ارائه و بررسی روش‌های طراحی شبکه تطبیق امپدانس الکترومکانیکی مبدل‌های پیزوالکتریک در سونار و سامانه‌های الکتروصوتی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشگاه دریایی امام خامنه‌ای (مدظله‌العالی)

2 دانشگاه جامع امام حسین (علیه السلام)

چکیده

هر خط انتقال الکتریکی که شامل انتقال توان یا سیگنال الکتریکی باشد، نیاز به تطبیق پارامترهای الکتریکی بین طبقات مختلف مثل راه‌انداز ، منبع، کابل، الکترونیک فرستنده و گیرنده و المان فرستنده و گیرنده مثل آنتن یا مبدل سیگنال، دارد؛ چرا که انتقال حداکثر توان و حفظ سیگنال انتقالی به‌لحاظ دامنه و شکل موج، در بین طبقات یک هدف اساسی می‌باشد. در طراحی مدار یا شبکه تطبیق امپدانس الکتریکی (EIMN) برای حسگرهای پیزوالکتریک، عملگرها و مبدل‌ها نیاز به بررسی دقیق فرکانس‌های کار، امپدانس فرستنده یا گیرنده، منبع تغذیه یا امپدانس راه‌انداز و امپدانس الکترونیک گیرنده و نیز تحلیل پارامترهای موثر بر آن‌ها دارد. در این مقاله، آخرین و پرکاربرد‌‌ترین روش‌ها و عوامل موثر تطبیق امپدانس حسگرها و مبدل‌های پیزوالکتریک تحت بررسی در دنیا که بر اساس آن کارهای اجرایی انجام شده و با توجه ویژه به مقالاتی که بر اساس نتایج عملی مکتوب شده است، ارائه شده و مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. همچنین، مدارهای معادل پرکاربرد و معروف پیزوالکتریک، انتخاب هر یک، انواع روش‌های تطبیق امپدانس، معرفی برخی از نرم افزارهای مورد استفاده در این مبحث در بین بخش‌ها معرفی و عوامل کاری و محیطی موثر و بیشتر بررسی‌شده، تشریح و ارائه خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Vivek T. Rathod , “A Review of Electric Impedance Matching Techniques for Piezoelectric Sensors, Actuators and Transducers” mdpa.electronics, 2019
[2] J. Arnold, S. Gonçalves, L. Bravo Roger, S. Mühlen, “Electrical Impedance of Piezoelectric Ceramics under Acoustic Loads” TOEE,uploaded by Francisco J. Arnold on 04 March 2017
[3] Y. Wang, D. Sun, J. Yong “Design of Broadband Matching Circuit for Underwater Acoustic Communication Transducer”  ISRME 2015
[4] Y. Yang, X. Wei , L. Zhang , W. Yao, “The Effect of Electrical Impedance Matching on the Electromechanical Characteristics ofSandwiched Piezoelectric Ultrasonic Transducers” MDPI, December 2017
[5] J-y. Kiml, S. M.Thajeell, S. Choil, D. Kiml, S. Lee, H. Lee, W. Moon , “Design of Adaptive Matching Circuit for Sonar System” (ITEC) Pohang Univ 2016
[6] F. Peisen, C. Bingyan, Z. Changping, Zhou Yan, Z. Ruigen, X. Xiaohui  , G. Yulin, “Characteristics of electrical matching for power piezoelectric transducer” IEEE 2017
[7] S. Lin , J. Xu, “Effect of the Matching Circuit on the Electromechanical Characteristics of Sandwiched Piezoelectric Transducers” MDPI, January 2017
[8] C. Covaci, A. Gontean, “SPICE Model of a Piezoelectric Transducer” IEEE 2018
[9] V. Matko, M, Milanoviˇc, “Detection Principles of Temperature Compensated Oscillators with Reactance Influence on Piezoelectric Resonator” MDPI 2020
[10] Y. CHEN, S. WANG, H. ZHOU, Q. XU, Q. WANG, J. ZHU, “A systematic analysis of the radial resonance frequency spectra of the PZT-based (Zr/Ti = 52/48) piezoceramic thin disks” Journal of Advanced Ceramics 2020
[11] A. Bybi, H. Drissi, M. Garoum, A. Hladky, “One-Dimensional Electromechanical Equivalent Circuit for Piezoelectric Array Elements” Springer Nature Switzerland AG 2019
[12] L. Varshney, A. Upadhyay, “Comparison of Techniques for Designing and Modeling of High Power Piezoelectric Devices” IEEE 2017
[13] M. J. Hagmann, “Analysis and equivalent circuit for accurate wideband calculations of the impedance for a piezoelectric transducer having loss” AIP Advances, 2019
[14] R. Queirós, P. S. Girão, A. C. Serra, “Single-Mode Piezoelectric Ultrasonic Transducer Equivalent Circuit Parameter Calculations and Optimization Using Experimental Data” 2004 , uploaded by Ricardo Queirós on 21 April 2015
[15] J. Kim, B. L. Grisso, J.K. Kim, D. Ha, D. Inman, “Electrical Modeling of Piezoelectric Ceramics For Analysis and Evaluation of Sensory Systems” IEEE 2008
[16] M. G. Rodriguez, J. G. Alvarez, Y. Yanez, M.J .Hernandez, J. Salazar, A. Turo, J.A. Chavez, “Low Cost Matching Network for Ultrasonic Transducers” Elsevier 2009