• 한국음향학회지
• /
• 제27권6호
• /
• pp.271-278
• /
• 2008

압전판의 길이나 폭에 따라 두께가 변화하는 압전 세라믹을 사용하여 광대역 특성을 구현하는 초음파 트랜스듀서에 대하여 압전진동자의 측면에서 본 형태에 따른 전기-음향적 특성해석을 이론적으로 수행하였다. 압전진동자의 길이방향에 따른 두께 변화를 지수함수의 조합으로 표현하고 이 함수를 이용하여 압전진동자의 전기단자에서 본 자유 어드미턴스 및 파워전달함수에 대한 식을 도출하였다. 대표적인 PZT압전 세라믹을 예로 들어 압전 진동자의 측면 형태변화에 따른 비 대역폭을 고찰해본 결과 넓은 대역폭를 얻기 위한 최적의 형태가 존재함을 알 수 있었으며, 압전진동자의 최대두께에 대한 최소두께 비가 자아짐에 따라 대역폭은 100%이상까지도 넓어질 수 있으나 파워전달함수는 반대로 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 또 압전진동자의 길이가 길어질수록 전달함수의 크기는 증가하나 광대역 특성을 갖는 압전진동자의 형태는 매우 한정적이 됨을 확인할 수 있었으며 이는 고효율의 광대역 초음파 트렌스듀서 제작에 있어서는 정밀한 가공이 요구됨을 확인할 수 있었다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
• /
• 한국음향학회 1998년도 학술발표대회 논문집 제17권 1호
• /
• pp.455-458
• /
• 1998

초음파 산업분야에 널리 사용되고 있는 PZT 압전 세라믹 진동자의 경우 높은 품질계수로 인하여 대역폭이 좁고, 진동 시 두께방향 진동뿐만 아니라 횡방향 진동으로 인하여 초음파 신호를 분석하는데 여러 가지 어려움이 항상 존재하였다. 따라서 본 연구에서는 PZT 세라믹스와 고분자 재료인 Epoxy를 사용하여 1-3 접속도를 갖는 압전 복합재료를 제조하였다. 이를 이용하여 초음파 트랜스듀서를 제작하였고, 이에 대한 전기음향변환능률을 어드미턴스 loop를 측정하여 구하였다. 유전율, 공진 주파수 등을 포함한 기본적인 트랜스듀서의 파라메터들은 공진 부근에서 전기적인 임피던스로부터 측정하였다. 이러한 파라메터들을 적용하여 주파수에 대한 트랜스듀서의 성능을 평가하였다. Pulse-echo법을 이용하여 삽입손실율을 구하고 임펄스 반응을 통하여 주파수 대역폭에 대해서 측정하였다. 그 결과 어드미턴스 loop로부터 두께방향모드를 제외한 횡방향 모드는 거의 나타나지 않았다. 유전율은 5.25㎊m이었고, 공진주파수 1.65MHz에서 -8dB의 최소 손실이 발생하였다. 주파수대역폭은 -6dB에서 64%(Q ; 1.56)의 대역폭이 측정되었고 전기기계 결합계수는 0.54이고 전기기계변환능률은 52%, 기계음향변환능률은 31%로 측정되었다.

• 기계저널
• /
• 제29권2호
• /
• pp.175-183
• /
• 1989

오늘날 널리 연구되고 있고 공학자들에게 많은 관심을 끌고있는 압전 세라믹(ceramic)을 이용 하여 자연계에서 일어나는 각종 진동현상을 측정하고 해석하기 위한 센서(sensor)의 설계, 제작은 이미 선진국에서도 보편화된지 오래이다. 특히 압전형 가속도계(piezo type accelerometer)는 진동의 절대 측정에 가장 유용한 센서로 널리 알려져 있다. (1) 아주 넓은 사용 주파수 범위 (2) 넓은 동적범위(dynamic range)에 걸친 뛰어난 선형성(linearity) (3) 측정된 가속도 신호를 전기적으로 적분하여 속도와 변위에 대한 자료 제공 용이 (4) 높은 정확성 (5) 자발 전(self-generating)이므로 외부 전원 공급이 불필요 (6) 수명과 뛰어난 내구성 (7) 작은 크기와 가벼운 무게 등이다. 현재 기계 구조물 진동 측정에 이용되고 있는 스트레인 게이지 형(strain gage-type)의 가속도계는 감도가 좋고 저주파 진동 측정에는 편리한 반면 충격이나 높은 주파수 전동 측정에는 적합하지 않으며 내부 구조가 다소 복잡하다(2). 반면에 압전형 가 속도계는 압전 소자와 관성 질량의 조합 설계로서 저주파 진동 측정에 적합한 고감도의 가속도 계와, 감도는 떨어지나 아주 높은 주파수 범위의 진동까지 측정이 가능한 가속도계를 손쉽게 설계, 제작할 수 있다. 본 글에서는 선진국에 비해 낙후된 국내의 센서 설계, 제작 기술을 고 양시키고자 최근 한국과학기술원에서 시도된 압전형 가속도계의 개발 연구 사례를 중심으로 설계 및 제작시 고려 사항과 보정 문제를 소개하고자 한다.

