KR20210057287A - Active ultrasonic delivery structure - Google Patents

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곽준혁
이학주
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재단법인 파동에너지 극한제어 연구단
부산대학교 산학협력단
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Abstract

An object of the present invention is to provide an active ultrasonic transmission structure capable of easily varying a frequency to have a resonant frequency matching an operating frequency of an incident ultrasonic wave and effectively amplifying the incident ultrasonic wave. The active ultrasonic transmission structure of the present invention comprises: a plurality of rings each having a slit formed between a body portion and an adjacent body portion which have different radii and are spaced apart from each other; a membrane installed on the plurality of rings; and an electrode member disposed in a region of the membrane in contact with the slit and configured to apply a voltage to the membrane, wherein the resonant frequency of the membrane is varied by adjusting stiffness of the membrane according to the voltage applied to the membrane.

Description

능동형 초음파 전달 구조체{ACTIVE ULTRASONIC DELIVERY STRUCTURE}Active Ultrasound Transmission Structure {ACTIVE ULTRASONIC DELIVERY STRUCTURE}

본 발명은 능동형 초음파 전달 구조체에 관한 것으로, 상세하게는 입사되는 초음파의 작동주파수에 따라 초음파를 증폭시킬 수 있는 능동형 초음파 전달 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to an active ultrasonic transmission structure, and more particularly, to an active ultrasonic transmission structure capable of amplifying ultrasonic waves according to an operating frequency of an incident ultrasonic wave.

초음파(Ultrasonic, Ultrasound)는 인간이 들을 수 있는 가청 최대 한계 범위를 넘어서는 주파수를 가지는 주기적인 음압(Sound Pressure)을 의미하며, 약 20kHz(20,000Hz)를 초과하는 음파에 해당된다.Ultrasound (Ultrasonic, Ultrasound) refers to a periodic sound pressure having a frequency exceeding the maximum audible limit range that humans can hear, and corresponds to a sound wave exceeding about 20 kHz (20,000 Hz).

초음파는 일반적으로 매개체(매질)을 관통시키거나 반향파의 측정 또는 집중된 에너지를 공급하는 등 여러 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 초음파 검사 장치는 초음파를 사람, 동물, 물체 등의 피검체에 조사하고, 피검체 내에서 반사되는 에코 신호를 검출하여 피검체 내 조직의 단층상 등을 모니터에 표시하고, 피검체의 검사에 필요한 정보를 제공한다.Ultrasound is generally used in various fields such as penetrating a medium (medium), measuring an echo wave, or supplying concentrated energy. For example, an ultrasound examination device irradiates ultrasound to a subject such as a person, animal, or object, detects an echo signal reflected in the subject, and displays a tomographic image of the tissue within the subject on a monitor. Provides the information necessary for the inspection.

초음파의 발신 또는 수신을 담당하는 장치를 초음파 변환기(Transducer)라고 하면, 이러한 초음파 변환기를 포함한 피검체에 접촉되는 일련의 집합체(Transducer Assembly)를 탐촉자(Probe)라 할 수 있다.When a device in charge of transmitting or receiving ultrasonic waves is referred to as an ultrasonic transducer, a series of transducer assemblies that are in contact with an object including the ultrasonic transducer may be referred to as a probe.

한편 초음파의 전파는 매질을 통한 에너지의 전달로 이루어지는데, 초음파가 어떤 매질을 통과할때는 그 매질이 가지는 고유한 음향 인피던스(Acoustic Impedance)에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 초음파는 상대적으로 공기 중에서는 잘 전달되지 못하고, 액체나 고체에서는 잘 전달된다. 이처럼 초음파를 이용한 검사 장치는 해당 매질을 기준으로 접촉식과 비접촉식으로 구별될 수 있다.On the other hand, the propagation of ultrasonic waves is made by the transmission of energy through a medium, and when ultrasonic waves pass through a medium, it is affected by the inherent acoustic impedance of the medium. For example, ultrasonic waves are relatively poorly transmitted in air and well transmitted in liquids and solids. As described above, the inspection apparatus using ultrasonic waves can be classified into a contact type and a non-contact type based on a corresponding medium.

접촉식 초음파 검사는 액체나 고체를 매질로 하는 것으로, 전술한 바와 같이 초음파의 전달 출력이 좋아 일반적으로 많이 사용된다. 하지만, 접촉식 초음파 검사는 탐촉자와 피검체 사이에 액체 또는 고체를 넣고 탐상을 진행하므로 피검체가 액체나 고체에 노출되는 경우가 많고, 특히 피검체의 표면에 미세한 요철이나 다공성(Porous)의 조직이 존재하는 경우에는 접촉식 초음파 검사의 적용이 어려워진다.Contact ultrasonic testing is a liquid or solid as a medium, and as described above, it is widely used because of its good transmission power. However, in the case of contact ultrasonic testing, since a liquid or solid is inserted between the probe and the subject and the test is performed, the subject is often exposed to a liquid or solid, and in particular, microscopic irregularities or porous tissues on the surface of the subject. When this exists, it becomes difficult to apply the contact ultrasonic test.

비접촉식 초음파 검사는 공기를 매질로 하는 것으로, 피검체와의 직접적인 접촉 없이 비접촉 검사가 가능하므로 피검체의 오염 우려가 없고, 피검체의 표면에 미세한 요철이나 다공성(Porous) 물질이 존재하더라도 효과적으로 사용될 수 있으며, 항공, 우주, 건축 자재 등에 사용되는 복합재료의 비파괴 검사 분야에 널리 사용될 수 있다. 하지만, 비접촉식 초음파 검사는 공기와 대상 물질과의 음향 인피던스(Acoustic Impedance) 차이로 인하여 접촉식 초음파 검사에 비해 많은 양의 파동 에너지를 물질 내부로 침투시키지 못하는 단점이 있다. 즉, 접촉식 초음파 검사에 비해 파워가 낮은 초음파 신호 혹은 신호대 잡음비(signal to noise ratio)가 낮은 신호를 얻게 된다. 따라서, 비접촉식 초음파 검사의 성능 향상을 위해서는 탐촉자의 송신 또는 수신되는 초음파 신호를 증폭시킬 필요성이 있다.Non-contact ultrasonic testing uses air as a medium, and because it enables non-contact testing without direct contact with the subject, there is no fear of contamination of the subject, and can be effectively used even if there are fine irregularities or porous substances on the surface of the subject. In addition, it can be widely used in the field of non-destructive inspection of composite materials used in aviation, space, and building materials. However, the non-contact ultrasonic test has a disadvantage in that a large amount of wave energy cannot penetrate into the material compared to the contact ultrasonic test due to the difference in acoustic impedance between the air and the target material. That is, an ultrasonic signal having a low power or a signal having a low signal-to-noise ratio is obtained compared to a contact ultrasonic test. Therefore, in order to improve the performance of the non-contact ultrasonic inspection, it is necessary to amplify the ultrasonic signal transmitted or received by the probe.

한편 일반적으로 초음파 신호를 대상 물질의 감지 등에 사용하는 경우에는 출력되는 초음파 신호의 지향성은 크게 상관이 없으나, 초음파 신호의 수신 시 분해능을 위해서는 초음파 신호의 지향성이 요구될 수 있다.On the other hand, in general, when the ultrasonic signal is used for detection of a target material, the directivity of the output ultrasonic signal is not largely correlated, but the directivity of the ultrasonic signal may be required for resolution when the ultrasonic signal is received.

