Забезпечення теплового режиму роботи стержневих конструкцій п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів

Liudmyla Vadymivna Perchevska; Oleksandr Ivanovych Drozdenko; Kateryna Serhiivna Drozdenko; Oleksandr Hryhorovych Leiko

doi:10.20535/2523-4455.2019.24.5.190452

Т. 24 · № 5 · 2019 жов 31, 2019 Акустичні прилади та системи

Забезпечення теплового режиму роботи стержневих конструкцій п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів

Liudmyla Vadymivna Perchevska Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Oleksandr Ivanovych Drozdenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Kateryna Serhiivna Drozdenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Oleksandr Hryhorovych Leiko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Сторінки56-63 Опублікованожов 31, 2019

PDF

ТОМ 24 · № 5 · 2019 Переглянути випуск

Анотація

Розглянуто два методи аналізу теплових полів для конструкцій п'єзокерамічних електроакустичних перетворювачів – аналітичний розрахунок та моделювання. Проаналізовано причини виникнення нагріву, а також негативні наслідки, до яких призводить нагрів перетворювачів. Обґрунтовано необхідність аналізу теплових полів саме для п'єзокерамічних електроакустичних перетворювачів стержневої конструкції. Проведено порівняння аналітичного методу знаходження теплового поля, заснованого на розв'язанні диференціального рівняння теплопровідності Фур'є, і комп'ютерного моделювання, виконаного за допомогою методу скінченних елементів в системі автоматизованого проектування SolidWorks. Проведено чисельні розрахунки теплових полів розглянутими методами для типової конструкції стержневого перетворювача. Показано процес розігріву електроакустичного перетворювача. Встановлено, що моделювання дозволяє врахувати конструкційні особливості перетворювачів і дозволяє швидше змінювати параметри елементів для пошуку найбільш раціонального конструкторського рішення. Отримані результати можуть бути використані при конструюванні стержневих п'єзокерамічних електроакустичних перетворювачів.

Ключові слова

#п'єзокерамічний електроакустичний перетворювач #стержневий перетворювач #теплові поля #диференціальне рівняння теплопровідності Фур'є #моделювання теплового поля #процес розігріву

