This paper describes the characteristics of piezoelectric micro power generators by the ANSYS FEA(finite element analysis). The micro power generator was designed to convert ambient vibration energy to electrical power as a ZnO piezoelectric material. To find optimal model in low vibration ambient, the shape of power generator was changed with different membrane width, thickness, length, and proof mass size. Using the ANSYS modal analysis, bending mode and stress distribution of optimal model were analyzed. Moreover, the displacement with the frequency range was analyzed by harmonic analysis. From the simulation results, the resonance frequency of optimal model is about 373 Hz and investigate the possibility of ZnO micro power generator for ambient vibration applications.
The transient analysis of delaminated smart composite laminates is studied using an improved layerwise laminate theory. The theory is capable of capturing interlaminar shear stresses that are critical to delamination. The presence of discrete delamination is modeled through the use of Heaviside unit step functions. Stress free boundary conditions are enforced at all fee surfaces. Continuity in displacement field and transverse shear stresses are enforced at each ply level. In modeling piezoelectric composite plates, a coupled piezoelectric-mechanical formulation is used in the development of the constitutive equations. Numerical analysis is conducted to investigate the effect of nonlinearity in the transient vibration of bimodular behavior caused by the contact impact of delaminated interfaces. Composite plates with delamination, subject to external loads and voltage history from surface bonded sensors, are investigated and the results are compared with corresponding experimental results and plates without delamination.
This paper presents the dynamic modeling and control methodology to arrest structural deflections of industrial robotic manipulators featuring elastic members retrofitted with surface bonded pizoelectric actuators and sensors. The cynamic modeling is accomplished by employing a variational theorem, prior to developing a finite element formulation. This finite element formulation accounts for both original robot member elements and also bonded piezoelectric material elements. The governing equation of motion is then modified by condensing the electric potential vectors and subsequently two different negative velocity feedback controllers are established; a constant-gain feedback controller and a constant- amplitude feedback controller. By adopting a Model P50 articulating industrial robot manufactured by Gerneral Electric Company, conputer simulations are underlaken in order to demonstrate superior performance characteristics to be accrued from this proposed methodology such as smaller deflections at the end-effector.
This paper is concerned with the development of the vibration isolation system using piezoelectric actuators and sensors. The active vibration absorber system consists of 4 pairs of PZT actuators bonded on aluminum plates. Hence, the active system is directly connected to the passive system. The rubber attached to the end of the beam is connected to the upper base as a structural member. It allows bending thus maximizing the vertical movement generated by the piezoceramic actuators. The piezoceramic sensors consists of 4 PZT sensors known to tilting, rolling and vertical movement. This paper also presents the development and the movement of the system.
The spatial focusing of time reversal Lamb waves on a plate has attracted considerable attention for identifying the location of an input source. This study investigates the spatial focusing performance on a plate with respect to the number of piezoelectric (PZT) sensors for varying locations of input sources. In particular, a small number of PZT sensors produce spatial focusing through the virtual sensor effect due to reflection of Lamb waves at plate edges. The spatial focusing performance with respect to the number of PZT sensors is quantified in terms of signal to noise ratio through numerical simulation and its implication is discussed.
In the present study, we aim to use nanotechnology sensors/actuators to capture pressure and frequency of voice singers and to send signals for improving breathing pressure. In this regard, a circular composite structure having 3 different layers are used. The core layer is nano-composite material reinforced with graphene nanoplatelets. The face sheets are piezo electric materials connected to electrical circuit capable of measuring and applying voltage to the piezoelectric layers. This sensors have extremely smaller size than conventional sensors attached to the neck of singer and, hence, minimizes the influences on the output voice of the singer. A brief theoretical framework are presented for nonlocal strain gradient theory and geometry of the sensor is described in detail. The controlling procedure along with experimental results on 20 amateur and professional singer participants are also presented. The results of the study indicate that the participants could gain benefit from the device for improving their ability in phonation and keeping their frequency at a constant level although they have difficulty in the beginning of the experiment getting used to the device.
