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KR101960019B1 - Magnetostriction transducer having enhanced magnitude of output signal due to a resonance structure, and method of enhancing magnitude of output signal of transducers - Google Patents

Magnetostriction transducer having enhanced magnitude of output signal due to a resonance structure, and method of enhancing magnitude of output signal of transducers Download PDF

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KR101960019B1
KR101960019B1 KR1020170084403A KR20170084403A KR101960019B1 KR 101960019 B1 KR101960019 B1 KR 101960019B1 KR 1020170084403 A KR1020170084403 A KR 1020170084403A KR 20170084403 A KR20170084403 A KR 20170084403A KR 101960019 B1 KR101960019 B1 KR 101960019B1
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magnetic field
magnetostrictive patch
magnetostrictive
transducer
patch
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김윤영
김기연
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 목적은 여러 개의 트랜스듀서를 사용하지 않으면서도 출력이 향상된 트랜스듀서를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 강자성체로 만들어지고, 대상체에 부착되는 것으로 폭이나 길이에 비해 두께가 얇게 형성된 자기 변형 패치; 상기 자기 변형 패치의 폭 방향과 나란하게 정자기장을 형성하는 제1자기장 형성부; 상기 자기 변형 패치 상에서 상기 제1자기장 형성부가 형성하는 정자기장과 나란한 방향으로 자기장을 형성하도록 상기 자기 변형 패치의 길이 방향에 나란하게 배치된 코일을 포함하는 제2자기장 형성부; 및 상기 자기 변형 패치 상에 배치되는 것으로, 상기 자기 변형 패치와 평행하게 배치되는 제1중앙 빔과, 상기 제1중앙 빔과 상기 자기 변형 패치를 연결하고 상기 자기 변형 패치 및 상기 제1중앙 빔과 함께 상기 코일이 지날 수 있는 관통부를 형성하는 제1지지부를 구비하는 제1공진 구조물을 포함하는 자기 변형 트랜스듀서를 제공한다. An object of the present invention is to provide a transducer whose output is improved without using a plurality of transducers. To this end, according to the present invention, there is provided a magnetostrictive patch which is made of a ferromagnetic material and is attached to a target body and has a thickness thinner than a width or a length; A first magnetic field forming unit for forming a static magnetic field in parallel with the width direction of the magnetostrictive patch; A second magnetic field forming portion including a coil arranged in parallel with the longitudinal direction of the magnetostrictive patch to form a magnetic field in a direction parallel to a static magnetic field formed by the first magnetic field forming portion on the magnetostrictive patch; And a first central beam disposed on the magnetostrictive patch, the first central beam being disposed in parallel with the magnetostrictive patch, and a second center beam connecting the first central beam and the magnetostrictive patch, And a first support portion which forms a penetration portion through which the coil can pass. The magnetostrictive transducer includes a first resonant structure and a first support portion.

Description

공진 구조물에 의해 출력이 향상된 자기 변형 트랜스듀서 및 트랜스듀서의 출력 향상 방법{Magnetostriction transducer having enhanced magnitude of output signal due to a resonance structure, and method of enhancing magnitude of output signal of transducers}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetostrictive transducer having improved output by a resonant structure and a method of enhancing the output of the transducer,

본 발명은 트랜스듀서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공진 구조물을 부착하여 출력이 향상된 자기 변형 트랜스듀서에 관한 것이다.The present invention relates to a transducer, and more particularly, to a magnetostrictive transducer having an improved output by attaching a resonant structure.

트랜스듀서는 신호의 발생 기능을 하는 가진기(actuator)와 신호의 측정 기능을 하는 센서(sensor)를 통칭하는 용어로 신호의 발생과 측정이 모두 가능한 경우에도 사용된다. A transducer is a term collectively referred to as an actuator that generates a signal and a sensor that measures the signal. It is also used when both signal generation and measurement are possible.

가진기로서 기능하는 경우의 트랜스듀서의 출력이 크면 측정이 용이하고 멀리까지 신호가 전달되도록 할 수 있고 측정 시의 감도를 향상시킬 수 있는 등 많은 장점을 가지게 된다. 이에 트랜스듀서의 출력을 향상시키기 위한 다양한 시도들이 있어 왔다. 트랜스듀서의 출력을 향상시키기 위한 기존의 방법은 주로 여러 트랜스듀서를 각종 형태로 배치하는 방법에 국한되어 있었다. 트랜스듀서를 파장과의 특정한 관계에 따라 배치함으로써 원하는 파동을 잘 중첩시킴으로써 출력을 증가시킬 수 있었으나, 트랜스듀서 자체의 출력을 증가시키는 데에는 이르지 못하였다. 이에 트랜스듀서 자체의 출력을 증가시킬 수 있는 방안을 모색할 필요성이 대두되어 왔다. When the output of the transducer functioning as a vibrator is large, it is easy to measure, the signal can be transmitted far, and the sensitivity at the time of measurement can be improved. Accordingly, various attempts have been made to improve the output of the transducer. Conventional methods for improving the output of a transducer are mainly limited to methods of arranging various transducers in various forms. By placing the transducers in a specific relationship to the wavelength, the output can be increased by superimposing the desired waves, but it has not been possible to increase the output of the transducer itself. Therefore, there is a need to find a way to increase the output of the transducer itself.

한편, 자기 변형 트랜스듀서는 자기장의 변화에 따라 강자성체가 변형되는 현상을 이용하는 트랜스듀서로 초음파 발생 및 측정을 위해 사용될 수 있는 것을 의미한다. On the other hand, a magnetostrictive transducer is a transducer that utilizes a phenomenon in which a ferromagnetic material is deformed according to a change in a magnetic field, which means that it can be used for ultrasonic generation and measurement.

대한민국 등록특허 제10-1450076호Korean Patent No. 10-1450076

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 여러 개의 트랜스듀서를 사용하지 않으면서도 출력이 향상된 트랜스듀서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a transducer whose output is improved without using a plurality of transducers.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 강자성체로 만들어지고, 대상체에 부착되는 것으로 폭이나 길이에 비해 두께가 얇게 형성된 자기 변형 패치; According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetostrictive patch comprising: a magnetostrictive patch made of a ferromagnetic material and attached to an object, the magnetostrictive patch having a thickness thinner than a width or length;

상기 자기 변형 패치의 폭 방향과 나란하게 정자기장을 형성하는 제1자기장 형성부;A first magnetic field forming unit for forming a static magnetic field in parallel with the width direction of the magnetostrictive patch;

상기 자기 변형 패치 상에서 상기 제1자기장 형성부가 형성하는 정자기장과 나란한 방향으로 자기장을 형성하도록 상기 자기 변형 패치의 길이 방향에 나란하게 배치된 코일을 포함하는 제2자기장 형성부; 및 A second magnetic field forming portion including a coil arranged in parallel with the longitudinal direction of the magnetostrictive patch to form a magnetic field in a direction parallel to a static magnetic field formed by the first magnetic field forming portion on the magnetostrictive patch; And

상기 자기 변형 패치 상에 배치되는 것으로, 상기 자기 변형 패치와 평행하게 배치되는 제1중앙 빔과, 상기 제1중앙 빔과 상기 자기 변형 패치를 연결하고 상기 자기 변형 패치 및 상기 제1중앙 빔과 함께 상기 코일이 지날 수 있는 관통부를 형성하는 제1지지부를 구비하는 제1공진 구조물을 포함하는 자기 변형 트랜스듀서를 제공한다. A first central beam disposed on the magnetostrictive patch and disposed in parallel with the magnetostrictive patch; and a second central beam disposed on the magnetostrictive patch, the first central beam and the magnetostrictive patch, And a first support portion that forms a penetration portion through which the coil can pass. The magnetostrictive transducer includes a first resonant structure.

