LDM 물방울 리프팅 원리 및 설계 방법_4

이제 금속캡의 두께 선정에 대해 알아보자.

금속캡의 재질은 초음파 진동을 피부에 직접 전달하기 위해 알루미늄 합금, 스테인리스 스틸, 티타늄, 티타늄 합금의 재료를 사용한다. 특히 압전 트랜스듀서에서 발생된 초음파를 효과적으로 전달하기 위해서는 압전 트랜스듀서에서 발생된 초음파의 주파수에 상응하도록 금속캡 두께가 설정되어야 한다.

 

예를 들어, 압전 트랜스듀서가 1/2 λ  ( λ는 제1차 공진주파수의 파장)의 두께를 가지는 경우,

금속 캡의 두께는 아래와 같은 식을 따른다.

 

 

 

위 식에서 t는 금속캡이 압전 트랜스듀서에 접하는 부분의 두께를 나타내고, n은 자연수, v는 압전 트랜스듀서와 접하는 금속 캡의 음속이고, fr1은 제1차 공진 주파수를 의미한다.

 

 

예시 1)  압전 트랜스듀서의 제1차 공진 주파수가 1 MHz이고, 2차 공진 주파수가 3 MHz이며, 금속 캡의 두께가 스테인리스로 SUS303이라고 설정한다. 스테인리스 SUS303의 음속은 5,640m/s이다. 그리고 n을 1로 설정한다.

설정한 값들을 위의 수학식에  대입해보면, 금속 캡의 두께는 2.82mm가 된다.

 

 

예시 2) 예시 1과 모든 조건이 동일하며, n=2, 제2차 공진 주파수를 피부에 전달하기 위해서는 금속 캡의 두께는 5.64mm가 되어야 한다.

 

 

 

이제 이런한 궁금증이 생길 것이다.

왜 1차 공진 주파수만 쓰면 되지 2차 공진 주파수까지 쓰는 것일까?

 

이러한 궁금증에 대한 답은 바로 여기 있다.

물론, 1차 공진 주파수를 활용하는 것이 초음파 전력, 음향 효율 입장에서는 좋다.

하지만 1차 공진 주파수가 피부 속에 작용하는 기전과 2차 공진 주파수가 피부속 작용하는 기전이 다르다는 것이 가장 큰 이유이다.

 

1차 공진 주파수는 2차 공진 주파수에 비해 주파수가 낮기 때문에, 피부속 깊은 곳을 침투하여 자극하는데 유리하고,

2차 공진 주파수는 주파수가 높기 때문에 피부속 얕은 곳을 침투하여 자극하는데 유리하다.

(주파수가 높을수록, 감쇠가 커지므로 초음파가 피부 속 깊은 곳을 침투할 수 없다.)

 

 

 

 

위의 그림을 통해 조금 더 자세하게 설명하면,

 

1 MHz의 초음파는 표피, 진피, 피하지방, 근육까지 전달된다.

따라서, 피부 모든 영역에서 골고루 마사지 효과를 줄 수 있다.

 

3 MHz의 초음파는 표피, 진피까지 전달된다.

1 MHz의 초음파와 마찬가지로  피부 전반적인 영역에 마시지 효과를 줄 수 있다.

 

1,3 MHz의 초음파는 전반적인 마사지 및  화장품의 침투 효과를 증가하기 위해 쓰이는 것이 일반적인 목적이다.

 

10 MHz의 초음파는 표피 층가지 전달 된다.

표피층 자극을 틍해 열충격 단백질(HSP, Heat Shock Protein) 농도가 증가하여 피부에 손상된 단백질이 재생되는 효과가 있다. 

 

주파수 별로 이러한 장단 점이 있다.

따라서, 시술 부위, 목적에 따라 다양한 주파수를 활용해야 한다. 그래서, LDM 미용기기들을 보게 되면, 다양한 주파수 대역의 팁이 존재하는 것이다.

 

이것으로 LDM 물방울 리프팅  트랜스듀서(transducer) 설계 관련 포스팅을 마친다.