Посилання

V. S. Didkovskiy, S. M. Poroshin, O. G. Leyko, А. О. Leyko, and O. I. Drozdenko, Construction of electroacoustic devices and systems for multimedia acoustic technology. K.: NTUU “KPI,” 2013.
G. Hmelev, V. Barsukov, and E. Ilchenko, “Study of the effect of temperature on the parameters of ultrasonic oscillatory systems,” Polzunovsky Alm., vol. 1, pp. 54–58, 2013.
O. Kalisz et al., “Thermographic evaluation of healing process on patients after surgery of cataract with the use of facoemulsyphication,” in Proceedings of the 2008 International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, 2008, DOI: 10.21611/qirt.2008.03_04_17.
S. I. Kosuba and S. V. Skicuk, “The effectiveness of pre-cooling the irrigation solution for cataract phacoemulsification,” Ophthalmol. J., vol. 5, pp. 27–28, 2008.
B. M. Aznabaev, Ultrasonic cataract surgery - phacoemulsification, August Bor. Moscow, 2005, ISBN: 5-901053-21-4.
A. C. H. Tan and F. S. Hover, “On the influence of transducer heating in underwater ultrasonic thrusters,” 20th International Congress on Acoustics (ICA 2010), 2010, no. August, pp. 371–377. URL: https://www.acoustics.asn.au/conference_proceedings/ICA2010/cdrom-ICA2010/papers/p368.pdf .
M.V. Bogush, E.M. Bogush, and E.M. Pikalev, “Analysis of temperature stresses in the elements of hydroacoustic antennas,” Instrumentation, vol. 10, no. 160, pp. 38–42, 2013. ISSN: 2071-7865
O. Drozdenko, K. Drozdenko, and L. Perchevska, “Features of thermal fields calculation for cylindrical piezoceramic transducers with compensated design,” in 2018 IEEE Ukraine Student, Young Professional and Women in Engineering Congress (UKRSYW), 2018, pp. 44–47.
F. Huang, D.-Y. Zheng, S.-M. Hu, and G.-G. Peng, “The Influence of Environment Temperature on the Degradation of Lead Zirconate Titanate Ceramic”, International Conference on Material Science and Applications (Icmsa 2015), 2015, vol. 3, pp. 723–727. DOI: 10.2991/icmsa-15.2015.132
F. Baptista, D. Budoya, V. Almeida, and J. Ulson, “An Experimental Study on the Effect of Temperature on Piezoelectric Sensors for Impedance-Based Structural Health Monitoring,” Sensors, vol. 14, no. 1, pp. 1208–1227, Jan. 2014, DOI: 10.3390/s140101208.
K. S. Drozdenko, “Single-channel focusable acoustothermometer for measuring the internal temperature of biological object,” Radioelectron. Commun. Syst., vol. 56, no. 4, pp. 207–211, Apr. 2013, DOI: 10.3103/S0735272713040067.
J. Ilg, S. J. Rupitsch, and R. Lerch, “Impedance-Based Temperature Sensing With Piezoceramic Devices,” IEEE Sens. J., vol. 13, no. 6, pp. 2442–2449, Jun. 2013, DOI: 10.1109/JSEN.2013.2256121.
Y. Su, Y. Liu, D. Vasic, F. Costa, W. Wu, and K. Lee, “Power Enhancement of Piezoelectric Transformer by Adding Thermal Dissipation Layers,” in ICAST2013: 24th International Conference on Adaptive Structures and Technologies, 2013, pp. 239–250.
H. Li, Z. D. Deng, and T. J. Carlson, “Piezoelectric Materials Used in Underwater Acoustic Transducers,” Sens. Lett., vol. 10, no. 3, pp. 679–697, Mar. 2012, DOI: 10.1166/sl.2012.2597.
X. Lu, J. Hu, H. Peng, and Y. Wang, “A new topological structure for the Langevin-type ultrasonic transducer,” Ultrasonics, vol. 75, pp. 1–8, 2017, DOI: 10.1016/j.ultras.2016.11.008.
V. T. Rathod, “A Review of Electric Impedance Matching Techniques for Piezoelectric Sensors, Actuators and Transducers,” Electronics, vol. 8, no. 2, p. 169, Feb. 2019, DOI: 10.3390/electronics8020169.
M. R. Karafi and F. Khorasani, “Evaluation of mechanical and electric power losses in a typical piezoelectric ultrasonic transducer,” Sensors Actuators, A Phys., vol. 288, no. 2019, pp. 156–164, 2019, DOI: 10.1016/j.sna.2018.12.044.
L.K. Sienkiewicz, “Concept, implementation and analysis of the piezoelectric resonant sensor/actuator for measuring the aging process of human skin”, INP Toulouse, 2016. https://oatao.univ-toulouse.fr/16248/1/Sienkiewicz_Lukasz.pdf .
A. M. Al-Jumaily and A. Meshkinzar, “On the Development of Focused Ultrasound Liquid Atomizers,” Adv. Acoust. Vib., vol. 2017, pp. 1–10, 2017, DOI: 10.1155/2017/7861726.
A. Lozano, H. Amaveda, F. Barreras, X. Jorda`, and M. Lozano, “High-Frequency Ultrasonic Atomization With Pulsed Excitation,” J. Fluids Eng., vol. 125, no. 6, pp. 941–945, Nov. 2003, DOI: 10.1115/1.1603301.

Попередня у випуску Автоматизована детекція та класифікація мі-кроскопічних фотозображень діатомових во-доростей Наступна у випуску Одновимірна неоднорідна діелектрична структура, як перелаштовуваний резонатор

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Практичний метод оцінювання безпечних звуків для осіб із ПТСР

Анастасія Володимирівна Паренюк, PhD Дмитро Володимирович Паренюк, PhD, дослідник Катерина Л. Руденька

Мета. Дослідження має на меті вивчити зручність використання та ефективність методу оцінювання безпеки акустичного середовища щодо потенційно небезпечних стимулів для…

#ПТСР #акустика навколишнього середовища #MFCC #спектральна густина потужності

с. 359648.1-359648.12

10.20535/2523-4455.mea.359648

Експериментальне дослідження частотних характеристик MEMS-мікрофонів для моніторингу залізничного шуму

Віталій Р. Прус, канд. техн. наук, доц. Олексій Вікторович Богданов

Анотація – У статті представлені результати експериментального дослідження акустичних характеристик модульних MEMS-мікрофонів INMP441 та SPH0645 з метою їх застосування…

#акустичний моніторинг #MEMS-мікрофон #амплітудно-частотна характеристика #діаграма спрямованості

с. 359669.1-359669.6

10.20535/2523-4455.mea.359669

Двостороння система попередження учасників дорожнього руху на базі мікроконтролера ESP32

