Yang, Kun;Park, Ju Yong;Lee, Dong Hyun;Park, Min Hyuk
Korean Journal of Materials Research
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v.30
no.9
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pp.480-488
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2020
The electrocaloric effect can be observed in pyroelectric materials based on conversion between electrical and thermal energy, and can be utilized for the future environment-friendly refrigeration technology. Especially, a strong electrocaloric effect is expected in materials in which field-induced phase transition can be achieved. Emerging fluorite-structure ferroelectrics such as doped hafnia and zirconia, first discovered in 2011, are considered the most promising materials for next-generation semiconductor devices. Besides application of fluorite-structure ferroelectrics for semiconductor devices based on their scalability and CMOS-compatibility, field-induced phase transition has been suggested as another interesting phenomenon for various energy-related applications such as solid-state cooling with electrocaloric effect as well as energy conversion/storage and IR/piezoelectric sensors. Especially, their giant electrocaloric effect is considered promising for solid-state-cooling. However, the electrocaloric effect of fluorite-structure oxides based on field-induced phase transition has not been reviewed to date. In this review, therefore, the electrocaloric effect accompanied by field-induced phase transition in fluorite-structure ferroelectrics is comprehensively reviewed from fundamentals to potential applications.
Kim, Seungmin;Yang, Jisoo;Lee, Seungjae;Kim, Jung Tae
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2013.10a
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pp.489-491
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2013
In this paper, Electronic Drum based on Arduino and Processing language to communicate with a computer is implemented. First, we made a drum pad by using piezoelectric sensors. The drum pads prevent damage to the sensor and new mechanism was fabricated to mitigate the impact structure. Arduino connected to the pad, the sensor detects a signal when the shock sends it to Arduino. The received signal of Arduino sends a signal to the computer, and the signal received is stored in the computer to output sound of the drum. Through this structure, the micro-controller, the computer and communications technology can be combined and applicable to a many system.
A new piezoceramic $d_{15}$ shear-induced torsion actuation mechanism representative benchmark is proposed and its experimentations and corresponding 3D finite element (FE) simulations are conducted. For this purpose, a long and thin smart sandwich cantilever beam is dimensioned and built so that it can be used later for either validating analytical Saint Venant-type solutions or for analyzing arm or blade-based smart structures and systems applications. The sandwich beam core is formed by two adjacent rows of 8 oppositely axially polarized d15 shear piezoceramic patches, and its faces are dimensionally identical and made of the same glass fiber reinforced polymer composite material. Quasi-static and static experimentations were made using a point laser sensor and a scanning laser vibrometer, while the 3D FE simulations were conducted using the commercial software $ABAQUS^{(R)}$. The measured transverse deflection by both sensors showed strong nonlinear and hysteretic (static only) variation with the actuation voltage, which cannot be caught by the linear 3D FE simulations.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.6
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pp.918-924
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2009
This paper deals with the experimental assessment of the vibration suppression of the smart structures. First, we have presented the paper about the new high-speed active control system that we have developed using the DSP320C6713 microprocessor and a peripheral system composed of a data acquisition system, A/D and D/A converters, piezoelectric (PZT) actuator/sensors, and drivers using PA95. Since fast data processing is very important in the active vibration control of the structures, we utilized the fast processing DSP320C6713 microprocessor as a main processor to the controller and fast peripheral devices for fast control loop. To realize a fast active vibration control, we have analyzed and tested the processing time of the peripheral devices and provided the corresponding test results. Especially, we have focused on achieving the fast signal amplification of the PA95 device since it takes most of loop times of the control system. Finally, we performed numerous experiments of active vibration control of the aluminum plate to validate the superior performance of the developed control system based on previous mode tests of the plate.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.8
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pp.1430-1435
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2007
We developed a 440MHz surface acoustic wave (SAW) microsensor integrated with pressure-temperature sensors and ID tag. Two piezoelectric substrates were bonded, in which ${\sim}150\;{\mu}m$ cavity was structured. Four sides were completely sealed by JSR photoresist (PR). Pressure sensor was placed on the top substrate, whereas ill tag and temperature sensor were placed on the bottom substrate. Using network analyzer, the developed microsensor was wirelessly tested. Sharp reflection peaks with high S/N ratio, small signal attenuation, and small spurious peaks were observed. All the reflection peaks were well matched with the coupling of mode (COM) simulation results. With a 10mW RF power from the network analyzer, a ${\sim}1$ meter readout distance was observed. Eight sharp ON reflection peaks were observed for ID tag. Temperature sensor was characterized from $20^{\circ}C$ to $200^{\circ}C$. A large phase shift per unit temperature change was observed. The evaluated sensitivity was ${\sim}10^{\circ}/^{\circ}C$.
The large-scale structures have the possibility that there are defects such as cracks due to stress concentration caused by geometric discontinuities in the structure. In this respect, the assessment of fatigue life and the development of structural health monitoring(SHM) are very important. Fatigue design of structure is typically accomplished either using a set of stress cycle (S-N) data obtained from fatigue tests or using the fracture mechanics approach. The stress intensity factor(SIF) is required for the estimation of fatigue crack propagation life from the linear elastic fracture mechanics (LEFM) perspective. In this study, Macro Fiber Composie(MFC) sensor for the measurement of SIF of two dimensional cracks is used. The SIF based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. The measured values of the SIF are later used for the prediction of the crack propagation life. In this study, the measured value of the SIF and the fatigue life are compared with the theoretical results.
