KR20130080084A - An polymer material based flexible phased array ultrasonic transducer for ultrasonic nondestructive testing of material with uneven surface - Google Patents

An polymer material based flexible phased array ultrasonic transducer for ultrasonic nondestructive testing of material with uneven surface Download PDF

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KR20130080084A
KR20130080084A KR1020120000806A KR20120000806A KR20130080084A KR 20130080084 A KR20130080084 A KR 20130080084A KR 1020120000806 A KR1020120000806 A KR 1020120000806A KR 20120000806 A KR20120000806 A KR 20120000806A KR 20130080084 A KR20130080084 A KR 20130080084A
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Abstract

PURPOSE: A polymer material-based flexible phased array ultrasonic probe for implementing a non-destructive inspection on a material having a curved surface is provided to make the probe flexible using a polymer material, thereby improving reliability in a non-destructive inspection technology. CONSTITUTION: A polymer material-based flexible phased array ultrasonic probe includes a front conformal layer (21) and a rear conformal layer (22). The front conformal layer is formed by bonding piezoelectric elements (11) with a polymerized material. The rear conformal layer is formed by molding one side of the front conformal layer using a composite material. The flexible printed circuit board (PCB) boards (31) are capable of being bent in accordance with the surface shape of a subject specimen.

Description

굴곡면을 가지는 재료의 초음파 비파괴검사가 가능한 고분자재료 기반 유연한 위상배열 초음파 탐촉자{AN POLYMER MATERIAL BASED FLEXIBLE PHASED ARRAY ULTRASONIC TRANSDUCER FOR ULTRASONIC NONDESTRUCTIVE TESTING OF MATERIAL WITH UNEVEN SURFACE}Polymer-based flexible phased array ultrasonic transducer capable of ultrasonic nondestructive testing of curved surfaces

본 발명은 배관류, 용접부, 곡관부 및 곡면이 일정하지 않은 설비류와 부품 등의 비파괴 검사에 적합한 초음파 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기존의 배관이나 이종금속 용접부의 비파괴 검사용 초음파 세서의 단점을 보완할 수 있도록 다수의 개별 압전소자가 일렬로 배치되어 초음파 센서의 주요 구성요소인 전면정합층과 후면정합층이 개별적으로 피검사체의 곡면에 적합하게 휘어지면서 접촉함으로써 비파괴 검사가 가능한 위상배열 초음파 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic sensor suitable for non-destructive testing of pipes, welds, curved pipes, equipment and parts of which the surface is not constant. More specifically, in order to make up for the shortcomings of nondestructive ultrasonic cleaners of existing pipes or dissimilar metal welds, a plurality of individual piezoelectric elements are arranged in a row, so that the front matching layer and the back matching layer, which are the main components of the ultrasonic sensor, are individually separated. The present invention relates to a phased array ultrasonic sensor capable of nondestructive inspection by contacting a curved surface of an object to be curved.

