Circuito equivalente de Leach: estudo de casos.

Nos últimos anos, o Grupo de Alta Tensão e Materiais vem desenvolvendo uma nova tecnologia de transdutores piezoelétricos denominados piezoeletretos termo-formados. O avanço nas pesquisas com esses novos materiais evidenciou a necessidade do desenvolvimento de um modelo elétrico equivalente, o qual viabilizasse as simulações com os piezoeletretos. Por meio da modelagem do transdutor é possível predizer as consequências que as modificações na espessura do sensor piezoelétrico, a escolha do material de retaguarda, definição das camadas de casamento de impedância acústica, elaboração dos circuitos de sintonia, entre outros parâmetros, causarão no desempenho do piezoeletreto. Na literatura, há vários trabalhos disponíveis sobre modelos elétricos para transdutores piezoelétricos, entretanto, a maioria dos modelos foram desenvolvidos para sensores cerâmicos. Após um estudo sobre os modelos já desenvolvidos, optou-se por utilizar o modelo de Leach para esse trabalho. Assim, o objetivo deste trabalho foi realizar um estudo de caso baseado no modelo de Leach, cujo desempenho foi verificado por meio de um experimento para determinação da resposta transitória de uma cerâmica piezoelétrica de PZT-4. No circuito elétrico de ensaio foram aplicados pulsos de tensão senoidais com frequências variando de 700 kHz a 2,5 MHz. Além dos experimentos realizados em laboratório, foi elaborado um circuito para simulação no software PSPICE. Também foi analisado o desempenho da resposta transitória para dois meios adjacentes à cerâmica, com impedâncias acústicas diferentes: ar e água. Por fim, os resultados das simulações e dos ensaios foram comparados graficamente e estatisticamente, evidenciando a precisão do modelo frente aos ensaios laboratoriais. A partir dos resultados obtidos neste trabalho, pretende-se futuramente adaptar o circuito equivalente de Leach na modelagem dos piezoeletretos termo-formados.

Palavras-chave em Inglês

Transducers modeling
Leach's model
Ceramic PZT-4
Software PSPICE

Resumo em Inglês

In the last years, the High-Voltage Group and Materials has been developing a new technology of piezoelectric transducers denominated thermo-formed piezoelectrets. The advances in research with these new materials showed the need to develop an equivalent electric model, which allowed simulations with piezoelectrets. By transducers modeling is possible to predict the effects that changes in the thickness of the piezoelectric sensor, the back material, the definition of matching layers of acoustic impedance, the design of tuning circuits and other parameters, will cause in piezoelectret performance. In literature there are several studies available about electric models for piezoelectric transducers. However, the majority of the models were developed for ceramic sensors. After a study of the models already developed, the Leach’s model was chosen for this work. The objective of this study was to make a case study based on the Leach’s model, whose performance was verified by an experiment to determine the transient response of the piezoelectric ceramic PZT-4. Pulses of sinusoidal voltage with frequency varying from 700 kHz to 2,5 MHz were applied in the test circuit. In addition to the experiments performed in the laboratory, a circuit was designed to perform simulations in the PSPICE software. It was also analyzed the performance of the transient response for two adjacent ceramic media with different acoustic impedances: air and water. Finally, the results of simulations and tests were compared graphically and statistically, showing good agreement. From the results obtained in this work, it is intended to adapt Leach`s equivalent circuit for modeling of thermo-formed piezoelectrets.

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Data de Publicação

2014-09-02

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