KR20070071216A - 스펀지를 이용한 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파거리 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서의 전면 개구로부터 유입되는 먼지나 부유물질을 차단하여 초음파 특성 변화 및 성능 저하를 방지하고 또한, 초음파 센서의 후미 방향으로 전파되는 초음파 에너지 및 진동을 차단하여 초기신호 및 링타임을 줄이도록 하는 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 거리 센서 구조에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 공진자를 포함한 초음파 진동판 상면부에 일정 간격을 띄어 먼지 차단재 등을 설치함으로써 센서 전면부로 방출되는 초음파의 효율은 떨어뜨리지 않고 하우징의 개구로부터 유입되는 먼지나 부유물을 차단시키며, 초음파 진동판 후면부에는 초음파 에너지 및 진동을 효과적으로 차단할 수 있는 흡음재를 충진함으로써 초기신호 및 링타임을 감소시켜 거리 분해능을 향상시킬 수 있다. 상기 진동판은 원형 또는 사각의 압전판 및 상기 압전판에 접착 고정된 원형 금속판을 포함하며, 상기 진동판의 상면에는 초음파 효율을 높이기 위해 콘형 공진자가 설치된다. 상기 진동판의 금속판과 압전판은 도전성 와이어를 통해 각각 출력 리드에 연결된다. 상기 진동판과 베이스는 실리콘으로 완전히 충전되며, 방호 스크린을 갖는 플라스틱 하우징은 상기 진동판에 접촉되지 않고 상기 진동판을 덮도록, 상기 베이스에 고정된다.

먼지 차단구조, 진동제어형, 초음파 거리센서, 초음파

Description

스펀지를 이용한 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 거리 센서 {Ultrasonic Distance Sensor Employing Sponge and Back-Load for Blocking Dust and Damped Vibration}

도 1은 종래의 기술에 따른 금속판과 압전세라믹의 굴곡 진동모드를 이용한 개방형 타입의 초음파 거리 센서를 보인 단면도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 먼지 차단 구조의 진동 제어용 초음파 거리 센서 구조를 보인 단면도

도 3은 유니모르프형 진동자의 도식도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 원형 금속판 20: 압전세라믹 30: 콘형 공진자 40 : 음향공간 50: 베이스 60: 도전성 와이어 70: 출력리드 80: 음향 방출 개구 90: 하우징 100: 흡음재 200: 진동판 300: 먼지 차단재

본 발명은 경보기, 거리계 등에 사용되는 개방형 타입의 압전형 초음파 거리 센서 에 관한 것으로, 특히 진동판(200)의 전면에 먼지 차단재(300)를 설치함으로써 음향 방출 스크린(80)을 갖는 센서의 전면 개구로부터 유입되는 먼지나 부유물질을 차단하여 초음파 굴곡 진동 모드의 특성 변화 및 성능 저하를 방지하고 또한, 진동판의 후미에 흡음재(100)를 충진 함으로서 센서 후미로 전달되는 초음파를 흡수 또는 감쇄시켜 베이스나 케이블로 전달되는 진동을 방지함으로써 센서 전면부로 방출되는 초음파의 초기신호 및 링 타임을 줄이도록 한 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 센서 구조에 관한 것이다.

일반적으로 이러한 종류의 초음파 거리 센서는 도 1에 도시한 바와 같이 원형의 금속판(10)과 전극들이 형성되며 상기 전극들 중의 한 전극이 상기 금속판에 접착되는 압전 세라믹판(20)을 갖는 유니모르프형 진동판(200)을 포함하고, 이것에 콘형 공진자(30)가 배설되어 있다. 상기 진동판(200)은 실리콘 등을 사용하여 베이스(50)에 접착되는 한편, 음향 방출 개구(80)를 갖는 하우징(90)이 덮인다.