본원발명의 배경기술로 종래 국내에서는 각종 발전소 또는 산업설비 등에 많은 종류의 배관이 적용되고 있으며 다양한 종류의 부품이나 재료들이 개발되어 사용되고 있다. 이들 재료들이 가지는 각종 결함들은 설비의 장기 사용 안전성이나 부품의 신뢰성에 많은 영향을 주기 때문에 조기에 이들 결함을 검출하고 평가함으로써 재료 파손이나 손상에 따른 피해를 감소시켜야 한다. 현재 이들 설비나 재료, 부품들의 내부 결함을 검출하기 위한 비파괴 방법으로 초음파, 와전류, 자분탐상, X-선 투과 등과 같은 비파괴 검사기술이 적용되고 있으며, 이들 중 초음파 검사 법이 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 배관 곡관부나 굴곡면이 많은 용접부분 등에 대한 비파괴 검사는 종래의 단일 초음파 탐촉자를 사용함에 따라 초음파의 감쇠가 심할 뿐만 아니라 굴곡면에 접촉함으로서 발생하는 초음파 신호의 왜곡 등으로 인하여 정확도가 높은 초음파 검사가 어려운 경우가 많다. 또한 기존의 단일 초음파 탐촉자를 이용한 접촉식 초음파 탐상기법은 검사자의 숙련도에 따라 비파괴 검사 결과가 달라진다는 단점이 있어 보다 신뢰성이 높고 효율적인 탐상기법의 개발이 요구되고 있다. 위상배열 초음파 탐상법은 그동안 고가의 의료용 영상진단 장비에 적용되어 왔으나 최근 관련 기술의 발달로 산업용 비파괴 검사기술로 응용하기 위한 연구가 수행되고 있다. As a background art of the present invention, many kinds of pipes are applied to various power plants or industrial facilities in Korea, and various kinds of parts or materials have been developed and used. Since the defects of these materials have a great influence on the long-term safety of the equipment or the reliability of the components, it is necessary to detect and evaluate these defects early to reduce the damage caused by the material breakage or damage. At present, non-destructive inspection techniques such as ultrasonic wave, eddy current, magnetic particle inspection, X-ray transmission, etc. are used as non-destructive methods for detecting internal defects of these facilities, materials, and parts, and among these, ultrasonic inspection method is most used. However, nondestructive testing of pipe bends and welded parts with many curved surfaces is not only attenuated by the ultrasonic wave due to the use of conventional single ultrasonic probes, but also highly accurate ultrasonic tests due to the distortion of ultrasonic signals generated by contact with curved surfaces. It is often difficult. In addition, the conventional ultrasonic flaw detection method using a single ultrasonic probe has the disadvantage that the results of non-destructive testing varies depending on the skill of the inspector, and thus, the development of more reliable and efficient flaw detection methods is required. Phased array ultrasonic scanning has been applied to expensive medical imaging equipment, but researches for applying it to industrial nondestructive testing technology have been conducted recently.

국내의 위상배열 탐상시스템 제작 및 기술수준은 선진국과 그렇게 큰 차이를 나타내지 않으나, 정확한 검사를 위해서는 탐상장비의 핵심이라고 할 수 있는 산업설비 검사를 위한 전용 위상배열 초음파 탐촉자가 개발되어야 한다. 현재 단일소자 압전형 초음파 탐촉자의 설계 및 제조 기술은 거의 선진국 수준에 도달하였으나, 진동자 재료 개발, 음향재료 개발, 위상배열 탐촉자의 설계 및 제조 기술 등에 대해서는 아직도 선진국 기술과 큰 수준차이를 나타내고 있다. The domestic phase array inspection system and technology level are not very different from those of developed countries, but for accurate inspection, a dedicated phased array ultrasonic probe for the inspection of industrial equipment, which is the core of the inspection equipment, should be developed. At present, the design and manufacturing technology of the single-element piezoelectric ultrasonic probe has almost reached the level of developed countries, but the development of the vibrator material, the development of acoustic materials, and the design and manufacturing technology of the phased array transducer still show a great level of difference from those of the developed countries.

본 발명에서는 곡면이 일정하지 않은 각종 배관류, 설비류, 부품 및 소재 등의 탐상면 표면에 굴곡이 있더라도 손쉽게 적용할 수 있는 고분자 재료 기반 표면적응형 위상배열 초음파 탐촉자를 제작할 수 있는 방법을 창안하였다.In the present invention, a method for producing a polymer material-based surface-adaptive phased array ultrasonic transducer that can be easily applied even if the surface of the flaw surface of the pipes, equipment, parts and materials, such as a non-uniform surface is curved. .

국내 등록특허공보 제10-0722370호(2007.05.29.)Domestic Patent Publication No. 10-0722370 (2007.05.29.) 국내 공개특허공보 제1999-0025434호(1999.04.06)Korean Laid-Open Patent Publication No. 1999-0025434 (1999.04.06)

본 발명은 곡면이 일정하지 않은 표면에 손쉽게 적용할 수 있도록 고분자 재료를 이용한 위상배열 초음파 탐촉자에 관한 것이다. The present invention relates to a phased array ultrasonic transducer using a polymer material to be easily applied to a surface whose surface is not constant.

