Experimental Characterization of A Piezoelectric Transducer Array Taking into Account Crosstalk Phenomenon

Ultrasonic transducer arrays are generally composed of several piezoelectric elements arranged in 1D or 2D ways. Crosstalk is an undesirable phenomenon decreasing the performance of these devices. It generates parasitic displacements at the elements' radiating surfaces, which changes the directivity of the array. Furthermore, the transducer's displacement plays a critical role in terms of the focal area and transferred intensities. The objective of this paper is to characterize a piezoelectric array composed of seven-elements made of PZ 27 ceramic experimentally. It investigates the effects of the crosstalk phenomenon on the array's performance in particular. The results have shown that the array's elements vibrate mainly in thickness mode, but the displacement is not uniform along their length due to the contribution of a parasitic length mode. Moreover, the major parasitic displacements are obtained on the neighboring passive elements: about -7.3 dB, -11 dB, and -12 dB, on the first, the second, and the third elements, respectively

Contrôle électrique de la propagation d'ondes élastiques dans des cristaux phononiques piézoélectriques

Les cristaux phononiques permettent d’obtenir des propriétés inhabituelles de propagation des ondes élastiques à l'échelle de la longueur d'onde comme l’apparition de bandes de fréquences interdites où l’onde est évanescente. Malgré le grand nombre d’applications potentielles, (isolation acoustique, filtrage et le démultiplexage en fréquence, guidage d'onde, 'cape d'inaudibilité', réfraction négative, super-résolution…) peu de cristaux phononiques ont été intégrés dans des dispositifs fonctionnels, partiellement à cause de leur manque de flexibilité : le contrôle de l'onde élastique, souvent obtenu dans une gamme de fréquence réduite, est complètement déterminé par la géométrie et les propriétés des matériaux constitutifs lors de l'étape de fabrication. L’intégration de matériaux piézoélectriques dans ces structures permet d’envisager le développement de cristaux phononiques dont les propriétés de propagation sont contrôlées électriquement. La géométrie considérée dans ce travail est un cristal phononique à une dimension constitué par une alternance de couches élastiques et de couches piézoélectriques dont chaque surface est recouverte d’une électrode. Le contrôle électrique est obtenu en modifiant l’impédance électrique reliant les électrodes de chaque couche piézoélectrique (court-circuit, circuit ouvert ou capacité). Les courbes de dispersion calculées à partir d’un modèle analytique montrent que ce contrôle électrique permet d’ajuster la position en fréquence et la largeur des bandes de fréquence interdites

Cristal phononique piézomagnétique à une dimension : contrôle de la propagation par inductance variable

Cette étude concerne un cristal phononique à une dimension constitué d'un empilement de couches piézomagnétiques identiques. Chaque couche est entourée par une bobine connectée à une inductance extérieure. Les ondes élastiques longitudinales se propageant dans cette structure sont étudiées théoriquement et une expression analytique de l'équation de dispersion est obtenue. Suivant la valeur de l'inductance extérieure, la solution est une onde non dispersive ou dispersive. Dans ce dernier cas, la courbe de dispersion présente une bande de fréquence interdite dont la largeur varie avec la valeur de l'inductance extérieure

Application de la methode des elements finis a la modelisation de structures periodiques utilisees en acoustique

SIGLEINIST T 73452 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Les métamatériaux acoustiques : généralités et applications

Les cristaux phononiques (CP) (i.e. arrangements périodiques de plusieurs matériaux) ont suscité un grand intérêt au cours des deux dernières décennies en raison des propriétés inhabituelles qu'ils peuvent présenter. Classiquement, en fonction des propriétés des matériaux et de la disposition géométrique, les cristaux phononiques peuvent produire des bandes interdites, c'est-à-dire des gammes de fréquences dans lesquelles la propagation des ondes est interdite (i.e. les ondes sont évanescentes). Ces bandes interdites de Bragg offrent plusieurs applications potentielles, du kHz au GHz selon la périodicité spatiale, dans des domaines tels que l’isolation phonique, le filtrage fréquentiel sélectif, la furtivité en acoustique sous-marine ou la réalisation de transducteurs plus performants pour le contrôle non-destructif... Le vocable métamatériaux désigne une classe de matériaux artificiels présentant une structuration à une échelle plus petite que la longueur d’onde leur permettant d’adopter un comportement sans équivalent à l’état naturel. Les métamatériaux possèdent un comportement effectif macroscopique en relation étroite avec les propriétés des sous-structures les constituant. Ils peuvent présenter des résonances dites « locales » ou objets de petite taille mais résonants à des fréquences telles que la longueur d’onde effective dans le milieu ambiant est grande comparativement à l’objet. L’apparition de bandes interdites leur confèrent également un certain nombre d’applications potentielles. Dans cette présentation, après des généralités sur les métamatériaux et les cristaux phononiques, plusieurs applications spécifiques sont décrites, d’une part pour l’acoustique sous-marine, et d’autre part pour la réalisation de filtres RF agiles. Il s’agit à chaque fois de présenter l’état de l’art, les solutions actuelles et de proposer des perspectives en lien avec de nouvelles opportunités, de la conception à la réalisation de métamatériaux acoustiques

A combined genetic algorithm and finite element method for the determination of a practical elasto-electric set for 1-3 piezocomposite phases

International audience1-3 piezocomposites are widely used in ultrasonic transducers, particularly for imaging applications. The fabrication process is often based on the dice and fill method, leading to a periodic structure. This process can modify the initial properties of the two phases due to the machining of the piezoelectric bulk ceramic and setting of the polymer. A method is proposed to directly determine a practical set for 1-3 piezocom-posite properties and all the elastic, dielectric and piezoelectric parameters of the two piezoelectric (11 constants) and inert phases (3 constants). This method is based on a fitting process of the electrical impedance as a function of frequency (one thickness and two lateral modes). For this purpose, a genetic algorithm coupled with a finite element method (GA/FEM) was used in an iterative process to deduce all these parameters. This method was first performed on a numerical phantom (Pz21/epoxy resin). Comparisons showed that the GA/FEM obtained a good set of the 14 parameters, and the accuracy of several parameters was discussed. Finally, the GA/FEM algorithm was applied to a fabricated 1-3 piezocomposite (dice and fill method). The results showed that the fabrication process introduced several changes in the properties of the two phases (in particular, the dielectric constants of the ceramic and one elastic constant of the polymer) compared to the initial commercial data, while keeping the identical thickness coupling factor at 64%

Fundamentals and Applications of Acoustic Metamaterials

International audienc

Propagation d'ondes de Lamb dans un guide d'ondes à interface périodique

LE HAVRE-BU Centrale (763512101) / SudocSudocFranceF