Ірина Брика, Наталія Юріївна Філіпова

У цій роботі розглядається завдання підвищення безпеки дорожнього руху шляхом розробки двонаправленої системи попередження учасників дорожнього руху. Запропонована…

#безпека дорожнього руху #двостороннє оповіщення #сенсорне злиття #імітаційне моделювання

с. 354779.1-354779.10

10.20535/2523-4455.mea.354779

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Yaroslav Ivanovych Starovoit, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Фізичні поля циліндричних гідроакустичних антен з екраном і циліндричними п’єзокерамічними випромінювачами з радіальною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Yaroslav Ivanovych Starovoit, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Механічні поля циліндричного п’єзокерамічного випромінювача силової конструкції в присутності акустичного екрана , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 6 (2017)
Kateryna Andriivna Shyshkova, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Випромінювання звуку циліндричним п’єзокерамічним перетворювачем з радіальною поляризацією і жорстким екраном , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 4 (2019)
Oleksandr Ivanovych Drozdenko, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Випромінювання максимальної акустичної потужності системами гідроакустичних циліндричних п'єзокерамічних перетворювачів з окружною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Illia Kostiantynovych Shapovalov, Dmytro Volodymyrovych Pareniuk, Kateryna Serhiivna Drozdenko, Volodymyr P. Mishchenko, Аналіз можливості використання пристрою для контролю стану рейки із нестандартним встановленням сканеру , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 27 № 2 (2022)
д-р техн. наук, проф. Сергій Анатолійович Найда, д-р техн. наук, доц. Олександр Іванович Дрозденко, канд. техн. наук, доц. Павло Васильович Попович, PhD, Assoc. Prof. Kateryna Serhiivna Drozdenko, канд. техн. наук Олександр Ігорович Нижник, канд. техн. наук Ярослав Іванович Старовойт, Акустична локалізація повітряних об’єктів та практична оцінка її точності , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)

Схожі статті

Yaroslav Ivanovych Starovoit, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Фізичні поля циліндричних гідроакустичних антен з екраном і циліндричними п’єзокерамічними випромінювачами з радіальною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Yaroslav Ivanovych Starovoit, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Механічні поля циліндричного п’єзокерамічного випромінювача силової конструкції в присутності акустичного екрана , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 6 (2017)
Mykola Fedorovych Zhovnir, Вимірювальний перетворювач кутових переміщень з використанням фазових набігань електричного поля поверхневих акустичних хвиль , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)
Oleksandr Ivanovych Drozdenko, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Випромінювання максимальної акустичної потужності системами гідроакустичних циліндричних п'єзокерамічних перетворювачів з окружною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз частотних характеристик інвертуючого перетворювача , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Sergey M. Osinov, Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Boris Ivanovych Lupyna, Olexandr Vasylovych Borisov, Моделювання багатофункціанального терморезистивного перетворювача, що використовує технологію теплообміну , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)
Дмитро Войціх, Данило Гринь, Марія Гринюк, канд. техн. наук, доц. Олексій Вікторович Богданов, канд. фіз.-мат. наук, доц. Юрій Павлович Буценко, канд. техн. наук, доц. Олена Іванівна Баліна, канд. техн. наук, доц. Ірина Сергіївна Безклубенко, Програмні засоби супроводження курсу вищої математики у технічному університеті , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз процесу перетворювача, що встановився зі змінним навантаженням , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)
Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен, Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)

1-10 з 230 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] V. S. Didkovskiy, S. M. Poroshin, O. G. Leyko, А. О. Leyko, and O. I. Drozdenko, Construction of electroacoustic devices and systems for multimedia acoustic technology. K.: NTUU “KPI,” 2013.

[2] G. Hmelev, V. Barsukov, and E. Ilchenko, “Study of the effect of temperature on the parameters of ultrasonic oscillatory systems,” Polzunovsky Alm., vol. 1, pp. 54–58, 2013.

[3] O. Kalisz et al., “Thermographic evaluation of healing process on patients after surgery of cataract with the use of facoemulsyphication,” in Proceedings of the 2008 International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, 2008, DOI: 10.21611/qirt.2008.03_04_17.

[4] S. I. Kosuba and S. V. Skicuk, “The effectiveness of pre-cooling the irrigation solution for cataract phacoemulsification,” Ophthalmol. J., vol. 5, pp. 27–28, 2008.

[5] B. M. Aznabaev, Ultrasonic cataract surgery - phacoemulsification, August Bor. Moscow, 2005, ISBN: 5-901053-21-4.