여기서, 상기 제1자기장 형성부는 서로 다른 극이 마주하도록 간격을 두고 상기 자기 변형 패치의 양측에 배치된 두 개의 자석을 포함할 수 있다. Here, the first magnetic field forming portion may include two magnets disposed on both sides of the magnetostrictive patch at intervals so that different poles face each other.

여기서, 상기 제1공진 구조물 상에는, Here, on the first resonance structure,

상기 자기 변형 패치와 나란하고, 상기 제1중앙 빔과 평면 형상이 동일하게 직사각형인 제2중앙 빔과, 상기 제1공진 구조물의 제1중앙 빔 상면과 상기 제2중앙 빔을 연결하는 제2지지부를 포함하는 제2공진 구조물이 더 설치될 수 있다. A second central beam which is parallel to the magnetostrictive patch and which is rectangular in plan view with the first central beam and a second support beam which connects the upper surface of the first central beam of the first resonant structure and the second central beam, A second resonant structure may be further provided.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 강자성체로 만들어지고, 대상체에 부착되는 것으로 평면 형상이 원형인 자기 변형 패치; Also, an object of the present invention is to provide a magnetostrictive patch which is made of a ferromagnetic material and is attached to a target and has a circular planar shape;

상기 자기 변형 패치 상에서 상기 자기 변형 패치의 중심(C)으로부터 멀어지는 방향으로 형성되는 정자기장을 형성하는 제1자기장 형성부;A first magnetic field forming unit for forming a static magnetic field in a direction away from a center (C) of the magnetostrictive patch on the magnetostrictive patch;

상기 자기 변형 패치 상에서 상기 제1자기장 형성부가 형성하는 정자기장과 나란한 방향의 동자기장을 형성하는 제2자기장 형성부; 및 A second magnetic field forming unit forming a coercive field in a direction parallel to the static magnetic field formed by the first magnetic field forming unit on the magnetostrictive patch; And

상기 자기 변형 패치 상에 배치되는 것으로, 상기 자기 변형 패치와 평행하게 배치되는 제1중앙부와, 상기 제1중앙부와 상기 자기 변형 패치를 연결하고 상기 자기 변형 패치 및 상기 제1중앙부와 함께 내부의 공진 공간을 형성하는 제1지지부를 구비하는 공진 구조물을 포함하는 자기 변형 트랜스듀서를 제공함으로써 달성된다. A first central portion disposed on the magnetostrictive patch and disposed in parallel with the magnetostrictive patch; and a second central portion connected to the first central portion and the magnetostrictive patch, And a first support portion that forms a space between the first support portion and the second support portion.

여기서, 상기 제1공진 구조물 상에는, Here, on the first resonance structure,

상기 자기 변형 패치와 나란하고, 상기 제1중앙부와 평면 형상이 동일하게 원형인 제2중앙부와, 상기 제1공진 구조물의 제1중앙부 상면과 상기 제2중앙부를 연결하는 제2지지부를 포함하는 제2공진 구조물이 더 설치될 수 있다. A second central portion parallel to the magnetostrictive patch and having the same planar shape as the first central portion and a second support portion connecting the upper surface of the first central portion of the first resonant structure and the second central portion; Two resonant structures can be installed.

여기서, 상기 제2자기장 형성부는 상기 자기 변형 패치와 나란한 평면상에서 그 원주 방향을 따라 감긴 코일을 포함하여 형성될 수 있다. Here, the second magnetic field forming portion may include a coil wound in a circumferential direction on a plane parallel to the magnetostrictive patch.

여기서, 상기 제1자기장 형성부는 하나의 극이 상기 자기 변형 패치를 향하고 다른 극은 상기 자기 변형 패치에 대해 연직 방향을 향하도록 배치된 영구자석을 포함하여 형성될 수 있다. Here, the first magnetic field forming portion may include a permanent magnet disposed such that one pole faces the magnetostrictive patch and the other pole faces a vertical direction with respect to the magnetostrictive patch.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 대상체에 초음파를 전달하는 트랜스듀서 상에 특정 주파수 영역에서 트랜스듀서의 출력을 향상시키도록 공진 현상을 일으키는 공진 구조물을 트랜스듀서와 물리적으로 연결되도록 설치하는 설치 단계; 및 상기 설치 단계에서 설치된 트랜스듀서를 작동하여 초음파를 발진하는 발진 단계를 포함하는 트랜스듀서 출력의 향상 방법을 제공함으로써 달성된다. It is another object of the present invention to provide a transducer for transmitting ultrasonic waves to a target object and a resonance structure for causing a resonance phenomenon to improve the output of the transducer in a specific frequency range, step; And an oscillation step of oscillating ultrasonic waves by operating a transducer installed in the step of installing the transducer.

본 발명은 트랜스듀서 자체의 출력을 증가시킴으로써 기존 기술의 단점을 보완하는 효과를 가지고 있다. 뿐만 아니라 특정 구조물을 부착하고 그 구조물의 공진 현상으로부터 기존 트랜스듀서의 출력 증가로 응용하는 방법은 본 발명에서 처음으로 제안하는 개념이다. 따라서 본 발명은 공진 구조물을 이용하여 트랜스듀서의 성능을 개선하는 독창성과 함께 기존 기술의 단점을 보완하는 효과를 모두 가지고 있다.The present invention has the effect of complementing the disadvantages of the prior art by increasing the output of the transducer itself. In addition, a method of attaching a specific structure and applying the increased output of a conventional transducer to the resonance phenomenon of the structure is a concept proposed for the first time in the present invention. Therefore, the present invention has the originality of improving the performance of the transducer using the resonant structure, and has the effect of complementing the disadvantages of the existing technology.

