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Este trabajo muestra el diseño, fabricación y caracterización de dos sensores piezoeléctricos tipo anillo concéntrico para la medición de la densidad y la viscosidad de líquidos. La medición de la impedancia eléctrica se realizo en el laboratorio, usando un montaje experimental que excita el sensor con un voltaje sinusoidal y mide la caída de voltaje en el piezoeléctrico y la corriente en una resistencia de carga. Los sensores fueron modelados numéricamente por el método de los elementos finitos (MEF). La curva de impedancia eléctrica obtenida por MEF fue comparada con la curva experimental, mostrando buena concordancia. La simulación numérica permitió ver el patrón de vibración del sensor a determinada frecuencia, lo que proporciona una idea clara del movimiento del sensor y del fluido en la cavidad. Un modelo reportado en la literatura fue usado para obtener la densidad y viscosidad del liquido a partir de la frecuencia de resonancia y el factor de calidad medidos. Fueron testadas muestras de cuatro aceites y agua. Los resultados mostraron que los sensores permiten medir la densidad con buena exactitud, pero no tienen la sensibilidad requerida para medir la viscosidad This work shows the design, manufacture and characterization of two concentric ring-type piezoelectric sensors for measuring the density and viscosity of liquids. The measurement of the electrical impedance was performed in the laboratory, using an experimental setup that excites the sensor with a sinusoidal voltage and measures the voltage through the piezoelectric material and the current in a load resistor. The sensors were also numerically modeled by finite element method (FEM). The electrical impedance curve obtained by FEM was compared to the experimental curve, showing good agreement. The numerical simulation allowed to figure out the vibration pattern of the sensor at a certain frequency, which provides a clear idea of the sensor and fluid movement in the cavity. A model reported in the literature was used to obtain the density and viscosity of the liquid from the resonance frequency and the quality factor measured. Samples of four oils and water were tested. The results showed that the sensors allow measuring density with good accuracy, but do not have the sensitivity required to measure viscosity Proyecto de grado (Ingeniero Mecánico) -- Universidad Autónoma de Occidente, 2020 Pregrado Ingeniero(a) Mecánico(a)

Se reporta la respuesta fotoacústica de un sensor piezoeléctrico que fue irradiado con pulsos láser de longitudde onda de 1064 nm y distinta energía emitidos por un láser Nd:YAG. La medida de la energía de los pulsoslaser se hizo con un medidor, marca Newport modelo 1936-R con sensor piroeléctrico y las señales fotoacústicascon un osciloscopio Tektronix, modelo DPO3054 de 500 MHz. Experimentalmente se encontró una dependencialineal entre la intensidad de la señal fotoacústica del sensor piezoeléctrico y la energía del pulso laser. La sensibilidadde la respuesta fotoacústica del sensor fue dependiente de la placa protectora. Para placas de aluminio y aluminiopintado de negro fueron (6.52 ± 0.06)mV/mJ y (51.2 ± 1.5)mV/mJ respectivamente. Se concluyó que este tipo de sensor piezoeléctrico es muy sensible a los cambios de energía de láseres pulsados de 1064 nm, su respuesta es directamente proporcional a la energía incidente, es apropiado para mediciones de energía de láseres pulsados en tiempo real y, no se ve afectado por ruidos acústicos ni condiciones de iluminación del laboratorio. We report the photoacoustic response of a piezoelectric sensor that was irradiated with laser pulses of wavelength of 1064 nm and different energy emitted by an Nd:YAG laser. The measurement of laser pulse energy was done with a meter, Newport model 1936-R with pyroelectric sensor and the photoacoustic signals with a Tektronix oscilloscope, model DPO3054 of 500 MHz. Experimentally, we found a linear dependence between the intensity of the photoacoustic signal of the piezoelectric sensor and the energy of the laser pulse. The sensitivity of the photoacoustic response of the sensor was dependent on the protective plate. For aluminum and aluminum plates painted black were (6.52 ± 0.06)mV/mJ and (51.2 ± 1.5)mV/mJ respectively. It was concluded that this type of piezoelectric sensor is very sensitive to the energy changes of 1064 nm pulsed lasers, its response is directly proportional to the incident energy, it is suitable for energy measurements of lasers pulsed in real time and it is not seen affected by acoustic noises or lighting conditions of the laboratory.

Optoacoustic imaging is a hybrid technique with a rapid evolution within the area of biomedical imaging. It combines the rich and versatile optical contrast with the high spatial resolution associated with the low-dispersion ultrasonic wave propagation nature. Its application raises a series of difficult problems that require further developments. One of them, the objective of this work, is to analyze how the optoacoustic image reconstruction algorithms are affected by the use of non-ideal (real) broadband sensors. In particular, as an original contribution, we study the case of integrating ultrasonic sensors based on piezoelectric polymer thin films. In order to achieve this, a temporary back-projection algorithm was implemented for line detectors. Then, using a parametric model for this type of sensors, we studied the influence of the use of a real device on the efficiency of the implemented algorithm., La obtención de imágenes optoacústicas es una técnica híbrida con una rápida evolución dentro del área de imágenes biomédicas. Ésta se beneficia tanto del rico y versátil contraste óptico como de la alta resolución espacial asociada con la naturaleza de baja dispersión de propagación de las ondas ultrasónicas. Su aplicación plantea una serie de difíciles problemas que exigen ulteriores desarrollos. Uno de ellos, el objetivo de este trabajo, es analizar cómo afecta a los algoritmos de reconstrucción de imágenes optoacústicas el uso de sensores no ideales (reales) de banda ancha. En particular, como aporte original, se estudia el caso de los sensores ultrasónicos extensos basados en películas delgadas de polímeros piezoeléctricos. Para lograr esto, se implementó un algoritmo de retroproyección temporal para detectores lineales. Luego, usando un modelo paramétrico para este tipo de sensores, se estudió la influencia del uso de un dispositivo real sobre la eficiencia del susodicho algoritmo.

This paper presents the implementation and electric characterization of a broadband piezoelectric polymer sensor with linear geometry based on a thin film of polyvinylidene fluoride. The electrical impedance of the sensor was measured as a function of frequency, and it was found that the polymer was practically not altered by the sensor fabrication process. Also, the sensor frecuency response with a transimpedance amplifier was measured. Due to the high electrical capacitance of the device, a large reduction of the system broadband was found., En este trabajo se presenta la implementación y caracterización eléctrica de un sensor polimérico piezoléctrico de banda ancha con geometría lineal, basado en una película delgada de fluoruro de polivinilideno. Se midió la impedancia eléctrica del sensor en función de la frecuencia, encontrándose que el polímero prácticamente no fue alterado por el proceso de fabricación del sensor. Además, se estudió la respuesta en frecuencia del sensor con un amplificador de transimpedancia, observándose una marcada reducción del ancho de banda del sistema debida a la elevada capacitancia del dispositivo.