치의 한정된 작은 압력실 안에서 만들어지기 때문에 이 압력실 안의 발생압력을 직접 추정해야만 한다. 초고압은 피스톤-실린더형 등의 시료압축장치에 유압프레스장치로 힘을 가하여 시료를 압축함으로써 발생되므로 가한 힘의 크기를 시료실 단면적으로 나누면 시료의 평균압력을 구할 수 있다. 그러나 이 방법으로는 시료를 밀봉하는 개스킷 속의 압력분포가 일정하지 않으며, 또 마찰에 의한 힘의 손실도 커서 압력의 수치가 대략 추정될 뿐이다.
이처럼 용기부의 대략적 진공의 정도를 고려하여, 그 상태에 적합한 압력측정장치를 시시각각 선택하고 설치해야하는 문제점이 있다. 또한 측정방법도 달라지는바 사용상의 불편함이 존재한다.
용기부의 누설을 최소화하고, 누설정도를 체크하는 번거로움을 없애기 위한 장치로 용기부 외부에 초음파변환기를 구비한 압력측정장치가 있다. 그러나, 일반적으로 용기부는 그 내부압력과 외부압력의 차이를 견디기 위해 스테인레스 강 등의 금속 재질로 이루어진다. 따라서 압력측정을 위하여 용기부 외부에서 내부로 초 음파를 전달시키고는 경우, 용기부의 재질과 내부 기체 사이의 음향임피던스의 차이가 크므로 초음파에너지가 용기부 내부의 기체로 전달되지 못하는 문제가 있다. 마찬가지의 이유로 용기부 내부의 기체로 전달되는 초음파는 음향임피던스의 차이로 인하여 용기부의 재질로 거의 전달되지 못하는 문제가 있다. 그러므로 용기부 외부에서 용기부 내부로 초음파의 전달 및 수신 효율이 낮아져 초음파를 이용한 압력측정이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 초음파를 이용하여 용기부 내부압력을 측정하기 위하여는, 용기부 내부로 초음파를 효과적으로 전달시키는 장치가 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 음향 임피던스 정합층을 사용하여 용기부 내부로 초음파의 출력 및 수신효율의 증가를 유도한다. 또한, 용기부 내부로 초음파의 전달의 효율을 증가시킴으로써, 용기부 내부의 압력측정시 높은 분해능 및 정확도의 향상을 기대할 수 있고, 고진공의 경우에도 압력측정이 가능한 압력측정장치를 제공한다. 또한 하나의 압력측정장치로도 저진공, 고압의 상태까지 용기부 내부의 압력을 측정가능한 장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적 수단으로서, 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치는, 용기부(10)의 외벽에 밀착되어 용기부(10)의 내부로 초음파를 출력하는 초음파가진부(20); 용기부(10)의 내벽에 부착되어, 초음파가진부(20)에서 출력된 초음파의 전달 효율을 증대시키는 제1음향 임피던스 정합층(50a); 용기부(10)의 외벽에 밀착되고, 용기부(10) 내부를 진행한 초음파를 수신하는 초음파수신부(30); 용기부(10)의 내벽에 부착되어, 초음파수신부(30)로 수신되는 초음파의 수신 효율을 증대시키는 제2음향 임피던스 정합층(50b); 초음파가진부(20)와 연결되어 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파를 제어하는 제어부(22); 및 제어부(22)와 연결되고, 초음파가진부(20)에서 상기 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파와 초음파수신부(30)에서 수신된 초음파 신호에 기초하여 용기부(10)의 내부 압력을 측정하는 압력측정부(60);를 포함함이 바람직하다.
또한, 초음파가진부(20)와 초음파수신부(30)는 동일한 축선상에 위치함이 바람직하다.
또한, 제 1음향 임피던스 정합층(50a) 또는 제2음향 임피던스 정합층(50b)은 한 개의 층 또는 음향 임피던스가 서로 다른 복수 개의 층으로 구성된다.
