Journal of Electrical Engineering and information Science
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v.3
no.2
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pp.239-244
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1998
Piezoelectric pressure sensors and pyroelectric infrared detectors based on ZnO thin film have been integrated with GaAs metal-semiconductor field effect transistor (MESFET) amplifiers. Surface micromachining techniques have been applied in a GaAs MESFET process to form both microsensors and electronic circuits. The on-chip integration of microsensors such as pressure sensors and infrared detectors with GaAs integrated circuits is attractive because of the higher operating temperature up to 200 oC for GaAs devices compared to 125 oC for silicon devices and radiation hardness for infrared imaging applications. The microsensors incorporate a 1${\mu}$m-thick sputtered ZnO capacitor supported by a 2${\mu}$m-thick aluminum membrane formed on a semi-insulating GaAs substrate. The piezoelectric pressure sensor of an area 80${\times}$80 ${\mu}$m2 designed for use as a miniature microphone exhibits 2.99${\mu}$V/${\mu}$ bar sensitivity at 400Hz. The voltage responsivity and the detectivity of a single infrared detector of an area 80${\times}$80 $\mu\textrm{m}$2 is 700 V/W and 6${\times}$108cm$.$ Hz/W at 10Hz respectively, and the time constant of the sensor with the amplifying circuit is 53 ms. Circuits using 4${\mu}$m-gate GaAs MESFETs are fabricated in planar, direct ion-implanted process. The measured transconductance of a 4${\mu}$m-gate GaAs MESFET is 25.6 mS/mm and 12.4 mS/mm at 27 oC and 200oC, respectively. A differential amplifier whose voltage gain in 33.7 dB using 4${\mu}$m gate GaAs MESFETs is fabricated for high selectivity to the physical variable being sensed.
Park, Chang-Yong;Kweon, Hyun-Kyu;Lee, So-Jin;Manh, Long-Nguyen
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.4
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pp.100-108
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2019
In this paper, a new stacked element pressure sensor has proposed for heartbeat and respiration measurement. This device can be directly attached to an individual's chest; heartbeat and respiration are detected by the pulsatile vibration and deformation of the chest. A key feature of the device is the simultaneous measurement of heart rate and respiration. The structure of the sensor consists of two stacked elements, in which one element includes one polyvinylidene fluoride (PVDF) thin film bonded on polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. In addition, for the measurement and signal processing, the electric circuit and the filter are simply constructed with an OP-amp, resistance, and a capacitor. One element (element1, PDMS) maximizes the respiration signal; the other (element2, PVDF) is used to measure heartbeat. Element1 and element2 had sensitivity of 0.163V/N and 0.209V/N, respectively, and element2 showed improved characteristics compared with element1 in response to force. Thus, element1 and element2 were optimized for measuring respiration heart rate, respectively. Through mechanical and vivo human tests, this sensor shows the great potential to optimize the signals of heartbeat and respiration compared with commercial devices. Moreover, the proposed sensor is flexible, light weight, and low cost. All of these characteristics illustrate an effective piezoelectric pressure sensor for heartbeat and respiration measurements.
One promising method for impact detection of composite structures is based on the use of piezopolymer thin fim (PVDf) sensor. In this paper, the relationship between the contact force and the signals of the attached strain gage and PVDF sensor to the composite plate subjected to low-velocity impact were derived. The relation for the open circuit and short circuit voltage of PVDF sensor was derived based on the equivalent circuit model of the piezoelectric sensor. The work was then extended to include experimental investigation into the use of short circuit voltage of PVDF sensor without using charge amplifier to detect low-velocity impact. The natural frequencies and damping ratio of the composite plate obtained from the vibration test were used to modify the analytical model and therefore the differences between measured and simulated signal of the modified analytical model in both forward and backward problem were considerably reduced. The reconstructed contact force and simulated sensor signals agreed well with the measured contact force, strain gage signal, and PVDF sensor singanl.
