석사학위 논문 (2022년 2월 숭실대학교 대학원 기계공학과 안 재 혁, 지도교수 김 진 오)
초음파센서에 결합된 곡선형 파동유도관의 음향 특성
Acoustic Characteristics of a Curved Waveguide Combined with an Ultrasonic Sensor
[국문초록]
본 연구는 거리측정용 초음파센서에 단면이 일정한 원호형 및 나선형 파동유도관을 결합할 때 초음파 전파 특성을 다룬다. 송수신 겸용 초음파 센서의 경우에 탐지할 수 있는 최소거리가 제한되는데, 근거리측정을 위하여 불감지 영역을 감소시켜 최소 탐지거리를 단축시킬 필요가 있다.
초음파센서에 결합되는 곡선형 파동유도관에서 초음파 전파의 이론을 정리하였다. 유한요소 해석으로 1/4 및 1/2 원호형 파동유도관과 4/4 및 5/4 나선형 파동유도관에서 초음파 전파 현상을 구하였고 최소탐지거리 단축 성능을 예측하였다. 유한요소 해석을 근거로 센서의 가진면과 동일한 지름 크기의 시제품을 제작하여 거리측정 실험을 하였다. 유한요소 해석과 동일한 모델의 1/4 및 1/2 원호형과 4/4 및 5/4 나선형에서 최소 탐지거리와 전체 측정 범위를 측정하였다. 원호형에서는 EPDM 고무 재료를 사용하였을 때 최소탐지거리가 절반으로 줄었고 나선형의 경우에 resin 재료를 사용하였을 때 최소탐지거리가 1/3 가량 줄었다. 원호형 및 나선형 모두 감김수가 증가함에 따라 최대탐지거리가 감소하는 경향을 보였다.
곡선형 파동유도관을 결합한 결과 결합하지 않을 때에 비해 불감지영역이 절반 이하로 줄어들었다. 초음파센서에 일정한 곡률의 원호형 또는 나선형 파동유도관을 결합함으로써 직선형에 비하여 파동유도관의 크기는 줄이면서 초음파센서의 최소탐지거리를 단축하는 효과를 얻었다.
[목 차]
1. 서 론
2. 이론적 배경
2.1 초음파센서의 거리측정 원리
2.2 직선형 관(pipe)의 파동 이론
2.3 곡선형 파동유도관의 파동 이론
3. 원호형 파동유도관의 음향 특성
3.1 유한요소 해석
3.2 실험
3.3 결과 고찰
4. 나선형 파동유도관의 음향 특성
3.1 유한요소 해석
3.2 실험
3.3 결과 고찰
5. 결 론