Analysis of the Influence of Porosity and Non-Uniform Polarization of Piezoelectric Ceramics on the Efficiency of a Bridge Transducer as Sensor and Actuator

Abstract

Flexible piezoelectric transducers, and the transducers with bridge shaped end-caps in par- ticular, have found wide application as acoustic emitters and energy harvesting devices. In this paper, we investigate the possibilities of using porous piezoceramics as an active element of a bridge transducer. Particular attention is paid to taking into account the non-uniform polarization of porous piezoceramics with the use of simplified models. A finite element analysis of the bridge piezoelectric transducer under steady-state oscillations is performed in resonant and non-resonant modes of its operation. It is found that the use of porous piezoceramics increases the efficiency of the transducer during oscillations near the first frequency of electrical antiresonance.

Гибкие пьезоэлектрические преобразователи с мостовыми накладками нашли широкие применения в качестве акустических излучателей и устройств накопления энергии. В настоящей работы исследуются возможности использования пористой пьезокерамики в качестве активного элемента мостового преобразователя. Особое внимание уделяется учету неоднородности поляризации пористой пьезокерамики с применением упрощенных моделей, пригодных для практики. Проведен конечно-элементный анализ работы мостового пьезопреобразователя при установившихся колебаниях в нерезонансных и в резонансных режимах его работы. Было установлено, что использование пористой пьезокерамики повышает эффективность преобразователя при колебаниях вблизи первой частоты электрического антирезонанса