KR20130013431A - 초음파 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 센서에 관한 것이다.
본 발명의 초음파 센서는, 내부 공간이 구비된 케이스; 상기 케이스의 내부 공간 저면에 안착되며, 복수개의 압전소자와 온도보상 캐패시터가 일렬로 장착된 기판; 및 상기 기판의 상부에 장착되는 흡음재;를 포함한다.

Description

초음파 센서{Ultrasonic sensor}
본 발명은 초음파 센서에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 케이스 저면에 복수의 압전소자와 온도보상 캐패시터가 결합된 기판이 장착되어 효율적인 양산이 가능하도록 한 초음파 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 초음파 센서는 압전(piezoelectriity) 방식과 자왜(magnetostriction) 방식의 2가지 종류가 주로 이용되고 있다. 압전방식은 수정, PZT(압전재료), 압전 폴리머 등의 물체에 압력을 가하면 전압이 유기되고 반대로 전압을 가하면 진동을 유발하는 현상을 이용한 방식을 뜻하며, 자왜방식은 철, 니켈, 코발트의 합금 등에 나타나는 줄 효과(Joule effect : 자장을 가하면 진동이 생기는 현상)와 빌라리 효과(Villari effecct : 응력을 가하면 자장이 발생하는 현상)를 이용하는 방식을 말한다.
초음파 소자는 초음파 센서이면서 동시에 초음파 발생기라 할 수 있다. 압전방식의 경우 압전소자에 초음파 진동이 가해져 생기는 전압으로 초음파를 감지하고 압전소자에 전압을 가해 생기는 진동으로 초음파를 발생시키기 때문이다. 자왜방식의 경우도 줄 효과에 의해 초음파를 발생하고 빌라리 효과에 의해 초음파를 감지한다.
현재 일반적으로 사용되고 있는 초음파 센서는 압전소자를 이용한 압전방식으로 케이스의 내부에 압전소자가 안착되고 이 압전소자에서 발생되는 초음파가 케이스를 통해 외부로 방출되는 구조로 되어있다. 이러한 구조의 초음파 센서는 케이스가 압전소자의 전극 역할을 하므로 케이스는 전도성 재질을 사용하며 압전소자와 케이스는 전도성 접착제에 의하여 전기적으로 연결된 상태로 접착된다.
또한, 통상의 초음파 센서는 압전소자의 초음파 진동이 외부로 용이하게 방출되기 위하여 케이스의 저면에 압전소자를 배치하고, 그 상부에 부직포 및 기판을 순차적으로 적층한 후 케이스 내부에 몰딩재를 이용하여 부직포와 기판을 고정하게 되는데, 기판과 부직포 및 압전소자를 비롯한 의 조립시 별도의 고정수단이 없기 때문에 조립 자동화가 어렵고 조립 시간이 길어지게 되는 문제점이 지적되고 있다.
따라서, 본 발명은 종래 초음파 센서에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 비전도성 재질로 구성된 케이스의 저면에 복수의 압전소자와 온도보상 캐패시터가 결합된 기판이 장착됨으로써, 제작이 간단하고 대량 생산이 가능하도록 한 초음파 센서가 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 내부 공간이 구비된 케이스; 상기 케이스의 내부 공간 저면에 안착되며, 복수개의 압전소자와 온도보상 캐패시터가 일렬로 장착된 기판; 및 상기 기판의 상부에 장착되는 흡음재;를 포함하는 초음파 센서가 제공됨에 의해서 달성된다.
본 발명의 초음파 센서는 상기 케이스의 외부에서 인입되어 연결선을 통해 상기 기판의 전극부와 전기적으로 접속된 복수의 리드선을 더 포함할 수 있다.
상기 케이스는 기판에 삽입된 압전소자와의 절연을 위해서 비전도성 재질로 구성될 수 있으며, 상기 기판에 장착되어 상기 케이스의 저면에 결합되는 압전소자는 상기 케이스와 절연성 접착제를 통해 밀착 결합될 수 있다.
본 발명의 초음파 센서는 상기 케이스의 내부로 주입되어 경화됨에 의해서 흡음재와 기판을 고정시키는 몰딩재를 더 포함한다.
상기 기판에 삽입된 압전소자와 온도보상 캐패시터는 정육면체 또는 직육면체의 형태로 구성될 수 있으며, 복수개의 압전소자가 기판을 통한 전원 인가에 의해서 개별적으로 진동한다.
