Резонансні властивості п'єзоелектричного гіроскопічного сенсора на об'ємних хвилях зсуву
DOI:
https://doi.org/10.17721/1812-5409.2026/1.21Ключові слова:
хвилі зсуву, п'єзоелектричний ефект, резонанс, сили Коріоліса, хвильові гіроскопиАнотація
Розроблено математичну модель п'єзоелектричного гіроскопічного сенсора на об'ємних акустичних хвилях зсуву, що поширюються за товщиною шару із п'єзоелектричною анізотропією, перпендикулярною до навантажувального електричного поля. Шар обертається навколо перпендикулярної до його бічних граней осі, а збуджувані зсувні хвилі мають властивості Коріолісової дисперсії. Отримані спряжені рівняння руху є одновимірними за товщиною шару лише у разі відсутності механічних сил на границях та однорідних умов електричного навантаження.
Побудовано аналітичний розв'язок задачі, отримано точні формули розподілів напружень і переміщень за товщиною шару в біжучих зсувних хвилях, що мають еліптичну поляризацію зв'язаних компонентів у серединній площині. Відповідно до точного розв'язку для товщинної компоненти поля зміщених зарядів отримано вираз для функції струму провідності в зовнішньому колі та побудовано амплітудно-частотну характеристику гіроскопічного сенсора на первинній (збуджуваній) та вторинній (сенсорній) модах. Визначено, що на першому основному резонансі шару ефективність збуджуваної моди становить близько 24 %, а ефективність сенсорної моди – близько 1,8 % за значення нормованої кутової швидкості порядку 0,01.
Посилання
Berlincourt, D. A., Curran, D. R., & Jaffe, H. (1964). Piezoelectric and piezomagnetic materials and their function in transducers. In: Physical Acoustics, Mason, W.P. Ed. Academic Press.
Gribkova, E., Peregudov, A., & Shevelko, M. (2011). Theoretical and experimental researches of bulk acoustic wave's availability in angular motion sensors. Proceedings of the IEEE-R. North West section, 1, 69–72.
Grinchenko, V. T., Ulitko, A. F., & Shulga, N. A. (1989). Electroelasticity. In Mechanics of Coupled Fields in Structural Elements (Vol. 5). Naukova Dumka [in Russian].
Liu, Z., Long, Y., Wehner, C., Wen, H., & Ayazi, F. (2024). 4H silicon carbide bulk acoustic wave gyroscope with ultra-high Q-factor for on-chip inertial navigation. Communications Engineering, 3(87), 1–9. https://doi.org/10.1038/s44172-024-00234-z
Sarapuloff, S. A. (2013). Polarization precession effects for shear elastic waves in rotated solids. Journal of Korean Society. for Noise and Vibration Engineering (KSNVE), 4, 842–848.
Sarapuloff, S. A., & Ulitko, I. A. (2001). Rotation influence upon bulk waves in an elastic medium and their usage in solid-state gyroscopy. Gyroscopy & Navigation, 4(35), 62–70.
Shoenberg, M., & Censor, D. (1973). Elastic waves in rotating media. Quarterly Applied Mathematics, 31(4), 115–125. https://doi.org/10.1090/QAM/99708
Ulitko, A. F. (1977). Theory of electromechanical energy conversion in nonuniformly deformable piezoceramics. Soviet Applied Mechanics, 13(10), 1055–1062. https://doi.org/10.1007/BF00883190
Ulitko, I. A. (1995). Dispersion of plane harmonic waves in uniformly rotating elastic space. Reports NAS Ukraine, 1, 54–57 [in Russian].
Yang, Y., Dejous, C., & Hallil, H. (2023). Trends and applications of surface and bulk acoustic wave devices. Micromachines, 14(43), 2–21. https://doi.org/10.3390/mi14010043
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Іgor Ulitko, Oleksandr Boryseiko, Iryna Lebedyeva, Oleksandr Kurylko
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, роботи яких публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- Автори зберігають авторські права та надають журналу право на першу публікацію роботи, яка одночасно ліцензується згідно із Creative Commons Attribution License, тобто надається дозвіл іншим ділитися роботою з визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
- Автори можуть укладати окремі додаткові угоди щодо невиключного розповсюдження опублікованої журналом версії роботи (наприклад, розмістити її у репозитарії наукової установи чи опублікувати у книзі) з підтвердженням її початкової публікації у цьому журналі.
- Дозволяється та заохочується розміщення своїх робіт в мережі Інтернет авторами (наприклад, у репозитаріях наукових установ або на особистих веб-сторінках) до та під час процесу подання, оскільки це може призвести до продуктивного обміну, а також до більш ранніх цитувань опублікованої роботи та їх більшої кількості (див. The Effect of Open Access).
