Transducer

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Definition

A transducer is a device that
transforms a signal
from one energy form to another energy form.

즉, 에너지의 형태를 변환시키는 장치 를 가리켜 Transducer라고 한다.

넓게 이야기하는 경우, 다루기 쉬운 형태로 신호를 변경하는 경우도 transducer라고 함.
대부분 에너지의 형태가 바꿔주는 기기를 transducer라고 보는 게 일반적이다.

사용처

대표적인 예가 Sensor라고 할 수 있다.
"압력" 이나, "진동", "소리", "힘" 등을 전기 신호 로 변환해주는 sensor의 경우, 신호의 에너지 형태를 다루기 쉬운 전기,전자 신호로 바꾸는 것이기 때문에 Transducer임.

반대로 전기, 전자 신호를 역학적 에너지로 변환시키는 actuator도 역시 transducer라고 할 수 있다.

가장 쉬운 예로 드는 것이 스피커와 마이크로, 이 둘은 sound wave와 electrical signal의 변환을 담당하는 transducer라고 할 수 있다.

의료기기에서 대표적 Transducer.

Ultrasound의 probe (or search unit, 탐촉자)가 바로 transducer로 전기적 에너지와 음파 에너지간의 변환을 담당한다.

Ultrasound에서는 piezoelectic effect 에 기반한 transducer를 통해,
매질에 초음파를 보내거나 매질에서 반사되어진 초음파를 수신한다.

Ultrasound에서 transducer의 piezoelectric, 즉 transducer의 압전 결정(crystal)으로는 PZT(lead zirconate titanate)라는 합성결정이 주로 사용되며, 해당 Piezoelectric crystal의 두께가 얇을 수록 고주파의 초음파가 발생함.

두께의 2배가 되는 파장이 바로 해당 transducer의 동작주파수 (~중심주파수, 공명주파수) 를 결정.
동작주파수 는 transducer가 가장 쉽게 전기신호로 변경할 수 있는 음파의 주파수에 해당함.

Pressure + Electric = Piezoelectric (압력 + 전기 = 압전)

참고

Crystal (결정)

3차원상에서 고체를 이루는 입자(분자, icon, 원자 등)들이 주기적인(~반복되는) 패턴으로 배열되어 구성된 solid(고체).
고체(solid)는 물질을 담고 있는 용기의 모양과 크기와 상관없이 자체적으로 부피와 형태를 유지하는 물체임.
고체들 중에서 입자들이 매우 규칙적인 패턴으로 배열되어 고체를 이루는 경우, 해당 고체를 crystal이라고 함.
눈(snow), 얼음, 소금 등이 대표적인 예임.

Piezoelectric element (압전소자, 압전기)

전기적으로 중성이 아닌 crystal(결정)들이 piezoelectric element 로 사용됨.
소금과 같이 전기적으로 중성인 결정들과 달리,
결정 내의 양전하를 가지는 입자의 위치와 음전하를 가지는 입자의 위치가 어긋나 있어서 비대칭적인 전하분포를 가짐.
해당 결정에 가해지는 압력 으로 인해 결정을 이루는 입자들의 위치가 바뀔 경우, 이에 대응하여 전하분포(or polarization의 정도)가 바뀌면서 전기 에너지 가 발생하게 됨.
이를 통해 압력 에너지와 전기에너지의 변환을 가능하게 됨.