• Smart Structures and Systems
• /
• 제24권4호
• /
• pp.435-446
• /
• 2019

The existing piezoelectric spherical transducers with fixed prescribed dynamic characteristics limit their application in scenarios with multi-frequency or frequency variation requirement. To address this issue, this work proposes an improved design of piezoelectric spherical transducers using the resistance tuning method. Two piezoceramic shells are the functional elements with one for actuation and the other for tuning through the variation of load resistance. The theoretical model of the proposed design is given based on our previous work. The effects of the resistance, the middle surface radius and the thickness of the epoxy adhesive layer on the dynamic characteristics of the transducer are explored by numerical analysis. The numerical results show that the multi-frequency characteristics of the transducer can be obtained by tuning the resistance, and its electromechanical coupling coefficient can be optimized by a matching resistance. The proposed design and derived theoretical solution are validated by comparing with the literature given special examples as well as an experimental study. The present study demonstrates the feasibility of using the proposed design to realize the multi-frequency characteristics, which is helpful to improve the performance of piezoelectric spherical transducers used in underwater acoustic detection, hydrophones, and the spherical smart aggregate (SSA) used in civil structural health monitoring, enhancing their operation at the multiple working frequencies to meet different application requirements.

• 한국음향학회지
• /
• 제27권5호
• /
• pp.215-220
• /
• 2008

의료용 초음파 프로브나 압전복합재료 트랜스듀서 등에 있어서는 배열된 압전세라믹 요소간의 공간, 즉 kerf에 주로 폴리머계열의 물질을 충진하고 있다. 이 경우 압전 요소의 횡방향 진동모드의 경계조건이 바뀌어 실제 사용되는 종방향 진동모드의 공진 주파수에도 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 kerf충진 매질에 따른 공진주파수의 변화를 실험적으로 고찰하기 위하여 크기가 $14mm{\times}0.22mm{\times}0.44mm$인 PZT 압전요소의 선형배열에 의한 초음파 트랜스듀서를 제작하고, kerf충진 매질이 없는 경우와 특성이 다른 두 종류의 에폭시로 충진한 경우 각각에 대한 측정을 행하였다. 그 결과 kerf충진 매질에 따른 종방향 공진주파수의 천이 경향이 이론해석 결과와 유사함을 확인하였다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제26권4호
• /
• pp.139-144
• /
• 2016

Tonpilz 트랜스듀서의 거동에 미치는 압전 소재의 형상과 크기의 효과에 대하여 유한요소법을 통한 컴퓨터 모사를 통하여 연구하였다. 도넛 형태의 압전체의 직경과 높이 그리고 쌓아올린 stack의 수를 변수로 고려하였고 최종적으로 소재 자체를 특성이 뛰어난 단결정 소재로 변환하였을 때 그 특성인 출력과 TVR 대역폭이 어떻게 변하는지를 모사하였다. 그 결과, 리랙서 단결정을 활용함으로써 같은 구조에서 출력을 10배 정도 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제17권7호
• /
• pp.1645-1652
• /
• 2013

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.

• 한국음향학회지
• /
• 제21권1호
• /
• pp.56-61
• /
• 2002

초음파 진단용으로 널리 사용되는 1차원 배열 압전형 초음파 변환기는 변환기내의 인접한 소자들간의 간섭에 의해 그 특성에 많은 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 유한 요소 해석법을 이용하여 압전형 1차원 배열 의료용 초음파 변환기에서 커프의 충진재와 형상의 변화에 의한 음향간섭 레벨의 경향을 분석하였다. 분석결과는 향후 진단용 초음파 변환기의 최적 설계를 위해 중요한 자료가 될 것이며, 더 나아가 치료용, 비파괴 검사용, 그리고 수중 초음파 변환기에도 적용이 가능할 것이다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
• /
• 한국해양정보통신학회 1999년도 춘계종합학술대회
• /
• pp.307-312
• /
• 1999

결합형 유한요소-경계요소 기법을 사용하여 압전체 유연형 쏘나 변환기를 시뮬레이션하였다. 쏘나 변환기의 역학적 구동을 3차원적으로 모델링하였고 전기적 외부 부하 조건을 가지고 분석하였다. 정상 상태 변위 모드와 방향 패턴과 같은 결과들을 보여준다. 본 논문의 술통 형태의 압전 재질 쏘나 변환기는 유연형 변위를 발생시키며, 다른 형태의 쏘나 변환기와 달리 고출력, 낮은 Q-factor, 향상된 전방위성을 가지도록 해준다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2000년도 영호남학술대회 논문집
• /
• pp.283-286
• /
• 2000

In this study, the acoustic transducer of a thin circular disc-type with PZT/Metal was manufactured. The piezoelectric transducer with 200kHz resonance frequency was designed by considering the sharp directivity and the sound pressure. The dielectric and piezoelectric properties of 0.5 weight percent $MnO_2$ and NiO doped $0.1Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.45PbTiO_3-0.42PbZrO_3$ ceramics were investigated aiming at acoustic transducer applications. Also, the acoustic characteristics of a thin circular disc-type with metal-piezoceramics have been Investigated.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2000년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.711-714
• /
• 2000

In this study, the physical properties of the acoustic element and case with metal-piezoelectric ceramics were analyzed. The dielectric and piezoelectric properties of 0.5 wt% MnO$_2$and NiO doped 0.1Pb(Mg$\_$1/3Nb$\_$2/3)O$_3$-0.45PbTiO$_3$-0.45PbZrO$_3$ceramics were investigated aiming at acoustic transducer applications. The vibration characteristics for the laminated circular plate was analyzed for the various thickness and diameter of the piezoceramic layer and metal layer. Also, the acoustic characteristics for the geometrical form of case have been investigated. The design and fabrication method worked in this paper can be utilized in development of actuator and acoustic device.

• Journal of electromagnetic engineering and science
• /
• 제8권1호
• /
• pp.6-11
• /
• 2008

Advances in low power design open the possibility to harvest energy from the environment to power electronic circuits. Electrical energy can be harvested from piezoelectric transducer. Piezoelectric materials can be used as mechanisms to transfer mechanical energy usually vibrating system into electrical energy that can be stored and used to power other devices. Micro- to milli-watts power can be generated from vibrating system. We developed definitive and analytical models to predict the power generated from a cantilever beam attached with piezoelectric transducer. Analytical models are pin-force method, enhanced pin-force method and Euler-Bernoulli method. Harmonic oscillations and random noise will be the two different forcing functions used to drive each system. It has been selected the best model for generating electric power based upon the analytical results obtained.

• 한국음향학회지
• /
• 제22권8호
• /
• pp.629-636
• /
• 2003

의료용 초음파 진단 장치나 표적을 탐지하는 소나 등에 사용되는 초음파 트랜스듀서 어레이는 정도 높은 정보를 얻기 위해 목적에 맞는 지향특성이 요구되어진다. 본 연구에서는 사용 목적 따라 지향 특성을 가변할 수 있는 초음파 트랜스듀스 어레이를 제안하였다. 제안한 초음파 트랜스듀서 어레이는 전기적 용량으로 제 2 차 모드의 효율을 제어할 수 있는 2층 구조 트랜스듀서를 이용하여 트랜스듀서 어레이의 빔 폭을 제어하였다. 이것을 시험 제작하여 이론 및 실험적으로 해석한 결과 주엽의 -3 dB 빔 폭을 7.6° ∼ 16.2°의 범위에서 제어 가능함을 확인하였다.