• 제목, 요약, 키워드: 압전소자

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레이저 및 광전자소자를 활용한 압전소자의 무선 가진 시스템 개발 (Development of a Wireless Piezoelectric Transducer Excitation Technique using laser and optoelectronic devices)

  • 박현준;손훈;정철;권일범;윤정방
    • 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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    • pp.6-9
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    • 2009
  • 교량, 댐, 터널 등의 대형 구조물 및 항공기 등의 기계 구조물의 경우 그 중요성과 함께 노후화 및 손상의 발생에 의한 구조물의 사고를 미연에 방지하기 위해 효과적인 건전도 평가와 손상 검색에 대한 연구가 최근 급증하고 있으며 특히 압전소자를 활용하여 구조물의 손상을 추정하는 기법들이 많이 개발되고 있다. 또한, 최근에는 압전소자와 계측기 사이를 케이블을 이용하여 연결할 경우 실제 대형 구조물에 설치 시 비효율적인 부분이 많아 무선 기반 계측시스템이 개발되고 있다. 그러나 이러한 무선 계측 시스템의 경우 압전소자의 가진 및 계측되는 데이터의 전송을 위해 별도의 전원공급이 필요하기 때문에 배터리가 포함되도록 구성되며 이럴 경우 그 수명이 제한적이기 때문에 실제 구조물에 활용 시 문제로 제기되고 있다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 레이저를 통해 원격지의 압전소자에 무선으로 전원을 공급하여 가진시키는 시스템을 제안하였다. 압전소자를 가진시키고자 하는 임의의 파형으로 레이저를 변조(modulation)시키고 대기 중으로 전송하여, 압전소자와 연결된 광검출기(photodiode)를 통해 전기적 신호로 변환하여 최종적으로 가진시키게 된다. 이러한 시스템을 실내 실험을 통하여 구현하였으며 그 효용성을 살펴보았다.

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Phased Array트랜스듀서에 있어서 구성 압전소자수의 변화에 따른 초음파 빔 전파 특성의 수치 해석 (Numerical Analysis of Ultrasonic Beam Profile Due to the Change of the Number of Piezoelectric Elements for Phased Array Transducer)

  • 최상우;이준현
    • 비파괴검사학회지
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    • v.19 no.3
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    • pp.207-216
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    • 1999
  • 일반적인 하나 또는 두개의 압전소자를 사용하는 트랜스듀서에 비하여 다수의 압전소자를 사용하는 어레이 트랜스듀서는 각 압전소자에 가해지는 펄스의 지연시간을 제어함으로써 초음파 빔을 임의의 지점에 집속시킬 수 있고 기계적 구동없이 임의의 방향으로 조향시켜 실시간 주사를 할 수 있는 장점이 있다. 페이즈드 어레이 트랜스듀서의 설계조건은 압전소자의 수. 압전소자의 크기 그리고 압전소자 사이 간격 등 여러가지가 있으며, 본 연구에서는 그 중에서 압전소자수의 변화에 따른 초음파 빔의 특성을 호이겐스의 원리를 이용한 수평횡파의 시뮬레이션을 통하여 평가하였다. 그 결과 초음파 빔은 조향각이 증가 할수륵 음압이 감소하며, 초음파 빔 특성도 점차적으로 분산됨을 알 수 있었고 또한, 초점거리가 증가할수록 초점에서의 집속효과는 감소하고, 압전소자의 수가 증가되면 집속효과는 향상됨을 알 수 있었다.

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압전소자를 이용한 판의 진동평가 (Estimation using PZT for Vibration of Plates)

  • 김이성;박강근;김화중
    • 한국공간구조학회논문집
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    • v.6 no.3
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    • pp.35-41
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    • 2006
  • 구조물의 모니터링과 손상 및 진동예측에 많은 센서들이 사용되고 있으며, 압전소자 및 변형게이지는 재료 및 구조물의 손상에 사용되고 있다. 그러나 진동에 대한 실험은 미진한 실정이다. 압전소자는 구조물의 변형되었을 때 로드셀의 경우에서처럼 작용되는 외력을 전기적인 신호로 바꾸어주는 센서이다. 이를 이용하여, 철근 콘크리트 판에서 진동예측을 압전소자의 전압변화로 사용하였다. 본 연구는 판에서 압전소자를 사용하여 진동을 예측하기 위한 기초적 연구이다.