종래의 개방형 압전형 초음파 거리 센서의 경우 전면 음향 방출 개구(80)를 통해 먼지 및 부유 물질이 유입되어 쌓이게 되면 음향 진동판(200) 및 공진자(30)의 특성에 영향을 주게 되어 굴곡 모드의 공진 주파수가 안정화되지 않고 감도 저하 및 지향성에 문제를 야기시킬 수 있다. 그리고 압전형 센서를 이용한 초음파 거리 계측 시스템의 구성에 있어서 초기신호가 길어지게 되면 짧은 거리에서 정확한 검출이 어렵게 된다. 또한, 링 타임이 길어지게 되면 인접한 두개의 불연속부에 대해 분리 구별할 수 있는 능력이 떨어지게 된다. 이것은 초음파의 분해능에 관한 것으로 주파수를 높이거나 적절한 진동의 감폭(Damping)에 의해 성능을 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 본 발명은, 센서 전면부로의 초음파 방출 효율은 유지하면서 개구를 통해 먼지나 부유물질이 유입되어 쌓이지 않도록 하는 동시에 진동판에 접착 고정된 베이스와 케이블을 통한 진동 등이 센서 후미로 전달되지 않도록 하고 굴곡 모드의 여진을 감소시키는 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원형의 하우징 내의 베이스에 접착 고정된 콘형 공진자를 포함하는 진동판의 전면에 일정 간격을 띄워 먼지 차단재를 설치하고 진동판의 후미에는 흡음재를 충진한 것을 특징으로 한다. 상기 흡음 충진재는 실리콘 또는 고무 등을 사용한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 원형의 금속판(10)과, 상면 및 하면에 전극이 형성되며 상기 전극들 중의 적어도 한 전극이 원형의 금속판에 접착되는 원형 또는 사각의 압전세라믹판(20)을 갖는 유니모르프형 진동판(200); 상기 금속판의 상면에 부착되고 초음파의 효율을 향상시키기 위한 콘형 공진자(30); 상기 콘형 공진자의 상면에 일정 간격을 띄워 설치되어 전면 음향 방출 스크린의 개구(80)로부 터 유입되는 부유물을 막기 위한 먼지 차단재(300); 상기 진동판을 지지하고 제동 홀(damping hole)을 갖는 베이스(50); 상기 금속판과 상기 압전판에 도전성 와이어(60)를 통해 연결되는 출력리드(70); 상기 진동판의 후면에 충진 되어 진동 및 잡음을 방지하고 초음파의 링타임을 줄이기 위한 흡음재(100); 상기 진동판(200) 및 공진자(30)에 접촉되지 않고 덮도록 베이스(50)에 접착 고정되는 음향 방출 스크린(80)을 갖는 하우징(90);을 포함하는 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 거리 센서 구조로서, 상기 진동판은, 상기 금속판과 상기 압전판에 형성된 전극 사이에 소정의 전기 신호가 인가되는 경우, 길이 방향 벤딩 모드로 진동한다. 이때, 하우징 내부에 설치된 먼지 차단재(100) 등은 전면부로 방출되는 초음파의 효율은 유지하면서 음향 방출 개구를 통해 유입되는 먼지 및 부유물을 방지하고, 진동판 후미의 실리콘 및 고무 수지 등으로 이루어진 충진재는 베이스 및 와이어를 통해 전달되는 진동을 방지하기 때문에 초음파 센서의 후미 방향으로 발생되는 초음파 에너지를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 초음파의 감쇄로 인해 링타임이 짧아지게 되어 보다 정확한 거리 검출을 가능하게 한다.

본 발명의 상술한 구조 및 배치에 따르면, 도 2, 3에 도시한 바와 같이, 유니모르프형 진동판(200)은 원형의 금속판(10)과 전극들이 형성되며 상기 전극들 중의 한 전극이 상기 금속판에 접착되는 원형 또는 사각의 압전 세라믹판(20)을 포함한다. 금속판과 압전판의 한 면은 도전성 와이어(60)를 통하여 베이스(50)에 고정되는 출력리드(70)와 연결된다. 또, 진동판과 베이스는 실리콘과 고무 같은 흡음재료(100)로 충진이 된다. 음향 공간(40) 은 제동 홀(damping hole)로 작용하여 후면으로 방 출되는 음파를 일부 흡수 및 감쇄시킨다. 플라스틱 하우징(90)은 음향 방출 스크린(80)을 가지며 비 접촉되게 진동판을 덮도록 베이스에 접착 고정된다. 접착은 에폭시나 순간접착제로 한다. 음향 방출 개구로부터 유입되는 먼지나 부유물을 막기 위한 먼지 차단재(300)는 스펀지 등을 사용할 수 있으며, 먼지 차단재는 하우징 내부 상단에 위치하며, 실리콘 등으로 접착된다.

도 1은 종래의 압전형 초음파 거리 센서의 단면도를 나타낸다.

도 2는 본 발명 초음파 거리 센서의 실시 예를 나타낸 것으로, 기본적인 구성은 종래 예와 같고, 하우징 내부 상단 즉, 공진자 전면에 먼지 차단재가 설치되며, 진동판 후미에는 흡음재 겸용 충진재가 설치된다.

도 3은 원형의 금속판에 접착되는 유니모르프형 진동판을 도시한다.

이상과 같이, 본 발명은 초음파 거리 센서를 구비하는 구성 중 공진자의 전면에 먼지 차단재를 설치함으로써 음향 방출 개구를 통해 전달되는 먼지 및 부유물질을 방지하여 센서의 특성 변화 및 성능변화의 요인을 효과적으로 차단할 수 있어 센서를 보다 안정적으로 사용할 수 있으며, 진동판의 후미에 실리콘 및 고무수지 등의 흡음재를 충진함으로써 베이스나 와이어를 통해 전달되는 진동 및 잡음을 방지하여 센서 후미 방향으로 발생되는 초음파 에너지를 효과적으로 차단할 수 있어 센서의 잔향특성을 줄일 수 있으므로 짧은 거리에서의 보다 정확한 거리 검출이 가능할 것이다. 또한, 초음파의 감쇄효과로 인해 시간축상의 신호길이가 짧아지게 되어 근거 리 분해능도 향상시킬 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 원형의 금속판과 전극들이 형성되며 상기 전극들 중의 한 전극이 상기 금속판에 접착되는 원형의 압전 세라믹판을 갖는 유니모르프형 진동판을 포함하고, 이것에 콘형 공진자가 배설되어 있는 개방형 압전형 초음파 거리 센서에 있어서, 공진자의 전면에 일정 간격을 띄우고 먼지 차단재 등이 설치되며 진동판의 후미에 흡음재가 충진된 것을 특징으로 하는 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 거리 센서.
2. 제 1항에 있어서 상기 흡음재는 실리콘 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 거리 센서
3. 제 1항에 있어서 상기 흡음재는 고무 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 거리 센서
4. 제 1항에 있어서 상기 흡음재는 리드와이어와 베이스, 하우징 내부를 모두 충진시키는 것을 특징으로 하는 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 거리 센서 .
5. 제 1항에 있어서 상기 먼지 차단재는 스펀지를 이용하는 것을 특징으로 하는 먼지 차단 구조의 진동 제어형 초음파 거리 센서.

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