Diseño de un sistema automático de evaluación de constantes piezoeléctricas

Abstract

Existen muchos dispositivos electrónicos que utilizan materiales electrocerámicos tales como cristales piezoeléctricos, polímeros u otros compuestos. Estos materiales presentan pérdidas mecánicas y eléctricas. Dichos materiales están caracterizados por unos coeficientes y constantes eléctricas, mecánicas y electromecánicas, por tanto, es fundamental estimarlos. Por esta razón, se motiva la elaboración de este proyecto: Diseño de un sistema automático de evaluación de constantes piezoeléctricas. El objetivo de este trabajo es diseñar e implementar un software que permita evaluar un
conjunto de constantes y coeficientes para un modo resonante determinado: Modo radial. Este software debe permitir una caracterización rápida, eficiente y fiable.
Existe otro software en el que se ha desarrollado la caracterización de otros modos resonantes, y aunque no se contemplaba inicialmente en este proyecto, se decidió integrar el software desarrollado aquí en el anterior. Se ha aprovechado para mejorar algunas características del programa anterior, fundamentalmente en aspectos relacionados con la interfaz de usuario. El resultado final es un software con un conjunto de modos resonantes a caracterizar más amplio. Se ha utilizado la herramienta de programación LabVIEWÒ, que se basa en una programación
gráfica. Con ella se realiza una interfaz de usuario amigable mediante el uso de los controles e indicadores de distintas categorías. Para la correcta caracterización del material, se deben realizar medidas de |Y|-q (módulo de la
admitancia y fase) con un puente analizador de impedancias. Para este proyecto, se ha usado el modelo
HP-4194A, el cual efectúa las medidas para un rango de frecuencias determinado. Mediante una tarjeta GPIB, el analizador de impedancias se conecta con el ordenador, y se realiza un manejo remoto del mismo a través del computador (PC). Para que el software final pueda ser utilizado sin necesidad de tener LabVIEWÒ instalado en
el PC, se ha creado su correspondiente instalador.
Abstract:
There are many electronic devices that use electroceramic materials such as piezoelectric crystals, polymers or other compounds. But these materials contain not negligible losses, both mechanical and electrical. Such materials are characterized by coefficients and electric, mechanic and electromagnetic constants; therefore, it is essential to estimate them. For that reason, the elaboration of this project is encouraged: DESIGN OF AN AUTOMATIC SYSTEM FOR THE EVALUATION OF PIEZOELECTRIC CONSTANTS. The goal of this project is to design and implement a software that allows to find the
characterization of the piezoelectric constants and coefficients in a specific resonant mode: Radial mode. This software must provide a fast, efficient and reliable characterization. There is other software which developed the characterization of other resonant modes. Even though it was not initially contemplated in this project, it was decided to add the radial mode to it. Some features of this program have also been improved, specially some aspects of the user interface. The final result is a broader software which characterizes a set of resonant modes. LabVIEWÒ has been used as the programming tool for this project, which is based on graphic programming. A complete and intuitive user interface is created through the use of controls and indicators of different categories. For the proper characterization of the material, a gain-phase analyzer is used to measure |Y|-q
(admittance’s module and phase), which is needed for the calculations. The HP-4194A gain-phase analyzer is the one used for this project, which does the measurements for a specific frequency range. It is connected with the computer through a GPIB card, which allows the computer to control it. For an easy implementation of the program, without having to have LabVIEW installed in the
computer, its corresponding installer has been created.