이러한 지향성의 탐촉자를 구현하기 위해 초음파 변환기에서 발생되는 초음파를 초점부근으로 집속시키기 위하여 별도의 음향렌즈를 구비하게 된다. 이러한 음향렌즈는 기본적으로 방사면이 입사면 측으로 오목한 일정 반경의 곡률을 가지는 오목면으로 구성되는데, 이러한 음향렌즈의 경우 초음파 변환기 및 매질의 음향 인피던스를 고려하여 해당 음향렌즈의 재료 선택 시 매우 제한적이라는 문제가 있고, 구면형 음향렌즈는 곡률반경의 영향으로 두께가 두꺼워질 수 밖에 없어 경량화, 소형화가 불리한 문제가 있다.In order to implement such a directional probe, a separate acoustic lens is provided to focus the ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer to the vicinity of the focal point. These acoustic lenses are basically composed of a concave surface having a curvature of a certain radius in which the emission surface is concave toward the incident surface.In the case of such an acoustic lens, it is very limited when selecting the material of the corresponding acoustic lens in consideration of the acoustic impedance of the ultrasonic transducer and the medium. There is a problem, and since the thickness of the spherical acoustic lens is inevitably increased due to the effect of the radius of curvature, there is a problem in that it is disadvantageous in reducing weight and size.

대한민국 공개특허공보 제2016-0023154호(2016.03.03. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0023154 (published on March 03, 2016)

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 본 발명은 입사되는 초음파의 작동주파수와 일치되는 공진주파수를 가지도록 주파수를 용이하게 가변시킬 수 있고, 입사되는 초음파를 증폭시킬 수 있는 능동형 초음파 전달 구조체를 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve a conventional problem, the present invention is to easily change the frequency so as to have a resonant frequency that matches the operating frequency of the incident ultrasound, it is possible to amplify the incident ultrasound. It is to provide an active ultrasonic transmission structure.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체는, 서로 다른 반경을 가지면서 이격되게 배치되는 바디부와, 인접하는 상기 바디부 사이에 슬릿이 각각 형성되는 복수의 링; 상기 복수의 링에 설치되는 멤브레인; 및 상기 슬릿에 접하는 멤브레인 영역에 배치되고, 상기 멤브레인에 전압을 인가하기 위한 전극부재;를 포함하여, 상기 멤브레인에 인가되는 전압에 따라 상기 멤브레인의 강성이 조정됨으로써, 상기 멤브레인의 공진주파수가 가변되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention described above, in the active ultrasonic transmission structure according to an embodiment of the present invention, a body portion having a different radius and spaced apart from each other, and a slit formed between the adjacent body portion A plurality of rings; A membrane installed on the plurality of rings; And an electrode member disposed in the membrane region in contact with the slit and configured to apply a voltage to the membrane, wherein the stiffness of the membrane is adjusted according to the voltage applied to the membrane, so that the resonance frequency of the membrane is varied. It is characterized by that.

능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 전극부재를 통해 상기 멤브레인에 인가되는 전압을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 멤브레인에 인가하는 전압을 높여 상기 멤브레인의 강성을 증가시킴으로써 상기 멤브레인의 공진주파수를 증가시키거나, 상기 멤브레인에 인가하는 전압을 낮춰 상기 멤브레인의 강성을 감소시킴으로써 상기 멤브레인의 공진주파수를 감소시킬 수 있다.An active ultrasonic transmission structure, comprising: a control unit for controlling a voltage applied to the membrane through the electrode member, wherein the control unit increases the stiffness of the membrane by increasing the voltage applied to the membrane. The resonant frequency of the membrane may be decreased by increasing the resonance frequency of the membrane or by lowering the voltage applied to the membrane to decrease the stiffness of the membrane.

본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 전극부재는 상기 링의 형상에 상응하는 환 형상을 가지되, 상기 슬릿에 접하는 멤브레인 영역의 중앙에 배치될 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to an embodiment of the present invention, the electrode member may have an annular shape corresponding to the shape of the ring, but may be disposed at the center of the membrane region in contact with the slit.

본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 전극부재는, 상기 멤브레인의 일면에 배치되는 복수의 제1전극부재; 상기 멤브레인의 타면에 배치되는 복수의 제2전극부재; 전원부와 연결되고, 상기 복수의 제1전극부재에 연결되는 제1리드부재; 및 전원부와 연결되고, 상기 복수의 제2전극부재에 연결되는 제2리드부재;를 포함할 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to an embodiment of the present invention, the electrode member includes: a plurality of first electrode members disposed on one surface of the membrane; A plurality of second electrode members disposed on the other surface of the membrane; A first lead member connected to the power supply unit and connected to the plurality of first electrode members; And a second lead member connected to the power supply unit and connected to the plurality of second electrode members.

본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체는, 서로 다른 반경을 가지면서 이격되게 배치되는 바디부와, 인접하는 상기 바디부 사이에 슬릿이 각각 형성되는 복수의 링; 상기 복수의 링에 설치되는 멤브레인; 및 상기 슬릿에 접하는 멤브레인 영역에 배치되고, 상기 멤브레인에 전압을 인가하기 위한 전극부재;를 포함할 수 있고, 상기 슬릿에 접하는 멤브레인 영역은 상기 복수의 링의 중심으로부터의 거리에 따라 복수의 멤브레인 서브영역으로 구획되며, 상기 멤브레인 서브영역에 서로 다른 전압이 인가되어 상기 멤브레인 서브영역의 강성이 서로 다르게 설정되어, 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수가 서로 다르게 설정됨으로써 방사되는 초음파가 집속되는 것도 특징으로 한다.An active ultrasonic transmission structure according to another embodiment of the present invention includes a body portion having different radii and spaced apart from each other, and a plurality of rings each having a slit formed between the adjacent body portions; A membrane installed on the plurality of rings; And an electrode member disposed in a membrane region in contact with the slit and configured to apply a voltage to the membrane, wherein the membrane region in contact with the slit may include a plurality of membrane subs depending on a distance from the center of the plurality of rings. It is divided into regions, and different voltages are applied to the membrane sub-regions so that the stiffness of the membrane sub-regions are set differently, and the resonance frequencies of the membrane sub-regions are set differently, so that the emitted ultrasonic waves are focused. .

본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 전극부재를 통해 상기 멤브레인 서브영역에 서로 다른 전압이 인가되도록 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 멤브레인 서브영역에 인가하는 전압을 높여 상기 멤브레인 서브영역의 강성을 증가시킴으로써 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수를 증가시키거나, 상기 멤브레인 서브영역에 인가하는 전압을 낮춰 상기 멤브레인 서브영역의 강성을 감소시킴으로써 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수를 감소시킬 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to another embodiment of the present invention, a control unit for controlling different voltages to be applied to the membrane sub-region through the electrode member; may further include, wherein the control unit is in the membrane sub-region The resonant frequency of the membrane sub-region is increased by increasing the applied voltage to increase the stiffness of the membrane sub-region, or by lowering the voltage applied to the membrane sub-region to decrease the stiffness of the membrane sub-region. Resonant frequency can be reduced.

본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 전극부재는 상기 링의 형상에 상응하는 환 형상을 가지되, 상기 멤브레인 서브영역의 중앙에 배치될 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to another embodiment of the present invention, the electrode member may have an annular shape corresponding to the shape of the ring, but may be disposed in the center of the membrane subregion.

본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 전극부재는, 상기 멤브레인 서브영역의 일면에 각각 배치되는 복수의 제1전극부재; 상기 멤브레인 서브영역의 타면에 각각 배치되는 복수의 제2전극부재; 전원부와 연결되고, 상기 복수의 제1전극부재에 각각 연결되는 복수의 제1리드부재; 및 전원부와 연결되고, 상기 복수의 제2전극부재에 연결되는 제2리드부재;를 포함할 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to another embodiment of the present invention, the electrode member includes: a plurality of first electrode members respectively disposed on one surface of the membrane subregion; A plurality of second electrode members respectively disposed on the other surface of the membrane subregion; A plurality of first lead members connected to the power supply unit and respectively connected to the plurality of first electrode members; And a second lead member connected to the power supply unit and connected to the plurality of second electrode members.

