MACROMODEL OF A PIEZOELECTRIC TRANSDUCER WITH EXTENDED FUNCTIONALITY
Hryhorii Barylo, M. V. Brych, Yu. A. Shliusar, I. B. Zhyvytskyi, H. V. Boikachov, S. O. Pryshliak · Scientific notes of Taurida National V I Vernadsky University Series Technical Sciences · 2025
Національний університет «Львівська політехніка» Шлюсар Ю. А. Національний університет «Львівська політехніка» Живицький І. Б. Національний університет «Львівська політехніка» Бойкачов Г. В. Національний університет «Львівська політехніка» Пришляк С. О.Національний університет «Львівська політехніка» МАКРОМОДЕЛЬ П'ЄЗОЕЛЕКТРИЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА З РОЗШИРЕНОЮ ФУНКЦІОНАЛЬНІСТЮ У статті розглянуто теоретичні та прикладні аспекти побудови схемотехнічних макромоделей п'єзоелектричних перетворювачів, які широко використовуються у сенсорних пристроях для задач ультразвукової діагностики, контролю середовища, безконтактного вимірювання та систем структурного моніторингу.Проаналізовано сучасні тенденції розвитку сенсорних технологій, що базуються на п'єзоелектричних елементах, і виділено основні фактори дестабілізації їх функціонування: температурні флуктуації, часову деградацію, релаксаційні процеси, зволоження, механічні впливи, радіаційне навантаження, а також широкий спектр шумових завад, які ускладнюють точну інтерпретацію результатів.Показано, що класичні SPICE-моделі, зокрема ті, які побудовані на основі ідеалізованих параметрів резонансних контурів, не забезпечують належної адекватності у моделюванні реального функціонування сенсорів в умовах довготривалого навантаження та складного середовища.Запропоновано нову SPICE-сумісну макромодель п'єзоелектричного перетворювача Piezoelectric Transducer SPICE Macromodel, яка враховує вплив зовнішніх і внутрішніх чинників на процес формування вимірювального сигналу.Структурно модель містить два функціональні блоки: Signal Formation Unit, який моделює процеси спотворення, амплітудної модуляції, релаксації, температурного дрейфу, шумів і затримок; та Equivalent Circuit Unit, що відтворює резонансні властивості перетворювача, зокрема добротність, внутрішню ємність і частотну характеристику.У моделі використано вбудовані компоненти сучасних SPICE-систем: Amplitude Modulator Macro, Noise Source Macro, Delay T, температурні коефіцієнти TC1, TC2, TCE, а також універсальне джерело струму NFI з формульною специфікацією.Це дозволяє реалізувати точне й адаптивне моделювання фізичних процесів, які відбуваються при поширенні та реєстрації ультразвукових хвиль у складних умовах.Результати дослідження можуть бути використані при створенні надійних сенсорних систем для роботи в агресивному середовищі, систем охоронного призначення, автономних вимірювальних пристроїв з функціями самодіагностики, а також у галузях біомедичних технологій, промислової автоматизації та екологічного моніторингу.