Modelización de cerámicas y transductores piezoeléctricos vibrando en espesor mediante matrices de transferencia

Noé Jiménez, Francisco Camarena

Resumen

En este trabajo presentamos la modelización de una cerámica piezoeléctrica vibrando en modo espesor empleando matrices de transferencia. La modelización completa del comportamiento vibratorio de un material piezoeléctrico es un problema complejo. Ello es debido principalmente al carácter tensorial de los esfuerzos junto a la anisotropía de los sólidos piezoeléctricos, tanto en sus propiedades elásticas como piezoeléctricas. Este es un problema recurrente en la docencia de Acústica y Ultrasonidos, Telecomunicaciones y sensores electrónicos. La modelización mediante matrices de transferencia proporciona un método simple pero preciso, pues captura los principales fenómenos físicos del problema electromecánico. En particular, la modelización presentada permite al estudiante por un lado obtener un modelo analítico del efecto piezoeléctrico y el estudio del sistema eléctrico-elástico, y por otro lado permite un elevado grado de libertad para modificar el diseño añadiendo capas de diferentes materiales y/o componentes electrónicos.

Palabras clave

Ultrasonidos; Transductores; TMM; Piezoelectricidad; Transductor Ultrasónico; Actuador piezoeléctrico; KLM; Mason; Redwood

Texto completo:

PDF

Referencias

Gordon S Kino. Acoustic waves: devices, imaging, and analog signal processingPrentice-Hall Signal Processing Series. Englewood Clis, Prentice-Hall, 1987.

Antonio Arnau. Piezoelectric transducers and applications. Springer Science & Business Media, 2008.

JL San Emeterio, PT Sanz, E Riera, and A Ramos. Una implementación del modelo klm para transductores piezoeléctricos en modo espesor. In Anales Fisica B, volume 84, pages 48-55, 1988.

JA Gallego-Juarez. Piezoelectric ceramics and ultrasonic transducers. Journal of Physics E: Scientic Instruments, 22(10):804, 1989.

Nuria González-Salido, Marcelino Ferri, Noé Jiménez, Francisco Camarena, Rubén Picó, Javier Redondo, and Bernardino Roig. Simulación numérica de una cerámica piezoeléctrica. Modelling in Science Education and Learning, 6:131 144, 2013.

JLS Emeterio, PT Sanz, A Ramos, and E Riera. Modelado de transductores piezoeléctricos multicapa para ecograa. representaciones circuitales equivalentes.

Mundo Electron., (187):159 165, 1988.

M Redwood. Experiments with the electrical analog of a piezoelectric transducer. The Journal of the Acoustical Society of America, 36(10):1872 1880, 1964. https://doi.org/10.1121/1.1919285

W.P. Mason. Electromechanical transducers and wave lters. Bell Telephone Laboratories series. D. Van Nostrand Co., 1948.

Richard Krimholtz, David A Leedom, and George L Matthaei. New equivalent circuits for elementary piezoelectric transducers. Electronics Letters, 6(13):398-399, 1970. https://doi.org/10.1049/el:19700280

José Luis San Emeterio and Antonio Ramos. Models for piezoelectric transducers used in broadband ultrasonic applications. In Piezoelectric transducers and applications, pages 97-116. Springer, 2009. https://doi.org/10.1007/978-3-540-77508-9_4

Lester Schmerr and Jung-Sin Song. Ultrasonic nondestructive evaluation systems. Springer, 2007. https://doi.org/10.1007/978-0-387-49063-2

Francisco Camarena, Silvia Adrián-Martínez, Noé Jiménez, and Víctor Sánchez-Morcillo. Nonlinear focal shift beyond the geometrical focus in moderately focused acoustic beams. The Journal of the Acoustical Society of America, 134(2):1463-1472. https://doi.org/10.1121/1.4812865

Noé Jiménez, Francisco Camarena, and Nuria González-Salido. Dynamic nonlinear focal shift in amplitude modulated moderately focused acoustic beams. Ultrasonics, 75:106-114, 2017. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2016.11.021

Abstract Views

1819
Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM




Esta revista esta bajo una Licencia licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional

Universitat Politècnica de València

e-ISSN: 1988-3145   https://dx.doi.org/10.4995/msel