KR20060049525A - 초음파 송수파기 - Google Patents
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Abstract
종래의 초음파 송수파기에서는, 온도 변화에 따라 정전 용량이 변화하고, 이에 동반하여 잔향 시간이 길어지거나 근거리에서 장해물 검출이 가능하지 않았다. 이에 대한 대책으로서 온도 보상 콘덴서가 이용되고 있지만, 가격이 상승한다는 문제가 있어 왔다. 이를 해결하고자 그 대책으로서 온도 보상 콘덴서를 이용하지 않아도 온도 변화에 따라 잔향 시간의 변화를 억제할 수 있도록, 바닥을 댄 원통형 케이스와 압전 소자 사이에, 또는 압전 소자와 바닥을 댄 원통형 케이스와의 접착면의 반대면에, 또는 압전 소자의 양면에 저열팽장합금인 인바합금 등의 접합시키는 방법이 있지만, 반사감도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 초음파 송수파기에 있어서, 바닥을 댄 원통형 케이스의 압전 소자 접착면에 형성된 링 모양의 홈에, 링 모양으로 가공한 저열팽장합금인 인바합금을 접착, 압입 등으로 메워 넣고, 그 위에 압전 소자를 접합함으로써 온도 보상 콘덴서를 이용하지 않고 반사감도 역시 저하시키지 않으며 넓은 온도범위에서 장해물을 안정적으로 검지할 수 있다.
초음파 송수파기, 압전 소자, 잔향 시간
Description
도 1은 본 발명의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기의 개략종단면도이다.
도 2의 a는 본 발명의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기에서 바닥을 댄 원통형 케이스의 개략상면도 및 종단면도이다.
도 2의 b는 본 발명의 다른 실시형태에 관련한 초음파 송수파기에서 바닥을 댄 원통형 케이스의 개략상면도 및 종단면도이다.
도 2의 c는 본 발명의 다른 실시형태에 관련한 초음파 송수파기에서 바닥을 댄 원통형 케이스의 개략상면도 및 종단면도이다.
도 3의 a는 종래의 실시형태 1에 관련한 초음파 송수파기의 개략종단면이다.
도 3의 b는 종래의 실시형태 2에 관련한 초음파 송수파기의 개략종단면이다.
도 3의 c는 종래의 실시형태 2에 관련한 초음파 송수파기의 개략종단면이다.
도 3의 d는 종래의 실시형태 2에 관련한 초음파 송수파기의 개략종단면이다.
도 4는 초음파 송수파기의 정전 용량의 온도 변화와, 온도 보상 콘덴서의 정전 용량의 온도 변화와, 초음파 송수파기와 온도 보상 콘덴서의 합성 정전 용량의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기의 잔향 시간을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기의 잔향 시간을 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 실시형태 1 및 2에 관련한 초음파 송수파기와, 본 발명의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기의 반사감도를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 압전 소자(piezoelectric element)
2 : 바닥을 댄 원통형 케이스(有底筒狀 케이스)(bottomed cylindrical)
3 : 저열팽장합금(低熱膨張合金) 등으로 이루어진 판재
4 : 봉지제(Rubber Packing)
5a : 입출력 리드
5b : 입출력 리드
6 : 흡음재(acoustic absorbent)
7 : 바닥을 댄 원통형 케이스의 바닥면 내부에 설치되는 홈(groove)
특허문헌 1 : 일본특허공개공보 2004-135089호.
비특허문헌 1 : 谷腰欣司(타니코시 킨지) 저술 「초음파와 그 사용법 - 초음파 송수파기, 초음파 모터」 일간공업신문 1994년.
본 발명은 초음파 주파수대의 송신 또는 수신을 수행하는 초음파 송수파기에 관한 것이다.
종래의 실시형태와 관련한 초음파 송수파기에 있어서, 초음파 송수파기를 차의 범퍼 등에 내장하여 설치하고, 차 주변의 장해물을 검출하고자 하는 경우, 초음파 송수파기로 펄스버스트(pulse-burst) 전기신호를 입력하는 것에 따라 초음파 송수파기로부터 상기 입력된 펄스버스트 전기신호에 응답한 초음파 신호가 발진한다. 상기 발진한 초음파 신호는 장해물에 도달하고, 장해물에 맞닿은 초음파 신호는 상기 장해물로부터 반사되며, 이 반사된 초음파 신호의 일부는 동일한 초음파 송수파기로 되돌아간다. 초음파 송수파기는 상기 반사신호를 수신함에 따라 장해물을 검출한다.
