This paper presents the energy harvesting technique which is carried out by vibration system with a piezoelectric element. In this study, low frequency characteristics of the piezoelectric element bonded to the aluminum cantilever were experimentally investigated. The piezoelectric element of size of $45L{\times}11W{\times}0.6H$ and piezoelectric constant($d_{31}$ ) of $-180{\times}10^{-12}C/N$ was used. The material of cantilever is an aluminum and two kinds of cantilever of which dimensions are (150, 190)$[mm]{\times}13[mm]{\times}1.5[mm]$ were experimented, respectively. The cantilever was fixed on the magnetic type vibrator and the vibrator was operated by power input with a sine wave. The characteristics of requency and mass variation of cantilever end part such as 0, 2.22, 4.34, 5.87, 8.66, 11.01 [g] were investigated. Finally, this paper suggests a method of generating electrical energy with a piezoelectric element using wind, an energy source that is easily applied and from which we can obtain "clean" energy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.11
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pp.918-923
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2008
Since crack detection for laminated composites in-service is effective to improve the structural reliability of laminated composites, it have been tried to detect cracks of laminated composites by various nondestructive methods. An electric potential method is one of the widely used approaches for detection of cracks for carbon fiber composites, since the electric potential method adopts the electric conductive carbon fibers as reinforcements and sensors and the adoption of carbon fibers as sensors does not bring strength reduction induced by embedding sensors into the structures such as optical fibers. However, the application of the electric method is limited only to electrically conductive composite materials. Recently, a piezoelectric method using piezoelectric characteristics of epoxy adhesives has been successfully developed for the adhesive joints because it can monitor continuously the damage of adhesively bonded structures without producing any defects. Polymeric materials for the matrix of composite materials have piezoelectric characteristics similarly to adhesive materials, and the fracture of composite materials should lead to the fracture of polymeric matrix. Therefore, it seems to be valid that the piezoelectric method can be applied to monitoring the damage of composite materials. In this research, therefore, the feasibility study of the damage monitoring for composite materials by piezoelectric method was conducted. Using carbon fiber epoxy composite and glass fiber composite, charge output signals were measured and analyzed during the static and fatigue tests, and the effect of fiber materials on the damage monitoring of composite materials by the piezoelectric method was investigated.
This article studies the secondary resonances of a clamped-clamped microresonator under combined electrostatic and piezoelectric actuations. The electrostatic actuation is induced by applying the AC-DC voltage between the microbeam and the electrode plate that lies at the opposite side of the microbeam. The piezoelectric actuation is induced by applying the DC voltage between upper and lower sides of piezoelectric layer. It is assumed that the neutral axis of bending is stretched when the microbeam is deflected. The drift effect of piezoelectric layer (the phenomenon where there is a slow increase of the free strain after the application of a DC field) is neglected. The equations of motion are solved by using the multiple scale perturbation method. The system possesses a subharmonic resonance of order one-half and a superharmonic resonance of order two. It is shown that using the DC piezoelectric actuation, the sensitivity of AC-DC electrostatically actuated microresonator under subharmonic and superharmonic resonances may be tuned. In addition, it is shown that the tuning domain of the microbeam under combined electrostatic and piezoelectric actuations at subharmonic and superharmonic conditions is larger than the tuning domain of microbeam under only the electrostatic actuation.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.28
no.2
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pp.69-74
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2015
Recently, energy harvesting technology is increasing due to the fossil fuel shortages. Energy harvesting is generating electrical energy from wasted energies as sunlight, wind, waves, pressure, and vibration etc. Energy harvesting is one of the alternatives of fossil fuel. One of the energy harvesting technologies, the piezoelectric energy harvesting has been actively studied. Piezoelectric generating uses a positive piezoelectric effect which produces electrical energy when mechanical vibration is applied to the piezoelectric device. Piezoelectric energy harvesting has an advantage in that it is relatively not affected by weather, area and place. Also, stable and sustainable energy generation is possible. However, the output power is relatively low, so in this paper, newly designed honeycomb shaped piezoelectric energy harvesting device for increasing a generating efficiency. The output characteristics of the piezoelectric harvesting device were analyzed according to the change of parameters by using the finite element method analysis program. One model which has high output voltage was selected and a prototype of the honeycomb shaped piezoelectric harvesting device was fabricated. Experimental results from the fabricated device were compared to the analyzed results. After the AC-DC converting, the power of one honeycomb shaped piezoelectric energy harvesting device was measured 2.3[mW] at road resistance 5.1[$K{\Omega}$]. And output power was increased the number of harvesting device when piezoelectric energy harvesting device were connected in series and parallel.
