Flexibility in the power control of ultrasonic transducers has remained a challenge for cleaning applications. This paper introduces a modification of the existing piezoelectric ceramic transducer (PCT) circuit to increase the range of operation through its impedance characteristics. The output power is controlled using the asymmetrical voltage-cancellation (AVC) method. Together with a phase-locked loop control, the switching frequency of the inverter is automatically adjusted to maintain a lagging phase angle under load-parameter variations during the cleaning process. With the proposed modification, the region of the zero-voltage switching (ZVS) operation is extended, which results in a wider range of output power control. A hardware prototype is constructed and the control algorithm is implemented using an STM32F4 microcontroller. Simulation and experimental results are provided to verify the proposed method for a 50-W PCT. The operating frequency and output power ranges under study are 37 - 41 kHz and 15.8 - 50 W, respectively.
ACROSS device, which is composed of an implantable microphone, a signal processor, and a vibrating transducer, is a fullyimplantable middle ear hearing device(F-IMEHD) for the recovery of patients with hearing loss. And since a microphone is implanted under skin and tissue at the temporal bones, the amplitude of the sound wave is attenuated by absorption and scattering. And the vibrating transducer attached to the ossicular chain caused also the different displacement from characteristic of the stapes. For the gain control of auditory signals, most of implantable hearing devices with the digital audio signal processor still apply to fitting rules of conventional hearing aid without regard to the effect of the implanted microphone and the vibrating transducer. So it should be taken into account the effect of the implantable microphone and the vibrating transducer to use the conventional audio fitting rule. The aim of this study was to measure gain characteristics caused by the implanted microphone and the vibrating transducer attached to the ossicle chains for the gain compensation of ACROSS device. Differential floating mass transducers (DFMT) of ACROSS device were clipped on four cadaver temporal bones. And after placing the DFMT on them, displacements of the ossicle chain with the DFMT operated by 1 $mA_{peak}$ current was measured using laser Doppler vibrometer. And the sensitivity of microphones under the sampled pig skin and the skin of 3 rat back were measured by stimulus of pure tones in frequency from 0.1 to 8.9 kHz. And we confirmed that the microphone implanted under skin showed poorer frequency response in the acoustic high-frequency band than it in the low- to mid- frequency band, and the resonant frequency of the stapes vibration was changed by attaching the DFMT on the incus, the displacement of the DFMT driven with 1 $mA_{rms}$ was higher by the amount of about 20 dB than that of cadaver's stapes driven by the sound presssure of 94 dB SPL in resonance frequency range.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.18
no.1
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pp.33-41
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1998
The response characteristics of the PZT transducers during glass capillary breakage were studied at the epicenter of the glass plate. The PZT transducers had been made by using EC-65 PZT ceramics(supplied by Edo co.) with a constant area and a various thickness. The theoretical displacement and velocity at the epicenter of glass plate with an air boundary condition were calculated by assuming the point load of 1N force strength and a rise time of 280 ns with a ramped functional dependence, and the 1st pulses of the PZT transducer may be considered as the vertical velocity incident on the electrode of the PZT ceramic. The responses of the PZT transducer may be depended on the thickness mode of the PZT ceramic below 0.33 in the ratio of the thickness to the diameter of PZT ceramic, but the reponse of the PZT transducer may be depended on the other modes of PZT transducer in the addition of the thickness mode of the PZT ceramic above 0.33. The full time of half maximum at the 1st pulse was nearly 280 ns without a variation of applied breakage load and the resonant frequency of the PZT transducer, and then may be considered as the rise time of a AE source. The maximum amplitude of the 1st pulse depended on the incident vertical velocity and capacitance of the PZT transducer. Therefore, the full time of half maximum and maximum amplitude of the 1st pulse may be considered as the rise time and strength of acoustic emission source respectively.
Al-Ni thin films were fabricated using combinatorial sputtering system to realize highly sensitive surface acoustic wave (SAW) devices. The Al-Ni sample library was grown with various chemical compositions and electrical resistivities, which provided important information for selecting the most suitable materials for SAW devices. As acoustic waves generated from piezoelectric materials are significantly affected by the resistivity and density of the interdigital transducer (IDT) electrodes, three types of Al-Ni thin films with different Al contents were fabricated. The thickness of the Al-Ni thin film used in the SAW-IDT electrode was fixed at 100 nm. As the Al content of the Al-Ni film decreased from 79.2 to 24.5 at%, the resistivity increased slightly from 4.8 to 5.8 × 10-5 Ω-cm, whereas the calculated density increased significantly from 3.6 to 6.9 g/cm3. The SAW device composed of Al-Ni IDT electrodes resonated at 71 MHz without frequency shifts; however, the selectivity of the resonant frequency and insertion loss deteriorated as the Al content decreased. When there is no significant difference in the electrical characteristics of the SAW-IDT electrodes, the performance of the SAW devices can be determined by the density of the IDT electrodes.
