Made available in DSpace on 2014-10-09T12:30:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01112.pdf: 4081809 bytes, checksum: 8bc8c990027f72b27ae11db41cc3b5b6 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by RICARDO ZANNI MENDES DA SILVEIRA null (ricazanni@gmail.com) on 2017-06-07T16:11:41Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Mestrado_Eng_Eletrica_Ricardo_Zanni_2017.pdf: 2344048 bytes, checksum: b519ada02ffab82aa4fa7f014877a9a4 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-06-07T16:26:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silveira_rzm_me_bauru.pdf: 2344048 bytes, checksum: b519ada02ffab82aa4fa7f014877a9a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-07T16:26:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silveira_rzm_me_bauru.pdf: 2344048 bytes, checksum: b519ada02ffab82aa4fa7f014877a9a4 (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Transdutores piezelétricos são amplamente utilizados em muitos métodos não destrutivos para a detecção de danos estruturais em aplicações de monitoramento de integridade estrutural ou SHM (Structural Health Monitoring). Dentre os vários métodos não destrutivos, a técnica da impedância eletromecânica (E/M) é conhecida por utilizar cerâmicas piezelétricas pequenas e finas que desempenham simultaneamente as funções de atuador e sensor. O método convencional de instalação dessas cerâmicas piezelétricas na estrutura é utilizando um adesivo de alta rigidez como cola a base de epóxi ou cianoacrilato. No entanto, alguns estudos propõem métodos alternativos de instalação do transdutor, visando a sua reutilização ou que permitam o monitoramento em condições adversas sob as quais a instalação direta do sensor não seria possível. Assim, esta dissertação de mestrado apresenta uma análise experimental comparativa entre os principais métodos de acoplamento entre o transdutor piezelétrico e a estrutura monitorada em sistemas de SHM baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Os acoplamentos dos transdutores piezelétricos foram realizados pelos métodos da instalação direta, também conhecida como instalação convencional, por acoplamento magnético e lâminas de alumínio. O transdutor utilizado para os métodos de acoplamento foi o diafragma piezelétrico, comumente conhecido como buzzer. Testes com os três métodos de instalação foram realizados em estruturas de alumínio e o dano estrutural foi induzido por meio de adição de massa metálica (porca de aço), fixada diretamente na estrutura com cola a base de cianoacrilato. A análise comparativa entre os métodos de instalação foi realizada utilizando índices de danos obtidos das assinaturas de impedância elétrica dos diafragmas piezelétricos, além da função de resposta em frequência (FRF) e da densidade espectral de potência obtida pelo método da quebra do grafite. Os resultados experimentais apontam características importantes para os métodos de instalação, os quais têm influência significativa sobre a resposta em frequência e sensibilidade para a detecção de danos estruturais. / Piezoelectric transducers are widely used in many non-destructive methods for detecting structural damage in Structural Health Monitoring (SHM) applications. Among the various techniques for detecting structural damage, the electromechanical impedance (EMI) technique is known to use fine and small piezoelectric ceramics that simultaneously perform the actuator and sensor functions. The conventional method of installing these piezoelectric ceramics in the structure is by using a high stiffness adhesive such as epoxy or cyanoacrylate based glue. However, some studies propose alternative methods of installing the transducer for reuse or to allow monitoring under adverse conditions under which direct sensor installation would not be possible. Thus, this master's thesis presents a comparative experimental analysis between the main coupling methods between the piezoelectric transducer and the monitored structure in SHM systems based on the electromechanical impedance technique. The piezoelectric transducer couplings were made by direct installation methods, also known as conventional installation, by magnetic coupling and aluminum foils. The transducer used for the coupling methods was the piezoelectric diaphragm, commonly known as buzzer. Tests with these methods were carried out on aluminum structures and the structural damage was induced using metallic masses (steel nuts), fixed directly to the structure with cyanoacrylate-based glue. The comparison of the results analysis between the coupling methods was performed using the indices of damages obtained from electrical impedance signatures of the piezoelectric diaphragm, the frequency response function (FRF) and the power spectral density (PSD) obtained by pencil lead break (PLB) test. The experimental results indicate important characteristics for each installation method and that the mounting method has a significant influence on the frequency response and sensitivity for the detection of structural damage. / FAPESP: 2015/02500-6

