본 연구에서는 판형태의 압전감지기와 압전작동기가 접착되어 있는 보형태의 스마트구조물의 자유진동제어에 대한 유한요소모형화 방법을 제안한다. 압전재료의 직접압전효과와 역압전효과에 대한 구성방정식을 고려하고 변분원리를 이용하여 스마트보유한요소의 운동방정식을 유도한다. 이러한 2절점 보 유한요소근 등매개변수요소로서 Timoshenko 보이론을 기초로 한다. 따라서, 보형태의 스마트구조물을 제안하는 스마트보 유한요소에 의하여 해석함으로써 전압이 작용되는 압전작동기에 의한 구조물의 제어와 전압을 측정하는 압전감지기에 의한 구조물의 모니터링에 대한 수치적인 시뮬레이션이 가능해진다 이러한 스마트보유한요소와 Constant-gain feed back control 기법을 이용하여 압전감지기와 압전작동기를 이용한 보구조물의 자유진동제어에 대한 유한요소 모델을 제안한다

0.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.1PbTiO3계 완화형 강유전체에서 MnO2 첨가가 압전물성에 미치는 영향을 강유전성이 우세한 온도영역인 -40~30˚C의 온도범위에 걸쳐 조사하였다. MnO2 첨가에 의한 효과를 유전특성, 압전특성, 전계유기 변형특성 등의 영역에서 고찰하였다 MnO2 첨가량이 증가할수록 유전성 및 압전성은 hard piezoelectric의 경향을 나타내었다. 이러한 실험적 고찰로부터 첨가된 Mn은 강유전 도메인 분역을 고정하는 역할을 하는 것으로 제안되었다.

0.9PMN-0.1PT계의 압전물성을 상전이 온도를 포함하는 -40˚C~100˚C의 넓은 온도범위에서 조사하였다. 압전물서의 측정을 위해 상전이 온도 이하인 -40˚C에서 시편을 분극처리를 한 후 승온하면서 공진반공진법에 의해 측정하였다. 0˚C이하에서 압전체의 필요충분조건인 압전 spectrum이 선명하게 나타남을 통해서 상전이 온도보다 충분히 낮은 온도에서 0.9PMN-0.1PT가 압전체임을 확인하였다. 상전이온도인 40˚C보다 훨씬 높은 90˚C 정도의 온도에서도 압전 spectrum이 관찰되어 있음을 통해서 0.9PMN-0.1PT 완화형 강유전체의 경우 상전이온도 이상에서도 전기기계 변환이 일어나고 있으며 강유전체인 압전체의 성질을 띠고 있다는 것을 확인하였다.

An improved antibody-coated sensor system based on quartz crystal microbalance was developed for the detection of Salmonella spp. An antibody against Salmonella common structural antigen was immobilized onto one gold electrode of the piezoelectric quartz crystal surface by various immobilization procedures. The best results in sensitivity and stability were obtained with the thin layers of protein A and 3,3'-dithiopropionimidate 2HCl (DTBP), a homobifunctional thiol-cleavable crosslinker. After the addition of a S. typhimurium suspension into a reaction cell with 0.1 M sodium phosphate buffer, pH 7.2, the resonant frequency owing to S. typhimurium adsorption decreased conspicuously. The antibody-immobilized crystals prepared by the gold-protein A complex formation and DTBP thiolation showed the frequency shifts of 80 and 283 Hz, respectively. The time required for maximum frequency shift was about 30-60 min. The antibody-coated crystal could be reused for 6-8 consecutive assays.

어종의 식별을 위한 음향학적 정보를 추출해 내는 데 활용하기 위한 초음파 변환기를 설계하기 위한 시도의 하나로꺼 전극분할 원반형 압전진동자를 이용하여 공진주파기를 가변시켜 넓은 주파수 대역에 걸쳐 사용할 수 있는 어군탐지기용 송.수파기를 설계하였다. 본 연구에서 설계한 초음파 변환기는 전극분할형 압전진동자의 한쪽 전극에 발전기를 접속하고, 다른 쪽 전국에 2.7~15.0 mH 인덕턴스를 접속하였을 때, 경방향에 대한 공진 주파스는 49.5~ 55.7 kHz의 범위에서 가변시킬 수 있었고, 또한 외부에서 진동자에 인가한 임피던스의 영향에 의해 출현하는 공진주파수에는 61.3~121.7 kHz의 범위에서 가변시킬수 있었다. 그러나, 이들 주파수에 대한 전기음향효율을 고려 할때, 실제로 활용할 수 있는 주파수 범위는 이것보다 훨씬 좁은 폭이 될 것이라 판단된다.

