Nyheder

Du er her: Hjem / Nyheder / Grundlæggende om piezoelektrisk keramik / Hvad er det piezoelektriske materiale og struktur?

Hvad er det piezoelektriske materiale og struktur?

Visninger: 7 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 16-10-2019 Oprindelse: websted

Spørge

Piezoelektrisk materiale er et specielt dielektrisk materiale med piezoelektrisk effekt og omvendt piezoelektrisk effekt. Den piezoelektriske effekt er karakteristisk for nogle piezokrystaller opdaget af de franske P. Curie og J. Curie-brødre i 1880. Når en piezoelektrisk kraft udøver en mekanisk kraft (eller frigiver tryk) på sin piezoelektriske retning, vil det piezoelektriske legeme generere et ladnings- og udladningsfænomen. Dette fænomen kaldes en positiv piezoelektrisk effekt. Et elektrisk felt, der er det samme (eller modsat) af polarisationsretningen forårsager to effekter: en omvendt piezoelektrisk effekt og en elektrostriktiv effekt. Den omvendte piezoelektriske effekt, det vil sige, at dielektrikummet deformeres mekanisk af et eksternt elektrisk felt, og størrelsen af belastningen er proportional med størrelsen af det påførte elektriske felt, og retningen er relateret til retningen af det elektriske felt. Den elektrostriktive effekt, det vil sige det dielektriske felt af Pzt materiale piezoelektrisk keramik genererer belastning på grund af induceret polarisering, og størrelsen af belastningen er proportional med kvadratet af det elektriske felt, som er uafhængigt af retningen af det elektriske felt. Den omvendte piezoelektriske effekt og den elektrostriktive effekt er i det væsentlige resultatet af polarisering af den dielektriske krystal under påvirkning af et eksternt elektrisk felt, og gitteret er forvrænget, og makroskopisk fremstår som mekanisk belastning.

Piezoelektrisk keramik er piezoelektrisk keramik opnået ved at blande ingredienser, sintring ved høj temperatur og have en piezoelektrisk samling efter en fastfasereaktion mellem partiklerne. PZT-materiale kan bruges som både et føleelement og et drivelement og kan indlejres med andre materialer for at danne et kompositmateriale. Derfor har den en bred vifte af anvendelser, såsom flyhåndtering på flyvinger og i vibrationssystemer. Aktiv kontrol af vibrationer og støj til strukturel sundhedsovervågning i udstyr.

Hovedtræk ved PZT-applikation i smart materialestruktur er:
1 kan bruges som både en driver og en sensor;
2 som driver er dens excitationskraft lille;
3 Responshastigheden er hurtigere, hvilket er 100 gange formhukommelseslegeringen;
4 størrelse kan gøres meget lille og tynd, kan installeres på overfladen af strukturen eller begraves i strukturen;
5 Kombinationsfleksibilitet kan bruges i en relativt stor form eller kan bruges i små stykker.

2 PZT struktur

PZT-materiale er en kontinuerlig fast opløsning af Pbzro3 og PbTio3, som er i ABO3-perovskitstrukturen. Grundlagt i begyndelsen af 1950'erne er PZT-materialet et kompakt piezoelektrisk ferroelektrisk materiale med vigtig teknisk anvendelsesværdi. Piezoelektrisk keramik er krystallinske dielektriske materialer, der ikke har et symmetricenter. Piezokrystaldielektrikum, der ikke har et symmetricenter, har en 432-punkts gruppekrystal med ekstremt lav invers piezoelektrisk effekt på grund af ekstrem høj symmetri. Krystaldielektrikumet i symmetricentret deformeres af den omvendte piezoelektriske effekt. Under påvirkning af det elektriske felt er dielektrikumet polariseret, fordi der ikke er nogen ionbinding mellem sub-dissociationen og den positive ion længst til højre (og andre). så under polariseringsprocessen kan der forekomme en stor relativ forskydning mellem dem, hvilket viser en stor omvendt piezoelektrisk effekt på makroskopisk niveau. Udtrykt som: S = dE, som er proportional med størrelsen af det elektriske felt. Det vil sige, at i det piezoelektriske materiale er den elektriske mængde og den mekaniske mængde koblet til hinanden, og den energi, der er lagret i mediet, er sammensat af to dele, den ene del er belastningsenergi og den anden del er elektromagnetisk energi.

