입사음과 반사음을 분리하는 압전 트랜스듀서 설계 및 제작

Abstract

본 논문은 비파괴검사 분야에서도 초음파탐상검사를 위해 많이 사용되는 압전 트랜스듀서를 설계하는 데 있어 새로운 기법을 제시한다. 입사음과 반사음 분리를 목적으로 수학적 기반해석을 바탕으로 한 트랜스듀서 설계 및 제작했다. 설계된 트랜스듀서는 음향 윈도, 2개의 수신센서, 1개의 구동센서 층으로 된 형태를 가진다. 반사와 굴절을 최소화하기 위해 물과 유사한 임피던스를 가진 Aptflex을 음향윈도로 사용하였다. 수신센서는 넓은 범위를 수신할 수 있는 PVDF(polyvinylidene fluoride)를 사용하였고, 구동센서로 압전소자(piezoelectric transducer)를 사용했다. 트랜스듀서를 설계하기 위해 KLM (Krimholtz, Leedham and Matthaei) Model 방식을 사용하여 수학적 기반해석을 구현하였다. 전달되는 음파의 1/4파장으로 2개의 수신센서 및 구동센서가 위치하도록 몰드를 제작하였고, 센서 사이에 음향 윈도를 채워 트랜스듀서를 제작하였다. 완성된 트랜스듀서의 임피던스 및 위상차와 수학 기반해석을 바탕으로 계산된 임피던스 및 위상차가 유사했고, 실험을 통해 2개의 수신센서를 통해 수신된 신호 차이가 1/4파장으로 정확하게 맞지는 않았지만 그 근처의 값을 얻을 수 있었다. 이를 통해 제작한 트랜스듀서가 설계한 대로 작동함을 확인하였다.