압전체(piezo-electric material)에서 이런게 가능한가요?
- 글쓴이
- offaxis
- 등록일
- 2004-11-29 22:44
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압전체를 이용하면 미소변위 제어가 가능하다는 걸 제가 하는 분야에다 좀 응용할까 하는데요....
일단 압전체를 적층형으로 쌓아서 구성하는 건 여기 저기 문헌에서 많이 봤는데...
이게... 압전체를 도넛 모양으로 쌓는 것도 가능한가요?
제가 하고 싶은게,
1) 도넛 모양의 압전체를 쌓아서, 전압을 가하면 도넛의 안지름을 바꾼다.
2) 이게 안되면, 도넛모양의 길이방향으로 변위가 생기게 한다.
이 두가지 인데, 도넛모양의 압전체가 있는지 부터가 궁금하네요.
제가 하는 일하곤 거리가 먼 분야라 도통....--;
다른 사람들 의견
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사색자
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도넛 모양의 압전체라는게 정확히 어떤 모습인지 금방 이미지가 안떠오르네요. 아마 실린더형 (내부가 비어있는 파이프 모양) 을 말씀하시는 것이 아닐까 추측해봅니다.
polarisation 방향이 반경방향 (r direction)으로 되어있을때 r방향으로 전압을 걸어주거나 혹은 실린더형인데 축방향 (z direction)으로 polarisation되어있는데 축방향으로 전압이 가해지면 미세제어가 가능하긴 합니다만 어느정도의 변위가 일어날지에 대해서 미리 계산해보시길 권해드립니다. IEEE Standard on Piezoelectricity. ANSI/IEEE Std 176. 1987 혹은 Bugdayci N, Bogy DB, Talke FE. Axisymmetric Motion of Radially Polarized Piezoelectric Cylinders used in Ink Jet Printing. IBM J Res Dev 1983;27(2):171-180 혹은 논문이나 도서등을 보시면 지배방정식이 있습니다. Morgan Matroc (<a href=http://www.morganelectroceramics.com) target=_blank>http://www.morganelectroceramics.com)</a> 에 가셔서 제품군과 튜토리얼을 한번 살펴보시는 것도 도움이 되리라 봅니다.
만약 원하는 제품이 없다면 주문의뢰를 하시거나 혹은 재료과에 피에조 세라믹을 하시는 분의 도움을 받아보도록 하세요. -
Shunt
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충분히 가능한 기술입니다
다만 적층형 압전소자(piezo stack)를 만들고자 하시는 것 같은데....
적층형소자의 장점은 적층 방향의 변위를 크게 늘리고자 할 때 사용하는 방법입니다. 님의 말씀대로라면 1)의 경우는 적층형 소자를 이용하여도 그 장점을 충분히 이용할 수 없겠지요. 2)의 경우는 그 효과를 충분히 누릴 수 있습니다. 1)의 경우 사색사님이 추천하신 모건사 홈페이지에서 상용 압전 재료를 찾을 수 있을 겁니다.(적층형이 아닌 1개의 소자로 구성된) 다만 바깥 지름이 안지름과는 반대방향으로 움직인다는 것에 주의 하십시오. 또 적층형 압전소자를 만들 때 주의해야 할 것은 접착제와 전극인데요 접착제는 일반적으로 에폭시를 이용하며 중요한것은 각 소자의 부착 시에 각각의 압전 재료에서 전극을 바깥으로 뺴내야 하는 대단히 불편한 작업이 기다리고 있습니다.
예산이 허락된다면 구입의 경우가 빠르고 효과적일 겁니다.
<a href=http://www.piezomechanik.com/ target=_blank>http://www.piezomechanik.com/</a> 에서 참조하시고 여기는 한국 지사나 디스트리뷰터가 없기때문에 직접 구매하셔야할 겁니다.
행운이 함께하시길....
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사색자
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몇가지 정정해야할 것이 있어서 몇자 적습니다.
shear mode도 있습니다만, 일반적으로 피에조 액츄에이터의 경우 polarisation방향으로 전압을 걸어 수축/팽창을 시킵니다. 그래서 보통 반경방향으로 polarisation되어있는 액츄에이터의 안지름면과 바깥지름면에 전압을 걸면 반경방향으로 수축/팽창이 일어날 것으로 생각하곤 하는데 plate형이 아닌 cylindrical형에서는 계산을 해보면 상상하는 것하곤 다르게 결과가 나올 수 있습니다.
예를 들어 Shunt님의 설명에 따르면 안지름은 수축하는데 바깥지름은 팽창하는 모습(결국 두께가 증가) 혹은 그 반대를 상상할 수 있는데, 안지름, 바깥지름 면들이 전부 반경방향 대비 같은 방향으로 움직이는데 그 움직이는 정도가 조금 다른 모습을 보일 수도 있습니다. 제가 계산했던 케이스들은 전부 그런 그런 케이스였고요.
위에서 제가 소개한 Bugdayci의 논문에서는 몇가지 가정을 놓고 수학적으로 푼 경우이고 (analytical solution), 다음의 논문에서는 수치해석으로 푼 후에 Bugdayci의 결과와 비교를 합니다.
Peelamedu SM, Kosaraju CB, Dukkipati RV, Naganathan NG. Numerical Approach for Axisymmetric Piezoceramic Geometries towards Fluid Control Applications. P I Mech Eng I-J Sys 2000;214(12):87-97.
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사색자
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그런데 위에서 소개한 IEEE의 피에조에 대한 지배방정식은 피에조의 비선형성을 설명하질 못합니다. 주로 static case를 설명하는데 유효하며, 제품 카탈로그에 나와있는 수치들도 그에 준합니다. 동적 특성은 주파수에 따라 다르고 주파수가 높아질수록 강한 히스테리시스를 보입니다. 주파수에 따라 측정된 변위를 이용하여 viscoelastic material로 가정하고 응답특성을 예측한 논문이 있습니다.
다음의 논문을 참조하세요.
Richter H, Misawa EA, Lucca DA, Lu H. Modeling Nonlinear Behavior in a Piezoelectric Actuator. Precis Eng 2001;25:128-137.
Richter H, Misawa EA, Lucca DA. Characterization of Nonlinearities in a Piezoelectric Positioning Device. Proceedings of the 1997 IEEE International Conference on Control Applications, Hartford, USA, 1997.
일전에 이곳 게시판에서 카이스트에 계시는 박사과정생분이랑 피에조의 비선형성에 대해 이야기를 나눈적이 있습니다. -
offaxis
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두 분 모두 감사드립니다. 인터넷 찾아보고 나름대로 논문도 구해 읽고 했는데, 제가 이 쪽이 아니다 보니, 사실 앞길이 막막했습니다. 관련 논문과 사이트를 듣고 나니, 좀 서광이 보이네요...^^
