Mathematical Modelling of Rod-Type Piezo-Electric Transducers for Acoustoelectronic Devices

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorBazilo, C. V
dc.contributor.authorBondarenko, M. O.
dc.contributor.authorKhlivnyi, V. V.
dc.contributor.authorTomenko, M. H.
dc.contributor.authorTomenko, V. I.
dc.date.accessioned2023-05-25T15:17:09Z
dc.date.available2023-05-25T15:17:09Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractThe work is devoted to the peculiarities of the construction and study of mathematical models of rodtype piezoelectric transducers, which are widely used in various acoustoelectronic devices (hydroacoustic means of target detection, ultrasonic non-destructive testing, medical diagnostics, etc.). In contrast to the existing mathematical models of piezoelectric transducers (based on amplitude-phase dependences, resonant piezoelectric transducers, equivalent circuits, etc.), the proposed mathematical model makes it possible to establish a dependence, which is a mathematical description of the acoustic coupling that exists in a solid piezoceramic rod between wave fields on its various areas. An algorithm for calculating a mathematical model of rod-type piezoelectric transducers is presented and based on the determination of the transformation ratio in the case of the inverse piezoelectric effect. Analytical dependencies, which make it possible to determine the electrical impedance and the amplitude value of the potential in the electrical circuit of the piezoelectric transducer, are obtained. It is shown that these dependencies underlie the expression for determining the transformation ratio, which is a mathematical model of a rod piezoelectric transducer. At the same time, the principle of operation of such a transducer provides for the use of longitudinal vibrations in a prismatic rod. The results of the mathematical modelling are presented on the example of a rod transducer with a square cross-section made of piezoelectric ceramics of the PZT type (plumbum zirconate titanate). The performed comparisons of the calculated and experimentally obtained values of the frequency dependence of the modulus of the transformation ratio of the piezoceramic transducer showed a high convergence between them (the discrepancy between the results of mathematical modelling and the experimentally obtained data for the same value of the operating frequency does not exceed 8.5%).uk
dc.description.abstractotherРобота присвячена особливостям побудови та дослiдження математичних моделей п’єзоелектричних перетворювачiв стрижньового типу, якi знаходять широке застосування в рiзноманiтних пристроях акустоелектронiки (гiдроакустичних засобiв виявлення цiлей, ультразвукового неруйнiвного контролю, медичної дiагностики, тощо). На вiдмiну вiд iснуючих математичних моделей п’єзоелектричних перетворювачiв (на основi амплiтудно-фазових залежностей, резонансних п’єзоелектричних перетворювачiв, еквiвалентних схем та iнших), запропонована математична модель дозволяє встановити залежнiсть, що є математичним описом акустичного зв’язку, який iснує в суцiльному п’єзокерамiчному стрижнi мiж хвильовими полями на його рiзних дiлянках. Наведено алгоритм розрахунку математичної моделi п’єзоелектричних перетворювачiв стрижньового типу, що базується на визначенi коефiцiєнта трансформацiї, який виникає при зворотному п’єзоелектричному ефектi. Отриманi аналiтичнi залежностi, що дозволяють визначати електричний iмпеданс та амплiтудне значення потенцiалу в електричному колi п’єзоелектричного перетворювача. Показано, що цi залежностi лежать в основi виразу для визначення коефiцiєнта трансформацiї K(ω,Π), який є математичною моделлю стрижневого п’єзоелектричного трансформатора. При цьому, принцип дiї такого п’єзотрансформатора передбачає використання поздовжнiх коливань в призматичному стрижнi. Наведенi результати проведеного математичного моделювання на прикладi стрижневого перетворювача з квадратним поперечним перерiзом iз п’єзоелектричної керамiкi типу ЦТС. Проведенi порiвняння розрахованих та експериментально отриманих значень частотної залежностi модуля коефiцiєнта трансформацiї п’єзокерамiчного перетворювача показали високу збiжнiсть мiж ними (розбiжнiсть мiж результатами математичного моделювання та експериментально отриманими даними для однакового значення робочої частоти не перевищує 8,5%).uk
dc.description.abstractotherРабота посвящена особенностям построения и исследования математических моделей пьезоэлектрических преобразователей стержневого типа, которые находят широкое применение в различных устройствах акустоэлектроники (гидроакустических средств обнаружения целей, ультразвукового неразрушающего контроля, медицинской диагностики и т.д.). В отличие от существующих математических моделей пьезоэлектрических преобразователей (основанных на амплитудно-фазовых зависимостях, резонансных пьезоэлектрических преобразователях, эквивалентных схемах и т.п.), предложенная математическая модель позволяет установить зависимость, являющуюся математическим описанием акустической связи, которая существует в твердом пьезокерамическом стержне между волновыми полями на его различных участках. Приведен алгоритм расчета математической модели пьезоэлектрических преобразователей стержневого типа, основанный на определении коэффициента трансформации, который возникает при обратном пьезоэлектрическом эффекте. Получены аналитические зависимости, позволяющие определять электрический импеданс и амплитудное значение потенциала в электрической цепи пьезоэлектрического преобразователя. Показано, что эти зависимости лежат в основе выражения для определения коэффициента трансформации К(ω, Π), который является математической моделью стержневого пьезоэлектрического трансформатора. При этом, принцип действия такого пьезотрансформатора предусматривает использование продольных колебаний в призматическом стержне. Приведены результаты проведенного математического моделирования на примере стержневого преобразователя с квадратным поперечным сечением из пьезоэлектрической керамики типа ЦТС. Проведены сравнения рассчитанных и экспериментально полученных значений частотной зависимости модуля коэффициента трансформации пьезокерамического преобразователя показали высокую сходимость между ними (расхождение между результатами математического моделирования и экспериментально полученными данными для одинакового значения рабочей частоты не превышает 8,5%).uk
dc.format.pagerangePp. 58-67uk
dc.identifier.citationMathematical Modelling of Rod-Type Piezo-Electric Transducers for Acoustoelectronic Devices / Bazilo C. V., Bondarenko M. O., Khlivnyi V. V., Tomenko M. H., Tomenko V. I. // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2021. – Вип. 86. – С. 58-67. – Бібліогр.: 24 назви.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2021.86.58-67
dc.identifier.orcid0000-0002-1571-401Xuk
dc.identifier.orcid0000-0002-5927-0326uk
dc.identifier.orcid0000-0001-9806-3453uk
dc.identifier.orcid0000-0002-2354-9106uk
dc.identifier.orcid0000-0001-7139-9141uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/56159
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 86uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectpiezoelectric transduceruk
dc.subjectacoustoelectronicsuk
dc.subjectmathematical modeluk
dc.subjectelectrical signal generatoruk
dc.subjectп’єзоелектричний перетворювачuk
dc.subjectакустоелектронiкаuk
dc.subjectматематична модельuk
dc.subjectгенератор електричних сигналiвuk
dc.subjectпьезоэлектрический преобразовательuk
dc.subjectакустоэлектроникаuk
dc.subjectматематическая модельuk
dc.subject.udc621.373.826.032:534.232.082.73uk
dc.titleMathematical Modelling of Rod-Type Piezo-Electric Transducers for Acoustoelectronic Devicesuk
dc.title.alternativeМатематичне моделювання п’єзоелектричних перетворювачiв стрижньового типу для пристроїв акустоелектронiкиuk
dc.title.alternativeМатематическое моделирование пьезоэлектрических преобразователей стержневого типа для устройств акустоэлектроникиuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
1749-4890-1-10-20210930.pdf
Розмір:
456.08 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 86