비납계 압전 소자를 이용한 평판 램파 측정 연구 (A Study on Lamb Wave Transduction in Plates Using Lead-free Piezoelectric Elements)

서지정보

· 발행기관 : 한국비파괴검사학회
· 수록지 정보 : 비파괴검사학회지 / 44권 / 1호 / 43 ~ 51페이지
· 저자명 : 김승일, 김민아, 정주영, 승홍민

초록

압전 소자는 기계적 에너지와 전기적 에너지의 상호 변환이 가능하여 액추에이터, 진동소자, 센서, 음향필터 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 하지만, 대부분의 압전 소자들은 환경 유해 물질인 납을 기반으로 사용되고 있으며 최근 전자제품에 납 사용을 제한하는 움직임에 따라 비납계 압전 소자에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 친환경 비납계 압전 소자를 유도초음파 검사 분야에 적용하고자 그 가능성을 파악하기 위해 평판 램파 측정을 처음 시도하였다. 실험은 알루미늄 평판에서 진행하였으며 압전 소자를 한 쌍의 송신기와 수신기로 설치하여 램파를 측정한 후 신호를 분석하였다. 측정된 신호의 속도를 관찰하여 대칭 램파 모드임을 확인하고 주파수에 따른 특성과 평판에서 방사되는 형태를 파악하는 실험을 수행하였다. 실험 결과들을 통해 비납계 압전 소자를 평판 구조물의 유도초음파 트랜스듀서로써 사용할 수 있는 가능성을 성공적으로 확인하였으며 추후 비납계 재료 분석과 이론적 접근을 통해 트랜스듀서 성능 파악을 엄밀하게 수행하여 다양한 비파괴검사 연구로 확장하고자 한다.

영어초록

Piezoelectric elements can perform the interconversion of mechanical and electrical energies and are used in various fields, such as actuators, vibration devices, sensors, and acoustic filters. However, many piezoelectric elements are used based on lead, which is harmful to the environment. Moreover, studies on lead-free piezoelectric elements have been actively conducted owing to the restriction of using lead in electronic devices. Therefore, we measure Lamb waves in a plate with eco-friendly lead-free piezoelectric elements to check the possibility of using lead-free piezoelectric elements for guided wave-based nondestructive testing. The experiments were conducted to compare the signals measured by a pair of piezoelectric elements in an aluminum plate. By measuring the arrival time of the signal, which is the group velocity of Lamb waves, we confirm that the elements can generate and measure the fundamental mode of the symmetric Lamb wave. Further, we check the frequency characteristics and radiation pattern of the elements. It shows that the elements can be used as a guided wave transducer for plate inspection. In the future, with material analysis and theoretical approach, the performance of the elements will be studied for application of various inspection problems via material analysis and a theoretical approach.

참고자료

· 없음