KR100794205B1 - 초음파 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 근거리 물체 감지용 초음파 센서로서, 저면부를 일체로 형성하며 중공부를 갖는 케이스와, 저면부의 상단 중앙부에 부착되는 압전소자와, 저면부의 상단과 접한 케이스의 내측벽 근방에 도포되는 실리콘 수지를 포함한 제1 재진제, 그리고 제1 재진제와 압전소자 사이에 도포되는 에폭시 수지를 포함한 제2 재진제로 구성된다.

이러한 기술적 구성에 의하면 지향각의 증대됨 없이 잔향진동 시간을 최소화시킬 수 있으므로, 본 발명의 초음파 센서를 채용하는 근거리 물체 감지 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.

초음파 센서, 잔향, 진동, 재진제

Description

초음파 센서{ULTRASONIC SENSOR}

도 1은 종래 기술에 따른 초음파 센서의 예시도,

도 2 내지 도 3b는 진동 억제용 재진제를 이용한 종래 초음파 센서에 대한 예시도,

도 4는 재진제의 종류에 따른 초음파 센서의 특성을 예시한 표,

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 센서의 개략적 구성도,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 센서의 개략적 구성도,

도 7a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파 센서의 개략적 구성도,

도 7b는 제3 실시예에 따른 초음파 센서의 지향각 특성을 보인 예시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 제1 실시예에 따른 초음파 센서

200 : 제2 실시예에 따른 초음파 센서

300 : 제3 실시예에 따른 초음파 센서

110, 210, 310 : 케이스 112, 212, 312 : 저면부

114 : 돌출부 116 : 요홈부

120, 220, 320 : 압전소자 130, 230, 330 : 제1 재진제

140, 240, 340 : 제2 재진제

본 발명은 초음파 센서에 관한 것으로, 특히 지향각의 증대됨 없이 잔향진동을 최소화시킬 수 있는 근거리 물체 감지용 초음파 센서에 관한 것이다.

초음파란 주지된 바와 같이 가청주파수 이상의 주파수를 가진 음향에너지로서, 압전소자(또는 압전진동자)를 통해 초음파를 발생하거나 대상물체로부터 반사된 초음파를 전기적 신호로 검출하는 것이 초음파 센서이다.

이러한 초음파 센서를 자동차용 후방 경보기, 코너 경보기 등의 근거리 물체 감지 시스템에 효과적으로 이용하기 위해서는 반드시 정상 진동 후의 잔향(reverberation)을 최소화시켜야 한다.

잔향을 줄이기 위한 종래 기술의 일예로서 첨부된 도 1을 살피면, 초음파 센서는 대략 원통형의 금속성 케이스 내측 저면에 부착되는 압전소자를 마련하고 있으며, 초음파가 후방으로 전파되는 것을 방지하고 불필요한 진동 및 잡음을 방지하기 위한 흡음재가 압전소자 상부에 배치되어 있다.

도 1에 개시된 초음파 센서의 경우 흡음재를 통해 후방의 잔향을 제거하고 있으나, 압전소자가 진동될 때 그 진동에너지가 압전소자가 부착된 케이스의 저면부를 매개로 케이스 외벽으로 전달되는 것을 방지하지 못한다.

한편, 상기한 저면부의 진동에 의한 영향을 줄이기 위해 압전소자의 외연, 구체적으로 케이스 내측의 저면에 진동 억제용 재진제를 도포하는 기술이 개시된 바 있다. 첨부된 도 2 내지 도 3b를 참조로 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2의 초음파 센서(10)는 기본적으로 저면부(2)를 갖는 대략 원통형의 금속 케이스(12)와, 저면부(2)의 상단 중앙에 부착되는 압전소자(14)를 구성하고 있으며, 앞서 언급한 바와 같이 압전소자(14) 주변의 저면부(2) 상단에 진동 억제용 재진제(16)가 도포되어 있다. 재진제로서는 탄성을 갖는 실리콘 수지 또는 실리콘 수지에 비해 경도가 높은 에폭시 수지가 이용될 수 있다.