Based on current evidence in the literature, it is known that endotoxin is a weakly adherent surface phenomenon and that power-driven instruments can be used to accomplish definitive root detoxification and maximal wound healing without overinstrumentation of root and without extensive cementum removal. And one of the newly developed curette tips used with low power of piezoelectric ultrasonic scaler, is effective to remove calculus and not to remove the excessive cementum. The purpose of this study is therefore, to assess the influence of ultrasonic power and various working parameters on root substitute removal when instrumentation is performed with the curette tip on piezoelectric ultrasonic scaler. This study assessed defect depth, width and area resulting from instrumentation using a piezoelectric ultrasonic scaler with a curette type tip in vitro to acrylic resin block as a root substitute. The working parameters was standardized by the sledge device which controls lateral force(0.5 N, 1 N, 2 N) and instrumentation time(5 sec, 10 sec, 20 sec) and power setting was adjusted 0,2,4,8 in P mode. Power setting had the greatest influence on defect depth compared to lateral force and instrumentation time(standardized regression parameter estimates${\pm}$standard error, $0.37{\pm}0.02$, $0.19{\pm}0.02$, $0.07{\pm}0.02$). The effects on defect area also greatest for power setting($0.57{\pm}0.03$) compared to lateral force and instrumentation time($0.33{\pm}0.03$, $0.12{\pm}0.03$). The effect of the power setting on the defect width($0.15{\pm}0.01$) is not so great as defect depth or defect area compared to lateral force($0.12{\pm}0.01$) and effect of instrumentation time is minimal($0.02{\pm}0.01$). It could be concluded that the power setting has the greatest influence on the defect depth and area in curette type tip with low power of piezoelectric ultrasonic device. Many parameters can be adjusted in various situation in clinical use of piezoelectric ultrasonic scaler but the power setting is the first parameter to be adjusted.
Kim, Sang-Hyo;Jung, Chi-Young;Chung, Ha-Min;Ahn, Jin-Hee
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.22
no.5
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pp.411-420
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2010
In general, moving vehicles generate continuous and repetitive strain of energy on bridges. The strain energy can convert to electric energy due to its piezoelectric element. However, some factors should be considered in order to reasonably assess the feasibility such as load distribution applied on bridges and the relationship of strains generated according to loads. This study was carried out to estimate the generated voltage when piezoelectric elements were installed to a bridge. A steel-concrete composite specimen was fabricated and loads were applied, considering vehicle load-effects. As a result, the voltage generated in the element was evaluated and compared with the analysis equation of the piezoelectric effect.
Kim, Hyung-Chan;Jung, Woo-Suk;Kang, Chong-Yun;Yoon, Seok-Jin;Ju, Byeong-Kwon;Jeong, Dae-Yong
Journal of Sensor Science and Technology
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v.17
no.4
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pp.267-272
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2008
Energy harvesting from the vibration through the piezoelectric effect has been studied for powering the small wireless sensor nodes. As piezoelectric uni-morph cantilever structure can transfer low vibration to large displacement, this structure was commonly deployed to harvest electric energy from vibrations. Through our previous results, when stress was applied on the cantilever, stress was concentrated on the certain point of the ceramic of the cantilever. In this study, for miniaturing the energy harvester, we investigated how the size of ceramics and the stress distribution in ceramic affects energy harvester characteristics. Even though the area of ceramic was 28.6 % decreased from $10{\times}35{\times}0.5mm^3$ to $10{\times}25{\times}0.5mm^3$, both samples showed almost same maximum power of 0.45 mW and the electro-mechanical coupling factor ($K_{31}$) of 14 % as well. This result indicated that should be preferentially considered to generate high power with small size energy harvester.
The effect of V2O5 addition on the low temperature sintering of Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-PZT ceramics, which is known as a prominent material for piezoelectric transformer application was studied, and the densification behavior and piezoelectric characteristics of the samples as a function of heating rate were also examined. V2O5 led the system to liquid phase sintering by forming liquid phase during sintering, which accelerated densification through the particle rearrangement in the early stage of sintering. The liquid phase mostly existed at grain boundaries retarded the evaporation of PbO, while the densification temperature and the weight loss of V2O5-free samples were higher than those of samples with V2O5. Faster heating improved the densification of the samples regardless of V2O5 addition. The low temperature sintering at 100$0^{\circ}C$ was achieved in PMS-PZT ceramics with high density and reasonable dielectric and piezoelectric characteristics. This result revealed optimistic way to the development of multi-layered piezoelectric transformers.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.10
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pp.630-634
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2014
$(Na_{0.525}K_{0.4425}Li_{0.0375})(Nb_{0.9975}Sb_{0.065}Ta_{0.0375})O_3+0.3 wt%CoO$ ceramics were fabricated as a function of CuO addition by traditional solid state sintering process in order to develop excellent lead-free piezoelectric ceramics composition. The addition of CuO in the LNKNTS composition ceramics can effectively enhance the densification of the ceramics, resulting in the oxygen vacancies as hardening effect. The excellent piezoelectric properties of electromechanical coupling factor($k{\small}_P$) of 0.378, piezoelectric constant($d_{33}$) of 152 pC/N were obtained from the 1.0 mol% CuO doped LNKNTS ceramics sintered at $1,020^{\circ}C$ for 3 h.
The paper deals with the study of the mechanical time-harmonic forced vibration of the hydro-piezoelectric system consisting of the piezoelectric plate and compressible viscous fluid with finite depth. The exact equations of motion of the theory of linear electro-elasticity for piezoelectric materials are employed for describing the plate motion, however, the fluid flow is described by employing the linearized Navier-Stokes equations for a compressible (barotropic) viscous fluid. The plane-strain state in the plate and the plane flow of the fluid are considered and the corresponding mathematical problems are solved by employing the Fourier transform with respect to the space coordinate which is on the coordinate axis directed along the platelying direction. The expressions of the corresponding Fourier transform are determined analytically, however, the inverse transforms are found numerically. Numerical results on the interface pressure and the electrical potential are obtained for various PZT materials and these results are discussed. According to these results, in particular, it is established that the electromechanical coupling effect can significantly decrease the interface pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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