تعیین مشخصه‌های عملکردی و پایش سلامت پیزوالکتریک به روش تحلیل امپدانسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

2 گروه طراحی صنعتی، دانشکده هنر، دانشگاه الزهراء، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

شناسایی عیب‌های پیزوالکتریک و مبدل‌های[i] فراصوتی براساس امپدانس الکترومکانیکی یکی از روش‌های پایش سلامت آنها است. در پیزوالکتریک سالم، امپدانس الکترومکانیکی براساس خصوصیات، شکل و ابعاد آن تعیین می‌شود. با هدف شناسایی و پیش‌بینی خرابی پیزوالکتریک‌ها، در این مقاله، یک رویه عملی و مؤثر برای ارزیابی کیفیت و سلامت پیزوالکتریک‌های مورد استفاده در مبدل‌های فراصوتی توان بالا ارائه شده است. مبنای این رویه‌، بررسی تغییر مشخصات امپدانس الکتریکی قطعه پیزوالکتریک است که مطابق استاندارد قابل اندازه‌گیری است. این رویه برای محققان و سازندگان محصولات پیزوالکتریک قابل استفاده است. نتایج آزمون‌های تجربی نشان داده است که با تحلیل نمودار امپدانسی پیزوالکتریک‌ها به خوبی می‌توان خرابی و عیب در آنها را شناسایی نمود؛ حتی قبل از آن که با چشم قابل رویت باشند. همچنین مقایسه کیفیت سازندگان مختلف پیزوالکتریک و بررسی میزان افت عملکرد پیزوالکتریک کارکرده‌ی سالم نسبت به پیزوالکتریک نو قابل بررسی است.
[i]. Transducer

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Piezoelectric Characterization and Health Monitoring with Impedance Analysis Method

نویسندگان [English]

  • rezvan Abedini 1
  • Vahid Fartashvand 2
  • Razieh Alsadat Salari 3
1 Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Industrial Design Group, Department of Art, Alzahra University, Tehran, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Identifying piezoelectric defects and ultrasonic transducers failure based on electromechanical impedance is one of the methods to assess their health. In a healthy piezoelectric, the electromechanical impedance is determined based on the piezoelectric properties, shape and size. In order to identify and predict the failure of piezoelectric, in this paper, a practical and effective method for evaluating the quality and health of piezoelectric used in high power ultrasonic transducers is presented. The basis of this procedure is to study the change in electric impedance characteristics of the piezoelectric disc, which can be measured according to the standard. This method can be used by researchers and manufacturers of piezoelectric. The results of experimental tests have shown that by analyzing the impedance diagram of piezoelectric, it is possible to identify faults and defects in them; even before they are visible to the naked eye. It is also possible to compare the quality of different piezoelectric manufacturers and to evaluate the performance of a healthy worked piezoceramic compared to a new component.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Piezoelectric Ceramic
  • Impedance Analysis Method
  • Sandwich Piezoelectric Transducer
  • Health Monitoring

مراجع

[1] Gallego-Juárez, Juan A., and Karl F. Graff, eds., “Power ultrasonics: applications of high-intensity ultrasound”, Elsevier, 2014.
[2] Abedini, Rezvan, Amir Abdullah, Yunes Alizadeh, and Vahid Fartashvand, "A Roadmap for application of high-power ultrasonic vibrations in metal forming", Modares Mechanical Engineering, 2017, Vol.16, no.10, pp.323-334.
[3] Ghafarzadeh, Mahdi, Rezvan Abedini, and Rohollah Rajabi, "Optimization of ultrasonic waves application in municipal wastewater sludge treatment using response surface method", Journal of Cleaner Production, 2017, Vol.150, pp.361-370.
[4] Fartashvand, Vahid, Amir Abdullah, and Seyed Ali Sadough Vanini, "Effects of high-power ultrasonic vibration on the cold compaction of titanium", Ultrasonics sonochemistry, 2017, Vol.36, pp.155-161.
[5] Abedini, Rezvan, Amir Abdullah, and Yunes Alizadeh, "Ultrasonic hot powder compaction of Ti-6Al-4V", Ultrasonics Sonochemistry, 2017, Vol.37, pp.640-647.
[6] Sepehry, Naserodin, Mahnaz Shamshirsaz, and Ali Bastani, "Experimental and theoretical analysis in impedance-based structural health monitoring with varying temperature", Structural Health Monitoring, 2011, Vol.10, no.6, pp.573-585.
[7] Sepehry, N., M. Shamshirsaz, and F. Bakhtiari Nejad, "Low‐cost simulation using model order reduction in structural health monitoring: Application of balanced proper orthogonal decomposition", Structural Control and Health Monitoring, 2017, Vol.24, no.11, p.e1994.
[8] Perez, Nicolas, Marco AB Andrade, Flavio Buiochi, and Julio C. Adamowski, "Identification of elastic, dielectric, and piezoelectric constants in piezoceramic disks", IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 2010, Vol.57, no.12, pp.2772-2783.
[9] Park, Gyuhae, Hoon Sohn, Charles R. Farrar, and Daniel J. Inman, "Overview of piezoelectric impedance-based health monitoring and path forward", Shock and vibration digest, 2003, Vol.35, no.6, pp.451-464.
[10] Na, Wongi S., and Jongdae Baek, "A review of the piezoelectric electromechanical impedance based structural health monitoring technique for engineering structures", Sensors, 2018, Vol.18, no.5, pp.1307.
[11] A.M. Abdel-Fattah, M.G.S. Ali, N.Z. Elsayed, Gharieb A. Ali, "Piezoceramic Materials for Ultrasonic Probes" Egypt. J. of Solids, 2005, Vol.18, no.121.
[12] Frederick. J. R., “Ultrasonic engineering”, John Wiely and Sons, 1965.
[13] Ultrasonic Handbook, HONDA Electronic Co., 2019, Ch.4, pp.200-206.
[14] https://www.morgantechnicalceramics.com/en-gb/materials/. Piezoelectric Ceramics Properties & Applications, Morgan Matroc Inc, Last visit: 2022/08/09.
[15] Ceramic, P. I., "Piezoelectric ceramic products: fundamentals, characteristics and applications", 2011, pp.107-109.
[16] Mathieson, Andrew C., "Nonlinear characterisation of power ultrasonic devices used in bone surgery", PhD diss., University of Glasgow, 2012.
 [17] M. Prokic, Piezoelectric Converters Modelling and Characterization, MPI Interconsulting, 2004, https://www.mastersonics.com/documents/book_transducers_modeling.pdf.
[18] Touch type Ultrasonic Impedance Analyzer, C.A.o. Sciences (Ed.), Tsinghua University of department of Automation and Institute of acoustics, 2010, p.7. 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار