Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.6
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pp.403-410
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2006
Eddy current testing (ECT) signals produced by a differential bobbin coil probe vary according to probe design parameters such as the number of turns, geometry and coil gap size. In the present study, the characteristics of a differential bobbin coil probe signals are investigated by numerical simulation in order to determine the optimum coil gap. For verification of numerical simulation accuracy, a specially designed bobbin probe of which the coil gap can be adjusted is fabricated and a series of experiments to acquire signals from two kinds of standard tubes with the variation in coil gap is performed. Then, the experimental signals are compared to the simulation results. Based on this investigation, a decision on the optimum range of coil gap is made. The theoretically predicted signals agree very well to the experimental signals. In fact, this excellent agreement demonstrates a high potential of the simulation as a design optimization tool for ECT bobbin probes.
In this study, a planar printed circuit board (PCB) coil with FR4 substrate was designed and simulated using the finite element method, and the results were analyzed in the frequency domain. This coil can be used in wireless power transfer (WPT) as a transmitter or receiver, eliminating wires. It can also be used as the receiver in radio frequency energy-harvesting (RF-EH) systems by optimizing the planar PCB coil to convert radio-wave energy into electricity, and it can be employed as an excitation (transmitter) or receiver coil in nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. This PCB coil can replace the conventional coil, yielding a reduced occupied volume, a fine-tuned design, reduced weight, and increased efficiency. Based on the calculated gain, power, and electromagnetic and electric field results, this planar PCB coil can be implemented in WPT, NMR spectroscopy, and RF-EH devices with minor changes. In applications such as NMR spectroscopy, it can be used as a transceiver planar PCB coil. In this design, at frequencies of 915 MHz and 40 MHz with 5 mm between coils, we received powers of 287.3 μW and 480 μW, respectively, which are suitable for an NMR coil or RF-EH system.
The reheating of the billet in the semi-solid state as quickly and homogeneously as possible is one of the most important aspects. From this point of view, an optimal design of the induction coil is necessary. The objective of inductive coil designsi a uniform induction heating over the length of the billet. The effect of coil length, diameter, the gap between coil surface and billet and axial position of the billet on temperature distribution of billet has been investigated. These design parameters have an important effectiveness on the electro-magnetic field. Therefore, in this study an optimal coil design to minimize electromagnetic ed effect will be proposed by defining the relationship between billet length and coil length. In particular, key point in induction heating process is focussed on optimizing the coil design with regard to the size of the heating billet and the frequency of induction heating system. After demonstrating the suitability of an optimal coil design through the FEM simulation of the induction heating process, the results of the coil design are also applied to the reheating process to obtain a fine globular microstructure. Its considered that the reheating conditions of aluminum alloys for thixoforging and a new CAE model of the induction heating process are very useful for thixoforging practitioners including induction heating ones.
Shin, Bu Hyun;Lee, Jeong Woo;Shim, Hyun Ho;Park, Sang Goo;Lee, Seung-Yop
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.1
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pp.17-22
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2016
A voice coil actuator with moving coil type for scanning mirror system of barcode reader has been developed. The actuator has a simple structure including a magnet, a coil and a pin. The performance of the actuator is analyzed by a linearized theoretical model. And the dynamic performance of the proposed actuator is predicted through motor constant and restoring constant obtained by finite element simulations. The theoretical model was verified by the prototype which has 64 Hz resonance frequency and 60 deg reflecting angle. We also discovered that that 3 V input can make the actuator rotate over 61.8 deg reflecting angle at 50 Hz resonance frequency. The proposed actuator can simplify its driving configuration because of its implementation of open-loop control.
The wireless power transfer (WPT) system using a magnetic resonance was based on magnetic resonance coupling of the transmission and the receiver coils. In these system, it is important to maintain a high quality-factor (Q-factor) to increase the transmission efficiency of WPT system. Our research team used a superconducting coil to increase the Q-factor of the magnetic resonance coil in WPT system. When the superconductor is applied in these system, we confirmed that transmission efficiency of WPT system was higher than normal conductor coil through a preceding study. The efficiency of the transmission and the receiver coil is affected by the magnetic shielding effect of materials around the coils. The magnetic shielding effect is dependent on the type, thickness, frequency, distance, shape of materials. Therefore, it is necessary to study the WPT system on the basis of these conditions. In this paper, the magnetic shield properties of the cooling system were analyzed using the High-Frequency Structure Simulation (HFSS, Ansys) program. We have used the shielding materials such as plastic, aluminum and iron, etc. As a result, when we applied the fiber reinforced polymer (FRP), the transmission efficiency of WPT was not affected because electromagnetic waves went through the FRP. On the other hand, in case of a iron and aluminum, transmission efficiency was decreased because of their electromagnetic shielding effect. Based on these results, the research to improve the transmission efficiency and reliability of WPT system is continuously necessary.
