• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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• 1997.06a
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• pp.53-56
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• 1997

Tonpilz 압전변환기에 관하여 유한요소법을 사용하여 공기중의 동특성 해석과 수중의 방사임피던스를 해석하였다. 공기중에서 트랜스듀서의 구조를 변화시키면서 입력 어드미턴스 특성과 진동모드를 해석하여 압전변환기를 모델링하였다. 음향 윈도우를 압전변환기 전면에 부착한 후 유한요소법(FEM)에 의하여 매질의 영향을 고려한 입력어드미턴스 특성을 해석하였으며, 또한 방사임피던스 계산 루틴을 추가하여 무한 배플의 경계조건하에서 방사 임피던스를 해석하였다. 공기중과 수중에서의 해석을 통하여 Tonpilz 압전변환기 단일 소자의 구조 변경 및 기계 부재의 추가등에 따라 변동하는 변환기의 특성 및 방사 임피던스를 해석하므로서 평면 배열형 음향 트랜스듀서의 설계에 필요한 파라메터를 구할 수있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.94-94
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• 2009

전기 에너지를 기계적 에너지 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파모터, 센서등과 같은 응용분야에 넓게 사용되고 있다. 특히, 압전 변압기의 설계와 제조방법에 대해서는 이미 상당히 많은 연구가 수행되어 왔다. 특히, 전원장치에 있어서는 현재 주요부품으로 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로서 누설손실이 없는 압전세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구가 국내외적으로 활발히 진행 중이다. 하지만 지금 까지 널리 사용된 PZT계 압전 세라믹스는 환경문제에 있어서 문제점을 가지고 있다. $1200^{\circ}C$ 이상에서 소결되는 PZT계열의 압전세라믹스 소재를 사용한 전자부품의 60~70%이상이 PbO로 구성되어 있기 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격한 휘발특성을 보이는 PbO로 인한 환경오염문제가 대두되고 있다. 압전변압기, 초음파모터등에 사용될 수 있는 무연계 압전재료 중에 PZT 압전소자의 기능을 대체할 만한 물질로는 높은 큐리온도와 우수한 압전특성을 보이는 $(Na,K)NbO_3$세라믹스가 가장 유력한 것으로 알려져 있다. 즉, 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계 결합계수($k_p$)가 커야 되며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수($Q_m$)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커, 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야 한다. 본 연구에서는 무연계 압전세라믹스를 개발하고, 이를 이용한 전력밀도(power density)가 높은 무연계 압전변압기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다. 따라서 본 연구에서는 무연 압전변압기용 압전 세라믹스를 개발하기 위해 뛰어난 압전 및 유전특성을 가진 무연$(Na,K)NbO_3$계 세라믹스를 기본조성으로 하였고, KCN을 복합 첨가하여 볼 변화에 따른 미세구조, 압전 및 유전특성을 조사하고. 가장 우수한 조성으로 비납 압전변압기를 제작하여 전기적특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2000.05b
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• pp.294-297
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• 2000

본 연구에서는 압전형 음향변환기를 제작하기 위한 금속과 세라믹스로 적층된 원형의 압전음향소자와 음향변환기 케이스를 설계하였다. 먼저 음향소자인 복합원형평판의 진동운동 방정식을 세우고 그 진동모드를 알아보았다. 음향소자의 세라믹스는 두께 1 mm, 지름 10 mm의 PZT(IV)를 사용하였고, 금속판의 지름과 두께를 다양하게 변화시키면서 음향소자의 공진주파수를 계산하고, 각각의 금속판에 따른 감도지수의 변화를 계산하였다. 설계하고자 하는 음향소자의 공진주파수를 200 KHz로 청하고, 위의 계산을 통하여 음향변환소자에 가장 적합한 금속진동판을 찾아보았다. 음향변환기의 복합원형평판으로 이루어진 음향소자의 물리적 변화에 따른 공진주파수와 감도지수를 구하고 음향변환기 케이스의 공진주파수를 계산하여 압전형 음향변환기에 알맞은 금속진동판과 음향변환기 케이스를 알아보았다.

• Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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• v.21 no.4
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• pp.434-438
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• 2001

Piezoelectric torsional transducers have been fabricated to generate torsional waves in a rod. The principle of generating torsional wane is based on the use of the circumferential shear motion derived by axial voltage exerted on the piezoelectric disk poled in the circumferential direction. The natural frequency or the piezoelctric torsional dish has been reduced by fabricating Langevin-type torsional transducers. The natural frequecies of the fabricated transducers have been measured and have shown good agreement with the characteristics predicted by analysis.

• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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• 1992.06a
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• pp.91-95
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• 1992

개영역(open boundary) 내의 변환기에 대한 음장 특성은 경계 조건이 좌표계와 정합되는 특수한 경우 헤름홀쯔 방정식풀이로 그렇지 않은 복잡한 형태의 음장에 대해서는 경계적분법이나 근사해법으로 얻어진다. 그러나 최근 이러한 문제들은 발달된 컴퓨터의 계산능력으로 유한요소법이나 경계요소법을 이용한 수치해법으로 해결되고 있다. 본 연구에서는 경계조건 변화에 따른 원통형 압전변환기의 방사임피던스 및 지향특성을 유한요소법 및 하이브리드형 무한요소법을 이용하여 구하고 기존의 해석적 결과와 비교하여 수중용 변환기 제작의 설계에 대한 기초자료를 제공하고자 한다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.17 no.7
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• pp.1645-1652
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• 2013

In this paper, a new piezoelectric transducer for high performance ultrasonic flaw detector used in non-destructive test (NDT) is implemented. Here, the goals for some major characteristics such as piezoelectric strain constant and electro-mechanical coupling factor are fixed in advanced. Then, the parameters obtained by finite element analysis (FEA) are exploited to design and implement the piezoelectric transducer. As a result of experiments using manufactured samples, it is proved that the new PZT ceramics satisfy the goals very well. It has much improved impedance characteristic at the resonant frequency and generation of ultrasonic signals. In addition, ultrasonic flaw detector with the new transducer provides increased flaw detecting gain than the conventional one. Thus, it is considered that the new flaw detector contributes significantly to improve reliability of the NDT.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TE
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• v.37 no.1
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• pp.18-26
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• 2000

In this paper, piezoelectric transducer was theoretically analyzed to fabricate high frequency piezoelectric transducer with broadband characteristics. Piezoelectric transducer have been fabricated with 3.825${\mu}m$ ZnO film on Pt/Sapphire(0001), and its appilicability of transducer was confirmed with analyzing theoretical and experimental frequency characteristic. The resonance frequency was detected at the frequency of 827.47MHz corresponding to the half-wavelength frequency of ZnO thin film. Insertion loss was almost -50dB. The minimum insertion loss agrees with simulation analysis.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.21 no.1
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• pp.56-61
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• 2002

In piezoelectric ultrasonic linear array transducers widely used for diagnosis, the cross talk caused by the structural cross-coupling between adjacent elements inside the transducer affects the probe performance in a significant manner. In this study, we constructed a finite element model of a piezoelectric ultrasonic transducer, and analyzed its cross talk level with respect to the shape of and materials inside the kerf, The results of this work can be utilized in optimal design of the transducers for medical diagonosis and treatment as well as W applications.

• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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• spring
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• pp.349-352
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• 2002

초음파 진단용으로 널리 사용되는 1차원 배열 압전형 초음파 변환기는 변환기내의 인접한 소자들간의 간섭에 의해 그 특성에 많은 영향을 받는다. 특히 각 소자 사이에 위치한 커프 및 음향 벽의 형상은 변환기 내 음향 간섭에 매우 큰 영향을 미친다. 그러므로 본 연구에서는 일반적으로 복부진단용으로 사용되는 압전형 1차원 배열 의료용 초음파 변환기에서 커프 및 음향 벽의 형상에 따른 음향간섭 레벨의 변화 경향을 유한 요소 해석법을 이용하여 분석하였다. 해석 결과를 바탕으로 소자간 음향간섭을 일으키는 원인을 규명하고, 나아가 음향 간섭레벨을 최소화하기 위한 구조적 방안을 도출하였다. 이러한 연구 결과는 향후 진단용 초음파 변환기의 최적 설계를 위해 중요한 자료가 될 것이며, 의료 치료용, 비파괴 검사용, 그리고 수중 초음파 변환기에도 적용이 가능할 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.18-18
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• 2010

전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파 모터, 센서 등과 같은 응용분야에 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 전원장치에 있어서 현재 주요 전자제품에 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로 압전 세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구는 국내외적으로 활발히 연구되어왔다. 압전변압기는 권선형 변압기와 비교 하였을 때 누설자속이 없어 노이즈 발생이 없고, 공진주파수만을 이용하므로 출력의 파형이 정현파에 가까워 고조파 잡음이 없으며, 불연성의 특징을 가지고 있다. 추가적으로 압전 변압기는 소형화, 슬림화, 경량화가 가능하며 90%이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한, 단판형 압전변압기의 출력한계를 개선하기 위해 높은 승압비와 고출력을 갖는 적층타입의 압전변압기가 제안되었다. 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계결합계수 ($k_p$)가 커야 하며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수(Qm)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야한다. 이러한 압전변압기의 제작 조건을 위해 우수한 압전 및 유전특성을 갖는 PZT계 세라믹스가 주로 사용 되어져 왔다. 그러나, PZT계 세라믹스의 우수한 압전 및 유전특성에도 불구하고 $1000^{\circ}C$에서 급격히 휘발하는 PbO의 성질 때문에 환경적으로나 인체의 건강문제로 인해 전세계적으로 그 사용량을 제한하고 있다. 또한 적층 압전변압기의 구조적 특성상 내부전극과 함께 소결하여야 하는데, 이때 소결온도가 높으면 값비싼 Pd합량이 높은 전극을 사용하여야 한다. Pd함량이 10%미만인 Ag/Pd 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 저온소결이 가능한 세라믹스 제조가 필수적이라 할 수 있다. 소결온도를 낮추는 방법으로는 다른 물질들을 치환하여 소결온도를 낮추는 방법과 미세분말을 만들어 그레인사이즈를 미세화 하는 방법들이 있다. 많은 미세 분말 제조 방법 중에서 Attrition mill은 일반적인 ball mill에 비해 분말의 입도를 미세하게 할 수 있어 증가된 분말의 비표면적에 의하여 반응을 촉진시킴으로써 저온소결이 가능한 세라믹스를 만들 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소결온도가 낮으면서도 유전 및 압전특성이 우수한 조성을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다.