또한, 제 1음향 임피던스 정합층(50a) 또는 제2음향 임피던스 정합층(50b)은 용기부(10)의 음향 임피던스 값과 용기부(10)의 내부 기체의 음향 임피던스 값 사이에 해당하는 음향 임피던스 값을 갖는다.
또한, 제어부(22)는 초음파가진부(20)에서 출력된 초음파가, 제1음향 임피던스 정합층(50a)과 제2음향 임피던스 정합층(50b) 사이에서 공진 되도록, 초음파가진부(20)를 제어할 수 있다.
또한, 초음파가진부(20) 또는 초음파수신부(30)은 압전 초음파 변환기, 자기변형 초음파 변환기, 전자기 초음파 변환기 또는 전기변형 초음파 변환기이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 구체적 수단으로서, 음향 임피던스 정합층을 이용한 용기부의 내부 압력을 측정하는 장치는, 용기부(10)의 외벽에 밀착되어 용기부(10)의 내부로 초음파를 출력하고, 용기부(10)의 내벽에 반사되어 돌아오는 초음파를 수신하는 초음파송수신부(40); 용기부(10)의 내벽에 부착되어, 초음파가 송신되거나 수신되는 경우에 초음파의 전달 효율을 증대시키는 음향 임피던스 정합층(50); 초음파송수신부(40)에 연결되어 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파를 제어하는 제어부(22); 및 제어부(22)와 연결되고, 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파와 초음파송수신부(40)가 수신한 초음파 신호에 기초하여 용기부(10)의 내부 압력을 측정하는 압력측정부(60);를 포함한다.
또한, 용기부(10)의 내부에는 초음파송수신부(40)에서 출력된 초음파를 반사시키는 반사판(70)이 더 포함됨이 바람직하다.
또한, 초음파송수신부(40)는 압전 초음파 변환기, 전기변형 초음파 변환기, 자기변형 초음파 변환기 또는 전자기 초음파 변환기이다.
또한, 음향 임피던스 정합층(50)은 한 개의 층 또는 음향 임피던스가 서로 다른 복수 개의 층으로 구성될 수 있다.
또한, 음향 임피던스 정합층(50)은 용기부(10)의 음향 임피던스 값과 용기부(10)의 내부 기체의 음향 임피던스 값 사이에 해당하는 음향 임피던스 값을 갖는다.
또한, 제어부(22)는 초음파송수신부(40)에서 출력되는 초음파가 초음파송수신부(40)와 용기부(10)의 내벽 사이에서 공진을 일으키도록 하거나, 초음파송수신부(40)와 반사판(70) 사이에서 공진을 일으키도록, 초음파송수신부(40)를 제어할 수 있다.
본 발명인 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치는 용기부의 내부에 음향 임피던스 정합층을 형성하여 압력측정에 필요한 초음파의 발신 및/또는 수신 효율을 증가시킴으로써, 용기부의 천공 등의 변형 없이 압력을 측정하는 경우에도 정확성이 향상되는 장점이 있다.
그리고, 음향 임피던스 정합층뿐만 아니라, 반사판을 형성하거나 초음파의 공진을 유도하여 초음파전달효율을 증대시키므로, 하나의 압력측정장치로 고압 또는 고진공 상태에서도 용기부 내부의 진공도, 즉 압력의 측정이 가능하다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 사용되고, 도 1 내지 도 3에 나타난, 부호'U'는 용기부(10) 내부를 진행하는 초음파를 나타내고, 부호'P'는 초음파가 용기부(10)의 내벽에 반사되어 진행하는 경로를 나타낸다.
<압력측정장치의 구성>
(실시예 1)
도 1은 본 발명인 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치의 제1 실시예이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 초음파가진부(20)와 초음파수신부(30)는 용기부(10)의 외벽에 밀착되어 있다. 초음파가진부(20)와 초음파수신부(30)는 압전방식을 이용하는 압전진동자, 분극현상을 이용하는 전기변형 진동자, 자기변형 진동자 또는 전자기 진동자 등으로 구성된 초음파변환기를 사용할 수 있다.
