Active feedback-driven defect-band steering en cristales fónicos con defectos piezoeléctricos: un enfoque matemático
Autores: Jo, Soo-Ho
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Active feedback-driven defect-band steering en cristales fónicos con defectos piezoeléctricos: un enfoque matemático
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Cristales fónicos defectuosos
Energía de ondas elásticas
Sitios de defectos
Filtrado de banda estrecha
Maquinaria rotativa
Enfoque de retroalimentación activa
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
Los cristales fónicos defectuosos (PnCs) han atraído una atención significativa por su capacidad para localizar y amplificar la energía de ondas elásticas dentro de sitios defectuosos o para realizar filtrado de banda estrecha en frecuencias de banda defectuosa. La necesidad de características de defecto continuamente ajustables está impulsada por las frecuencias de excitación variables encontradas en maquinaria rotativa. Los métodos de ajuste convencionales, incluidos los condensadores o inductores negativos sintéticos integrados con defectos piezoeléctricos, están limitados a ajustes fijos, fuera de línea e incrementales. Para abordar estas limitaciones, el presente estudio propone un enfoque de retroalimentación activa que facilita la dirección en línea de amplio rango de bandas defectuosas en un PnC unidimensional. Cada defecto está equipado con un par de sensores y actuadores piezoeléctricos, gobernados por tres ganancias de retroalimentación ajustables de forma independiente: desplazamiento, velocidad y aceleración. Las señales de sensor en tiempo real se transmiten a un controlador proporcional multivariable, que modula dinámicamente la rigidez electroelástica local a través de los actuadores. Esto resulta en desplazamientos continuos de la frecuencia de banda defectuosa en todo el intervalo de bandas prohibidas, junto con una modulación de sensibilidad a pedido. El modelo analítico que incorpora estas ganancias de retroalimentación ha demostrado lograr un nivel de acuerdo con los puntos de referencia de COMSOL que supera el 99%, al mismo tiempo que reduce el tiempo de cálculo de horas a segundos. Las ganancias controladas por desplazamiento y aceleración producen desplazamientos predecibles, monótonos hacia arriba o hacia abajo en la frecuencia de banda defectuosa, mientras que la ganancia controlada por velocidad permite el ajuste de sensibilidad sin deriva de frecuencia. Además, la operación de ganancia combinada permite el ajuste simultáneo tanto de la frecuencia central como de la sensibilidad de filtrado, facilitando así una reconfiguración remota instantánea de filtros de paso de banda. Este marco establece una nueva clase de dispositivos ultrasónicos ágiles y adaptativos con aplicaciones en imágenes ultrasónicas, monitoreo de salud estructural y gestión de pronósticos y salud.
Descripción
Los cristales fónicos defectuosos (PnCs) han atraído una atención significativa por su capacidad para localizar y amplificar la energía de ondas elásticas dentro de sitios defectuosos o para realizar filtrado de banda estrecha en frecuencias de banda defectuosa. La necesidad de características de defecto continuamente ajustables está impulsada por las frecuencias de excitación variables encontradas en maquinaria rotativa. Los métodos de ajuste convencionales, incluidos los condensadores o inductores negativos sintéticos integrados con defectos piezoeléctricos, están limitados a ajustes fijos, fuera de línea e incrementales. Para abordar estas limitaciones, el presente estudio propone un enfoque de retroalimentación activa que facilita la dirección en línea de amplio rango de bandas defectuosas en un PnC unidimensional. Cada defecto está equipado con un par de sensores y actuadores piezoeléctricos, gobernados por tres ganancias de retroalimentación ajustables de forma independiente: desplazamiento, velocidad y aceleración. Las señales de sensor en tiempo real se transmiten a un controlador proporcional multivariable, que modula dinámicamente la rigidez electroelástica local a través de los actuadores. Esto resulta en desplazamientos continuos de la frecuencia de banda defectuosa en todo el intervalo de bandas prohibidas, junto con una modulación de sensibilidad a pedido. El modelo analítico que incorpora estas ganancias de retroalimentación ha demostrado lograr un nivel de acuerdo con los puntos de referencia de COMSOL que supera el 99%, al mismo tiempo que reduce el tiempo de cálculo de horas a segundos. Las ganancias controladas por desplazamiento y aceleración producen desplazamientos predecibles, monótonos hacia arriba o hacia abajo en la frecuencia de banda defectuosa, mientras que la ganancia controlada por velocidad permite el ajuste de sensibilidad sin deriva de frecuencia. Además, la operación de ganancia combinada permite el ajuste simultáneo tanto de la frecuencia central como de la sensibilidad de filtrado, facilitando así una reconfiguración remota instantánea de filtros de paso de banda. Este marco establece una nueva clase de dispositivos ultrasónicos ágiles y adaptativos con aplicaciones en imágenes ultrasónicas, monitoreo de salud estructural y gestión de pronósticos y salud.