Tonpilz 트랜스듀서의 공기 중 초음파 방사 효율 향상을 위한 메타구조 음향창 설계
일시11/27 금 · 10:00~10:40
발표장컨퍼런스홀
- 저자
- 박해정, 김진욱, 임성민, 강주원(경북대)
- 소속
- 경북대
- 좌장
- 김성현(현대차), 박춘수(표준과학연), 박현우(동아대), 손기성(세안기술)
키워드
확장요약문
본 연구에서는 3D 프린팅 공정을 활용하여 45 kHz 대역 톤필즈(Tonpilz) 트랜스듀서의 공기 중 초음파 방사 효율을 향상시키고, 음향 메타구조 음향창을 결합하여 성능을 극대화할 수 있는 설계 및 해석 방안을 제안하였다. 이를 위해 압전체 및 금속 헤드 매스와 공기 간의 극심한 임피던스 불일치 문제를 해결하고자, 3D 프린팅 공정을 통해 제작이 용이한 광경화 레진(SLA) 기반의 메타구조 음향창을 도입하였다. 초기 연구 결과로 순수 톤필즈 트랜스듀서의 전기적 특성을 벡터 네트워크 분석기(VNA)를 통한 임피던스 및 위상 주파수 응답으로 평가하였으며, 그 결과 공진 주파수 45.55 kHz의 안정적인 구동 특성을 확인하였다. 이어 헤드 매스 전면에 2.5 mm 두께의 Clear V4.1 레진 원판을 부착한 트랜스듀서의 임피던스를 측정한 결과, 공진 주파수가 44.65 kHz로 미세하게 이동하여 전면추에 레진음향창 부착에 따른 질량 부하(Mass Loading) 효과가 진동계 거동에 미치는 영향을 규명하였다. 또한 공기 중 음향 방사 성능을 정량적으로 평가하기 위해 유한요소해석(FEM) 프로그램을 이용한 압전-구조-음향 연성 해석 모델을 구축하였으며, 레진 매칭층의 두께가 λ/4 조건을 만족할 때와 임의의 두께일 때의 음향 강도 투과율(Sound Intensity Coefficient) 및 전방 방사 파워를 비교 평가하였다. 이를 통해 광경화 레진 기반 메타구조 음향창의 두께 최적화가 공기 중 초음파 방사 효율 극대화에 유효함을 보여주며, 향후 고효율 공기 중 초음파 센서 및 음향 메타구조 설계 분야에 활용될 가능성이 높음을 시사한다.