본 발명의 효과는 구조물을 부착함으로써 같은 전기적 입력에도 불구하고 기존 트랜스듀서의 출력을 증가시키고, 따라서 주변 잡음에 비해 유의미한 신호의 크기를 증가시킴으로써 더욱 정밀한 비파괴검사를 가능케 한다는 것이다. 기존의 기술에서는 주로 다수의 기존 트랜스듀서를 이용하는 방법이기 때문에 기존 트랜스듀서의 출력을 증가시켰다고 보기 어렵다. 본 발명과 기존의 발명들을 동시에 적용이 가능하며, 이 경우 두 가지 방법의 출력 증가 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.The effect of the present invention is that by attaching the structure, the output of the existing transducer increases in spite of the same electrical input, thus increasing the size of the signal relative to the ambient noise, thereby enabling more precise nondestructive inspection. It is difficult to see that the output of the existing transducer is increased because the conventional technique mainly uses a large number of existing transducers. The present invention and the existing inventions can be applied at the same time, and in this case, the output increase effect of the two methods can be further increased.

본 발명은 트랜스듀서 종류와 모양에 구애 받지 않으므로 다양한 초음파 트랜스듀서에 적용이 가능하다. 구체적으로 자기 변형 패치 트랜스듀서, 압전 트랜스듀서 그리고 전자기 음향 트랜스듀서 등에도 적용 가능하다. 특정 방향의 트랜스듀서뿐만 아니라 전방향 트랜스듀서에도 적용하여 트랜스듀서 출력을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 개념을 응용하면 램파(대칭모드, 반대칭모드)뿐만 아니라 전단파 출력의 증가에도 적용 가능하며, 평판뿐만 아니라 봉재에서의 비틀림파와 굽힘파 등에도 적용 가능하다.The present invention can be applied to various types of ultrasonic transducers because it does not depend on the type and shape of the transducer. Specifically, it is applicable to magnetostrictive patch transducers, piezoelectric transducers, and electromagnetic acoustic transducers. The transducer output can be increased by applying it to an omni-directional transducer as well as a transducer in a specific direction. Application of the concept of the present invention can be applied not only to a lamb wave (symmetric mode, opposite mode) but also to an increase of a shear wave output, and it is applicable to a torsional wave and a bending wave in a rod material as well as a flat plate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서의 성능 향상을 보여주는 출력 신호 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서의 성능 향상을 보여주는 주파수에 따른 출력 신호 크기 변화를 보여주는 그래프.
도 4는 전방향 자기 변형 패치 트랜스듀서에 본 발명을 적용한 다른 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 도 4의 AA-AA 선을 따라 취한 단면도.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 전 방향 자기 변형 트랜스듀서에서 공진 구조물이 생략된 상태에서 자기장에 의한 자기 변형 작용을 설명하는 부분 절개 사시도.
도 7은 도 4에 도시된 실시예의 트랜스듀서의 성능 향상을 보여주는 그래프로서 주파수에 따른 출력 신호 크기 변화를 보여주는 그래프.
도 8은 도 1에 도시된 실시예의 변형예로서, 공진 구조물을 이중으로 자기 변형 패치 트랜스듀서에 부착한 실시예를 보여주는 도면.
도 9는 공진 구조물이 부착되지 않은 경우, 한 개만 부착한 경우, 그리고 두 개를 부착한 경우 각각의 출력을 보여주는 그래프.
도 10은 도 4에 도시된 실시예의 변형예를 보여주는 도면.
도 11은 도 10의 A-A 선을 따라 취한 단면도.
도 12는 도 4에 도시된 실시예의 또 다른 변형예를 보여주는 도면. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a transducer according to an embodiment of the present invention; FIG.
Figure 2 is an output signal graph illustrating the performance improvement of a transducer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a change in output signal magnitude according to a frequency showing improvement in performance of a transducer according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 4 schematically illustrates the construction of another embodiment in which the invention is applied to an omni-directional magnetostrictive patch transducer.
5 is a cross-sectional view taken along line AA-AA of FIG. 4;
FIG. 6 is a partial cutaway perspective view illustrating a magnetostrictive effect due to a magnetic field in a state where a resonant structure is omitted in the forward magnetostrictive transducers shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the performance improvement of the transducer of the embodiment shown in FIG.
Fig. 8 is a variation of the embodiment shown in Fig. 1, showing an embodiment in which a resonant structure is doubly attached to a magnetostrictive patch transducer; Fig.
Fig. 9 is a graph showing the outputs of the resonators in the case where the resonance structure is not attached, the case in which only one resonator is attached, and the resonator in which two resonators are attached.
FIG. 10 shows a modification of the embodiment shown in FIG. 4; FIG.
11 is a cross-sectional view taken along the line AA in Fig.
Figure 12 shows another variant of the embodiment shown in Figure 4;

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명은 트랜스듀서에 공진 구조물을 부착하여 각종 유도초음파를 발생시키는 기존의 트랜스듀서의 출력을 증가시키는 방법과 관련된다. 즉, 본 발명은 유도초음파를 발생시키는 트랜스듀서의 출력을 기존의 출력 한계 이상으로 증가시키기 위한 부착형 공진 구조물의 형상 설계에 관한 것이다. 본 발명은 트랜스듀서의 출력과 감도를 증가시킴으로써 비파괴검사 영역에서 결함의 측정을 더욱 정밀하게 수행하기 위하여 적용 된다.The present invention relates to a method for increasing the output of a conventional transducer that generates various induced ultrasound waves by attaching a resonant structure to the transducer. That is, the present invention relates to a shape design of an attachment type resonance structure for increasing an output of a transducer generating induction ultrasonic waves to an existing output limit or more. The present invention is applied to more precisely measure the defect in the non-destructive inspection area by increasing the output and sensitivity of the transducer.

본 발명에 이용된 주요 물리현상은 부착된 구조물의 공진에 의한 트랜스듀서의 출력 증폭(또는 향상) 현상이다. 특정 주파수 대역에서 구조물이 공진하면, 동흡진을 하는 원리에 의해 파동을 일부 반사시키게 된다. 예를 들어 직사각형의 자기 변형 패치를 사용하는 자기 변형 트랜스듀서에 있어서 자기 변형 패치의 양쪽 경계에 구조물을 부착하면 공진에 의해 트랜스듀서로부터 발생된 유도초음파를 반사시키면서 트랜스듀서 내부에서 파동이 중첩되고 이에 따라 결과적으로 트랜스듀서의 출력이 증가된다.The main physical phenomenon used in the present invention is the output amplification (or enhancement) phenomenon of the transducer due to the resonance of the attached structure. When the structure resonates in a specific frequency band, the wave is partially reflected by the principle of dynamic absorption. For example, in a magnetostrictive transducer using a rectangular magnetostrictive patch, when a structure is attached to both boundaries of a magnetostrictive patch, waves are superimposed inside the transducer while reflecting the induced ultrasonic waves generated from the transducer by resonance As a result, the output of the transducer is increased.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a transducer according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서는 자기 변형 패치(120), 제1자기장 형성부(110), 제2자기장 형성부(130) 및 공진 구조물(140)을 포함한다. 1, a transducer according to an embodiment of the present invention includes a magnetostrictive patch 120, a first magnetic field forming portion 110, a second magnetic field forming portion 130, and a resonant structure 140 .