[6] A. C. H. Tan and F. S. Hover, “On the influence of transducer heating in underwater ultrasonic thrusters,” 20th International Congress on Acoustics (ICA 2010), 2010, no. August, pp. 371–377. URL: https://www.acoustics.asn.au/conference_proceedings/ICA2010/cdrom-ICA2010/papers/p368.pdf .

[7] M.V. Bogush, E.M. Bogush, and E.M. Pikalev, “Analysis of temperature stresses in the elements of hydroacoustic antennas,” Instrumentation, vol. 10, no. 160, pp. 38–42, 2013. ISSN: 2071-7865

[8] O. Drozdenko, K. Drozdenko, and L. Perchevska, “Features of thermal fields calculation for cylindrical piezoceramic transducers with compensated design,” in 2018 IEEE Ukraine Student, Young Professional and Women in Engineering Congress (UKRSYW), 2018, pp. 44–47.

[9] F. Huang, D.-Y. Zheng, S.-M. Hu, and G.-G. Peng, “The Influence of Environment Temperature on the Degradation of Lead Zirconate Titanate Ceramic”, International Conference on Material Science and Applications (Icmsa 2015), 2015, vol. 3, pp. 723–727. DOI: 10.2991/icmsa-15.2015.132

[10] F. Baptista, D. Budoya, V. Almeida, and J. Ulson, “An Experimental Study on the Effect of Temperature on Piezoelectric Sensors for Impedance-Based Structural Health Monitoring,” Sensors, vol. 14, no. 1, pp. 1208–1227, Jan. 2014, DOI: 10.3390/s140101208.

[11] K. S. Drozdenko, “Single-channel focusable acoustothermometer for measuring the internal temperature of biological object,” Radioelectron. Commun. Syst., vol. 56, no. 4, pp. 207–211, Apr. 2013, DOI: 10.3103/S0735272713040067.

[12] J. Ilg, S. J. Rupitsch, and R. Lerch, “Impedance-Based Temperature Sensing With Piezoceramic Devices,” IEEE Sens. J., vol. 13, no. 6, pp. 2442–2449, Jun. 2013, DOI: 10.1109/JSEN.2013.2256121.

[13] Y. Su, Y. Liu, D. Vasic, F. Costa, W. Wu, and K. Lee, “Power Enhancement of Piezoelectric Transformer by Adding Thermal Dissipation Layers,” in ICAST2013: 24th International Conference on Adaptive Structures and Technologies, 2013, pp. 239–250.

[14] H. Li, Z. D. Deng, and T. J. Carlson, “Piezoelectric Materials Used in Underwater Acoustic Transducers,” Sens. Lett., vol. 10, no. 3, pp. 679–697, Mar. 2012, DOI: 10.1166/sl.2012.2597.

[15] X. Lu, J. Hu, H. Peng, and Y. Wang, “A new topological structure for the Langevin-type ultrasonic transducer,” Ultrasonics, vol. 75, pp. 1–8, 2017, DOI: 10.1016/j.ultras.2016.11.008.

[16] V. T. Rathod, “A Review of Electric Impedance Matching Techniques for Piezoelectric Sensors, Actuators and Transducers,” Electronics, vol. 8, no. 2, p. 169, Feb. 2019, DOI: 10.3390/electronics8020169.

[17] M. R. Karafi and F. Khorasani, “Evaluation of mechanical and electric power losses in a typical piezoelectric ultrasonic transducer,” Sensors Actuators, A Phys., vol. 288, no. 2019, pp. 156–164, 2019, DOI: 10.1016/j.sna.2018.12.044.

[18] L.K. Sienkiewicz, “Concept, implementation and analysis of the piezoelectric resonant sensor/actuator for measuring the aging process of human skin”, INP Toulouse, 2016. https://oatao.univ-toulouse.fr/16248/1/Sienkiewicz_Lukasz.pdf .

[19] A. M. Al-Jumaily and A. Meshkinzar, “On the Development of Focused Ultrasound Liquid Atomizers,” Adv. Acoust. Vib., vol. 2017, pp. 1–10, 2017, DOI: 10.1155/2017/7861726.

[20] A. Lozano, H. Amaveda, F. Barreras, X. Jorda`, and M. Lozano, “High-Frequency Ultrasonic Atomization With Pulsed Excitation,” J. Fluids Eng., vol. 125, no. 6, pp. 941–945, Nov. 2003, DOI: 10.1115/1.1603301.