도 2에서는 케이스(12)의 횡단면 형상이 정원형인 것으로 되어 있으나, 지향특성을 고려하여 도 3a와 같이 중앙에 대략 타원을 형성하도록 설정될 수도 있다. 또한, 저면부(2)의 상단 중앙에 소정 높이로 일체로 돌출되게 형성된 돌출부(22)가 마련되어 있으며, 그 위에 압전소자(14)가 부착되도록 할 수도 있다. 이때 돌출부의 직경은 압전소자의 직경보다 크게 형성될 수 있으며, 돌출부의 외측벽과 케이스의 내측벽 사이에는 돌출부의 높이만큼의 깊이를 갖는 요홈부(18)(도 3b 참조)가 자연히 형성된다.

이러한 기술적 구성을 갖는 초음파 센서(10)의 특징은 재진제(16)가 저면부(2)의 잔향진동을 흡수 또는 억제시킴에 있으며, 이에 따라 초음파 수신시의 잔향시간을 줄이는 장점이 있으나, 재진제의 종류에 따라 주파수 및 지향 특성이 변동되는 단점이 있다.

보다 구체적으로 재진제를 앞서 언급한 실리콘 수지와 에폭시 수지로 대분하 여 특성변화를 살피면, 도 4의 특성표와 같이 실리콘 수지인 경우, 잔향 억제 효과가 중간 정도이고 주파수 상승 효과와 지향각 증대 효과는 적다. 반면에 실리콘 수지에 비해 경도가 높은 에폭시 수지인 경우, 잔향 억제는 매우 효과적이고 주파수 상승 효과와 지향각 증대 효과가 크다.

즉, 실리콘 수지는 지향각 특성에 미치는 영향이 적은 장점이 있으나 잔향진동의 억제('억제'란 의미를 환언하면 잔향진동 시간을 최소화시키는 것으로 재정의 할 수 있다)가 부족하여 근거리 측정의 신뢰성이 떨어지며, 반면 에폭시 수지는 잔향진동의 억제가 탁월하여 근거리 측정에 적합하지만 주파수 변동이 크고 아울러 지향각이 커지는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 초음파 송신시 발생하는 잔향 또는 잔향진동을 효과적으로 억제함으로써 초음파 센서, 더 나아가 이를 채용하는 근거리 물체 감지 시스템의 신뢰성을 높임에 있다.

이러한 특징적인 목적은 서로 다른 특성을 갖는 적어도 두 종류 이상의 재진제를 케이스의 저면부 상단에 도포함으로써 달성된다.

보다 구체적으로 본 발명의 일 관점에 따른 초음파 센서는, 저면부를 일체로 형성하며 중공부를 갖는 케이스와, 저면부의 상단 중앙부에 부착되는 압전소자와, 저면부의 상단과 접한 케이스의 내측벽 근방에 도포되는 실리콘 수지를 포함한 제1 재진제, 및 제1 재진제와 압전소자 사이에 도포되는 에폭시 수지를 포함한 제2 재진제를 포함한다.

바람직하게 저면부는 그 상단 중앙에 소정 높이로 돌출되는 돌출부를 형성할 수 있으며, 이러한 경우 상기한 압전소자가 돌출부의 상부에 부착된다.

한편, 본 발명의 다른 관점에 따른 초음파 센서는, 저면부를 일체로 형성하며 중공부를 갖는 케이스와, 저면부의 상단 중앙부에 부착되는 압전소자와, 압전소자를 기준으로 좌우로 분할되는 저면부 상부의 일 영역에 도포되는 실리콘 수지를 포함한 제1 재진제, 및 저면부 상부의 타 영역에 도포되는 에폭시 수지를 포함한 제2 재진제로 구성된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

[ 제1 실시예 ]

도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 센서의 구성을 보이고 있다.

도 5a의 초음파 센서(100)는 크게 금속 재질의 케이스(110), 압전소자(120), 제1 재진제(130) 및 제2 재진제(140)로 구성된다.

상기 케이스(110)는 원통 형상을 취하며 저면부(112)를 일체로 형성하고 있 다. 이 저면부(112)의 상단 중앙에는 소정 높이로 돌출되는 돌출부(114)를 마련하고 있고, 돌출부(114)의 상부에 압전소자(120)가 부착되어 있다.

앞에서 언급한 바와 같이 돌출부(114)는 압전소자(120)와 마찬가지로 원형의 평면을 취하며, 그 직경은 압전소자(120)보다 크게 형성될 수 있다. 이 돌출부(114)의 형성에 의해 상기 케이스(110)의 내측벽과 돌출부(114)의 외측벽 사이에는 도 5b와 같이 요홈부(116)가 마련된다.