압전 진동자로 구성된 초음파변환기(이하,'압전 초음파 변환기'라 함)는 수정, 로셀염, ADP(ammonium dihydrogen phosphate)등의 결정판에 진동전압을 가하여 전기적 진동을 역학적 진동으로 바꾸어 초음파를 발생시키는 것으로, 고체, 액체, 기체 매질 속에서도 사용가능하다.
전기변형 진동자로 구성된 초음파변환기(이하, '전기변형 초음파 변환기'라 함)는 티탄산바륨(BaTiO3)과 같은 유전체에 전기장을 가할 때 발생하는 분극현상을 이용하는 것으로 주로 액체 매질에 유용하며, 자기변형 진동자로 구성된 초음파변환기(이하, '자기변형 초음파 변환기'라 함)는 강자성체인 니켈, 터페놀-디(Terfenol-D), 알페(Al12%~Fe88%의 합금) 및 페라이트 등에 자기장을 가하면 자화되면서 변형이 생길 때 주위매질에 초음파를 발생시키는 경우로, 고체, 액체, 기체의 매질에 유용하다.
전자기 진동자로 구성된 초음파변환기(이하, '전자기 초음파 변환기'라 함)는 다이나믹 스피커와 같이 가동코일형 진동자를 사용하는 것으로, 고주파의 교류발진기를 사용하여 주위매질을 진동시키는 것이다.
초음파수신부(30)는 초음파가진부(20)와 동일한 축(A-A')선상에 위치함이 바람직하다. 그리고, 초음파수신부(30)는 앞서 설명한 초음파가진부(20)와 역으로 구동되어, 초음파를 수신받아 전기적 신호로 변환한다. 초음파가진부(30)는 앞서 설명한 초음파가진부(20)에 대한 설명과 동일하다.
제1,2음향 임피던스 정합층(50a,50b)는 용기부(10)의 내벽에 부착된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 용기부(10)의 내벽에 부착되고, 제1음향 임피던스 정합층(50a)은 초음파가진부(20)와 마주보는 위치에 부착된다. 또한, 초음파수신부(30)와 마주보는 용기부(10)의 내벽에는 제2음향 임피던스 정합층(50b)이 더 부가됨이 바람직하다.
제1,2음향 임피던스 정합층(50a, 50b)은 소정의 두께를 갖고, 한개의 층 또는 음향 임피던스가 서로 다른 복수개의 층으로 구성된다. 제1, 2음향 임피던스 정합층(50a, 50b)의 음향 임피던스는 용기부(10) 재질의 음향임피던스 값과 용기부(10) 내부의 기체 음향 임피던스 값의 사이 값을 갖는다. 제1음향 임피던스 정합층(50a)은 초음파가진부(20)와 용기부(10)의 벽을 통과하는 초음파의 효과적인 전달을 위한 것이고, 제2음향 임피던스 정합층(50b)은 용기부(10)의 벽을 지나 초음파수신부(30)로 수신되는 초음파 도달 효율을 증가시키기 위한 것이다.
제1,2음향 임피던스 정합층(50a,50b)은 초음파가진부(20)와 용기부(10)의 벽과 용기부(10)내부 사이의 음향 임피던스 차이의 불일치를 개선하여 초음파에너지의 투과성을 증가시키기 위한 것이다. 일반적으로 초음파는 초음파변환기와 부하 사이의 음향 임피던스 차이가 커지면 그 전달 효율이 줄어들기 때문이다. 따라서, 제1,2음향 임피던스 정합층(50a,50b)은 용기부(10)의 재질, 측정대상인 용기부(10)의 진공도 또는 압력의 범위, 용기부(10)의 두께 등을 고려하여 제작된다. 즉, 제1,2음향 임피던스 정합층(50a,50b)의 설계 파라미터는 제1,2음향 임피던스 정합층(50a,50b)을 구성하는 한개 또는 복수 개 층의 각각의 음향 임피던스, 각각의 두께, 층의 개수, 각각의 초음파에너지 감쇠율 등이 된다. 이때 복수개 층의 각각의 두께는 초음파의 주파수를 고려하여 결정된다. 제1,2음향 임피던스 정합층(50a,50b)을 구성하는 복수개 층은 접착제를 사용하거나 기구를 이용하여 눌러주는 방식 등의 방법으로 구성될 수 있다. 접착제 또는 기구를 사용하는 경우, 접착제의 음향 임피던스와 기구를 사용하여 누르는 경우 복수 개 층의 각각의 두께의 변화 등을 고려하여야 할 것이다.
