WO2021096082A1 - 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛 - Google Patents

초음파 트랜스듀서의 커버 유닛 Download PDF

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WO2021096082A1
WO2021096082A1 PCT/KR2020/014240 KR2020014240W WO2021096082A1 WO 2021096082 A1 WO2021096082 A1 WO 2021096082A1 KR 2020014240 W KR2020014240 W KR 2020014240W WO 2021096082 A1 WO2021096082 A1 WO 2021096082A1
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slit
ultrasonic
body portion
cover unit
upper body
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PCT/KR2020/014240
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곽준혁
송경준
박종진
이학주
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재단법인 파동에너지 극한제어연구단
부산대학교 산학협력단
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    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators

Definitions

  • the present invention relates to a cover unit of an ultrasonic transducer, and more particularly, to a cover unit of an ultrasonic transducer capable of amplifying ultrasonic waves generated by an ultrasonic generator to emit high-power ultrasonic signals.
  • 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).
  • Ultrasound is generally used in various fields such as penetrating a medium (medium), measuring an echo wave, or supplying concentrated energy.
  • a medium medium
  • an ultrasound examination apparatus irradiates ultrasound to a subject such as a person, animal, or object, detects an ultrasound signal reflected from the subject, and displays a tomographic image of the tissue within the subject on a monitor. Provides the information necessary for the inspection.
  • the propagation of ultrasonic waves consists of 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.
  • ultrasonic waves are relatively poorly transmitted in air and well transmitted in liquids and solids.
  • the inspection apparatus using ultrasonic waves can be classified into a contact type and a non-contact type based on a corresponding medium.
  • 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.
  • the subject 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ultrasonic transducers used in various industrial fields generally have to meet certain minimum safety requirements and standards. Such requirements protect the device from scattering particles and unintended or accidental impacts, resistance to corrosion from the medium in contact, chemical stability to not contaminate the subject, and wide tolerances for static or dynamic pressure fluctuations. And the like may be included.
  • An object of the present invention is to solve a conventional problem, and the present invention is to provide a cover unit of an ultrasonic transducer capable of emitting a high-power ultrasonic signal by amplifying ultrasonic waves generated by an ultrasonic generator.
  • the cover unit of an ultrasonic transducer includes: a body portion to which an ultrasonic generator for generating ultrasonic waves is coupled; A first slit portion disposed below the body portion to have a different radius and spaced apart in a plurality of ring shapes and formed to have a first width; A second slit portion formed to be recessed from an upper surface of the body portion, formed in communication with the first slit portion, and formed to have a second width smaller than the first width; A third slit portion formed to be recessed from an upper surface of the body portion, disposed between adjacent second slit portions, and formed to have a third width smaller than the first width; A bottom portion formed under the first slit portion; A first sidewall portion formed between the adjacent first slit portions; And a second sidewall part formed between the second slit part and the third slit part, and amplifying the incident ultrasonic wave and radiating it to the outside.
  • the second width and the third width may be formed equal to each other, and the second slit is formed in a direction parallel to the direction of the sound wave.
  • the depth of the portion and the depth of the third slit may be formed equal to each other.
  • the upper body portion may be manufactured by 3D printing.
  • the upper body portion comprises: a first upper body portion in which the second slit portion, the third slit portion, and the second side wall portion are formed; And a second upper body portion on which the first slit portion, the bottom portion, and the first side wall portion are formed, wherein the first upper body portion and the second upper body portion are detachably coupled to each other.
  • the cover unit of the ultrasonic transducer is coupled to the upper surface of the body part, and blocks foreign substances from flowing into the first slit part, the second slit part, and the third slit part. It may further include a protective film.
  • a cover unit of an ultrasonic transducer includes: a body portion to which an ultrasonic generator for generating ultrasonic waves is coupled; A first slit portion disposed below the body portion to have a different radius and spaced apart in a plurality of ring shapes and formed to have a first width; A second slit portion formed to be recessed from an upper surface of the body portion, formed in communication with the first slit portion, and formed to have a second width smaller than the first width; A bottom portion formed under the first slit portion; A first sidewall portion formed between the adjacent first slit portions; And a second sidewall portion formed between the adjacent second slit portions to amplify incident ultrasonic waves and emit them to the outside.
  • the body portion wherein the first slit portion, the second slit portion, the bottom portion, the first side wall portion and the second side wall portion are formed.
  • Upper body portion And a lower body portion protruding from the upper body portion such that an inner space in which the ultrasonic generator can be coupled is formed.
  • the upper body portion may be manufactured by 3D printing.
  • the upper body portion includes: a first upper body portion in which the second slit portion and the second side wall portion are formed; And a second upper body portion on which the first slit portion, the bottom portion, and the first side wall portion are formed, wherein the first upper body portion and the second upper body portion are detachably coupled to each other.
  • the cover unit of the ultrasonic transducer is coupled to the upper surface of the body portion, further comprising a protective film that blocks foreign substances from flowing into the first slit portion and the second slit portion. May be.
  • the cover unit according to the present invention is formed to have a resonance frequency that matches the operating frequency radiated from the ultrasonic generator, and amplifies the ultrasonic waves radiated from the ultrasonic generator by the resonance phenomenon, thereby improving ultrasonic output.
  • the cover unit according to the present invention is easy to assemble with the ultrasonic generator, can safely protect the ultrasonic generator from external impacts or media, and has a simple structure, making it easy to manufacture, and it is possible to reduce the weight and size of the ultrasonic transducer.
  • FIG. 1 is a three-dimensional exemplary view of an ultrasonic transducer cover unit according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exemplary cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1.
  • FIG 3 is an exemplary cross-sectional view for explaining a modified example of the ultrasonic transducer cover unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an exemplary cross-sectional view for explaining another modified example of the ultrasonic transducer cover unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an ultrasonic transducer cover unit according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a three-dimensional exemplary view of an ultrasonic transducer cover unit according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exemplary cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1.
  • the ultrasonic transducer cover unit 100 may be disposed on a path of ultrasonic waves, and coupled to the ultrasonic radiation surface of the ultrasonic generator 10 Can be.
