<i>Piezoelectric Crystals and Their Applications to Ultrasonics</i>

Mason, W. P.; Baerwald, H. G.

doi:10.1063/1.3067231

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“…Dans le modèle dit de l'aiguille, à une température T, la fréquence de résonance f r est donnée par où L est la longueur du cristal, ρ sa densité et s le coefficient d'élasticité [4]. Remarque sur la précision : l'incertitude de 1 Hz sur la détermination de f r conduit à une incertitude de 60 mK sur celle de ∆T.…”

Section: Bolométrie Piézo-électriqueunclassified

Métrologie des propriétés optiques de matériaux massifs : absorption résiduelle, coefficients thermo-optiques, piézo-électriques et électro-optiques

Mangin

2003

Élaboration Et Caractérisation Des Cristaux Massifs Et en Couches Minces Pour l'Optique

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Résumé. Cet article présente quelques méthodes expérimentales mises en oeuvre pour déterminer de la façon la plus précise possible quelques propriétés importantes des matériaux optiques massifs. Les grandeurs examinées ici sont l'absorption résiduelle, les coefficients thermo-optiques, électro-optiques et piézo-électriques. L'accent est mis en particulier sur des techniques de type photo-acoustique pour l'obtention du premier paramètre et sur le développement de techniques interférométriques spécifiques pour la mesure des trois autres coefficients. Mots-clés.Calorimetry, interferometry, piezo-, thermo-and electro-optical effects. OBJECTIFSoumis à une puissance de rayonnement donnée, tout élément optique utilisé dans sa fenêtre de transparence spectrale subit une modification de température dont la valeur dépend de son coefficient d'absorption résiduelle à la longueur d'onde employée. À faible puissance et pour des coefficients petits, qu'on prendra de l'ordre de 0,01 cm -1 pour fixer les idées, cet effet est négligeable et peut être ignoré. Par contre pour des densités de puissance importantes, ce qui est souvent le cas dans les systèmes lasers, l'augmentation de température peut être suffisamment significative pour conduire à une modification conséquente des indices de réfraction n i du matériau, que l'on quantifie par les coefficients thermo-optiques dn i /dT. On comprend alors la nécessité d'une détermination très précise de ces paramètres dans la mesure où ils sont nécessairement à prendre en compte pour optimiser au mieux un système optique donné. L'objectif des parties deux et trois de ce travail est de décrire les méthodes expérimentales appropriées pour y parvenir.Les parties quatre et cinq concernent respectivement la mesure des coefficients piézo-électriques et électro-optiques. On soulignera l'utilisation avantageuse, si possible, de la méthodologie d'étude par interférométrie développée pour la détermination des divers coefficients. Le dilatomètre interférométrique absolu mis au point à cette fin est décrit en partie six et constitue une nouveauté technique, de même que la technique de Fabry-Pérot à balayage thermique pour la détermination de coefficients électro-optiques et la bolométrie piézo-électrique pour celle de faibles absorptions optiques.Les connaissances pré-requises concernent principalement l'interférométrie optique et les propriétés diélectriques des cristaux. ABSORPTION RÉSIDUELLEL'objectif est de pouvoir déterminer de façon précise des coefficients d'absorption de l'ordre de 1 % cm -1 , ce qui est difficilement accessible par spectrométrie classique. Les méthodes mises en oeuvre sont alors de type calorimétrique, usuelles, ou de type photo-acoustique. Ces dernières ne peuvent être employées que pour certaines classes de symétrie s'il s'agit de matériaux cristallins.Élaboration et caractérisation des cristaux massifs et en couches minces pour l'optique

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Section: Bolométrie Piézo-électriqueunclassified

Métrologie des propriétés optiques de matériaux massifs : absorption résiduelle, coefficients thermo-optiques, piézo-électriques et électro-optiques

Mangin

2003

Élaboration Et Caractérisation Des Cristaux Massifs Et en Couches Minces Pour l'Optique

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“…Burger's model (Gerlach et al, 2005), contain too many free parameters for a unique solution of the equation system. The application of Mason's transmission line model (Bruenig, 2011;Mason, 1950) yields for the described load case with G * = G + iωη for the hydrogel and the index w denoting the properties of the surrounding liquid half space.…”

Section: Indirect Measurementsmentioning

confidence: 99%

Paradigm change in hydrogel sensor manufacturing: from recipe-driven to specification-driven process optimization

Windisch¹,

Eichhorn²,

Lienig³

et al. 2016

J. Sens. Sens. Syst.

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Abstract. The volume production of industrial hydrogel sensors lacks a quality-assuring manufacturing technique for thin polymer films with reproducible properties. Overcoming this problem requires a paradigm change from the current recipe-driven manufacturing process to a specification-driven one. This requires techniques to measure quality-determining hydrogel film properties as well as tools and methods for the control and optimization of the manufacturing process. In this paper we present an approach that comprehensively addresses these issues. The influence of process parameters on the hydrogel film properties and the resulting sensor characteristics have been assessed by means of batch manufacturing tests and the application of several measurement techniques. Based on these investigations, we present novel methods and a tool for the optimization of the cross-linking process step, with the latter being crucial for the sensor sensitivity. Our approach is applicable to various sensor designs with different hydrogels. It has been successfully tested with a sensor solution for surface technology based on PVA/PAA hydrogel as sensing layer and a piezoelectric thickness shear resonator as transducer. Finally, unresolved issues regarding the measurement of hydrogel film parameters are outlined for future research.