본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 제어부는 상기 복수의 링의 중심으로부터 멀어질수록 상기 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압을 순차적으로 높여 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수를 순차적으로 증가시키거나, 상기 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압을 순차적으로 낮춰 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수를 순차적으로 감소시킬 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to another embodiment of the present invention, the control unit sequentially increases the voltage applied to the membrane sub-region as the distance from the center of the plurality of rings increases, thereby sequentially increasing the resonance frequency of the membrane sub-region. The resonant frequency of the membrane sub-region may be sequentially decreased by increasing or sequentially lowering the voltage applied to the membrane sub-region.

본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 제어부는 상기 복수의 링의 중심부에 배치된 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압과, 상기 복수의 링의 가장자리부에 배치된 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압의 차이인 전압차를 조절함으로써, 방사되는 초음파의 집속거리를 조절할 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to another embodiment of the present invention, the control unit applies a voltage applied to the membrane subregions disposed at the centers of the plurality of rings, and the membrane subregions disposed at the edges of the plurality of rings. By adjusting the voltage difference, which is the difference between the applied voltage, the focusing distance of the radiated ultrasonic waves can be adjusted.

본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 전압차가 상대적으로 큰 경우 상기 집속거리는 짧아질 수 있고, 상기 전압차가 상대적으로 작은 경우 상기 집속거리는 길어질 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to another embodiment of the present invention, the focusing distance may be shortened when the voltage difference is relatively large, and the focusing distance may be lengthened when the voltage difference is relatively small.

본 발명의 실시예에 따른 능동형 초음파 전달 구조체에 있어서, 상기 멤브레인에는 유전물질이 포함될 수 있다.In the active ultrasonic transmission structure according to an embodiment of the present invention, a dielectric material may be included in the membrane.

본 발명에 따르면, 초음파 변환기에서 방사되거나 초음파 변환기측으로 수신되는 초음파를 효과적으로 증폭시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to effectively amplify ultrasonic waves radiated from the ultrasonic transducer or received toward the ultrasonic transducer.

본 발명에 따르면, 입사되는 초음파의 작동주파수와 일치되는 공진주파수를 가지도록 주파수를 적절히 가변시킬 수 있기 때문에, 다양한 작동주파수를 가지는 초음파 변환기(Transducer)와의 호환성이 우수하다.According to the present invention, since the frequency can be appropriately changed to have a resonant frequency that matches the operating frequency of the incident ultrasonic wave, the compatibility with the ultrasonic transducer having various operating frequencies is excellent.

본 발명에 따르면, 기존 초음파 변환기의 사양 변화 없이 높은 출력의 초음파를 송신 또는 수신할 수 있으며, 이에 따라, 고출력의 탐촉자(Transducer Assembly)를 구현할 수 있고, 탐촉자의 경량화 및 소형화 설계가 가능하다.According to the present invention, it is possible to transmit or receive high-output ultrasonic waves without changing the specifications of the conventional ultrasonic transducer, and accordingly, a high-power transducer assembly can be implemented, and a lightweight and compact design of the transducer is possible.

본 발명에 따르면, 입사되는 초음파의 작동주파수와 일치되는 공진주파수를 가지도록 멤브레인의 강성을 조정함으로써 목적으로 하는 공진주파수를 용이하게 설계할 수 있다.According to the present invention, a target resonance frequency can be easily designed by adjusting the rigidity of the membrane to have a resonance frequency that matches the operating frequency of the incident ultrasonic wave.

본 발명에 따르면, 멤브레인 서브영역에 대한 강성을 조정함으로써 방사되는 초음파의 집속거리와 직경의 크기를 다양하고 자유롭게 구현 및 조절할 수 있다.According to the present invention, by adjusting the rigidity of the membrane sub-region, the focusing distance and the size of the diameter of the emitted ultrasound can be variously and freely implemented and controlled.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 전달 구조체의 입체 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 전달 구조체의 평면 예시도(a) 및 저면 예시도(b)이다.
도 3은 도 1의 A-A선 단면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 전달 구조체의 평면 예시도(a) 및 저면 예시도(b)이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 전달 구조체의 집속 원리를 설명하기 위한 예시도이다.1 is a three-dimensional exemplary view of an ultrasonic transmission structure according to a first embodiment of the present invention.
2 is an exemplary plan view (a) and an exemplary bottom view (b) of the ultrasonic delivery structure according to the first embodiment of the present invention.
3 is an exemplary cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1.
4 is a plan view (a) and a bottom view (b) of an ultrasonic transmission structure according to a second embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view for explaining the focusing principle of the ultrasonic transmission structure according to the second embodiment of the present invention.

이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention in which the above-described problem to be solved may be specifically realized will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiments, the same name and the same reference numeral may be used for the same configuration, and additional description accordingly may be omitted.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 전달 구조체의 입체 예시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 전달 구조체의 평면 예시도(a) 및 저면 예시도(b)이며, 도 3은 도 1의 A-A선 단면 예시도이다.1 is a three-dimensional illustration of an ultrasonic delivery structure according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view (a) and a bottom view (b) of the ultrasonic delivery structure according to the first embodiment of the present invention. And FIG. 3 is an exemplary cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예에 따른 초음파 전달 구조체(100)는 일면과 타면을 관통하여 초음파가 통과하는 통로를 가지는 플레이트 형상으로 구비될 수 있다.1 to 3, the ultrasonic delivery structure 100 according to the first embodiment may be provided in a plate shape having a passage through which ultrasonic waves pass through one surface and the other surface.

초음파 전달 구조체(100)는 입사되는 초음파의 작동주파수와 일치되는 공진주파수를 가지도록 형성될 수 있다. 특정 작동주파수가 초음파 전달 구조체(100)의 일면으로 입사되면, 초음파 전달 구조체(100)에서 공진현상이 발생할 수 있고, 이에 따라, 초음파가 증폭되어 초음파 전달 구조체(100)의 타면으로 출력 향상된 초음파가 방사될 수 있다.The ultrasonic transmission structure 100 may be formed to have a resonant frequency that matches the operating frequency of the incident ultrasonic wave. When a specific operating frequency is incident on one surface of the ultrasonic delivery structure 100, a resonance phenomenon may occur in the ultrasonic delivery structure 100, and accordingly, the ultrasonic wave is amplified and output to the other surface of the ultrasonic delivery structure 100 is improved. It can be radiated.

공진(Resonance)은 특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상을 말하는데, 초음파의 작동주파수가 초음파 전달 구조체(100)의 공진주파수와 일치할 경우, 초음파 소스에서 지속적으로 초음파가 발생되면 초음파 전달 구조체(100)의 내부 통로에서 높은 세기(Intensity)를 가지는 초음파 신호로 증폭될 수 있다.Resonance refers to a phenomenon in which energy increases as the amplitude increases when a force of the same frequency is applied to an object having a specific frequency from the outside.When the operating frequency of the ultrasonic wave coincides with the resonance frequency of the ultrasonic transmission structure 100, When ultrasonic waves are continuously generated from the ultrasonic source, an ultrasonic signal having a high intensity may be amplified in an inner passage of the ultrasonic transmission structure 100.

이하 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 전달 구조체(100)에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the ultrasonic transmission structure 100 according to the first embodiment of the present invention will be described in more detail.

