Frequency Characteristic Analysis of Omnidirectional Shear Horizontal Wave Transducer Using an Array of Segmented Lead-free Piezoelectric Elements

Abstract

본 연구에서는 기존에 개발한 전방향 전단파 트랜스듀서의 주파수 특성을 분석하고자 하였다. 해당 트랜스듀서는 분절된 사다리꼴 무연 압전 소자를 환형으로 연결하여 구성한 형태이며 전방향으로 고르게 전단파를 발생 및 측정할 수 있음을 최근 연구를 통해 확인하였다. 하지만 본 트랜스듀서의 주파수 응답에 대해 체계적인 분석이 수행되지 않아 이론과 실험을 통해 이를 수행하고자 하였다. 주어진 트랜스듀서 조건에서 응답을 이론적으로 파악하기 위하여 환형 배열 트랜스듀서 이론을 기반으로 응답을 계산하고 다양한 조건에서 실험한 후 결과를 상호 비교하였다. 실험 결과를 얻기 위해 개발된 트랜스듀서는 송신기로 사용하였고 수신기로는 특정 방향의 전단파를 뚜렷하게 측정할 수 있는 자기변형 패치 트랜스듀서(MPT)를 여러 각도에 설치하여 주파수별로 신호를 취득하였다. MPT를 사용함에 있어 발생하는 주파수 응답 변화를 함께 고려하기 위하여 한 쌍의 MPT를 송신기와 수신기로 사용한 실험을 통해 전달함수까지 취득하여 최종 결과에 반영해주었다. 이를 통해 이론적으로 구한 주파수 특성이 실험 결과와 잘 일치하는 것을 확인하였으며 본 연구의 결과를 토대로 추후 무연 압전 전방향 전단파 트랜스듀서를 활용하는 과정에서 특정 주파수에서 출력이 최대화될 수 있도록 하는 설계가 가능할 것으로 기대된다.