• 센서학회지
• /
• 제6권1호
• /
• pp.1-5
• /
• 1997

La가 첨가된 $PbTiO_{3}(PLT)$ 박편을 이용하여 압전효과에 대한 보상이 이루어진 고감도 초전형 적외선 센서를 제작하였다. 센서는 두 개의 $1{\times}2\;mm^{2}$의 cell을 인접하게 나란히 설치하고 적절히 전극을 배열한 이중소자 형태로 제작하였으며, 제작된 센서는 단일 소자형 센서에 비하여 잡음 특성이 향상되어 신호대 잡음비가 350에 이르렀다. 나아가 2400 V/W 이상의 전압감도, $4.6{\times}10^{-8}\;C/cm^{2}K$의 초전계수 및 $4.2{\times}10^{-11}\;Ccm/J$의 전압 성능지수와 8.7 msec의 작은 열시상수 특성들을 보였다. 제작된 초전형 적외선 센서는 적절한 매치를 통하여 인체의 이차원적 이동방향의 감지에 응용할 수 있음을 실험을 통하여 확인하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제22권4호
• /
• pp.329-336
• /
• 2003

본 연구에서는 혈관 내부 조영용으로 사용될 수 있는 원형 배열 초음파 트랜스듀서를 설계하고 제작하였다. 트랜스듀서는 알루미나 튜브 위에 부착된 32개의 압전 소자와 전면 절연층, 고분자 후면층으로 구성된다. 우선 트랜스듀서의 방사특성 해석을 통해 원주방향으로 무지향성을 가지는 원형 배열 구조를 설계하였다. 압전소자로는 2-2형 압전복합재료를 채택하였다. 설계 결과에 따라 직경 3㎜의 원형 배열 트랜스듀서를 제작하고 그 음향특성을 측정하였으며, 측정 결과는 설계치와 잘 일치하였다. 실험적으로 확인된 무지향성은 본트랜스듀서의 IVUS (Intra-Vascular Ultra-Sound)센서로의 적용가능성을 확인시켜 주는 것이었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.295-295
• /
• 2007

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액츄에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근 이러한 에너지 변화 소자는 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 동작 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 기존 이차전지, 연료전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 압전특성으로 전자세라믹스분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시되고 있다. 또한, 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부 전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제적인 문제가 발생하게 된다. 따라서 순수 Ag 전극을 사용하거나, Ag의 비율이 높은 내부 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 소결되는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)\;[(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}Zr_{0.35}Ti_{0.4}]O_3$계의 조성을 설계하여, 소결온도를 낮추기 위해서 2단계 하소법을 이용하였다. 분말을 ball milling을 통해 24시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 72시간 동안 ball milling 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 ${\Phi}21$ disk 형태로 성형한 후, $800{\sim}950^{\circ}C$ 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 전기적 특성을 확인하기 위하여 두께 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 열처리한 후, 분극 처리하였다. 압전특성은 $d_{33}$ 미터로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였다. 그 결과 $900^{\circ}C$에서 우수한 압전 특성 및 전기적 특성을 확보 할 수 있었다.

• 비파괴검사학회지
• /
• 제34권5호
• /
• pp.369-376
• /
• 2014

항공기 구조물 표면에 발생하는 외부 충격은 크랙과 같은 손상을 발생시킬 수 있으며 이는 차후 큰 결함을 야기하기 때문에 충격과 손상을 탐지하고 위치를 추정하는 것은 구조 안정성 모니터링에 있어 중요한 부분이다. 본 연구에서는 능동, 수동 센싱기법을 조합한 L-형상 압전체 센서 배열을 사용하여 충격과 손상을 탐지할 수 있는 기법을 개발하였다. 수동 센싱기법으로 1개 센서군 당 3개의 센서를 L-형상으로 배치하여 충격 발생 각도를 추정하고 2개의 센서군을 사용하여 충격위치를 탐지하는 방법을 도입하였다. 이 수동 센싱기법을 유도초음파 기반의 능동 센싱기법에 확대 적용하여 동일한 압전소자로 충격 탐지와 더불어 손상을 탐지할 수 있는 방법을 개발하였다. 이 기법은 방향에 따른 파동의 속도 변화와 같은 구조물에 대한 정보 없이도 위치 추정이 가능하여 비등방성 구조 내에서도 정확한 충격 및 손상 위치 정보를 얻을 수 있다. 개발된 기법을 날개 형태 구조물 및 CFRP 판에 적용하여 실험적으로 정확한 충격 및 손상 위치를 추정할 수 있음을 증명하였다.

• 센서학회지
• /
• 제5권3호
• /
• pp.25-31
• /
• 1996

제철소에서 생산되고, 활용되는 빌렛은 두 종류로 나누어, 밀도가 높은 강편 빌렛과 밀도가 낯은 연주 빌렛이 있다. 강편 빌렛은 밀도가 높고 표면이 매끄러워, 비교적 탐상이 용이하였으나, 연주 빌렛은 밀도간 낮고, 표면이 거칠어 탐상이 어려웠다. 연주 빌렛의 탐상도 가능케하기 위하여 초음파 탐촉자의 재질 및 치수등을 개선하고자 하였다. 주요 실험 결과로는, 초음파의 발신용 부분과, 수신용 부분이 서로 나뉘어 있는 분할형 탐촉자를 채택하였으며, 탐촉자의 치수는 탐상체의 치수와 밀접히 관계됨을 알았다. 예로써, 폭/두께가 각각 160mm인 연주 빌렛의 경우, 압전소자의 길이가 21mm, 폭이 8.5mm, 두께가 0.95mm, 인 것 두장이 나란히 내장된 탐촉자가 가장 적당하였다. 소자의 두께에 의존하는 이 때의 중심 주파수는 2.25MHz 였으며, 두 장의 압전소자간 각도에 의존하는 촛점 거리는 70mm 이었다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
• /
• 한국음향학회 1999년도 학술발표대회 논문집 제18권 1호
• /
• pp.383-386
• /
• 1999