본 연구에서는 상온에서 정방성 조성인 Pb0.9888Sr0.012(Zr0.52Ti0.48)O3계 세라믹스를 소결 후 직류전계 및 코로나를 이용하는 방법으로 소결시편을 분극한 후 분극방법에 따른 시편의 압전특성을 조사하였으며, 열화현상을 평가하기 위한 방법으로 시편의 내부응력의 차이를 조사하였다. 이 결과 코로나 분극방법은 직류분극에 비하여 30˚C정도 저온에서도 최대 Kp값을 얻을 수 있었으며 열화현상이 천천히 진행되었고 절연파괴가 발생하지 않는 등의 장점이 관찰되었다. 그러나 Kp값은 직류분극의 경우가 코로나 분극에 비하여 약 9~10%정도 높은 값을 나타내었다.

4.5 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-40.5Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-55PZT와 PLZT(10/70/30, 11/60/40)를 경사조성으로 하여 경사기능 재료를 제조하였으며, 그 유전 특성과 압전 변형율 특성을 조사하였다. 경사기능재료는 A/B/A의 세층으로 성형하고 소결한 후 한 층을 연마해내어 제작하였다. 닥터블레이드용 슬립에는 acrylic계 유기 결합제가 34-36wt% 혼합되었으며, 건조 후 균열이 없는 양호한 thick film을 제조하였다. 1250˚C, 2시간의 소성에 의해 경사기능화된 시편은 Nb와 La등의 조성 차이에 의한 구배를 이루었으며, 구배영역은 약 30μm 정도였다. 경사기능재료에서 유전상수나 큐리온도롸 같은 유전특성은 조합한 조성층의 특성들사이의 값을 나타내었다. 인가 전압에 따른 변형율 특성은 단일 조성의 시편보다 현저하게 증가하였다. 실제로 경사기능 압전엑튜에이터를 제조한 결과 약 3μm/100V 정도의 변위향을 나타내었다.

막 여과는 막을 통해 물을 통과시켜 수중의 오염 물질이나 불순물을 제거하는 기술이며 고도수처리 및 하수 처리와 같은 다양한 분야에서 사용된다. 하지만, 우발적인 수질 오염이나 막 손상의 경우에는 대응하기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 여과 과정을 거친 후 식수의 오염을 막기 위해 막의 손상을 모니터링 해야 한다. 본 연구에서는, 압전 센서를 사용하여 고주파 기반 전기역학적 임피던스(EMI)를 측정하여 막 완결성 시험을 수행하였다. 외부 배관에 부착된 압전 센서는 배관 내부 압력 변화로 인한 막의 물리적 특성의 변화를 검출 할 수 있다. 압력 감쇠 시험을 진행하는 동안, 부착된 압전 센서를 통해 EMI 를 측정함으로써 막 손상으로 인한 압력 강하를 측정 할 수 있다. 본 기술을 검증하기 위하여 실제 수원지에서 현장 테스트가 수행되었다. 신뢰성을 높이기 위해 각 측정 단계에서 20 회 실험을 수행 하였고 그 결과, 미세한 압력 강하를 검출함으로써 막의 손상을 모니터링 할 수 있음을 확인하였다.

The evolution of the electro-mechanical impedance (EMI) of piezoelectricity (PZT) sensor was investigated to determine the setting times of fiber reinforced cementitious materials in this study. Penetration resistance test was also conducted to validate the EMI sensing technique. As a result, the setting times of fiber reinforced cementitious materials can be effectively monitored through the EMI sensing technique using an embedded PZT sensor.