Orientador: José Manoel Balthazar / Banca: Airton Nabarrete / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Vinicius Piccirillo / Banca: Atila Madureira Bueno / Abstract: Recently, the interest and research about energy harvesting has been increasing substantially in the technical-scientific community. With the great world demand for electrical energy, many researchers, in Brazil and in the World, have concentrated their efforts to seek new energy sources. In addition, with the technological advances is possible to use low-power consumption devices, that are, most of time, powered by a battery, which are limited energy sources having the necessity of recharging or substituting them periodically. In the energy harvesting process, the electrical energy is obtained through the conversion of mechanical energy created by a vibrating source in the environment using a transducer. Among the most common energy transduction mean, the use of piezoelectric materials has been of great interest in the energy harvesting matter due to its ease of application and its use to harvest energy in a wide range of frequencies. Vibration sources in the environment may occur in structures by vehicle traffics, a train movement, sea waves and even people. With that, the objective of this work is to study the energy harvesting using a nonlinear two-degrees-of-freedom portal frame platform with a nonlinear piezoelectric material coupled to one of its columns and externally base-excited. The nonlinear platform possesses two-to-one internal resonance between its two vibration modes. The nonlinearities of the piezoelectric material is considered as a nonlinear mathematical r... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: Recentemente, o interesse e a pesquisa de coleta de energia têm aumentado substancialmente no meio técnico-científico. Com a grande demanda mundial por energia elétrica, muitos pesquisadores, no Brasil e no Mundo, têm concentrado seus esforços na busca de novas fontes de energia. Além disso, com os avanços da tecnologia, é possível utilizar dispositivos de baixo consumo de energia, que são, na maioria das vezes, alimentados por uma bateria, que são fontes de energia finita havendo a necessidade da recarga ou troca periodicamente, das mesmas. No processo de coleta de energia, a energia elétrica é obtida através da conversão de energia mecânica criada por uma fonte de vibração do meio ambiente através de um transdutor. Entre os mais comuns meios de transdução de energia, o uso de materiais piezoelétricos vêm sendo de grande interesse em meio a coleta de energia devido sua facilidade de aplicação e seu uso para coleta de energia em um amplo intervalo de frequências. Fontes de vibração do meio ambiente podem ser causadas em estruturas através do movimento de veículos, um trêm, ondas do mar e até o deslocamento de pessoas. Com isso, este trabalho tem como objetivo estudar a coleta de energia utilizando uma plataforma aporticada não-linear de dois graus de liberdade contendo um material piezoelétrico não-linear acoplado a uma de suas colunas e excitado externamente em sua base. A plataforma não-linear possui ressonância interna 2:1 entre seus modos de vibrar. A não-linearidade do... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Submitted by Leandro Melo Campeiro (leandro_campeiro@yahoo.com.br) on 2018-05-24T19:40:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Leandro Melo Campeiro.pdf: 3027230 bytes, checksum: 32f869e7ce55b33b1e9c46a166e8cf5f (MD5) / Approved for entry into archive by Minervina Teixeira Lopes null (vina_lopes@bauru.unesp.br) on 2018-05-25T18:21:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 campeiro_lm_me_bauru.pdf: 3027210 bytes, checksum: 3cff24ecda46e45540b84fc7048c28ff (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-25T18:21:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 campeiro_lm_me_bauru.pdf: 3027210 bytes, checksum: 3cff24ecda46e45540b84fc7048c28ff (MD5) Previous issue date: 2018-05-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A técnica da impedância eletromecânica (E/M) tem sido amplamente estudada nas últimas décadas como um método não destrutivo para detectar danos estruturais em aplicações de monitoramento de integridade estrutural (SHM – structural health monitoring) usando transdutores piezelétricos de baixo custo. Esses transdutores operam simultaneamente como sensor e atuador e são fixados à estrutura monitorada utilizando um adesivo a base de cianoacrilato. Embora muitos estudos tenham relatado a eficácia desse método de detecção, inúmeros problemas práticos têm sido reportados, como os efeitos de ruído e vibração, que precisam ser considerados para permitir o uso eficaz desse método em aplicações reais. Portanto, esta dissertação de mestrado apresenta uma análise experimental dos efeitos do ruído e das vibrações na detecção de danos estruturais em sistemas de SHM baseados na técnica da impedância eletromecânica. Os experimentos foram realizados em uma barra de alumínio usando dois diafragmas piezelétricos, sendo que um deles foi usado para obter as assinaturas de impedância elétrica e o outro foi usado como atuador para introduzir ruído e vibração controlada. Para a simulação de dano foi utilizada uma