필터부(미도시)는 수신된 초음파 신호중에 포함된 각종 잡음신호를 제거하기 위한 것으로, 초음파수신부(30)로 수신된 초음파 신호가 압력측정부(60)로 인가되기 전에 더 부가됨이 바람직하다. 필터부의 일예로 하이패스필터(HPF) 또는 밴드패스필터(BPF)가 사용될 수 있다.
압력측정부(60)는 초음파수신부(30) 또는/및 필터부(미도시)를 통과한 초음파 신호에 기초하여 용기부(10)의 내부압력을 측정한다. 본 발명은 내부압력에 따라 음향 임피던스가 변화하는 원리에 기초한다. 따라서, 압력측정부(60)는 수신된 초음파 의 신호를 분석하여 진폭의 변화, 주파수의 변화, 용기부(10) 내부에서의 초음파의 진행시간 등에 기초하여, 음향임피던스 변화를 산출하며, 음향임피던스 변화에 따라 용기부(10)의 내부압력을 측정한다.
(실시예 2)
도 2는 본 발명인 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치의 제2 실시예이다. 본 발명인 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파송수신부(40)와 음향 임피던스 정합층(50)과 압력측정부(60)로 구성된다.
초음파송수신부(40)는 용기부(10)의 외벽에 밀착되어 설치된다. 초음파송수신부(40)는 앞서 설명한, 실시예 1의 초음파가진부(20)와 초음파수신부(30)의 역할을 하는 하나의 장치로, 앞서 설명한 바와 같이 압전진동자, 전기변형 진동자, 자기변형 진동자, 전자기 진동자 등으로 구성된 초음파변환기가 사용될 수 있다. 초 음파송수신부(40)에서 용기부(10)의 내부로 출력된 초음파는 용기부(10)의 내부를 진행하여, 용기부(10)의 내벽에 반사되어 초음파송수신부(40)로 되돌아 오는 펄스반사(pulse-echo)방식으로 수신된다.
음향 임피던스 정합층(50)은 앞서 설명한 실시예 1의 제1,2음향 임피던스 정합층(50a,50b)의 구성과 동일하고, 압력측정부(60)는 앞서 설명한 바와 동일한바, 앞서 설명한 내용으로 갈음한다.
(실시예 3)
도 3은 본 발명인 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치의 제3 실시예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 2와 마찬가지로 펄스반사방식으로 초음파 의 신호를 수신받는 경우, 용기부(10)의 내부에서 초음파의 에너지의 감쇠를 줄이기 위하여 초음파송수신부(40)와 근접한 거리에 반사판(70)을 더 설치함이 바람직하다.
미설명부호 '22'는 제어부로, 제1실시예의 초음파가진부(20) 또는 제2,3실시예의 초음파송수신부(40)에서 출력되는 초음파를 제어하기 위한 수단이다. 용기부(10) 내부를 진행하는 초음파가 제1음향 임피던스 정합층(50a)과 제2음향 임피던스 정합층(50b) 사이에서 공진하거나(실시예1의 경우), 음향 임피던스 정합층(50)과 용기부(10)의 내벽 사이에서 공진하거나(실시예2의 경우), 음향 임피던스 정합층(50)과 반사판(70) 사이에서 공진하면(실시예3의 경우), 초음파의 전달효율이 증가한다. 전달효율이 증가한다는 것은 용기부(10)의 내부압력을 측정함에 있어 정확 도가 향상됨을 나타내는바, 제어부(22)는 공진이 일어나도록 초음파가진부(20) 또는 초음파송수신부(40)에 소정의 제어신호를 인가한다. 공진은 고진공측정등 고출력의 초음파 신호 발생을 원할 때 유용하다.
