석사학위 청구논문 (2000년 12월 숭실대학교 대학원 기계공학과 권 오 수, 지도교수 김 진 오)
압전 비틀림 변환기의 진동 특성
Vibration Characteristics of Piezoelectric Torsional Transducers
[국문초록]
압전 세라믹을 이용한 변환기는 센서와 액추에이터로 널리 활용되고 있으나 대부분 시행착오의 경험에 의존하여 제작된다. 이에 다양한 변환기를 설계하기 위해서 이론적으로 정립된 설계방법의 필요성이 요구되고 있다.
본 논문은 압전 비틀림 변환기의 진동특성에 대한 이론적, 실험적 연구에 대해 다루었다. 압전 비틀림 진동의 운동방정식을 원주방향 변위와 전기퍼텐셜의 항으로 유도하였다. 역학적 전기적 경계조건을 적용하여 몇 가지 변환기 형태에서 운동방정식의 해와 특성방정식을 유도하였으며, 이로부터 변환기의 고유진동수와 모드형상을 구하였다. 이론적 해석 결과로부터 다음과 같은 결과를 도출하였다.
단층변환기는 압전 현상으로 인한 1차 고유진동수의 저하가 크고, 양쪽면이 자유로운 경우 짝수차 모드가 나타나지 않는다. 이층변환기의 경우 등가 길이의 단층변환기로 환산하여 해석 가능하며, 랑주방형 변환기에서는 탄성블록의 영향으로 고유진동수가 현저히 낮아진다. 대칭구조 랑주방형 변환기에서는 비대칭구조 랑주방형 변환기와 달리 대칭모드가 나타나지 않는다. 이론적으로 구한 압전 고유진동수와 임피던스 분석기를 이용한 측정 결과를 비교하여 이론적 해석결과를 검증하였다.
연구의 결과는 새로운 압전 비틀림 변환기 설계시 고유진동수와 모드형상 예측을 가능하게 하여, 체계적인 설계에 활용되리라 기대한다.
[목 차]
1. 서 론
2. 압전 비틀림 변환기의 원리와 모델링
2.1 압전 변환기의 원리
2.2 압전 비틀림 운동방정식
3. 비틀림 변환기 원판의 진동
3.1 단층변환기
3.2 이층변환기
4. 랑주방형 비틀림 변환기의 진동
4.1 대칭구조 변환기
4.2 비대칭구조 변환기
4.3 실 험
5. 결 론