pequena massa metálica fixada na estrutura com uso de adesivo a base de cianoacrilato. Os efeitos do ruído e da vibração sobre as assinaturas de impedância foram avaliados por meio do cálculo da função de coerência e de índices básicos de dano. Os resultados indicam que a vibração e o ruído afetam significativamente o limiar do menor dano detectável, o qual pode ser compensado pelo aumento do sinal de excitação do transdutor piezelétrico utilizado para a obtenção das assinaturas de impedância elétrica. / The electromechanical impedance (EMI) technique has been extensively studied in recent decades as a non-destructive method for detecting structural damage in structural health monitoring (SHM) applications using low-cost piezoelectric transducers. These transducers operate simultaneously as actuator and sensor and they are fixed to the structure using cyanoacrylate-based glue. Although many studies have reported the effectiveness of this detection method, a lot of practical problems shown up, such as the noise effects and vibration, that need to be addressed to enable this method’s effective use in real applications. Therefore, this master's thesis presents an experimental analysis of noise and vibration effects on the structural damage detection in impedance-based SHM systems. The experiments were performed on an aluminum bar using two piezoelectric diaphragms, where one was used to measure the electrical impedance signatures and the other was used as an actuator to introduce noise and controlled vibration. To simulate damage, a small metal mass was fixed to the structure using cyanoacrylate glue. The effects of noise and vibration on the impedance signatures were evaluated by computing the coherence function and basic damage indices. The results indicate that vibration and noise significantly affect the threshold of the lowest detectable damage, which can be compensated by increasing the excitation signal of the piezoelectric transducer that measure the electrical impedance signature.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de membranas sensoras para a detecção de oxigênio gasoso através da fosforescência resolvida no tempo, além de descrever um sistema de medição para avaliação de desempenho destes elementos. Os transdutores são formados a partir da imobilização em matrizes poliméricas, de poli(cloreto de vinila) e poliestireno, das seguintes metaloporfirinas de paládio: Coproporfirina I, Mesoporfirina IX, Deuteroporfirina IX e meso-Tetrapenta(fluorofenil)porfirina. O feixe de excitação das membranas é proveniente de um LED violeta, sendo que a fosforescência emitida pelos luminóforos é detectada por uma miniválvula fotomultiplicadora. Relatam-se a produção das membranas sensoras e seus principais parâmetros, como curvas de calibração, envelhecimento, tempos de resposta e fotoestabilidade. As membranas de PVC apresentaram sensibilidade moderada, com razões τ0/τar próximas a 4, permitindo medições com uma resolução média de 10 μs.%-1 para a faixa de 16% de O2 a ar. No caso das membranas em PS, as razões τ0/τar chegam a atingir 50, com resoluções acima de 900 μs.%-1 para concentrações entre 0% e 1% de O2; no entanto, mostram-se de difícil aplicação para concentrações acima de 16%. De modo geral, os elementos produzidos apresentaram tempos de resposta inferiores a 1 s. Assim, possíveis aplicações para estes dispositivos incluem o monitoramento da respiração humana e a detecção de oxigênio residual (e.g.: embalagens alimentícias). Evidenciou-se ainda, uma elevada fotodegradação das membranas perante a excitação na banda B, sendo que o indicador PdTFPP mostrou-se superior aos demais quanto à fotoestabilidade. / This research presents the development of sensing membranes for detection of gaseous oxygen by time-resolved phosphorescence as well as the description of a measurement system for performance evaluation of those elements. The transducers are formed by the immobilisation of palladium metalloporphyrins probes (coproporphyrin I, mesoporphyrin IX, deuteroporphyrin IX and meso-Tetrapenta(fluorophenyl) porphyrin) in polymers of poly(vinyl chloride) and polystyrene. A light emitting diode is employed for dye excitation and the phosphorescence is detected by a miniature photomultiplier tube. The production of the membranes as well as their practical parameters such as calibration curves, ageing, response times and light stability are reported. PVC membranes exhibited moderate sensitivity, with ratios τ0/τair near 4, enabling measurements with a resolution of 10 μs.%-1 for the range of 16% of O2 up to 20,5%. For PS membranes, the ratios τ0/τair reached up to 50, with resolutions of up to 900 μs.%-1 considering concentrations between 0% and 1% of O2, however they proved to be of difficult application for concentrations above 16%. Some sensor membranes showed response times below 1 s. Thus, possible applications for these devices include monitoring of human respiration and detection of residual oxygen (e.g.: food packaging). Also, it was observed a high signal degradation when the dyes are excited around their B bands. PdTFPP dye presented more light stability than the others.