  • the ultrasonic generator 10 may emit ultrasonic waves upward, and the cover unit 100 may be coupled to the upper part of the ultrasonic generator 10. Accordingly, when the ultrasonic wave is incident from the lower surface, the cover unit 100 may amplify the incident ultrasonic wave and radiate it to the upper surface.
  • the ultrasonic transducer cover unit 100 includes a body portion 110, a first slit portion 120, a second slit portion 130, a third slit portion 140, and a bottom portion 150. , May include a first side wall portion 160 and a second side wall portion 170.
  • the body part 110 may be coupled to the ultrasonic generator 10. That is, it may be coupled to the radiation surface of the ultrasonic generator 10, it is possible to protect the ultrasonic generator 10 from external impact or medium.
  • the first slit part 120 may be formed under the body part 110 to face the ultrasonic generator 10, and may have different radii and may be spaced apart in a plurality of ring shapes. Each of the first slit portions 120 may be formed to have a first width W1 and a first depth H1.
  • the second slit part 130 may be formed on the upper portion of the body part 110, and may be formed to be recessed from the upper surface of the body part 110 to communicate with the first slit part 120.
  • Each of the second slit portions 130 may be formed to have a second width W2 and a second depth H2.
  • the second width W2 may be smaller than the first width W1, and the second depth H2 may be greater than the first depth H1.
  • the third slit portion 140 may be formed on the upper portion of the body portion 110, is formed to be recessed from the upper surface of the body portion 110, but may be disposed between the adjacent second slit portions 130.
  • Each of the third slit portions 140 may be formed to have a third width W3 and a third depth H3.
  • the third width W3 may be smaller than the first width W1, and the third depth H3 may be greater than the first depth H1.
  • the second width W2 of the second slit part 130 and the third width W3 of the third slit part 140 may be formed to have the same size.
  • the second depth H2 of the second slit part 130 and the third depth H3 of the third slit part 140 may be formed to have the same size.
  • the bottom part 150 may be formed under the first slit part 120 and may connect a plurality of first slit parts 120 arranged in a ring shape.
  • the bottom portion 150 is provided in a bar shape along the radial direction of the cover unit 100 so that the first side wall portion 160 and the second side wall portion 170 disposed in a ring shape to be described later can be coupled and fixed. I can. Accordingly, the lower portion of the first slit portion 120 is partially covered by the bottom portion 150, and most of the lower portion of the first slit portion 120 may be opened.
  • the bottom 150 is a portion that is in close contact with the ultrasonic radiation surface radiated from the ultrasonic generator 10, and is generated by the ultrasonic generator 10.
  • the thickness may vary depending on the operating wavelength of the ultrasonic wave. That is, the thickness of the bottom portion 150 may be designed based on the operating wavelength of the ultrasonic generator 10 to which the cover unit 100 is coupled.
  • the bottom portion 150 may be removed in advance before coupling and fixing the cover unit 100 to the ultrasonic generator 10. That is, the cover unit 100 may be coupled to the ultrasonic generator 10 while the bottom portion 150 is removed.
  • the first sidewall portion 160 may be formed between adjacent first slit portions 120. That is, the first slit portion 120 may be disposed to be spaced apart by the width of the first sidewall portion 160.
  • the second sidewall part 170 may be formed between the second slit part 130 and the third slit part 140. That is, the second slit portion 130 and the third slit portion 140 may be disposed to be spaced apart by the width of the second sidewall portion 170.
  • the first slit part 120, the second slit part 130, the third slit part 140, the first side wall part 160, and the second side wall part 170 are formed in a circular ring shape as shown. Alternatively, it may be formed in a rectangular ring shape.
  • the cover unit 100 is incident from the bottom surface.
  • the amplified ultrasonic waves can be emitted to the upper surface.
  • the body part 110 may include an upper body part 111 and a lower body part 113.
  • the upper body part 111 is a part that amplifies ultrasonic waves, and the first slit part 120, the second slit part 130, the third slit part 140, the bottom part 150, and the first side wall part 160 ) And the second sidewall part 170 may be formed.
  • the body part 111 may be manufactured through 3D printing, and of course, the upper body part 111 may be manufactured through various mechanical processing methods other than 3D printing.
  • the lower body portion 113 is a portion to which the ultrasonic generator 10 is coupled, and may be formed to protrude from the upper body portion 111 to form an inner space to which the ultrasonic generator 10 is coupled. That is, the lower body part 113 may extend downward from the edge of the upper body part 111 to accommodate at least a portion of the ultrasonic generator 10.
  • the inner circumferential surface of the lower body part 113 and the outer circumferential surface of the ultrasonic generator 10 may be coupled through a fastening part.
  • a first screw portion may be formed on the outer peripheral surface of the ultrasonic generator 10, and in this case, a second screw portion screwed to the first screw portion may be formed on the inner peripheral surface of the lower body portion 113. Accordingly, it may be firmly coupled to the ultrasonic generator 10, and coupling and separation may be facilitated.
  • the upper body part 111 and the lower body part 113 may be formed of the same material, and may be integrally manufactured. Alternatively, the upper body portion 111 and the lower body portion 113 may be formed of different materials, and may be manufactured respectively and then coupled to each other by a fastening means.
  • the first slit part 120 and the second slit for ultrasonic amplification may be facilitated.
  • FIG. 3 is an exemplary cross-sectional view for explaining a modified example of the ultrasonic transducer cover unit according to the first embodiment of the present invention.
  • the upper body part 111 may include a first upper body part 111a and a second upper body part 111b.
  • the first upper body part 111a may have a second slit part 130, a third slit part 140, and a second side wall part 170, and the second upper body part 111b is a first slit part.
  • the portion 120, the bottom portion 150, and the first sidewall portion 160 may be formed.
  • first upper body portion 111a and the second upper body portion 111b may be configured to be coupled and separated.
  • the first upper body portion 111a and the second upper body portion 111b may be coupled through a fastening portion.
  • a first screw portion may be formed on the inner peripheral surface of the lower end portion of the first upper body portion 111a, and a second screw portion screwed to the first screw portion may be formed on the outer peripheral surface of the upper portion of the second upper body portion 111b. I can.