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“…The latest IEEE standard of piezoelectricity (ANSI-IEEE Std. 176, 1987) recommends the use of the Berlincourt et al formula [28] for a uniform electroelastic state and the Mason's dynamic formula for close to resonance operation [26]. The former is:…”

Section: Electromechanical Coupling and Energymentioning

confidence: 99%

“…There are several practical definitions for the EMCC [25,26,27] depending on how the energy ratio (k 2 ) is calculated. The latest IEEE standard of piezoelectricity (ANSI-IEEE Std.…”

Section: Electromechanical Coupling and Energymentioning

confidence: 99%

“…On the one hand, the square of the EMCC (k 2 ) is conceptually defined as the ratio of convertible mechanical (electrical) energy stored within the piezoelectric element to the total supplied electrical (mechanical) energy [26]. The EMCC is not a direct measure of the transducer efficiency, but a performance index for the utility of its material and for the transducer bandwidth [25].…”

Section: Electromechanical Coupling and Energymentioning

confidence: 99%

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Modelización del estator de un motor piezoeléctrico de onda viajera: una revision integrada y nueva perspectiva

Rodríguez¹,

Ceres²,

Calderón³

et al. 2004

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Articles from different areas which are closely related to the modelling of the stator of travelling wave ultrasonic motors (TWUMs) are reviewed in this work. Thus, important issues relevant to this problem are identified from the areas of vibration of annular plates, laminated plate theories, and modelling of piezoelectric transducers. From this integrated point of view, it becomes clear that there are some very important issues yet to be addressed in the modelling of TWUMs. Firstly, the influence of material properties and stator dimensions on output efficiency, electromechanical coupling coefficients (EMCC) and maximum output energy is to be investigated in more detail. Secondly, the modelling of the electric potential field (by explicitly including the charge equation) for TWUMs seems to be a must for better prediction of displacements and electric fields close to the resonance, as suggested by some recent works [1]. Moreover, the improvement of current models by using shear deformation (or higher order) laminated plate theories (LPTs) in conjunction with approximated methods of solution are discussed. In addition to analytical models, those works using Finite Element and Finite difference Methods (FEM and FDM) for the modelling and simulation of the TWUM stator dynamics are reviewed. Keywords: analytical model, piezoelectric motor, resonant actuation Modelización del estator de un motor piezoeléctrico de onda viajera: una revision integrada y nueva perspectivaEn este trabajo se realiza una revisión de los trabajos de investigación realizados en diversas áreas sobre el modelado del estátor de los motores ultrasónicos de onda viajera (TWUMs). Entre los problemas relevantes que se han estudiado podemos citar la vibración de placas anulares, las teorías de placas laminadas y el modelado de transductores piezoeléctricos. A raíz de este punto de vista integral se hace manifiesto que todavía quedan asuntos importantes que estudiar en el modelado de los TWUMs. En primer lugar, la influencia de las propiedades del material y las dimensiones del estátor en la eficiencia del motor, los coeficientes de acoplamiento electromecánico (EMCC) y la máxima energía entregada deberían ser estudiados más detenidamente. En segundo lugar, el modelado de la distribución del campo eléctrico en los TWUMs (incluyendo la ecuación de carga explícitamente) parece imprescindible para lograr una predicción mejor del desplazamiento y del campo eléctrico cerca de la resonancia, como se ha apuntado en referencias actuales [1]. Además, se discute las mejoras que incorporaría a los modelos existentes en la actualidad la inclusión de las teorías de placas laminadas (LPTs) con deformaciones de corte (o de orden superior), resueltas mediante métodos aproximados. Como complemento a los modelos analíticos, se realiza asimismo una revisión de las técnicas de elementos finitos (FEM) y diferencias finitas (FDM) empleadas en la simulación de la dinámica del estátor de los motores TWUM.

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Piezoelectric Crystals and Their Applications to Ultrasonics

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Métrologie des propriétés optiques de matériaux massifs : absorption résiduelle, coefficients thermo-optiques, piézo-électriques et électro-optiques

Métrologie des propriétés optiques de matériaux massifs : absorption résiduelle, coefficients thermo-optiques, piézo-électriques et électro-optiques

Paradigm change in hydrogel sensor manufacturing: from recipe-driven to specification-driven process optimization

Modelización del estator de un motor piezoeléctrico de onda viajera: una revision integrada y nueva perspectiva

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