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길이변조용 압전소자의 휨 측정과 보정 (Characterization and correction of bemding deformation in pizeoelectric ceramics displacement)

  • 김재완;남승희;한재원
    • 한국광학회지
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    • v.12 no.4
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    • pp.300-304
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    • 2001
  • 압전소자에 전압을 가했을 때 길이가 늘어나며 휘어지는 것을 측정하고 보정하는 방법을 제시한다. 압전소자에 부착된 거울에서 반사되는 레이저빔의 각도 변화를 $0.36\mu$rad의 불확도로 측정하여 압전소자가 휘는 각도와 방향을 알수 있는 장치를 구성하였다. 압전소자의 전극을 세부분을 분할하고 축전기를 직렬 연결하여 하나의 전원으로도 각 전극에 인가되는 전압을 달리 조절할 수 있었다. 압전소자가 휘어지는 크기와 방향에 따라 각 전극에 연결되는 축전기의 용량을 달리함으로써 보정 전에 비해 휨을 6.3%로 줄일수 있었다. 휨이 보정된 압전소를 광자감쇠공동의 길이 변조에 이용하였을 때 압전소자가 휘기 때문에 야기되었던 감쇠시간 요동이 효과적으로 제거되는 것을 확인하였다.

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압전소자 구동기의 모델링과 정밀제어를 위한 보상기 설계 (Modeling and Compensator Design for Piezoelectric Acuators)

  • 김용출;임준홍
    • 대한전자공학회:학술대회논문집
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    • pp.2819-2822
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    • 2003
  • 본 논문에서는 압전소자 구동기를 모델링하고 이를 이용하여 제어기를 설계하였다. 지금까지 많이 쓰이고 있는 방법이 압전소자 구동기의 히스테리시스 특성에 대한 대략적인 모델링을 구하고 이의 역함수를 적용한 방법이었으나 오차가 많고 다른 시스템에 대한 적용이 어려운 단점이 있었다. 이에 정확한 예측이 가능한 모델링 방법을 사용하여 제어기 설계의 정확성을 기하였다. 압전소자 구동기의 히스테리시스 특성을 제거하기 위한 방법으로는 Signal Preshaping 과 PI-제어기를 사용한 피드백 제어를 사용하였다. 이에 따른 모델링 시스템에서의 모사와 이를 실제 시스템에 적용하여 얻어낸 실험치와 그 결과에 대해서 논하였다.

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자기변형 소자와 그 응용

  • 백창욱;김병호;김용권
    • 전기의세계
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    • v.42 no.9
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    • pp.38-45
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    • 1993
  • 자기변형소자는 압전소자에 비해 변위가 크고, 발생력이 크다는 장점으로 인해 압전소자를 대치할 소자로 기대된다. 하지만 자기변형소자가 주목받기 시작한지 얼마되지 않았기 때문에 실제 응용에 있어서 문제점이 완벽하게 해결된 상태는 아니다. 본문에서도 언급했듯이 높은 주파수에서 동작할때 와전류로 인한 특성의 저하, 구동하는데 많은 전류를 흘려야 하기 때문에 발생하는 열에 의한 변위의 변화 등의 문제는 실제 응용시 꼭 해결해야할 것들이다. 국내에서는 자기변형소자에 대한 연구가 전무한 상태이므로 특정한 분야의 응용에 앞서 소자 자체의 특성에 대한 심도있는 연구가 선행되어야 할 것이다. 자기변형소자의 특성에 대한 축적된 빠른 시간내에 자기변형소자를 이용한 좋은 응용이 나오기를 기대할 수 있을 것이다.