CAPES; FINEP; Fundação Araucária / O biodiesel desponta como uma das mais promissoras alternativas ambientalmente corretas aos combustíveis fósseis. A falta de um sensor apropriado para medir sua quantidade na mistura petrodiesel-biodiesel surge como uma grande oportunidade de pesquisa. Este trabalho apresenta um estudo sobre a fabricação e a caracterização de dispositivos intrínsecos a fibra ótica com o intuito de constituir um transdutor capaz de determinar a concentração de biodiesel presente em misturas petrodiesel-biodiesel. A gravação destes dispositivos, as redes de período longo, foi feita por meio da técnica de incidência lateral ponto-a-ponto de radiação ultravioleta oriunda de um laser Excímero de KrF operando em 248 nm. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes foram utilizados fluídos com índices de refração entre 1,00 e 1,47. Através de um processo de espelhamento aplicado na extremidade das fibras se obtém um tipo de dispositivo conhecido como CLPG. É feita a análise para a imersão da rede e da cavidade no mensurando, só da cavidade, assim como de porções da cavidade. Os dados mais promissores foram conseguidos com pequena porção da cavidade imersa em mistura petrodiesel-biodiesel, um caso em que é possível medir o índice de refração com relação à intensidade do sinal e inferir a proporção de cada componente na mistura. Ao final os parâmetros metrológicos do sistema foram apurados indicando boa confiabilidade, principalmente para a faixa de misturas B60 a B100. / The Biodiesel presents itself as one of the most promising environment friendly alternatives to the use of fossil fuels. The lack of a suitable sensor to measure the quality of biodiesel in the petrodiesel-biodiesel blend consists a great research opportunity. This work presents the implementation of a recording system of long period gratings, through the point-by-point technique of lateral exposure to ultraviolet radiation from a KrF Excimer laser operating at 248 nm, at Laboratório de Laser of UTFPR with the goal of producing a transducer that can quantify the proportion of petrodiesel and biodiesel blends through the changes in the refraction index. To evaluate the gratings sensitivity to the refraction index of the external environment, several liquids were used with refraction index ranging from 1.00 to 1.47. Through a reflective coating applied to the extremity of the fiber a kind of device usually called CLPG is obtained. A detail study of samples in contact with both the cavity and the grating, only with the cavity and finally with submerged portions of the cavity. The case of only a small party of the cavity immersed in the substance allows the measure of the refractive index related to signal strength. Finally, the metrological parameters of the system were evaluated indicating a good confiability, mainly for the B60 e B100 blends.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de membranas sensoras para a detecção de oxigênio gasoso através da fosforescência resolvida no tempo, além de descrever um sistema de medição para avaliação de desempenho destes elementos. Os transdutores são formados a partir da imobilização em matrizes poliméricas, de poli(cloreto de vinila) e poliestireno, das seguintes metaloporfirinas de paládio: Coproporfirina I, Mesoporfirina IX, Deuteroporfirina IX e meso-Tetrapenta(fluorofenil)porfirina. O feixe de excitação das membranas é proveniente de um LED violeta, sendo que a fosforescência emitida pelos luminóforos é detectada por uma miniválvula fotomultiplicadora. Relatam-se a produção das membranas sensoras e seus principais parâmetros, como curvas de calibração, envelhecimento, tempos de resposta e fotoestabilidade. As membranas de PVC apresentaram sensibilidade moderada, com razões τ0/τar próximas a 4, permitindo medições com uma resolução média de 10 μs.%-1 para a faixa de 16% de O2 a ar. No caso das membranas em PS, as razões τ0/τar chegam a atingir 50, com resoluções acima de 900 μs.