An anisotropic ultrasonic transducer is proposed for Lamb wave applications, such as passive damage or impact localization based on ultrasonic guided wave theory. This transducer is made from a PMNPT single crystal, and has different piezoelectric coefficients $d_{31}$ and $d_{32}$, which are the same for the conventional piezoelectric materials, such as Lead zirconate titanate (PZT). Different piezoelectric coefficients result in directionality of guided wave generated by this transducer, in other words, it is an anisotropic ultrasonic transducer. And thus, it has different sensitivity in comparison with conventional ultrasonic transducer. The anisotropic one can provide more information related to the direction when it is used as sensors. This paper first shows its detailed properties, including analytical formulae and finite elements simulations. Then, its application is described.
In this study, to develope the ultrasonic transducer element, the extrusion method which is the processing technique of the piezoelectric composite materials is introduced, the connectivity of the piezoelectric composite materials is the 1-3 type, and we study the properties of the materials. The electromechanical coupling factor(kt) of the materials is above 0.6, the resonance property(fr) is the thickness mode in the frequency range of 0.5 to 2 [MHz] and the acoustic impedance(Zac) is about 5 to 7 [Maryl]. From these results, it is known that the piezoelectric composite materials manufactured byt he extrusion method will be able to develope the ultrasonic transducer elements.
In this study, the piezoelectric ceramics PZT powder was synthesized by the Wet-Dry combination method. Flexible 1-3 type composite specimens were fabricated with the piezoceramics PZT filler phase and Eccogel polymer matrix phase. This paper represents the pulse-echo response of the 1-3 type composite transducer to check it out to investigate a basic property regarding a level limit switch. The acoustic impedance of 1-3 type composite was improved than that of single phase PZT ceramics. The pulse-echo response of transducer fabricated with the self-made 1-3 type composites resonator was better than that of the solid PZT transducer.
A new type of piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) with high resonant frequency was developed by using a thin lead zirconate titanate (PZT) as an insulation layer on a floating $10{\mu}m$ silicon membrane. The PZT insulation layer facilitated acoustic impedance matching at active pMUT, leading to a high performance in the acoustic conversion property compared with the transducer using $SiO_2$ insulation layer. The fabricated ultrasonic devices were wirelessly measured by connecting two identical acoustic transducers to two separate ports in a single network analyzer simultaneously. The acoustic wave emitted from a transducer induced a $3.16{\mu}W$ on the other side of the transducer at a distance of 2 cm. The transducer performances in terms of device diameters, PZT thickness, annealings, and different DC polings, etc. were investigated. COMSOL simulation was also performed to predict the device performances prior to fabrication. Based on the COMSOL simulation, the device was fabricated and the results were compared.
The objective of the present study was to manufacture the piezoelectric composites of Lead Zirconate Titanate (PZT) - polymer for applications such as ultrasonic medical diagnosis and hydrophone. The PZT rod-polymer composites have been prepared with 4.5 to 57 volume percent PZT using 1.5 mm rod, so the connectivity pattern of the two phase is 1-3 type. The electromechanical coupling factors of radial mode ($k_{p}$) and thickness mode ($k_{t}$) were nearly independent of the volume percent PZT, which were 0.3 and 0.65, respectively. The acoustic impedance of the piezoelectric composites was measured by the resonance technique in the frequency range 50 KHz-1.5 MHz, which was in the range of 3.8 - 60 Mrayl.
본 논문에서는 비파괴검사용 고성능 결함탐상기를 위한 압전변환기를 구현하였다. 여기서는 압전변형상수와 전기기계 결합계수 등과 같은 주요 특성에 대한 설계 목표치를 먼저 정하고 유한요소해석을 이용하여 얻은 데이터를 설계 및 제작에 활용하였다. 시편을 이용한 실험 결과, 제작된 PZT 세라믹은 목표치들을 매우 잘 만족시키는 것으로 확인되었다. 이는 공진 주파수에서 매우 향상된 임피던스 특성과 초음파 발생 특성을 가지는 것으로 나타났다. 또한 새로운 압전변환기가 적용된 초음파 결함탐상기는 기존 탐상기보다 증가된 결함 검출이득을 제공한다. 따라서 새로운 결함탐상기는 초음파를 이용한 비파괴검사의 검사 신뢰성 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
최근 기존 공기 전도형 보청기의 문제점과 불편함을 해결하기 위해 이식형 보청기인 인공중이 (Implantable middle ear hearing devices, IMEHDs)가 미국, 일본, 한국 등에서 활발히 연구 개발되고 있다. 본 논문은 인공중이용 진동체로서 PZT 적층 압전체 기반의 플로팅 매스 트랜스듀서의 설계 및 구현에 관한 것이다. 인공중이용 압전 플로팅 매스 트랜스듀서 (piezoelectric floating mass transducer, PFMT)의 기계적 진동 특성을 구하기 위한 근사적 모델링과 이의 해석을 위한 전기적 변환을 통한 진동 특성 분석을 수행하여 트랜스듀서 설계에 반영하여 구현하였다. 구현된 PFMT를 본 연구팀이 개발한 완전 이식형 인공중이 시스템 시작품에 적용하였으며, PFMT의 성능을 확인하기 위해 PFMT를 사체 이소골에 장착한 후 이소골 진동변위를 측정하는 실험을 행하였다. 이를 통해 본 논문에서 설계 및 구현된 PFMT의 인공중이용 진동 트랜스듀서로서 유효성을 확인하였다.
Piezoelectric transformers based on lead zirconate titanate(PZT) have been received considerable interest because of their wide potential applications in transformer, oscillator, resonance sensor, actuator, acoustic transducer, as well as active slider for hard disk drives. However, for the applications which need a small power supply such as thin and flat displays, micro-robot, micro-system, it is especially necessary to integrate the passive components because they typically need more than 2/3 of the space of the conventional circuit. So, we have fabricated the piezoelectric micro-transformer to supply energy for micro-systems using PZT thin films and MEMS technologies.
A new type of piexoelectric membrane traveling wave motor has been designed and forbricated. The small motor is composed by the stator which is the combination of annular/circular membrane and metal elastic base using as the common electrode at some time and the rotor which is placed on the metal elastic body. Thus the motor structure is simple and easy to fabricate. The material of a piezoelectric membrane is fabricated by sol-gel method or wear-down method. A piezoelectric traveling wave motor has been fabricated with the stator diameter 8mm The total thickness of the stator is 350$\mu$m. Under the alternative excitation voltage 10-12V the revolving speed of the rotor is more than 100RPM.
This paper proposes a magnetoelectric (ME) composite transducer structure consisting of a magnetostrictive H-type Fe-Ni fork substrate and piezoelectric PZT plates. The fork composite structure has a higher ME voltage coefficient compared to other ME composite structures due to the higher quality (Q) factor. The ME sensitivity of the fork structure reaches 12 V/Oe (i.e., 150 V/cm Oe). The fork composite with two PZT plates electrically connected in series exhibits over 5 times higher ME voltage coefficient than the output of the rectangle structure in the same size. The experiment shows the composite of a Fe-Ni fork substrate and PZT plates has a significantly enhanced ME voltage coefficient and a higher ME sensitivity relative to the prior sandwiched composite laminates. By the use of a lock-in amplifier with 10 nV resolution, this transducer can detect a weak magnetic field of less than $10^{-12}$ T. This transducer can also be designed for a magnetoelectric energy harvester due to its passive high-efficiency ME energy conversion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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