Piezoelectric transducer design optimization

Abstract

To respond to the design of a torsion sensor into mechanical ultrasonic tissue applications, it is necessary to use FEM Finite Element Models. Through a simplified analytical model of torsion transducer, we determine the resonant frequency for a torque transducer ultrasonic waves. It is computationally validated. More specifically the idea is to refine and optimize the design to be applied to the detection of preterm birth identifying changes in the consistency of the cervical tissue through the shear modulus measurements. Therefore, a model with a disk transmitter and a ring receiver for easy accessibility was performed and sensitivity analysis to find the range of optimal design values with this application was calculated. Therefore, it is neces- sary to optimize the piezoelectric transducer model design regarding two types of parameters. On one hand the design parameters, and on the other hand the model parameters that characterize the specimen. The forward problem is obtained by performing a three-dimensional finite element simulation. The experimental measurements are simulated by adding a gaussian noise as a percentage of the RMS of the numerically predicted signals. In addition, a semi-analytical estimate of the probability of detection (POD) is developed to provide a rational criterion to optimize the experimental design.

Para responder al diseño de un sensor de torsión con aplicaciones a la mecánica tisular ultrasónica, es necesario el uso de modelos de elementos finitos FEM como procedimiento directo. A través de un modelo simplificado de análisis de transductor de torsión, se determina la frecuencia de resonancia que se valida computacionalmente. Más específicamente, la idea es refinar y optimizar el diseño que debe aplicarse a la detección de parto prematuro identificar los cambios en la consistencia del tejido del cuello uterino a través de medidas del módulo G . Por lo tanto, se elige un modelo con un disco transmisor y un anillo receptor para facilitar la accesibilidad en el diseño y se realizó un análisis de sensibilidad para encontrar el rango de valores óptimos con esta aplicación. Para optimizar el diseño del modelo del transductor piezoeléctrico con respecto a dos tipos de parámetros. Por un lado los parámetros de diseño, y por otra parte los parámetros del modelo que caracterizan la muestra. Las medi- ciones experimentales se simulan mediante la adición de un ruido gaussiano como un porcentaje de la RMS de las señales predichas numéricamente. Además, una estimación semi-analítica de la probabilidad de detección (POD) se ha desarrollado para proporcionar un criterio racional para optimizar el diseño experimental.