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2025 Vol.44, Issue 1 Preview Page

Research Article

Enhancing the output of ultrasonic sensors for automobiles using acoustic metamaterial

음향 메타물질을 활용한 자동차용 초음파 센서 출력 향상

Jeonghun Ahn1
,
KyungJun Song1*
안 정훈1
,
송 경준1*
1부산대학교 기계공학부
*Corresponding Author
31 January 2025. pp. 22-29
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Abstract

본 논문에서는 차량용 초음파 센서에 음향 메타물질을 결합하여 초음파 신호의 음압 레벨(Sound Pressure Level, SPL)을 증가시키는 효과를 연구하였다. 본 연구에서는 초음파 센서에 탈부착이 가능한 형태로 매우 얇은 음향 메타물질을 부착하여, 센서와 메타물질 사이에 형성된 슬릿(slit)과 갭(gap) 구조를 통해 공진 현상을 유도하였다. 이를 통해 초음파 센서의 발진 시 발생하는 음파와 메타물질 구조가 공진 형상을 이루며, 임피던스 매칭 조건에 의해 음압 레벨이 증가하는 원리를 이론적으로 규명하였다. 더불어, 유한요소 해석(Finite Element Analysis, FEA)과 실험 결과를 통해 음향 메타물질을 적용한 경우 초음파 센서의 음압 레벨이 58 kHz 주파수 대역에서 약 10 dB 증가함을 확인하였다. 이러한 신호 강도의 증가로 인해 초음파 센서의 감지 거리가 기존 대비 3배 이상 향상되는 결과를 얻었다. 본 연구는 음향 메타물질을 활용하여 기존 초음파 센서의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 가능성을 제시한다.

Keywords
Metamaterial
Ultrasonic sensor
Impedance matching
Signal amplification

본 논문에서는 차량용 초음파 센서에 음향 메타물질을 결합하여 초음파 신호의 음압 레벨(Sound Pressure Level, SPL)을 증가시키는 효과를 연구하였다. 본 연구에서는 초음파 센서에 탈부착이 가능한 형태로 매우 얇은 음향 메타물질을 부착하여, 센서와 메타물질 사이에 형성된 슬릿(slit)과 갭(gap) 구조를 통해 공진 현상을 유도하였다. 이를 통해 초음파 센서의 발진 시 발생하는 음파와 메타물질 구조가 공진 형상을 이루며, 임피던스 매칭 조건에 의해 음압 레벨이 증가하는 원리를 이론적으로 규명하였다. 더불어, 유한요소 해석(Finite Element Analysis, FEA)과 실험 결과를 통해 음향 메타물질을 적용한 경우 초음파 센서의 음압 레벨이 58 kHz 주파수 대역에서 약 10 dB 증가함을 확인하였다. 이러한 신호 강도의 증가로 인해 초음파 센서의 감지 거리가 기존 대비 3배 이상 향상되는 결과를 얻었다. 본 연구는 음향 메타물질을 활용하여 기존 초음파 센서의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 가능성을 제시한다.

키워드
메타물질
초음파 센서
임피던스 일치
신호 증폭
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Information
  • Publisher :The Acoustical Society of Korea
  • Publisher(Ko) :한국음향학회
  • Journal Title :The Journal of the Acoustical Society of Korea
  • Journal Title(Ko) :한국음향학회지
  • Volume : 44
  • No :1
  • Pages :22-29
  • Received Date : 2024-11-05
  • Revised Date : 2024-12-24
  • Accepted Date : 2025-01-03
  • DOI :https://doi.org/10.7776/ASK.2025.44.1.022
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