또한, 미설명부호'110'은 용기부(10)의 내부를 진공상태로 만들기 위한 진공펌프이고, 미설명부호 '100'은 진공을 만드는데 사용되는 밸브를 나타낸다. 이러한 보조장치는 용기부(10)의 내부를 진공상태로 만들기 위한 것으로, 본 발명인 압력측정장치의 필수구성요소는 아니다.
<압력측정방법>
본 발명인 압력측정장치를 이용한 용기부(10)의 내부압력측정방법은 다음과 같다.
우선, 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 압력측정장치를 설치한다(S10). 이하의 단계는 실시예 별로 살펴본다.
(실시예 1)
초음파가진부(20)와 초음파수신부(30)는 용기부(10)의 외벽에 밀착되고, 초음파가진부(20), 초음파수신부(30), 제1음향 임피던스 정합층(50a), 제2음향 임피던스 정합층(50b)는 도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 축(A-A') 선상에 위치하도록 한다.
압력측정장치의 설치가 끝나면, 제어부(22)를 조작하여 용기부(10) 내부로 출력하는 초음파를 제어함이 바람직하다(S20'). 초음파수신부(30)의 수신효율 증가를 위해, 초음파가 제1음향 임피던스 정합층(50a)과 제2음향 임피던스 정합층 (50b) 사이에서 공진하도록 제어함이 바람직하다.
초음파가진부(20)로부터 출력된 초음파는 용기부(10) 내벽에 부착된 제1음향 임피던스 정합층(50a)에 의하여 전달 효율이 증가되어, 용기부(10)의 내부를 진행하게 된다(S30'). 용기부(10) 내부의 기체는 용기부(10)의 내부압력(즉, 기체의 밀도)에 따라 그 음향임피던스가 변한다. 그리고, 기체의 음향 임피던스에 따라 초음파의 진폭, 파형 등이 변화된다.
용기부(10)의 내부를 진행한 초음파는 초음파수신부(30)로 수신된다(S40'). 용기부(10)의 내벽에 부착된 제2음향 임피던스 정합층(50b)에 의하여 수신되는 초음파 의 에너지의 효율이 증가되므로, 용기부(10) 외부에 위치한 초음파수신부(30)로 신호가 충분히 전달된다.
그 다음은, 압력측정단계로, 초음파수신부(30)로 수신된 초음파 신호는 압력측정부(60)로 인가되어, 압력측정부(60)에서는 초음파가진부(20)에서 용기부(10)로 출력한 초음파와 초음파수신부(30)로 수신된 초음파 신호의 진폭, 파형, 주파수 등을 비교하고, 용기부(10) 내부를 진행하는 초음파의 진행시간 등에 기초하여 용기부(10)의 내부압력을 측정한다(S50'). 이때 초음파가진부(20)에서 용기부(10)로 출력한 초음파는 제어부(22)로부터 인가받는다.
(실시예 2)
초음파송수신부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 용기부(10)의 외벽에 밀착되고, 초음파송수신부(40)와 음향 임피던스 정합층(50)는 실시예 1과 마찬가지로, 동일한축(A-A') 선상에 위치함이 바람직하다.
압력측정장치의 설치가 끝나면, 제어부(22)를 조작하여 용기부(10) 내부로 출력되는 초음파를 제어함이 바람직하다(S20''). 제1음향 임피던스 정합층(50a) 또는 제2음향 임피던스 정합층(50b)와 반사판(70) 또는 용기부(10) 내벽 사이에서 초음파의 공진을 유도하여 초음파수신부(30)의 수신효율이 증가되도록 하기 위함이다.
