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24 de junio de 2021
Publicaciones
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Artículo

A virtual instrument for measuring the piezoelectric coefficients of a thin disc in radial resonant mode

Publicado en: SENSORS. 21 (12): 4107-4107 - 2021-06-01 21(12), DOI: 10.3390/s21124107

Autores:

Jiménez, FJ; González, AM; Pardo, L; Vázquez-Rodríguez, M; Ochoa, P; González, B
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Afiliaciones

CSIC - Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) - Autor o Coautor
CSIC, Inst Ciencia Mat Madrid ICMM, C Sor Juana Ines de la Cruz,3 Cantoblanco, Madrid 28049, Spain - Autor o Coautor
Escuela Tecnica Superior de Ingenieria y Sistemas de Telecomunicacion, Universidad Politecnica de Madrid - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid, Escuela Tecn Super Ingn & Sistemas Telecomunicac, Dept Elect Fis Ingn Elect & Fis Aplicada, Madrid 28031, Spain - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid, Escuela Tecn Super Ingn & Sistemas Telecomunicac, Dept Ingn Telemat & Elect, Madrid 28031, Spain - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid, Escuela Tecn Super Ingn & Sistemas Telecomunicac, Madrid 28031, Spain - Autor o Coautor
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Resumen

In this paper, we describe and present a Virtual Instrument, a tool that allows the determination of the electromechanical, dielectric, and elastic coefficients in polarised ferroelectric ceramic discs (piezoceramics) in the linear range, including all of the losses when the piezoceramics are vibrating in radial mode. There is no evidence in the recent scientific literature of any automatic system conceived and implemented as a Virtual Instrument based on an iterative algorithm issued as an alternative to solve the limitations of the ANSI IEEE 176 standard for the characterisation of piezoelectric coefficients of thin discs in resonant mode. The characterisation of these coefficients is needed for the design of ultrasonic sensors and generators. In 1995, two of the authors of this work, together with other authors, published an iterative procedure that allowed for the automatic determination of the complex constants for lossy piezoelectric materials in radial mode. As described in this work, the procedures involved in using a Virtual Instrument have been improved: the response time for the characterisation of a piezoelectric sample is shorter (approximately 5 s); the accuracy in measurement and, therefore, in the estimates of the coefficients has been increased; the calculation speed has been increased; an intuitive, simple, and friendly user interface has been designed, and tools have been provided for exporting and inspecting the measured and processed data. No Virtual Instrument has been found in the recent scientific literature that has improved on the iterative procedure designed in 1995. This Virtual Instrument is based on the measurement of a unique magnitude, the electrical admittance (Y = G + iB) in the frequency range of interest. After measuring the electrical admittance, estimates of the set of piezoelectric coefficients of the device are obtained. The programming language used in the construction of the Virtual Instrument is LabVIEW 2019®.
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Palabras clave

labview 2019(r)lossespiezoceramicsresonatorsvirtual instrumentationConstantsLabview 2019®PiezoceramicsPiezoelectric sensorsResonatorsVirtual instrumentation

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista SENSORS debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia Scopus (SJR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2021, se encontraba en la posición , consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Instrumentation.

Independientemente del impacto esperado determinado por el canal de difusión, es importante destacar el impacto real observado de la propia aportación.

Según las diferentes agencias de indexación, el número de citas acumuladas por esta publicación hasta la fecha 2026-04-27:

  • Open Alex: 3
  • WoS: 1
  • Scopus: 2
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Impacto y visibilidad social

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
  • Asignación de un Handle/URN como identificador dentro del Depósito en el Repositorio Institucional: https://oa.upm.es/92858/

Como resultado de la publicación del trabajo en el repositorio institucional, se han obtenido datos estadísticos de uso que reflejan su impacto. En términos de difusión, podemos afirmar que, hasta la fecha

  • Visualizaciones: 38
  • Descargas: 16
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Primer Autor (VAZQUEZ RODRIGUEZ, MANUEL) y Último Autor (GONZÁLEZ FERNÁNDEZ, BERNARDINO JOSÉ).

los autores responsables de establecer las labores de correspondencia han sido JIMENEZ MARTINEZ, FRANCISCO JAVIER y VAZQUEZ RODRIGUEZ, MANUEL.

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Objetivos del proyecto

Los objetivos perseguidos en esta aportación son describir y presentar un Instrumento Virtual para la determinación automática de los coeficientes electromeánicos, dieléctricos y elásticos en discos cerámicos piezoeléctricos polarizados en modo resonante radial; mejorar los procedimientos previos para reducir el tiempo de respuesta a aproximadamente 5 segundos; aumentar la precisión en la medición y estimación de los coeficientes; incrementar la velocidad de cálculo; diseñar una interfaz de usuario intuitiva y amigable; y proporcionar herramientas para la exportación e inspección de los datos medidos y procesados, todo ello implementado en LabVIEW 2019®.
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Resultados más relevantes

Los resultados más relevantes de esta aportación incluyen: la implementación de un Instrumento Virtual que permite determinar coeficientes electromeánicos, dieléctricos y elásticos en discos piezoeléctricos polarizados en modo resonante radial; la mejora del tiempo de respuesta para la caracterización a aproximadamente 5 segundos; el aumento de la precisión en la medición y estimación de coeficientes; la aceleración en la velocidad de cálculo; y el desarrollo de una interfaz de usuario intuitiva y herramientas para exportar e inspeccionar datos. Este Instrumento Virtual, programado en LabVIEW 2019®, se basa en la medición de la admitancia eléctrica (Y = G + iB) y supera las limitaciones del estándar ANSI IEEE 176 y del procedimiento iterativo publicado en 1995.
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