To evaluate the biohazard properties of an extremely low frequency electromagnetic field (ELF-EMF), we explored the physical properties of the ELF-EMF that generates the electric current induction in the secondary coil from the chamber of a primary solenoid coil. We subsequently explored the biological effects of a strong alternating electromagnetic field (EMF), ranging from 730-960 Gauss, on the mouse testis. Mice were exposed to an alternating EMF field induced by a rectangular electric current at 1, 7, 20, 40, and 80 Hertz, for 1, 3, 5, and 7 hours. The mouse testes were examined for proliferative activity and apoptosis using the in situ terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) method and by immunostaining of proliferating cell nuclear antigen (PCNA), respectively. We found that the electric currentm induction increased in the 6-8 Hertz range, and that exposure to an ELF-EMF induced the apoptosis of mouse spermatocytes. In situ TdT staining was found to be most prominent in 7 Hertz group, and gradually reduced in the 20, 40, and 80 Hertz groups. These data suggest that a strong EMF can induce reproductive cell death within a short time, and the harmful effects of the EMF are maximal at low frequency alternating EMFs.
A numerical simulation program based on the finite elerrent method is developed for calculating electromagnetic field of the cylindrical electromagnetic pump. The calculated results by the developed program show that Lorentz forces show maximum peak at an optimum length ($L_c$) of the induction coil. The value of $L_c$ depends on the radius of the molten metal when the skin depth is large. On the other hand, the value of $L_c$ depends on the skin depth when it is small.
In this work, we have fabricated the amorphous carbon (a-C:H) thin film by using unbalanced magnetron sputtering method with the magnetron source of inside/outside electromagnetic coils as the protective coating materials. We have investigated the tribological properties of amorphous carbon films prepared with various electromagnetic coil currents for the change of the plasma density, such as hardness, friction coefficient, adhesion, and surface roughness. Raman and HRTEM were used to study the microstructure of carbon films. In the result, the hardness and adhesion properties of a-C:H films were improved with increasing electromagnetic coil current due to the increase of the plasma density to the substrate. Thus, these results can be explained by the increase of $sp^2$ bonding and cluster number in the amorphous carbon film, related to the improved bombardment around substrate and the increased substrate temperature.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.3
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pp.578-585
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2009
In this paper, we present the design of an electromagnetic scanning mirror with torsional springs. The scanning mirror consisting of torsional springs and electromagnetic coils was designed for the applications of laser animation systems. We analyzed and optimized three types of torsional springs, namely, straight beam springs (SBS), classic serpentine springs (CSS), and rotated serpentine springs (RSS). The torsional springs were analyzed in terms of electrical resistance, fabrication error tolerance, and resonance mode separation of each type using analytical formula or numerical analysis. The RSS has advantages over the others as follows: 1) A low resistance of conductors, 2) wide resonance mode separation, 3) strong fabrication error tolerance, 4) a small footprint. The double-layer coils were chosen instead of single-layer coils with respect to electromagnetic forces. It resulted in lower power consumption. The geometry of the scanning mirror was optimized by calculations; RSS turn was 12 and the width of double-layer coil was $100{\mu}m$, respectively. When the static rotational angle is 5 degrees, the power consumption of the mirror plate was calculated to be 9.35 mW since the resistance of the coil part and a current is $122{\Omega}$ and 8.75 mA, respectively. The power consumption of full device including the mirror plate and torsional springs was calculated to be 9.63 mW.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.1
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pp.25-29
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2006
In this paper, the eddy current signals come from a pair oi transmit-receive (T/R) pancake coil on ECT array Probe are analyzed with the variations of the lift-of and of the distance between transmit and receive coils. To obtain the electromagnetic characteristics of the probes, the governing equation describing the eddy current problems is derived from Maxwell's equation and is solved using three-dimensional finite element method. Eddy current signals from T/R coils on ECT array probe have quite different characteristics compared with ones from impedance coil on rotating pancake coil probe. The results in this paper ran be helpful when the field eddy current signals from ECT array probe are evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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