  • the body part 110 is connected from the first slit part 120 to the second slit part 130 and the third slit part 140, so that a slit space having a wide lower side and a narrow upper side should be provided.
  • This structure may cause difficulties in machining. That is, since the first width W1 of the first slit part 120 must be formed larger than the widths of the second slit part 130 and the third slit part 140, difficulties may occur during general machining. .
  • the first upper body portion 111a in which the second slit portion 130 and the third slit portion 140 are formed, and the second upper body portion in which the first slit portion 120 is formed By individually manufacturing (111b), the first slit portion 120, the second slit portion 130, and the third slit portion 140 can be machined more accurately and easily.
  • the body portion 110 according to the present invention may also be manufactured through 3D printing manufacturing, and in this case, the first slit portion 120, the second slit portion 130, and the third slit portion 140 are more accurate and It can be formed easily.
  • FIG 4 is an exemplary cross-sectional view for explaining another modified example of the ultrasonic transducer cover unit according to the first embodiment of the present invention.
  • external foreign substances are disposed on one surface where ultrasonic waves are radiated, that is, the upper surface of the body part 110, the first slit part 120 and the second slit part 130.
  • a passivation layer 180 for blocking inflow to the third slit portion 140 may be further provided.
  • a lightweight flexible layer such as a thin film or a film may be applied, and for example, a metal sheet such as aluminum, stainless steel, copper, or mesh may be applied.
  • a polymer sheet such as polyvinyl chloride (PVC) may be applied.
  • the passivation layer 180 may have pores within 10 ⁇ m, and the pores of the passivation layer 180 may block foreign substances contained in a medium such as air from flowing into the inside of the cover unit 100.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an ultrasonic transducer cover unit according to a second embodiment of the present invention.
  • the description of the second embodiment descriptions of portions overlapping with the first embodiment will be minimized.
  • the ultrasonic transducer cover unit 200 may also be disposed on a path of ultrasonic waves, and on the ultrasonic radiation surface of the ultrasonic generator 10 (see FIG. 1). Can be combined.
  • the ultrasonic transducer cover unit 200 includes a body part 210, a first slit part 220, a second slit part 230, a bottom part 250, and a first side wall part 260. , It may include a second sidewall portion 270.
  • the body 210 may be coupled to an ultrasonic generator. That is, it can be coupled to the radiation surface of the ultrasonic generator, it is possible to protect the ultrasonic generator from external impact or medium.
  • the first slit part 220 may be formed under the body part 210 so as to face the ultrasonic generator, and may have different radii and may be spaced apart in a plurality of ring shapes. Each of the first slit portions 220 may be formed to have a first width W1 and a first depth H1.
  • the second slit part 230 may be formed on the upper part of the body part 210, and may be formed to be recessed from the upper surface of the body part 210 to communicate with the first slit part 220.
  • Each of the second slit portions 230 may be formed to have a second width W2 and a second depth H2.
  • the second width W2 may be smaller than the first width W1, and the second depth H2 may be greater than the first depth H1.
  • the bottom part 250 may be formed under the first slit part 220 and may connect a plurality of first slit parts 220 arranged in a ring shape.
  • the bottom portion 250 is provided in a bar shape along the radial direction of the cover unit 200 so that the first side wall portion 260 and the second side wall portion 270 arranged in a ring shape to be described later can be coupled and fixed. It could be.
  • the bottom portion 250 is a portion that is in close contact with the ultrasonic radiation surface radiated from the ultrasonic generator 10, and the ultrasonic generator (The thickness may vary depending on the operating wavelength of the ultrasonic waves generated in 10). That is, the thickness of the bottom portion 250 may be designed based on the operating wavelength of the ultrasonic generator 10 to which the cover unit 200 is coupled.
  • the bottom portion 250 may be removed in advance before coupling and fixing the cover unit 200 to the ultrasonic generator 10. That is, the cover unit 200 may be coupled to the ultrasonic generator 10 with the bottom portion 250 removed.
  • the first sidewall portion 260 may be formed between adjacent first slit portions 220. That is, the first slit portion 220 may be disposed to be spaced apart by the width of the first side wall portion 260.
  • the second sidewall portion 270 may be formed between adjacent second slit portions 230. That is, the second slit portions 230 may be disposed to be spaced apart by the width of the second sidewall portion 270.
  • the first slit part 220, the second slit part 230, the first side wall part 260, and the second side wall part 270 may be formed in a ring shape as shown. It may be formed in a shape.
  • the cover unit 200 From the resonance phenomenon by the first slit portion 220 of the cover unit 200 and the resonance phenomenon by the second slit portion 230, the cover unit 200 amplifies the ultrasonic wave incident from the lower surface to the upper surface. It can emit amplified ultrasonic waves.
  • the body portion 210 according to the second embodiment may also include an upper body portion and a lower body portion as in the first embodiment. That is, the upper body part that amplifies the ultrasonic wave has a first slit part 220, a second slit part 230, a bottom part 250, a first side wall part 260, and a second side wall part 270.
  • the lower body portion which is a portion to which the ultrasonic generator is coupled, may be formed to protrude from the upper body portion to form an inner space to which the ultrasonic generator is coupled.
  • the upper body portion according to the second embodiment may also include a first upper body portion and a second upper body portion as in the first embodiment. That is, the first upper body portion in which the second slit portion 230 and the second side wall portion 270 are formed, the first slit portion 220, the bottom portion 250, and the first side wall portion 260 are formed.
  • the second upper body portion may be detachably coupled to each other.
  • the cover unit 200 according to the second embodiment also has a protective film on one surface where ultrasonic waves are radiated, that is, the upper surface of the body part, to prevent foreign substances from flowing into the first slit part 220 and the second slit part 230. This may be further provided.
  • the present invention is characterized in that the first slit portions 120 and 220 having a width wider than that of the second slit portions 130 and 230 are formed under the second slit portions 130 and 230.
  • the radiation surface of the ultrasonic wave generating part 10 in the process of transmitting the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generating part 10 to the second slit part 130 The difference between the impedance of the second slit unit 130 and the impedance of the air inside the second slit unit 130 is large, causing an impedance mismatch phenomenon, and thus the energy of the transmitted ultrasonic wave is greatly reduced.