도 5a의 평면도에는 케이스(110)가 대략 타원형의 중공부를 형성하고 있는데, 이 중공부의 형상은 케이스(110)의 내부 저면의 형상으로 이해될 수 있다. 이와 같은 케이스의 횡단면 형상은 지향특성을 고려하여 다양하게 변형될 수 있는데, 예를 들어 도 2에서 보였던 정원형으로 설정될 수 있을 것이다. 또한, 본 실시예에서는 저면부(112) 상단에 돌출부(114)가 형성되어 있는 것으로 설명하였으나, 이 역시 실시 형태에 따라 돌출부가 없는 평면(아래의 제2 실시예 참조)으로도 설정될 수 있다.

한편, 본 실시예의 특징적인 양상에 따르면, 저면부(112)의 상단에 적어도 2개 이상의 서로 다른 특성을 지닌 재진제가 상기 압전소자(120)의 주변에서 띠를 형성하도록 도포된다. 도 5a를 살피면 제1 재진제(130)가 케이스의 내측벽 근방에 도포되어 있으며, 제2 재진제(140)가 제1 재진제(130)와 압전소자(120) 사이의 공간에 도포되어 있다. 본 실시예에서와 같이 요홈부(116)가 형성된 경우에는 상기한 재진제(130, 140)는 요홈부(116) 안에 도포될 것이다.

제1 재진제(130)는 탄성력을 지닌 실리콘 수지를 포함한 접착제가 될 수 있 으며, 제2 재진제(140)는 경도가 높은 에폭시 수지를 포함한 접착제가 될 수 있다.

참고적으로 제2 재진제(140) 만으로 도포할 경우에는 앞에서 살펴본 바와 같이 잔향진동 억제 효과는 크나 지향각이 커지는 단점이 있다. 자동차용 후방 센서 또는 코너 센서에 있어서 초음파 빔 중 수직방향의 빔이 방사되는 각도가 좁을수록 불필요한 오동작을 줄일 수 있게 된다는 점을 고려해보면, 제2 제진제(140) 만으로는 바람직한 결과를 얻을 수 없다.

아울러 본 실시예에서는 제2 재진제(140)가 제1 재진제(130)외 압전소자(120) 사이에 위치하는 것으로 설명하였는데 그 이유는 경도가 높은 제2 재진제(140)가 케이스(110)의 내측벽에 가까워질수록 초음파의 수직방향 빔의 지향각이 커지게 되는 바람직하지 못한 특성을 보이기 때문이다.

상술한 제1 및 제2 재진제를 실제적으로 도포할 때는, 먼저 제1 재진제(130)를 내측벽 근방에 도포한 후, 제2 재진제를 도포하는 것이 좋다. 첨부한 도면의 초음파 센서(100)는 설명의 편의를 위해 그 크기를 과장되게 표현하였지만 실제적으로 소형, 다시 말해 케이스(110)의 내측 저면이 매우 협소하므로, 만약 제2 재진제를 먼저 도포할 경우에는 경화되는 도중 흐름이 발생하게 되어 그 흐름이 케이스(110)의 내측면까지 근접되기 십상이기 때문이다.

이와 같이 서로 다른 특성의 재진제를 도포하게 되면, 잔향진동을 억제함과 동시에 지향각의 퍼짐을 억제할 수 있게 되어 근거리 물체 감지에 적합한 초음파 센서를 구성할 수 있다. 참고적으로 제1 및 제2 재진재의 도포되는 면적, 두께 또는 양을 조절함으로써 주파수를 비롯한 지향특성, 잔향진동 억제 특성을 세밀히 조 절할 수 있을 것이다.

[ 제2 실시예 ]

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 센서에 대한 구성도로서, 제1 실시예에서 언급한 돌출부가 없는 평면 형태의 저면부를 예시하고 있다.

보다 구체적으로, 초음파 센서(200)의 케이스(210)는 제1 실시예에서 설명한 바와 같은 평편 형태의 저면부(212)를 일체로 형성하고 있고, 저면부(212) 상단 중앙에 압전소자(220)가 부착되어 있다. 그리고 제1 재진제(230)가 케이스(210)의 내측벽 근방에 띠를 이루도록 도포되어 있고, 제2 재진제(240)가 상기 제1 재진제(230)와 압전소자(220) 사이에 도포되어 있다.

