석사학위 논문  (2013년 2월   숭실대학교 대학원 기계공학과  오 세 환, 지도교수 김 진 오)

 

초음파 수위계용 압전 변환기의 복합 진동과 파동 투과

Coupled Vibration and Wave Transmission of Piezoelectric Transducers for Ultrasonic Level Meters

 

[국문초록]

   본 논문은 초음파 수위계 센서에서 핵심 부품인 압전 변환기의 복합 진동과 초음파 파동의 투과를 다룬다.

   적정 주파수의 포음파를 발생하는 압전 변환기 설계를 위해, 압전 원판의 두께 방향과 반경 방향에 대한 특성방정식을 유도하였다. 복합 진동이 존재하는 상황에서 압전 변환기의 고유진동수와 모드 형상을 구하였고, 유한요소해석과 실험을 통해 구한 고유진동수와 비교하여 검증하였다. 압전 원판의 1차 고유진동수는 반경 방향으로 진동하은 모데에서 나타나는 것을 확인하였다.

   초음파 투과율을 극대화 하는 정합 층 설계를 위해, 변환기에서 파동의 투과를 다루었다. 압전 원판과 정합 층으로 이루어지는 다중 매질 경계면에서 초음파의 투과율을 유도하였다. 이를 토대로 정합 층의 적절한 두께를 선정하였다.

   압전 원판의 복합 진동과 정합 층에서의 파동 투과에 대한 해석 결과는 초음파 수위계 센서 설계에 활용될 수 있다.

 

[목 차]

1. 서 론

2. 압전 변환기의 복합 진동

    2.1 변환기 모델링

    2.2 두께 방향 진동 특성 방정식

    2.3 반경 방향 진동 특성 방정식

    2.4 수치해석 및 실험 결과

    2.5 고찰

3. 변환기의 파동 투과

    3.1 초음파 파동 에너지의 반사율과 투과율

    3.2 다중 매질 경계면에서 초음파 투과율 해석

    3.3 정합 층 설계

    3.4 고찰

4. 결 론