Програмний сервіс для визначення параметрів та характеристик тонкого п’єзоелектричного диска
Анотація
Одним із найважливіших питань, що виникають при управлінні сучасною інфраструктурою, є необхідність вчасної та ефективної діагностики стану її компонентів. Недостатній рівень діагностики може призвести до необхідності дорогих ремонтних робіт або аварійних чи навіть небезпечних ситуацій. Для забезпечення достатньої якості такої діагностики необхідно розроблювати і впроваджувати високоточні та надійні ультразвукові перетворювачі. Дискові п’єзоелектричні пристрої широко використовуються в елементах інформаційних систем. Багатоманітність і різноманітність практичних застосувань дискових перетворювачів закономірно стимулюють теоретичні дослідження, метою яких є прогнозування характеристик і технічних параметрів створених на їх основі п’єзоелектронних пристроїв. Прогноз базується на математичній моделі, яка є основним результатом теоретичного опису реального пристрою. Метою дослідження є розробка сервісу для визначення параметрів і характеристик тонкого п’єзоелектричного диска, що коливається радіально. Наукова новизна роботи полягає в розробці програмного сервісу на мові програмування MATLAB для визначення параметрів і характеристик тонкого п’єзоелектричного диска, що коливається радіально, що дозволяє з високою точністю та адекватністю визначати частотну залежність модуля електричного імпедансу, що дозволяє визначати частоти електромеханічного резонансу та антирезонансу тонкого п’єзоелектричного диска. Практичне значення можливостей розробленої моделі, а також програмного засобу для її реалізації полягає в експериментально підтверджених результатах розрахунку основних параметрів п’єзоелектричного дискового перетворювача, які підтверджують високу точність і ефективність такого моделювання, для можливості інтеграції в інформаційно-вимірювальні системи
Ключові слова
п’єзоелектричний дисковий елемент; фізичні процеси; електричний імпеданс; коливання; програмне забезпечення
Використані джерела
[1] Engineering: issues, challenges and opportunities for development". UNESCO Publishing, Paris, 2010. [Online]. Available: https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf000 0189753. Accessed on: March 14, 2023.
[2] J. Zhu, J. B. Boxall, A. F. Hills, R. S. DwyerJoyce, S. R. Anderson, and R. P. Collins, "Assessing ground support of plastic pipes using ultrasound", Infrastructures, vol. 6, iss. 2, 2021. doi: 10.3390/infrastructures6020030
[3] G. Tripathi, H. Anowarul, K. Agarwal, and D. K. Prasad, "Classification of microdamage in piezoelectric ceramics using machine learning of ultrasound signals", Sensors, vol. 19, iss. 10, 2019. doi: 10.3390/s19194216.
[4] G. Piazza, P. J. Stephanou, and A. P. Pisano, "A1N contour-mode vibrating RF MEMS for next generation wireless communications", MEMS, 2006, pp. 906-909.
[5] S. S. Li, Y. W. Lin, Y. Xie, and C. C. Nguyen, "1.51 GHz polydiamond micromechanical disk resonator with impedancemismatched isolating support", in Proc. 17th Int. IEEE MEMS Conf., Maastricht, The Netherland, Jan. 25-29, 2004, pp. 821-824.
[6] Y. W. Lin, S. S. Li, Z. Ren, and C. C. Nguyen "Third-order intermodulation distortion in capacitevely-driven micromechanical resonators", in IEEE Int. Ultrasonic Symposium, Sept. 18-21, 2005, pp. 1592-1595.
[7] V. Ya. Halchenko, S. A. Filimonov, A. V. Batrachenko, and N. V. Filimonova, "Increase the efficiency of the linear piezoelectric motor", Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 10, no. 4, 04025 (5 p.), 2018. doi: 10.21272/jnep.10(4).04025.
[8] V. Ya. Halchenko, Yu. Yu. Bondarenko, S. A. Filimonov, and N. V. Filimonova, "Determination of influence of geometric parameters of piezoceramic plate on amplitude characteristics of linear piezomotor", Electrical Engineering & Electromechanics, no. 1, pp. 17-22, 2019. doi: 10.20998/2074-272X.2019.1.03.
[9] V. K. Varadan, K. J. Vinoy, and K. A. Jose, "RF MEMS and their applications", John Wiley & Sons, Ltd., 2003.
[10] C. V. Bazilo, "Research of electrical impedance of piezoelectric disk in middle frequencies area". Visnyk Cherkaskogo derzhavnogo tekhnologichnogo universytetu, no. 2, pp. 100-104, 2018 [in Ukrainian].
[11] O. N. Petrishchev, and C. V. Bazilo, "Methodology of determination of physical and mechanical parameters of piezoelectric ceramics", Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 9, no. 3, 03022 (6 p.), 2017.
[12] O. N. Petrishchev, and C. V. Bazilo, "Principles and methods of mathematical modelling of oscillating piezoelectric elements", Gordienko Publ., Cherkasy, 2019 [in Ukrainian].
[13] C. Bazilo, A. Zagorskis, O. Petrishchev, Y. Bondarenko, V. Zaika, and Y. Petrushko, "Modelling of piezoelectric transducers for environmental monitoring", in 10th Int. Conf. Environmental Engineering, Vilnius Gediminas Technical University, Lithuania, 2017. doi: 10.3846/enviro.2017.008.
[14] V. Medianyk, Y. Bondarenko et al., "Research of current-conducting electrodes of elements from piezoelectric ceramics modified by the low-energy ribbon-shaped electron stream", Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 10, no. 6, 06012, 2018. doi: 10.21272/jnep.10(6).06012.
[15] "What is PZT?" [Online]. Available: https://www.americanpiezo.com/piezotheory/pzt.html. Accessed on: March 14, 2023.