1-5회 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 7] BVD 이중 등가회로의 단순화

여기서는 키르히호프의 법칙, 옴의 법칙 및 기타 회로이론을 적용할 때 회로의 대칭과 DC와 AC의 전류 및 전압 밸런스를 만족시키기 위해 다른 문헌에서는 볼 수 없는 특정 전기 요소를 도입하였다.

실제로 매우 단순하고 함축적인 형태로 [그림 7]처럼 제시된 바와 같이 앞서 거론된 모든 등가 전기회로[그림 1,2,3,5,6]는 현대적인 필터 설계에서 알려진 것처럼 상호 등가 전기회로 또는 이중 필터 설계에 기초하고 있으며, [그림 4]처럼 회로 등가 결합되어 있는 것을 알 수 있다. [그림 1, 2, 3, 5, 6]에 제시된 모든 모델과 Mason모델에 기반한 다른 압전변환기 모델에 대해 [그림 7]에서 발견된 이중-모델 요소 간의 다양한 관계가 충분히 높은 품질요소 회로에 대한 최상의 근사값으로도 적용된다.

이 문서에서 제시한 모델링 전략의 전체적인 그림을 제시하기 위해서 혼(Horn) 또는 부스터를 연결한 때 단일 압전변환기 모델이 어떻게 변하는지를 설명하는 것이 흥미롭다(추가되는 혼 이나 부스터는 컨버터(진동자)와 거의 같은 공진 주파수를 가져야 한다).

실제로 우리는 기본 컨버터 모델에서 추가된 혼을 나타내는 하나의 등가회로 모델에서 어디에 배치해야 하는지를 알아야 한다. 여기에서 가장 중요한 사항은 추가된 혼이 전기적 등가 공진회로로 대체될 수 있는 기계적 공진 구조 하나를 제공한다는 것을 아는 것이다.

컨버터 모델링에 관한 대부분의 문서에서는 추가된 혼은 부하로 취급되지만, 여기서는 주로 모두 종일한 동진에서 작동하는 추가된 공진회로 또는 추가된 필터 회로로 취급한다. [그림 7]에 제시된 단순화 등가회로와 [그림 3]에 제시된 컨버터 모델에서 시작하여 [그림 8]에 주어진 새로운 단계별 단순화 모델을 사용한 “컨버터 + 혼”의 모델링을 설명 할 수 있다. 모두 같은 공진 주파수를 가진 부스터와 혼을 컨버터에 얼마나 많이 추가했는지 상관없이 마지막으로 임피던스 측정을 한 후에는 특정 회로 파라메터와 기계품질 요소만 변경된 [그림 3]과 같은 동일한 모델을 얻을 수 있다. 이것은 지나치게 단순화한 것으로 복잡한 모양의 Sonotrode(소노트로드는 초음파 가공 및 용착과 혼합에서 초음파 진동을 생성하고 이 진동에너지를 가스, 액체 고체 또는 조직에 적용하는 도구를 말함.)

여기에서는 초음파 기계적 진동을 전달 받아 공진하는 초음파 용착 혼(공구혼)을 추가하면 새로운 공진주파수를 만들 수 있지만, 여기서는 사전에 관찰된 잘 절연되고 분리된 한 쌍의 직렬과 병렬공진으로 제한하여 수용한다.

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