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Dreidimensionales Modell einer quaderförmigen Piezokeramik für longitudinale Wellenausbreitung

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The three-dimensional dynamic equations of a piezoelectric ceramic cuboid for longitudinal wave propagation are derived from the general tensorial description of the piezoelectric effect. The dynamic equations can be defined as an electromechanical seven-port system which in turn can be correlated with a generalized Mason equivalent circuit. Finally, an electric model is presented which only contains the elements: homogeneous transmission line, capacitor, voltage-cont rolled voltage source and current controlled current source, and thus can be used directly for time-response simulations. This model is particularly suitable for the theoretical study of piezoelectric elements in transducer arrays.

Zusammenfassung

Ausgehend von der allgemeinen tensoriellen Beschreibung des piezoelektrischen Effektes werden die dreidimensionalen Bewegungsgleichungen einer quaderförmigen Piezokeramik für reine longitudinale Wellenausbreitung hergeleitet. Die Bewegungsgleichungen lassen sich als ein elektromechanisches Siebentor beschreiben, welchem wiederum ein verallgemeinertes Mason-Ersatzschaltbild zugeordnet werden kann. Es wird schließlich noch ein elektrisches Modell angegeben, das nur die Elemente: Homogene elektrische Leitung, Kondensator, spannungsgesteuerte Spannungsquelle und stromgesteuerte Stromquelle enthält und damit für direkte Simulationen im Zeitbereich verwendet werden kann. Dieses Modell eignet sich vor allem zur theoretischen Untersuchung des Verhaltens von Piezoschwingern in Array-Anordnungen.

Sommaire

Partant de la description tensorielle générale des lois de la piézo-électricité, on établit les équations dynamiques tridimensionnel les d'une propagation d'ondes purement longitudinales dans une céramique piézo-électrique en forme de parallélépipede rectangle. Ces équations dynamiques peuvent s'interpréter comme un sept-porte électro-mécanique auquel on peut ensuite faire correspondre un circuit equivalent de Mason généralisé. On aboutit finalement à un modèle électrique comportant seulement les quatre éléments suivants: une ligne électrique homogène, un condensateur, une source de tension commandée en tension et une source d'intensité commandée en intensité. Ce modèle peut, de ce fait, s'utiliser pour des simulations directes en temps réel. Il convient avant tout à l'étude théorique du comportement des réseaux de transducteurs piézo-électriques.
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Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 1981

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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