  • the ultrasonic amplification unit In order to prevent such a decrease in transmitted energy, it is preferable to form a thin air layer between the ultrasonic amplification unit and the ultrasonic generator 10.
  • the resonance caused by the air layer thus formed is combined with the resonance caused by the second slit 130 to create an impedance matching phenomenon, thereby minimizing a decrease in transmitted energy.
  • the present invention by forming the first slit portions 120 and 220 having a relatively wide width under the second slit portions 130 and 230, an air layer required for the ultrasonic amplification unit can be easily implemented.
  • the first depth H1 of the first slit portions 120 and 220 the thickness of the air layer can also be adjusted.
  • the present invention is industrially applicable to the field of ultrasonic transducer technology that emits high-power ultrasonic signals by amplifying ultrasonic waves generated by an ultrasonic generator.

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Abstract

본 발명은 초음파 발생부에서 발생된 초음파를 증폭시켜 고출력의 초음파 신호를 방사할 수 있는 초음파 트랜스듀서의 커버유닛을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 초음파를 발생시키는 초음파 발생부가 결합되는 바디부; 상기 바디부의 하부에 서로 다른 반경을 가지면서 복수의 링 형태로 이격되게 배치되고, 제1폭을 가지도록 형성되는 제1슬릿부; 상기 바디부의 상면으로부터 함몰되게 형성되고, 상기 제1슬릿부와 연통되게 형성되며, 상기 제1폭보다 작은 제2폭을 가지도록 형성되는 제2슬릿부; 상기 제1슬릿부의 하부에 형성되는 바닥부; 이웃하는 상기 제1슬릿부 사이에 형성되는 제1측벽부; 및 이웃하는 상기 제2슬릿부 사이에 형성되는 제2측벽부를 포함하는 특징을 개시한다.

Description

초음파 트랜스듀서의 커버 유닛
본 발명은 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 관한 것으로, 상세하게는 초음파 발생부에서 발생된 초음파를 증폭시켜 고출력의 초음파 신호를 방사할 수 있는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 관한 것이다.
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.
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 초음파 신호를 검출하여 피검체 내 조직의 단층상 등을 모니터에 표시하고, 피검체의 검사에 필요한 정보를 제공한다.
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.
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.
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.
한편 다양한 산업 분야에서 사용되는 초음파 트랜스듀서는 일반적으로 특정 최소 안전 요건 및 표준을 만족하여야 한다. 그러한 요건들은 비산되는 입자 및 의도치 않거나 우발적인 충격들로부터 장치를 보호하고, 접촉되는 매질로부터 부식에 대한 내성, 피검체를 오염시키지 않기 위한 화학적 안정성, 정적 또는 동적 압력 변동들에 대한 광범위한 허용오차 등이 포함될 수 있다.
현재 초음파 트랜스듀서들을 보호하기 위한 방안으로는 트랜스듀서의 압전요소 전방에 금속성 보호층을 부착하는 경우가 있다. 하지만, 초음파 경로상에 구비되는 보호층의 추가로 인하여, 보호층이 결합되는 층이나 보호층 경계면에서 음파의 반사, 산란 및 급격한 공진 피크(sharp resonant peak)가 발생되면서 수신되는 신호를 감소시키게 된다.
따라서, 고출력 및 내구성이 함께 만족될 수 있는 새로운 장치 및 구조의 트랜스듀서 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 초음파 발생부에서 발생된 초음파를 증폭시켜 고출력의 초음파 신호를 방사할 수 있는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛은, 초음파를 발생시키는 초음파 발생부가 결합되는 바디부; 상기 바디부의 하부에 서로 다른 반경을 가지면서 복수의 링 형태로 이격되게 배치되고, 제1폭을 가지도록 형성되는 제1슬릿부; 상기 바디부의 상면으로부터 함몰되게 형성되고, 상기 제1슬릿부와 연통되게 형성되며, 상기 제1폭보다 작은 제2폭을 가지도록 형성되는 제2슬릿부; 상기 바디부의 상면으로부터 함몰되게 형성되고, 이웃하는 상기 제2슬릿부 사이에 배치되며, 상기 제1폭보다 작은 제3폭을 가지도록 형성되는 제3슬릿부; 상기 제1슬릿부의 하부에 형성되는 바닥부; 이웃하는 상기 제1슬릿부 사이에 형성되는 제1측벽부; 및 상기 제2슬릿부와 상기 제3슬릿부 사이에 형성되는 제2측벽부;를 포함하여, 입사되는 초음파를 증폭시켜 외부로 방사시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 제2폭과 상기 제3폭은 서로 동일하게 형성될 수 있고, 음파의 진행방향과 평행한 방향으로 형성되는 상기 제2슬릿부의 깊이와 상기 제3슬릿부의 깊이는 서로 동일하게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 바디부는, 상기 제1슬릿부, 상기 제2슬릿부, 상기 제3슬릿부, 상기 바닥부, 상기 제1측벽부 및 상기 제2측벽부가 형성되는 상부 바디부; 및 상기 초음파 발생부가 결합될 수 있는 내부공간이 형성되도록 상기 상부 바디부로부터 돌출되게 형성되는 하부 바디부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 상부 바디부는 3D 프린팅으로 제작될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 상부 바디부는, 상기 제2슬릿부, 상기 제3슬릿부 및 상기 제2측벽부가 형성되는 제1상부 바디부; 및 상기 