상기 자기 변형 패치(120)는 강자성체로 만들어지고, 판재 등 대상체(400)에 부착되는 것으로 폭이나 길이에 비해 두께가 얇게 형성된다. 상기 자기 변형 패치(120)는 자성체로 만들어질 수 있고, 바람직하게는 강자성체로 만들어진다. 상기 자기 변형 패치(120)는 직사각형의 평면 형상을 가지도록 만들어지는 것이 특정 방향으로 대칭을 이루도록 초음파를 발생시킬 수 있어 바람직하다. The magnetostrictive patch 120 is made of a ferromagnetic material, and is attached to a target body 400 such as a plate, and is formed to have a thickness thinner than a width or a length. The magnetostrictive patches 120 can be made of a magnetic material, and are preferably made of a ferromagnetic material. The magnetostrictive patch 120 is preferably formed to have a rectangular planar shape because ultrasonic waves can be generated so as to be symmetrical in a specific direction.

상기 제1자기장 형성부(110)는 상기 자기 변형 패치(120)의 폭 방향과 나란하게 정자기장을 형성한다. 구체적으로 상기 제1자기장 형성부(110)는 서로 다른 극이 마주하도록 간격을 두고 상기 자기 변형 패치(120)의 양측에 배치된 두 개의 영구자석을 포함할 수 있다. The first magnetic field forming unit 110 forms a static magnetic field parallel to the width direction of the magnetostrictive patch 120. Specifically, the first magnetic field forming unit 110 may include two permanent magnets disposed on both sides of the magnetostrictive patch 120 with an interval therebetween so as to face different poles.

상기 제2자기장 형성부(130)는 상기 자기 변형 패치(120) 상에서 상기 제1자기장 형성부(110)가 형성하는 정자기장과 나란한 방향으로 자기장을 형성한다. 예를 들어 상기 제2자기장 형성부는 상기 자기 변형 패치(120)의 길이 방향에 나란하게 배치된 코일을 포함할 수 있다. The second magnetic field forming unit 130 forms a magnetic field on the magnetostrictive patch 120 in a direction parallel to the static magnetic field formed by the first magnetic field forming unit 110. For example, the second magnetic field forming portion may include a coil arranged in parallel to the longitudinal direction of the magnetostrictive patch 120.

상기 공진 구조물(140)은 상기 자기 변형 패치(120) 상에 배치되는 것으로, 지지부와 중앙 빔을 포함한다. 상기 중앙 빔은 상기 자기 변형 패치(120)와 평행하게 배치되고, 상기 지지부는 상기 중앙 빔과 상기 자기 변형 패치(120)를 연결하고 상기 자기 변형 패치(120) 및 상기 중앙 빔과 함께 상기 코일이 지날 수 있는 관통부를 형성한다. The resonant structure 140 is disposed on the magnetostrictive patch 120, and includes a support portion and a center beam. The center beam is disposed parallel to the magnetostrictive patches 120 and the support connects the center beam and the magnetostrictive patches 120 and cooperates with the magnetostrictive patches 120 and the center beam To form a penetrating portion.

한편, 상기 공진 구조물(140)은 1층의 지지부와 1층의 중앙 빔을 구비하는 형태뿐 아니라 하나의 공진 구조물(140) 상에 공진 구조물(140)이 더 설치되는 다층 구조로 만들어질 수 있고, 이 경우에는 트랜스듀서의 출력이 더욱 향상된다. The resonance structure 140 may be formed in a multi-layer structure in which a resonance structure 140 is further provided on one resonance structure 140 as well as a form having a single layer support and a single central beam In this case, the output of the transducer is further improved.

상기 공진 구조물(140)은 에폭시(Epoxy)를 사용하여 자기 변형 패치(120) 위에 부착될 수 있다. The resonant structure 140 may be attached to the magnetostrictive patch 120 using an epoxy.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서의 성능 향상을 보여주는 출력 신호 그래프가 도시되어 있다. FIG. 2 shows an output signal graph illustrating the performance improvement of a transducer according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에서 제안한 공진 구조물(140)을 부착한 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서와 그렇지 않은 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서로부터 출력된 A0 모드의 시간 신호를 기존의 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서로 측정한 값을 살펴볼 때, 공진 구조물(140)이 부착된 경우 출력된 신호의 크기가 매우 향상된 것을 확인할 수 있다. 이 실험에서는 2mm 두께를 가지는 알루미늄 평판에 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서 한 쌍을 설치하여 먼저 공진 구조물(140)이 없는 상태에서 하나의 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서에서 출력되는 신호를 다른 하나의 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서에서 측정하여 공진 구조물(140)이 없는 상태에서의 출력 크기 값을 측정하였다. 그 다음 송신용으로 사용된 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서에 공진 구조물(140)을 부착하여 출력되는 신호를 측정하였다. 두 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서의 간격은 600mm였다. 공진 구조물(140)의 재질은 특별히 한정되지는 않으나, 도 2 및 도 3에 도시된 실험에서는 유리로 제작된 공진 구조물(140)을 사용하였다. 상기 공진 구조물(140)의 형상은 도 1에 나타난 것과 같이 'U'자형 단면을 가진 길이가 긴 구조물일 수 있다. 상기 자기 변형 패치(120) 트랜스듀서는 자기 변형 패치(120)와 영구자석, 그리고 코일을 포함한다. 코일에 입력된 전기적 신호에 의해 자기 변형 패치(120)에 자기장이 인가되었을 때, 자기 변형 패치(120)는 기계적 운동을 하며 이러한 원리로 탄성파를 발생한다. 기존의 자기 변형 트랜스듀서는 약 40~100 kHz 근처의 주파수에서 최저차의 반대칭파(A0 모드)를 주로 발생하도록 설계되어 있다. As shown in FIG. 2, the time signal of the A0 mode output from the magnetostrictive patch 120 transducer with the resonant structure 140 proposed in the present invention and the magnetostrictive patch 120 transducer without the transducer according to the present invention, When the value measured by the magnetostrictive patch 120 transducer is examined, it is confirmed that the magnitude of the output signal is greatly improved when the resonant structure 140 is attached. In this experiment, a pair of magnetostrictive patch 120 transducers are installed on an aluminum plate having a thickness of 2 mm, and a signal outputted from one magnetostrictive patch 120 transducer is transferred to another The magnitude of the output magnitude in the absence of the resonant structure 140 was measured by a magnetostrictive patch 120 transducer. Then, the resonance structure 140 was attached to the magnetostrictive patch 120 transducer used for transmission, and the output signal was measured. The spacing of the two magnetostrictive patch (120) transducers was 600 mm. The material of the resonance structure 140 is not particularly limited, but in the experiment shown in FIGS. 2 and 3, the resonance structure 140 made of glass is used. The shape of the resonance structure 140 may be a long structure having a U-shaped cross section as shown in FIG. The magnetostrictive patch 120 transducer includes a magnetostrictive patch 120, a permanent magnet, and a coil. When a magnetic field is applied to the magnetostrictive patch 120 by an electric signal inputted to the coil, the magnetostrictive patch 120 performs a mechanical motion and generates an elastic wave on the principle. Conventional magnetostrictive transducers are designed to generate the least-squares counter-quiescence (A0 mode) at frequencies near about 40-100 kHz.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서의 성능 향상을 보여주는 주파수에 따른 출력 신호 크기 변화를 보여주는 그래프가 도시되어 있다. FIG. 3 is a graph illustrating a variation in output signal magnitude according to frequency, illustrating an improvement in performance of a transducer according to an embodiment of the present invention.

