|
|
Measurment of Equivalent Circuit of Piezoelectric Resonator
Vomočil, Vojtěch ; Frk, Martin (referee) ; Kazelle, Jiří (advisor)
This theis deals with the general overview of the piezoelectric theory, focused both on the mathematical description and on the attributes of piezoelectric materials. It further focuses on the description of piezoelectric resonators with a more detailed explantation of their equivalent scheme and measurement methods of its single elements. The practical part of the thesis rests on the proposal of a measurement apparatus which will serve to measuring the equivalent circuit piezoelectric resonator elements. The realization of the apparatus and its functionality testing are described. In the experimental part of the thesis, the measured rates are processed and levels of the electric equivalent circuit elements of the used piesoelectric resonator for the basic and the two higher closest resonance frequency are set. The measured results are compiled into a standard measurement protocol. This thesis should place basics to the growing laboratory. It should also be a source of necessary theoretical and practical information for this lab.
|
|
|
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.
|
|
|
Energy Harvesting for Industry 4.0 Applications
Gajdošík, Róbert ; Šimek, Václav (referee) ; Smrž, Pavel (advisor)
Cieľom tejto práce je demoštrácia možností využitia energy harvestingu v priemysle 4.0, so zameraním na prototyp samonapájacieho vibračného senzoru. Vrámci práce bol vykonaný výskum techník pre zhromažďovanie a spracovanie dát ako aj výskum ohľadom senzorového vybavenie budúceho prototypu. V ďalšom kroku bol vykonaný výskum a získaný prehľad ohľadom energy harvesterov, metód presunu a manipulácie vyťaženej elektrickej energie, a spôsobu jej uchovania. Ďalej bol vybraný vhodný mikroprocesor s vhodnou výbavou ohľadom vstupu a výstupu napájania, energie a konektivity. Nakoniec implementácie boli vyriešené rozhrania medzi jednotlivými komponentami prototypu. Po vyhodnotení ďalšieho postupu bolo rozhodnuté vyvinúť software pre plánované rozhrania medzi senzorom a procesorom, ako aj spracovávanie dát za použitia vzorkovania a rekonštrukcie analógového signálu za použitia analógovo-digitálneho meniča. Ďalej bola vyvinutá jednoduchá časť software pre detekciu anomálií v očakávaných frekvenčných pásmach daného objektu, a otestovaný jednoduchý kód pre využite subsystému BLE. Nakoniec tejto časti projektu boli preskúmané možnosti vylepšenia účinnosti využitia energie použitej pre napájanie mikroprocesora. V poslednom kroku práce boli otestované všetky komponenty navrhnutého prototypu. V prvej časti bola otestovaná funkcionalita komponentov bez integrácie s ostatnými časťami systému. Bola testovaná presnosť vibračného senzoru, funkcionalita harvesteru, a otestované jednotlivé subsystémy mikroprocesoru. V druhej časti testovania boli testované interakcie jednotlivých komponentov, napríklad rozhranie medzi mikroprocesorom a vibračným senzorom, a testovanie korektnosti softvérových metód pre vypočítanie frekvencie monitorovaného objektu. V poslednom kroku testovania boli otestované množstvá enegie vyťažené piezoelektrickým efektom a porovnané s experimentálne overeným odberom energie kompletného obvodu. Následne boli tieto informácie využité k aproximácií ceny prototypu a jeho realizovateľnosti v praktickom priemyselnom prostredí. Výsledkom práce je funčný prototyp obvodu samonapájacieho vibračného senzoru a teoretický návrh efektívnejšej verzie založenej na experimentálnych metódach prenosu energie medzi harvesterom a úložistom energie, ako aj aproximácia jednotkovej ceny obvodu a vyhodnotenia jeho použiteľnosti v modernom priemysle.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Energy Harvesting for Industry 4.0 Applications
Gajdošík, Róbert ; Šimek, Václav (referee) ; Smrž, Pavel (advisor)
Cieľom tejto práce je demoštrácia možností využitia energy harvestingu v priemysle 4.0, so zameraním na prototyp samonapájacieho vibračného senzoru. Vrámci práce bol vykonaný výskum techník pre zhromažďovanie a spracovanie dát ako aj výskum ohľadom senzorového vybavenie budúceho prototypu. V ďalšom kroku bol vykonaný výskum a získaný prehľad ohľadom energy harvesterov, metód presunu a manipulácie vyťaženej elektrickej energie, a spôsobu jej uchovania. Ďalej bol vybraný vhodný mikroprocesor s vhodnou výbavou ohľadom vstupu a výstupu napájania, energie a konektivity. Nakoniec implementácie boli vyriešené rozhrania medzi jednotlivými komponentami prototypu. Po vyhodnotení ďalšieho postupu bolo rozhodnuté vyvinúť software pre plánované rozhrania medzi senzorom a procesorom, ako aj spracovávanie dát za použitia vzorkovania a rekonštrukcie analógového signálu za použitia analógovo-digitálneho meniča. Ďalej bola vyvinutá jednoduchá časť software pre detekciu anomálií v očakávaných frekvenčných pásmach daného objektu, a otestovaný jednoduchý kód pre využite subsystému BLE. Nakoniec tejto časti projektu boli preskúmané možnosti vylepšenia účinnosti využitia energie použitej pre napájanie mikroprocesora. V poslednom kroku práce boli otestované všetky komponenty navrhnutého prototypu. V prvej časti bola otestovaná funkcionalita komponentov bez integrácie s ostatnými časťami systému. Bola testovaná presnosť vibračného senzoru, funkcionalita harvesteru, a otestované jednotlivé subsystémy mikroprocesoru. V druhej časti testovania boli testované interakcie jednotlivých komponentov, napríklad rozhranie medzi mikroprocesorom a vibračným senzorom, a testovanie korektnosti softvérových metód pre vypočítanie frekvencie monitorovaného objektu. V poslednom kroku testovania boli otestované množstvá enegie vyťažené piezoelektrickým efektom a porovnané s experimentálne overeným odberom energie kompletného obvodu. Následne boli tieto informácie využité k aproximácií ceny prototypu a jeho realizovateľnosti v praktickom priemyselnom prostredí. Výsledkom práce je funčný prototyp obvodu samonapájacieho vibračného senzoru a teoretický návrh efektívnejšej verzie založenej na experimentálnych metódach prenosu energie medzi harvesterom a úložistom energie, ako aj aproximácia jednotkovej ceny obvodu a vyhodnotenia jeho použiteľnosti v modernom priemysle.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
guest ::