제1슬릿부, 상기 바닥부 및 상기 제1측벽부가 형성되는 제2상부 바디부;를 포함할 수 있고, 이때 상기 제1상부 바디부와 상기 제2상부 바디부는 서로 분리 가능하게 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 바디부의 상면에 결합되고, 외부 이물질이 상기 제1슬릿부, 상기 제2슬릿부 및 상기 제3슬릿부 측으로 유입되는 것을 차단하는 보호막을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛은, 초음파를 발생시키는 초음파 발생부가 결합되는 바디부; 상기 바디부의 하부에 서로 다른 반경을 가지면서 복수의 링 형태로 이격되게 배치되고, 제1폭을 가지도록 형성되는 제1슬릿부; 상기 바디부의 상면으로부터 함몰되게 형성되고, 상기 제1슬릿부와 연통되게 형성되며, 상기 제1폭보다 작은 제2폭을 가지도록 형성되는 제2슬릿부; 상기 제1슬릿부의 하부에 형성되는 바닥부; 이웃하는 상기 제1슬릿부 사이에 형성되는 제1측벽부; 및 이웃하는 상기 제2슬릿부 사이에 형성되는 제2측벽부;를 포함하여, 입사되는 초음파를 증폭시켜 외부로 방사시키는 것도 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 바디부는, 상기 제1슬릿부, 상기 제2슬릿부, 상기 바닥부, 상기 제1측벽부 및 상기 제2측벽부가 형성되는 상부 바디부; 및 상기 초음파 발생부가 결합될 수 있는 내부공간이 형성되도록 상기 상부 바디부로부터 돌출되게 형성되는 하부 바디부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 상부 바디부는 3D 프린팅으로 제작될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 상부 바디부는, 상기 제2슬릿부 및 상기 제2측벽부가 형성되는 제1상부 바디부; 및 상기 제1슬릿부, 상기 바닥부 및 상기 제1측벽부가 형성되는 제2상부 바디부;를 포함할 수 있고, 이때 상기 제1상부 바디부와 상기 제2상부 바디부는 서로 분리 가능하게 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛에 있어서, 상기 바디부의 상면에 결합되고, 외부 이물질이 상기 제1슬릿부 및 상기 제2슬릿부 측으로 유입되는 것을 차단하는 보호막을 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 커버 유닛은 초음파 발생부에서 방사되는 작동주파수와 일치되는 공진주파수를 가지도록 형성되어, 공진현상에 의하여 초음파 발생부에서 방사되는 초음파를 증폭시켜 초음파 출력이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 커버 유닛은 초음파 발생부와의 조립이 용이하고, 외부 충격이나 매질로부터 초음파 발생부를 안전하게 보호할 수 있으며, 구조가 간단하여 제작이 용이하고 초음파 트랜스듀서의 경량화 및 소형화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛의 입체 예시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛의 변형예를 설명하기 위한 단면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛의 다른 변형예를 설명하기 위한 단면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛을 설명하기 위한 단면 예시도이다.
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.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛의 입체 예시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛(100)은 초음파의 진행 경로 상에 배치될 수 있고, 초음파 발생부(10)의 초음파 방사면에 결합될 수 있다.
즉, 도 1에서와 같이, 초음파 발생부(10)는 상측으로 초음파를 방사할 수 있고, 커버 유닛(100)은 초음파 발생부(10)의 상부에 결합될 수 있다. 따라서, 커버 유닛(100)은 하면에서 초음파가 입사되면 입사된 초음파를 증폭시켜 상면으로 방사할 수 있다.
제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛(100)은 바디부(110), 제1슬릿부(120), 제2슬릿부(130), 제3슬릿부(140), 바닥부(150), 제1측벽부(160), 제2측벽부(170)를 포함할 수 있다.
바디부(110)는 초음파 발생부(10)에 결합될 수 있다. 즉, 초음파 발생부(10)의 방사면에 결합될 수 있고, 외부 충격이나 매질로부터 초음파 발생부(10)를 보호할 수 있다.
제1슬릿부(120)는 초음파 발생부(10)를 향하도록 바디부(110)의 하부에 형성될 수 있고, 서로 다른 반경을 가지면서 복수의 링 형태로 이격되게 배치될 수 있다. 각각의 제1슬릿부(120)는 제1폭(W1) 및 제1깊이(H1)를 가지도록 형성될 수 있다.
제2슬릿부(130)는 바디부(110)의 상부에 형성될 수 있고, 바디부(110)의 상면으로부터 함몰되게 형성되어 제1슬릿부(120)와 연통되게 형성될 수 있다. 각각의 제2슬릿부(130)는 제2폭(W2) 및 제2깊이(H2)를 가지도록 형성될 수 있다. 제2폭(W2)은 제1폭(W1) 보다 작을 수 있고, 제2깊이(H2)는 제1깊이(H1) 보다 클 수 있다.
제3슬릿부(140)는 바디부(110)의 상부에 형성될 수 있고, 바디부(110)의 상면으로부터 함몰되게 형성되되 이웃하는 제2슬릿부(130) 사이에 배치될 수 있다. 각각의 제3슬릿부(140)는 제3폭(W3) 및 제3깊이(H3)를 가지도록 형성될 수 있다. 제3폭(W3)은 제1폭(W1) 보다 작을 수 있고, 제3깊이(H3)는 제1깊이(H1) 보다 클 수 있다.
여기서 제2슬릿부(130)의 제2폭(W2)과 제3슬릿부(140)의 제3폭(W3)은 서로 동일한 크기를 가지도록 형성될 수 있다. 또한 제2슬릿부(130)의 제2깊이(H2)와 제3슬릿부(140)의 제3깊이(H3)도 서로 동일한 크기를 가지도록 형성될 수 있다.
바닥부(150)는 제1슬릿부(120)의 하부에 형성될 수 있으며, 링 형태로 배치되는 복수의 제1슬릿부(120)를 연결할 수 있다.
바닥부(150)는 후술되는 링 형태로 배치되는 제1측벽부(160)와 제2측벽부(170)가 결합 및 고정될 수 있도록 커버 유닛(100)의 지름방향을 따라 바 형태로 구비될 수 있다. 따라서, 제1슬릿부(120)의 하부는 바닥부(150)에 의해 일부만 가려지고, 제1슬릿부(120)의 하부의 대부분은 개방될 수 있다.
이러한 바닥부(150)는 커버 유닛(100)을 초음파 발생부(10)에 결합할 시, 초음파 발생부(10)에서 방사되는 초음파 방사면에 밀착되는 부분으로, 초음파 발생부(10)에서 발생되는 초음파의 작동파장에 따라 두께가 달라질 수 있다. 즉, 바닥부(150)의 두께는 커버 유닛(100)이 결합되는 초음파 발생부(10)의 작동파장을 기반으로 설계될 수 있다.
