Koncepcja i analiza sensora/aktuatora piezoelektrycznego do pomiaru procesu starzenia się ludzkiej skóry

• Autorzy: Sienkiewicz Ł. , Rouchon J.-F. , Ronkowski M.

Warianty tytułu

EN

Design and Analysis of a Piezoelectric Resonant Sensor/Actuator for Measuring the Aging Process of Human Skin

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejszy artykuł przedstawia nową koncepcję piezoelektrycznego sensora/aktuatora przeznaczonego do pomiaru właściwości mechanicznych tkanek miękkich a w szczególności skóry ludzkiej. Wyjaśnione jest analityczne podejście z wykorzystaniem schematu zastępczego Mason’a określającego aktuator w stanie rezonansu oraz opis metody impedancji elektromechanicznej wykorzystanej w systemie pomiarowym. Analiza z użyciem metody elementów skończonych jest przedstawiona w celu oceny wybranej struktury sensora/aktuatora. Zaproponowana metoda pomiaru jest zweryfikowana eksperymentalnie za pomocą prototypu sensora/aktuatora typu bimorph.

EN

This paper is devoted to a new conception of a piezoelectric sensor/actuator designed for the characterization of mechanical properties of the human skin. An theoretical analytical approach is shown In order to establish the link between the electromechanical Mason diagram obtained for a resonance frequency and the contact stiffness calculated with the Hertz’s theory. A finite element method analysis is then presented in order to assess the performance of the chosen topology of piezoelectric sensor/actuator. Finally, the proposed method of impedance characterization is verified experimentally by a prototype of bimorph sensor/actuator.

Słowa kluczowe

PL

impedancja elektromechaniczna; piezoelektryczność; sensor/aktuator

EN

electromechanical impedance; piezoelectricity; sensor/actuator

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 4(100), cz. 2
• Strony: 83--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Sienkiewicz Ł.

• Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych, Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

autor

Rouchon J.-F.

• INP-LALPLACE, Toulouse, France

autor

Ronkowski M.

• Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych, Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

Bibliografia

• [1] Dalessandro L., Rosato D.: Finite-Element Analysis of the Frequency Response of a Metallic Cantilever Coupled With a Piezoelectric Transducer. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement cz. 54, nr. 5, 2005, s. 1881-1891
• [2] Ling S-F., Xie Y.: Detecting mechanical impedance of structures using the sensing capability of a piezoceramic inertial actuator. Sensors and Actuators cz. A93, 2011, s. 243-249
• [3] Nima Mahmoodia S., Daqaqb M. F., Jalili N.: On the nonlinear-flexural response of piezoelectrically driven microcantilever sensors. Sensors and Actuators cz. A153, 2009 s. 171-179
• [4] Norris A. N.: Impedance of a sphere oscillating in an elastic medium with and without slip. Journal of the Acoustical Society of America cz. 119, nr. 4, 2006, s. 2062-2066
• [5] Pailler-Mattei C., Bec S., Zahouani H.: In vivo measurements of the elastic mechanical properties of human skin by indentation tests. Medical Engineering & Physics cz. 30, 2008, s. 599-606
• [6] Sharapov V.: Piezoceramic Sensors. Microtechnology and MEMS, 2011, Springer
• [7] Suresh K., Uma G., Umapathy M.: Design of a resonance-based mass sensor using a selfsensing piezoelectric actuator. Smart Materials and Structures cz. 21, 2012, s. 025015-025021
• [8] Wiertlewski M., Lozada J., Hayward V.: The Spatial Spectrum Of Tangential Skin Displacement Can Encode Tactual Texture. IEEE Transactions on Robotics cz. 27, 2011, s. 461-472