%-1 para concentrações entre 0% e 1% de O2; no entanto, mostram-se de difícil aplicação para concentrações acima de 16%. De modo geral, os elementos produzidos apresentaram tempos de resposta inferiores a 1 s. Assim, possíveis aplicações para estes dispositivos incluem o monitoramento da respiração humana e a detecção de oxigênio residual (e.g.: embalagens alimentícias). Evidenciou-se ainda, uma elevada fotodegradação das membranas perante a excitação na banda B, sendo que o indicador PdTFPP mostrou-se superior aos demais quanto à fotoestabilidade. / This research presents the development of sensing membranes for detection of gaseous oxygen by time-resolved phosphorescence as well as the description of a measurement system for performance evaluation of those elements. The transducers are formed by the immobilisation of palladium metalloporphyrins probes (coproporphyrin I, mesoporphyrin IX, deuteroporphyrin IX and meso-Tetrapenta(fluorophenyl) porphyrin) in polymers of poly(vinyl chloride) and polystyrene. A light emitting diode is employed for dye excitation and the phosphorescence is detected by a miniature photomultiplier tube. The production of the membranes as well as their practical parameters such as calibration curves, ageing, response times and light stability are reported. PVC membranes exhibited moderate sensitivity, with ratios τ0/τair near 4, enabling measurements with a resolution of 10 μs.%-1 for the range of 16% of O2 up to 20,5%. For PS membranes, the ratios τ0/τair reached up to 50, with resolutions of up to 900 μs.%-1 considering concentrations between 0% and 1% of O2, however they proved to be of difficult application for concentrations above 16%. Some sensor membranes showed response times below 1 s. Thus, possible applications for these devices include monitoring of human respiration and detection of residual oxygen (e.g.: food packaging). Also, it was observed a high signal degradation when the dyes are excited around their B bands. PdTFPP dye presented more light stability than the others.

CAPES; FINEP; Fundação Araucária / O biodiesel desponta como uma das mais promissoras alternativas ambientalmente corretas aos combustíveis fósseis. A falta de um sensor apropriado para medir sua quantidade na mistura petrodiesel-biodiesel surge como uma grande oportunidade de pesquisa. Este trabalho apresenta um estudo sobre a fabricação e a caracterização de dispositivos intrínsecos a fibra ótica com o intuito de constituir um transdutor capaz de determinar a concentração de biodiesel presente em misturas petrodiesel-biodiesel. A gravação destes dispositivos, as redes de período longo, foi feita por meio da técnica de incidência lateral ponto-a-ponto de radiação ultravioleta oriunda de um laser Excímero de KrF operando em 248 nm. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes foram utilizados fluídos com índices de refração entre 1,00 e 1,47. Através de um processo de espelhamento aplicado na extremidade das fibras se obtém um tipo de dispositivo conhecido como CLPG. É feita a análise para a imersão da rede e da cavidade no mensurando, só da cavidade, assim como de porções da cavidade. Os dados mais promissores foram conseguidos com pequena porção da cavidade imersa em mistura petrodiesel-biodiesel, um caso em que é possível medir o índice de refração com relação à intensidade do sinal e inferir a proporção de cada componente na mistura. Ao final os parâmetros metrológicos do sistema foram apurados indicando boa confiabilidade, principalmente para a faixa de misturas B60 a B100. / The Biodiesel presents itself as one of the most promising environment friendly alternatives to the use of fossil fuels. The lack of a suitable sensor to measure the quality of biodiesel in the petrodiesel-biodiesel blend consists a great research opportunity. This work presents the implementation of a recording system of long period gratings, through the point-by-point technique of lateral exposure to ultraviolet radiation from a KrF Excimer laser operating at 248 nm, at Laboratório de Laser of UTFPR with the goal of producing a transducer that can quantify the proportion of petrodiesel and biodiesel blends through the changes in the refraction index. To evaluate the gratings sensitivity to the refraction index of the external environment, several liquids were used with refraction index ranging from 1.00 to 1.47. Through a reflective coating applied to the extremity of the fiber a kind of device usually called CLPG is obtained. A detail study of samples in contact with both the cavity and the grating, only with the cavity and finally with submerged portions of the cavity. The case of only a small party of the cavity immersed in the substance allows the measure of the refractive index related to signal strength. Finally, the metrological parameters of the system were evaluated indicating a good confiability, mainly for the B60 e B100 blends.