이때, 상기 압전소자의 진동은 상기 케이스의 저면에 대하여 수직한 방향으로 진동되도록 함이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 센서는 케이스 내부에 압전소자가 장착될 때 복수개의 압전소자가 기판에 일렬로 삽입된 구조로 장착됨으로써, 케이스 내 압전소자 조립이 용이해짐에 따라 조립 공정이 단순해지고, 이에 따라 센서의 조립 효율이 현저히 개선될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 센서의 단면도.
도 3은 본 발명의 초음파 센서에 채용되는 기판의 평면도.
도 4는 본 발명의 초음파 센서에 채용되는 기판의 단면도.
본 발명에 따른 초음파 센서의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 초음파 센서의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 초음파 센서에 채용되는 기판의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 초음파 센서에 채용되는 기판의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일실시예의 초음파 센서(100)는 내부 공간(111)이 구비된 케이스(110)와, 상기 케이스(110) 내에 장착된 기판(120)과, 상기 기판(120) 상부에 결합된 흡음재(130) 및 상기 흡음재(130) 상의 케이스(110) 내부에 주입되는 몰딩재(140)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 기판(120)은 일렬 또는 다열로 압전소자(121)와 온도보상 캐패시터(122)가 장착되어 케이스(110) 내의 저면에 장착될 수 있다.
또한, 본 발명의 초음파 센서(100)는 케이스(110)의 외부에서 인입되는 2개의 제1 리드선(151)과 제2 리드선(152)을 더 포함하며, 2개의 리드선(151,152)은 전원 및 외부기기와 전기적으로 연결되어 초음파 센서(100)에 전원을 인가함으로써 압전소자(121)의 진동이 발생되도록 하고, 압전소자(121)에서 발생된 초음파가 피측정물에 반사되어 되돌아오는 초음파를 압전소자(121)가 수신하여 생성된 전압을 외부 기기로 전달하는 전달하는 역할을 한다.
상기 케이스(110)는 원통형 또는 함체형으로 구성될 수 있으며, 전도성 재질로 구성되어 내부에 다수의 부품을 수용할 수 있는 내부 공간(111)이 구비될 수 있다.
또한, 케이스(110)는 비전도성 재질로 구성될 수 있다. 즉, 케이스(110) 내에 장착되는 기판(120)이 회로 패턴이 구비되어 있음에 따라 기판(120)의 양측부에 양극과 음극이 형성되기 때문에 압전소자(121)를 구동시키기 위한 전원의 인가 수단으로 케이스(110)와 전기적으로 접속될 필요가 없어 케이스(110)를 비전도성의 절연 재질로 구성할 수 있다.
상기 케이스(110) 내의 저면에 장착되는 기판(120)은 통상의 인쇄회로기판(PCB) 및 세라믹 기판(120)이 채용될 수 있으며, 기판(120) 내에 다수의 관통공 또는 홈이 형성되어 관통공 또는 홈 내부에 복수의 압전소자(121)와 온도보상 캐패시터(122)가 일렬 또는 복수열로 삽입되어 장착될 수 있다.
상기 기판(120)은 양측 단자(도면 미도시)를 통해 양극(+)과 음극(-)이 구현되는 데, 기판(120)에 형성된 회로 패턴에 압전소자(121)와 온도보상 캐패시터(122)가 전기적으로 연결된 상태로 상기 관통공 또는 홈에 삽입됨에 따라 기판(120)의 양측부에 양극과 음극이 형성될 수 있다.
이때, 상기 기판(120)에 형성된 양극과 음극에는 상기 제1 리드선(151) 및 제2 리드선(152)에서 연장된 연결선(153)이 각각 전기적으로 연결된다.
상기 기판(120)에 결합된 압전소자(121)와 온도보상 캐패시터(122)는 주로 정육면체 또는 직육면체로 구성될 수 있으며, 압전소자(121)는 기판(120)에 관통된 형태로 결합되어 케이스(110) 내에 기판(120) 장착시 압전소자(121)의 하면이 케이스(110)의 저면에 밀착되도록 하여 압전소자(121)의 진동에 의한 초음파 방사가 용이하게 이루어지도록 함이 바람직하다.
