Modélisation et caractérisation sous haut niveau de sollicitation mécanique des céramiques piézoélectrique

par Pascal Champ

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Paul Gonnard.

Soutenue en 1989

à Lyon, INSA , en partenariat avec LGEF - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité (laboratoire) .


  • Résumé

    Le fonctionnement des transducteurs ultrasonores de puissance nécessite de hauts niveaux de sollicitations électriques ou mécaniques, et a pour conséquence un comportement non-linéaire du matériau actif, élément moteur du transducteur. Ces phénomènes exigent une méthodologie différente de caractérisation des propriétés physiques de ces matériaux. L'étude que nous avons entreprise concerne la définition puis la mise en œuvre d'une technique nouvelle de caractérisation des céramiques piézoélectriques pour transducteurs de puissance. Pour cette nouvelle méthode, une modélisation théorique du matériau pour émission de puissance est développée à partir du modèle de Mason. La caractérisation sous hauts niveaux de sollicitations mécaniques autour d'une fréquence de résonance, est effectuée dans l'air, sans charge acoustique, et nécessite des mesures électriques en régime dynamique non permanent pour éviter l'échauffement. Elle met en évidence la non-linéarité des pertes mécaniques et permet de prédéterminer le rendement des transducteurs d'émission pour une charge acoustique donnée. Un facteur de mérite est défini,, les limitations thermiques et mécaniques sont présentées. Cette méthode offre un bon critère de choix des céramiques piézoélectriques pour émission de puissance : les performances d'un grand nombre de compositions industrielles et de laboratoire sont comparées. Notre modèle en ondes planes avec pertes a été validé par une mesure directe de l'amplitude de vibration de la face émettrice du résonateur au moyen d'un interféromètre Jaser. L'étude du comportement thermique des échantillons a constitué une nouvelle approche permettant de retrouver le classement des céramiques piézoélectriques obtenu à partir des mesures électriques. La technique de caractérisa ti on que nous proposons est simple et rapide. Elle emploie uniquement un échantillon céramique résonant en mode longitudinal et évite les mesures traditionnelles en piscine qui demandent des moyens importants. Par suite, elle est bien adaptée aux contrôles de routine en fabrication.

  • Titre traduit

    = Modeling and characterization of piezoelectric ceramics under high mechanical driving levels


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Informations

  • Détails : 1 vol. (265 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 261-265

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1116)
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