현재 국내에서 발전설비, 산업설비, 각종 부품, 소재 등에 적용되는 위상배열 초음파 비파괴 검사기술은 위상배열 초음파 탐촉자의 접촉부 면이 딱딱하고 편평하기 때문에 접촉부 면이 굴곡이 있거나 휘어지는 경우에는 적용할 수 없다. 이와 같이 굴곡이 있거나 휘어지는 경우에는 비파괴 검사의 신뢰성을 떨어뜨리고 정확한 검사를 수행하기가 곤란한 단점이 있다.At present, the phased array ultrasonic nondestructive testing technology applied to power generation facilities, industrial facilities, various parts, materials, etc. is not applicable when the contact surface is curved or curved because the contact surface of the phased array ultrasonic transducer is hard and flat. As such, when there is a bend or bending, there is a disadvantage in that it is difficult to perform an accurate inspection and reduce the reliability of the non-destructive inspection.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 위상배열 초음파 탐촉자가 비파괴 검사 대상체의 임의의 형상에 적용할 수 있도록 구성하였다. 즉, 위상배열 초음파 탐촉자를 구성하는 개별 소자들이 탐상면에 따라 구부러지고 휘어질 수 있는 표면적응형 위상배열 초음파 탐촉자를 창안하였다. 이를 위하여 초음파 탐촉자의 주요 구성요소인 전면정합층과 후면정합층이 쉽게 구부러지면서도 초음파 특성이 양호하도록 고분자 재료를 중합하여 초음파 탐촉자의 개별 압전소자에 결합함으로서 대상 시험체의 접촉면 형상이 변하더라도 쉽게 표면에 접촉하여 비파괴 초음파 검사가 가능하도록 하였다.In order to solve the above problems, in the present invention, the phased array ultrasonic transducer is configured to be applied to any shape of the non-destructive test object. That is, a surface-adaptive phased array ultrasonic transducer can be created in which individual elements constituting the phased array ultrasonic transducer can be bent and bent along the flaw surface. For this purpose, the front and back matching layers, which are the main components of the ultrasonic probe, are easily bent and the polymer material is polymerized so as to have good ultrasonic characteristics and bonded to the individual piezoelectric elements of the ultrasonic probe so that the surface of the target specimen changes easily. Non-destructive ultrasonography was enabled in contact with

본원 발명은 각종 굴곡면을 가지는 설비, 부품, 소재 등의 비파괴 검사에 적합한 초음파 센서에 관한 것이다. 종래의 위상배열 초음파 탐촉자는 대상 시험체의 굴곡면에 유연하게 접촉할 수 없기 때문에 비파괴 검사시험이 어려울 뿐만 아니라 검사의 신뢰성에 많은 문제가 있었다. 본원 발명은 고분자 재료를 이용하여 위상배열 초음파 탐촉자를 유연하게 구성하고, 따라서 탐촉자가 대상 시험체의 표면 굴곡에 따라 쉽게 접촉이 가능하기 때문에 비파괴 초음파 검사 기술의 신뢰성을 확보할 수 있다.The present invention relates to an ultrasonic sensor suitable for non-destructive inspection of equipment, parts, materials and the like having various curved surfaces. Conventional phased array ultrasonic probes are not only non-destructive inspection test is difficult because of the inflexible contact with the curved surface of the target specimen, there were many problems in the reliability of the inspection. The present invention flexibly configures the phased array ultrasonic transducer by using a polymer material, and thus the transducer can be easily contacted according to the surface curvature of the target test specimen, thereby ensuring the reliability of the non-destructive ultrasonic inspection technique.