This paper proposes a new alternating current driving method for highly capacitive loads such as plasma display panels or piezoelectric actuators, etc. In the proposed scheme, a current balance transformer, which has two windings with the same turn-ratio, provides not only a resonance inductance for energy recovery but also a current balance among all of the switching devices of the driver for current stress reduction. The smaller conduction loss than conventional circuits occurs due to the dual conduction paths which are parallel each other in the current balance transformer. Also, the leakage inductances of the transformer are utilized as resonant inductors for energy recovery by the series resonance to the capacitive load. Furthermore, the resonance contributes to the small switching losses of the switching devices by soft-switching operation. To confirm the validity of the proposed circuit, prototype hardware with a 12-inch mercury-free flat fluorescent lamp is implemented. The experimental results are compared with a conventional energy-recovery circuit from the perspective of luminance performances.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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spring
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pp.369-372
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2000
PZT 세라믹 트랜스듀서와 같은 압전 세라믹 진동자를 사용하는데 있어서 품질계수(quality factor)를 제어할 수 있다는 것은 전기-기계 결합계수나 삽입손실 등을 개선 할 수 있으므로 매우 유용한 것이다 본 연구에서는 압전 진동자의 품질계수를 제어하는 방법으로써 압전 진동자의 제동용량과 저항성분을 전기적으로 상쇄시킬 수 있는 부임피던스 변환회로(negative impedance converter circuit)를 적용하였다. 그 결과 부임피던스 변환회로를 적용하지 않은 경우에 비해 압전 진동자의 품질계수가 수십 배정도 까지 제어됨을 실험으로 확인하였다.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.55
no.1
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pp.31-34
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2006
A infrared rays sensor or ultrasonic sensor can detect the object at the narrow area, however a pressure sensor can detect man and animal at the wide area. It is necessary to manufacture the sensor by using Pb-free ceramics in the respect of environmental protection. Piezoelectric properties of ceramics added 0.2wt% $La_2O_3\;into\;0.96Bi_{0.5}(Na_{0.84}K_{0.16})_{0.5}+0.04SrTiO_3$ were 0.4 of kp, $31{\times}$10^{-3}Vm/N\;of\;g_{33}$. The output voltage of the pressure sensor is 0.48 V at 20 in$H_2O$. The output voltage of the pressure sensor with driving circuit is 9.8 V, 37 ms width.
CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) are used to backlight of LCD(Liquid Crystal Display). This paper presents analysis of half-bridge type resonant inverter of CCFL drive in order to stable characteristics, and fluorescent lamp operation frequency is higher than resonant frequency for safe operation. Besides, The Piezoelectric ceramic transformer (PZT) is electro-mechanical device that transfers electrical energy through a mechanical vibration. The modified equivalent circuit model of the PZT considering the operating current level is derived to design the CCFL. The validity of this study was confirmed from the simulation and experiential result.
본 논문에서는 유한 요소법을 압전체에 적용하여 계산한 임피던스 파형을 실험적으로 검증하였으며 이를 압전 변압기에 적용하여 압전 변압기의 공진 특성 즉 입력측에서의 전기적인 임피던스 및 출력측에서의 전기적인 임피던스를 해석하였다. 또한 압전 변압기의 공진 모드를 나타내는 어드미턴스 궤적을 이용한 압전 변압기의 등가 회로 정수의 계산을 통해 등가 회로를 구성하였으며 무 부하시의 승압비를 계산하였다. 등가 회로를 이용하여 계산된 승압비의 결과를 유한 요소법을 이용한 결과와 비교하여 손실을 나타내는 등가 회로 정수(R)를 계산하였으며 유한 요소법에 의한 기계적인 진동 손실의 결과와 비교하여 계산된 저항(R)값의 타당성을 검증하였다.
Single mode optical fiber interferometeric sensors using phase tracking homodyne detection are typically susceptible to environmentally induced temperature fluctuations and other types of disturbances. In this paper compensator is described, which is a simple and effective phase tracking feedback electronic circuit must be output signal stabilized to achieve maximln sensitivity and linearity of Mach-Zehnder fiber-optic interferomter in the presence of differential phase drift. The phase tracking range of the piezoelectric cylinder in the reference arm is .+-.3.7.pi.rad, and the probe mass about 1 gram in the sensing ann was used for measurements of the gravity acceleration.
This paper investigates the concept and implementation of an energy harvesting device using a ferrofluid sloshing movement to generate an electromotive force (EMF). Ferrofluids are often applied to energy harvesting devices because they have both magnetic properties and fluidity, and they behave similarly to a soft ferromagnetic substance. In addition, a ferrofluid can change its shape freely and generate an EMF from small vibrations. The existing energy harvesting techniques, for example those using piezoelectric and thermoelectric devices, generate minimal electric power, as low as a few micro-watts. Through flow analysis of ferrofluids and examination of the magnetic circuit characteristics of the resultant electromagnetic system, an energy harvester model based on an electromagnetic field generated by a ferrofluid is developed and proposed. The feasibility of the proposed scheme is demonstrated and its EMF characteristics are discussed based on experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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