Optimisation of the parameters of the matching layer of a piezoelectric transducer by the finite element method
Keywords:
ultrasound, piezoelectric transducer, designs, matching layer, modelling, finite element methodAbstract
A methodology for finding the optimal parameters of the matching layer of a piezoelectric transducer designed to convert and receive ultrasonic vibrations in a gas is presented. As a way to optimise the parameters of the matching layer, modelling of a piezoelectric transducer by the finite element method using the COMSOL Multiphysics software package is used. Models of a piezoelectric transducer are presented and optimisation of the parameters of the matching layer is implemented in order to increase the efficiency of electrical signal conversion into ultrasonic vibrations and vice versa. The obtained models allow to estimate the frequency characteristics of a piezoelectric transducer and to analyse the efficiency of mutual conversion of electrical and ultrasonic energy, as well as the process of propagation of ultrasonic waves. It is shown that the finite element modelling method allows to establish requirements for the material and geometry of the matching layer of a piezoelectric transducer, and a slight complication of the model makes it possible to predict the operation of piezoelectric transducers in the mode of radiation and reception of ultrasonic signals in a gas environment during the design and manufacture of prototypes.
References
- Богуш МВ. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе пространственных электротермоупругих моделей. Панич АЕ, редактор. Москва: Техносфера; 2014. 312 с. (Пьезоэлектрическое приборостроение; том 9).
- Богуш МВ, Пикалев ЭМ. Ультразвуковые излучатели – приемники для газа. В: Фундаментальные проблемы функционального материаловедения, пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий. Пьезотехника-2005. Сборник трудов Международной научно-практической конференции; 23–26 августа 2005 г.; Ростов-на-Дону, Азов, Россия. Том 3. Ростов-на-Дону: Издательство Ростовского государственного педагогического университета; 2005. с. 13–17.
- Богуш МВ. Проектирование пьезоэлектрических датчиков с использованием конечно-элементных математических моделей. Приборы. 2007;12:30–38. EDN: IJCXUR.
- Дедович НН, Романов АФ. Моделирование элементов конструкции пьезоэлектрического преобразователя методом конечных элементов. В: Свистун АИ, Гусев ОК, Воробей РИ, Жагора НА, Князев МА, Маляревич АМ и др., редакторы. Приборостроение-2024. Материалы 17-й Международной научно-технической конференции; 26–29 ноября 2024 г.; Минск, Беларусь. Минск: [б. и.]; 2024. с. 44–46.
- Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. Картвелишвили ВМ, переводчик; Баничук НВ, редактор. Москва: Мир; 1984. 428 с.
- Стренг Г, Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. Агошков ВИ, Василенко ВА, Шайдуров ВВ, переводчики; Марчук ГИ, редактор. Москва: Мир; 1977. 350 с.
- Дедович НН, Романов АФ. Оптимизация элементов конструкции пьезоэлектрического преобразователя методом конечных элементов. В: Свистун АИ, Гусев ОК, Воробей РИ, Жагора НА, Князев МА, Маляревич АМ и др., редакторы. Приборостроение-2024. Материалы 17-й Международной научно-технической конференции; 26–29 ноября 2024 г.; Минск, Беларусь. Минск: [б. и.]; 2024. с. 42–44.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Journal of the Belarusian State University. Physics

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
The authors who are published in this journal agree to the following:
- The authors retain copyright on the work and provide the journal with the right of first publication of the work on condition of license Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- The authors retain the right to enter into certain contractual agreements relating to the non-exclusive distribution of the published version of the work (e.g. post it on the institutional repository, publication in the book), with the reference to its original publication in this journal.
- The authors have the right to post their work on the Internet (e.g. on the institutional store or personal website) prior to and during the review process, conducted by the journal, as this may lead to a productive discussion and a large number of references to this work. (See The Effect of Open Access.)












