Deep-water sonar transducers of FFR (Free Flooded Ring) type have been designed using a coupled FE-BEM. The proposed sonar transducers are composed of piezoelectric ceramic tubes and structural steel materials for simple fabrication. In order to have an omnidirectional beam pattern around 30kHz, a conic steel is placed below a piezoelectric tube or a steel disc is placed between two piezoelectric tubes. The dynamics of the sonar transducer is modelled in three dimensions and is analyzed with external electrical excitation conditions. Various results are available such as directivity patterns and transmitting voltage responses. The most optimal structure and dimensions of the steel material were calculated, so that the beam patterns of the sonar transducers had +/- 3dB omnidirectivity at 30kHz.
Sidescan sonar uses the fan type beam which has horizontally narrow and vertically somewhat wide beam pattern. To construct such a beam we will use an array of transducers. In case of using single transducer it must have a high frequency to have the fan type beam, but in case of using an array it must have to be high frequency. We are planning to use 30 kHz transducers for our sidescan sonar under development. This paper shows ways of designing a narrow beam for the sidescan sonar system by illustrating various shapes of the beam patterns.
Typical Tonpilz type underwater acoustic transducers making use of piezoelectric ceramics detect the magnitude of an acoustic pressure, a scalar quantity, and convert this pressure into a proportional output voltage. The scalar sensor has no directional sensitivity. In this paper, we have proposed a new vector sensor based on the Tonpilz transducer structure, which is sensitive to both the magnitude and the azimuthal direction of an acoustic wave. Validity of this new design has been confirmed with analytic equations and finite element analyses.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.12
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pp.1730-1736
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2013
Slanted and chirp interdigital transducer(IDT) configurations were studied for generating the surface acoustic wave(SAW) with wide bandwidths on a piezoelectric substrate. These devices can be applied to manipulate optical path of light along the waveguide, ultimately used for optical switches and holographic image implementation. Prior to fabrication, the coupling of modes(COM) modeling and simulation were performed to extract optimal design parameters. The optimally designed wideband device showed wide bandwidth of 30MHz, low insertion loss of -25dB, and abrupt side suppression ratio (SSR). Several design conditions were determined during device implementation, such as slanted angle, aperture length, number of fingers, and central frequencies of IDTs. These factors were experimentally analyzed and described in details in this paper.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1994.10a
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pp.571-576
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1994
In recent years, ultrasonic has been widely applied in measurement and industrial fields and its application range has been expanded as a result of continuous research and development. Wire Bonding Machine, an instrument fabricating semi-conductor, makes use of ultrasonic bonding method. In order to improve the currently used wire bonding machine using ultrasonic energy, technical accumulation is needed steadily through development of exciting device of ultrasonic composed of piezoelectic vibrator and horn. This study investigates the design conditions affecting the dynamic characteristics through the theoretical and experimental analysis of piezoelectric vibrator and horn, The study conducts separately the system identification of piezoelectric vibrator in time domain and the modal analysis of horn in frequency domain. In theoretical model, the integrated modeling is conducted via a combination of dynamic identification of piezoelectric vibrator and theoretical analysis of horn. Hence comparison is made for theoretical and experimental results of the dynamic characteristics of the ultrasonic transducer composed of piezoelectric vibrator and horn. Form the results of this study we develop the design technique of ultrasonic transducer using dynamic characteristic analysis and propose the possibility of ultrasonic welding considering the optimal condition of the natural frequency and vibration mode of horn.
Flow-induced vibration in heat exchanger (or fuel rod) in nuclar power plant can cause dynamic interactions between tubes and tube supports resulting in fretting-wear. To increase the reliability and design life of heat exchanger components, design criteria that establish acceptable limits of vibration and minimize fretting wear are necessary. The fretting-wear rate is dependent upon material combination, contact configuration, environmental conditions and tube-to tube support dynamic interaction. It is demostrated that the fretting -wear rate correlates well with tube-to-support contact force or work rate. The tube-to-support dynamic interaction, which consists of dynamic contact forces and tube motion, is used to relate single-span wear data to real heat exchanger configurations consisting of multi-span tube bundles. This paper describes the test facility to measure tube-to-support dynamic impact force and reports its dynamic characteristics through the four impact tests - a force transduces independent and external impact tests, central ring inside impact test and additional cylinder impact test. Through the tests the impact parameter change dependent upon the material difference of impacting ball is studied, and the impact parameters of Force Transducer Assembly components are measured. And also the dynamic behavior of Force Transducer Assembly is analyzed. The force measurement technique herein is shown to provide a reasonable measure of dynamic contact forces.