A utilização de ondas guiadas em técnicas de monitoramento de integridade estrutural tem se mostrado uma alternativa interessante para economia de tempo e de custos de operação. Técnicas com ondas guiadas apresentam a característica de monitorar trechos extensos de uma estrutura a partir de um único ponto de acesso, permitindo a inspeção de partes remotas e de difícil acesso. Entre os modos fundamentais de propagação de ondas guiadas em chapas, o modo SH0 possui a vantagem de não ser dispersivo, além de sofrer menores atenuações ao se propagar em superfícies em contato com fluidos. Neste trabalho é proposto um modelo de transdutor do modo SH0 de forma omnidirecional em uma chapa de aço utilizando um arranjo com cerâmicas piezoelétricas, que permita inspecionar determinada área de um componente através de um único modo de propagação. Para caracterizar e compreender o comportamento da resposta obtida foram realizadas simulações numéricas parametrizando características do modelo proposto, como o número de elementos piezoelétricos e dimensões geométricas dos componentes do transdutor. Para validação dos resultados do modelo numérico foram construídos modelos experimentais do transdutor, os quais foram instalados sobre uma chapa de aço de 2mm de espessura para verificação dos modos de propagação emitidos. Avaliando a relação entre intensidades de cada modo emitido e a qualidade da emissão de SH0 foi possível identificar as frequências que apresentaram resposta com a característica desejada. Também foi verificado o comportamento dos transdutores construídos ao serem excitados por ondas propagando na chapa, avaliando a sua utilização também como receptores. / The use of guided waves in structural health monitoring techniques has already proved to be an interesting alternative to reduce inspection time and overall operational costs. Guided waves techniques enable monitoring large structures from one single access point, allowing the inspection of distant and hard access parts. Among the fundamental propagation modes of guided waves in plates, the SH0 mode has the advantage of being non dispersive, as well as being subject to less attenuation when propagating through surfaces in contact with fluids. In this work, it is proposed one omnidirectional SH0 mode transducer in a steel plate using a piezoelectric ceramic array, which allows inspecting a component area through a single propagation mode. Numeric simulations parameterizating features of the transducer, such as the number of piezoelectric elements and the geometric dimensions of the transducer’s components, were developed to characterize and investigate the effect on the output response. To validate the numeric simulation results, experimental models of the transducer were built, which were installed on a 2mm thick steel plate to verify the generated propagation modes. The analysis of the relation between the intensity of each mode generated in the plate and the emission quality of the SH0 mode allowed the identification of frequencies that presented the most desirable response characteristics. The behavior of the built transducers was also studied when they were excited by waves propagating through the plate, evaluating the use of the transducers as signal receptors.

abstract: A piezoelectric transducer, comprised of electroded and active pad PZT layer atop a backing PZT layer and protected with an acoustic matching layer, and operating under a pulse-echo technique for longitudinal ultrasonic imaging, acts as both source and detector. Ultrasonic transducer stacks (modules), which had failed or passed during pulse-echo sensitivity testing, were received from Consortium X. With limited background information on these stacks, the central theme was to determine the origin(s) of failure via the use of thermal and physicochemical characterization techniques. The optical and scanning electron microscopy revealed that contact electrode layers are discontinuous in all samples, while delaminations between electrodes and pad layer were observed in failed samples. The X-ray diffraction data on the pad PZT revealed an overall c/a ratio of 1.022 ratio and morphotropic boundary composition, with significant variations of the Zr to Ti ratio within a sample and between samples. Electron probe microanalysis confirmed that the overall Zr to Ti ratio of the pad PZT was 52/48, and higher amounts of excess PbO in failed samples, whereas, inductively coupled plasma mass spectrometry revealed the presence of Mn, Al, and Sb (dopants) and presence of Cu (sintering aid) in in this hard (pad) PZT. Additionally, three exothermic peaks during thermal analysis was indicative of incomplete calcination of pad PZT. Moreover, transmission electron microscopy and scanning transmission electron microscopy revealed the presence of parylene at the Ag-pad PZT interface and within the pores of pad PZT (in failed samples subjected to electric fields). This further dilutes the electrical, mechanical, and electromechanical properties of the pad PZT, which in turn detrimentally influences the pulse echo sensitivity. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Materials Science and Engineering 2018