The effect of $MnO_{2}$ as a sintering additive on the microstructures and the piezoelectric properties, especially mechanical quality factor, of 0.05 Pb$(Sb_{0.5}Nb_{0.5})O_{3}$-0.95 Pb$(Zr_{0.52}Ti_{0.48})O_{3}$ (PSN-PZT) piezoelectric ceramics was investigated. The samples were sintered at $1250^{\circ}C$ for 2 h. The crystal structure and surface morphology of the sample were examined using XRD and FE-SEM, respectively. A study on the influence of $MnO_{2}$ additives on the dielectric and piezoelectric properties showed that the $MnO_{2}$-added PSN-PZT system exhibited a high mechanical quality factor and well-situated piezoelectric properties. The optimized results of $d_{33}$ (319 pC/N), $k_{p}$ (55 %), and $Q_{m}$ (751.24) were obtained at 0.2 wt% $MnO_{2}$ added PSN-PZT piezoelectrics.
압전 페인트 센서는 압전 세라믹의 주성분인 압전 파우더와 에폭시의 결합으로 이루어진 페인트형 센서이다. 이 센서는 일반 페인트와 같이 구조물에 도포되기 때문에 다른 어느 센서보다 구조물에 부착이 용이하다. 본 연구에서는 압전 페인트센서가 도포된 구조물의 충격 감지 정도를 판단하고자 하였다. 특히, 철도차량을 대상으로 연구를 진행하고자 하였다. 철도차량 운용 중에 발생하는 자갈 비산으로 인해 발생하는 충격손상이 많이 보고되고 있고, 이러한 충격손상을 방지하고자 차량 하부구조물 전체 표면에 발생하는 충격신호를 실시간으로 감지할 필요가 있다. 철도차량이 운행되는 환경을 고려하여 압전 페인트시편을 $-20{\sim}60^{\circ}C$의 열사이클 환경에 노출시켜 센서의 감도 변화를 측정하였다. 알루미늄 시편에 압전 페인트센서를 도포하여 감도 측정을 수행한 결과, 열사이클 환경 전후에 감도 차이가 크지 않음을 확인하였고 이를 통해 환경 노출 후에도 압전 페인트센서로 충격 감지가 가능함을 확인하였다.
A new type of transducer, piezoelectric floating mass transducer (PFMT) which has advantages of piezoelectric and electromagnetic transducer has been proposed and implemented for the implantable middle ear hearing devices. By the uneven bonding of piezoelectric material to the inner bottom of transducer case, the PFMT can vibrate back-and-forth along the longitudinal axis of the transducer even though the piezoelectric material within the cylindrical case produces only the bilateral expansion and contraction according to the applied electrical signal. To improve efficiency of the PFMT, the multi-layered piezoelectric material has been adapted. The small number of components in the PFMT enables the simple manufacturing and the easy implanting into the middle ear. In order to examine the characteristics of vibration, mechanical modeling and finite element analyses of the proposed transducer have been performed. From the result of theoretical analyses and the measured data from the experiment, it is verified that the implemented PFMT can be used in implantable middle ear hearing devices.
In this research, a wafer-level transfer method of cantilever away on a conventional CMOS circuit has been developed for high density probe-based data storage. The transferred cantilevers were silicon nitride ($Si_3N_4$) cantilevers integrated with poly silicon heaters and piezoelectric sensors, called thermo-piezoelectric $Si_3N_4$ cantilevers. In this process, we did not use a SOI wafer but a conventional p-type wafer for the fabrication of the thermo-piezoelectric $Si_3N_4$ cantilever arrays. Furthermore, we have developed a very simple transfer process, requiring only one step of cantilever transfer process for the integration of the CMOS wafer and cantilevers. Using this process, we have fabricated a single thermo-piezoelectric $Si_3N_4$ cantilever, and recorded 65nm data bits on a PMMA film and confirmed a charge signal at 5nm of cantilever deflection. And we have successfully applied this method to transfer 34 by 34 thermo-piezoelectric $Si_3N_4$ cantilever arrays on a CMOS wafer. We obtained reading signals from one of the cantilevers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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