Two-Parameter Measuring Transducers with Ratiometric Output Based on composite Piezoelectric Transformers
УДК 535.3:621.317.2
Abstract
The study presents the results of a com-parative analysis of the metrological characteristics related to the various construction options for two-parameter measuring piezoelectric transducers with a ratiometric output. The research is carried out using simulation modeling methods. Structurally, the measuring transducer is a composite piezoelectric transformer with two degrees of freedom. The sensitive element of the transducer can be a vibrator or a coupling element between resonators. When changing the parameters of the sensing element, there is a redistribution of vibrational energy across the degrees of freedom, depending on the nature of interactions and the level of coupling in the system, the goodness of the resonators, and the degree of their natural frequencies detuning. The output signal is generated using the ratio of output voltages of two piezoelectric transformers excited at the same frequency or the ratio of output voltages from one piezoelectric transformer alternately excited at two different frequencies. Specific coupled oscillation modes in the system allow implementing the adjustable necessary sensitivity mechanism for a sensor. Appropriate methods of generating the sensor output
Downloads
References
Шарапов В.М., Минаев И.Г., Сотула Ж.В. и др. Пьезокерамические трансформаторы и датчики. Черкасы: Вертикаль. 2010. 278 с.
Низаметдинов А.М. Измерение добротности и собственной частоты колебательной системы вибровискозиме-трического датчика. // Датчики и системы. 2016. № 10. С. 15-20.
Heinisch M., Voglhuber-Brunnmaier Т., Reichel E. K. et al. Reduced Order Models for Resonant Viscosity and Mass Density Sensors // Sensors and Actuators A: Physical. 2014. Vol. 220. P. 76-84. DOI: 10.1016/j.sna.2014.09.006
Hadidi S., Hassanzadeh A., A Novel Self-Powered, High-Sensitivity Piezoelectric Vibration Sensor Based on Piezoelectric Combo Effect // IEEE Sensors Journal. 2023. Vol. 23. No 21. P. 25797-25803. DOI: 10.1109/JSEN.2023.3317445
Lee C. K., Hsu Y. H., Hsiao W. H. et al. Electrical and Mechanical Field Interactions of Piezoelectric Systems: Foundation of Smart Structures-Based Piezoelectric Sensors and Actuators, and Free-Fall Sensors // Smart Materials and Structures. 2004. Vol. 13. No 5. P 1090. DOI: 10.1088/0964-1726/13/5/015
Соломин Б.А., Низаметдинов А.М., Черторийский А.А. и др. Миниатюрный вибровискозиметрический датчик повышенной чувствительности и быстродействия // Датчики и системы. 2015. № 7. С. 35-39.
Spletzer M., Raman A., Wu A. Q. et al. Ultrasensitive Mass Sensing Using Mode Localization in Coupled Microcantilevers // Applied Physics Letters. 2006. Vol. 88. No 25. P. 254102-1254102-3. DOI: 10.1063/1.2216889
Янчич В.В., Панич А.Е., Янчич Вл.В. О возможности реализации интегрированных многофункциональных преобразователей пьезоэлектрических датчиков физических величин // VII Междунар. науч.-технич. конф. «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий» : сб. тр. Ростов-н/Д.: Изд-во ЮФУ 2010. С. 129-132.
Янчич В.В., Панич А.Е., Янчич Вл.В. Перспективы применения интегрированных многофункциональных преобразователей в пьезоэлектрических датчиках механических величин // Инженерный вестник Дона. 2010. № 3 (13). С. 172-174.
Янчич В.В., Янчич Вл.В. Преобразователи пьезоэлектрических датчиков механических величин (конструкции и пути развития). Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing. 2013. 142 с.
Янчич В.В., Панич А.Е. Управление характеристиками пьезоэлектрических датчиков с интегрированными многофункциональными преобразователями // Матер. V Междунар. конф. «Геоинформационные технологии и космический мониторинг». Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2012. С. 329-334.
Янчич Вл.В., Панич А.Е. Двухпараметровый пьезоэлектрический преобразователь // Междунар. молодежная научн. конф. «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения» : сб. тр. Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2013. С. 179-180.
Митько В.Н., Крамаров Ю.А., Панич А.А. Математическое моделирование физических процессов в пьезоэлектрическом приборостроении : монография. Пьезоэлектрическое приборостроение. Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2009. Т. 6. 240 с.
Богуш М.В. Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации. Пьезоэлектрическое приборостроение : сб. в 3 т. Т. 3. Ростов н/Д.: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006. 346 с.
Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера, 2006. 632 с.
Седалищев В.Н. Пьезотрансформаторные измерительные преобразователи : монография. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2015. 167 с.
SedalischevV.N., Sergeeva Ia.S., Simulation Of Measuring Transducers Based On Interconnected Piezoresonators // X International Conference on High-Performance Computing Systems and Technologies in Scientific Research, Automation of Control and Production (HPCST) 2020. Barnaul, 24-25 April 2020. / IOP Publishing. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1615. Article: 012030. DOI: 10.1088/17426596/1615/1/012030
Sedalishchev V.N., Sergeeva Ia.S., Strahatov D.O. Simulation Modeling of Composite Piezotransformer Measuring Transducer with Differential Output // XI International Conference on High-Performance Computing Systems and Technologies in Scientific Research, Automation of Control and Production (HPCST) 2021. Barnaul, 21-22 May 2021. / IOP Publishing. Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2142, Article: 012018. DOI: 10.1088/1742-6596/2142/ 1/012018
Copyright (c) 2025 Виктор Николаевич Седалищев, Роман Владимирович Краев, Алексей Валерьевич Сеулеков, Сергей Владимирович Умбетов

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).