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강합성 교량에 설치된 압전소자의 전력발생효과 분석 (Analysis of Electric Power Effect of Piezoelectric Element on Steel-concrete Composite Bridge)

  • 김상효;정치영;정하민;안진희
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.22 no.5
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    • pp.411-420
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    • 2010
  • 교량은 주행차량에 의하여 지속적이며 반복적인 변형에너지가 발생하며, 이러한 교량의 변형에너지를 압전소자를 이용하여 전기에너지로 변환 할 수 있다. 하지만 압전소자를 구조물에 부착하여 구조물의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 사용하기 위해서는 구조물에 작용하는 하중 및 하중에 따라 압전소자에서 발생하는 변형률 관계 등이 제시되어야 압전소자를 합리적으로 적용할 수 있는 가능성을 평가할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 압전소자를 교량 구조물에 적용하였을 때 발생하는 전압을 평가하기 위하여 강교량을 모사한 강합성 거더 교량 실험체를 제작하고 교량의 하중효과 등을 고려한 하중을 재하하고 이에 따라 압전소자에서 발생되는 전압을 평가하고 압전전압의 제안식과 실험결과를 비교하였다.

압전소자와 열전소자를 이용한 국소부 냉각성능 평가에 관한 연구 (Study on Evaluation of Local Cooling Performance using Piezoelectric and Thermoelectric Modules)

  • 오후석;최병희
    • 한국산학기술학회논문지
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    • v.18 no.2
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    • pp.478-483
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    • 2017
  • 본 논문에서는 소형 전자기기와 같은 발열부 온도 제어를 위해 압전 소자와 열전 소자를 이용하여 국소부 냉각 성능을 실험적으로 조사해 보았다. 실험은 열전 소자를 이용하여 실험 영역내에 냉각부를 형성하고, 압전 소자에 80Hz와 110Hz 의 인가주파수를 각각 적용하여, 압전 소자를 작동시켰을 때와 작동시키지 않았을 때 열전 소자에 의해 형성된 시험부의 냉각 영역에서 온도 분포를 측정하였다. 또한, 냉각 영역의 온도측정 결과를 토대로 압전 소자를 적용하였을 때와 적용하지 않았을 때 냉각 영역의 성능 계수를 계산하고, 가시화 장치를 구성한 후 시험부내에 냉각 영역의 열유동 현상도 확인해 보았다. 실험결과, 온도분포 측정 실험 결과와 성능 계수 계산 결과로 부터 압전 소자를 작동하지 않은 경우보다 압전 소자를 작동한 경우에서 냉각 성능이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.. 또한, 가시화 결과를 토대로 열전 소자에 의해 형성된 냉각 영역에 압전 소자를 작동시켰을 경우에 냉각 영역의 국소부에 압전 소자에 의한 상하 진동의 강제 대류 현상이 발생하면서 냉각영역 전체에 고르게 분포하는 유동을 형성하고 냉각 성능이 개선되는 원인을 확인할 수 있었다.

Acoustic Emission (AE) 센서의 감도 향상을 위한 압전특성 개선 연구

  • 김주형;송정빈;김창일;이영진;백종후;이해근
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • pp.337-337
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    • 2008
  • Acoustic emission(AE) 센서의 감도개선을 위해 적합한 압전소자의 특성향상에 대해 연구하였다. AE 센서기술은 재료 내부에 마이크로크랙에 의해 변형과 손상이 생길 때 발생하는 기계적인 진동을 고감도 압전소자를 통해 전기적인 신호로 변환해 재료의 이상 유무를 알 수 있는 유용한 방법이다. AE 센서는 압전소자와 구리 캡 그리고 구리와 황동재질의 떨림판으로 구성되어 있다. 재료의 손상을 알기위한 변위가 낮을 경우 약한 AE 신호가 발생하며 검출하기가 어렵다. 미세변위에 의한 AE신호를 검출하기 위해서는 우수한 전기기계결합계수 (kp)와 압전상수($d_{33}$)를 갖는 압전소자가 필요하다. 이에 본 연구에서는 Pb$(Zr_{0.54}Ti_{0.46})O_3$ + x wt%$Cr_2O_3$ + y wt%$Nb_2O_5$ 조성에서 $Cr_2O_3$, $Nb_2O_5$ 첨가량 x, y 변화에 따른 압전특성과 AE센서특성을 고찰하였다.

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