석사학위 청구논문 (2003년 6월 숭실대학교 대학원 기계공학과 최 인 석, 지도교수 김 진 오)
종진동 초음파가 전파하는 도파관의 성능향상 연구
Improving Performance of a Waveguide for the Propagation of Ultrasonic Longitudinal Vibration
[국문초록]
본 논문은 압전 변환기를 사용하는 초음파 유량계에서, 고온의 유체로부터 압전 변환기를 보호하기 위하여 도파관을 사용하면서 종진동 초음파 전파 성능을 향상시키기 위한 연구의 결과이다.
원형 봉 도파관에 전달된 일정한 진동수의 파동에 대하여 단면 크기에 따른 전파속도를 계산하여 분산현상을 규명하였다. 단면 반지름에 따른 전파속도 그래프에서 전파속도가 일정하게 유지되는 부분을 찾아 도파관에서의 펄스 파의 분산을 줄이는 데에 활용하였다. 실험에 의한 전파속도 측정과 파형 관찰을 통해 해석 결과를 비교하고 검증하였다.
도파관을 따라 전달되는 열을 효율적으로 차단하는 도파관 재질을 선정하였고, 압전 변환기를 보호할 수 있는 최소 길이를 이론적 계산과 실험을 통해서 파악하였다. 균일한 원형 봉 도파관에서 종진동 가진 응답을 구하여, 진폭이 최대가 되는 길이를 선정하였다.
원추형 테이퍼 봉의 고유진동 특성을 파악하고, 고유진동수로 가진되는 원추형 테이퍼 봉의 진동 응답을 구하였다. 해석 결과를 실험을 통해 검증하고, 도파관의 단면 크기가 길이 방향으로 감소하는 경우에 파동이 증폭되는 현상을 확인하였다.
[목 차]
1. 서 론
2. 도파관에서 종진동 파동의 전파 특성
2.1 이론적 배경
2.2 분산현상 해석
2.3 탄성파 전파 실험
3. 도파관 길이에 따른 성능
3.1 열 차단 성능
3.2 종진동 전파 성능
3.3 유체가 흐르는 관
4. 도파관 단면크기 변화에 따른 증폭 특성
4.1 원추형 테이퍼 봉의 고유진동 특성
4.2 원추형 테이퍼 봉의 가진 응답
5. 결 론