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················································································ 명장양성프로젝트 【MDP】 과제발표회 자료집 Ⅰ | 219

1) 센서 구성

초음파 센서에는 외형적으로 보았을 때에 동그란 것이
2개가 있습니다. 한개는 발사하는 부분으로 Trig라고 부
르며, 다른 하나는 받는 부분인 Echo라는 장치입니다.

=> 송신용 초음파 센서 [ Trig ]
초음파를 출력한다는 것은 송신 소자에 공진 주파수와 동시에 주파수의 발진 전력을 공급하여야 하는
데, 공급하는 신호는 구형파 펄스이고 전압 진폭은 1~20V 정도입니다. 직류 성분이 없어야하므로 콘덴
서를 사용하여 직류성분을 제거하여 공급합니다. 전압이 높으면 음압이 높게 되므로 멀리까지 보낼 수
있지만 약 10V에서 포화되어 10V이상 전압을 높여도 큰 효과는 없습니다.

=> 수신용 초음파 센서 [ Echo ]
초음파를 수신하면 그 출력 단자에 전압을 출력합니다. 수신 감도는 센서의 공진 주파수 근처가, 송신
기와 마찬가지로 40khz가 가장 좋으며 출력에 부하 저항을 연결하면 그 양단에 초음파의 강약에 따라서
40khz의 정현파가 나타나게 됩니다. 출력 전압은 거리에 따라 달라지기 때문에 증폭해서 비교기에서 고
감도로 검출하여 디지털 신호로 변환하여 사용합니다.

2) 동작 원리
* 압전효과
초음파를 발생하고 검출하는데 가장 사용되고 있는 원리는 압전효과입니다.
수정 산화바륨 등과 같은 결정에 힘을 가하면, 내부에서 전기분극이 발생하여 결정 표면에는 그림과
같이 전하가 나타나는데, 이것을 ‘직접 압전효과’ 라고 부릅니다.
전계(E)를 가하면 결정이 기계적 변형을 일으키는데, ‘역 압전효과’ 라고 부릅니다.
이때 기계적 변형의 방향은 인가전계의 방향 (인가전압의 극성) 에 의존합니다.
이와 같은 두 효과를 압전기라고 부습니다.
- 대칭중심을 갖지 않는 물질
힘이 가해지지 않은 상태에서는 (+)전하의 중심과 (-)전하의 중심이 일치하므로 분극이 발생하지 않는
다. 힘을 가하면 결정 내부의 전하의 중심이 일치하지 않아서 결정내부에서 분극이 발생하여 결정 표면
에 전하가 나타납니다.