도 3의 출력 신호 그래프는 수치적 해석을 통하여 여러 형상의 공진 구조물(140)을 부착하였을 때와 그렇지 않았을 때의 트랜스듀서 출력의 주파수특성을 보여주고 있다. 도 3에서는 공진 구조물(140)을 부착하였을 때 트랜스듀서의 출력이 증가되는 주파수범위를 나타내고 있으며, 이러한 주파수범위에서 공진 구조물(140)을 설치하여 트랜스듀서의 출력을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 도 1에 표시된 공진 구조물(140)의 중앙 빔의 두께(t)에 따라 트랜스듀서의 출력이 증폭되는 주파수의 영역이 달라지는 것을 확인할 수 있다. 도 3의 그래프에 도시된 해석 결과로부터 본 발명은 능동적으로 출력을 증가시킬 주파수의 범위를 조절할 수 있는 장점을 가진다는 것을 파악할 수 있다.The output signal graph of FIG. 3 shows the frequency characteristics of the transducer output when the resonant structures 140 of various shapes are attached or not through numerical analysis. FIG. 3 shows a frequency range in which the output of the transducer increases when the resonance structure 140 is attached, and the resonance structure 140 is installed in this frequency range to greatly improve the output of the transducer. Also, it can be seen that the frequency range where the output of the transducer is amplified varies depending on the thickness t of the center beam of the resonator structure 140 shown in FIG. From the analysis results shown in the graph of FIG. 3, it can be understood that the present invention has an advantage of being able to adjust the range of the frequency to actively increase the output.

도 4에는 전방향 자기 변형 패치 트랜스듀서에 본 발명을 적용한 다른 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 AA-AA 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 4 및 도 5에 도시된 전 방향 자기 변형 트랜스듀서에서 공진 구조물(240)이 생략된 상태에서 자기장에 의한 자기 변형 작용을 설명하는 부분 절개 사시도가 도시되어 있다. Figure 4 shows a schematic representation of another embodiment of the invention in which the invention is applied to an omni-directional magnetostrictive patch transducer, Figure 5 shows a cross-sectional view taken along the line AA-AA of Figure 4, Sectional perspective view illustrating the magnetostrictive action by the magnetic field in the state where the resonant structure 240 is omitted in the omni-directional magnetostrictive transducers shown in Figs. 4 and 5. In Fig.

도 4 내지 도 6에 도시된 것과 같이, 도 4에 도시된 실시예의 트랜스듀서는 제1자기장 형성부(210), 제2자기장 형성부(230), 자기 변형 패치(220) 및 공진 구조물(240)을 포함한다. 4 to 6, the transducer of the embodiment shown in FIG. 4 includes a first magnetic field forming portion 210, a second magnetic field forming portion 230, a magnetostrictive patch 220, and a resonant structure 240 ).

상기 제1자기장 형성부(210)는 도면에 도시된 것과 같이 자기 변형 패치(220)의 평면에 대해 교차하는 방향으로 놓인 영구자석을 포함하여 만들어질 수 있는데, 코일을 포함하는 전자석으로 대체되는 것도 가능하다. 여기서 교차하는 방향이라고 표현한 것은 자석의 서로 다른 두 개의 자극을 잇는 선이 자기 변형 패치(220)의 평면에 대해 교차하는 것을 말하는 것으로 영구 자석의 길이 방향에 나란한 축이 자기 변형 패치(220)에 수직한 것이 자기 변형 패치(220)의 전방향에 대해 고른 정자기장을 형성할 수 있어 바람직하다. 상기 제1자기장 형성부(210)는 영구 자석과 자기 변형 패치(220) 사이에 공진 구조물(240)에 의해 간격이 형성되어 있어서 자기 변형 패치(220)의 표면에서는 자기 변형 패치(220)의 중심으로부터 반지름 방향으로 형성되는 정자기장(BS)을 형성한다. The first magnetic field forming portion 210 may be made of a permanent magnet placed in a direction crossing the plane of the magnetostrictive patch 220, as shown in the figure, which is replaced by an electromagnet including a coil It is possible. Herein, the direction of intersection is that a line connecting two different magnetic poles of a magnet crosses the plane of the magnetostrictive patch 220, so that an axis parallel to the longitudinal direction of the permanent magnet is orthogonal to the magnetostrictive patch 220 It is possible to form a uniform static magnetic field in all directions of the magnetostrictive patch 220, which is preferable. The first magnetic field forming unit 210 has a gap formed between the permanent magnet and the magnetostrictive patch 220 by the resonant structure 240 so that the center of the magnetostrictive patch 220 (B S ) formed in the radial direction from the surface of the permanent magnet.

상기 제2자기장 형성부는 상기 자기 변형 패치(220)의 평면에 나란한 평면상에서 자기 변형 패치(220)의 원주 방향을 따라 감긴 형태로 배치된 코일을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 코일이 상기 자기 변형 패치(220) 상에 배치된다. 이와 같이 배치되는 경우에는 코일을 공진 구조물이 보호할 수 있어 바람직하다. 이와 같이 배치된 제2자기장 형성부(230)는 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이 반지름 방향에 나란하게 자른 단면을 기준으로 코일들을 감싸는 방향으로 자기장을 형성하고, 코일에 흐르는 전류를 조절하여 자기장의 세기를 변화시킬 수 있는 동자기장(BD)을 형성한다. 이러한 동자기장의 자기 변형 패치(220) 표면에서의 형성 방향은, 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라 자기 변형 패치(220)의 반지름 방향을 따라 외측을 향하거나 또는 그 반대 방향인 자기 변형 패치의 중심점 측으로 형성된다. The second magnetic field forming portion may include a coil disposed in a manner of being wound along the circumferential direction of the magnetostrictive patch 220 on a plane parallel to the plane of the magnetostrictive patch 220. In this embodiment, the coil is disposed on the magnetostrictive patch 220. In such a case, the coil can be protected by the resonance structure. As shown in FIGS. 5 and 6, the second magnetic field forming part 230 arranged in this way forms a magnetic field in a direction of wrapping the coils on the basis of a cross section cut along the radial direction, and adjusts a current flowing in the coils (B D ) that can change the intensity of the magnetic field. The direction of formation of such a coercive force magnetic field on the surface of the magnetostrictive patch 220 is determined by the direction of the current flowing through the magnetostrictive patch 220 in the radial direction of the magnetostrictive patch 220, .

