A LVDT is an electromechanical transducer that produces an electrical output proportional to the displacement of separate movable core. A convential LVDT in construction has a disadvantage which the measurement range to the length ratio is small. This paper proposed a new type LVDT, which improved methodes of construction. The proposed LVDT and a conventional LVDT with the same dimension are simulated by FEM. In the process of the simulation and construction, the performance of two type LVDTs are evaluated. Linearity error of a conventional LVDT was ${\pm}3\;%$ in measuring range of ${\pm}5\;mm$ and linearity error of the proposed LVDT was ${\pm}0.5\;%$ in the same range. It was evident from the theoritical relationships and the experimental results that the proposed LVDT has been better performance than a convential type.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.5
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pp.702-710
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1999
U-shaped bellows are usually used to piping system pressure sensor and controller for refriger-ator. Bellows subjected to internal pressure are designed for the purpose of absorbing deformation. Internal pressure on the convolution sidewall and end collar will be applied to an axial load tend-ing to push the collar away from the convolutions. To find out deformation behavior of bellow sub-jected to internal pressure the axisymmetric shell theory using the finite element method is adopted in this paper. U-shaped bellows can be idealized by series of conical frustum-shaped ele-ments because it is axisymmetric shell structure. The displacements of nodal points due to small increment of force are calculated by the finite element method and the calculated nodal displace-ments are added to r-z cylindrical coordinates of nodal points. The new stiffness matrix of the sys-tem using the new coordinates of nodal points is adopted to calculate the another increments of nodal displacement that is the step by step method is used in this paper. The force required to deflect bellows axially is a function of the dimensions of the bellows and the materials from which they are made. Spring constant is analyzed according to the changing geometric factors of U-shaped bellows. The FEM results were agreed with experiment. Using developed FORTRAN PROGRAM the internal pressure vs. deflection characteristics of a particu-lar bellows can be predicted by input of a few factors.
Vibrational energy harvester based on piezoelectricity has been expected to be the dominant energy harvesting technology due to the advantages of high conversion efficiency, light weight and small size, night operation, etc. Its commercialization is just around the corner but the integration with power management electronics should be solved in advance. In this paper, therefore, fully-integrated design environment for piezoelectric energy harvesting systems is presented to assist co-design with the power management electronics. The proposed design environment is capable of analyzing the energy harvester including the package-induced damping effects and simulating the device and its power management electronics simultaneously. When the developed design environment was applied to the fabricated device, the simulated resonant frequency matched well with the experimental result with a difference of 2.97% only. Also, the complex transient response was completed in short simulation time of 3,001 seconds including the displacement distribution over the device geometry. Furthermore, a full-bridge power management circuit was modeled and simulated with the energy harvester simultaneously. Therefore the proposed, fully-integrated design environment is accurate and fast enough for the contribution on successful commercialization of piezoelectric energy harvester.
High bandwidth memory a core technology of the future memory semiconductor industry, is attracting attention. Temporary bonding and debonding process technology, which plays an important role in high bandwidth memory process technology, is also being studied. In this process, total thickness variation is a major factor determining wafer performance. In this study, the reliability of the equipment measuring total thickness variation is identified, and the servo motor settling, and wafer total thickness variation measurement accuracy are analyzed. As for the experimental variables, vacuum, acceleration time, and speed are changed to find the most efficient value by comparing the stabilization time. The smaller the vacuum and the larger the radius, the longer the settling time. If the radius is small, high-speed rotation performance is good, and if the radius is large, low-speed rotation performance is good. In the future, we plan to conduct an experiment to measure the entire of the wafer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.4
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pp.355-364
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2010
Filiform hairs that respond to movements of the surrounding medium are the mechanoreceptors commonly found in arthropods and vertebrates. In these creatures, the filiform hairs function as a sensory system for raider detection. Parametric analyses of the motion response of filiform hairs are conducted by using a mathematical model of an artificial flow sensor to understand the possible operating ranges of a microfabricated device. It is found that the length and diameter of the sensory hair are the major parameters that determine the mechanical sensitivities and responses in a mean flow with an oscillating component. By changing the hair length, the angular displacement, velocity, and acceleration could be detected in a wide range of frequencies. Although the torques due to drag and virtual mass are very small, they are also very influential factors on the hair motion. The resonance frequency of the hair decreases as the length and diameter of the hair increase.
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.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.22
no.1
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pp.22-31
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2002
A Safety Monitoring System using a laser and 2-D arrayed photo sensors is developed. To monitor of the deformation and small rotation of structure the developed optical system using 2-D photo sensor array was used to detect the variation of optical orbit of laser which was induced by deformation of the structure. Also, an operating program to manage the system and an algorithm for the data acquisition and the database are introduced. In this study, we demonstrated the capabilities of this system by laboratory experiments before applying the system to the field.