또한 바닥부(150)는 초음파 발생부(10)에 커버 유닛(100)을 결합 및 고정시키는 전에 미리 제거될 수도 있다. 즉, 커버 유닛(100)은 바닥부(150)가 제거된 상태에서 초음파 발생부(10)에 결합될 수 있다.
제1측벽부(160)는 이웃하는 제1슬릿부(120) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 제1슬릿부(120)는 제1측벽부(160)가 가지는 폭의 크기만큼 이격하여 배치될 수 있다.
제2측벽부(170)는 제2슬릿부(130)와 제3슬릿부(140) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 제2슬릿부(130)와 제3슬릿부(140)는 제2측벽부(170)가 가지는 폭의 크기만큼 이격하여 배치될 수 있다.
제1슬릿부(120), 제2슬릿부(130), 제3슬릿부(140), 제1측벽부(160), 제2측벽부(170)는 도시된 바와 같이, 원형 링 형상으로 형성될 수 있고, 이와 달리, 사각형 링 형상으로 형성될 수도 있다.
이렇게 제작된 커버 유닛(100)의 제1슬릿부(120)에 의한 공진현상과 제2슬릿부(130) 및 제3슬릿부(140)에 의한 공진현상으로부터 커버 유닛(100)은 하면에서 입사되는 초음파를 증폭시켜 상면으로 증폭된 초음파를 방사할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 바디부(110)는 상부 바디부(111) 및 하부 바디부(113)를 포함할 수 있다.
상부 바디부(111)는 초음파를 증폭시키는 부분으로, 제1슬릿부(120), 제2슬릿부(130), 제3슬릿부(140), 바닥부(150), 제1측벽부(160) 및 제2측벽부(170)가 형성될 수 있다. 이처럼 제1슬릿부(120), 제2슬릿부(130), 제3슬릿부(140), 바닥부(150), 제1측벽부(160) 및 제2측벽부(170)가 형성되는 상부 바디부(111)는 3D 프린팅을 통하여 제작될 수 있고, 물론, 상부 바디부(111)는 3D 프린팅 외 다양한 기계 가공 방식으로 제작될 수도 있다.
하부 바디부(113)는 초음파 발생부(10)가 결합되는 부분으로, 초음파 발생부(10)가 결합되는 내부공간이 형성되도록 상부 바디부(111)로부터 돌출되게 형성될 수 있다. 즉, 하부 바디부(113)는 상부 바디부(111)의 가장자리부에서 하측으로 연장 형성되어 초음파 발생부(10)의 적어도 일부분이 수용될 수 있다.
하부 바디부(113)의 내주면과 초음파 발생부(10)의 외주면은 체결부를 통해 결합될 수 있다. 예를 들면, 초음파 발생부(10)의 외주면에는 제1나사부가 형성될 수 있고, 이 경우 하부 바디부(113)의 내주면에는 제1나사부와 나사 결합되는 제2나사부가 형성될 수 있다. 이에 따라, 초음파 발생부(10)에 견고히 결합될 수 있고, 결합 및 분리가 용이해질 수 있다.
상부 바디부(111)와 하부 바디부(113)는 동일한 소재로 형성될 수 있고, 일체로 제작될 수 있다. 이와 달리, 상부 바디부(111)와 하부 바디부(113)는 서로 다른 소재로 형성될 수 있고, 각각 제작된 후 체결수단에 의하여 서로 결합될 수도 있다.
이와 같이, 초음파를 증폭시키는 상부 바디부(111)와, 초음파 발생부(10)가 결합되는 하부 바디부(113)를 각각 구성함으로써, 초음파 증폭을 위한 제1슬릿부(120), 제2슬릿부(130), 제3슬릿부(140), 바닥부(150), 제1측벽부(160) 및 제2측벽부(170) 구조의 제작이 용이해 질 수 있다.
이어서, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛의 변형예를 설명하기 위한 단면 예시도이다.
도 3을 참조하면, 상부 바디부(111)는 제1상부 바디부(111a) 및 제2상부 바디부(111b)를 포함할 수도 있다.
제1상부 바디부(111a)는 제2슬릿부(130), 제3슬릿부(140) 및 제2측벽부(170)가 형성될 수 있고, 제2상부 바디부(111b)는 제1슬릿부(120), 바닥부(150) 및 제1측벽부(160)가 형성될 수 있다.
이때 제1상부 바디부(111a)와 제2상부 바디부(111b)가 결합 및 분리가 가능하게 구성될 수 있다.
제1상부 바디부(111a)와 제2상부 바디부(111b)는 체결부를 통해 결합될 수 있다. 예를 들면, 제1상부 바디부(111a)의 하단부 내주면에는 제1나사부가 형성될 수 있고, 제2상부 바디부(111b)의 상단부 외주면에는 제1나사부와 나사 결합되는 제2나사부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 바디부(110)는 제1슬릿부(120)에서 제2슬릿부(130) 및 제3슬릿부(140)측으로 연결되면서 하측은 넓고 상측은 좁은 구조의 슬릿 공간이 마련되어야 하는데, 이러한 구조는 기계 가공에 어려움이 발생될 수 있다. 즉, 제1슬릿부(120)의 제1폭(W1)이 제2슬릿부(130) 및 제3슬릿부(140)의 폭보다 크게 형성되어야 하기에 일반적인 기계 가공 시 어려움이 발생될 수 있다.
하지만 본 실시예에 따르면, 제2슬릿부(130) 및 제3슬릿부(140)가 형성되는 제1상부 바디부(111a)와, 제1슬릿부(120)가 형성되는 제2상부 바디부(111b)를 개별적으로 제작함으로써, 제1슬릿부(120), 제2슬릿부(130) 및 제3슬릿부(140)를 보다 정확하고 용이하게 기계 가공할 수 있다.
또한 만약 매질과 접촉되는 제1상부 바디부(111a)가 부식되는 등의 손상이 발생되면 제1상부 바디부(111a)만을 분리하여 교체할 수 있기 때문에, 비용 절감 및 유지 관리의 효율성을 높일 수 있다.
