More than two decades of world-wide research efforts have resulted in several classes of potentially important materials. Among them are incipient piezoelectrics, which are especially useful for actuator applications. However, relatively large electric fields are required for activating the large incipient electromechanical strains. So far, many attempts have been made to reduce the required electric field by intentionally inhomogenizing the electric field distribution in the microstructure through core-shell and composite approaches. Here, we show that electric field concentration can be realized simply by adjusting electrode patterns. We have investigated the effect of electrode patterning on the incipient electromechanical strain properties of an exemplarily chosen lead-free relaxor system, revealing that electrode patterning does have a significant role on the strain properties of the given lead-free relaxor system. We believe that this approach would make a new strategy for ones to consider bringing the functional properties of electroceramics beyond their conventional limit.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.379-387
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2012
This study investigates free vibration characteristics of new energy harvesting multi-layer block structures with different geometrical shapes using solid and shell finite elements and evaluate their piezoelectric effect on experiments. The two and three-dimensional finite element (FE) delamination models for block structures described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the entire vibration mode shape. The FE model using ABAQUS is used for studying free vibrations of multi-layer block structures for various tip mass and PZT. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the global and local vibration modes for various parameters, such as size of block shape, existence of tip mass and hole, and location of tip mass and PZT. In addition, we evaluate the power generation capacity of developed energy block structures through a laboratory-scale experiment.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.442-448
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2008
This paper presents an approach to define an optimal piezoactuator length to actively control structural vibration. The optimal ratio of the piezoactuator length against beam length when a pair of piezoceramic actuator and accelerometer is used to suppress unwanted vibration with direct velocity feedback (DVFB) control strategy is not clearly defined so far. It is well known that direct velocity feedback (DVFB) control can be very useful when a pair of sensor and actuator is collocated on structures with a high gain and excellent stability. It is considered that three different collocated pairs of piezoelectric actuators (20, 50 and 100 mm) and accelerometers installed on three identical clamped-clamped beams (300 * 20 * 1 mm). The response of each sensor-actuator pair requires strictly positive real (SPR) property to apply a high feedback gain. However the length of the piezoactuator affects SPR property of the sensor-actuator response. Intensive simulation and experiment shows the effect of the actuator length variation is strongly related with the frequency range of SPR property. A shorter actuator gave a wider SPR frequency range as a longer one had a narrower range. The shorter actuator showed limited control performance in spite of a higher gain was applied because the actuation force was relatively small. Thus an optimal length ratio (actuator length/beam length) was suggested to obtain relevant performance with good stability with DVFB strategy. The result of this investigation could give important information in the design of active control system to suppress unwanted vibration of smart structures with piezoelectric actuators and accelerometers.
A new FET type semiconductor pressure sensor (PSFET : pressure sensitive field effect transistor) was fabricated and its operational characteristics were investigated. A ZnO thin film as a piezoelectric layer, $5000{\AA}$ thick, was deposited on a gate oxide of FET by RF magnetron sputtering. The deposition conditions to obtain a c-axis poling structure were substrate temperature of $300^{\circ}C$, RF power of 140watt, and working pressure of 5mtorr in Ar ambience. The fabricated PSFET device showed good linearity and stability in the applied pressure range($1{\times}10^{5}\;Pa{\sim}4{\times}10^{5}\;Pa$).
Based on the super elastic properties of the shape memory alloy (SMA) and the inverse piezoelectric effect of piezoelectric (PZT) ceramics, a kind of hybrid semi-active control device was designed and made, its mechanical properties test was done under different frequency and different voltage. The local search ability of genetic algorithm is poor, which would fall into the defect of prematurity easily. A kind of adaptive immune memory cloning algorithm(AIMCA) was proposed based on the simulation of clone selection and immune memory process. It can adjust the mutation probability and clone scale adaptively through the way of introducing memory cell and antibody incentive degrees. And performance indicator based on the modal controllable degree was taken as antigen-antibody affinity function, the optimization analysis of damper layout in a space truss structure was done. The structural seismic response was analyzed by applying the neural network prediction model and T-S fuzzy logic. Results show that SMA and PZT friction composite damper has a good energy dissipation capacity and stable performance, the bigger voltage, the better energy dissipation ability. Compared with genetic algorithm, the adaptive immune memory clone algorithm overcomes the problem of prematurity effectively. Besides, it has stronger global searching ability, better population diversity and faster convergence speed, makes the damper has a better arrangement position in structural dampers optimization leading to the better damping effect.
In this study, the effect of the size of sintered body on resonant and filter characteristics in Pb(Sn1/2Sb1/2)O3-PbTiO3 piezo-electric system were investigated. The attenuation characteristics of ring-dot type and ladder type filter were also investigated. As the size of sintered body was decreased, the resonant characteristic(Fr, Fa) and the center frequency(Fo) were increased. As the poling field was increased, the Kp and bandwidth were increased. The big difference between rign-dot type and ladder type was the sharpness of bandwidth, selectivity and the movement of center frequency.
In order to fabricate complex-shaped polycrystalline ceramics by sintering, organic binders are usually pre-mixed with ceramic powders to enhance the formability during the shape forming process. These organic binders, however, must be eliminated before sintering so as to eliminate the possibilities of poor densification and unusual grain growth during sintering. The present work studies the effect of binder addition on grain growth behavior during sintering of $92(70Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-30PbTiO_3))$-8PbO(mol%) piezoelectric ceramics. The microstructures of the sintered samples were examined for various heating profiles and debinding schedules of the binder removal process. Addition of Polyvinyl butyral(PVB) binder promoted abnormal grain growth especially in incompletely debinded regions. Residual carbon appears to change the grain shape from comer-rounded to faceted and enhance abnormal grain growth.
This paper describes the effect of the split injection on combustion and emission characteristics in a common rail diesel engine at various operating conditions. The combustion pressures and exhaust emissions such as $NO_x$ and soot were measured at various split injection timings. The experimental apparatus of this study is composed of 4 cylinder engine installed with piezoelectric pressure sensor, EC dynamometer, and exhaust gas analyzer for the measurement of $NO_x$, CO, HC and soot emissions. Results show that the split injection has a great effect on reducing the rapid premixed combustion and $NO_x$ emissions.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.11
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pp.971-975
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2004
This paper deals with the idea of Electroactive paper (EAPap) actuator and its application possibility. EAPap is a paper that produces large displacement under electrical excitation. EAPap is made with a cellulose paper by constructing thin electrodes on both sides of the paper. When electrical voltage is applied on the electrodes, the EAPap produces bending displacement. EAPap has merits in terms of lightweight, dryness, large displacement output, low actuation voltage and low power consumption. Since the power requirement is so small that it is suitable for microwave-driven smart actuators. This paper describes the working principle and performance of EAPap as an artificial muscle and its possibility far many applications.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.4
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pp.51-56
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2007
Precision positioning system with magnetostrictive actuator(MA) has widely used in manufacturing devices to control the positioning accuracy to meet the high load and stroke requirements. It has many advantage in comparison with piezoelectric actuator; high force, high strain, high efficient etc. But, the performance of Terfenol-D, the commercially available magnetostrictive material, is highly dependent on the prestress, magnetic field intensity and temperature. This paper present an experimental investigation of the temperature effect on displacement characteristics of magnetostrictive actuator. In this paper, compressed cold air is proposed to improve of positioning accuracy of magnetostrictive actuator. The compressed cold air cooling system has good cooling effect Experimental results confirming the effectiveness of the proposed cooling system as high precision positioning system are also has presented in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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