• 한국음향학회지
• /
• 제36권3호
• /
• pp.165-171
• /
• 2017

유체로 채워진 원통형 압전진동자 내부에서 중심축으로 집속되는 음파에 대해 진동자 내부에 삽입된 동심원의 고체튜브가 음장분포에 미치는 영향을 해석하였다. 원통형 압전진동자의 내부로부터 방사된 음파는 유체매질을 지나 고체튜브의 벽면에서 반사 및 투과를 하여 중심축에 집속된다. 이때 고체튜브의 음향임피던스 및 두께 등에 의해 중심에 집속되는 음장 분포가 변한다. 이를 이론적으로 해석하기 위하여 각 매질에 대한 전달행렬을 도출하였고 이를 적용하여 중심축에서의 음압수준을 이론적으로 해석하였다. 여러 가지 두께를 갖는 아크릴 튜브에 대해서 중심축 상에서 측정한 음압수준의 변화는 이론해석의 결과와 잘 일치하였으며 중심에 형성되는 음압은 고체튜브의 두께에 따라 매우 민감하게 변화함을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.19-19
• /
• 2010

현재 산업에서 높은 정밀성과 설치의 간편함으로 이용량이 증가하고 있는 초음파 유량계는 압전진동자를 사용하여 측정을 한다. 일반적으로 초음파 유량계에서 초음파를 발생하고 수신하는 압전 세라믹 진동자의 경우 대부분 $200^{\circ}C$ 이상의 고온에서는 사용이 불가능하다. 따라서 고온에서의 이용을 위한 사용가능 온도의 영역을 개선하기 위한 조성이나 구조적인 변화가 필요하였고, 조성변화에 있어서는 한계가 있기 때문에 구조 측면에서 접근하고자 하였다. 초음파 유량계의 구조에 있어 외접형 도파관 방식을 선택하였으며, 도파관의 길이, 방열판의 개수, 재질 등의 변수에 대하여 시뮬레이션을 하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 얻어진 결과에 대하여 샘플을 제작하였으며, 압전 진동자에 도달되는 온도를 평가 하였을 시 방열판에 대한 온도감소효과를 얻을 수 있었다.

• Composites Research
• /
• 제13권6호
• /
• pp.47-54
• /
• 2000

복합재 구조물의 저속충격탐지 방법 중의 하나는 고분자 압전센서를 이용하는 것이다. 본 논문에서는 저속충격을 받는 복합재 평판에 대한 충격력과 부착된 스트레인 게이지, 고분자 압전센서 신호와의 관계를 유도하였다. 압전센서의 등가회로도를 통해서 고분자 압전센서의 개회로 신호와 폐회로 신호와의 관계를 유도하여 전하증폭기를 사용하지 않은 고분자 압전센서 신호를 이용하여 복합재 평판의 충격력 복원 가능성에 대한 연구로 확장하였다. 진동실험을 통하여 얻은 복합재 평판의 고유진동수와 감쇠비를 이용하여 해석적인 모델을 수정하여 정방향 문제와 역방향 문제에 있어서 오차를 줄일 수 있었다. 복원된 충격력과 해석적인 센서 신호는 실제 저속 충격 실험을 통하여 측정한 충격력, 스트레인 게이지 신호, 그리고 고분자 압전센서 신호와 잘 일치하였다.

• 소음진동
• /
• 제25권2호
• /
• pp.8-11
• /
• 2015

• 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.

• 전기의세계
• /
• 제39권9호
• /
• pp.27-34
• /
• 1990

초음파 구동장치는 기존 액츄에이터나 전동기의 우너리나 구조와는 전혀 다른 형태로, 여자전류를 흘리는 권선과 자성체로 이루어진 자기회로등의 기존 전동기에서의 필수 구성요소가 전혀 없이도 필요한 구동 토오크를 발생시키는 가장 구조가 간단한 형태이다. 즉, 압전재료에 교류전원을 인가하면 진동하는 성질을 이용하는 것으로 압전재료를 고정자로 하고 회전자 또는 이동자(리니어 액츄에이터의 경우)를 접촉시켜 놓고 고정자에 초음파 전원을 인가하면 상호간의 마찰에 의하여 힘을 받게 되어 회전자/이동자가 운동하게 되는 원리를 이용한 것이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
• /
• pp.306-306
• /
• 2007

최근, LED 구동 인버터, DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터 및 형광등 ballaster 등의 고전압전원장치등에 압전변압기를 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 순수한 $PbTiO_3$는 큐리온도($490^{\circ}C$)가 높고, 기계적강도가 크며, 비유전율(약 200 정도)이 작다. 또한, 두께방향 진동의 전기기계 결합계수 ($K_t$)가 윤곽진동의 전기기계 결합계수($K_p$)보다 크므로 두께방향의 진동모드를 이용한 벌크파 진동자의 경우 윤곽진동방향으로 불요신호(spurious signal)가 적고, 작은 grain size($1\;{\mu}m$정도)로 미세가공이 가능하여 고주파 재료로 이용되고 있다. 압전변압기의 출력 전력을 향상시키기 위해서는 적층으로 제작하여야 하는데 적층 압전변압기 제작시 층간의 내부 전극이 도포된 상태에서 소결하여야 한다. 이때 소걸 온도가 높으면 Pd 함랑이 높은 전극을 사용하여야 하는데 Pd 전극의 가격이 비싸 소자의 경제성이 떨어지게 된다. 따라서 순수한 Ag 전극을 내부전극으로 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결이 가능하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 $(Pb,Ca,Sr)Ti(Mn,Sb)O_3$ 조성을 이용하여 $900^{\circ}C$ 이하의 저온소결이 가능한 두께방향진동모드 적층 압전변암기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다.