본 연구에서는 정밀진동 측정에 사용하기 위한 압전형 가속도계의 설계 제작 기술과 가속도계의 특성평가 기술을 개발하는데 주안점을 두고 세가지 크기의 가속도 계 9개를 설계 제작하여 특성평가를 하였다. 제작된 압전형 가속도계는 압축형(com- pression type)으로 산업체 현장에서 수요가 많은 40gram 정도의 무게를 가진 중형급 이면서 사용주파수 범위가 20kHz 이상인 실용적인 진동측정용 센서가 되도록 하였다. 개발된 가속도계의 성능을 평가하기 위해서 가속도계의 대표적인 특성인자인 운동방 향에 대한 감도, 선형성, 횡방향 감도 및 음압감도를 측정하여 기존의 가속도계와 비 교하였다.
철근 콘크리트 구조물에서 발생하는 진동 가진원과 영향에 대하여 많은 연구가 진행 중에 있다. 이러한 진동 가진원은 주로 거주자가 보행할 때 발생하는 하중이며, 발생한 가진원은 철근 콘크리트 판을 통하여 다른 거주자에게 전달된다. 이러한 전달원은 탄성파의 형태로 전달되는데 판의 표면으로 전달되는 표면파(Ram Wave)와 판의 내부로 전달되는 체적파(Prima Wave, Secondary Wave)의 형태로 전달된다 현재 이러한 파를 분석하는 연구는 압전소자(PZT)센서를 주로 사용하고 있으나, 콘크리트 부재에서 3축 형데로 전달되는 탄성파를 분석하기에는 여러 가지 어려운 부분이 많다. 따라서 이를 해결하기 위해 마이크로 가속도센서(Micro Accelerometer)를 이용하여 이동하중으로 발생하는 가진원에 대하여 평가하였다.
In this work the dynamics of an electromagnetic levitation system is described by a set of three first order nonlinear ordinary differential equations. The objective is to design a digital linear controller which takes the inherent instability of the uncontrolled system and the disturbing force into consideration. The controller is made by employing digital linear quadratic(LQ) design methodology and the unknown state variables are estimated by the kalman filter. The state estimation is performed using not only an air gap sensor but also both an air gap sensor and a piezoelectric accelerometer. The design scheme resulted in a digital linear controller having good stability and performance robustness in spite of various modelling errors. In case of using both a gap sensor and an accelerometer for the state estimation, the control input was rather stable than that in a system with gap sensor only and the controller dealt with the disturbing force more effectively.
본 논문은 광섬유 가속도기를 이용한 중력가속도$(0{\sim}1G)$의 감도를 보였다. 단일모드 광섬유 Mach-Zehnder 간섭계가 약 1 그람 정도의 probe mass를 이용하여 광섬유 내의 스트레인에 의해 발생된 광로정 변화를 감지하는데 이용 되었다. 본 시스템의 기준 통로내 PZT 원통의 위상 변환 이득은 0.88rad./v로 측정 되었다.
Increasing interest in prognostics and health management has heightened the need for wireless sensor networks (WSN) with efficient power sources. Piezoelectric energy harvesters using Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) are one of the candidate power sources for WSNs as they efficiently convert mechanical vibration energy into electrical energy. These types of devices are resonated at a specific frequency, which has a significant impact on the amount of energy harvested, by external vibration. Hence, precise prediction of mechanical deformation including modal analysis of piezoelectric devices is crucial for estimating the energy generated under specific conditions. In this study, an experimental vibrational system capable of controlling a wide range of frequencies and accelerations was designed to generate mechanical vibration for piezoelectric energy harvesters. In conjunction with MATLAB, the system automatically finds the resonance frequency of harvesters. A small accelerometer and non-contact laser displacement sensor are employed to investigate the mechanical deformation of harvesters. Mechanical deformation under various frequencies and accelerations were investigated and analyzed based on data from two types of sensors. The results verify that the proposed system can be employed to carry out vibration experiments for piezoelectric harvesters and measurement of their mechanical deformation.
본 연구에서는 PZT 소자의 정압전 효과에 의한 동적 응답신호를 이용하는 보 구조물 손상 모니터링 기법을 제안하였다. 특히, 모드 변형에너지기반 보 구조물 손상 모니터링에 PZT 정압전 응답신호를 입력자료로 활용하는 방안에 대한 연구에 주안점이 있다. 먼저, PZT 소자의 정압전 효과 및 동적 변형률 응답의 이론적 배경을 요약하였다. 다음으로, 모드 변형에너지기반 보 구조물 손상위치 모니터링 기법을 제시하였다. 제시된 기법의 적합성을 검증하기 위해, 캔틸레버 보 모형을 대상으로 강제진동 실험을 수행하였으며, 세 종류의 센서(가속도계, PZT 센서, 변형률계)를 통해 동적 응답신호가 계측되었다. 손상 전후에 계측된 이들 진동신호들을 사용하여 모드 변형에너지기반의 손상위치 모니터링이 수행되었다.
In order to convert efficiently vibration energy of a car tire wheel into electrical power by using piezoelectric materials, the design of the materials must be performed for the dynamic characteristics of the piezoelectric materials to be matched with them of the vibration energy sources well. An accelerometer was installed on the tire wheel with a slip ring to investigate the dynamic mode of the wheel as one of the vibration energy sources. During road test, the measurement on the vibration mode of the tire wheel was performed with variations of car speed and road condition. The experimental data were analyzed details for availability as a micro power source for wireless TPMS(Tire Pressure Monitoring System).
This paper describes a novel tip position sensor made of a triangularly shaped piezoelectric PVDF (polyvinylidene fluoride) film for a cantilever beam. Due to the boundary condition of the cantilever beam and the spatial sensitivity function of the sensor, the charge output of the sensor is proportional to the tip position of the beam. Experimental results with the PVDF sensor were compared with those using two commercially available position sensors: an inductive sensor and an accelerometer. The resonance frequencies of the test beam, measured using the PVDF sensor, matched well with those measured with the two commercial sensors and the PVDF sensor also showed good coherence over wide frequency range, whereas the inductive sensor became poor above a certain frequency.
This study deals with damage detection in beam structure by using modal strain energy-based technique with three different sensor types: accelerometer, lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric sensor and electrical strain gage. First, the use of direct piezoelectric effect of PZT sensor for dynamic strain response are presented. Next, a modal strain energy-based damage detection method is outlined. For validation, forced vibration tests are carried out on lab-scale aluminum cantilever beam. The dynamic responses are measured for several damage scenarios. Based on damage localization results, the performance of three different sensor types is evaluated.
PCN-PZT piezoelectric acceleration sensors of annular shear mode voltage type were fabricated and their characteristics have been investigated. Field tests are also carried out. To avoid noise problems from the environmental conditions, acceleration sensors employed solid state micro-electronics for pre-amplifier. The calibration procedures based on the principle of the comparison method were adopted for investigating the characteristics of fabricated acceleration sensors. The voltage sensitivity and resonant frequency of fabricated acceleration sensors were 83mv/g, 23kHz, respectively. The lower and upper frequency limit were 4Hz and 9kHz, respectively. The variation of the voltage sensitivity showed 10% at $-406{\circ}C\; and\; 9%\; at\; 121^{\circ}C$ compared to that of reference temperature at $40^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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