초음파송수신부(40)로부터 출력된 초음파는 용기부(10) 내벽에 부착된 음향 임피던스 정합층(50)에 의하여 에너지 효율이 증가되어, 용기부(10)의 내부를 진행하게 된다(S30''). 이때에도 실시예 1과 마찬가지로, 용기부(10) 내부의 기체는 용기부(10)의 내부압력(즉, 기체의 밀도)에 따라 그 음향임피던스가 변하고, 초음파는 기체의 음향 임피던스에 따라 초음파의 진폭, 파형 등이 변화된다.
다만, 실시예 2는 펄스반사방식을 취하므로, 용기부(10) 내부를 진행한 초음파는 용기부(10)의 내벽에 반사되어 다시 초음파송수신부(40)로 수신된다(S40''). 초음파 가 수신되는 경우, 음향 임피던스 정합층(50)에 의하여 수신효율이 증가됨은 앞서 설명한 바와 마찬가지다.
그 다음은, 압력측정단계(S50'')로, 실시예 1의 경우와 마찬가지이므로, 관련 내용은 앞의 설명으로 갈음한다.
(실시예 3)
실시예 3의 경우, 압력측정장치를 설치하는 단계(S10)와, 제어부(22)로 초음파송수신부(40)를 제어하는 단계(S20''')와, 초음파 가 수신되는 단계(S40''')와 압력측정단계(S50''')는 앞의 경우와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
차이점이 있다면, 도 3에 도시된 바와 같이, 용기부(10)의 내벽에 반사판(70)이 더 형성된다. 이 경우, 실시예 2의 경우와 달리, 초음파의 전파거리가 짧아져서 수신되는 초음파 의 진폭 및 진행시간의 차이가 발생한다. 반사판(70)의 설치로, 초음파에너지의 감쇠가 줄어들어 압력측정의 정확성이 더욱 향상된다.
그리고, 압력측정장치의 설치시(S10), 공진조건을 고려하여 반사판(70)을 설치한다. 일예로, 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파파장(λ)의 1/2되는 지점이나 그 배수(
Figure 112008032072815-PAT00001
)되는 지점에 설치가능하다. 이는 반사판(70)설치의 예시일뿐 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
< 변형예 >
본 발명의 다른 실시예로, 용기부(10)는 1∼10-5 Pa 의 저진공 상태일 경우뿐만 아니라, 10-5 ∼10-9 Pa 의 고진공상태인 경우에도 적용 가능하다. 또한 고압의 대기압 이상의 상태에도 적용 가능하다.
본 발명의 다른 실시예로, 앞서 용기부(10)에 대하여 설명하였지만, 진공상태가 아닌 경우로, 특정한 용기의 내부 압력을 측정하고자 하는 경우에도 적용가능함은 물론이며, 용기의 내부가 기체가 아닌 고체, 액체로 채워진 경우에도 적용가능하다.
본 발명의 다른 실시예로, 상기의 압력측정장치 및 측정방법은 반도체 공정 또는 LCD 공정에서 사용되는 용기부에 대하여 설명하였지만, 소정의 용기 내부의 진공도, 즉 압력의 정도를 측정하고자 하는 산업분야에서는 모두 적용될 수 있음은 물론이다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 다양한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명인 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치의 제1실시 구성도,
도 2는 본 발명인 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치의 제2실시 구성도,
도 3은 본 발명인 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치에 반사판이 형성된 제3실시 구성도를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10: 용기부 20: 초음파가진부
22: 제어부 30: 초음파수신부
40: 초음파송수신부 50: 음향 임피던스 정합층
50a: 제1음향 임피던스 정합층 50b: 제2음향 임피던스 정합층
60: 압력측정부 70: 반사판

Claims (13)

  1. 초음파를 사용하여 용기부(10)의 내부 압력을 측정하는 장치에 있어서,
    상기 용기부(10)의 외벽에 밀착되어 상기 용기부(10)의 내부로 초음파를 출력하는 초음파가진부(20);
    상기 용기부(10)의 내벽에 부착되어, 상기 초음파가진부(20)에서 출력된 초음파의 전달 효율을 증대시키는 제1음향 임피던스 정합층(50a);
    상기 용기부(10)의 외벽에 밀착되고, 상기 용기부(10) 내부를 진행한 초음파를 수신하는 초음파수신부(30);
    상기 용기부(10)의 내벽에 부착되어, 상기 초음파수신부(30)로 수신되는 초음파의 수신 효율을 증대시키는 제2음향 임피던스 정합층(50b);
    상기 초음파가진부(20)와 연결되어 상기 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파를 제어하는 제어부(22); 및
