Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Apr 2004)
No linealidad del comportamiento elástico de las cerámicas piezoeléctricas
Abstract
Three experimental methods of nonlinear characterization of elastic behaviour are compared, based upon constant voltage, constant current and constant frequency respectively. Equivalence between them is shown, and implementation of the last one is described in detail. The best way to describe nonlinear behaviour is to look at the alteration of the electrical impedance as a function of the current level, around the resonance frequency. By taking this description, we are able to compute the onset of hysteresis phenomena. Between the nonlinear increment of the reactance X and the resistance R appears a fairly linear relationship, while the quantities of X and R depend on the motional current through a fractional power function. In order to avoid the overheating inherent to high signal measurement, an excitation by bursts is proposed, and electrical response and velocity, obtained during the steady state, has been treated afterwards. This method has been applied to hard and soft PZT ceramics. Elastic electrical and piezoelectric behaviours have been compared, leading to some relations that can be explained by the predominance of the extrinsic processes over the intrinsic onaes.<br><br>Se describen y comparan tres métodos experimentales de la caracterización no lineal del comportamiento elástico de resonadores, según se mantenga constante la tensión, la corriente o la frecuencia. Se muestra la equivalencia entre los tres métodos, describiendo con detalle la implementación del último. La alteración de la impedancia eléctrica en función de la corriente en el entorno de la frecuencia de resonancia es la mejor forma de expresar el comportamiento no lineal, permitiendo predecir la aparición de histéresis. La relación entre incrementos no lineales de la reactancia X y de la resistencia R se mantiene notablemente lineal, la dependencia de estas magnitudes con la corriente mecánica obedece a una ley potencial de exponente no entero. Para evitar el calentamiento inherente a las medidas con alta señal se propone la excitación por medio de trenes de onda o ráfagas, y el tratamiento posterior de la respuesta eléctrica y de la velocidad v, obtenidas durante el régimen estacionario. El método se aplica adecuadamente tanto a cerámicas PZT blandas como duras. Sus características elásticas se comparan con las características dieléctricas y piezoeléctricas no lineales, obteniendo una relación explicable por el predominio de los mecanismos extrínsecos sobre los intrínsecos.