종래의 실시형태와 관련한 초음파 송수신파기에 있어서, 환경온도의 변화에 따라 초음파 송수파기의 정전 용량이 변화하여, 잔향 시간이 길어지거나 근거리를 검지할 수 없게 되는 문제가 발생한다. 더욱이, 상기 온도 변화에 따라 정전 용량의 보정을 위한 온도 보상 콘덴서가 일반적으로 이용되고 있으나, 가격이 비싸 시스템의 가격을 상승시키는 문제가 있어왔다. 이들을 종래의 실시형태 1이라 명명하고, 도 3의 a에서 상기 실시형태에 관련한 초음파 송수파기의 개략 종단면도를 도시한다. 도 3의 a에서, 알루미늄재 등으로 이루어진 바닥을 댄 원통형 케이스(2)의 바닥면 내부에 압전 소자(1)를 접합시켜 유니몰프(unimolf) 진동자를 구성한다. 압전 소자(1)와 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와의 접착면측의 반대면으로부터 입출력 리드(5a), 또는 바닥을 댄 원통형 케이스(2)로부터 입출력 리드(5b)를 솔딩 (soldering) 등을 하여 취출(取出)한다. 압전 소자(1)와 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와의 접착면측과, 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와는 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 압전 소자(1)와 입출력 리드(5a) 및, 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와 입출력 리드(5b)와는 전기적으로 접속되어 있다. 압전 소자(1)의 윗면으로 실리콘 발포제 등으로 이루어진 흡음재(6)를 얹어 놓고, 상기 흡음제(6) 위로 실리콘재, 우레탄재 등의 탄성재로 이루어진 봉지제(4)를 충전하여 바닥을 댄 원통형 케이스(2)의 내부를 구성한다.
상기 문제를 개선하기 위하여 바닥을 댄 원통형 케이스와 압전 소자 사이에, 또는 압전 소자와 바닥을 댄 원통형 케이스와의 접착면측의 반대면, 또는 압전 소자의 양면으로 저열팽장합금인 인바합금(infra-alloy) 등을 접합시킴으로써 온도 변화에 의한 초음파 송수파기의 정전 용량의 변화를 억제하며, 잔향의 변화를 억제시킬 수 있는 방법이 제시되고 있다. 이들을 종래의 실시형태 2로 명명하고, 도 3의 b, 도 3의 c 및 도 3의 d에 그 실시형태와 관련하여 초음파 송수파기의 개략 종단면도를 도시한다. 도 3의 b에서, 알루미늄재 등으로 이루어진 바닥을 댄 원통형 케이스(2)의 바닥면 내부에 저열팽장합금 등으로 이루어진 판재(3)와, 더불어 그 위에 압전 소자(1)를 접합시켜 유니몰프 진동자를 구성한다. 압전 소자(1)와 저열팽장합금 등으로 이루어진 판재(3)와의 접착면측의 반대면으로부터 입출력 리드(5a), 또는 바닥을 댄 원통형 케이스(2)로부터 입출력 리드(5b)를 솔딩 등으로 취출한다. 압전 소자(1)와 저열팽장합금 등으로 이루어진 판재(3)와의 접착면측과 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와는 전기적으로 접속되어 있고, 또한 압전 소자(1)와 입출력 리드(5a) 및, 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와 입출력 리드(5b)와는 전기적으로 접속되어 있다. 압전 소자(1)의 윗면으로 발포실리콘 등으로 이루어진 흡음재(6)를 얹어놓고, 상기 흡음제(6) 위로 실리콘재, 우레탄재 등으로 이루어진 봉지제(4)를 충전하여 바닥을 댄 원통형 케이스(2)의 내부를 구성한다.
하지만, 이러한 방법에서는 온도 변화에 따라 초음파 송수파기의 정전 용량의 변화를 억제하여 잔향의 변화를 억제할 수 있는 개선 효과를 얻는 것이 가능하지만, 종래의 것에 비하여 반사감도가 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 반사감도를 저하시키지 않고 온도 변화에 따라 정전 용량의 변화를 억제하며, 잔향의 영향을 억제하기 위한 것이다.
바닥을 댄 원통형 케이스의 바닥면 내부에 압전 소자를 접합시켜 유니몰프 진동자를 구성하고, 상기 진동체의 케이스 외측면에서 초음파의 송신, 수신을 수행하는 초음파 송수파기에 있어서, 바닥을 댄 원통형 케이스의 압전 소자 접착면에 링 모양의 홈을 형성하고, 상기 형상에 대응하여 링 모양으로 가공된 저열팽장합금인 인바합금 등을 접착 또는 압입 등에 의해 바닥을 댄 원통형 케이스에 메워 넣고, 그 위에 압전 소자를 접합함으로써 반사감도를 저하시키지 않고 온도 변화에 의한 초음파 송수파기의 정전 용량의 변화를 억제하며, 잔향의 변화를 억제할 수 있다.
