|
| |
|
|
Estimation of equivalent circuit parameters of a piezoelectric resonator
Ryšavý, Lukáš ; Majzner, Jiří (referee) ; Sedlák, Petr (advisor)
In this thesis, a simple measurement setup including control software is designed to estimate the parameters of Mason electrical equivalent circuit for piezoelectric resonators. Direct measurements can evaluate variables, such as mechanical quality factor, parallel resonance, serial resonance and serial resistance. These variables are used to estimate remaining parameters. The software is implemented in C++ Builder. Experimental study and verification were carried out on several quartz crystal and piezoceramic samples. The measurements are in good agreement with simulations as it is illustrated by a low value of relative error. The measurement setup will be used for scientific purposes of Dept. of physics FEEC BUT.
|
|
|
Computational analysis of the electro-mechanical characteristics of ferroelectric/dielectric composite material
Vítek, Tomáš ; Marcián, Petr (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
This diploma thesis deals with the computational modeling of ceramic ferroelectric/dielectric particle composites. The literature review section explains the principle of the piezoelectric phenomenon, describes the quantities defining the piezoelectric behaviour of materials, and provides characteristics of commonly used piezoelectric materials, including the mentioned ferroelectric/dielectric composites. The computational part of the thesis begins with the homogenization of particle composites consisting of a ferroelectric matrix and dielectric particles. Available analytical models for determining the effective electromechanical properties of the composite are tested, and parametric finite element models of the particle composite are assembled using Ansys Mechanical APDL software. The algorithm for creating these models is described, and the procedure for computing the relevant effective properties of the composite based on the obtained results is explained. Subsequently, the results obtained from the analytical and finite element models are compared, and the usability of the chosen analytical models is assessed based on the composite parameters. Sensitivity analyses are then performed using the assembled finite element models to evaluate how specific geometric and material parameters affect the effective electromechanical properties of the composite. These properties predicted by the finite element method are compared to the provided experimental results in the next part of the thesis. A computational analysis of residual stresses induced in the composite during sintering follows, and the output of this analysis provides recommendations for the manufacturing of these composites, aiming to reduce residual stresses and, thus, the risk of crack formation. Finally, various designs of ferroelectric/dielectric composites that can be manufactured using 3D printing are proposed and analysed, with the presented results serving as a basis for future research.
|
|
|
Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy Of Doped PVDF Fibers
Smejkalová, Tereza
This work aims to further improve properties of Polyvinylidene fluoride (PVDF), one ofthe most promising electroactive polymers, by the inclusion of powders of piezoactive materials.PVDF was formed by electrospinning into fibres with a thickness of 0.5 – 1.5μm and then examinedin a scanning electron microscope including energy-dispersive X-ray spectroscopy. The obtainedproperties of doped PVDF could be used in the design of sensors. Before that, it is essentialto perform a series of analysis to support or deny the use of adjusted fibres for sensor design.
|
|
|
Energy dispersive X-ray spectroscopy of doped PVDF fibers
Smejkalová, Tereza ; Papež, Nikola (referee) ; Sobola, Dinara (advisor)
Tato diplomová práce zkoumá flexibilní materiál k produkci elektřiny založený na piezoelektrickém polymeru Polyvinylidenfluorid (PVDF). Inkorporací piezoaktivní keramiky lze vlastnosti piezoelektrického polymeru PVDF významně zlepšit a převést na užitečnou elektrickou energii. PVDF byl vytvořen elektrostatickým zvlákňováním do vláken o tloušťce 1,5-0,3 µm a poté studován různými analytickými metodami. Tato práce nabízí popis elektrostatického zvlákňování, přípravu vzorků a teoretický úvod do analytických metod, kterým byly vzorky podrobeny. Morfologie a distribuce nanostrukturované keramiky do polymerní matrice PVDF byla pozorována použitím skenovací elektronové mikroskopie (SEM) a energiově disperzní spektroskopie (EDX). Pro tvorbu fáze a podrobné fázové složení byly vzorky charakterizovány infračervenou spektroskopií s Fourierovou transformací (FTIR). Práce také obsahuje analýzu s použitím Ramanovy spektroskopie, metody používané k identifikaci a porovnání chemických sloučenin. Elektrické vlastnosti byly studovány dielektrickou spektroskopií a je poskytnuta korelace se složením. Jednotlivé komponenty dotovaných vláken jsou charakterizovány a vyhodnocovány v souvislosti s jejich budoucím využitím v senzorech.
|
|
|
Controller of three-axis nano-metric manipulator
Pernica, Lukáš ; Jedlička, Petr (referee) ; Drexler, Petr (advisor)
This diploma thesis describes the piezoelectric phenomenon and its use for positioning with nanometric precision in laboratory use. In the thesis is description of direct and indirect piezoelectric phenomenon, various types of piezoelectric actuators and ways of their control with the aim of eliminating their hysteresis. The goal is to design a controller for piezo actuator built in the three-axis nanometric manipulator Thorlabs MAX341/M.
