Modeling of the piezoceramic resonator electric loading conditions based on experimental data

Abstract

This paper is devoted to analysis of the electric loading conditions problem for piezoceramic resonators’ forced vibrations. New simple experimental technique together with computing permits us to study many resonators’ parameters: admittance, impedance, phase angles, power components, etc. for constant input voltage, constant sample voltage and constant sample current electric conditions based on experimental data for “as it is” regime. Such computer modeling makes it possible to decrease the experimental difficulties and to study in linear approximations the dependence of resonators’ parameters on loading conditions. The fundamental modes of vibrations of a thin piezoelectric bar and high cylindrical shell are given as example. It is established that considerable admittance nonlinearity in constant voltage regime and its absence for constant current case are caused by different behavior of instantaneous power level. Проаналiзовано проблему моделювання умов електричного навантаження за вимушених коливань п’єзокерамiчних резонаторiв. Основана на експериментальних даних для режиму “як є” нова проста експериментальна технiка разом з обчисленнями дала змогу вивчати багато параметрiв резонатора: адмiтанс, iмпеданс, фазовi кути, компоненти потужностi тощо для електричних умов сталої вхiдної напруги, сталої напруги на зразку, сталого струму в зразку. Таке комп’ютерне моделювання робить можливим зменшувати експериментальнi труднощi й вивчати в лiнiйному наближеннi залежнiсть параметрiв резонатора вiд умов навантаження. Основнi моди коливань тонкого п’єзоелектричного стержня i високої цилiндричної оболонки поданi як приклад. Встановлено, що значна нелiнiйнiсть адмiтансу в режимi сталої напруги та ї ї вiдсутнiсть для випадку сталого струму спричиненi рiзною поведiнкою рiвня миттєвої потужностi.