제1실시예에 따른 초음파 전달 구조체(100)는 복수의 링(110), 멤브레인(130), 전극부재(150)를 포함할 수 있다.The ultrasonic transmission structure 100 according to the first embodiment may include a plurality of rings 110, a membrane 130, and an electrode member 150.

각각의 링(110)은 바디부(111)를 가지고, 바디부(111)는 동심축을 가지며 서로 다른 반경을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 이웃하는 바디부(111)의 사이에는 슬릿(113)이 형성될 수 있다. 이러한 슬릿(113)은 초음파가 통과하는 통로일 수 있다.Each of the rings 110 may have a body part 111, and the body part 111 may have a concentric axis and may be formed to have different radii. Accordingly, a slit 113 may be formed between the adjacent body parts 111. The slit 113 may be a passage through which ultrasonic waves pass.

바디부(111)는 제1폭(W1)을 가지도록 형성될 수 있고, 슬릿(113)은 제2폭(W2)을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 이웃하는 바디부(111)는 제2폭(W2)의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.The body part 111 may be formed to have a first width W1, and the slit 113 may be formed to have a second width W2. That is, the adjacent body portions 111 may be disposed to be spaced apart by an interval of the second width W2.

복수의 바디부(111)는 서로 동일한 제1두께(T1)를 가지도록 형성될 수 있고, 이에 따라, 복수의 슬릿(113) 역시 서로 동일한 제1두께(T1)를 가지도록 형성될 수 있다.The plurality of body parts 111 may be formed to have the same first thickness T1, and accordingly, the plurality of slits 113 may also be formed to have the same first thickness T1.

바디부(111) 및 슬릿(113)은 도시된 바와 같이, 원형 링(110) 형상으로 형성될 수 있고, 도시된 바와 달리, 사각형 링 형상으로 형성될 수도 있다.The body part 111 and the slit 113 may be formed in the shape of a circular ring 110, as shown, and, unlike shown, may be formed in a rectangular ring shape.

멤브레인(130)은 입사되는 초음파의 작동주파수와 일치하는 제1공진주파수를 가지도록 형성될 수 있고, 공진현상으로부터 입사되는 초음파를 증폭시킬 수 있다.The membrane 130 may be formed to have a first resonance frequency that matches the operating frequency of the incident ultrasound, and may amplify the incident ultrasound from the resonance phenomenon.

멤브레인(130)은 복수의 링(110)에 설치될 수 있으며, 각 슬릿(113)과 접하도록 슬릿(113)의 형상과 상응하는 형상으로 구비될 수 있다. 즉, 멤브레인(130)은 슬릿(113)의 형상과 상응하도록 서로 다른 반경을 가지는 복수의 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4,…,SAn)을 가질 수 있다.The membrane 130 may be installed on a plurality of rings 110 and may be provided in a shape corresponding to the shape of the slit 113 so as to contact each slit 113. That is, the membrane 130 may have a plurality of membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, SA4, ..., SAn having different radii to correspond to the shape of the slit 113.

도 3에 나타낸 바와 같이, 멤브레인(130)은 하나의 판 형상으로 구비될 수 있고, 판 형상의 멤브레인(130)은 바디부(111) 및 슬릿(113)을 교차하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 멤브레인(130)은 슬릿(113)과 접하는 복수의 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4,…,SAn)을 가질 수 있다.As shown in FIG. 3, the membrane 130 may be provided in a single plate shape, and the plate-shaped membrane 130 may be disposed to cross the body 111 and the slit 113. Accordingly, the membrane 130 may have a plurality of membrane subregions SA1, SA2, SA3, SA4, ..., SAn in contact with the slit 113.

도시되진 않았지만, 멤브레인(130)은 슬릿(113)의 형상과 상응하게 링 형상으로 구비될 수도 있고, 링 형상의 멤브레인(130)은 반경방향의 내측단과 외측단이 이웃하는 바디부(111)에 결합될 수 있다.Although not shown, the membrane 130 may be provided in a ring shape corresponding to the shape of the slit 113, and the ring-shaped membrane 130 is located in the body part 111 adjacent to the inner end and the outer end in the radial direction. Can be combined.

멤브레인(130)은 바디부(111) 및 슬릿(113)의 두께방향에 대해 중심부에 배치될 수 있다. 도시되진 않았지만, 멤브레인(130)은 바디부(111) 및 슬릿(113)의 두께방향에 대해 일측에 배치될 수도 있는데, 예를 들면, 멤브레인(130)은 초음파가 입사되는 복수의 링(110)의 일면(도 3에서 하부면) 또는 타면(도 3에서 상부면)에 배치될 수도 있다.The membrane 130 may be disposed at the center of the body 111 and the slit 113 in the thickness direction. Although not shown, the membrane 130 may be disposed on one side with respect to the thickness direction of the body portion 111 and the slit 113. For example, the membrane 130 includes a plurality of rings 110 into which ultrasonic waves are incident. It may be disposed on one side (the lower side in FIG. 3) or the other side (the upper side in FIG. 3).

멤브레인(130)은 박막, 필름과 같은 경량의 가요성 막이 적용될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄, 스테인리스, 구리 등의 금속 시트가 적용될 수 있고, 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride:PVC) 등의 폴리머 시트가 적용될 수 있다. 이와 같이, 멤브레인(130)은 다양한 소재로 이루어질 수 있으며, 특별한 소재에 한정되진 않는다.The membrane 130 may be a thin film or a lightweight flexible film such as a film, and for example, a metal sheet such as aluminum, stainless steel, or copper may be applied, and a polymer sheet such as polyvinyl chloride (PVC). Can be applied. As such, the membrane 130 may be made of various materials, and is not limited to a special material.

이처럼 초음파 전달 구조체(100)의 일면으로 입사되는 초음파는 링(110) 구조물 및 멤브레인(130)을 통과하며 진폭이 증가될 수 있고, 타면으로 진폭이 증가된 초음파가 방사될 수 있다.As such, ultrasonic waves incident on one surface of the ultrasonic transmission structure 100 may increase in amplitude while passing through the ring 110 structure and the membrane 130, and ultrasonic waves with increased amplitude may be radiated to the other surface.

멤브레인(130)은 유전물질(Dielectric material)을 포함할 수 있는데, 유전물질을 포함한 멤브레인(130)은, 전기장(전압)이 인가되면 유전물질의 유전율에 따른 유전상수만큼 전기장의 전위차는 감소하는 대신 유전물질을 포함한 멤브레인(130)은 감소한 전위차에 해당하는 에너지를 획득할 수 있고, 이러한 에너지 변환 과정에서 강성(Stiffness)이 변화될 수 있다. 예를 들어, 전기장(전압)의 세기가 상대적으로 크면 강성이 증가될 수 있고, 전기장(전압)의 세가가 상대적으로 작으면 강성이 감소될 수 있다.The membrane 130 may include a dielectric material, and when an electric field (voltage) is applied to the membrane 130, the potential difference of the electric field decreases as much as the dielectric constant according to the dielectric constant of the dielectric material. The membrane 130 including the dielectric material may acquire energy corresponding to a reduced potential difference, and stiffness may be changed during this energy conversion process. For example, if the strength of the electric field (voltage) is relatively large, the stiffness may increase, and if the strength of the electric field (voltage) is relatively small, the stiffness may decrease.

즉, 후술되는 전극부재(150)로부터 인가되는 전압에 따라 유전물질이 포함된 멤브레인(130)의 강성은 조정될 수 있다.That is, the stiffness of the membrane 130 including the dielectric material may be adjusted according to the voltage applied from the electrode member 150 to be described later.

