• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.39 no.5
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• pp.499-505
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• 2015

To properly design and assess a piezoelectric vibration energy harvester, it is necessary to consider the application of an efficiency measure of energy conversion. The energy conversion efficiency is defined in this work as the ratio of the electrical output power to the mechanical input power for a piezoelectric vibration energy harvester with an impedance-matched load resistor. While previous research works employed the electrical output power for approximate impedance-matched load resistance, this work derives an efficiency measure considering optimally matched resistance. The modified efficiency measure is validated by comparing it with finite element analysis results for piezoelectric vibration energy harvesters with three different values of the electro-mechanical coupling coefficient. New findings on the characteristics of energy conversion and conversion efficiency are also provided for the two different impedance matching methods.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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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.

• Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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• v.32 no.5
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• pp.585-596
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• 2012

PVDF(poly vinylidene fluoride) and P(VDF-TrFE)(poly vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene) are the typical piezoelectric polymers with unique properties. Even they are inferior to conventional piezoelectric ceramics PZT in electromechanical conversion efficiency and interior loss, though they are superior in receiving sensitivity and frequency bandwidth. Their acoustic impedances are relatively close to water or biological tissue and it is easier to make thin film than other piezoelectric materials. Futhermore, the film is so flexible that it is easy to attach on a complex surface. Those properties are suitable for the ultrasound transducers which are useful for medical and biological application, so that various types of polymer transducers have been developed. In this paper, several important considerations for design and fabrication of piezoelectric polymer transducers were described and their effect on the transducer performance were demonstrated through the KLM model analysis. Then, it was briefly reviewed about the structures of the polymer transducers developed for obtaining images as well as the characteristics of the images in several important medical and biological application fields.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.11a
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• pp.37-38
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• 2006

본 연구에서는 압전체의 횡 진동모드를 이용한 압전 초음파 진동자를 설계 분석하였다. 이전의 란쥬반 진동자는 진동을 얻기 위하여, 복수의 원판 또는 사각판 형태의 압전 세라믹을 서로 반대 방향으로 분극하여 마주 보도록 설치한 후 전기적으로 병렬로 연결하고 상단 및 하단에 금속부을 부착하여 전체를 볼트로 조인 복잡한 구조와 큰 출력 파워를 갚는 반면, 본 연구에서는 판상형의 압전소자와 일체형 금속진동체를 이용하여 기계적 출력 파워 조절이 용이한 구조의 압전 진동자를 고안하여, 압전진동자의 횡 진동 모드를 이용함으로써 신뢰성과 정확도가 높고 진동효율이 최대가 되도록 설계하였다. 설계 개발된 압전 진동자는 진동의 크기 조절이 용이하여 일반 진동자 뿐 만 아니라, 외과 및 안과 수술에 있어서 인체조직이나 각막상피의 활성화를 유지한 상태에서 안전하게 절개 및 분리 시술용 진동자로 사용 할 수 있는 이점이있다. 압전 진동자는 유한요소법 시뮬레이션 프로그램 (ATILA 5.2.4)을 이용하여 설계를 하였으며 압전소자의 두께는 각각 0.2 mm, 0.5 mm로 제작하여 시뮬레이션 결과와 제작된 샘플의 특성을 비교하였고, 변위측정은 칼날을 결합 한 상태에서 공진 주파수대역 부근 주파수별로 측정 비교하였다.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.27 no.6
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• pp.271-278
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• 2008

The electro-mechanical characteristics were theoretically analyzed for the wideband ultrasonic transducer made of non-uniform thickness piezoelectric vibrator. This paper proposes a combination of exponential functions which describes the thickness variation along the length of the vibrator to derive the input admittance and power transfer function of the transducer. The bandwidth and the power transfer function of the transducer were investigated while the lateral shape of the vibrator changes. The results showed there is an optimum shape for the wideband characteristics of the transducer, and the bandwidth has increased up to over 100% as the ratio of minimum value of thickness to maximum value decreases. However, the power transfer function had a downward trend as the ratio of thickness decreases. Also we confirmed that even though the value of transfer function increases as the length of the piezoelectric vibrator increases, the shape providing wideband characteristics is very limited. It means that precision processing is required to manufacturing a wideband ultrasonic transducer with high efficiency.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.04a
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• pp.46-48
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• 2004

본 논문에서는 유한 요소법과 등가회로법을 이용하여 윤곽 진동형 압전 변압기의 특성을 해석하였으며 이를 통해 얻어진 결과를 기반으로 매칭 임피던스와 전기 및 기계적 결합 계수를 계산하였다. 전력 소자로서 사용되는 압전 변압기는 부하 등 특정 목적에 부합하는 정확한 설계가 필요하기 때문에 다중 목적 함수를 갖는 진화 전략을 이용하여 형상 최적화를 수행하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.11 no.10
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• pp.849-854
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• 1998

The load characteristics on the voltage gain and efficiency were analyzed using a lumped constant equivalent circuit of the piezoelectric transformer. These analytical results were confirmed by experiments. Theoretical values of voltage gain were nearly constant with experimental ones. However, It was shown that theoretical values of efficiency is higher than experimental ones.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 1998.06a
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• pp.183-189
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• 1998

In this paper, The load characteristics on the voltage gain and efficiency were analyzed sing an lumped constant equivalent circuit of the piezoelectric transformer. These analytical results are confirmed by experiments. Theoretical values of voltage gain were nearly constant with experimental ones. However, It was shown that theoretical values of efficiency had higher values than experimental ones.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.9 no.2
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• pp.171-177
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• 2004

Piezoelectric transformer(PZT) can be used advantageously in high output voltage power supply. Recently, it also can be used in AC/DC Converter for miniaturizing size nd lightening weight. The modeling of PZT was performed by the calculation method through the physical and electrical constants of the material. The attributes of PZT were derived by an approximate analysis for output voltage gain, and resonant frequency. The proposed method is verified by computer simulation and experiment.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.05a
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• pp.110-110
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• 2004

하나 또는 다수개의 압전액츄에이터(piezoelectric actuator)로 구성된 시스템에서 구동 효율을 높이는데 직접적인 영향을 미치는 고정밀과 빠른 응답 특성을 구현(implementation)하기 위하여, 입력전압에 대하여 출력전압이 선형적으로 추종하고 주파수 가변(variable)이 독립적이며 순차적으로 제어가 가능한 위상가변(phase shifting)형 압전액츄에이터 구동장치의 설계가 필요하다. 구동신호론 증폭하고 가변하는 고전압 증폭 구동장치는 압전액츄에이터 구동에 직접 영향을 주게 되므로, 이의 특성인 고주파에서의 위상지연 보상, 높은 회전비(slew rate)로 고전압에서 정현파의 찌그럼짐을 방지, 전압이득의 가변 및 안정화, 입력 및 출력 임피던스의 개선과 주파스 대역폭(band width)의 확장 등은 매우 중요하다.(중략)