한편 본 발명에 따른 바디부(110)는 3D 프린팅 제조를 통해서도 제작될 수도 있으며, 이 경우 제1슬릿부(120), 제2슬릿부(130) 및 제3슬릿부(140)를 보다 정확하고 용이하게 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛의 다른 변형예를 설명하기 위한 단면 예시도이다.
도 4를 참조하면, 제1실시예에 따른 커버 유닛(100)은 초음파가 방사되는 일면 즉, 바디부(110)의 상면에는 외부 이물질이 제1슬릿부(120), 제2슬릿부(130) 및 제3슬릿부(140) 측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 보호막(180)이 더 구비될 수 있다.
보호막(180)은 박막, 필름과 같은 경량의 가요성 막이 적용될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄, 스테인리스, 구리, 메쉬 등의 금속 시트가 적용될 수 있다. 또한 보호막(180)은 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride:PVC) 등의 폴리머 시트가 적용될 수도 있다.
보호막(180)은 10㎛ 이내의 공극을 가질 수 있으며, 보호막(180)의 공극은 공기 등 매질 내에 포함된 이물질이 커버 유닛(100)의 내측으로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 드랜스듀서의 커버 유닛을 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛을 설명하기 위한 단면 예시도이다. 제2실시예를 설명함에 있어서 제1실시예와 중복되는 부분에 대해서는 설명을 최소로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛(200) 역시 초음파의 진행 경로 상에 배치될 수 있고, 초음파 발생부(10:도 1참조)의 초음파 방사면에 결합될 수 있다.
제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 커버 유닛(200)은 바디부(210), 제1슬릿부(220), 제2슬릿부(230), 바닥부(250), 제1측벽부(260), 제2측벽부(270)를 포함할 수 있다.
바디부(210)는 초음파 발생부에 결합될 수 있다. 즉, 초음파 발생부의 방사면에 결합될 수 있고, 외부 충격이나 매질로부터 초음파 발생부를 보호할 수 있다.
제1슬릿부(220)는 초음파 발생부를 향하도록 바디부(210)의 하부에 형성될 수 있고, 서로 다른 반경을 가지면서 복수의 링 형태로 이격되게 배치될 수 있다. 각각의 제1슬릿부(220)는 제1폭(W1) 및 제1깊이(H1)를 가지도록 형성될 수 있다.
제2슬릿부(230)는 바디부(210)의 상부에 형성될 수 있고, 바디부(210)의 상면으로부터 함몰되게 형성되어 제1슬릿부(220)와 연통되게 형성될 수 있다. 각각의 제2슬릿부(230)는 제2폭(W2) 및 제2깊이(H2)를 가지도록 형성될 수 있다. 제2폭(W2)은 제1폭(W1) 보다 작을 수 있고, 제2깊이(H2)는 제1깊이(H1) 보다 클 수 있다.
바닥부(250)는 제1슬릿부(220)의 하부에 형성될 수 있으며, 링 형태로 배치되는 복수의 제1슬릿부(220)를 연결할 수 있다. 또한 바닥부(250)는 후술되는 링 형태로 배치되는 제1측벽부(260)와 제2측벽부(270)가 결합 및 고정될 수 있도록 커버 유닛(200)의 지름방향을 따라 바 형태로 구비될 수도 있다.
이러한 바닥부(250)는 커버 유닛(200)을 초음파 발생부(10:도 1참조)에 결합할 시, 초음파 발생부(10)에서 방사되는 초음파 방사면에 밀착되는 부분으로, 초음파 발생부(10)에서 발생되는 초음파의 작동파장에 따라 두께가 달라질 수 있다. 즉, 바닥부(250)의 두께는 커버 유닛(200)이 결합되는 초음파 발생부(10)의 작동파장을 기반으로 설계될 수 있다.
또한 바닥부(250)는 초음파 발생부(10)에 커버 유닛(200)을 결합 및 고정시키는 전에 미리 제거될 수도 있다. 즉, 커버 유닛(200)은 바닥부(250)가 제거된 상태에서 초음파 발생부(10)에 결합될 수 있다.
제1측벽부(260)는 이웃하는 제1슬릿부(220) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 제1슬릿부(220)는 제1측벽부(260)가 가지는 폭의 크기만큼 이격하여 배치될 수 있다.
제2측벽부(270)는 이웃하는 제2슬릿부(230) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 제2슬릿부(230)는 제2측벽부(270)가 가지는 폭의 크기만큼 이격하여 배치될 수 있다.
제1슬릿부(220), 제2슬릿부(230), 제1측벽부(260), 제2측벽부(270)는 도시된 바와 같이, 링 형상으로 형성될 수 있고, 이와 달리, 사각형 링 형상으로 형성될 수도 있다.
이렇게 제작된 커버 유닛(200)의 제1슬릿부(220)에 의한 공진현상과, 제2슬릿부(230)에 의한 공진현상으로부터 커버 유닛(200)은 하면에서 입사되는 초음파를 증폭시켜 상면으로 증폭된 초음파를 방사할 수 있다.
또한 제2실시예에 따른 바디부(210) 역시 제1실시예와 마찬가지 상부 바디부 및 하부 바디부를 포함할 수 있다. 즉, 초음파를 증폭시키는 부분인 상부 바디부는 제1슬릿부(220), 제2슬릿부(230), 바닥부(250), 제1측벽부(260) 및 제2측벽부(270)가 형성될 수 있고, 초음파 발생부가 결합되는 부분인 하부 바디부는 초음파 발생부가 결합되는 내부공간이 형성되도록 상부 바디부로부터 돌출되게 형성될 수 있다.
또한 제2실시예에 따른 상부 바디부 역시 제1실시예와 마찬가지 제1상부 바디부 및 제2상부 바디부를 포함할 수 있다. 즉, 제2슬릿부(230) 및 제2측벽부(270)가 형성되는 제1상부 바디부와, 제1슬릿부(220), 바닥부(250) 및 제1측벽부(260)가 형성되는 제2상부 바디부가 서로 분리 가능하게 결합될 수도 있다.
또한 제2실시예에 따른 커버 유닛(200) 역시 초음파가 방사되는 일면 즉, 바디부의 상면에는 외부 이물질이 제1슬릿부(220), 제2슬릿부(230) 측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 보호막이 더 구비될 수도 있다.