도 1은 본 발명의 고분자 재료 기반 유연한 위상배열 초음파 탐촉자의 구성도
도 2는 고분자 재료 기반 유연한 위상배열 초음파 탐촉자의 전면정합층 모형
도 3은 전면정합층에 접합된 압전소자들을 성형시키기 위한 후면정합층 모형
도 4는 본 발명의 전면정합층이 제작 된 후의 사시도
도 5는 도 4의 상부 모습의 사시도
도 6은 전극 결선용 유연한 PCB 기판 사진
도 7은 후면정합층에 유연 PCB 기판이 부착된 모습의 사시도
도 8은 위상배열 초음파 탐촉자 모형 사진1 is a block diagram of a polymer phase-based flexible phased array ultrasonic transducer of the present invention
2 is a front matching layer model of a polymer phase-based flexible phased array ultrasonic transducer
3 is a back matching layer model for forming piezoelectric elements bonded to the front matching layer.
Figure 4 is a perspective view after the front matching layer of the present invention is produced
5 is a perspective view of the top view of FIG.
Figure 6 is a photograph of a flexible PCB board for electrode connection
7 is a perspective view of a flexible PCB substrate attached to the back mating layer
8 is a phased array ultrasonic transducer model photo

본원 발명은 발전소 및 산업설비 등에 많이 사용되는 배관이나 곡면부, 부품, 소재 등의 내부 결함에 대하여 초음파를 이용하여 정확하게 검사할 수 있는 위상배열 초음파 탐촉자에 관한 것이다. 눈에 보이지 않는 배관 등의 내부 결함은 설비나 부품의 사용 안전성에 큰 영향을 미치며 조기에 이러한 결함을 검출하지 못하고 장시간 사용할 경우 소재나 부품의 열화 등에 따라 설비의 고장, 붕괴와 같은 사고를 유발시킬 수 있다. The present invention relates to a phased array ultrasonic transducer that can accurately inspect the internal defects such as pipes, curved parts, components, materials, etc., which are frequently used in power plants and industrial facilities. Invisible internal defects such as plumbing can greatly affect the safety of the equipment or components. If it is used for a long time without early detection of such defects, it may cause equipment failure or collapse due to material or component deterioration. Can be.

이러한 내부 결함 등을 검출하기 위한 기존의 접촉식 초음파 비파괴 검사방법에 사용되는 초음파 탐촉자는 단일 압전소자를 사용하여 결함에서 반사되어 수신되는 초음파 신호 파형을 오실로스코프나 디스플레이 등으로 출력하여 결함의 유무를 진단하는 방법이다. Ultrasonic transducers used in the conventional contact ultrasonic non-destructive testing method for detecting such internal defects use a single piezoelectric element to output ultrasonic signal waveforms reflected from the defects to an oscilloscope or display to diagnose the defects. That's how.

이 방법은 비파괴 검사자의 숙련도에 따라 결함 검출의 정확도가 많이 좌우되며 특히 재료내부에서 초음파 감쇠가 심한 재료에서는 기존의 단일 압전소자를 이용하는 초음파 탐촉자에서는 결함에서 반사되는 초음파 신호를 효과적으로 검출할 수 없다는 단점이 있다. The accuracy of defect detection is highly dependent on the skill of non-destructive tester. Especially, in the case of materials with high ultrasonic attenuation inside the material, ultrasonic probes using a single piezoelectric element cannot effectively detect the ultrasonic signal reflected from the defect. There is this.

따라서 이러한 단점을 극복하기 위하여 여러 개의 압전소자를 일렬로 배열하여 각각의 압전소자를 일정 시간차이로 구동시켜 하여 위상차이를 분석하는 검사방법이다. 다시 말해 개별 소자들의 위상을 제어하여 발생되는 초음파 신호를 피검체의 결함 있는 부분으로 보냄과 동시에 결함에서 반사되어 수신되는 초음파 신호를 개별 압전소자들이 시간차를 두고 수신하여, 즉 위상차이를 두고 수신하여 모두 합한 다음 영상으로 표시하게 되면 결함에서 반사되어 수신되는 초음파 신호를 효과적으로 분석할 수 있으며, 이러한 기법은 현재 의료용 초음파 진단기에서 많이 사용하는 방법이다. Therefore, in order to overcome this disadvantage, a plurality of piezoelectric elements are arranged in a row, and each piezoelectric element is driven at a predetermined time difference to analyze the phase difference. In other words, the ultrasonic signals generated by controlling the phases of the individual elements are sent to the defective part of the subject, and the individual piezoelectric elements receive the ultrasonic signals reflected from the defects at a time difference, that is, with a phase difference. When all the images are summed and displayed as images, the ultrasonic signals reflected from the defects can be effectively analyzed. This technique is widely used in medical ultrasound diagnostics.