정자기장과 동자기장의 방향은 일치하거나 또는 정 반대로 형성되는데, 정자기장의 변화에 따라 해당 자기장이 형성되는 자기 변형 패치(220)의 부분은 중심점방향 또는 반지름 방향을 따라 외측으로 변형되면서 자기 변형 패치(220)가 부착된 대상체에 초음파가 발생하도록 할 수 있다. A portion of the magnetostrictive patch 220 in which the magnetic field is formed is deformed outward along the center point direction or in the radial direction while the magnetostrictive patch 220 The ultrasonic wave can be generated on the object to which the ultrasonic wave is applied.

도 4의 실시예는 도 1의 공진 구조물(240)의 단면을 중심축을 기준으로 360도 회전하여 설계한 것이라고 볼 수 있다. 즉, 도 1의 실시예와 같은 원리를 적용하여 전방향 자기 변형 패치(220) 트랜스듀서 상에 공진 구조물(240)을 설치한 것이다. 상기 공진 구조물(240)은 평면 형상이 원형인 자기 변형 패치(220)의 원주 방향을 따라 설치된 지지부(242)와, 상기 지지부(242) 상에 위치하는 중앙부(241)를 구비한다. 상기 지지부(242), 중앙부(241) 및 자기 변형 패치(220)는 공진 공간을 형성한다. 상기 공진 구조물(240)은 자기 변형 패치(220)의 평면 형상에 대응하여 중앙부(241)의 평면 형상이 원형이고, 상기 지지부(242)의 평면 형상은 고리(環)의 형태인 것이 바람직하다. 본 실시예의 트랜스듀서는 전방향으로 램파를 발생시킬 수 있고, 공진 구조물(240)의 설치에 의해 트랜스듀서의 출력 신호가 크게 증가된다. The embodiment of FIG. 4 can be considered to be designed by rotating the cross section of the resonance structure 240 of FIG. 1 360 degrees with respect to the central axis. That is, the resonance structure 240 is installed on the transverse magnetostriction patch 220 transducer by applying the same principle as in the embodiment of FIG. The resonance structure 240 includes a support portion 242 disposed along the circumferential direction of the magnetostrictive patch 220 having a circular planar shape and a central portion 241 positioned on the support portion 242. The support portion 242, the central portion 241, and the magnetostrictive patches 220 form a resonant space. It is preferable that the center portion 241 has a circular planar shape in correspondence with the plane shape of the magnetostrictive patch 220 and the planar shape of the support portion 242 is a ring shape. The transducer of this embodiment can generate a lamb wave in all directions, and the output signal of the transducer is greatly increased by the installation of the resonance structure 240.

도 7에는 도 4에 도시된 실시예의 트랜스듀서의 성능 향상을 보여주는 그래프로서 주파수에 따른 출력 신호 크기 변화를 보여주는 그래프가 도시되어 있다. FIG. 7 is a graph showing the performance improvement of the transducer of the embodiment shown in FIG. 4, and is a graph showing an output signal size change according to frequency.

도 7의 그래프는 수치 해석을 통하여 전방향 자기 변형 패치(220) 트랜스듀서에 공진 구조물(240)이 부착되었을 경우와 그렇지 않은 경우의 알루미늄 평판으로의 전방향 A0모드의 출력을 주파수에 따라 계산한 결과를 보여주고 있는 것이다. 도 7에서 확인할 수 있듯이 도 4의 실시예에서도 트랜스듀서의 출력이 모든 방향으로 증가 되는 것을 확인할 수 있다.The graph of FIG. 7 shows numerical analysis to calculate the output of the forward mode A0 mode to the aluminum plate when the resonance structure 240 is attached to the transducer 220, The results are shown. As can be seen from FIG. 7, the output of the transducer increases in all directions in the embodiment of FIG.

도 8에는 도 1에 도시된 실시예의 변형예로서, 공진 구조물을 이중으로 자기 변형 패치 트랜스듀서에 부착한 실시예를 보여주고 있다. FIG. 8 shows an embodiment in which a resonance structure is doubly attached to a magnetostrictive patch transducer as a modification of the embodiment shown in FIG.

도 8의 변형예에서는 도 1에도 사용된 것과 같은 제1공진 구조물(140) 위에 크기가 조절된 제2공진 구조물(540)을 덧붙여 본 발명의 효과를 극대화 할 수 있다. 제1 및 제2공진 구조물(140, 540)의 공진 주파수를 동기화하기 위하여 제2공진 구조물(540)의 크기를 조절하는 것이 가능하다. In the modification of FIG. 8, the size of the second resonant structure 540 may be added to the first resonant structure 140, which is also used in FIG. 1, to maximize the effect of the present invention. It is possible to adjust the size of the second resonant structure 540 in order to synchronize the resonant frequencies of the first and second resonant structures 140 and 540.

도 9에는 공진 구조물이 부착되지 않은 경우, 도 1과 같이 한 개만 부착된 경우, 그리고 도 8과 같이 두 개가 부착된 경우의 각각의 출력을 보여주는 그래프가 도시되어 있다. FIG. 9 is a graph showing the output of each resonator in the case where the resonance structure is not attached, the case where only one resonator is attached as shown in FIG. 1, and the case where two resonators are attached as shown in FIG.

도 9에서 확인할 수 있듯이 특정 주파수에서 공진 구조물이 하나만 부착되었을 경우보다 다중으로 공진 구조물이 배치되어 있을 때 트랜스듀서의 출력이 훨씬 증가됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안된 공진 구조물을 다중으로 배치함으로써 출력 신호를 더욱 크게 하는 것이 가능하다. As can be seen from FIG. 9, the output of the transducer is greatly increased when multiple resonant structures are arranged, compared to when only one resonant structure is attached at a specific frequency. That is, it is possible to further increase the output signal by arranging the resonance structures proposed in the present invention in multiple.

한편, 복층으로 공진 구조물이 배치되어 있을 때에 가장 아래층의 공진구조물부터 제1공진 구조물, 제2공진 구조물로 지칭하고, 제1공진 구조물의 구성요소를 제1지지부, 제1중앙부, 제1중앙 빔 등으로 지칭하고, 제2공진 구조물의 구성요소를 제2지지부, 제2중앙부, 제2중앙 빔 등으로 지칭하도록 하겠다. On the other hand, when the resonance structure is arranged in a multi-layer structure, the resonance structure in the lowest layer is referred to as a first resonance structure and a second resonance structure, and the constituent elements of the first resonance structure are referred to as a first support portion, , And the components of the second resonant structure will be referred to as a second support portion, a second central portion, a second central beam, and the like.