재진제의 도포 양상을 제1 실시예와 대비해보면, 제1 실시예에서는 요홈부(116)에 의해 제2 재진제(140)가 압전소자(120)와 접촉하지 않는다. 반면에 본 실시예의 경우 제1 실시예에서와 같은 돌출부(114)와 요홈부(116)가 없기 때문에 제2 재진제(240)가 압전소자(220)의 외주면과 접촉하게 된다.

한편, 제1 실시예에서는 그 돌출부(114)에 의해 저면이 좌우로 격리되어 재진제(130, 140)가 좌우로 분리되는 양상을 취한다. 이와 달리 제2 실시예의 재진제(230, 240) 각각은 연속된 타원형 띠를 형성하고 있다. 물론, 제1 실시예의 돌출부(114) 또는 타원형 중공부를 조절(타원의 단축 길이를 조절)함으로써 재진제의 띠가 분리되지 않도록 설정할 수도 있을 것이다.

상술한 제2 실시예는 제1 실시예를 기반으로 변형 가능한 일예를 예시한 것일 뿐, 본 발명이 이러한 예시적 설명에만 국한되는 것은 아니다.

[ 제3 실시예 ]

도 7a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파 센서에 대한 구성도로서, 제1 및 제2 실시예와 다른 재진제의 도포 양상을 보이고 있다.

제1 및 제2 실시예에서는 제1 및 제2 재진재가 해당 압전소자를 주변를 감싸도록, 즉 띠를 이루도록 도포되어 있다. 그러나 본 실시예에서는 압전소자(320)를 중심으로 좌우 저면부(312)의 상단면을 좌우로 분할하고, 분할된 일 영역에 제1 재진제(330)가 도포되어 있고, 타 영역에 제2 도포제(340)가 도포되어 있다.

이러한 제3 실시예에 따르면 지향각 특성을 보인 도 7b와 같이 초음파 센서(300)의 빔을 비대칭적으로 조정할 수 있다.

지금까지 제1 내지 제3 실시예의 초음파 센서에 대한 설명에서, 본 발명의 기술적 사상을 부각시키기 위한 주요 구성요소들만을 언급하였으나, 도 1의 초음파 센서와 같이 흡음재, 실링제 등의 요소가 포함되어야 함은 자명하다 할 것이다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

다수의 바람직한 실시예들을 통해 살펴본 본 발명에 따르면, 서로 다른 특성을 갖는 적어도 두 종류 이상의 재진제들을 케이스의 저면부 상단에 도포함으로써, 초음파 송신 직후 발생하는 잔향진동을 단시간 내에 억제하면서도, 지향각의 증대를 수반하지 않는 근거리 물체 감지에 적합한 초음파 센서를 제공할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상은 종래의 초음파 센서에 별다른 구조 변경 없이 용이하게 적용 가능하며, 재진제의 도포 두께, 넓이, 도포 양, 그리고 도포 방식을 이용하여 주파수 특성을 비롯한 초음파 센서에 요구되는 특성들을 조정할 수 있다.

Claims (6)

1. 근거리 물체 감지용 초음파 센서로서,

   저면부를 일체로 형성하며 중공부를 갖는 케이스;

   상기 저면부의 상단 중앙부에 부착되는 압전소자;

   상기 저면부의 상단과 접한 케이스의 내측벽 근방에 도포되는 실리콘 수지를 포함한 제1 재진제; 및

   상기 제1 재진제와 압전소자 사이에 도포되는 에폭시 수지를 포함한 제2 재진제; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 저면부는 그 상단 중앙에 소정 높이로 돌출되는 돌출부를 형성하며, 상기 압전소자가 상기 돌출부의 상부에 부착되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 저면부의 직경은 상기 압전소자의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 저면부는 그 상단 중앙에 소정 높이로 돌출되는 돌출부를 형성하며, 상기 돌출부 외연의 요홈부에 상기 제1 재진제 및 제2 재진제가 도포되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
5. 초음파 센서로서,

   저면부를 일체로 형성하며 중공부를 갖는 케이스;

   상기 저면부의 상단 중앙부에 부착되는 압전소자;

   상기 압전소자를 기준으로 좌우로 분할되는 상기 저면부 상부의 일 영역에 도포되는 실리콘 수지를 포함한 제1 재진제; 및

   상기 저면부 상부의 타 영역에 도포되는 에폭시 수지를 포함한 제2 재진제; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 저면부는 그 상단 중앙에 소정 높이로 돌출되는 돌출부를 형성하며, 상기 압전소자가 상기 돌출부의 상부에 부착되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.

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