|
|
|
Computational modelling of the layered piezoelectric composites and analysis of their electro-mechanical response upon harmonic vibrations
Machů, Zdeněk ; Profant, Tomáš (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
V současnosti je velmi aktuálním tématem generování elektrické energie z alternativních zdrojů, zejména z vibrací. Zařízení, která přeměňují mechanickou energii na elektrickou, využívají často ke své činnosti piezoelektrický jev. Pro optimální nastavení takového elektromechanického měniče pro danou aplikaci je třeba mít k dispozici výpočtový model, který bude schopný postihnout všechny klíčové aspekty jeho provozu. Tato práce se tedy zabývá vytvořením takovéhoto nástroje, který je schopen komplexně popsat elektromechanickou odezvu studovaného piezoelektrického měniče energie v podobě vetknutého, vícevrstvého keramického nosníku s piezoelektrickými vrstvami. Uvažovaná vícevrstvá konstrukce je během své činnosti vystavena kinematickému buzení a je rovněž zatížena tepelnou zbytkovou napjatostí vznikající při její výrobě. Vytvořený výpočtový model využívá klasickou laminátovou teorii k určení statické elektromechanické odezvy dané konstrukce. Elektromechanická odezva při kmitání uvažované konstrukce v ustáleném stavu je získána s využitím Hamiltonova variačního principu a teorie kmitání prutů. Vytvořený výpočtový model je dále schopen odhadnout zdánlivou lomovou houževnatost dané vícevrstvé konstrukce pomocí metody váhových funkcí. Výstupy vytvořeného výpočtového modelu jsou ověřeny s využitím numerických simulací na bázi MKP a dostupných experimentálních výsledků. V diplomové práci je následně vytvořený výpočtový model aplikován při hledání optimálního rozložení jednotlivých vrstev konkrétního vícevrstvého nosníku s cílem maximalizovat jeho elektrický výkon a odolnost vůči šíření povrchových trhlin, resp. vzniku křehkého lomu. Tohoto cíle je dosaženo pomocí vhodného rozložení tepelných zbytkových napětí v jednotlivých vrstvách uvažované konstrukce (řízeného použitými materiály a tloušťkami jednotlivých vrstev).
|
|
|
MEMS based energy harvesting
Klempa, Jaroslav ; Prášek, Jan (referee) ; Gablech, Imrich (advisor)
This work is dedicated to principles of energy harvesting or scavenging from free energy around us. Energy harvesting principles are described in the first part. Following chapter is devoted to description of piezoelectricity and piezoelectric materials. Next part researches already reported results on piezoelectric energy harvesters. Following chapter shows simulations on designed structures in ANSYS® Workbench. Next the fabrication of the structures is described. Measurement are made regarding to maximum generated power.
|
|
|
Evaluation of Fracture Mechanical Parameters for Bi-Piezo-Material Notch
Hrstka, Miroslav ; Materna, Aleš (referee) ; Náhlík, Luboš (referee) ; Profant, Tomáš (advisor)
Předkládaná dizertační práce se zabývá stanovením hlavních členů Williamsova asymptotického rozvoje popisujícího rovinné elektro-elastické pole v okolí piezoelektrických bi-materiálových vrubů a trhlin na rozhraní za použití rozšířeného Lechnického-Eshelbyho-Strohova formalismu v návaznosti na čistě anizotropní pružnost. Je ukázáno, že rozšířený Lechnického-Eshelbyho-Strohův formalismus představuje spolu s moderními programovacími koncepty v jazyku Python efektivní a také praktický nástroj pro lomovou analýzu piezoelektrických bi-materiálů. Teoretická část práce popisuje aspekty anizotropní pružnosti a její návaznost na piezoelektrické materiály. Základní rovnice zaměřené na speciální typy monoklinických materiálů, které umožňují oddělení rovinného a anti-rovinného problému, jsou vyjádřeny pomocí komplexních potenciálů. V praktické části práce je sestaven problém vlastního hodnot pro bi-materiálový vrub, na jehož základě jsou stanoveny exponenty singularity a pomocí dvoustavového -integrálu také zobecněné faktory intenzity napětí. Veškeré vztahy a numerické procedury jsou následně rozšířeny na problém piezoelektrických bi-materiálových vrubů a podrobně prozkoumány v uvedených příkladech. Zvláštní pozornost je věnována přechodu asymptotického řešení téměř zavřených vrubů a trhlin na rozhraní. Vliv směru polarizace na asymptotické řešení je také zkoumán. Přesnost stanovení zobecněných faktorů intenzity napětí je testována srovnáním asymptotického řešení a řešení získaného pomocí metody konečných prvků s velmi jemnou sítí konečných prvků. Na závěr je formalismus modifikován pro nepiezoelektrické materiály.
|
|
|
Piezoelectric MEMS resonators for sensing applications
Klempa, Jaroslav ; Svatoš, Vojtěch (referee) ; Gablech, Imrich (advisor)
Basic principles and processes used during fabrication of microelectromechanical systems are presented in this work. This thesis is focused on material properties, deposition, lithographic and micromachining processes. Fundamental principles and applications of piezoelectric resonant structures are described as well. Final part of this work is devoted to simulation of resonant beams using FEM method in ANSYS® Workbench, practical fabrication and characterization of piezoelectric MEMS resonators.
|
guest ::