전극부재(150)는 멤브레인(130)의 강성을 변화시키기 위한 것으로, 슬릿(113)에 접하는 멤브레인(130) 영역에 설치될 수 있다. 즉, 전극부재(150)는 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)에 설치될 수 있다.The electrode member 150 is for changing the rigidity of the membrane 130 and may be installed in the region of the membrane 130 in contact with the slit 113. That is, the electrode member 150 may be installed in each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4.

전극부재(150)는 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)마다 설치될 수 있고, 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)에 선택적으로 설치될 수도 있다.The electrode member 150 may be installed in each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4, or may be selectively installed in the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4.

전극부재(150)는 멤브레인(130)의 표면(상면 및 하면)에 부착될 수 있고, 이와 달리, 전극부재(150)는 멤브레인(130)의 표면에 매립되어 구비될 수도 있다.The electrode member 150 may be attached to the surfaces (upper and lower surfaces) of the membrane 130, and alternatively, the electrode member 150 may be embedded and provided on the surface of the membrane 130.

전극부재(150)는 멤브레인(130)상에 다양한 형태로 구비될 수 있는데, 도시된 바와 같이, 각각의 링(110) 형상에 상응하는 환 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 환 형상의 전극부재(150)는 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)의 반경방향에 대해 중심선 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)에는 반경방향 및 원주방향을 따라 균등한 전압이 인가될 수 있다.The electrode member 150 may be provided on the membrane 130 in various forms, and as shown, may be formed in an annular shape corresponding to the shape of each ring 110. At this time, the annular electrode member 150 may be disposed on the center line with respect to the radial direction of each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4. Accordingly, an equal voltage may be applied to each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 along the radial and circumferential directions.

전극부재(150)는 제1전극부재(151), 제2전극부재(153), 제1리드부재(155), 제2리드부재(157)를 포함할 수 있다.The electrode member 150 may include a first electrode member 151, a second electrode member 153, a first lead member 155, and a second lead member 157.

제1전극부재(151)는 멤브레인(150)의 일면에 배치될 수 있다. 제1전극부재(151)는 링(110) 형상에 상응하는 환 형상으로 형성될 수 있으며, 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)의 일면에 각각 배치될 수 있다.The first electrode member 151 may be disposed on one surface of the membrane 150. The first electrode member 151 may be formed in an annular shape corresponding to the shape of the ring 110 and may be disposed on one surface of each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4, respectively.

제2전극부재(153)는 멤브레인(150)의 타면에 배치될 수 있다. 즉, 제1전극부재(151)와 제2전극부재(153)는 멤브레인(150)을 사이에 두고 멤브레인(150)의 양쪽 표면에 배치될 수 있다. 제2전극부재(153)는 제1전극부재(151)에 상응하는 형상으로 형성될 수 있으며, 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)의 타면에 각각 배치될 수 있다.The second electrode member 153 may be disposed on the other surface of the membrane 150. That is, the first electrode member 151 and the second electrode member 153 may be disposed on both surfaces of the membrane 150 with the membrane 150 interposed therebetween. The second electrode member 153 may be formed in a shape corresponding to the first electrode member 151 and may be disposed on the other surfaces of each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4, respectively.

제1리드부재(155)는 전원부와 복수의 제1전극부재(151)를 연결하도록 구비될 수 있고, 전원부에서 공급되는 전류를 복수의 제1전극부재(151) 측으로 일괄하여 공급할 수 있다.The first lead member 155 may be provided to connect the power supply unit and the plurality of first electrode members 151, and may collectively supply current supplied from the power supply unit to the plurality of first electrode members 151.

제2리드부재(157)는 전원부와 복수의 제2전극부재(153)를 연결하도록 구비될 수 있고, 전원부에서 공급되는 전류를 복수의 제2전극부재(153) 측으로 일괄하여 공급할 수 있다.The second lead member 157 may be provided to connect the power supply unit and the plurality of second electrode members 153, and collectively supply current supplied from the power supply unit to the plurality of second electrode members 153.

제1리드부재(155) 및 제2리드부재(157)를 매개로 전원부와 전기적으로 연결된 제1전극부재(151) 및 제2전극부재(153)를 통하여, 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4) 측으로는 동일한 전압이 인가될 수 있고, 동일한 전압이 인가되는 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)은 동일한 강성을 가지도록 변화될 수 있다.Through the first electrode member 151 and the second electrode member 153 electrically connected to the power supply unit via the first lead member 155 and the second lead member 157, each membrane subregion SA1, SA2, The same voltage may be applied to the SA3 and SA4 side, and each of the membrane subregions SA1, SA2, SA3, and SA4 to which the same voltage is applied may be changed to have the same rigidity.

제1실시예에 따른 초음파 전달 구조체(100)는 멤브레인(130)에 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The ultrasonic transmission structure 100 according to the first embodiment may further include a control unit that controls a voltage applied to the membrane 130.

제어부는 제1전극부재(151) 및 제2전극부재(153)를 통하여, 멤브레인(130) 측으로 전압의 인가 여부를 제어할 수 있고, 멤브레인(130) 측으로 인가되는 전압의 세기도 제어할 수 있다.The controller may control whether or not a voltage is applied to the membrane 130 through the first electrode member 151 and the second electrode member 153, and may also control the intensity of the voltage applied to the membrane 130. .

즉, 전압이 인가되지 않는 경우 멤브레인(130)은 미리 설정된 제1공진주파수를 가지고, 멤브레인(130) 측으로 전압이 인가되면 멤브레인(130) 영역에 전기장이 발생되어 멤브레인(130)의 강성이 변화되고, 강성이 변화된 멤브레인(130)은 제1공진주파수와 다른 제2공진주파수를 가질 수 있다.That is, when no voltage is applied, the membrane 130 has a preset first resonant frequency, and when a voltage is applied toward the membrane 130, an electric field is generated in the region of the membrane 130, so that the rigidity of the membrane 130 is changed. , The membrane 130 having a changed stiffness may have a second resonance frequency different from the first resonance frequency.

이에 더해, 멤브레인(130) 측으로 인가되는 전압의 세기를 조정하여 멤브레인(130) 영역에서 발생되는 전기장의 세기를 변화시키면, 멤브레인(130)의 강성이 연속해서 변화될 수 있고, 결국 멤브레인(130)은 제1공진주파수와 다른 다양한 공진주파수를 가질 수 있다.In addition, if the strength of the voltage applied to the membrane 130 is adjusted to change the strength of the electric field generated in the membrane 130 region, the stiffness of the membrane 130 may be continuously changed, and eventually the membrane 130 May have various resonant frequencies different from the first resonant frequency.

예를 들면, 멤브레인(130)에 인가되는 전압을 높여 멤브레인(130) 영역에서 발생되는 전기장의 세기를 높이면, 멤브레인(130)의 강성이 증가될 수 있고, 결국 멤브레인(130)은 미리 설정된 제1공진주파수에서 증가되는 다양한 공진주파수에서 임의의 공진주파수를 설정할 수 있다.For example, if the voltage applied to the membrane 130 is increased to increase the strength of the electric field generated in the region of the membrane 130, the rigidity of the membrane 130 may be increased. Any resonant frequency can be set at various resonant frequencies that increase from the resonant frequency.

또한 멤브레인(130)에 인가되는 전압을 낮춰 멤브레인(130) 영역에서 발생되는 전기장의 세기를 낮추면, 멤브레인(130)의 강성이 연속해서 감소될 수 있고, 결국, 멤브레인(130)은 미리 설정된 제1공진주파수에서 감소되는 다양한 공진주파수에서 임의의 공진주파수를 설정할 수 있다.In addition, when the voltage applied to the membrane 130 is lowered to lower the strength of the electric field generated in the membrane 130 region, the rigidity of the membrane 130 may be continuously reduced. Any resonant frequency can be set at various resonant frequencies that are reduced from the resonant frequency.

