Validazione delle prestazioni dei prototipi di dispositivi piezoelettrici ceramici Report Progetto bandiera RITMARE SP1_WP1_AZ1_UO10-D05

The resonance characteristics of piezoelectric materials are usually determined by theoretical model. The finite element method is a powerful tool, but sometimes an experimental solution is needed to get a deep and clear understanding of the characteristics of resonant vibrations for piezoceramic plates. In this study, we will analyze in detail the influence of the support on the resonance behavior of piezoelectric ceramic disk by experimental point of view. The resonant frequencies of the piezoceramic disk (soft PZT material) and support system were measured by the conventional impedance analysis. The difference of resonant frequencies with the piezo disk diameter-to-support disk diameter (Dp/Ds) ratios, ranging from 0 to 10, is presented. According to experimental results obtained in this study, it is shown that there is a polynomial/exponential decrease of the resonance characteristics as this ratio decreases. An important achievement of this study is that the first resonance of this ceramics can be highly lowered. For example, for a certaion configuration [T2D1 (PRYY+0852) ( Dp=3 mm and Tp=0,2 mm)] the first resonance decreases from ~1000 kHz in free-boundary conditions to ~9 kHz when the disk is attached on a support of Ds=30 mm (and Ts=0,15mm). Considering the above mentioned relationship between the diameter of the piezo and the support we designed a configuration that was realized at ISTEC with even lower frequency of resonance of 1.2 kHz. This value is lower the any piezoelectric buzzer available on the market. The approach to lower the frequency of the piezoelectric system (piezo ceramic and support) was also studied and it is proved to be an effective mean to obtain piezoelectric devices with low frequency resonance.

Rapporto conclusivo dell'unità operativa ISTEC per il Progetto Bandiera RITMARE La Ricerca ITaliana per il MARE La risposta in risonanza di materiali piezoelettrici viene di solito determinate sulla base di un modello teorico. Il metodo degli elementi finiti è uno strumento potente, ma a volte è necessaria una soluzione sperimentale per ottenere una comprensione profonda e chiara delle caratteristiche della risposta risonante di piastre piezoceramiche. In questo studio analizzeremo in dettaglio l'influenza del supporto sul comportamento in risonanza del disco ceramico piezoelettrico da un punto di vista sperimentale. Le frequenze di risonanza del disco piezoceramico (materiale PZT di tipo "soft") e del supporto sono state misurate mediante analisi convenzionale di impedenza. Viene mostrata la differenza di frequenze di risonanza variando il rapporto fra diametro del disco e diametro del supporto (Dp / Ds) fra 0 e 10. Secondo i risultati sperimentali ottenuti in questo studio, si è dimostrato che c'è una diminuzione polinomiale / esponenziale delle caratteristiche di risonanza al diminuire di tale rapporto. Un importante risultato di questo studio è che la prima risonanza di questa ceramica può essere fortemente abbassata. In un caso [T2D1 (PRYY + 0852) (Dp = 3 mm e Tp = 0,2 mm)] la prima risonanza diminuisce da ~ 1000 kHz in condizioni di configurazione libera a ~ 9 kHz quando il disco è fissato su un supporto di Ds = 30 Mm (e Ts = 0,15 mm). Considerando la relazione di cui sopra tra il diametro del piezo e il supporto abbiamo progettato un campione, realizzato all' ISTEC con frequenza di risonanza ancora inferiore (1,2 kHz). Questo valore è più basso di ogni buzzer piezoelettrico disponibile sul mercato. È stato inoltre studiato l'approccio per abbassare la frequenza del sistema piezoelettrico (piezo ceramica e supporto) e si è dimostrato un metodo efficace per ottenere dispositivi piezoelettrici a bassa frequenza di risonanza.