위상배열 초음파 변환자의 전기 임피던스 정합 효과 분석 (Analysis of Electrical Impedance Matching Effect of Phased Array Ultrasonic Transducers)

서지정보

· 발행기관 : 한국비파괴검사학회
· 수록지 정보 : 비파괴검사학회지 / 43권 / 5호 / 357 ~ 366페이지
· 저자명 : 장재원, 이효성, 김건우, 김기복

초록

S 스캔 영상을 획득하는 위상배열 초음파탐상검사에서 결함/비결함 신호를 효과적으로 구분하려면감도와 분해능이 높고 대역폭이 넓은 위상배열 초음파 변환자가 요구된다. 이를 위해 압전소자, 전면정합층및 후면재의 물성 및 전기 임피던스 튜닝과 같은 변환자 설계 인자 분석에 관한 연구가 수행되고 있다. 본연구에서는 위상배열 초음파 변환자의 전기 임피던스 정합을 통한 분해능 및 감도를 개선하는 방법이 제안되었다. 세부적으로, L-정합, LC-정합과 같은 전기 임피던스 정합 회로를 KLM 모델에 적용하여 전기 임피던스 정합 전·후의 파형을 시뮬레이션하였다. 이후 실제 제작된 위상배열 초음파 변환자에 사용하여 정합 후의파형을 획득하여 정합 전·후의 응답 신호 크기를 비교·분석하였다. 결론적으로, 시뮬레이션 결과를 토대로LC-정합하여 제작된 위상배열 초음파의 A 스캔 신호를 측정한 결과 피크 전압 크기는 정합 전보다 약 6 dB 정도 증가하였으며, 향후 위상배열 초음파 변환자의 성능향상을 위해 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

영어초록

In phased array ultrasonic testing(PAUT) that acquires S-scan images, a phased array ultrasonic transducer with high sensitivity, high resolution and wide bandwidth is required to effectively distinguish between defect and non-defect signals. To address this, studies have recently been conducted on the design factors of the transducers such as the characteristics of piezoelectric elements, front matching layers, backing materials, and electrical impedance tuning have been recently conducted. Among them, the electrical impedance tuning is one of the most important design factors that control the sensitivity and bandwidth of ultrasonic transducers. In the current study, to improve the resolution and sensitivity of a phased array ultrasonic transducer, an electrical impedance tunning method was suggested. For this, the waveforms of ultrasonic transducers between before and after electrical impedance matching were simulated by applying L-matching or LC-matching circuits coupled with the Krimholtz-Leedom-Matthaei model. Then, the simulated waveforms were compared and analyzed each other. Consequently, based on the simulation outcome, the A-scan waveforms of the fabricated phased array ultrasonic transducer were obtained and its amplitude was increased up to 6 dB. This result demonstrated that the developed method has a great potential to improve the performance of phased array ultrasonic transducers.

참고자료

· 없음