Non-contact detection of internal defects in a rail using ultrasonic waves is discussed in this paper. Cracks in a rail may be the cause of a serious railway accident such as derailment if left undetected. Concurrent rail inspection method based on ultrasonic testing using piezoelectric transducers has several limitations as it should keep physical contact with the rail. This work suggests a non-contact detection of internal defects in a rail using ElectroMagnetic Acoustic Transducers (EMAT) which can produce and measure ultrasonic waves in a rail without any couplant. The EMATs for rail inspection are designed and fabricated and their working performance is verified through a series of experiments on various types of internal defects in test rails. The effect of lift-off between the transducers and the rail on the generated signals is also discussed.
Recently, it is required that acoustic transducers for underwater detection and communication sensor have wide bandwidth and low operating frequency. In this research, the new acoustic transducer is proposed. This transducer is tonpilz type, and made of 1-3 piezoelectric composites as a driving parts. The developed transducer is evaluated the TVR(transmission voltage response) and RVS(receiving voltage sensitivity) characteristics around $4{\sim}14\;kHz$ frequency range and is compared to conventional tonpilz transducer made of solid piezoelectric ceramics as a driving parts. The resonance frequency of the developed transducer is decreased by 30% and the -3 dB bandwidth is increased by 90%, compared to conventional transducer with same dimensions. The value of TVR is decreased by 9 dB and The value of RVS is the same at resonance frequency.
의료 진단용으로 널리 사용되는 1차원 배열형 압전 초음파 변환기는 소자들간의 음향 간섭에 의해 성능이 저하된다. 본 연구에서는 기존의 커프로 효과를 볼 수 없는 변환기 표면을 따라 전파하는 음파로 인한 간섭을 감소하기 위해 음향 벽 설치를 제안하고, 유한 요소 해석법을 이용하여 convex 1차원 배열형 압전 초음파 변환기에 설치한 음향 벽의 형상. 크기 및 재질에 따른 음향 간섭 수준을 분석하였다. 시뮬레이션 결과는 소자들간의 음향 간섭을 최소화하는 초음파 변환기의 최적화 설계를 위해 매우 유용한 정보로 사용될 것으로 기대된다.
Traditional magnetostrictive/piezoelectric laminate composites are generally in the regular geometries such as rectangles or disks. To explore properties of the irregular geometry magnetostrictive/piezoelectric transducer in the fundamental resonant frequency, a step dumb-bell shaped Magnetoelectric (ME) transducer is presented in this study. Both analytical and experimental investigations are carried out for the dumb-bell shaped transducer in the fundamental frequency. Comparing with the traditional rectangular transducer, the theory shows the resonant frequency of dumb-bell shaped transducer is reduced 31%, and the experiment gives the result of that is 37% which is independent of dc magnetic fields. The ratio of magnetoelectric voltage coefficient (MEVC) between the dumb-bell shaped and rectangular shaped transducers in theory is 66% comparing with that of in experiment is varying from 140% to 33% when the dc field is increased from 0 Oe to 118 Oe.
A torsional guided wave mode in a tubular structure has many advantages in obtaining a higher sensitivity and lower attenuation for a defect, because it shows no dispersion characteristics and no radial displacement for a tubular structure. Many attempts have been made to excite and receive torsional guided waves by conventional piezoelectric transducers, but only a few examples are used during a practical field inspection. In this study, an array of electromagnetic acoustic transducers (EMATs) were for an excitation and reception of the torsional guided waves in a pipe was designed and fabricated. The signal patterns were analyzed based on various beam path length. The feasibility of detecting the defects was investigated through a series of experiments with artificial notches on a pipe.
Ride comfort of a vehicle is often determined by rubber bushes in suspension system. If transmission forces versus deformations across the bushes are available under operational conditions, improvement of the ride comfort could be done with more ease. Recently, the transmission forces are measured using custom-made force transducers inside the links. This study presents a feasibility study on estimation of the rubber bush deformations using vibration signals on the rigid links. Linear variable displacement transducers as well as piezoelectric accelerometers are used to expand frequency range to very low frequency, which cannot be done with accelerometers only. How to estimate the bush deformation from the two vibration signals on the links are presented together with experimental results.
Accurate sensing of mechanical strains in civil structures is critical for optimizing structure reliability and lifetime. For instance, combined with intelligent control systems, electromechanical sensor output feedback has the potential to be employed for nondestructive damage evaluation. Application of Ionic Polymer Transducers (IPTs) represents a relatively new sensing approach with more than an order of magnitude higher sensitivity than traditional piezoelectric sensors. The primary reason this sensor has not been widely used to date is an inadequate understanding of the physics responsible for IPT sensing. This paper presents models and experiments defending the hypothesis of a streaming potential sensing mechanism.
Magnetoelectric (ME) composite is composed of a piezoelectric material and a magnetostrictive material. Among various ME structures, 2-2 type layered ME composites are anticipated to be used as high-sensitivity magnetic field sensors and energy harvesting devices especially operating at its resonance modes. Rosen type piezoelectric transducer using piezoelectric material is known to amplify a small electrical input voltage to a large electrical output voltage. The output voltage of these Rosen type piezoelectric transducers can be further enhanced by modifying them into ME composite structures. Herein, we fabricated Rosen type ME composites by sandwiching Rosen type PMN-PZT single crystal between two Ni layers and studied their ME coupling. However, the voltage step-up ratio at the resonance frequency was found to be smaller than the value calculated with αME value. The ATILA FEA (Finite Elements Analysis) simulation results showed that the position of the nodal point was changed with the presence of a magnetostrictive layer. Thus, while designing a Rosen type ME composite with high performance in a resonant driving situation, it is necessary to optimize the position of the nodal point by optimizing the thickness or length of the magnetostrictive layer.
In this paper, a design method of matching layers is presented for the sandwich type broad band underwater acoustic vibrators. The characteristic impedances of matching layers are determined to be matched to the characteristic impedance of head mass material. For the dynamic characteristic analysis of the sandwich type transducers, one dimensional FEM technique is also introduced. A test vibrator with the quarter wave matching layers has been designed to verify the proposed method. And the wide band characteristics of the input impedance and transmitting voltage response (TVR) are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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