강성 변화로 인하여 새롭게 설정되는 멤브레인(130)의 공진주파수는 입사되는 초음파의 작동주파수 및 매질에서의 초음파 파장을 기반으로 계산될 수 있다.The resonance frequency of the membrane 130 newly set due to the change in stiffness may be calculated based on the operating frequency of the incident ultrasound and the ultrasound wavelength in the medium.

본 실시예에 따른 초음파 전달 구조체(100)는 초음파 변환기에 일체로 형성될 수 있고, 별도로 제작되어 초음파 변환기에 조립될 수도 있다. 본 발명에 따른 초음파 전달 구조체가 별도로 제작되어 조립되는 경우에는 기존 상용 제품인 초음파 변환기에 결합하여 사용될 수 있고, 기존 상용 제품인 초음파 변환기에 탈부착이 가능할 수도 있다.The ultrasonic transmission structure 100 according to the present embodiment may be integrally formed with the ultrasonic transducer, or may be separately manufactured and assembled with the ultrasonic transducer. When the ultrasonic transmission structure according to the present invention is separately manufactured and assembled, it may be used in combination with an existing commercially available ultrasonic transducer, or detachable to an existing commercially available ultrasonic transducer.

이처럼 본 발명에 따른 초음파 전달 구조체(100)는 멤브레인(130)의 강성을 조정하여 멤브레인(130)이 가지는 공진주파수를 변화시킬 수 있기 때문에, 서로 다른 작동주파수를 가지는 다양한 종류의 초음파 변환기(Transducer)에 대한 설치 호환성이 우수한 이점이 있다.As described above, since the ultrasonic transmission structure 100 according to the present invention can change the resonance frequency of the membrane 130 by adjusting the rigidity of the membrane 130, various types of ultrasonic transducers having different operating frequencies. It has the advantage of excellent installation compatibility.

또한 본 발명에 따른 초음파 전달 구조체(100)는 멤브레인(130)에 인가되는 전압을 조정하는 것으로, 기존 초음파 변환기의 별다른 사양 변화 없이, 작동주파수, 전달 매질 및 피검체에 부합하는 공진주파수를 용이하게 설정할 수 있다.In addition, the ultrasonic transmission structure 100 according to the present invention adjusts the voltage applied to the membrane 130, and without any change in specifications of the existing ultrasonic transducer, the operating frequency, the transmission medium, and the resonant frequency corresponding to the subject can be easily adjusted. Can be set.

또한 본 발명에 따른 초음파 전달 구조체(100)는 높은 출력의 초음파를 송신 또는 수신할 수 있어 고출력의 탐촉자(Transducer Assembly)를 구현할 수 있다.In addition, the ultrasonic transmission structure 100 according to the present invention can transmit or receive high-power ultrasonic waves, thereby implementing a high-power transducer assembly.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 전달 구조체를 설명한다.Hereinafter, an ultrasonic transmission structure according to a second embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 전달 구조체의 평면 예시도(a) 및 저면 예시도(b)이다. 제2실시예를 설명함에 있어서 제1실시예와 중복되는 부분에 대해서는 설명을 최소로 하고, 차이점을 중심으로 상세히 설명한다.4 is a plan view (a) and a bottom view (b) of an ultrasonic transmission structure according to a second embodiment of the present invention. In the description of the second embodiment, descriptions of overlapping portions with the first embodiment will be minimized and will be described in detail focusing on differences.

제2실시예에 따른 초음파 전달 구조체(200) 역시 복수의 링(210), 멤브레인(230), 전극부재(250), 제어부를 포함할 수 있다.The ultrasonic transmission structure 200 according to the second embodiment may also include a plurality of rings 210, a membrane 230, an electrode member 250, and a control unit.

제2실시예에 따른 복수의 링(210) 및 멤브레인(230)은 전술한 제1실시예에 따른 복수의 링(110) 및 멤브레인(130)와 동일하게 구성될 수 있고, 관련한 중복 설명은 생략한다.The plurality of rings 210 and the membrane 230 according to the second embodiment may be configured in the same manner as the plurality of rings 110 and the membrane 130 according to the first embodiment described above, and a redundant description thereof will be omitted. do.

제2실시예에 따른 전극부재(250) 역시 전술한 제1실시예에 따른 전극부재(150)와 거의 동일하게 구성될 수 있으며, 제1전극부재(251), 제2전극부재(253), 제1리드부재(255), 제2리드부재(257)를 포함할 수 있다.The electrode member 250 according to the second embodiment may also be configured substantially the same as the electrode member 150 according to the first embodiment described above, and the first electrode member 251, the second electrode member 253, A first lead member 255 and a second lead member 257 may be included.

다만 제2실시예에 따르면, 제1리드부재(255) 및 제2리드부재(257)를 매개로 전원부와 전기적으로 연결되는 복수의 제1전극부재(251) 및 제2전극부재(253)를 통하여, 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)에 서로 다른 전압이 인가되도록 하는 점에서 전술한 제1실시예와 차이점을 가진다.However, according to the second embodiment, a plurality of first electrode members 251 and second electrode members 253 electrically connected to the power supply unit through the first lead member 255 and the second lead member 257 are provided. Through this, it differs from the above-described first embodiment in that different voltages are applied to each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4.

도시된 바와 같이, 제1리드부재(255)는 전원부와 복수의 제1전극부재(251)를 각각 연결하도록 구비되고, 제2리드부재(257)는 전원부와 복수의 제1전극부재(251)를 일괄 연결하도록 구비될 수 있다. 물론 반대로, 제1리드부재(255)는 전원부와 복수의 제1전극부재(251)를 일괄 연결하도록 구비되고, 제2리드부재(257)가 전원부와 복수의 제1전극부재(251)를 각각 연결하도록 구비될 수도 있다.As shown, the first lead member 255 is provided to connect the power supply unit and the plurality of first electrode members 251, respectively, and the second lead member 257 is the power supply unit and the plurality of first electrode members 251 It may be provided to collectively connect. Conversely, of course, the first lead member 255 is provided to collectively connect the power supply unit and the plurality of first electrode members 251, and the second lead member 257 connects the power supply unit and the plurality of first electrode members 251, respectively. It may be provided to connect.

이에 따라, 각각의 제1전극부재(151) 및 제2전극부재(153)가 배치되어 있는 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4) 측으로 서로 다른 전압이 인가될 수 있고, 서로 다른 전압이 인가되는 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)은 서로 다른 강성을 가질 수 있다.Accordingly, different voltages may be applied to each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 in which each of the first and second electrode members 151 and 153 are disposed, and different voltages Each of the membrane subregions SA1, SA2, SA3, and SA4 to which this is applied may have different stiffness.

결과적으로 제2실시예에 따르면, 제어부를 통하여 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)이 서로 다른 강성을 가지도록 함으로써 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)의 공진주파수를 서로 다르게 설정할 수 있다.As a result, according to the second embodiment, the resonant frequencies of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 are adjusted by making the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 have different stiffness through the control unit. It can be set differently.

이에 더해, 제어부는 초음파 전달 구조체(200)의 중심에서 멀어질수록 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3)의 강성이 순차적으로 변화되도록 제어할 수 있다.In addition, the controller may control the stiffness of each of the membrane sub-regions SA1, SA2, and SA3 to change sequentially as the distance from the center of the ultrasonic delivery structure 200 increases.

