The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.3
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pp.383-390
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2018
Piezoelectric micro-machined ultrasonic transducers for highly directional speaker need DC bias voltage. Most existing power amplifiers are not suitable for use in highly directional transducers because they are based on AC. In addition, since the piezoelectric micro-machined ultrasonic transducer has a large capacitive reactance, the power efficiency of the power amplifier is very low. Thus this paper proposes a new high efficiency power amplifier with DC bias voltage. In addition, by designing a matching circuit to compensate the capacitive reactance of the micro-machined ultrasonic transducer, the power efficiency of the power amplifier increases. The operating characteristics of the proposed power amplifier was verified by an experimental prototype. The proposed power amplifier is expected to be widely used in designing and implementing other related power amplifiers.
In piezoelectric ultrasonic linear array transducers widely used for diagnosis, the cross talk caused by the structural cross-coupling between adjacent elements inside the transducer affects the probe performance in a significant manner. In this study, we constructed a finite element model of a piezoelectric ultrasonic transducer, and analyzed its cross talk level with respect to the shape of and materials inside the kerf, The results of this work can be utilized in optimal design of the transducers for medical diagonosis and treatment as well as W applications.
New active "intelligent" structural systems with integrated self-sensing, diagnosis, and control capabilities can lead to a new design dimension for the next generation high-performance structures and mechanical systems. However, temperature effects to the piezoelectric transducers are not fully understood. This paper is concerned with a mathematical modeling and analysis of a laminated piezothermoelastic cylindrical shell composite exposed to mechanical, electric, and thermal fields. Generic shell equations and solution procedures are derived. Contributions of spatial and time components in the mechanical, electric, and temperature excitations are discussed, and their analytical solutions derived. A laminated cylindrical shell composite with fully distributed piezoelectric layers is used in a case study; its multi-field step and impulse responses are investigated. Analyses suggest that the fully distributed actuators are insensitive to even modes due to load averaging and cancellation. Accordingly, these even modes are filtered from the total response and only the modes that are combinations of m = 1, 3, 5, ${\cdots}$ and n = 1, 3, 5, ${\cdots}$ participating in dynamic response of the shell.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.12
s.105
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pp.1416-1421
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2005
This paper presents an analytical approach for the vibration characteristics of a piezoelectric disc for torsional vibration transducers. The characteristic equation of the piezoelectric annular disc has been derived from Gibbs' free energy equations and mechanical and electrical equilibrium. With an anisotropic material properties of the disc, the characteristic equation has yielded resonance frequencies. Numerically-calculated results have been compared with the results obtained by the finite element analysis and experiments and have confirmed the validity of the theoretical analysis.
In this study, PZT-5A green sheet were prepared by using tape casting technique, and the piezoelectric properties of PZT-5A by variation of sintering temperature was investigated. After, design and piezoelectric properties of 2-2 piezocomposite ultrasonic transducers by menas of the FEA. The acoustic impedance and piezoelectric charge constant of the 2-2 type piezocomposite transducer decreased proportionally due to the density decrease caused by the PZT volume fraction decrease. The piezocomposite acoustic impedance were 7~3 MRayl between 0.6 and 0.2 allowing it to be used for a ultrasonic transducer. The resonance characteristics and the electro-mechanical coupling factor were the best when the volume fraction PZT was 0.6. The PZT volume fraction shows the fixed value, 0.6~0.65, approximately within the range between 0.2 and 0.6 while it is increased to decreased over the range. The result of the experiment above confirmed that the 2-2 piezoelectric composites could be used as the ultrasonic transducers.