본 발명은 이전에 연구 개발된 다른 트랜스듀서들과는 트랜스듀서로부터 발생한 파동의 크기(출력) 그 자체를 증가시켰다는 점에서 구별된다. 따라서, 본 발명은 여러 종류의 트랜스듀서들에 대해 아래와 같은 방법으로 적용될 수 있다. The present invention is distinguished in that it increases the magnitude (output) itself of the wave generated from the transducer with other transducers previously developed and developed. Therefore, the present invention can be applied to various kinds of transducers in the following manner.

본 발명에 따른 트랜스듀서 출력의 향상 방법은, 대상체(400)에 초음파를 전달하는 트랜스듀서 상에 특정 주파수 영역에서 트랜스듀서의 출력을 증폭시키도록 공진 현상을 일으키는 공진 구조물을 트랜스듀서와 물리적으로 연결되도록 설치하는 설치 단계; 및 상기 설치 단계에서 설치된 트랜스듀서를 작동하여 초음파를 발진하는 발진 단계를 포함한다. The method of improving the output of the transducer according to the present invention includes the steps of physically connecting a resonance structure that causes a resonance phenomenon to amplify the output of the transducer in a specific frequency region on a transducer that transmits ultrasonic waves to the object 400 A step of installing as much as possible; And an oscillation step of oscillating ultrasonic waves by operating a transducer installed in the installation step.

여기서 물리적으로 연결되었다는 의미는 직접 접하는 경우뿐 아니라 자력이나 열 등의 물리량이 전달될 수 있는 상태를 의미하는 것이다. 상기 발진 단계 이후에는 발진된 초음파를 측정하여서 증폭된 트랜스듀서의 출력에 따른 효과를 누릴 수 있다. Here, the term "physically connected" means a state in which physical quantities such as magnetic force and heat can be transmitted as well as direct contact. After the oscillation step, oscillated ultrasonic waves may be measured to enjoy the effect according to the output of the amplified transducer.

도 10에는 도 4에 도시된 실시예의 변형예가 도시되어 있고, 도 11에는 도 10의 A-A 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. Fig. 10 shows a modification of the embodiment shown in Fig. 4, and Fig. 11 shows a cross-sectional view taken along line A-A of Fig.

도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이, 본 변형예에서는 제2자기장 형성부의 위치가 공진 구조물 상에 위치한다. As shown in Figs. 10 and 11, in this variation, the position of the second magnetic field forming portion is located on the resonance structure.

공진 구조물 상에 위치하는 경우에도 도 4에 도시된 실시예에서와 마찬가지로 공진 구조물에 의한 트랜스듀서의 출력 향상 효과를 얻을 수 있다. 4, the effect of improving the output of the transducer by the resonant structure can be obtained even when it is located on the resonant structure.

도 12에는 도 4에 도시된 실시예의 또 다른 변형예가 도시되어 있다. Fig. 12 shows another modification of the embodiment shown in Fig.

도 12에 도시된 변형예는 도 4에 도시된 변형예의 공진 구조물 위에 하나의 공진 구조물이 더 배치되어 있다. 즉, 평면 형상이 원형인 자기 변형 패치(320) 상에, 각각 평면 형상이 원형인 중앙부(341, 346)와, 단면 형상이 사각형인 고리 형태의 지지부(342, 347)를 구비하는 제1 및 제2공진 구조물(340, 345)이 순차적으로 적층되어 있다. 이 경우 제2자기장 형성부를 구성하는 코일(330)의 위치는 자기 변형 패치(320)의 상면, 제1공진 구조물(340)의 중앙부(341)의 상면 또는 제2공진 구조물(345)의 중앙부(346) 중에서 선택 가능하다. The modified example shown in Fig. 12 further includes one resonant structure on the resonant structure of the modification shown in Fig. That is, on the magnetostrictive patches 320 having a circular planar shape, the central portions 341 and 346 each having a circular planar shape and the first and second portions 342 and 347 having annular support portions 342 and 347 each having a rectangular cross- And the second resonant structures 340 and 345 are sequentially stacked. In this case, the position of the coil 330 constituting the second magnetic field forming portion is set such that the upper surface of the magnetostrictive patch 320, the upper surface of the central portion 341 of the first resonant structure 340 or the upper surface of the central portion 341 of the second resonant structure 345 346).

이와 같이 공진 구조물을 복층으로 배치하는 경우에는 트랜스듀서의 출력을 더욱 크게 할 수 있다. The output of the transducer can be further increased when the resonator structures are arranged in a multilayer structure.

지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해짐이 자명하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. I will understand the point. Therefore, it is obvious that the true scope of the present invention is defined by the technical idea of the appended claims.

100: 트랜스듀서 110, 210, 310: 영구 자석
120, 220, 320: 자기 변형 패치 130, 230, 330: 코일
140, 240, 340, 345, 540: 공진 구조물 141, 541: 중앙 빔
142, 542: 지지부 241, 341, 346: 중앙부
241, 342, 347: 지지부 400: 판재100: transducer 110, 210, 310: permanent magnet
120, 220, 320 magnetostrictive patches 130, 230, 330 coils
140, 240, 340, 345, 540: resonant structures 141, 541: central beam
142, 542: Support parts 241, 341, 346:
241, 342, 347: Support part 400: Plate

Claims (8)