즉, 중심에 위치하는 멤브레인 서브영역(SA1)에서 외곽에 위치하는 멤브레인 서브영역(SA4) 측으로 갈수록 인가되는 전압을 순차적으로 높임으로써, 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)의 강성은 중심으로부터 멀어질수록 순차적으로 증가될 수 있고, 반대로, 중심에 위치하는 멤브레인 서브영역(SA1)에서 외곽에 위치하는 멤브레인 서브영역(SA4) 측으로 갈수록 인가되는 전압을 순차적으로 낮춤으로써, 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)의 강성은 중심으로부터 멀어질수록 순차적으로 감소될 수 있다.That is, by sequentially increasing the voltage applied from the membrane sub-region SA1 located in the center toward the membrane sub-region SA4 located outside, the stiffness of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 is reduced to the center. It may be increased sequentially as the distance increases from, and conversely, by sequentially lowering the voltage applied from the membrane sub-region SA1 located at the center toward the membrane sub-region SA4 located at the outer side, the membrane sub-region SA1 The stiffness of ,SA2,SA3,SA4) can be sequentially decreased as it moves away from the center.

이와 같이, 복수의 링(211)의 중심부에서 가장자리로 갈수록 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)의 강성을 순차적으로 조절함으로써, 중심부에서 가장자리로 갈수록 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)이 가지는 공진주파수를 순차적으로 설정 및 정렬할 수 있다.In this way, by sequentially adjusting the stiffness of each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 from the center to the edge of the plurality of rings 211, the membrane sub-regions SA1, SA2, and SA3 are moved from the center to the edge. ,SA4) has a resonant frequency can be sequentially set and aligned.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 전달 구조체의 집속 원리를 설명하기 위한 예시도로서, 도 4에 도시된 초음파 전달 구조체를 초음파 변환기에 적용하여 방사되는 초음파의 집속 형태를 나타낸 것이다.FIG. 5 is an exemplary view for explaining the focusing principle of the ultrasonic delivery structure according to the second embodiment of the present invention, and shows the focusing type of ultrasonic waves emitted by applying the ultrasonic delivery structure shown in FIG. 4 to an ultrasonic transducer.

도시된 바와 같이, 복수의 링(211)의 중심부에서 가장자리로 갈수록 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)이 가지는 공진주파수를 순차적으로 정렬함으로써, 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)을 통과하는 초음파의 위상을 조절할 수 있고, 이에 따라, 방사되는 초음파를 집속시킬 수 있다.As shown, by sequentially arranging the resonance frequencies of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 from the center to the edge of the plurality of rings 211, each membrane sub-region SA1, SA2, SA3, The phase of the ultrasonic waves passing through SA4) can be adjusted, and accordingly, the emitted ultrasonic waves can be focused.

한편 초음파 검사에서 피검체의 타겟지점은 피검체 표면으로부터 다양한 깊이에 존재하는 것이 일반적이므로 피검체의 타겟지점에 초음파의 초점을 일치시킬 필요가 있다. 즉, 초음파 전달 구조체(200)에서 방사되는 초음파가 집속되는 거리인 집속거리(FL)를 이동시킬 필요가 있다.On the other hand, in ultrasound examination, since the target point of the subject is generally present at various depths from the surface of the subject, it is necessary to match the focus of the ultrasound to the target point of the subject. That is, it is necessary to move the focusing distance FL, which is the distance at which the ultrasonic waves radiated from the ultrasonic transmission structure 200 are focused.

제2실시예에 따르면, 제어부를 통하여 초음파 전달 구조체(200)의 중심부에 위치하는 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압과, 가장자리부에 위치하는 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압의 차이인 전압차를 조절함으로써, 방사되는 초음파의 집속거리(FL)와 빔 직경의 크기를 다양하고 자유롭게 구현 및 조절할 수 있다.According to the second embodiment, the voltage difference, which is the difference between the voltage applied to the membrane subregion located at the center of the ultrasonic transmission structure 200 and the voltage applied to the membrane subregion located at the edge, is adjusted through the control unit. , The focusing distance (FL) of the emitted ultrasound and the size of the beam diameter can be variously and freely implemented and adjusted.

예를 들면, 중심부에 위치하는 멤브레인 서브영역(SA1)에 인가되는 전압과 가장자리부에 위치하는 멤브레인 서브영역(SA4)에 인가되는 전압의 차이인 전압차를 크게 설정하면, 해당 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4) 간 강성의 차이를 상대적으로 크게 설정할 수 있고, 이에 따라, 초음파의 집속거리(FL)를 짧게 형성할 수 있다.For example, if the voltage difference, which is the difference between the voltage applied to the membrane sub-region SA1 located in the center and the voltage applied to the membrane sub-region SA4 located at the edge, is set to be large, the corresponding membrane sub-region SA1 , SA2, SA3, SA4) can be set to a relatively large difference in stiffness, and accordingly, it is possible to form a short focusing distance (FL) of the ultrasound.

반대로, 중심부에 위치하는 멤브레인 서브영역(SA1)에 인가되는 전압과 가장자리부에 위치하는 멤브레인 서브영역(SA4)에 인가되는 전압의 차이인 전압차를 작게 설정하면, 해당 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4) 간 강성의 차이를 상대적으로 작게 형성할 수 있고, 이에 따라, 초음파의 집속거리(FL)를 길게 형성할 수 있다.Conversely, if the voltage difference, which is the difference between the voltage applied to the membrane sub-region SA1 located in the center and the voltage applied to the membrane sub-region SA4 located at the edge, is set to be small, the corresponding membrane sub-regions SA1 and SA2 The difference in stiffness between, SA3 and SA4) can be formed relatively small, and accordingly, the focusing distance FL of the ultrasonic wave can be formed long.

이처럼 초음파의 집속을 위한 각 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4)에 인가되는 전압 및 멤브레인 서브영역(SA1,SA2,SA3,SA4) 간의 전압차는, 요구되는 초음파의 집속거리(FL) 및 초음파의 작동주파수로부터 결정되는 매질에서의 파장을 기반으로 계산될 수 있다.In this way, the voltage applied to each of the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 for focusing the ultrasonic wave and the voltage difference between the membrane sub-regions SA1, SA2, SA3, and SA4 are the required focusing distance FL and It can be calculated based on the wavelength in the medium determined from the operating frequency of the ultrasonic wave.

이상에서와 같이, 제2실시예에 따른 초음파 전달 구조체(200)는 전술한 제1실시예에 따른 효과에 더해서 방사되는 초음파의 집속거리(FL)와 빔 직경의 크기를 다양하고 자유롭게 구현 및 조절할 수 있다.As described above, the ultrasonic delivery structure 200 according to the second embodiment can variously and freely implement and adjust the size of the focusing distance FL and the beam diameter of the emitted ultrasonic waves in addition to the effects according to the first embodiment described above. I can.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.As described above, preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but those skilled in the art will variously modify the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. Can be modified or changed.

