In this study, a step-down piezoelectric transformer was fabricated to utilize as an adapter for charging batteries of mobile electronic appliances. The ceramic part of the transformer is $Pb[(Mn_{1/3}Sb_{2/3})_{_0.05}Zr_{0.475}Ti_{0.475}]O_3$ with mechanical quality factor of 1600, electromechanical coupling coefficient $59\%$, and piezoelectric constant $d_{33}$ 1300, which can be utilized as a piezoelectric transformer. A simply fabricated disk-typed test pattern of diameter 28 mm and thickness 2 mm was used to characterize output voltage, step-down ratio as a function of electrode area with the input remained constant, and power, efficiency as a function of input voltage, and temperature-dependent electric characteristics were evaluated. The sample APT1 showed the best properties. The highest admittance, effective electromechanical coupling coefficient and an appropriate mechanical quality factor were obtained at the sample with the input/output area ratio of 1:1.5 at the common electrode, and the condition of 20 $V_{rms}$, $50\;\Omega$ made the maximum efficiency of $95\%$. The temperature was increased by 14.7'E as the input voltage was increased for $50\;V_{rms},\;50\;\Omega$.
Recently, a tiny piezoelectric linear motor using a vibration made of the transducer has been invented. The motor consists of a shaft, mobile element, and piezoelectric transducer using a piezoelectric radial mode bimorph disk. The fringe of the bimorph disk is fixed firmly which means this area has no degree of freedom. Therefore, the radial mode of the tranducer transfers to the flexurd mode. The mobile elements move along the shaft by the impact force generated by the flexurd mode of the piezoelectric transducer. The piezoelectric ceramic disks have thickness of 0.1 mm and diameter of 3.5 mm. The elastic disk is introduced between two disks of the ceramic, which has thickness of 0.1 mm and diameter of 3.8 mm. The fringe of the elastic disk is fixed by a brass cylinder which height is 1.2 mm. The Pyrex shaft is used which has diameter of 1 mm and height of 10 mm. The motors are operated at their resonant frequencies. The dynamic properties of the motor have been intensively measured and analyzed according to the applied voltage wave forms at the resonant frequencies. As the sawtooth and rectangular voltage waves are applied, the velocity, the thrust force, and the velocity dependence of the mobile position are measured. The dynamic characteristics are also analyzed within a period of each wave using laser vibrometer. The velocity of the mobile is moderately constant along the shaft. The better dynamic characteristics are obtained in the case of applying the rectangular wave.
한국전기전자재료학회 2004년도 춘계학술대회 논문집 반도체 재료 센서 박막재료 전자세라믹스
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pp.183-186
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2004
Unipoled piezoelectric transformers were designed with different input and output area ratios. The voltage step-up ratio increased proportionally with increasing the input area. The piezoelectric transformers operated in each transformer's resonance vibration mode. In this paper, ANSYS(FEM program) was used for analysing piezoelectric transformers. We compared with analysis and experimental results. The voltage step-up ratio showed maximum value in output area of small size. Output characteristics of piezoelectric transformers with various size were simulated. The result of analysis showed 2~7 times higher voltage step-up ratio than a experiment result.
Existence of physical moving parts (ex. check valve) produces several problems (mechanical abrasion, deterioration of reliability, limited temperature performances etc.) in driving pumps. To overcome such problems, we proposed a valveless piezoelectric micro-pump which has new type volume transferring mechanism. The proposed micro-pump has a double faced disk type vibrator that can generate peristaltic motion formed by traveling wave in each surface of a disk. This type of micro-pump is able to apply to a fluid supply system that provides two different kinds of fluid simultaneously. In this paper, we propose a simple and novel design of piezoelectric micro-pump that is peristaltically by piezoelectric actuators and allows the removal of the need for valves of other physically moving parts. The finite elements analysis on the proposed pump model was carried out to verify its operation principle using the commercial analysis software.