강자성체로 만들어지고, 대상체에 부착되는 것으로 폭이나 길이에 비해 두께가 얇게 형성된 자기 변형 패치(120);
상기 자기 변형 패치(120)의 폭 방향과 나란하게 정자기장을 형성하는 제1자기장 형성부(110);
상기 자기 변형 패치(120) 상에서 상기 제1자기장 형성부(110)가 형성하는 정자기장과 나란한 방향으로 자기장을 형성하도록 상기 자기 변형 패치(120)의 길이 방향에 나란하게 배치된 코일을 포함하는 제2자기장 형성부(130); 및
상기 자기 변형 패치(120)의 양측에 각각 배치되는 제1지지부(142)와 상기 제1지지부(142)들의 상측에 상기 자기변형 패치(120)와 평행하게 배치되는 제1중앙 빔(141)을 포함하는 제1공진 구조물(140)을 포함하고,
상기 제2자기장 형성부의 코일에 흐르는 전류가 변화함에 따라 상기 자기변형 패치가 변형되고, 상기 자기변형 패치가 부착된 대상체에 유도초음파가 전파되며, 상기 자기변형 패치의 양측에서 유도초음파가 제1공진 구조물(141)에 의해 반사되어 파동이 중첩됨으로써 결과적으로 출력이 증가되는 것을 특징으로 하는 자기 변형 트랜스듀서. A magnetostrictive patch 120 that is made of a ferromagnetic material and has a thickness thinner than a width or length to be attached to a subject;
A first magnetic field forming unit 110 forming a static magnetic field in parallel with the width direction of the magnetostrictive patch 120;
And a second coil including a coil arranged in parallel with the longitudinal direction of the magnetostrictive patch (120) so as to form a magnetic field in a direction parallel to the static magnetic field formed by the first magnetic field forming part (110) A magnetic field forming unit 130; And
A first support portion 142 disposed on both sides of the magnetostrictive patch 120 and a first center beam 141 disposed on the first support portions 142 in parallel with the magnetostrictive patch 120, And a second resonant structure (140)
Wherein the magnetostrictive patch is deformed as the current flowing through the coil of the second magnetic field forming portion changes and guided ultrasonic waves propagate to the object to which the magnetostrictive patch is attached, And the output is increased as a result of the wave being reflected by the structure (141). 청구항 1에 있어서,
상기 제1자기장 형성부(110)는 서로 다른 극이 마주하도록 간격을 두고 상기 자기 변형 패치(120)의 양측에 배치된 두 개의 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 변형 트랜스듀서. The method according to claim 1,
Wherein the first magnetic field forming portion (110) includes two magnets disposed on both sides of the magnetostrictive patch (120) at intervals so as to face each other with different poles. 청구항 1에 있어서,
상기 제1공진 구조물(140) 상에는,
상기 자기 변형 패치(120)와 나란하고, 상기 제1중앙 빔(141)과 평면 형상이 동일하게 직사각형인 제2중앙 빔(541)과, 상기 제1공진 구조물(140)의 제1중앙 빔(141)의 상면과 상기 제2중앙 빔(541)을 연결하는 제2지지부(542)를 포함하는 제2공진 구조물(540)이 더 설치된 것을 특징으로 하는 자기 변형 트랜스듀서.The method according to claim 1,
On the first resonant structure 140,
A second center beam 541 which is parallel to the magnetostrictive patch 120 and is rectangular in plan view with respect to the first center beam 141 and a second center beam 541 which is parallel to the first center beam 141 Further comprising a second resonant structure (540) including a second support portion (542) connecting the upper surface of the first center beam (141) and the second center beam (541). 강자성체로 만들어지고, 대상체(400)에 부착되는 것으로 평면 형상이 원형인 자기 변형 패치(220);
상기 자기 변형 패치(220) 상에서 상기 자기 변형 패치(220)의 중심(C)으로부터 멀어지는 방향으로 형성되는 정자기장을 형성하는 제1자기장 형성부(210);
상기 자기 변형 패치(220) 상에서 상기 제1자기장 형성부(210)가 형성하는 정자기장과 나란한 방향의 동자기장을 형성하는 제2자기장 형성부(230); 및
상기 자기변형 패치의 둘레를 따라 배치되는 제1지지부(242)와 상기 제1지지부(242)의 상측에 상기 자기변형 패치(220)와 평행하게 배치되는 제1중앙부(241)를 포함하는 제1공진 구조물(240)을 포함하고,
상기 제2자기장 형성부의 코일에 흐르는 전류가 변화함에 따라 상기 자기변형 패치가 변형되고, 상기 자기변형 패치가 부착된 대상체에 유도초음파가 전파되며, 유도초음파가 제1공진 구조물(240)에 의해 반사되어 자기변형 패치에 의해 발생되는 유도초음파와 반사파가 중첩됨으로써 결과적으로 출력이 증가되는 것을 특징으로 하는 자기 변형 트랜스듀서 A magnetostrictive patch 220 made of a ferromagnetic material and having a circular planar shape to be attached to the object 400;
A first magnetic field forming part 210 forming a static magnetic field formed in a direction away from a center C of the magnetostrictive patch 220 on the magnetostrictive patch 220;
A second magnetic field forming unit 230 forming a coercive field in the direction parallel to the static magnetic field formed by the first magnetic field forming unit 210 on the magnetostrictive patch 220; And
A first support portion 242 disposed along the periphery of the magnetostrictive patch and a first center portion 241 disposed on the upper side of the first support portion 242 in parallel with the magnetostrictive patch 220. [ Includes a resonant structure (240)
As the current flowing through the coil of the second magnetic field forming unit changes, the magnetostrictive patch is deformed, and the guided ultrasonic wave propagates to the object to which the magnetostrictive patch is attached. When the guided ultrasonic wave is reflected by the first resonant structure 240 And the output is increased as a result of superposition of the induced ultrasonic wave generated by the magnetostrictive patch and the reflected wave, 청구항 4에 있어서,
상기 제1공진 구조물(240) 상에는,
상기 자기 변형 패치(220)와 나란하고, 상기 제1중앙부(241)와 평면 형상이 동일하게 원형인 제2중앙부(346)와, 상기 제1공진 구조물(240)의 제1중앙부(241) 상면과 상기 제2중앙부(346)를 연결하는 제2지지부(347)를 포함하는 제2공진 구조물(345)이 더 설치된 것을 특징으로 하는 자기 변형 트랜스듀서. The method of claim 4,
On the first resonant structure 240,
A second central portion 346 which is parallel to the magnetostrictive patch 220 and is circular in plan view with respect to the first central portion 241 and a second central portion 346 which is circular in plan view from the first central portion 241, And a second support part (347) connecting the second center part (346) to the second support part (346). 청구항 4에 있어서,
상기 제2자기장 형성부(230)는 상기 자기 변형 패치(220)와 나란한 평면상에서 그 원주 방향을 따라 감긴 코일을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 자기 변형 트랜스듀서. The method of claim 4,
Wherein the second magnetic field forming portion (230) comprises a coil wound along a circumferential direction on a plane parallel to the magnetostrictive patch (220). 청구항 4에 있어서,
상기 제1자기장 형성부(210)는 하나의 극이 상기 자기 변형 패치(220)를 향하고 다른 극은 상기 자기 변형 패치(220)에 대해 연직 방향을 향하도록 배치된 영구자석을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 자기 변형 트랜스듀서. The method of claim 4,
The first magnetic field forming unit 210 is formed to include a permanent magnet disposed such that one pole faces the magnetostrictive patch 220 and the other pole faces a vertical direction with respect to the magnetostrictive patch 220 Magnetostrictive transducer. 대상체(400)에 초음파를 전달하는 트랜스듀서 상에 특정 주파수 영역에서 트랜스듀서의 출력을 향상시키도록 공진 현상을 일으키는 공진 구조물(240)을 트랜스듀서와 물리적으로 연결되도록 설치하는 설치 단계;
상기 설치 단계에서 설치된 트랜스듀서를 작동하여 초음파를 발진하고, 발진된 초음파가 상기 공진 구조물에 의해 반사되어 중첩되도록 하는 발진 단계; 및
상기 발진 단계에서 발진된 초음파를 측정하는 측정 단계를 포함하는 트랜스듀서 출력의 향상 방법. A mounting step of mounting a resonance structure 240 which causes a resonance phenomenon to physically connect the transducer to the transducer to improve the output of the transducer in a specific frequency range on a transducer that transmits ultrasound to the object 400;
An oscillation step of oscillating an ultrasonic wave by operating a transducer installed in the installation step and causing the oscillated ultrasonic waves to be reflected and superimposed by the resonance structure; And
And measuring the ultrasonic waves oscillated in the oscillating step.
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