압전소자(121)는 제1 리드선(151)과 제2 리드선(152)이 전기적으로 연결된 기판(120)을 통해 전류가 인가되면 변위 발생에 의해 진동 초음파가 발생되는 구성요소로서, 기판(120)을 통해 인가되는 전류의 극성에 따라 신장하거나 수축하는 성질에 의해서 전류의 극성을 반복하여 바꾸어주면 압전소자(121)가 신장과 수축을 반복하면서 떨림에 의한 진동이 발생하게 되고, 이러한 원리를 통해 압전소자(121)로부터 초음파가 발생될 수 있다.
상기 압전소자(121)는 기판(120)의 각 관통공 내에서 개별적인 진동이 이루어지게 되며 케이스(110)의 저면에 대하여 수직 방향(도 4 참조)으로 진동이 발생되게 장착될 수 있다.
상기 압전소자(121)의 진동 방향이 케이스(110) 저면에 수직하게 하는 이유는 압전소자(121)의 개별적 진동시 케이스(110) 저면과 수평한 방향으로의 진동보다 수직한 방향의 진동이 압전소자(121)의 진동력을 3배 가량 더 향상시킬 수 있기 때문이다.
상기 기판(120)에 결합되는 압전소자(121)와 온도보상 캐패시터(122)의 배치는 특별히 정해진 위치로 한정되지는 않으나, 복수개의 압전소자(121)가 개별적으로 진동되면서 공명이 발생됨에 따라 진동력이 배가 될 수 있도록 압전소자(121)를 기판(120)의 중앙부에 밀집시켜 배치하고, 온도보상 캐패시터(122)를 기판(120)의 외곽부에 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이스(110)의 저면에 밀착된 압전소자(121)는 절연 성능을 향상시키고 케이스(110)와의 접합 밀도를 향상시키기 위하여 에폭시 등으로 구성된 비전도성 접착제(160)를 통해 접합될 수 있다.
압전소자(121)를 케이스(110)와 비전도성의 에폭시를 이용하여 접합하는 이유는 에폭시로 구성된 비전도성의 접착제는 도전을 위한 필러 등이 포함되어 있지 않기 때문에 비교적 얇은 상태로 케이스(110)와 압전소자(121) 사이에 도포될 수 있으며, 얇게 도포된 접착제에 의해서 압전소자(121)의 진동력이 상쇄되지 않고 케이스(110)를 통해 용이하게 방사될 수 있다.
상기 기판(120)의 상부에는 통상적으로 부직포 등으로 구성된 흡음재(130)를 배치한다. 흡음재(130)는 기판(120)에 관통 결합된 압전소자(121)의 상부에 밀착되어 압전소자(121)의 초음파를 발생 후 나타나는 잔향을 감소시키는 역할을 한다.
흡음재(130)를 통해 압전소자(121)의 잔향을 감소시키는 이유는, 압전소자(121)가 초음파를 발생시키는 역할 외에 외부로 발산된 초음파가 피측정물에 반사되어 되돌아오는 초음파를 감지하는 역할도 동시에 수행하게 되는 바, 초음파 발생 후의 잔향을 완전히 제거해야만 반사된 초음파를 용이하게 감지하고, 감지 시간을 단축할 수 있기 때문이다.
한편, 케이스(110)의 저면에 접착제(160)를 통해 밀착 결합되는 압전소자(121)는 외부 온도에 따라 정전용량값이 변할 수 있는 성질을 가지고 있는 데, 이러한 정전용량값의 변화로 인하여 저온(-40℃ 이하)에서는 압전소자(121)의 잔향 진동이 증가하여 시스템의 오작동이 발생될 수 있으며, 고온(80℃ 이상)에서는 압전소자(121)의 감도 저하로 인하여 감지 거리가 줄어들 수 있다.
이와 같이 외부 온도 변화에 따라 압전소자(121)의 불량이 발생되는 것을 방지하기 위하여 온도보상 캐패시터(122)를 장착하여 압전소자(121)의 정전용량 변화값을 보상해주게 되는 데, 기판(120)의 외곽부에 상기 압전소자(121)와 동일 또는 유사한 형상으로 제작된 온도보상 캐패시터(122)가 기판(120)에 삽입 또는 관통하여 결합될 수 있다.
이와 같이, 압전소자(121)와 온도보상 캐패시터(122)가 장착된 상태의 기판(120)이 케이스(110)의 하부측에 삽입되고 그 상부에 흡음재(130)가 결합되어 다수의 부품들이 고정된 후에는 상기 흡음재(130) 상부에 몰딩재(140)를 주입하여 경화시켜 초음파 센서(100)의 제작을 완료할 수 있다. 이때, 몰딩재(140)는 상기 케이스(110) 내부에 위치한 다수의 부품들을 고정시키고 보호하는 역할을 하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재되는 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110. 케이스 120. 기판
121. 압전소자 122. 온도보상 캐패시터
130. 흡음재 140. 몰딩재
151, 152. 제1, 제2 리드선

