초록
압전 소자는 전기적 에너지를 기계적 에너지로, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 물질이다. 피에조 세라믹판을 이용하여 탄성 매질을 겹쳐서 만든 벤더 엘리멘트는 전압을 가하면 변위가 발생하는 특성을 이용하여 액츄에이터로 사용할 수 있고, 반대로 변위가 생기면 전압이 발생하는 압전 현상을 이용하여 변위를 계측하는 트랜스듀서로 활용하여 탄성파 시험의 발진자와 수진기로 실내 시험에서 사용되고 있다. 벤더 엘리멘트를 이용한 탄성파 시험으로 토목재료로 많이 쓰이는 콘크리트의 강성을 측정하였고, 자유단 공진주 시험을 통하여 그 결과를 평가 하였다. 카올리나이트를 이용하여 연약지반을 모사하여 카올리나이트 슬러리의 압밀에 따른 강성 변화를 탄성파 시험을 이용하여 측정할 수 있다. 벤더 엘리멘트는 연약지반에서 전단파 계측에 탁월한 성능을 가지고 있으며, 장래에 연약지반 현장 계측에 사용될 가능성이 큰 것으로 입증되었다.
Piezo-ceramics are special materials which transform energy from mechanical to electrical forms and vice versa. Bender elements are composite materials consisting of thin piezo-ceramics and elastic shims, and are widely used as actuators and transducers in the field of electronics, robotics, autos and mechatronics utilizing the effectiveness of energy transformation capability. In geotechnical engineering, commercial bender elements are used in laboratory as source and receiver in the measurements of soil stiffness. The elements were built by using various metal shims sandwiched between piezo-ceramics and coating over the composite in the research. A pair of elements were buried in a concrete block and used as source and receiver to measure the stiffness of the concrete. The test results were verified by comparing with the resonant column testing results. In a preliminary stage of the development of an in-situ seismic testing equipment using bender elements for soft clay materials, shear waves were generated and measured by burying the elements in the barrel of kaolinite and water mixture. The measured shear wave signals were so distinct for the first-arrival pick that applicability of the elements in the field measurements could be very promising.