이러한 위상배열 초음파 탐상 기법에 필요한 초음파 센서가 위상배열 초음파 탐촉자이다. 그러나 이러한 기법은 피검체의 표면이 불균일한 배관이나 용접부 등에 적용할 경우 초음파 탐촉자의 접촉면이 완벽하게 접촉하지 않아서 초음파 탐촉자에서 발생된 신호가 대상 시험체 내로 효과적으로 전달되지 않을 뿐만 아니라 대상 시험체 내 결함에서 반사되는 신호도 초음파 탐촉자로 전달되지 못하는 단점이 있다. 따라서 대상 시험체 표면의 형상에 적합하게 초음파 탐촉자의 접촉면이 잘 접촉될 수 있도록 초음파 탐촉자의 접촉면이 유연하게 움직일 수 있는 구조로 고안된 것이 본 발명의 고분자재료 기반 유연한 위상배열 초음파 탐촉자이며 본 발명은 이에 대한 제작 방법에 대한 내용이다.
The ultrasonic sensor required for the phased array ultrasonic scanning technique is a phased array ultrasonic probe. However, when applied to pipes or welds of which the surface of the subject is uneven, the contact surface of the ultrasonic transducer is not completely in contact with each other, so that the signal generated by the ultrasonic transducer is not effectively transmitted into the target specimen and reflected from the defect in the target specimen. There is a disadvantage that the signal is not transmitted to the ultrasonic transducer. Therefore, the flexible phased array ultrasonic transducer based on the polymer material of the present invention is designed to have a structure in which the contact surface of the ultrasonic probe can be flexibly moved so that the contact surface of the ultrasonic probe can be well contacted according to the shape of the target specimen. It is about the production method.

이하 본 발명에 따른 고분자재료를 기반으로 한 위상배열 초음파 탐촉자의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
Hereinafter, a preferred embodiment of a phased array ultrasonic transducer based on a polymer material according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to inform.

본 발명에서 제안되는 굴곡면을 가지는 재료의 비파괴 초음파 검사에 적합한 고분자재료 기반 유연한 위상배열 초음파 탐촉자는 도 1과 같이 구성된다.Polymeric material-based flexible phased array ultrasonic transducer suitable for non-destructive ultrasonic inspection of the material having a curved surface proposed in the present invention is configured as shown in FIG.

본 발명은 종래 위상배열 초음파 탐촉자의 전면정합층을 유연하게 움직일 수 있도록 하여 시험 대상체의 굴곡면에 최대한 접촉이 가능하게 하는 구조의 위상배열 초음파 탐촉자이다. The present invention is a phased array ultrasonic transducer having a structure that allows the front matching layer of the conventional phased array ultrasonic transducer to be moved flexibly to the maximum contact with the curved surface of the test object.

본 발명의 고분자재료 기반 유연한 위상배열 초음파 탐촉자는 도 1에서와 같이 압전소자(11) 전면에 초음파의 투과율을 최대로 할 수 있는 고분자재료의 전면정합층(21)을 접합시키고, 압전소자(11)에서 발생되어 압전소자(11)의 후면으로 전달되는 초음파 신호를 감쇠시킴과 동시에 전면정합층(21)을 통과하여 압전소자(11)에 수신되는 초음파 신호의 감도를 조절하기 위한 기능을 수행하는 후면정합층(22)을 마찬가지로 고분자재료로 제작하여 접합된 형태로 구성한다. The flexible phased array ultrasonic probe based on the polymer material of the present invention bonds the front matching layer 21 of the polymer material to maximize the transmittance of ultrasonic waves to the piezoelectric element 11, as shown in FIG. Attenuates the ultrasonic signal generated by the second electrode and is transmitted to the rear surface of the piezoelectric element 11 and at the same time performs a function for adjusting the sensitivity of the ultrasonic signal received through the front matching layer 21 to the piezoelectric element 11. Similarly, the back mating layer 22 is made of a polymer material to form a bonded form.