    상기 제어부(22)와 연결되고, 상기 초음파가진부(20)에서 상기 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파와 상기 초음파수신부(30)에서 수신된 초음파 신호에 기초하여 상기 용기부(10)의 내부 압력을 측정하는 압력측정부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파가진부(20)와 상기 초음파수신부(30)는 동일한 축선상에 위치하 는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1음향 임피던스 정합층(50a) 또는 상기 제2음향 임피던스 정합층(50b)은 한 개의 층 또는 음향 임피던스가 서로 다른 복수 개의 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  4. 제 1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제 1음향 임피던스 정합층(50a) 또는 상기 제2음향 임피던스 정합층(50b)은 상기 용기부(10)의 음향 임피던스 값과 상기 용기부(10)의 내부 기체의 음향 임피던스 값 사이에 해당하는 음향 임피던스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(22)는 상기 초음파가진부(20)에서 출력된 초음파가, 상기 제1음향 임피던스 정합층(50a)과 상기 제2음향 임피던스 정합층(50b) 사이에서 공진 되도록, 상기 초음파가진부(20)를 제어하는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  6. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초음파가진부(20) 또는 상기 초음파수신부(30)은 압전 초음파 변환기, 자기변형 초음파 변환기, 전자기 초음파 변환기 또는 전기변형 초음파 변환기인 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  7. 초음파를 사용하여 용기부(10)의 내부 압력을 측정하는 장치에 있어서,
    상기 용기부(10)의 외벽에 밀착되어 상기 용기부(10)의 내부로 초음파를 출력하고, 상기 용기부(10)의 내벽에 반사되어 돌아오는 초음파를 수신하는 초음파송수신부(40);
    상기 용기부(10)의 내벽에 부착되어, 초음파가 송신되거나 수신되는 경우에 초음파의 전달 효율을 증대시키는 음향 임피던스 정합층(50);
    상기 초음파송수신부(40)에 연결되어 상기 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파를 제어하는 제어부(22); 및
    상기 제어부(22)와 연결되고, 상기 용기부(10)의 내부로 출력되는 초음파와 상기 초음파송수신부(40)가 수신한 초음파 신호에 기초하여 상기 용기부(10)의 내부 압력을 측정하는 압력측정부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 용기부(10)의 내부에는 상기 초음파송수신부(40)에서 출력된 초음파를 반사시키는 반사판(70)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 초음파송수신부(40)는 압전 초음파 변환기, 전기변형 초음파 변환기, 자기변형 초음파 변환기 또는 전자기 초음파 변환기인 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  10. 제 7항에 있어서
    상기 음향 임피던스 정합층(50)은 한 개의 층 또는 음향 임피던스가 서로 다른 복수 개의 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  11. 제 7항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 음향 임피던스 정합층(50)은 상기 용기부(10)의 음향 임피던스 값과 상기 용기부(10)의 내부 기체의 음향 임피던스 값 사이에 해당하는 음향 임피던스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부(22)는 상기 초음파송수신부(40)에서 출력되는 초음파가 상기 초음파송수신부(40)와 상기 용기부(10)의 내벽 사이에서 공진을 일으키도록, 상기 초 음파송수신부(40)를 제어하는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부(22)는 상기 초음파송수신부(40)에서 출력되는 초음파가 상기 초음파송수신부(40)와 상기 반사판(70) 사이에서 공진을 일으키도록, 상기 초음파송수신부(40)를 제어하는 것을 특징으로 하는 음향 임피던스 정합층을 이용한 압력측정장치.
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