As most infrastructure have low natural frequency for vibration, an energy harvester to operate wireless sensors for them should be aimed to low frequency and have high output efficiency. This study proposes the energy harvester with parallel-connected single crystal ceramic for low frequency in order to gain enhanced efficiency. The performance is confirmed by the experiment using the acceleration data of hangers in Yeongjong Bridge.

Even though installing measuring device for safe structure became duty because of structures’ becoming larger, the battery replacement of sensor node is difficult when it is hard to approach such as specific bridges. This study was done for the examination of the activating possibility wire accelerometer after converting vibration energy occurred from sine wave (±0.2g) to electric energy with cantilevered piezoelectric energy harvester when it vibrates continuously.

This study informs regarding application to electric protection by using piezoelectric material which is one of the energy harvesting system in bridge. It can transform from strain energy to electricity energy by using piezoelectric material as strain energy always occurs in bridge. This paper suggests that electricity energy occurred from piezoelectric material can use cathodic protection by power impressed methods for anti corrosion of reinforcement bar, steel and so on.

Despite the fact that wireless sensor is needed to be activated in order to do efficient and continuous management, batteries are limited on their lives in case of wireless sensor. This paper suggests that the energy harvester model can be used within low frequency and examined using single crystal PMN-PT material which is definitely good at the efficiency of piezoelectric in order to maximize the output power. And the possibility of wireless sensor node power supply is verified by using an acceleration data of cable hangers of YoungJong Grand Bridge.

토목구조물의 유지관리가 중요해짐에 따라 계측 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 대부분 유선계측이 많이 이용되고 있으나, 무선 통신기술의 발전으로 인해 무선 계측 기술도 발전하고 있다. 그러나 접근성이 용이하지 못한 지역에 위치한 토목구조물의 경우에는 주기적인 전력원의 교체가 어렵기 때문에 무선 계측 기술의 적용이 제한되고 있다. 이의 대안으로 기계적 진동을 이용할 수 있는 진동형 압전 에너지 하비스터에 대한 관심이 확대되고 있는데 현재까지 기술로는 무선 계측장비의 전력을 충족시키기에 부족하다. 따라서 기존의 압전 에너지 하비스터보다 우수한 진동형 압전 에너지 하비스터의 제작이 필요한 상황이다. 본 논문에서는 진동을 진동형 에너지 하비스터의 전력 생산 효율을 증가시키기 위해 단결정 세라믹을 이용한 고효율 진동형 에너지 하비스터를 제작하고 실험을 통해 그 성능을 확인하였다.

가스관, 송유관 등의 배관구조물은 주요자원의 수송을 책임지는 핵심 지하시설물 중 하나이다. 이들은 사고 및 자연적인 노후화로 인해 국부적인 손상이 발생할 위험에 노출 되어있다. 하지만 대부분의 배관구조물은 지하의 좁은 공간에 복잡하게 연결되어있기 때문에 구조물의 건전성을 지속적으로 모니터링 하는데 어려움이 있었다. 이러한 지금까지 관리방식의 한계점을 극복하기 위해 최근 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 온라인 방식의 상시적 구조물 건전성 평가방법에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 전기-역학적 임피던스 기반의 실시간 배관 구조물 건전성 평가방법에 대하여 연구하였다. 배관 구조물에 발생하기 쉬운 볼트 풀림과 균열의 두 가지 국부손상을 가정하였고 압전효과를 가진 PZT와 MFC 센서를 이용하여 구조물의 상태에 따른 임피던스를 계측하여 손상탐색 실험을 수행하였다. 하나의 센서로 가진과 센싱을 동시에 수행할 수 있는 저비용 셀프센싱 기법을 사용하였고 배관 상태에 대한 객관적인 판단을 위해 손상지수인 RMSD 값을 사용하여 계측된 신호를 이용하여 손상의 정도를 정량화시켰다. 손상여부의 판단을 위해 일반 극치 분포를 이용하여 최적화된 통계적인 정상상태의 임계값을 설정하였다. 위와 같은 실험적 연구과정을 통해 제안된 실시간 배관 구조물 건전성 평가 방법의 타당성과 효율성을 확인해 보았다.