[설계보고서] 13 초음파센서를 이용한 물체 검출회로 설계 (예비레포트) : 초음파의 기본 원리와 특징, 구조와 동작원리 이해하고, 구동 회로 설계능력 배양

소개글

[설계보고서] 13 초음파센서를 이용한 물체 검출회로 설계 (예비레포트) : 초음파의 기본 원리와 특징, 구조와 동작원리 이해하고, 구동 회로 설계능력 배양에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 관련 이론
3. 설계 내용
4. 연구과제

본문내용

따라 변화하는 현상을 보이게 된다.
4. 연구과제
1) 압전형 초음파 센서의 동작원리를 설명하시오. - 압전 세라믹스는 고온에서 소결한 다결정의 강유전체이다. 소성후(미분극상태)에서 이대로는 압전성을 나타내지 않는다. 그 이유는 결정내의 전기 쌍극자가 각각 따로따로여서 전체적으로 그 총합이 0이 되기 때문이다. 마치 영구 자석을 만드는 경우와 유사하다. 그러므로 압전성을 갖게 하기 위해서 수kV/mm의 직류 강전계를 가해 전기 쌍극자를 일정한 방향으로 정돈할 필요가 있다. 이 처리를 분극 처리라고 한다. 분극 처리를 행한 후에는 직류강전계를 제거해도 쌍극자 모멘트는 남기 때문에 큰 압전성을 나타낸다.
주파수가 수십 KHz인 공중초음파 센서는 압전 세라믹을 결합시킨 bimorph 진동자의 왜곡진동을 이용한다. 그러나 주파수가 80 kHz 이상이 되면 실용적인 특성을 얻을 수 없기 때문에 고주파에서는 압전 세라믹의 세로진동을 이용한다. 압전 진동자는 용액 속에서 또는 금속 내에서 MHz급 초음파의 송수신도 가능하다. 센서는 압전소자의 압전효과를 이용하여 초음파를 발생시키고, 이를 다시 전기적 신호로 바꾸어 대상 물체를 감지하는 것이다.
2) 논리게이트 IC를 이용한 초음파 송신회로를 설계하시오.
- 앞에서부터 순서대로 40 kHz 고주파 발진부, 버퍼 및 전력 증폭부(IC:HC4049), 초음파 발진부이다. 마지막에 초음파 발진부에서 출력되는 주파수는 초음파 에너지(40 kHz)가 된다.
3) 초음파 거리계의 구동 회로를 도시하고, 각 부분별 기능을 설명하시오.
- 회로 구성은 위 회로도에 의거해서, 우선 초음파 센서의 드라이브는 NE555 타이머용 IC 1개로 구성해, 40 KHz를 발진시켜 직접 센서를 구동하고 있다. 그 발진의 기동, 정지를 PIC의 포토로부터 실시한다만, 발진 회로는 15 V로 구동되고 있으므로, 트랜지스터로 전압 변환을 하고 있다. 수신용의 초음파 센서에는 직접 콤퍼레이터를 접속해, 이것도 전압 변환 후 PIC에 입력하고 있다. 초음파를 수신하면 출력이\"High\"된다. 이번 전원에는 15 V와 5 V 두 종류가 필요하므로, 2개의 3 단자 레귤레이터를 사용하고 있다.
첫 번째로 ‘FLO-100‘ 라는 초음파가스유량계를 예로들 수 있다. 왼쪽 위의 그림이 초음파가스유량계의 그림인데 이것은 초음파 시간차법을 이용하여 배관내에 흐르는 다양한 종류의 가스의 유량을 측정하는 계측기기이다. FLO-100은 신호를 송수신하는 초음파센 와 시간차를 측정하여 유량으로 환산하고, 이 유량값을 외부기기로 전송하는 제어부로 구성되어 있다. FLO-100은 각종 산업현장에서 발생하는 다양한 종류의 가스유량을 압력손실 없이 아주 정확하고 안정되게 측정하여 현장의 밸브나 토탈라이저 등과 함께 제어용으로 사용된다.
두 번째로 초음파를 이용한 비파괴 검사를 예로 들 수 있다.
공사장의 콘크리트 내부에 결함 확인 등
고체 내부의 빈 공간등을 찾아내는데 사용한다.
4) 초음파센서를 이용한 물체 검출회로가 산업현장에 적용된 예를 드시오.

키워드

초음파센서,   물체검출회로,   예비레포트,   초음파,   초음파 원리,   초음파센서 구조,   물체 검출회로 설계