International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.6
no.1
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pp.17-26
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2005
An optical phase tracking technique for an extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) is proposed in order to overcome interferometric non-linearity. Basic idea is utilizing strain-rate information, which cannot be easily obtained from an EFPI sensor itself. The proposed phase tracking system consists of a patch-type EFPI sensor and a simple on-line phase tracking logic. The patch-type EFPI sensor comprises an EFPI and a piezoelectric patch. An EFPI sensor itself has non-linear behavior due to the interferometric characteristics, and a piezoelectric material has hysteresis. However, the composed patch-type EFPI sensor system overcomes the problems that can arise when they are used individually. The dynamic characteristics of the proposed phase tracking system were investigated, and then the patch-type EFPI sensor system was applied to the active suppression of flutter, dynamic aeroelastic instability, of a swept-back composite plate structure. The proposed system has effectively reduced the amplitude of the flutter mode, and increased flutter speed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.601-605
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2007
This paper describes the experimental method to monitor the structural integrity. The crack on structures changes the wave propagation characteristics of structures. To monitor this change, frequency dependent variation of dynamic stiffness of beam structures is obtained by using beam transfer function method, and its trends are compared to undamaged one for identifying the location and size of the crack. Piezoelectric actuators were used to generate flexural vibrations. It eliminated various restrictions of continuously measuring wave propagation characteristics and monitoring structural integrity. The structural integrity was identified with minimal number of measurements and smart structures employing PZT actuations.
This paper investigates the design of a perfect point load actuator based on flat triangular piezoelectric patches. Applying a difference of electric potential between the electrodes of a triangular patch leads to point loads at the tips and distributed moments along the edges of the electrodes. The previously derived analytical expressions of these forces show that they depend on two factors: the width over height (b/l) ratio of the triangle, and the ratio of the in-plane piezoelectric properties ($e_{31}/e_{32}$) of the active layer of the piezoelectric patch. In this paper, it is shown that by a proper choice of b/l and of the piezoelectric properties, the moments can be cancelled, so that if one side of the triangle is clamped, a perfect point load actuation can be achieved. This requires $e_{31}/e_{32}$ to be negative, which imposes the use of interdigitated electrodes instead of continuous ones. The design of two transducers with interdigitated electrodes for perfect point load actuation on a clamped plate is verified with finite element calculations. The first design is based on a full piezoelectric ceramic patch and shows superior actuation performance than the second design based on a piezocomposite patch with a volume fraction of fibres of 86%. The results show that both designs lead to perfect point load actuation while the use of an isotropic PZT patch with continuous electrodes gives significantly different results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.127-132
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2001
In this paper, transmitted sound reduction performance of smart panels is studied according to different piezoelectric materials with piezoelectric shunt damping. Peizo-damping is implemented by using a newly proposed tuning method. This method is based on electrical impedance model and maximizing the dissipated energy at the shunt circuit. By measuring the electrical impedance at the piezoelectric patch bonded on a structure, an equivalent electrical model is constructed near the system resonance frequency. After shunting elements are connected to the equivalent circuit, the shunt parameters are optimally searched based on the criterion of maximizing the dissipated energy at the shunt circuit. Transmitted sound reduction performance is compared according to different piezoelectric materials with peizo-damping. Two piezoelectric materials are selected: PZT-5 and QuickPack IDE actuator. When resonant shunt circuit is considered, the use of PZT-5 exhibited the good sound reduction performance.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.31
no.1
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pp.11-23
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2011
In this study, a finite element(FE) analysis on electro-mechanical impedance response of cable-anchor connection interface under various anchor force is presented. In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, an interface washer coupled with piezoelectric(PZT) material is designed for monitoring cable-force loss. The interface washer is a small aluminum plate on which a PZT patch is surface-bonded. Cable-force loss could be monitored by installing the interface washer between the anchor plate and the anchorage of cable-anchor connection and examining the changes of impedance of the interface washer. Secondly, a FE model for cable-anchor connection is established to examine the effect of cable-force on impedance response of interface washer. Also, the effects of geometrical and material properties of the interface washer on impedance responses under various cable-forces are investigated. Finally, validation of the FE analysis is experimentally evaluated by a lab-scale cable-anchor connection.
