BUCHTÍK, J. Měření parametrů piezoelektrických snímačů klepání [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2024.
Cílem bakalářské práce bylo provést základní charakterizaci snímačů klepání založených na piezoelektrickém principu, s detailním zaměřením na ověření vlivu mechanického poškození aktivního prvku snímače a okolních vlivů jako je teplota. Student měl nejprve provést literární průzkum v oblasti využití snímačů klepání v praxi, dále navázat s popisem metod pro charakterizaci snímačů, především pak piezoelektrických aktivních prvků uvnitř snímače. Jednalo se především o metody měření elektrických parametrů piezoelektrických elementů. V praktické části student realizoval a popsal experimenty zaměřené na stanovení základních materiálových koeficientů u piezoelektrických vzorků, pomocí frekvenční metody a přímé metody měření. Následně ověřil vliv mechanického poškození piezoelementů na základní výstupní parametry jako je rezonanční kmitočet nebo kapacita elementu a celého snímače. Nakonec proměřil vliv změny teploty u využívaných piezoelektrických prstenců. Před odevzdáním bakalářské práce, která nenavazovala na předchozí semestrální projekt, se student dostal do mírného časového skluzu, což se následně projevilo ve zpracování části práce. Rozsah bakalářské práce je 53 stran i s přílohami a splňuje požadavky na bakalářskou práci. Ve své práci student splnil jednotlivé body zadání. Během semestru student využíval pravidelné konzultace. Práci doporučuji k obhajobě s hodnocením 78b (C).
Předložená práce je zaměřena na problematiku charakterizace snímačů založených na piezoelektrickém principu, v tomto konkrétním případě na piezoelektrické prstence využívané ve snímačích klepání. Zadání práce lze hodnotit z hlediska odborné i časové náročnosti jako středně náročné. Téma práce zahrnuje nastudování teoretických podkladů k využití piezoelektrických snímačů klepání z praktického hlediska, ale především jejich charakterizaci z hlediska elektrických parametrů. Práce je rozdělena do dvou kapitol a má celkově 53 stran. První kapitola obsahuje teoretický rozbor začínající praktickým využitím snímačů klepání v automobilovém průmyslu a u bioplynových stanic. Podkapitola 1.1. s popisem snímače klepání zahrnuje pouze vnitřní schéma zapojení s legendou a krátkým popiskem. Následující část je již zaměřena na samotné piezoelektrické materiály, zahrnující stručné rozdělení a náhradní schéma zapojení piezoelementu. Poté se již autor zaměřuje na metody měření jako je frekvenční metoda měření a přímá metoda pro stanovení nábojového koeficientu. Z výpočtů jsou zde uvedeny vztahy 1.1 až 1.3 pro výpočet rezonančních kmitočtů piezoelektrického prstence. Tyto rovnice jsou důležité při stanovení jednotlivých rezonancí u prstenců, proto bych je umístil ke vztahům pro vypočet rezonance u běžných tvarů jako je váleček, plátek nebo disk. V rovnicích 1.1 až 1.3 je využíván elastický koeficient, který ale není popsán v následující kapitole věnované počítaným parametrům. Po krátkém popisu měřicích metod je část práce věnována popisu jednotlivých koeficientů jako je piezoelektrický nábojový koeficient, frekvenční konstanta, elektromechanický koeficient. V této části bych očekával základní rozdělení na piezoelektrické, elastické a dielektrické koeficienty s následným zaměřením na koeficienty, které je možné stanovit z předložených piezoelektrických vzorků. Ve zmiňované kapitole 1.5 je uveden obrázek 1.11 vztažený k indexaci jednotlivých koeficientů, bohužel na něj není uveden odkaz v textu a podrobnější popis indexů také chybí. Druhá kapitola je již zaměřena na praktickou část bakalářské práce. Na úvod je zde krátce popsán měřicí postup s impedančním analyzátorem Wayne Kerr, současně je zde uveden seznam použitých piezoelektrických vzorků. Student si před charakterizací prstenců nejprve měření vyzkoušel na základní sadě vzorků ve tvaru disku, plátku a válečku, které pokryjí základní typy kmitů, jako jsou radiální a tloušťkové kmity u disku, příčně podélné kmity u plátku a podélné kmity u válečku. Pro tyto vzorky provedl student srovnání rezonančních kmitočtů získaných měřením a výpočtem na základě znalosti frekvenční konstanty. Současně provedl porovnání naměřených a teoretických hodnot kapacity. V praktických výpočtech kapacity piezoelementů je třeba sjednotit zápis proměnných. Permitivita, která je v definici proměnných v rovnici 1.6 na straně 23 značena symbolem pro permitivitu, je následně v praktické části uváděna jako velké K. V kapitole 2 bych očekával, že mimo použité metody budou vyjmenovány nejen měřené veličiny, ale též úvaha, podle kterých parametrů se dá vyhodnotit poškození snímače. Signál ze snímačů klepání se v praxi vyhodnocuje v oblasti jednotek až desítek kHz. Proto mi v práci chybí měření kmitočtové charakteristiky citlivosti snímače jako odezvy na mechanické kmitání. Na základě zkušeností získaných měřením na běžných vzorcích jsou proměřeny piezoelektrické prstence. Pro experimenty s prstenci je zvolena sada, která zahrnuje vzorky s různou úrovní prasklin, broušené vzorky a jako referenci nezlomený zdravý prstenec. Tato sada je měřena jak frekvenční metodou měření, tak přímou metodou pomocí d33 metru. Následně jsou piezoelementy upevněny do snímače klepání a jsou měřeny parametry celého snímače. Výsledkem je porovnání impedančních charakteristik nepoškozených a poškozených snímačů klepání. Poslední měření je zaměřené na vliv teploty na rezonanční kmitočty a kapacitu piezoelektrického prstence. Cílem práce bylo změřit a vyhodnotit elektricko-mechanické vlastnosti piezoelementů a průmyslových snímačů používaných pro sledování klepání motorů a analyzovat, jak určit poškozený snímač. Část zabývající se měřením splnila zadání. Student na základě provedených měření uvádí, že nemůže u zapouzdřeného snímače rozeznat, zda je vnitřní struktura v pořádku či nikoliv, ale nenabízí jak by se mohlo pokračovat v hledání metody pro odhalení poškozených snímačů. Práci doporučuji k obhajobě s hodnocením 64b (D).
eVSKP id 159835