초음파진동자 특성에 미치는 파라메터 요소와 정전용량

정전용량(Capacitance[nF])

진동자에서 정전용량 C 값은 공진회로의 fr을 결정하는 L(inductance)값에 영향을 주는 중요한 파라메터이다. C 값은 진동자의 발진에 따라서 압전세라믹에서 열이 발생하며, 발생된 열이 진동자의 C 값이 상승되고,  fr값의 변화를 초래하여 급격한 발진 효율의 저하를 야기 시킨다. 즉 C 값은 기계적 품질계수 Qm 값에 영향을 미치는 파라메터로 발진 상태에서 C 값의 변화를 억제하는 것이 가장 중요하다.

진동자의 공진주파수 fr값이 발진회로와 정확히 매칭된 상태에서 과도하게 높은 전압을 인가하면 순간적으로 압전세라믹의 변위가 증대됨에 따라 무리(과도)한 진폭이 발생하며, 이러한 현상은 진동자의 열 발생으로 이어진다. 열 발생에 대하여 효율적인 대처 방법은 진동자의 fr점과 초음파 전원공급 장치 상의 등가회로 상에서 최적의 전압을 인가하여 최고 효율을 얻어내는 것이다. 즉 초음파 전원공급의 전력 측면에서 전압과 전류의 위상을 일치 시키고 진동자가 감당 할 수 있는 전력의 70% ~ 80%에 해당하는 전압이 최적의 전압이다.

압전세라믹의 변위 폭은 앞서 언급한 k계수와 d정수, 단면적에 대한 인가전압과 비례하며, 세라믹의 두께와 반비례한다. 또한 압전세라믹을 1장 보다 여러 장을 사용했을 때 훨씬 큰 변위를 얻을 수 있으며, 이는 진동자의 진폭 증대와 상관관계가 있고, 초음파 전원공급 장치의 출력전력과 비례한다.

 

BLT 진동자 제작 후 마지막으로 확인해야 할 진동자 특성은 정전용량 C, 공진 임피던스 , 공진주파수 , 반공진주파수  4가지 특성을 임피던스 분석기를 통해 쉽게 측정하고, 이 값을 이용하여 기계적 품질계수 와 전기기계결합계수 를 산출한다.