100,200: 초음파 전달 구조체
110,210: 링
111,211: 바디부
113,213: 슬릿
130,230: 멤브레인
150,250: 전극부재
SA1,SA2,SA3,SA4: 멤브레인 서브영역100,200: ultrasonic transmission structure
110,210: ring
111,211: body part
113,213: slit
130,230: membrane
150,250: electrode member
SA1,SA2,SA3,SA4: Membrane subregion

Claims (12)

입사되는 초음파를 증폭시켜 외부로 방사시키는 초음파 전달 구조체로서,
서로 다른 반경을 가지면서 이격되게 배치되는 바디부와, 인접하는 상기 바디부 사이에 슬릿이 각각 형성되는 복수의 링;
상기 복수의 링에 설치되는 멤브레인; 및
상기 슬릿에 접하는 멤브레인 영역에 배치되고, 상기 멤브레인에 전압을 인가하기 위한 전극부재;를 포함하고,
상기 멤브레인에 인가되는 전압에 따라 상기 멤브레인의 강성이 조정됨으로써, 상기 멤브레인의 공진주파수가 가변되는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.As an ultrasonic transmission structure that amplifies incident ultrasonic waves and radiates them to the outside,
A plurality of rings each having a body portion having a different radius and being spaced apart from each other, and a slit formed between the adjacent body portions;
A membrane installed on the plurality of rings; And
Including; disposed in the membrane region in contact with the slit, an electrode member for applying a voltage to the membrane,
An active ultrasonic transmission structure, characterized in that the stiffness of the membrane is adjusted according to the voltage applied to the membrane, so that the resonance frequency of the membrane is varied. 제1항에 있어서,
상기 전극부재를 통해 상기 멤브레인에 인가되는 전압을 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 멤브레인에 인가하는 전압을 높여 상기 멤브레인의 강성을 증가시킴으로써 상기 멤브레인의 공진주파수를 증가시키거나, 상기 멤브레인에 인가하는 전압을 낮춰 상기 멤브레인의 강성을 감소시킴으로써 상기 멤브레인의 공진주파수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 1,
Further comprising a; a control unit for controlling the voltage applied to the membrane through the electrode member,
The control unit increases the resonant frequency of the membrane by increasing the stiffness of the membrane by increasing the voltage applied to the membrane, or decreases the resonant frequency of the membrane by decreasing the stiffness of the membrane by lowering the voltage applied to the membrane. Active ultrasound transmission structure, characterized in that to. 제1항에 있어서,
상기 전극부재는 상기 링의 형상에 상응하는 환 형상을 가지되, 상기 슬릿에 접하는 멤브레인 영역의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 1,
The electrode member has an annular shape corresponding to the shape of the ring, and is disposed at the center of the membrane region in contact with the slit. 제1항에 있어서,
상기 전극부재는,
상기 멤브레인의 일면에 배치되는 복수의 제1전극부재;
상기 멤브레인의 타면에 배치되는 복수의 제2전극부재;
전원부와 연결되고, 상기 복수의 제1전극부재에 연결되는 제1리드부재; 및
전원부와 연결되고, 상기 복수의 제2전극부재에 연결되는 제2리드부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 1,
The electrode member,
A plurality of first electrode members disposed on one surface of the membrane;
A plurality of second electrode members disposed on the other surface of the membrane;
A first lead member connected to the power supply unit and connected to the plurality of first electrode members; And
And a second lead member connected to the power supply unit and connected to the plurality of second electrode members. 입사되는 초음파를 증폭시켜 외부로 방사시키는 초음파 전달 구조체로서,
서로 다른 반경을 가지면서 이격되게 배치되는 바디부와, 인접하는 상기 바디부 사이에 슬릿이 각각 형성되는 복수의 링;
상기 복수의 링에 설치되는 멤브레인; 및
상기 슬릿에 접하는 멤브레인 영역에 배치되고, 상기 멤브레인에 전압을 인가하기 위한 전극부재;를 포함하고,
상기 슬릿에 접하는 멤브레인 영역은 상기 복수의 링의 중심으로부터의 거리에 따라 복수의 멤브레인 서브영역으로 구획되며,
상기 멤브레인 서브영역에 서로 다른 전압이 인가되어 상기 멤브레인 서브영역의 강성이 서로 다르게 설정되고, 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수가 서로 다르게 설정됨으로써 방사되는 초음파가 집속되는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.As an ultrasonic transmission structure that amplifies incident ultrasonic waves and radiates them to the outside,
A plurality of rings each having a body portion having a different radius and being spaced apart from each other, and a slit formed between the adjacent body portions;
A membrane installed on the plurality of rings; And
Including; disposed in the membrane region in contact with the slit, an electrode member for applying a voltage to the membrane,
The membrane region in contact with the slit is divided into a plurality of membrane subregions according to a distance from the center of the plurality of rings,
Different voltages are applied to the membrane sub-regions, the stiffness of the membrane sub-regions are set differently, and the resonant frequencies of the membrane sub-regions are set differently to focus the emitted ultrasonic waves. 제5항에 있어서,
상기 전극부재를 통해 상기 멤브레인 서브영역에 서로 다른 전압이 인가되도록 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 멤브레인 서브영역에 인가하는 전압을 높여 상기 멤브레인 서브영역의 강성을 증가시킴으로써 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수를 증가시키거나, 상기 멤브레인 서브영역에 인가하는 전압을 낮춰 상기 멤브레인 서브영역의 강성을 감소시킴으로써 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 5,
A control unit for controlling different voltages to be applied to the membrane subregion through the electrode member;
The controller increases the stiffness of the membrane sub-region by increasing the voltage applied to the membrane sub-region, thereby increasing the resonance frequency of the membrane sub-region, or lowering the voltage applied to the membrane sub-region to reduce the stiffness of the membrane sub-region. The active ultrasonic transmission structure, characterized in that reducing the resonance frequency of the membrane sub-region by reducing the. 제5항에 있어서,
상기 전극부재는 상기 링의 형상에 상응하는 환 형상을 가지되, 상기 멤브레인 서브영역의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 5,
The electrode member has an annular shape corresponding to the shape of the ring, and is disposed at the center of the membrane sub-region. 제5항에 있어서,
상기 전극부재는,
상기 멤브레인 서브영역의 일면에 각각 배치되는 복수의 제1전극부재;
상기 멤브레인 서브영역의 타면에 각각 배치되는 복수의 제2전극부재;
전원부와 연결되고, 상기 복수의 제1전극부재에 각각 연결되는 복수의 제1리드부재; 및
전원부와 연결되고, 상기 복수의 제2전극부재에 연결되는 제2리드부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 5,
The electrode member,
A plurality of first electrode members respectively disposed on one surface of the membrane subregion;
A plurality of second electrode members respectively disposed on the other surface of the membrane subregion;
A plurality of first lead members connected to the power supply unit and respectively connected to the plurality of first electrode members; And
And a second lead member connected to the power supply unit and connected to the plurality of second electrode members. 제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수의 링의 중심으로부터 멀어질수록 상기 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압을 순차적으로 높여 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수를 순차적으로 증가시키거나, 상기 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압을 순차적으로 낮춰 상기 멤브레인 서브영역의 공진주파수를 순차적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 6,
The control unit sequentially increases the voltage applied to the membrane subregion as the distance from the center of the plurality of rings increases, or sequentially increases the resonance frequency of the membrane subregion, or sequentially increases the voltage applied to the membrane subregion. The active ultrasonic transmission structure, characterized in that the lowered to sequentially decrease the resonance frequency of the membrane subregion. 제9항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수의 링의 중심부에 배치된 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압과, 상기 복수의 링의 가장자리부에 배치된 멤브레인 서브영역에 인가되는 전압의 차이인 전압차를 조절함으로써, 방사되는 초음파의 집속거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 9,
The control unit adjusts a voltage difference, which is a difference between a voltage applied to a membrane subregion disposed at the center of the plurality of rings and a voltage applied to the membrane subregion disposed at an edge of the plurality of rings, thereby radiating ultrasonic waves Active ultrasonic transmission structure, characterized in that to adjust the focusing distance of. 제10항에 있어서,
상기 전압차가 상대적으로 큰 경우 상기 집속거리는 짧아지고,
상기 전압차가 상대적으로 작은 경우 상기 집속거리는 길어지는 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 10,
When the voltage difference is relatively large, the focusing distance is shortened,
When the voltage difference is relatively small, the focusing distance is long. 제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 멤브레인은 유전물질이 포함된 것을 특징으로 하는 능동형 초음파 전달 구조체.The method of claim 1 or 5,
The membrane is an active ultrasonic transmission structure, characterized in that containing a dielectric material.
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