Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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autumn
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pp.215-218
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2001
Finite element models are constructed using the commercial code ANSYS for two most representative types of ultrasonic transducers, cMUTs and piezoelectric transducers. Calculation result shows the origin and level of cross talk between array elements in each transducer type For reduction of the cross talk level, the effects of various structural variations are Investigated for each transducer type. The results say that proper design of the coupling isolation structures between the transducing elements can significantly reduce the cross talk in ultrasonic transducers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.3
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pp.274-280
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2004
This paper presents the analysis fur the radial vibration characteristics of cylindrical piezoelectric transducers. Taking into account the piezoelectric anisotropy, the differential equations of piezoelectric radial motion have been derived in terms of radial displacement and electric potential. Applying mechanical and electric boundary conditions has yielded a characteristic equation for radial vibration. Numerical analysis also has been carried out by using the finite element method. Theoretical calculations of the fundamental natural frequency have been compared with the experimental observations for transducers of several sizes. Comparison with the previous report of theoretical analysis simplifying the piezoelectric anisotropy into isotropy concludes that isotropic analysis is a reasonable process to predict the vibration characteristics of piezoelectric transducers.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.4
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pp.434-438
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2001
Piezoelectric torsional transducers have been fabricated to generate torsional waves in a rod. The principle of generating torsional wane is based on the use of the circumferential shear motion derived by axial voltage exerted on the piezoelectric disk poled in the circumferential direction. The natural frequency or the piezoelctric torsional dish has been reduced by fabricating Langevin-type torsional transducers. The natural frequecies of the fabricated transducers have been measured and have shown good agreement with the characteristics predicted by analysis.
In this study, the piezoelectric transducers with 1-3 connectivity have maded. A piezoelectric ceramic PZT prepared by Wet-Dry Combination method is used as a filler in Eccogel polymer matrix. The pulse-echo response for 1-3 type composite transducers were carried out in water. It was observed that the transmitting and receiving sensitivity of 1-3 type composite transducers were improved in comparison with that or solid PZT transducer. The reason is for that 1-3 composites have a hish piezoelectric voltage coefficients, The period of pulse-echo response for the transducer is in a good agreement with the resonant frequency of self-maded composite transducer.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.247-250
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2005
Underwater acoustic transducers are widely used for SONAR application, whose important design parameters are shapes, materials, dimensions and supporting structures. Practical design method of transducers consists of manufacturing, experiments and modifications so that It requires much time and expenses. In this study, an analytical method was developed for the Tonpilz type transducers using the commercial finite element analysis code ATILA which can solve the electro-mechanical coupling Problems. A finite element model was established including the transducer elements such as ceramic stack, head mass, tall mass, tensile bolt, and molding layers. The proposed model was verified and modified by comparing the in-air and in-water test results of prototypes. The developed analysis method will be effectively used for the sensitivity analysis of design parameters in transducer design process.
Cymbal transducers are often used as an array rather than single because they have a high quality factor and low energy conversion efficiency. When used as an array, there occurs a big change in the frequency characteristics of the array due to the interaction between constituent transducers. In this study, we designed the structure of a cymbal transducer array to have ultra-wideband characteristics using this property. First, cymbal transducers with specific center frequencies were designed. Then, a 2×2 planar array was constructed with the designed transducers, where the cymbal transducers were arranged to have same or opposite polarization directions. For this structure, we analyzed the effect of the difference in the center frequency of and the spacing between the constituent transducers on the acoustical characteristics of the array. Based on the analysis, we designed the structure of the cymbal transducer array to have the widest possible bandwidth.