Park, Sung Hoon;Yoon, Woon-Ha;Patil, Deepak Rajaram;Ryu, Jungho
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.6
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pp.480-486
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2021
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.
Kim, Kwon-Se;Choi, Doo-Seuk;Kim, Young-Choon;Cho, Jae-Ung
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3191-3196
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2013
Ultrasonic transducer is the sensor which is measuring distance. Piezo ceramic of ultrasonic sensor and adhesive technique of matching layer are the most core techniques. With the study of relation on matching layer which takes off the ultrasonic wave into the air, this paper aims to find the second useful frequency as the results which can be changed are extracted in case piezo ceramic and matching layer are bonded. And the experiment is done with piezo ceramic as real piezoelectric element and matching layer of chemical wood. OD of piezo ceramic has designed by ${\Phi}50{\times}3T$ and OD of matching layer is designed by ${\Phi}62{\times}12t$ with ${\lambda}=1/4$. Acoustic impedance is generated at the most optimum resonant frequency of 53 Khz. As experimental result, more available frequency can be generated by using the adhesive close to solid than the flexible one.
The shear wave velocity is related with the stiffness of granular skeleton and mass density. The shear stiffness of the granular skeleton remains unaffected by the presence of the fluid. Bender elements are convenient shear wave transducers for instrumenting soil cells due to optimal soil-transducer coupling. This study addresses the principles of the shear wave, the design and implementation of bender elements including electromagnetic coupling prevention, directivity, resonant frequency, detection of first arrival, and near field effects. It is shown that electromagnetic coupling effects can be minimized using parallel-type bender elements. Thus, the in-plane S-wave directivity is quasi-circular. The resonant frequency of bender element installations depends on the geometry of the bender element, the anchor efficiency and the soil stiffness. One of the most cumbersome parts in the bender element test is near field effects, which affect the selection of arrival time. The selection of the first arrival within the near field Is effectively solved by the multiple reflection technique and signal matching technique. Bender elements, which requires several considerations, may be effective tools for the subsurface characterization by using S-wave.
초음파 트랜스듀서는 다양한 산업 분야에 응용되고 있다. 초음파 트랜스듀서는 압전 소자에서 발생하는 초음파를 이용하는데, 본 논문은 알루미늄 용탕 처리에 적용하였다. 알루미늄 용탕 처리용 초음파 트랜스듀서는 고주파인 공진주파수를 이용하여 동작하게 된다. 초음파 트랜스듀서는 압전 소자의 온도 및 부하에 따라 공진 주파수가 이동하게 되는 문제점을 가지고 있다. 본 논문은 알루미늄 용탕을 처리할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 LLCC 공진형 컨버터를 이용하여 공진주파수를 추적 및 일정한 전력을 공급하는 제어 방식을 제안한다.
A piezoresistive silicon resonator which can be used as an accelerometer is designed and fabricated using silicon micromachining techniques. The device consists of a seismic mass and four deflection beams in which eight piezoresistors are diffused. The structure is fabricated by EPW etching process. The piezoresistors are properly arranged and connected to make a bridge circuit, with which acceleration in only one direction can be measured. According to the experimental results, the first resonant frequency of this resonator is above 15 kHz, and this transducer has a sensitivity of 5.56 ${\mu}V/Vg$.
The main purpose of this research is to utilize simple mathematical models to depict the vibration behavior and the resulted sound field of a piezoelectric disk for ultrasonic transducers. Instead of using 1-D vibration model, coupled effect between the thickness and the radial motions was considered to be close to the real vibration behavior. Moreover, Huygens-Fresnel principle was used in both incident and reflected waves to analyze the sound field under obstacles in finite distance. Results of the tested piezoelectric disk show that, discrepancies between the simulation and experiment are 2.5% for resonant frequency and 12% for resulted sound field. Therefore, the proposed method can be used to reduce the complexity in modeling vibration problems, and increase the reliability on analyzing piezoeletric transducers in the design stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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