초음파 신호발생기로 압전소자(11)를 구동하고 수신된 초음파 신호를 초음파 수신기로 전달할 수 있는 신호연결선용 유연 PCB 기판(31)을 개별 압전소자의 상부 및 하부 전극에 연결한다. The piezoelectric element 11 is driven by an ultrasonic signal generator, and a flexible PCB substrate 31 for signal connection line, which can transmit the received ultrasonic signal to the ultrasonic receiver, is connected to the upper and lower electrodes of the individual piezoelectric elements.

상기 위상배열 초음파 탐촉자의 압전소자 개수는 필요에 따라 여러 다수의 배열 형태로 구성되며 탐촉자의 주파수 범위는 100 kHz 이상의 주파수 범위가 해당된다. 바람직하게는 100kHz 이상 5mHz 까지의 주파수 범위로 한다.
The number of piezoelectric elements of the phased array ultrasonic transducer is configured in a plurality of array forms as necessary, and the frequency range of the transducer corresponds to a frequency range of 100 kHz or more. Preferably, the frequency range is from 100 kHz to 5 mHz.

도 2는 제작된 전면정합층 모형을 나타내며 8 채널의 압전소자가 일렬로 배열되어 있으며, 필요에 따라 배열하는 압전소자의 개수를 증감시킬 수 있다. 본 발명의 상기 배열 구조의 전면정합층 제작용 금형에 전극이 연결된 압전소자를 위치시킨 후 밀도가 약 1000 kg/㎥ 내외의 Poly butylmethacrylate (C(CH2)CO2CH2CH2CH2CH2)의 중합체 제조용 용액을 부어 넣어 약 100℃ 내외로 성형을 한다. FIG. 2 illustrates a fabricated front matching layer model, in which piezoelectric elements of eight channels are arranged in a row, and the number of piezoelectric elements arranged as needed may be increased or decreased. Poly butylmethacrylate (C (CH 2 ) CO 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 having a density of about 1000 kg / m 3 after placing the piezoelectric element connected to the electrode in the mold for fabricating the front matching layer of the array structure of the present invention. Pour the solution for polymer production of the mold) into a mold at about 100 ° C.

전면정합층 성형 후 금형을 제거한 다음 전면정합층에 접합된 압전소자들을 후면정합층 제작용 금형에 위치시킨 후 Methyl-Vynil Silicon Rubber 복합재료용 용액을 부어 성형을 하며, 도 3의 형태로 제작한다.      After forming the front matching layer, the mold is removed, and then the piezoelectric elements bonded to the front matching layer are placed in a mold for manufacturing the back matching layer, followed by molding by pouring a solution for Methyl-Vynil Silicon Rubber composite material. .

후면정합층을 성형할 때 상부 및 하부 전극을 압전소자의 상하부에 미리 결선을 해 둔 상태에서 성형한다.When forming the back mating layer, the upper and lower electrodes are molded in a state where the upper and lower electrodes are connected in advance.

전면정합층이 제작 된 후의 모습은 도 4와 같이 전면정합층(21), 전극이 연결된 위상 배열 압전소자 (11), 후면정합층 (22), 하부전극 (41), 상부전극(42)이 제작된 상태의 하부 모습을 나타내며, 도 5는 상기 도4의 상부 모습을 나타내는 도면으로서 후면정합층(22), 상부전극(42), 하부전극(41)을 나타낸다.
After the front matching layer is manufactured, the front matching layer 21, the phased array piezoelectric element 11 to which the electrodes are connected, the back matching layer 22, the lower electrode 41, and the upper electrode 42 are shown in FIG. FIG. 5 shows a bottom view of the fabricated state, and FIG. 5 shows a back matching layer 22, an upper electrode 42, and a lower electrode 41.

