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압전 센서와 액츄에이터를 이용한 단순지지 평판의 능동 진동제어 - I. 이론
노용래,Roh, Yong-Rae 한국음향학회 1992 韓國音響學會誌 Vol.11 No.3
Undesired vibratory motion of a simply supported plate is controlled with piezoelectric sensors and actuators. Appropriate dynamic equations of the sensor and actuator are derived and coupled with the dynamic equation of the plate for the construction of an active feedback vibration control system. Analytic solutions are obtained for amplitude response of the plate, reflecting the combined effect of external driving forces and piezoelectric control moments. Numerical examples are presented to illustrate the effectiveness of this approach for two types of external forces, i.e. a concentrated point load and a piezoelectric plate driver. Calculation results show that the sensors and actuators can be efficient tools to mitigate the sensitivity of the structure to external sources of vibration. The method investigated in this work is applicable to arbitrary external loading conditions and control algorithms. 압전 센서와 액츄에이터를 이용한 단순지지 평판의 진동제어에 관해 이론적 고찰을 하였다. 적절한 센서, 액츄에이터의 운동방정식을 구한 후 평판으 ㅣ운동 방정식과 결합해 능동 진동제어 시스템을 구성하였으며, 외력과 제어력의 복합 영향을 고려한 평판의 진동 진폭 반응을 해석하였다. 본 방법의 효용성을 보이기 위해 집중 응력과 압전구동기에 의한 모멘트의 두가지 외력에 대한 진동반응을 수치해석 하였으며, 그 결과 압전 센서와 액츄에이터로써 구조물의 외력에 대한 진동반응을 효율적으로 감소시킬 수 있었다. 본 연구에서 고찰된 방법은 임의의 외력 조건과 제어 알고리즘에 적용이 가능하다.
Finite Element Analysis of Capctive Silicon Pressure Sensors
노용래,Roh, Yong-Ae The Acoustical Society of Korea 1995 韓國音響學會誌 Vol.14 No.e2
용량형 압력센서의 거동을 유한요소법으로 해석하였다. 센서는 원형박막과 이를 강성지지대에 연결하는 몇 개의 다리들로 구성이 되면, 센서재료는 실리콘 단결정이다. 성능에 영향을 미치는 센서구조의 형상변화를 유한요소 해석법을 이용하여 알아보았는데, 고려한 변수들은 원형박막의 직경 및 두께, 그리고 다리는 개수 등이다. 이들 변수의 변화에 따른 마이크의 정적거동해석, 동적 거동해석, 그리고 감도해석 등의 결과를 분석하여 제작하고자 하는 총 15개의 미소형 압력센서 구조중 최선의 것을 결정하였다. Capactive miro pressure sensor is simulated with finite element methods to analyze the effect of geometrical variation on its performace. Sensor material is th silicon single crystal. The sensor consists of a disk type diaphragm and several bridges connected to a rigid frame. Structural variables in consideration are the thickness of the diaphragm and the bridges, radius of the circular plate, and the number of bridges. Results of static, dynamic and sensitivity analyses reveal the best structure of the sensor among the fifteen cases under investigation.
노용래,배영호,정대식,Roh, Yong-Rae,Bae, Young-Ho,Chung, Dae-Sik The Acoustical Society of Korea 1994 韓國音響學會誌 Vol.13 No.e1
탄성표면파 소자용 압전재료의 특성을 평가하여 최적 절단명과 전파방형을 결정하였다. 압전단결정 $LiTaO_4$에 대하여 Rayleigh파의 속도, 결합계수, 표면유전상수, 주파수-온도계수, 감쇠계수, 퓨어모드 전하, 빔 산란, 그리고 정열오차 감도 등의 항목들을 평가하였다. 이론적 계산 결과 Y절단면상의 X축 방향이 최적치로 나타났고, 이결과는 시럼에 의해 확인되었다. 본 논문의 평가방법은 여타 다른 압전재료들에도 동일하게 적용이 가능하다. Characteristics of a piezoelectric material are evaluated to pick up the optimal crystal cut and propagation direction for a SAW device. For the piezoelectric single crystal $LiTaO_4$, such items are investigated as the Rayleigh wave velocity, the electromechanical coupling factor, the surface permittivity, the frequency-temperature coefficient, the air loading attenuation, the pure mode propagation, the beam steering and the misalignment sensitivity. Theoretical calculations reveal that Y-cut and Z-propagation is the optimal SAW propagation path. The results are confirmed through experiments. The method empolyed in this paper is applicable to other crystals, too, either single or poly crystals.
Optimal Design of Underwater SAW Devices
노용래,Roh, Yong-Rae The Acoustical Society of Korea 1990 韓國音響學會誌 Vol.9 No.4
최근 신호 처리 기기와 센서로서 각광을 받고 있는 SAW Device 는 때론 목적에 따라 수중에서 사용해야 할 때가 있다. 그러나 유체내의 고체 표면을 전파하는 표면파의 경우, 유체내로의 에너지 손실로 인해 설계상에 많은 어려움을 주고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 어려움을 극복할 수 있는 최적 설계법으로서, 컴퓨터 모형해석을 통해 수중에서 압전물질에 의한 표면파의 최대 발진 효율, 최소 전파 감쇄율, 그리고 pure mode 전파를 이룰 수 있는 SAW Device 의 최적 geometry, 즉 초적 압전 결정 평면, 표면과 전파 방향, 그리고 무차원 전파 계수 들을 구하였다. 본 논문에서는 표면파가 전파하는 고체 재료로서 PZT와 PVDF 적층, 그리고 쇠 하부층을 사용하였으나, 이 설계법은 임의의 유체층과 고체층의 조합에도 적용할 수 있다. 동일한 기술은 수중음향 계측기, antifouling, 그리고 산업 및 의료 분야 등에 쓰이는 센서와 발진기의 설계에도 바로 응용할 수 있다. Deeping on purpose, SAW device may have to function while immersed in a liquid. Those who are familiar with SAW devices would anticipate difficulty since the propagating surface waves will tend to radiate energy into the liquid and hence suffer attenuation. Thus, to design an immerable SAW device, more attention and full information about the wave properites is required to overcome the attenuation and get the highest SAW generation eficiency. Though numerical simulation, the optimal geometry of underwater SAW devices, such as optimal piezoelectric crystal cut, SAW propagation direction and nondimensional wave number(ka) is determined to get the maximum SAW excitation efficiency, the minimum attenuation in propagation and pure mode propagation for all the modes of surface wave propagation. The design technique can be appliedto an arbitrary combination of a piezoelectric layer, a substrate and a liquid medium. In this paper, PZT and PVDF layers and a steel substrate are use for the solid medium. The technique can be easily employed for the design of underwater sensors and actuators for the applications, such as sonar marine antifouling, industrial and medical uses.
노용래(Yongrae Roh) 대한기계학회 2002 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2002 No.2
기존 음향센서의 한계를 극복할 수 있는 새로운 형태로서 MEMS 기술을 이용한 마이크로 음향센서인 cMUT의 개념과 그 작동원리를 알아본다. 기존 음향센서 특히 초음파 음향센서로 널리 사용되는 압전형 센서와 비교한 장단점을 알아보고 그에 따라 cMUT의 장점을 살릴 수 있는 응용 분야와 향후 연구 방향을 고찰해본다.