Mathematical Modeling the Electrical Impedance of Piezoceramic Disk Oscillating in Wide Frequency Range (Part 2. Medium Frequencies)

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorBazilo, C. V.
dc.contributor.authorFaure, E. V.
dc.contributor.authorUsyk, L. M.
dc.contributor.authorTuz, V. V.
dc.contributor.authorChorniy, A. M.
dc.date.accessioned2024-11-26T10:52:29Z
dc.date.available2024-11-26T10:52:29Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractThis paper presents further developments in mathematical modeling of the electrical impedance of a piezoceramic disk in a wide frequency range, specifically focusing on the mid-frequency range, i.e., when the elastic wavelength becomes commensurate with the radius of the piezoceramic disk, which is important for numerous modern applications. A mathematical model was developed for disk piezoelectric transducers made of piezoceramics to estimate their electrical impedance and quasi-static electrical capacity in the medium frequency range basing on their geometrical, physical, and mechanical characteristics. The research has found that a piezoceramic disc attains electromechanical anti-resonance in the medium frequency range at frequency, at which its electrical impedance follows to infinity. This effect is due to the polarization charges being completely compensated by the electric charge, when the electric current vanishes and energy consumption from the generator is absent. The calculations proved that at frequencies close to the first thickness resonance (corresponding to the dimensionless wave number from 40 to 60), the radial displacements of material particles of the disk vanish. A very rapid decrease in the levels of radial shifts with a simultaneous increase in the electromechanical resonance number was noted. The evaluation of the mechanical quality factor of piezoceramic disk elements, obtained with the developed mathematical model, closely correlates with real values, which is confirmed by the high agreement between theoretical and experimental results.
dc.description.abstractotherУ данiй статтi представлено подальше дослiдження з математичного моделювання електричного iмпедансу п’єзокерамiчного диска в широкому спектрi частот, з особливою увагою до середньочастотного дiапазону, тобто коли довжина пружної хвилi стає спiвмiрною з радiусом п’єзокерамiчного диска, який є важливим для численних сучасних застосувань. Розроблена математична модель для п’єзоелектричних перетворювачiв дискової форми з п’єзокерамiки, що дозволяє оцiнити їх електричний iмпеданс та квазiстатичну електричну ємнiсть в середньочастотнiй областi, залежно вiд геометричних та фiзико-механiчних характеристик таких перетворювачiв. Встановлено, що п’єзокерамiчний диск у середньочастотнiй областi досягає стану електромеханiчного антирезонансу на частотi, на якiй його електричний iмпеданс прямує до нескiнченостi. Це вiдбувається через повну компенсацiю поляризацiйних зарядiв електричним зарядом, що призводить до зникнення електричного струму та вiдсутностi споживання енергiї вiд генератора. Розрахунки показали, що на частотах поблизу першого товщинного резонансу (вiдповiдає безрозмiрному хвильовому числу вiд 40 до 60), радiальнi змiщення матерiальних частинок диска зникають. Вiдзначено дуже швидке зменшення рiвнiв радiальних зсувiв зi збiльшенням номера електромеханiчного резонансу. При цьому, оцiнка механiчної добротностi п’єзокерамiчних дискових елементiв, отримана за допомогою математичної моделi, тiсно корелює з реальними значеннями, що пiдтверджено високою збiжнiстю мiж теоретичними та експериментальними результатами.
dc.format.pagerangeС. 38-45
dc.identifier.citationMathematical Modeling the Electrical Impedance of Piezoceramic Disk Oscillating in Wide Frequency Range (Part 2. Medium Frequencies) / Bazilo C. V., Faure E. V., Usyk L. M., Tuz V. V., Chorniy A. M. // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2024. – Вип. 97. – С. 38-45. – Бібліогр.: 17 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2024.97.38-45
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/70814
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 97
dc.subjectpiezoelectric transducer
dc.subjectacoustoelectronics
dc.subjectmathematical modeling
dc.subjectimpedance
dc.subjectdisk element
dc.subjectп’єзоелектричний перетворювач
dc.subjectакустоелектронiка
dc.subjectматематичне моделювання
dc.subjectiмпеданс
dc.subjectдисковий елемент
dc.subject.udc621.317.3:53.082.73
dc.titleMathematical Modeling the Electrical Impedance of Piezoceramic Disk Oscillating in Wide Frequency Range (Part 2. Medium Frequencies)
dc.title.alternativeМатематичне моделювання електричного iмпедансу п’єзокерамiчного диска, що коливається в широкому дiапазонi частот (Частина 2. Середнi частоти)
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
38-45.pdf
Розмір:
673.48 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 97