This paper presents numerical and experimental results on the use of guided waves for structural health monitoring (SHM) of crack growth during a fatigue test in a thick steel plate used for civil engineering application. Numerical simulation, analytical modeling, and experimental tests are used to prove that piezoelectric wafer active sensor (PWAS) can perform active SHM using guided wave pitch-catch method and passive SHM using acoustic emission (AE). AE simulation was performed with the multi-physic FEM (MP-FEM) approach. The MP-FEM approach permits that the output variables to be expressed directly in electric terms while the two-ways electromechanical conversion is done internally in the MP-FEM formulation. The AE event was simulated as a pulse of defined duration and amplitude. The electrical signal measured at a PWAS receiver was simulated. Experimental tests were performed with PWAS transducers acting as passive receivers of AE signals. An AE source was simulated using 0.5-mm pencil lead breaks. The PWAS transducers were able to pick up AE signal with good strength. Subsequently, PWAS transducers and traditional AE transducer were applied to a 12.7-mm CT specimen subjected to accelerated fatigue testing. Active sensing in pitch catch mode on the CT specimen was applied between the PWAS transducers pairs. Damage indexes were calculated and correlated with actual crack growth. The paper finishes with conclusions and suggestions for further work.
In order to investigate the source mechanism of micro cracks through acoustic emission measurement induced by rock fracture, careful calibration of the entire linkage of the detecting system, from the transducers to transient recorder, is an essential requirement prior to testing. Transducers and digitiging system are generally the weakest links in the measurement system because they must translate mechanical motions into digital electric signals. In this study, PAC piezoelectric pressure transducers are calibrated with a standard NBS conical shaped displacement transducer and a DG piezoelectric displacement transducer. The NBS and PAC transducers are insensitive to changes in horizontal impingement angle but sensitive to changes in incident angle. The ray path along the logitudinal axis of the tranducer produced a maximum response while the ray path perpendicular to the transducer axis gave a minimum. And a difference in individual transducers factor for a peak-to-peak amplitude of PAC transducers was within 40%. An average PAC transducer coefficient was determined as 77mv/pm by an absolute calibration test using NBS transducer.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.1
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pp.1-19
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2014
Attaching a piezoelectric transducer to a vibrating structure, and shunting it with an electric circuit, gives rise to different passive, semi-passive, and semi-active control techniques. This paper attempts to review the research related to structural vibration control, via passive, semi-passive, and semi-active control methods. First, the existing electromechanical modeling is reviewed, along with the modeling methods. These range from lumped parameters, to distributed parameters modeling of piezostructural systems shunted by electrical networks. Vibration control laws are then discussed, covering passive, semi-passive, and semi-active control techniques, which are classified according to whether external power is supplied to the piezoelectric transducers, or not. Emphasis is placed on recent articles covering semi-passive and semi-active control techniques, based upon switched shunt circuits. This review provides the necessary background material for researchers interested in the growing field of vibration damping and control, via shunted piezostructural systems.
A quantitative prediction method for initial crack length in a carbon/epoxy (CF/EP) composite beam using active piezoelectric transducers was established in this study. Wavelet Transform (WT)-based signal processing and identification technique in time-frequency domain was developed to facilitate the determination of damage presence and severity. Dynamic response of a CF/EP composites beam containing a continuously expanding crack, coupled with a pair of active piezoelectric disks, was examined under a narrow band excitation, and then applied with the proposed signal processing technique.
Piezoceramic transducers have been widely used in the health monitoring of civil structures. However, in most cases, they are used as sensors either to measure strain or receive stress waves. This paper proposes a method of using piezoelectric transducers as strain gauges and acoustic emission (AE) sensors simultaneously. The signals received by piezoceramic transducers are decomposed into different frequency components for various analysis purposes. The low-frequency signals are used to measure strain, whereas the high-frequency signals are used as acoustic emission signal associated with local damage. The b-value theory is used to process the AE signal in piezoceramic transducers. The proposed method was applied in the bending failure experiments of two reinforced concrete beams to verify its feasibility. The results showed that the extracted low-frequency signals from the piezoceramic transducers had good agreement with that from the strain gauge, and the processed high-frequency signal from piezoceramic transducers as AE could indicate the local damage to concrete. The experimental results verified the feasibly of structural health monitoring using piezoceramic transducers as strain gauges and AE sensors simultaneously, which can advance their application in civil engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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