Karayannis, Chris G.;Voutetaki, Maristella E.;Chalioris, Constantin E.;Providakis, Costas P.;Angeli, Georgia M.
Smart Structures and Systems
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v.15
no.4
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pp.997-1018
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2015
Structural health monitoring along with damage detection and assessment of its severity level in non-accessible reinforced concrete members using piezoelectric materials becomes essential since engineers often face the problem of detecting hidden damage. In this study, the potential of the detection of flexural damage state in the lower part of the mid-span area of a simply supported reinforced concrete beam using piezoelectric sensors is analytically investigated. Two common severity levels of flexural damage are examined: (i) cracking of concrete that extends from the external lower fiber of concrete up to the steel reinforcement and (ii) yielding of reinforcing bars that occurs for higher levels of bending moment and after the flexural cracking. The purpose of this investigation is to apply finite element modeling using admittance based signature data to analyze its accuracy and to check the potential use of this technique to monitor structural damage in real-time. It has been indicated that damage detection capability greatly depends on the frequency selection rather than on the level of the harmonic excitation loading. This way, the excitation loading sequence can have a level low enough that the technique may be considered as applicable and effective for real structures. Further, it is concluded that the closest applied piezoelectric sensor to the flexural damage demonstrates higher overall sensitivity to structural damage in the entire frequency band for both damage states with respect to the other used sensors. However, the observed sensitivity of the other sensors becomes comparatively high in the peak values of the root mean square deviation index.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.3
no.3
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pp.165-172
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1998
The electromechanical energy conversion conditioning and processing implementation in USM direct motion control system is generally divided into two power stages: the two-phase high-frequency ac power inversion stage for driving piezoelectric ceramic PZT transducer array off the USM stator and the mechanical thrust power conversion stage based on the frictional force between the piezo electric stator array and the rotary slider of the USM. However, the dynamic and steady-state mathematical modeling of the USM is extremely default from a theoretical point of view because it contains many complicated an nonlinear characteristics dependant on operation temperature. In +2$0^{\circ}C$~3$0^{\circ}C$, the operating characteristics of the USM has represented normal condition. But the other temperature, it has abnormal condition so that driving frequency, current and motor speed will be down. The recent USM has controller without temperature compensation. This study represents the fuzzy controller for speed compensation according to operating temperature by driving frequency.
Increasing interest in prognostics and health management has heightened the need for wireless sensor networks (WSN) with efficient power sources. Piezoelectric energy harvesters using Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) are one of the candidate power sources for WSNs as they efficiently convert mechanical vibration energy into electrical energy. These types of devices are resonated at a specific frequency, which has a significant impact on the amount of energy harvested, by external vibration. Hence, precise prediction of mechanical deformation including modal analysis of piezoelectric devices is crucial for estimating the energy generated under specific conditions. In this study, an experimental vibrational system capable of controlling a wide range of frequencies and accelerations was designed to generate mechanical vibration for piezoelectric energy harvesters. In conjunction with MATLAB, the system automatically finds the resonance frequency of harvesters. A small accelerometer and non-contact laser displacement sensor are employed to investigate the mechanical deformation of harvesters. Mechanical deformation under various frequencies and accelerations were investigated and analyzed based on data from two types of sensors. The results verify that the proposed system can be employed to carry out vibration experiments for piezoelectric harvesters and measurement of their mechanical deformation.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.10
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pp.601-607
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2016
Piezoelectric thick films of soft $Pb(Zr,Ti)O_3$ (PZT) based commercial material (S55) were fabricated using a conventional tape casting method. Ag-Pd electrodes were printed on the piezoelectric film at room temperature and all 5 layered films with a dimension of $12mm{\times}16mm$ were successfully laminated for a multi-layered piezoelectric ceramic actuator. The laminated specimens were co-fired at $1,100^{\circ}C$ for 1 h. A flat layered and dense microstructure was obtained for the $112{\mu}m$ thick piezoelectric actuator after sintering process. Thereafter, a prototype piezoelectric speaker was fabricated using the multi-layered piezoelectric ceramic actuator which can operate as a bimorph. Its SPL (sound pressure level) characteristic was also evaluated for speaker application. Frequency response revealed that the output SPL with a root mean square voltage of 10 V increased gradually to the highest peak of 87.5 dB for 1.5 kHz and exhibited a relatively stable behavior over the measured frequency range (${\leq}20kHz$) at a distance of 10 cm, implying that the fabricated piezoelectric speaker is potential for speaker applications.
