Electrical Impedance Mathematical Modeling of Piezoceramic Disc Oscillating in Wide Frequency Range (Part 3. High Frequencies)

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorBazilo, C. V.
dc.contributor.authorUsyk, L. M.
dc.contributor.authorKhyzhniak, Y. V.
dc.contributor.authorZhuikov, D. B.
dc.contributor.authorYaroslavskyi, A. V.
dc.date.accessioned2026-04-10T07:12:15Z
dc.date.available2026-04-10T07:12:15Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractThis paper discusses the results of mathematical modelling the electrical impedance of a piezoceramic disk oscillating in a wide range of high frequencies. The study aimed to create a mathematical model that would incorporate geometric, physical, and mechanical characteristics of the material to assess the behavior of the disk under conditions of electromechanical resonance and antiresonance. The research particularly focused on the influence of radial and axial displacements of material particles on the frequency dependence of the mechanical quality factor and electrical impedance of the disk. Even more closely, this research scrutinizes specific effects characteristic of the high-frequency mode, in order to increase the accuracy of modeling and ensure optimal technical characteristics of the devices. The mathematical model developed in this paper serves as a tool to obtain estimates for the frequency dependence of the mechanical quality factor and the dynamic electrical capacitance in real conditions, in particular, by including energy losses due to viscous friction into the calculations. Numerical calculations confirm the high correlation between theoretical and experimental data (with the discrepancy lower than 3.10-3), which proves the model usable for designing piezoelectric devices. In particular, it was found that the frequencies of electromechanical resonance and antiresonance are virtually independent of the radial displacements of material particles and are determined by the axial components solely. In addition, the calculation model provides the ability to assess the electrical impedance in the high-frequency range with an accuracy that meets modern requirements for the design of functional piezoelectric devices. The results obtained have practical significance for developing precision elements for military equipment, high-precision sensors, ultrasonic generators, medical diagnostic devices, and other technological systems that function with piezoelectric materials.
dc.description.abstractotherУ статті представлено результати математичного моделювання електричного імпедансу п'єзокерамічного диска, який коливається в широкому діапазоні високих частот. Основною метою дослідження є створення математичної моделі, яка враховує геометричні та фізико-механічні характеристики матеріалу для оцінки поведінки диска в умовах електромеханічного резонансу та антирезонансу. Особливу увагу приділено аналізу впливу радіальних і осьових зміщень матеріальних частинок на частотну залежність механічного коефіцієнта якості та електричного імпедансу диска. У науковій роботі також враховані специфічні ефекти, характерні для високочастотного режиму, з метою підвищення точності моделювання і забезпечення оптимальних технічних характеристик пристроїв. Отримана в роботі математична модель дозволяє отримувати оцінки частотної залежності механічного коефіцієнта якості та динамічної електричної ємності в реальних умовах, зокрема з урахуванням енергетичних втрат через в'язке тертя. Числові розрахунки підтверджують високу кореляцію між теоретичними та експериментальними даними (розбіжність між ними не перевищила 3.10-3), що дозволяє використовувати модель для проєктування п'єзоелектричних пристроїв. Зокрема, встановлено, що частоти електромеханічного резонансу та антирезонансу практично не залежать від радіальних зміщень матеріальних частинок і визначаються лише осьовими компонентами. Розрахункова модель також забезпечує можливість оцінки електричного імпедансу у високочастотному діапазоні з точністю, що відповідає сучасним вимогам до проєктування функціональних пристроїв п'єзоелектроніки. Отримані результати мають практичне значення для розроблення прецизійних елементів виробів військової техніки, високоточних сенсорів, ультразвукових генераторів, медичних діагностичних пристроїв та інших технологічних систем, що використовують п'єзоелектричні матеріали.
dc.format.pagerangeС. 15-23
dc.identifier.citationElectrical Impedance Mathematical Modeling of Piezoceramic Disc Oscillating in Wide Frequency Range (Part 3. High Frequencies) / C. V. Bazilo, L. M. Usyk, Y. V. Khyzhniak, D. B. Zhuikov, A. V. Yaroslavskyi // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2025. – Вип. 99. – С. 15-23. – Бібліогр.: 15 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2025.99.15-23
dc.identifier.orcid0000-0002-1571-401X
dc.identifier.orcid0000-0002-3306-2641
dc.identifier.orcid0009-0000-8353-4240
dc.identifier.orcid0000-0002-7064-1343
dc.identifier.orcid0009-0002-4781-1751
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/80080
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 99
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 99
dc.subjectelectrical impedance
dc.subjectpiezoceramic disk
dc.subjecthigh frequencies
dc.subjectmathematical modeling
dc.subjectmechanical quality factor
dc.subjectelectromechanical resonance
dc.subjectелектричний iмпеданс
dc.subjectп’єзокерамiчний диск
dc.subjectвисокi частоти
dc.subjectматематичне моделювання
dc.subjectдобротнiсть
dc.subjectелектромеханiчний резонанс
dc.subject.udc621.317.3:53.082.73
dc.titleElectrical Impedance Mathematical Modeling of Piezoceramic Disc Oscillating in Wide Frequency Range (Part 3. High Frequencies)
dc.title.alternativeМатематичне моделювання електричного iмпедансу п’єзокерамiчного диска, що коливається в широкому дiапазонi частот (Частина 3. Високi частоти)
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
15-23.pdf
Розмір:
1.34 MB
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. 99