한국전기전자재료학회 2004년도 춘계학술대회 논문집 반도체 재료 센서 박막재료 전자세라믹스
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pp.195-198
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2004
In this paper, the disk-type piezoelectric transformer for the high power was investigated with the variation of road resistance. The diameter and thickness of a disk-type piezoelectric transformer was 50mm and 4.5mm, respectively. The piezoelectric transformer was composed to PZT-PMN-PSN. The ratio of driving electrode and generating electrode ranges from 1.4:1 to 3:1. The poling direction of driving part and generating part are the same. A voltage step-up ratio increased with increasing the load resistance, $R_L$, so it reached 60 times under no road resistance. also, the maximum efficiency of 97% was obtained.
This paper represents a ultra precision rotational device where the smooth impact drive mechanism(SIDM) is utilized as a driving mechanism. Linear motions of piezoelectric elements are converted to the rotational motion of disk by frictional forces generated between the rotational disk and the friction bars which are attached to the piezoelectric elements. This device was designed to drive a rotational disk using slip-slip motion mechanism based on stick-slip motion mechanism. Experimental results show that the angular velocity was increased in proportion to the magnitude of supplied voltage to piezoelectric element. In our device, the smooth rotational motion was obtained when the driving frequency has been reached to 500Hz under the driving voltage of 100V. The amount of step movement has been revealed to be $3.44{\times}10^{-4}$ radian.
In this paper, we studied the properties of small-size disk-type ultrasonic motor using travelling wave for the application to the precise control robotic joint motor and fabricated it. The diameter of the ultrasonic motor fabricated was 13mm. Also, the piezoelectric vibrator was constructed by piezoelectric ceramic and elastic material. The piezoelectric ceramic was composed to PZ-PT-PMN which was shown the high electromechanical stability under high vibration level and stainless steel was used as the elastic material in which configuration was disk-type. To conform the capability of application to robotic motor, we measured the change of rotational speed according to applied voltage and applied frequency. As the results, the small-size disk-type ultrasonic motor was able to fabricate, and the revolution speed was 350 [rpm] when input voltage was 55 [Vrms] and applied frequency 160.4 [kHz] under pre-load.
A biosensor with PZT piezoelectric ceramic crystal was developed for the detection of formaldehyde gas. Poled PZT piezoelectric ceramic disk was made from ZrO2, TiO2 and Nb2O5, together with the addition of PbO and polyvinyl alcohol, through various processes of mixing, calcination drying, crushing, forming, sintering, polishing, ion coating and poling. Oscillator circuit of sensor was made of operational amplifier(AD811AN). Formaldehyde dehydrogenase was immobilized onto a piezoelectic ceramic crystal, together with the cofactors, reduced glutathione and nicotinamide adenine dinucleotide. The effect of flow rate on the sensitivity was determined by varing the flow rate of carrier gas from 24.7mL/min to 111.7mL/min through detector cell. The results indicated that as the flow rate was increased, the recovery rate was increased. And a significant increase in the sensitivity was observed in enhanced flow rate of carrier gas. Frequency difference(ΔF) of immobilized PZT piezoelectic disk increased proportionally to the concentration gas and reproduced to repeated exposures of formaldehyde gas(28ppm, Δ68Hz).
본 연구에서는 직경이 50mm, 두께가 4.5mm인 디스크형 압전 변압기의 구동부와 발전부의 전극에 대한 대칭성을 고려하여 2, 4 및 8등분으로 각각 분할하였다. 이렇게 분할된 압전 변압기에 부하저항을 변화($100{\Omega}{\sim}10_{K\Omega}$)시키면서 전기적 특성을 측정하고, 이를 토대로 한 압전변압기의 승압비 및 효율에 관한 메카니즘을 정량적으로 해석하였다.
To enhance the effective data transfer rate the multi-beam optical disk drive is presented. The Beam rotating actuator is necessary for putting multi-beam on more than one track. Ray tracing was also executed for real system set-up. The beam Rotating Actuator is made up of piezoelectric material, high stiffness wire hinge and dove prism. The actuator has about 1kHz natural frequency and suitable operational range. The dynamic equation for the actuator is derived for the control real system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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