Typically, photoacoustic images are obtained in water or gelatin because the impedance of these mediums is similar to that of the human body. However, these acoustic mediums can have an additional mass effect that changes the resonance frequency of the transducer. The acoustic radiation impedance in air is negligible because it is very small compared to that of the transducer. However, the high acoustic impedance of mediums such as the human body and water is quite large compared to that of air, making it difficult to ignore. Specifically, in a case where the equivalent mass is very small, such as with a micro-machined ultrasound transducer, the additional mass effects of the acoustic medium should be considered for an accurate resonance frequency design. In this study, a piezoelectric micro-machined ultrasonic transducer (pMUT) was designed to have a resonance frequency of 10 MHz in the acoustic medium of water, which has similar impedance as the human body. At that time, the resonance frequency of the pMUT in air was calculated at 15.2 MHz. When measuring the center displacement of the manufactured pMUT using a laser vibrometer, the resonance frequencies were measured as 14.3-15.1 MHz, which is consistent with the finite element method (FEM) simulation results. Finally, photoacoustic images of human hair samples were successfully obtained using the fabricated pMUT.
Several research cases using remote sensing methods to analyze changes of storage and dynamics of groundwater aquifer were reviewed in this paper. The status of groundwater storage, in an area with regional scale, could be qualitatively inferred from geological feature, surface water altimetry and topography, distribution of vegetation, and difference between precipitation and evapotranspiration. These qualitative indicators could be measured by geological lineament analysis, airborne magnetic survey, DEM analysis, LAI and NDVI calculation, and surface energy balance modeling. It is certain that GRACE and InSAR have received remarkable attentions as direct utilization from satellite data for quantification of groundwater storage and dynamics. GRACE, composed of twin satellites having acceleration sensors, could detect global or regional microgravity changes and transform them into mass changes of water on surface and inside of the Earth. Numerous studies in terms of groundwater storage using GRACE sensor data were performed with several merits such that (1) there is no requirement of sensor data, (2) auxiliary data for quantification of groundwater can be entirely obtained from another satellite sensors, and (3) algorithms for processing measured data have continuously progressed from designated data management center. The limitations of GRACE for groundwater storage measurement could be defined as follows: (1) In an area with small scale, mass change quantification of groundwater might be inaccurate due to detection limit of the acceleration sensor, and (2) the results would be overestimated in case of combination between sensor and field survey data. InSAR can quantify the dynamic characteristics of aquifer by measuring vertical micro displacement, using linear proportional relation between groundwater head and vertical surface movement. However, InSAR data might now constrain their application to arid or semi-arid area whose land cover appear to be simple, and are hard to apply to the area with the anticipation of loss of coherence with surface. Development of GRACE and InSAR sensor data preprocessing algorithms optimized to topography, geology, and natural conditions of Korea should be prioritized to regionally quantify the mass change and dynamics of the groundwater resources of Korea.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.1
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pp.21-28
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2000
Although commercial PIV systems have been widely used for the non-intrusive velocity field measurement of fluid flows, they are still under development and have considerable room for improvement. In this study, a single-frame double-exposure PIV system using a high-resolution CCD camera was developed. A pulsed Nd:Yag laser and high-resolution CCD camera were synchronized by a home-made control circuit. In order to resolve the directional ambiguity problem encountered in the single-frame PIV technique, the second particle image was genuinely shifted in the CCD sensor array during the time interval dt. The velocity vector field was determined by calculating the displacement vector at each interrogation window using cross-correlation with 50% overlapping. In order to check the effect of spatial resolution of CCD camera on the accuracy of PIV velocity field measurement, the developed PIV system with three different resolution modes of the CCD camera (512 ${\times}$ 512, lK ${\times}$ IK, 2K ${\times}$ 2K) was applied to a turbulent flow which simulate the Zn plating process of a steel strip. The experimental model consists of a snout and a moving belt. Aluminum flakes about $1{\mu}m$ diameter were used as scattering particles for the liquid flow in the zinc pot and the gas flow above the zinc surface was seeded with atomized olive oil with an average diameter of 1-$3{\mu}m$. Velocity field measurements were carried out at the strip speed $V_s$=1.0 m/s. The 2K ${\times}$ 2K high-resolution PIV technique was significantly superior compared to the smaller pixel resolution PIV system. For the cases of 512 ${\times}$ 512 and 1K ${\times}$ 1K pixel resolution PIV system, it was difficult to get accurate flow structure of viscous flow near the wall and small vortex structure in the region of large velocity gradient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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