전극 결선용 유연한 PCB 기판을 도 6과 같이 제작하고, 도 7과 같이 배열 압전소자 상하부 전극에 각각 연결한 후 후면정합층(22)의 뒤쪽으로 유연한 PCB 기판(31)을 꺾어 접은 다음 접히는 부분의 바깥쪽 면에 부착할 수 있는 유연한 소재의 얇은 두께의 고분자 재료 후막(23)을 접합한 다음 유연한 PCB 기판(31)에 연결되지 않고 남아 있던 하부전극(41)들을 다시 꺾어 접어 유연한 PCB 기판(31)의 접지면에 모두 접합한 후 도 8에서 설명할 후면정합층 재료(도 8의 22)로 다시 감싸게 된다. 7은 하부 전극 보호용 후면정합층 재료(22)가 제작 되지 않은 상태이다. The flexible PCB board for electrode connection is manufactured as shown in FIG. 6, and connected to the upper and lower electrodes of the array piezoelectric elements as shown in FIG. 7, and then folded and folded at the back of the back matching layer 22. Bonding the thick film of a thin polymer material 23 of the flexible material that can be attached to the outer surface, and then folding the remaining lower electrodes 41 that are not connected to the flexible PCB substrate 31 again, the flexible PCB substrate (31) After bonding to all the ground plane of the) is back wrapped with a back mating layer material (22 of FIG. 8) described in FIG. 7 is a state in which the back mating layer material 22 for protecting the lower electrode is not manufactured.

유연한 PCB 기판을 보호하기 위하여 도 7과 같이 제작된 초음파 탐촉자를 다시 도 2와 같은 금형에 부착한 후 후면정합층과 동일한 재료를 이용하여 유연한 PCB 기판 상부와 하부 전극이 꺾이는 부분을 후면정합층 재료(도 8의 22)로 다시 감싸게 되면 도 8과 같은 고분자 재료 기반 유연한 위상배열 초음파 탐촉자가 완성된다.     In order to protect the flexible PCB substrate, the ultrasonic transducer manufactured as shown in FIG. 7 is attached to the mold as shown in FIG. 2, and then the portion where the flexible PCB substrate upper and lower electrodes are bent by using the same material as the back matching layer. When wrapped again with (22 of FIG. 8), the polymer phase-based flexible phased array ultrasonic transducer as shown in FIG. 8 is completed.

11, 16, 18: 압전소자 15: 압전소자가 접합되어 성형된 전면정합층 모형
17: 전면정합층의 압전소자들을 배치하여 성형한 후면정합층 모형
21: 전면정합층 22: 후면정합층
23: 전극 보호용 고분자 후막 31: 유연 PCB 기판
41: 하부전극 42: 상부전극11, 16, 18: piezoelectric element 15: front matching layer model formed by bonding piezoelectric element
17: Model of rear matching layer formed by arranging piezoelectric elements of front matching layer
21: front matching layer 22: back matching layer
23: polymer thick film for electrode protection 31: flexible PCB substrate
41: lower electrode 42: upper electrode

Claims (6)