Claims (7)

  1. 내부 공간이 구비된 케이스;
    상기 케이스의 내부 공간 저면에 안착되며, 복수개의 압전소자와 온도보상 캐패시터가 일렬로 장착된 기판; 및
    상기 기판의 상부에 장착되는 흡음재;
    를 포함하는 초음파 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 센서는, 상기 케이스의 외부에서 인입되어 연결선을 통해 상기 기판의 양극 및 음극과 전기적으로 접속된 복수의 리드선을 더 포함하는 초음파 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는, 비전도성 재질로 구성된 초음파 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 케이스와 절연성 접착제를 통해 밀착 결합되는 초음파 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 센서는, 상기 케이스의 내부로 주입되어 경화됨에 의해서 흡음재와 기판을 고정시키는 몰딩재를 더 포함하는 초음파 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 기판을 통한 전원 인가에 의해서 개별적으로 진동하며, 상기 케이스의 저면에 대하여 수직한 방향으로 진동되는 초음파 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 압전소자는 상기 기판의 중앙부에 밀집시켜 배치하고, 상기 온도보상 캐패시터는 상기 기판의 외곽부에 배치되는 초음파 센서.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180138366A (ko) * 2017-06-21 2018-12-31 이진식 기계의 다양한 측정값을 측정하기 위한 센서 어셈블리

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI701850B (zh) * 2019-06-12 2020-08-11 千竣科技有限公司 超聲波偵測裝置及其製法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3233059B2 (ja) * 1997-03-07 2001-11-26 株式会社村田製作所 超音波センサ
US6250162B1 (en) * 1998-04-24 2001-06-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ultrasonic sensor
US6443900B2 (en) * 2000-03-15 2002-09-03 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic wave transducer system and ultrasonic wave transducer
JP3501100B2 (ja) * 2000-05-15 2004-02-23 株式会社村田製作所 超音波送受波器
KR101102223B1 (ko) * 2006-11-27 2012-01-05 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 초음파 트랜스듀서

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180138366A (ko) * 2017-06-21 2018-12-31 이진식 기계의 다양한 측정값을 측정하기 위한 센서 어셈블리

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