1-3회 초음파 진동자 모델링 및 해석

PIEZOELECTRIC TRANSDUCERS MODELING AND CHARACTERIZATION
Author: Miodrag Prokic / Published 2004 in Switzerland by MPI

위의 자료(책)가 초음파 진동자를 이해하기가 좋은 자료인 것 같아 관심있는 지인들과 함께 공부 할 요량으로 번역을 해봤습니다. 많은 오역이 존재 할 수 있다는 것을 사전에 밝힙니다. 이 점을 참고하시고 보시기 바랍니다.

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[그림 5]는 컨버터 모델링에 대한 외부 음향 부하의 영향을 RL1과 RL2로 나타내었는데, 이는 실제 컨버터의 부하와 가장 비슷하고 매우 단순화된 등가로 나타낸 것이다.(실제 부하저항 RL1과 RL2는 가장 일반적인 복잡한 임피던스로 취급해야 하기도 한다.)

[그림 5] 부하가 있는 압전변환기의 대체 BVD 모델

앞선 회차의 [그림 4]에 제시된 등가회로를 기반으로 동일한 주파수 의존 요소 값을 새로 계산하기만 하면 [그림 5]의 병렬 추가 저항을 인덕턴스와 직렬로 쉽게 배치 할 수 있다. 문헌에서는 이와 같은 문제에 대하여 [그림 5]의 왼쪽 압전변환기 모델과 같이 직렬로 연결된 운동 인덕턴스와 캐패시턴스에 속한 부하 저항이 있으며, 일반적으로는 [그림 5]의 오른쪽 모델과 같이 병렬로 연결된 운동 인덕턴스와 캐패시턴스의 회로 요소에 속한 부하 저항이 발견된다. (그러나 [그림 4]에 제시된 것처럼 전기회로 이론을 이용하여 병렬 또는 직렬 요소의 조합으로 쉽게 재현 할 수 있다.) 또한 부하 저항은 위치 및 방법 따라 변화한다. ([그림 5]에서처럼 직렬 연결의 운동 인덕턴스에서는 부하 저항이 매우 낮은 값에서부터 증가하고, 운동 인덕턴스와 병렬로 배치한 경우는 부하가 증가함에 따라 부하 저항이 매우 높은 값에서부터 감소합니다.)

위의 모든 컨버터(변환기) 모델(그림 1, 2, 3, 5)의 직렬 및 병렬공진에서 압전변환기의 가장 중요한 기계적 출력 전력/진폭 제어 파라메터인 운동전류 im과 운동전압 um을 알 수 있다. 컨버터가 직렬공진에서 동작 할 때 출력전력 및 진폭을 제어하기 위해서는 동작전류 im을 제어해야 하며, 병렬공진의 경우에는 출력전력 및 진폭을 제어하기 위해서는 동작전압 um에 정비례 한다. 즉, 같은 컨버터에서 직렬 또는 병렬공진에 동일한 출력전력인 경우, 직렬공진에서 작동하는 컨버터는 고 출력의 힘(또는 높은 압력)과 상대적으로 낮은 속도를 제공하며, 병렬공진에서는 높은 출력 속도와 상대적으로 낮은 힘을 전달한다.(출력 변환기 전력은 앞쪽 방사표면에 전달되는 속도와 힘 사이의 생성물이다.) 이것은 전기기계적([Current ↔ Force] & [Voltage ↔ Velocity]) 유추시스템을 사용한 것 입니다. 컨버터의 직렬공진 주파수 영역은 Current - Force 공진으로 임피던스가 낮은 값을 가지는 경우이며, 병렬공진의 주파수 영역은 Voltage - Velocity 공진으로 임피던스가 높은 값을 가지는 것을 말한다. 다시 말하자면 Force 공진에서 작동 할 때, 전기적으로 높은 운동전류(전류공진이라 하며 직렬공진에서)는 컨버터의 큰 힘을 생성한다. 또한 Velocity 공진에서 작동할 때, 전기적으로 높은 운동전압(전압공진이라 하며 병렬공진에서)은 컨버터의 높은 운동 속도를 생성한다. 지금까지 논한 모든 결론은 ([Current ↔ Force] & [Voltage ↔ Velocity])의 기반에 유추하고 있으며 나중에 일부 실험을 통하여 위의 유추를 확인(재현)한다.

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출처 :
PIEZOELECTRIC TRANSDUCERS MODELING AND CHARACTERIZATION
Author: Miodrag Prokic / Published 2004 in Switzerland by MPI