Wat is die piëzo-elektriese materiaal en struktuur?

Piëso-elektriese materiaal is 'n spesiale diëlektriese materiaal met piëso-elektriese effek en omgekeerde piëso-elektriese effek. Die piëzo-elektriese effek is die kenmerk van sommige piëzo-kristalle wat deur die Franse P. Curie en J. Curie-broers in 1880 ontdek is. Wanneer 'n piëzo-elektriese krag 'n meganiese krag (of vrystellingsdruk) op sy piëzo-elektriese rigting uitoefen, sal die piëzo-elektriese liggaam 'n lading- en ontladingsverskynsel genereer. Hierdie verskynsel word 'n positiewe piëso-elektriese effek genoem. 'n Elektriese veld wat dieselfde (of teenoorgestelde) aan die rigting van polarisasie is, veroorsaak twee effekte: 'n omgekeerde piëso-elektriese effek en 'n elektrostriktiewe effek. Die omgekeerde piëso-elektriese effek, dit wil sê, die diëlektrikum word meganies vervorm deur 'n eksterne elektriese veld, en die grootte van die spanning is eweredig aan die grootte van die toegepaste elektriese veld, en die rigting is verwant aan die rigting van die elektriese veld. Die elektrostriktiewe effek, dit wil sê die diëlektriese veld van die Pzt materiaal piëso-elektriese keramiek genereer spanning as gevolg van geïnduseerde polarisasie, en die grootte van die spanning is eweredig aan die kwadraat van die elektriese veld, wat onafhanklik is van die rigting van die elektriese veld. Die omgekeerde piëso-elektriese effek en die elektrostriktiewe effek is in wese die gevolg van polarisasie van die diëlektriese kristal onder die werking van 'n eksterne elektriese veld, en die rooster is vervorm, en die makroskopies verskyn as meganiese spanning.

Piëzo-elektriese keramiek is piëzo-elektriese keramiek wat verkry word deur bestanddele te meng, teen 'n hoë temperatuur te sinter en 'n piëzo-elektriese samestelling te hê na 'n vastefasereaksie tussen die deeltjies. PZT-materiaal kan as beide 'n waarnemingselement en 'n dryfelement gebruik word, en kan met ander materiale ingebed word om 'n saamgestelde materiaal te vorm. Daarom het dit 'n wye reeks toepassings, soos vliegtuighantering op vliegtuigvlerke, en in vibrasiestelsels. Aktiewe beheer van vibrasie en geraas vir strukturele gesondheidsmonitering in toerusting.

2 PZT struktuur

Volgens die moderne strukturele dinamika-teorie, wanneer skade en defekte in toerusting en strukture voorkom, soos krake, los boute, ens., sal die rigiditeit en meganiese impedansie-eienskappe daarvan verander, wat ook sal lei tot veranderinge in die natuurlike frekwensie en modus van die struktuur. Daarom kan die graad van skade kwantitatief gegee word op grond van die verandering in meganiese impedansie. Meganiese dinamiese impedansie wissel egter met frekwensie en is moeilik om te meet deur gebruik te maak van konvensionele metodes. Die gebruik van die selfgedrewe en self-sensitiewe eienskappe van die piëzo-elektriese element, PZT materiaal piëzo-ronde skyfies kan gelyktydig optree as 'n dryfelement en 'n waarnemingselement om die struktuur te prikkel om die dinamiese reaksie van die struktuur te verkry, en sodoende 'n brug tussen meganiese eienskappe en elektriese inligting, meganiese dinamiese impedansie-inligting, te vestig. Veranderinge kan weerspieël word deur eenvoudige gemete elektriese inligting. Wanneer 'n sekere eksterne spanning op die oppervlak van die piëso-elektriese keramiekplaat toegepas word, word 'n laterale oppervlakkrag op die oppervlak van die balk gegenereer. Hierdie oppervlakkragte sal die balk dryf om verskillende vibrasies te produseer (wanneer die boonste en onderste PZT aan dieselfde spanning onderwerp word, sal die balk in die lengte vibreer; wanneer 'n omgekeerde spanning toegepas word, sal die balk aan buigvibrasies onderwerp word). Op sy beurt veroorsaak die vibrasie dat die balk vervorm, en die vervormingskenmerke kan weerspieël word in die vorm van elektriese seine deur die waarnemingseienskappe van die piëso-elektriese keramiekplate. Daarom kan die dinamiese toelatingseienskappe van die piëzo-elektriese keramiekplate wat op die struktuur geplak is, die skadetoestand van die struktuur weerspieël. Volgens die piëso-elektriese koppelingseffek, en die interaksie tussen PZT en die struktuur, kan die frekwensie-afhanklike admittansie (die resiproke van die impedansie) verkry word. Wanneer die parameters en werkverrigting van die PZT konstant bly, bepaal die strukturele impedansie uniek die waarde van die tweede term. Enige verandering van piëso-elektriese natrium stem ooreen met strukturele skade en defekte, sodat strukturele skade geïdentifiseer kan word deur die waarde van piëso-elektriese natrium.

As gevolg van die piëzo-elektriese effek en die omgekeerde piëzo-elektriese effek van die piëzo-elektriese element, het die piëzo-elektriese element dubbele funksies van bestuur en waarneming, en hierdie kenmerk kan aanlyn en intydse gesondheidsmonitering van die struktuur realiseer.

'n Deel van die PZT-materiaal is gekoppel aan die kragbron wat die opwekkingsein deur 'n draad opwek, en 'n opwekkingsein (spanning of lading) word op die PZT-materiaal toegepas deur 'n spanning of 'n lading-dryfkragbron, omdat die PZT-materiaal 'n omgekeerde piëso-elektriese effek het, dit wil sê, 'n vervorming vind plaas onder die werking van 'n elektriese veld as gevolg van die ingebedde, of ingebedde materiaal in die materiaal (of die basis daarvan) eie vervorming sal na die basismateriaal oorgedra word, en die basismateriaal sal vervorm of saamgeskuif word. Op hierdie tydstip is die PZT gelykstaande aan 'n drywer, en die vervorming word gegenereer deur die opwekkingsein te ontvang. Of oefen om die basismateriaal aan te dryf. Terselfdertyd word sommige PZT-materiaal op die basismateriaal geplaas en is nie aan die kragbron gekoppel nie, en hierdie vervorming of beweging word na die PZT-materiaal oorgedra wanneer die basismateriaal vervorm of beweeg word. As gevolg van die piëso-elektriese effek van die PZT-materiaal, word 'n lading binne-in die lading gegenereer, en die grootte van die lading wissel met die grootte van die vervorming of beweging. Op hierdie tydstip is die PZT-materiaal gelykstaande aan 'n sensor. Dan word die uitsetsein van die PZT-sensor deur die meettoestel gemeet en versamel, en die vervorming of beweging van die basismateriaal kan in reële tyd en aanlyn weerspieël word, waardeur intydse en aanlyn gesondheidsmonitering van die struktuur gerealiseer word.