본 연구에서는 공중용 초음파 센서에 많이 사용되고 있는 원판형 압전소자, 정합층, 그리고 후면충, 세 부분으로 이루어진 다층 접합체의 진동 특성을 기계적 진동 방정식을 이용하여 이론적으로 해석하였으며, 해석결과의 타당성을 유한요소 해석방법을 사용하여 검증하였다. 본 연구의 해석 방법은 다층 판, 특히 압전세라믹과 정합층으로 이루어진 2층과 후면층이 추가된 3층에 대한 진동 방정식에 적절한 경계 조건 및 수렴조건을 적용하여 고유진동 주파수를 유도하였다. 그리고 이를 이용하여 초음파 탐측자 개발 시 널리 사용되고 있는 설계변수 즉, 각 층의 반경, 두께, 밀도, 그리고 영률의 변화에 대한 공진주파수의 변화 경향을 분석하였다. 공진주파수 변화 경향에 대한 이 해석 방법의 타당성을 널리 사용되고 있는 유한 요소해석법을 사용하여 검증한 결과, 두 해석결과는 좋은 일치를 보였다. 그러므로 본 연구의 결과는 종래의 등가회로나 유한요소 해석법에 비해 더 간편하고, 더 정확한 해석결과를 제공할 수 있는 해석도구로써 이용될 수 있을 것이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.76-76
• /
• 2009

PZT세라믹스는 높은 압전특성과 우수한 큐리온도($400^{\circ}C$)를 보유하고 있어 오래시간에 걸쳐 주목받고 있다. 현재 압전변압기, 액츄에이터, 센서등의 압전소자는 PZT를 이용하여 제작하고 있지만 PZT는 고온 소결시 PbO의 휘발이 환경오염을 초래하며 인체의 유해하다는 연구결과가 나왔다. 이에 최근에는 PbO가 포함 되지않은 무연(lead-free)계 압전세라믹스가 주목받고 있다. 무연 압전 세라믹스의 종류로는 Bi-layer-structured ceramics, Bi-perovskite type ceramics, NKN base ceramics 가 존재하고 있다. 그 중 $(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3(NKN)$ 세라믹스는 높은 큐리온도와($400^{\circ}C$)와 높은 전기기계 결합계수(약 36%)를 보유하고 있어 많은 연구가 이루어 지고 있다. 하지만 NKN은 PZT에 비하여 치밀성이 낮으며 일반적인 산화물 소결방법으로는 밀도를 높이기가 어려운 단점이 존재한다. 이를 개선하기 위한 방법으로 hot pressing와 spak plasma sintering, RTGG와 같은 방법으로 밀도를 높일수 있지만 비용이 많이 들어 일반적으로 사용이 어렵다. 다른 방법으로 NKN에 첨가물을 넣는 방법을 사용하고 있는데 방법으로 $LiNbO_3$, $LiTiO_3$, $LiSbO_5$를 첨가하여 개선하는 방법이 있다. 본 실험은 첨가물을 넣는 방식으로 비화학양론적 $(Na_{0.5}K_{0.5})_{0.97}(Nb_{0.9}Ta_{0.1})O_3(NKNT)$조성에 CuO를 mol%로 변화주어 유전 및 압전 특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.94-94
• /
• 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.

• 소음진동
• /
• 제6권5호
• /
• pp.555-565
• /
• 1996

This paper is concerned with the theoretical and experimental study on the force control of a miniature robotic finger that grasps an object at three other positions with the fingertip. The artificial finger is a uniform flexible cantilever beam equipped with a distributed set of compact grasping force sensors. Control action is applied by a piezoceramic bimorph strip placed at the base of the finger. The mathematical model of the assembled electro- mechanical system is developed. The distributed sensors are described by a set of concentrated mass-spring system. The formulated equations of motion are then applied to a control problem in which the finger is commanded to grasp an object. The H$_{\infty}$-controller is introduced to drive the finger. The usefulness of the proposed control technique is verified by simulation and experiment..

• 한국정밀공학회지
• /
• 제13권9호
• /
• pp.94-103
• /
• 1996

This paper is concerned with the theroretical and experimental study on the force control of a miniature robotic finger that grasps an object at three other positions with the fingertip. The artificial finger is uniform flexible cantilever beam equipped with a distributed set of compact grasping force secnsors. Control action is applied by a qiexoceramic bimorph strip placed at the base of the finger. The mathematical model of the assembled electro-mechanical system is developed. The distributed sensors are described by a set of concentrated mass-spring system. The formulated equations of motion are then applied to a control problem which the finger is commanded to grasp an object The PID-controller is introduced to drive the finger. The usefulness of the proposed control technique is verified by simulation and experiment.