Opto-acoustic systems provide structural and functional information regarding biological tissues. Conventional opto-acoustic systems typically employ continuous or pulsed lasers as transmission sources. Compared to lasers, light emitting diodes (LEDs) are cost-effective and relatively portable excitation sources but are non, coherent. Therefore, in this study, a relatively low cost lens - a type of Ramsden eyepiece - was specially designed to theoretically calculate the illumination and achieve a constant brightness across the pupil of an eye. In order to verify the capability of the developed light-emitting diode-acoustic (LEDA) systems, we carried out experiments on bovine and bigeye tuna eyeball samples, which are of similar size to the human eye, using low frequency (10 MHz) and high frequency (25 MHz) ultrasound transducers. High frequency ultrasound transducers are able to provide higher spatial resolution compared to low frequency ultrasound transducers at the expense of penetration depth. Using the 10 MHz and 25 MHz ultrasound transducers, acceptable echo signals (3.82, 3.94, and 5.84 mV at 10 MHz and 282, 1557, 2356 mV at 25 MHz) from depth greater than 3 cm and 6 cm from the anterior surface of the eye were obtained. We thereby confirmed that the LEDA system using a pulsed LED with the designed Ramsden eyepiece lens, used in conjunction with low and high frequency ultrasound transducers, has the potential to be a cost-effective alternative method, while providing adequate acoustic signals from bovine and bigeye tuna ocular areas.
In order to investigate the source mechanism of micro cracks through acoustic emission measurement induced by rock fracture, careful calibration of the entire linkage of the detecting system, from the transducers to transient recorder, is an essential requirement prior to testing. Transducers and digitiging system are generally the weakest links in the measurement system because they must translate mechanical motions into digital electric signals. In this study, PAC piezoelectric pressure transducers are calibrated with a standard NBS conical shaped displacement transducer and a DG piezoelectric displacement transducer. The NBS and PAC transducers are insensitive to changes in horizontal impingement angle but sensitive to changes in incident angle. The ray path along the logitudinal axis of the tranducer produced a maximum response while the ray path perpendicular to the transducer axis gave a minimum. And a difference in individual transducers factor for a peak-to-peak amplitude of PAC transducers was within 40%. An average PAC transducer coefficient was determined as 77mv/pm by an absolute calibration test using NBS transducer.
Impact detection and health monitoring are very important tasks for civil infrastructures, such as bridges. Piezoceramic based transducers are widely researched for these tasks due to the piezoceramic material's inherent advantages of dual sensing and actuation ability, which enables the active sensing method for structural health monitoring with a network of piezoceramic transducers. Wireless sensor networks, which are easy for deployment, have great potential in health monitoring systems for large civil infrastructures to identify early-age damages. However, most commercial wireless sensor networks are general purpose and may not be optimized for a network of piezoceramic based transducers. Wireless networks of piezoceramic transducers for active sensing have special requirements, such as relatively high sampling rate (at a few-thousand Hz), incorporation of an amplifier for the piezoceramic element for actuation, and low energy consumption for actuation. In this paper, a wireless network is specially designed for piezoceramic transducers to implement impact detection and active sensing for structural health monitoring. A power efficient embedded system is designed to form the wireless sensor network that is capable of high sampling rate. A 32 bit RISC wireless microcontroller is chosen as the main processor. Detailed design of the hardware system and software system of the wireless sensor network is presented in this paper. To verify the functionality of the wireless sensor network, it is deployed on a two-story concrete frame with embedded piezoceramic transducers, and the active sensing property of piezoceramic material is used to detect the damage in the structure. Experimental results show that the wireless sensor network can effectively implement active sensing and impact detection with high sampling rate while maintaining low power consumption by performing offline data processing and minimizing wireless communication.
Sohn, Jung Woo;Gang, Han Gyeol;Choi, Seung Bok;Kim, Gi-Woo
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.7
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pp.881-887
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2016
In this study, the vibration-based tactile actuator for smart wear applications is presented by using piezoelectric ceramic transducers. The compact wireless actuation system is constructed with a high voltage piezoelectric amplifier, a microcontroller, wireless communication module, and rechargeable lithium-polymer battery. For the wireless communication between a hardware and an operator, the bluetooth-based wireless communication system is prepared and the user interface is provided via smart phone applications. From a series of experimental user studies, it is demonstrated that the proposed vibro-tactile actuator based on piezoelectric ceramic transducers can be effectively applied to smart wear applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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