전기, 전자/초음파 진동자(Welding)

1-8회 초음파 진동자 모델링 및 해석

Paul Hwang 2020. 2. 3. 13:28

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.

 

초음파기술에서 실제 관심 분야의 대부분은 기계적(또는 음향적)부하를 가변(부하에 따라 다름) 저항으로 대체 될 수 있다고 가정하여 단일 작동하는(특정한 하나의 공진주파수로 동작하는) 공진모드를 사용하고, 직렬 또는 병렬공진에서 컨버터를 작동시킨다. 이렇게 단순화된 상황의 경우에는 [그림 5~10-b]에 제시된 부하 모델을 사용하는 대신에 [그림 10-c]에 제시된 부하 모델을 표준화하여 사용 할 수 있다. [그림10-c]의 모든 모델은 이중 전기회로의 상호 등가이며, [그림 7]과 [그림 4]에 제시된 일반 등가회로를 사용하여 관계를 상호 변환할 수 있다. 효과적인 컨버터 등가회로는 음향적 저항부하 [그림10-c]는 기계적인 운동 부분에 적절하게 배치된 직렬 또는 병렬 가변 저항(RLS1,2 또는 RLP1,2)에 의해 제시된다. 직렬 부하 저항 RLS1,2만 있는 회로[그림 10-c] 옵션을 적용하면 직렬 부하저항이 비례적으로 증가한다. 또한 음향적 부하 증가를 병렬 부하저항 RLP1,2만 있는 회로 옵션을 적용하면 병렬 부하 저항이 비례적으로 감소한다. 결과적으로 직렬 부하저항 RLS1,2는 음향적 임피던스 ρvs(= 밀도 x 음속 x 표면)에 정비례 하며, 병렬 부하저항 RLP1,2 음향적 어드미턴스 또는 Mobility(= 1 / ρvs)에 정비례한다. [그림 10-c]의 모델에 기초하여 최적의 전력 전달, 임피던스 정합, 무효 임피던스의 보상, 기계적인 출력(진폭) 제어 등, 다양한 분석을 위해 일반적으로 유효한 플랫폼을 구축할 수 있기 때문에 이것은 피에조진동자 부하를 이해하고 모델링 하는데 매우 중요한 단계이다.

[그림 10-c] 단일모드, 직렬 및 병렬 저항부하 임피던스 모델
([그림 4]의 등가회로 응용)

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