An experimental study was carried out to characterize the spray atomization process of micro-machined port fuel injectors with a piezoelectric atomization device, which can generate pressure pulsations through vibration of a piezoelectric transducer. In this study, several types of micro-machined arrays such as 30∼200-microns of hole arrays were tested. Both a dual-stream and a central-port injectors with micro-machined arrays were tested and compared with normal port fuel injectors. The spray visualization was conducted to characterize overall spray structure and phase Doppler particle analyzer (PDPA) system was used to quantify the droplet size and velocity. In addition, the pressure history was recorded by using digitized signal from pressure transducer. The results showed that modulation is effective to the spray atomization for tested injectors and atomization performance depends on injector design factors, orifice sizes, and frequency and power of the modulator. A number of resonance frequencies of the modulator was modified by injector parameters and temperature. In addition, our results suggested that design of sufficient space among holes is critical to avoid droplet coalescence in the multi-hole micro-machined injectors.
Zenz, Georg;Berger, Wolfgang;Gerstmayr, Johannes;Nader, Manfred;Krommer, Michael
Smart Structures and Systems
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v.12
no.5
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pp.547-577
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2013
To suppress vibration and noise of mechanical structures piezoelectric ceramics play an increasing role as effective, simple and light-weighted damping devices as they are suitable for sensing and actuating. Out of the various piezoelectric damping methods this paper compares mode based active control strategies to passive shunt damping for thin plates. Therefore, a new approach for the optimal placement of the piezoelectric sensors/actuators, or more general transducers, is proposed after intense theoretical investigations based on the Kirchhoff kinematical hypotheses of plates; in particular, modal and nilpotent transducers are discussed in detail. Based on the proposed distribution a discrete design for modal transducers is implemented, tested and verified on an experimental setup. For active control the modal sensors clearly identify the eigenmodes, whereas the modal actuators impose distributed eigenstrains in order to reduce the transverse plate vibrations. In contrast to the modal control, passive shunt damping works without requiring additional actuators or auxiliary power and can therefore act as an autonomous system, but it is less effective compensating the flexible vibrations. Exemplarily, an acryl glass plate disturbed by an arbitrary force initialized by a loudspeaker is investigated. Comparing the different methods their specific advantages are highlighted and a significant broadband reduction of the vibrations of up to -20dB is obtained.
In this paper, a design method of matching layers is presented for the sandwich type broad band underwater acoustic vibrators. The characteristic impedances of matching layers are determined to be matched to the characteristic impedance of head mass material. For the dynamic characteristic analysis of the sandwich type transducers, one dimensional FEM technique is also introduced. A test vibrator with the quarter wave matching layers has been designed to verify the proposed method. And the wide band characteristics of the input impedance and transmitting voltage response (TVR) are investigated.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.7
no.8
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pp.1767-1775
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2003
The SAW device is extensively used as a electro$.$mechanical bandpass filter in which a twopairs of interdigital transducers are provided over the surface of the piezoelectric substrate. For the design requirement, the central frequency and the bandwidth of the passband, and the attenuation level of the stopband region are specified. The configuration is made so as to satisfy the specification given. The central frequency is mainly determined by the distance between the pair of the finger electrodes. The design is considered as an optimization problem with which the error norm, the distance between the desired characteristics and the calculated for a given model is to be minimized. The delta function model and the electrical equivalent circuit model are utilized to represent the SAW filter characteristics. Genetic algorithm is used for optimization in which apodization of the transducer fingers is chosen as a design variable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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