본 발명은 제2슬릿부(130,230) 하측에 제2슬릿부(130,230)의 폭보다 넓은 폭을 가지는 제1슬릿부(120,220)가 형성된 것을 특징으로 한다.
만약 바디부(110)에 제2슬릿부(130)만 형성되어 있다면, 초음파 발생부(10)에서 발생한 초음파가 제2슬릿부(130)로 전달되는 과정에서 초음파 발생부(10)의 방사면의 임피던스와 제2슬릿부(130) 내부의 공기의 임피던스의 차이가 커서 임피던스 미스매칭 현상이 발생하고 이로 인해 전달되는 초음파의 에너지가 크게 감소하게 된다.
이러한 전달 에너지 감소를 방지하기 위하여, 초음파 증폭 유닛과 초음파 발생부(10) 사이에 얇은 두께의 공기층을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 공기층에 의한 공진은 제2슬릿부(130)에 의한 공진과 결합하여 임피던스 매칭 현상을 만들어내고, 이로 인해 전달되는 에너지의 감소를 최소화할 수 있다.
그러나, 실제 초음파 증폭 유닛 제품에 있어서 어떠한 수단을 이용하여 공기층을 구현할 것인지에 대한 어려움이 있다. 또한, 초음파 발생부(10)에서 발생되는 초음파의 파장에 따라 공기층의 두께를 조정해야 할 필요가 있는데, 실제 제품에서는 이러한 공기층의 두께를 조정하는데에도 어려움이 있다.
따라서, 본 발명에서는 제2슬릿부(130,230) 하측에 상대적으로 넓은 폭을 가지는 제1슬릿부(120,220)를 형성함으로써, 초음파 증폭 유닛에 필요한 공기층을 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 제1슬릿부(120,220)의 제1깊이(H1)를 조정함으로써, 공기층의 두께 역시 조정할 수 있다.
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.
본 발명은 초음파 발생부에서 발생된 초음파를 증폭시켜 고출력의 초음파 신호를 방사하는 초음파 트랜스듀서 기술 분야에 산업상 이용가능하다.

Claims (11)

  1. 초음파를 발생시키는 초음파 발생부가 결합되는 바디부;
    상기 바디부의 하부에 서로 다른 반경을 가지면서 복수의 링 형태로 이격되게 배치되고, 제1폭을 가지도록 형성되는 제1슬릿부;
    상기 바디부의 상면으로부터 함몰되게 형성되고, 상기 제1슬릿부와 연통되게 형성되며, 상기 제1폭보다 작은 제2폭을 가지도록 형성되는 제2슬릿부;
    상기 바디부의 상면으로부터 함몰되게 형성되고, 이웃하는 상기 제2슬릿부 사이에 배치되며, 상기 제1폭보다 작은 제3폭을 가지도록 형성되는 제3슬릿부;
    상기 제1슬릿부의 하부에 형성되는 바닥부;
    이웃하는 상기 제1슬릿부 사이에 형성되는 제1측벽부; 및
    상기 제2슬릿부와 상기 제3슬릿부 사이에 형성되는 제2측벽부;를 포함하고,
    입사되는 초음파를 증폭시켜 외부로 방사시키는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2폭과 상기 제3폭은 서로 동일하게 형성되고,
    음파의 진행방향과 평행한 방향으로 형성되는 상기 제2슬릿부의 깊이와 상기 제3슬릿부의 깊이는 서로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바디부는,
    상기 제1슬릿부, 상기 제2슬릿부, 상기 제3슬릿부, 상기 바닥부, 상기 제1측벽부 및 상기 제2측벽부가 형성되는 상부 바디부; 및
    상기 초음파 발생부가 결합될 수 있는 내부공간이 형성되도록 상기 상부 바디부로부터 돌출되게 형성되는 하부 바디부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 바디부는 3D 프린팅에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 상부 바디부는,
    상기 제2슬릿부, 상기 제3슬릿부 및 상기 제2측벽부가 형성되는 제1상부 바디부; 및
    상기 제1슬릿부, 상기 바닥부 및 상기 제1측벽부가 형성되는 제2상부 바디부;를 포함하고,
    상기 제1상부 바디부와 상기 제2상부 바디부는 서로 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바디부의 상면에 결합되고, 외부 이물질이 상기 제1슬릿부, 상기 제2슬릿부 및 상기 제3슬릿부 측으로 유입되는 것을 차단하는 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  7. 초음파를 발생시키는 초음파 발생부가 결합되는 바디부;
    상기 바디부의 하부에 서로 다른 반경을 가지면서 복수의 링 형태로 이격되게 배치되고, 제1폭을 가지도록 형성되는 제1슬릿부;
    상기 바디부의 상면으로부터 함몰되게 형성되고, 상기 제1슬릿부와 연통되게 형성되며, 상기 제1폭보다 작은 제2폭을 가지도록 형성되는 제2슬릿부;
    상기 제1슬릿부의 하부에 형성되는 바닥부;
    이웃하는 상기 제1슬릿부 사이에 형성되는 제1측벽부; 및
    이웃하는 상기 제2슬릿부 사이에 형성되는 제2측벽부;를 포함하고,
    입사되는 초음파를 증폭시켜 외부로 방사시키는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 바디부는,
    상기 제1슬릿부, 상기 제2슬릿부, 상기 바닥부, 상기 제1측벽부 및 상기 제2측벽부가 형성되는 상부 바디부; 및
    상기 초음파 발생부가 결합될 수 있는 내부공간이 형성되도록 상기 상부 바디부로부터 돌출되게 형성되는 하부 바디부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부 바디부는 3D 프린팅에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상부 바디부는,
    상기 제2슬릿부 및 상기 제2측벽부가 형성되는 제1상부 바디부; 및
    상기 제1슬릿부, 상기 바닥부 및 상기 제1측벽부가 형성되는 제2상부 바디부;를 포함하고,
    상기 제1상부 바디부와 상기 제2상부 바디부는 서로 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 바디부의 상면에 결합되고, 외부 이물질이 상기 제1슬릿부 및 상기 제2슬릿부 측으로 유입되는 것을 차단하는 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 커버 유닛.
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