Study of Mason's model parameters of piezoelectric ceramics using genetic algorithms

Orientadores: Francisco José Arnold, Paulo Sérgio Martins PedroDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de TecnologiaResumo: Atualmente o número de cerâmicas piezelétricas existentes é elevada em virtude da rápida adoção de equipamentos elétricos pela sociedade, uma vez que inúmeros dispositivos apresentam essas cerâmicas integradas em sua constituição, como por exemplo, sistemas ultrassônicos, microfones, sensores, sonares, entre outros. Devido à importância e o potencial de uso em diversos segmentos, tais como medicinal, industrial, militar e entretenimento, o estudo dos parâmetros das cerâmicas piezelétricas é primordial para assegurar e impulsionar a pesquisa e o desenvolvimento de equipamentos cada vez mais confiáveis, versáteis e inteligentes. O estudo dos parâmetros do modelo de Mason para cerâmicas piezelétricas visa modelar os parâmetros físicos para simulação e otimização. Esse processo é dependente da estimativa de constantes de material por meio de medida da impedância elétrica. A partir disso, o objetivo dessa pesquisa propõe-se a desenvolver um sistema que utilize metodologias numéricas para melhorar e facilitar o estudo dos parâmetros do modelo de Mason para cerâmicas piezelétricas. Para tanto, empregou-se diferentes Algoritmos Genéticos com Otimização Mono-Objetivo e Multiobjetivo aliados a Equações baseadas no modelo de Mason para comparar e estimar os melhores cenários. Tendo como base os cálculos e os estudos de casos realizados, utilizando diferentes tipos de cerâmicas piezelétricas com modo de vibração em espessura e transversal, em consonância com o referencial teórico e os resultados obtidos, comprovou-se que ocorreram efetivas melhoras com o emprego dos Algoritmos Genéticos, independentemente do modo de vibração, ocasionando o efetivo ajuste das curvas entre os dados estimados e os dados experimentaisAbstract: Currently, the number of existing piezoelectric ceramics is significant due to the rapid adoption of electrical equipment by society, since numerous devices present these ceramics integrated in their constitution, as ultrasonic systems, microphones, sensors, sonars, among others. Due to the importance and potential of use in various segments, such as medical, industrial, military and entertainment, the study of parameters of piezoelectric ceramics is paramount to ensure and boost the research and development of devices that is increasingly reliable, versatile, and smart. The study of the parameters of the Mason model for piezoelectric ceramics aims to model the physical parameters for simulation and optimization. This process is dependent on the estimation of material constants by means of electrical impedance measurement. This process is dependent on the estimation of material constants by means of electrical impedance measurement. Because of scenario, the objective of this research is to develop a system that uses numerical methodologies to improve and facilitate the study of the parameters of the Mason model for piezoelectric ceramics. In the direction of objective, different Genetic Algorithms were used with Mono-Objective and Multi-Objective Optimization allied to Equations based on the Mason model to compare and estimate the best scenarios. Based on the calculations and the case studies performed, using different types of piezoelectric ceramics with vibration mode in thickness and transverse, in accordance with the theoretical reference and the obtained results, it was verified that there were effective improvements with the use of Algorithms Genetics, independently of the mode of vibration, causing the effective adjustment of the curves between the estimated data and the experimental dataMestradoSistemas de Informação e ComunicaçãoMestre em TecnologiaCAPE