This study has been motivated to evaluate the practicality of numerical simulation of impedance monitoring for damage detection in steel column connection. In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, the theory of electro-mechanical (E/M) impedance responses and impedance-based damage monitoring method are outlined. Secondly, the feasibility of numerical simulation of impedance monitoring is verified for several pre-published experimental examples on steel beams, cracked aluminum beams, and aluminum round plates. Undamaged and damaged steel and aluminum beams are simulated to compare to experimental impedance responses. An aluminum round plate with PZT patch in center is simulated to investigate sensitive range of impedance responses. Finally, numerical simulation of the impedance-based damage monitoring is performed for a steel column connection in which connection bolts are damaged. From the numerical simulation test, the applicability of the impedance-based monitoring to the target steel column connection can be evaluated.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.11a
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pp.375-378
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2000
This paper investigated that resonant frequencies of microstrip patch antenna were tunable when piezoelectric materials were used as the antenna substrates. The resonant frequencies of the microstrip antenna using the piezoelectric substrate, like PZT, LiNbO$_3$ were able to be controlled by applied DC voltage. The frequency variation of the air gap antenna was 29MHz when the voltage variation was 14[kV/cm], and the frequency variation of microstrip patch antenna made of LiNbO$_3$substrate was 29MHz when voltage variation was 6[kV/cm].
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.109-114
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2004
This paper presents a theoretical and experimental study of a non-collocated pair of piezopolymer PVDF sensor and piezoceramic PZT actuator, which are bonded on a cantilever beam, in order to suppress unwanted vibration at the tip of the beam. The PZT actuator patch was bonded near the clamped part and the PVDF sensor, which was triangularly shaped, was bonded on the other part of the beam. This is because the triangular PVDF sensor is known that it can detect the tip velocity of a cantilever beam. Because the arrangement of the sensor and actuator pair is not collocated and overlapped each other, the pair can avoid so called 'the in-plane coupling'. The test beam is made of aluminum with the dimension of $200\times20\times2mm$, and the two PZT5H actuators are both $20\times20\times1mm$ and bonded on the beam out-of-phase, and the PVDF sensor is $178mm\times6mm\times52{\mu}m$. Before control, the sensor-actuator frequency response function is confirmed to have a nice phase response without accumulation in a reasonable frequency range of up to 5000 Hz. Both the DVFB and displacement feedback strategies made the error signal from the tip velocity (or displacement) sensor is transmitted to a power amplifier to operate the PZT actuator (secondary source). Both the control methods attenuate the magnitude of the first two resonances in the error spectrum of about 6-7 dB.
Structural Health Monitoring (SHM) is the science and technology of monitoring and assessing the condition of aerospace, civil and mechanical infrastructures using a sensing system integrated into the structure. Impedance-based SHM measures impedance of a structure using a PZT (Lead Zirconate Titanate) patch. This paper presents a low-power wireless autonomous and active SHM node called Autonomous SHM Sensor 2 (ASN-2), which is based on the impedance method. In this study, we incorporated three methods to save power. First, entire data processing is performed on-board, which minimizes radio transmission time. Considering that the radio of a wireless sensor node consumes the highest power among all modules, reduction of the transmission time saves substantial power. Second, a rectangular pulse train is used to excite a PZT patch instead of a sinusoidal wave. This eliminates a digital-to-analog converter and reduces the memory space. Third, ASN-2 senses the phase of the response signal instead of the magnitude. Sensing the phase of the signal eliminates an analog-to-digital converter and Fast Fourier Transform operation, which not only saves power, but also enables us to use a low-end low-power processor. Our SHM sensor node ASN-2 is implemented using a TI MSP430 microcontroller evaluation board. A cluster of ASN-2 nodes forms a wireless network. Each node wakes up at a predetermined interval, such as once in four hours, performs an SHM operation, reports the result to the central node wirelessly, and returns to sleep. The power consumption of our ASN-2 is 0.15 mW during the inactive mode and 18 mW during the active mode. Each SHM operation takes about 13 seconds to consume 236 mJ. When our ASN-2 operates once in every four hours, it is estimated to run for about 2.5 years with two AAA-size batteries ignoring the internal battery leakage.
A technique is investigated for achieving broadband properties by controlling the operation frequency of microstrip antennas. The control is achieved by applying DC and AC bias to the microstrip antenna. Air gap antenna with pzt post and microstrip antenna with simple rectangular patch on the $LiNbO_3$ substrate were fabricated. In the case of Air gap antenna, the variation of operating frequency was 11Mhz and $LiNbO_3$ antennas was 11Mhz. Also, frequency scanning was achieved by appling AC bias.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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