Most sleep apnea patients exhibit severe snoring, and long-lasting sleep apnea may cause insomnia, hypertension, cardiovascular diseases, stroke, and other diseases. Although polysomnography is the typical sleep diagnostic method to accurately diagnose sleep apnea by measuring a variety of bio-signals that occur during sleep, it is inconvenient as the patient has to sleep with attached electrodes at the hospital for the diagnosis. In this study, a diagnostic pillow is designed to measure respiration, heart rate, and snoring during sleep, using only one polyvinylidene fluoride (PVDF) sensor. A PVDF sensor with piezoelectric properties was inserted into a specially made instrument to extract accurate signals regardless of the posture during sleep. Wavelet analysis was used to identify the extractability and frequency domain signals of respiration, heart rate, and snoring from the signals generated by the PVDF sensor. In particular, to separate the respiratory signal in the 0.2~0.5 Hz frequency region, wavelet analysis was performed after removing 1~2 Hz frequency components. In addition, signals for respiration, heart rate, and snoring were separated from the PVDF sensor signal through a Butterworth filter and median filter based on the information obtained from the wavelet analysis. Moreover, the possibility of measuring sleep apnea from these separated signals was confirmed. To verify the usefulness of this study, data obtained during sleeping was used.
Park, Buem-Keun;Shin, Jeong-Hee;Paik, Jong-Hoo;LEE, Young-Jin
Journal of Sensor Science and Technology
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v.30
no.1
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pp.25-29
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2021
In this study, we successfully developed a highly reliable ultrasonic sediment sensor to detect the sediment levels in sewer pipes in harsh environments. The ultrasonic transducer employed in the ultrasonic sediment sensor was designed so as to possess a simple structure. The developed sensor was carefully optimized by simulating the electromechanical characteristics, radiated sound wave pressures, and directivity via finite element analysis. It was also designed to possess a simple mounting structure minimizing the flow disturbance in a 400-mm sewer pipe; additionally, eight ultrasonic transducers were arranged in a four-channel mode, allowing for measurement of the sediment height in five easy steps. Through experimental evaluations, we verified the performance of the ultrasonic sediment-level sensor and its industrial applicability. The results suggested that although the precision value was notably low at 15 mm, the sediment detection performance was adequate; therefore, the developed sensor can potentially be used in industrial applications.
Mousavi, S. Behnam;Amir, Saeed;Jafari, Akbar;Arshid, Ehsan
Advances in nano research
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v.10
no.3
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pp.235-251
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2021
In the current study, the free vibrational behavior of a Porous Micro (PM) beam which is integrated with Functionally Graded Piezoelectric (FGP) layers with initial curvature is considered based on the two trigonometric shear deformation theories namely SSDBT and Tan-SDBT. The structure's mechanical properties are varied through its thicknesses following the given functions. The curved microbeam is exposed to electro-mechanical preload and also is rested on a Pasternak type of elastic foundation. Hamilton's principle is used to extract the motion equations and the MCST is used to capture the size effect. Navier's solution method is selected as an analytical method to solve the motion equations for a simply supported ends case and by validating the results for a simpler state with previously published works, effects of different important parameters on the behavior of the structure are considered. It is found that although increasing the porosity reduces the natural frequency, but enhancing the volume fraction of CNTs increasing it. Also, by increasing the central angle of the curved beam the vibrations of the structure increases. Designing and manufacturing more efficient smart structures such as sensors and actuators are of the aims of this study.
Qingyun Gao;Yun Wang;Zhimin Zhou;Khalid A. Alnowibet
Smart Structures and Systems
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v.33
no.5
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pp.333-347
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2024
There has been an increasing interest in the construction of smart buildings that can actively monitor and react to their surroundings. The capacity of these intelligent structures to precisely predict and respond to deflection is a crucial feature that guarantees both their structural soundness and efficiency. Conventional techniques for determining deflection often depend on intricate mathematical models and computational simulations, which may be time- and resource-consuming. Artificial intelligence (AI) algorithms have become a potent tool for anticipating and controlling deflection in intelligent structures in response to these difficulties. The term "deflection-aware smart structures" in this sense refers to constructions that have AI algorithms installed that continually monitor and analyses deflection data in order to proactively detect any problems and take appropriate action. These structures anticipate deflection across a range of operating circumstances and environmental factors by using cutting-edge AI approaches including deep learning, reinforcement learning, and neural networks. AI systems are able to predict real-time deflection with high accuracy by using data from embedded sensors and actuators. This capability enables the systems to identify intricate patterns and linkages. Intelligent buildings have the potential to self-correct in order to reduce deflection and maximize performance. In conclusion, the development of deflection-aware smart structures is a major stride forward for structural engineering and has enormous potential to enhance the performance, safety, and dependability of designed systems in a variety of industries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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