Development of an Ultrasonic Pulser/Receiver for High-Resolution Ultrasonic Imaging

Abstract

본 연구는 고해상도 초음파 영상화에 최적화된 펄서/리시버 시스템을 개발하고 그 성능을 입증하는 것을 목표로 한다. 초음파 영상 기술은 고주파 음파를 이용해 물체 내부 구조를 시각화하는 비침습 진단 기술로, 의료 및 비파괴 검사(NDT) 분야에서 널리 사용된다. 본 시스템은 기존 상용 장비의 한계를 극복하기 위해 소형화·고성능화·사용자 맞춤 제어를 동시에 만족하도록 설계되었다. 총 세 개의 PCB(메인보드, 고전압 부스트 컨버터, 제어 패널)로 구성되며, 마이크로컨트롤러(MCU)를 중심으로 시스템을 설계하였다. 사용자는 전면 패널의 각각의 스위치를 통해 실시간으로 주요 파라미터(펄스 폭, 에너지, 필터 주파수 등)를 제어할 수 있으며 동일한 기능을 PC 기반 UI 에서도 실행 가능하도록 이중 모드 제어 방식을 개발하였다. 펄서(Pulser) 회로는 고전압 부스트 컨버터와 MOSFET 드라이버로 구성되어 고전압 펄스를 15ns 의 짧은 폭으로 출력할 수 있으며 수신부(Receiver)는 증폭 및 감쇄 구조의 가변 증폭기, 고역/저역 필터를 포함하여 최대 50dB 의 이득 조절이 가능하였다. 나아가 아날로그 신호 손실을 방지하기 위해 50 Ω 임피던스 매칭을 적용하였다. 성능 검증은 스캐닝 음향현미경을 활용하여 수행되었으며 A-scan 및 C-scan 스캐닝을 통해 내부 구조의 깊이 정보와 결함을 정밀하게 시각화할 수 있음을 확인하였다. 실험 결과, 펄스 전압, PRF(Pulse Repetition Frequency), 펄스 폭, 이득 제어 모두 목표값 대비 높은 정밀도로 구현되었으며 전면 패널과 PC UI 간의 제어 일관성도 확인하였다. 본 시스템은 높은 해상도, 우수한 신호 품질, 넓은 범용성을 갖춘 초음파 펄서/리시버로 의료 영상 장비 및 산업용 검사 장비에 모두 적용 가능한 확장성을 보여준다.