카-백 센서(car-back sensor) 등에 이용할 때에, 넓은 온도범위에서, 근거리 까지 안정적으로 장해물을 검지할 수 있도록 하는 목적을, 온도 보상 콘덴서를 이용하지 않는 상태에서 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기의 개략종단면도를 나타낸다. 도 2의 a는 본 발명의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기에서 바닥을 댄 원통형 케이스의 개략상면도 및 종단면도, 도 2의 b 및 도 2의 c는 본 발명의 다른 실시형태에 관련한 초음파 송수파기에서 바닥을 댄 원통형 케이스의 개략상면도 및 종단면도를 나타낸다. 도 1에서, 알루미늄재 등으로 이루어진 바닥을 댄 원통형 케이스(2)의 바닥면 내부에 링 모양의 홈(7)을 형성하고, 동일하게 링 모양으로 가공한 저열팽장합금 등으로 이루어진 판재(3)를 바닥을 댄 원통형 케이스에 형성한 홈(7)에 접착 또는 압입 등에 의해 메워놓고, 또한 그 위에 압전 소자(1)를 접합시켜 유니몰프 진동자를 구성한다. 또한, 바닥을 댄 원통형 케이스(2)에 설치된 홈(7) 및 그곳에 메워놓은 저열팽장함금 등으로 이루어진 판재(3)는 도 2의 b에 도시한 것과 같이, 링 모양으로 되어도 무방하고, 또 도 2의 c에 도시한 것과 같이, 저열팽장합금 등으로 이루어진 판재(3)를 압전 소자(1)의 접착면 근방에 위치하도록 복수 개로 분할하여 메워놓고, 그 위에 압전 소자(1)를 접합시켜 유니몰프 진동자를 구성하여도 무방하다. 압전 소자(1)와 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와의 접착면측과 반대면의 압전 소자(1)로부터 입출력 리드(5a), 또는 바닥을 댄 원통형 케이스(2)로부터 입출력 리드(5b)를 솔딩 등에 의해 취출한다. 압전 소자(1)와 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와의 접착면측과, 저열팽장합금 등으로 이루어진 판재(3), 및 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와는 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 압전 소자(1) 와 입출력 리드(5a), 및 바닥을 댄 원통형 케이스(2)와 입출력 리드(5b)와는 전기적으로 접속되어 있다. 압전 소자(1)의 윗면에 발포실리콘 등으로 이루어진 흡음재(6)를 얹어두고, 상기 흡음제(6) 위로 실리콘재, 우레탄재 등으로 이루어진 봉지제(4)를 충전하여 바닥을 댄 원통형 케이스(2)의 내부를 구성한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 종래의 실시형태 1에 관련한 초음파 송수파기의 경우, 온도 변화에 따라 정전 용량이 변화하고, 회로에서 이용되는 변압기의 인덕턴스와의 공진매칭이 어긋나 도 5와 같이 잔향이 증대한다. 이에 대한 대책으로서 초음파 송수파기와 역(逆)인 온도특성을 갖는 온도 보상 콘덴서를 병렬로 접속하고, 온도 변화에 따라 합성 정전 용량의 변화를 억제하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 종래의 실시형태 1에 관련하여 초음파 송수파기의 경우, 온도 변화에 따라 정전 용량이 변화하고, 회로에서 이용되고 있는 변압기의 인덕턴스와의 공진매칭이 어긋나 도 5와 같이 잔향이 증대한다. 이에 대한 대책으로서 초음파 송수파기와 역인 온도특성을 갖는 온도 보상 콘덴서를 병렬로 접속하고, 온도 변화에 의한 합성 정전 용량의 변화를 억제하고 있다.
본 발명에서는 초음파 송수파기 자체의 온도 변화에 따라 정전 용량의 변화를 억제하기 위해 온도 보상 콘덴서를 이용하지 않고도 동일한 온도특성을 실현할 수 있다. 도 5에, 종래의 실시형태 1에 관련한 초음파 송수파기의 잔향 시간을 나타내는 모식도를 도시한다. 도 6에, 본 발명의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기의 잔향 시간을 나타내는 모식도를 도시한다. 더불어 종래의 실시형태 2에 관련한 초음파 송수파기에서는 종래의 실시형태 1에 관련한 초음파 송수파기와 비교하 여 반사감도가 저하되지만, 본 발명의 실시형태에서는 반사 감도가 저하되는 것을 방지할 수 있고, 종래의 실시형태 1과 동등한 반사감도를 유지할 수 있다. 도 7에 종래의 실시형태 1 및 2에 관련한 초음파 송수파기와 본 발명의 실시형태에 관련한 초음파 송수파기의 반사감도의 비교도를 도시한다.
본 발명은 차의 백-센서 뿐만 아니라, 방적형(防滴型, dripproof) 초음파 송수파기가 이용되는 다양한 분야에 적용할 수 있다.
본 발명은 반사감도가 높고, 또한 온도 변화에 의한 정전 용량의 변화가 적기 때문에 온도 보상 콘덴서를 이용하지 않아도 넓은 온도범위에서 오동작 없이 근거리의 장해물 검출이 가능하다는 이점을 갖는다.
Claims (1)
- 바닥을 댄 원통형 케이스의 바닥면 내부에 압전 소자를 접합시켜 유니몰프 진동자를 구성하고, 상기 진동체의 케이스 외측면에서 초음파의 송신 또는 수신을 수행하는 초음파 송수파기에 있어서,바닥을 댄 원통형 케이스의 압전 소자 접착면에 링 모양의 홈을 형성하고, 상기 형상에 대응하여 링 모양으로 가공된 저열팽장합금인 인바합금 등을 접착 또는 압입 등에 의해 바닥을 댄 원통형 케이스에 메워넣고, 그 위에 압전 소자를 접합하는 것을 특징으로 하는 초음파 송신파기.
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