Seo, Dae-Cheol;Kwon, Il-Bum;Yoon, Dong-Jin;Lee, Seung-Suk;Lee, Jung-Ryul
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.30
no.1
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pp.1-5
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2010
Acoustic emission(AE) has emerged as a powerful nondestructive tool to detect or monitor preexisting defects and leaks in the vessel structures. A Bragg grating based acoustic emission sensor system is developed. Various type of fiber Bragg grating sensor including the variable length of sensing part was fabricated and prototype sensor system was tested by using PZT pulser and pencil lead break sources. Two types of sensor attachment were used. First, the fiber Bragg grating sensor was attached fully to the surface using bonding agent. Second one is that one part of fiber was attached to the surface partly by bonding and the other part of fiber will be act as a cantilever. That is, the resonant frequency of the fiber Bragg grating sensor will depend on the length of sensing part. The final goal of the sensor system is to provide on-line monitoring of cracks or leaks in reactor vessel head penetration of nuclear power plants.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.41
no.3
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pp.39-44
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2004
Fiber Bragg grating sensors are fabricated by core index modulation using UV laser and phasemask. Bragg wavelength of the grating is changed by the external strain. In this paper, a signal processing system of fiber Bragg grating sensor has studied in the optical wavelength domain. The system is based on the sweep semiconductor light source that consists of SLD, F-P tunable filter and etalon filter. The hysteresis effects of PZT in the F-P tunable filter are compensated. The long term measurement stability is obtained by controlling the temperature of F-P tunable filter and the SLD. We compare the strain data from fiber Bragg grating sensor and that from strain gauge at concrete hume pipe. We also get very good results for the long gauge displacement using fiber Bragg grating sensor which are identical to the data with short gauge length ordinary displacement sensor.
In this paper, the PA(PhotoAcoustic) signals excited in metals by Xef, KrF excimer laser pulse were detected by a PZT transducer, and its transforming machanism and directivity patterns were analysed. The laser energy density in irradiation spot divides the PA trasnsorming machanism to be classified into thermoelastic and plasma regime, and the transforming machanisms in two regimes are different from each other. Based on theoretical model, it is predicted that shear wave is greater than longitudinal in the thermoelastic regime and longitudinal is greater than shear wave by reaction force in plasma regime. These predictions were verified through experiments by using of the XeF excimer pulsed laser of 480nm center-wavelength and the KrF excimer pulsed laser of 248nm. Also, for its directivity pattern, an arrival angle of the maximum longitudinal energy was around $60^{\circ}$ and maximum shear energy was around $30^{\circ}$ in the thermoelastic regime, and an arrival angle of maximum longitudinal energy was shown on nomal to the surface and maximum shear energy was represented in about $30^{\circ}$ in plasma regime.
Pb(Zr,Ti)$O_3$ (PZT) based ceramics with superior piezoelectric properties have been extensively used in various domestic and industrial appliances. However, PZT ceramics causing environmental contamination and health problems need to be eventually replaced by any of Pb-free materials. $(Na_{0.53}K_{0.47})(Nb_{1-x}Ta_x)O_3$ (NKNT), one of Pb-free piezoelectric ceramics, has long been known but its properties are not fully understood and developed. In this study, dielectric and piezoelectric properties of Pb-free NKNT ceramics were studied with Ta substitution for B-site at x = 0~0.6. It was found that polymorphic phase transition (PPT) between orthorhombic and tetragonal phases was notably influenced by Ta substitution. The highest piezoelectric coefficient ($d_{33}$) of 284 pC/N was occurred at x = 0.45.
Kim, Ki-Bok;Ahn, Bong-Young;Kim, Young-Gil;Park, Sang-Ki;Ha, Jeong-Soo
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.27
no.4
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pp.313-320
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2007
Recently, a new class of single-crystal piezoelectric materials such as lead metanibobate doped with lead titanate (PMN-PT) has been synthesized and were found to further enhance the electro-mechanical coupling factor compared to piezo-ceramic materials. This paper describes fabrication and evaluation of PMN-PT single crystal ultrasonic transducers for contact measurement of stainless steel that is one of the highly attenuative materials. The design conditions for ultrasonic transducer such as front matching layer between test materials and piezo-material and backing materials were investigated based on the simulation results by KLM model. The PMN-PT single crystal ultrasonic transducers with centre frequencies at 1 and 2.25 MHz were fabricated and their performances were evaluated.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.11
no.3
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pp.570-576
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2007
In this study, the characteristics of metal-ferroelectric-semiconductor FET (MFSFET) device is investigated using field-dependent polarization and square-law FET models. From drain current with the gate voltage variation, when coercive voltages of ferroelectric thin film are 0.5 and 1V, the memory windows are 1 and 2V, respectively. When the gate voltages are 0, 0.1, 0.2 and 0.3V, the difference of saturation drain currents of the MFSFET device at two threshold voltages in ID-VD curve are 1.5, 2.7, 4.0, and 5.7mA, respectively. As a result of the analysis for drain currents after tine lapse, which is based on the simulation for hysteresis loop and the fitting of retention properties of ferroelectric thin films such as PLZT(10/30/70), PLT(10) and PZT(30/70) thin film shows excellent reliability that the decrease of saturation current is about 18% after 10 years.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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