고분자재료 기반 유연 위상배열 초음파 탐촉자에 있어서,
압전소자를 고분자 중합재료로 접합시킨 전면정합층, 상기 전면정합층의 일측을 복합재료를 이용하여 성형시킨 후면정합층을 구성하고, 상기 후면정합층의 유연 PCB 기판들이 대상 시험편의 표면 형상에 적합하게 구부러질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 압전소자 배열 초음파 탐촉자.In polymer material-based flexible phased array ultrasonic transducer,
A front matching layer in which a piezoelectric element is bonded with a polymer polymerization material, and a back matching layer in which one side of the front matching layer is formed using a composite material, and the flexible PCB substrates of the back matching layer are suitable for the surface shape of the target test piece. Piezoelectric element array ultrasonic transducer, characterized in that configured to be able to be bent. 제 1항에 있어서,
상기 전면정합층 접합 재료는 초음파의 투과가 최대가 되는 고분자 중합 재료로서 Poly butylmethacrylate (C(CH2)CO2CH2CH2CH2CH2)의 계통의 중합체를 특징으로 하는 초음파 탐촉자.The method of claim 1,
The front matching layer bonding material is an ultrasonic probe, characterized in that the polymer of the poly butylmethacrylate (C (CH 2 ) CO 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 ) system as the polymer polymerization material that the ultrasonic transmission is maximized. 제 1항에 있어서
상기 후면정합층 재료는 초음파 탐촉자의 감도와 대역폭의 조절이 가능한 Methyl-Vynil Silicon Rubber 계통의 재료를 특징으로 하는 초음파 탐촉자.The method of claim 1, wherein
The back matching layer material is an ultrasonic probe, characterized in that the material of the Methyl-Vynil Silicon Rubber system that can adjust the sensitivity and bandwidth of the ultrasonic probe. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상배열 초음파 탐촉자의 압전소자 개수는 필요에 따라 여러 다수의 배열 형태로 구성되며 탐촉자의 주파수 범위는 100kHz에서 5mHz의 주파수 범위인 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The number of piezoelectric elements of the phased array ultrasonic transducer is configured in a plurality of array forms as necessary, the frequency range of the transducer is characterized in that the frequency range of 100kHz to 5mHz. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전면정합층은 음향방출 신호 전달을 최대화할 수 있는 음향임피던스가 2∼5 MRayL 범위의 음향 임피던스를 가지는 전면정합층인 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The front matching layer is an ultrasonic transducer, characterized in that the front impedance matching layer has an acoustic impedance of 2 to 5 MRayL in the acoustic impedance that can maximize the transmission of the acoustic emission signal. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후면정합층은 음향방출 신호 검출의 감도와 대역폭을 조절할 수 있는 임피던스가 1∼10 MRayL 범위의 음향임피던스를 가지는 후면정합층인 것을 특징으로 초음파 탐촉자.

4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The back matching layer is an ultrasonic probe, characterized in that the back matching layer having an acoustic impedance in the range of 1 to 10 MRayL to adjust the sensitivity and bandwidth of the acoustic emission signal detection.

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016143933A1 (en) * 2015-03-12 2016-09-15 (주)엘라켐 Ultrasonography probe having piezoelectric element
WO2016143935A1 (en) * 2015-03-12 2016-09-15 (주)엘라켐 Real-time ultrasonic inspection monitoring system
CN108680641A (en) * 2018-05-02 2018-10-19 中国人民解放军驻二三厂军事代表室 Flexible array sensor based on vortex with ULTRASONIC COMPLEX
CN110109123A (en) * 2019-03-25 2019-08-09 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 A kind of preparation method of underwater sound high frequency phased array
CN116735721B (en) * 2023-08-15 2023-11-07 浙江大学 Flexible coupling wedge block for ultrasonic detection and application method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006174991A (en) 2004-12-22 2006-07-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic probe
JP2008085537A (en) 2006-09-27 2008-04-10 Fujifilm Corp Ultrasonic probe
KR101145152B1 (en) * 2009-10-29 2012-05-15 삼성메디슨 주식회사 Probe for ultrasonic diagnostic apparatus and manufacturing method thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016143933A1 (en) * 2015-03-12 2016-09-15 (주)엘라켐 Ultrasonography probe having piezoelectric element
WO2016143935A1 (en) * 2015-03-12 2016-09-15 (주)엘라켐 Real-time ultrasonic inspection monitoring system
CN108680641A (en) * 2018-05-02 2018-10-19 中国人民解放军驻二三厂军事代表室 Flexible array sensor based on vortex with ULTRASONIC COMPLEX
CN110109123A (en) * 2019-03-25 2019-08-09 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 A kind of preparation method of underwater sound high frequency phased array
CN110109123B (en) * 2019-03-25 2021-01-12 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 Preparation method of underwater sound high-frequency phased array
CN116735721B (en) * 2023-08-15 2023-11-07 浙江大学 Flexible coupling wedge block for ultrasonic detection and application method thereof

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