Ifølge den moderne strukturelle dynamikteori, når der opstår skader og defekter i udstyr og strukturer, såsom revner, løse bolte osv., vil dens stivhed og mekaniske impedansegenskaber ændre sig, hvilket også vil føre til ændringer i strukturens naturlige frekvens og tilstand. Derfor kan graden af skade angives kvantitativt baseret på ændringen i mekanisk impedans. Den mekaniske dynamiske impedans varierer dog med frekvensen og er svær at måle ved at bruge konventionelle metoder. Ved at bruge de selvdrevne og selvfølende egenskaber af det piezoelektriske element, PZT-materiale piezo-runde skiver kan samtidigt fungere som et drivelement og et føleelement for at excitere strukturen for at opnå strukturens dynamiske respons og derved etablere en bro mellem mekaniske karakteristika og elektrisk information, mekanisk dynamisk impedansinformation. Ændringer kan afspejles ved simpel afmålt elektrisk information. Når en vis ekstern spænding påføres overfladen af den piezoelektriske keramiske plade, genereres en sideoverfladekraft på overfladen af strålen. Disse overfladekræfter vil drive strålen til at producere forskellige vibrationer (når den øvre og nedre PZT udsættes for den samme spænding, vil strålen vibrere i længderetningen; når en omvendt spænding påføres, vil strålen blive udsat for bøjningsvibrationer). Til gengæld får vibrationerne strålen til at deformeres, og deformationskarakteristikaene kan afspejles i form af elektriske signaler gennem de piezoelektriske keramiske pladers føleegenskaber. Derfor kan de dynamiske adgangskarakteristika for de piezoelektriske keramiske plader klistret på strukturen afspejle skadetilstanden af strukturen. Ifølge den piezoelektriske koblingseffekt og samspillet mellem PZT og strukturen kan den frekvensafhængige admittans (den reciproke af impedansen) opnås. Når parametrene og ydeevnen af PZT forbliver konstante, bestemmer den strukturelle impedans entydigt værdien af det andet led. Enhver ændring af piezoelektrisk natrium svarer til strukturelle skader og defekter, således at strukturelle skader kan identificeres ved værdien af piezoelektrisk natrium.

Implementering af PZT piezo til strukturel sundhedsovervågning

På grund af den piezoelektriske effekt og den omvendte piezoelektriske effekt af det piezoelektriske element har det piezoelektriske element dobbelte funktioner til kørsel og sansning, og denne funktion kan realisere on-line og real-time sundhedsovervågning af strukturen.

En del af PZT-materialet er forbundet til strømkilden, der genererer excitationssignalet gennem en ledning, og et excitationssignal (spænding eller ladning) påføres PZT-materialet gennem en spændings- eller ladningsdrivende strømkilde, fordi PZT-materialet har en omvendt piezoelektrisk effekt, det vil sige, at der opstår en deformation under påvirkning af et elektrisk felt på grund af dets indlejrede materiale i PZT-materialet (eller dets indlejrede) egen deformation vil blive overført til grundmaterialet, og grundmaterialet vil blive deformeret eller flyttet sammen. På dette tidspunkt er PZT ækvivalent med en driver, og deformationen genereres ved at modtage excitationssignalet. Eller motion for at drive grundmaterialet. Samtidig er noget PZT-materiale placeret på basismaterialet og er ikke forbundet til strømkilden, og denne deformation eller bevægelse overføres til PZT-materialet, når basismaterialet deformeres eller flyttes. På grund af PZT-materialets piezoelektriske effekt genereres en ladning inde i ladningen, og ladningens størrelse varierer med størrelsen af deformationen eller bevægelsen. På dette tidspunkt svarer PZT-materialet til en sensor. Derefter måles og opsamles udgangssignalet fra PZT-sensoren af måleanordningen, og deformationen eller bevægelsen af basismaterialet kan reflekteres i realtid og online, hvorved real-time og online sundhedsovervågning af strukturen realiseres.

Sammenligning af data indsamlet i realtid med vibrationsdata, når strukturen er normal, for at se, om PZT-materialets udgangssignal ændrer sig (såsom revner eller løshed i strukturen, vil teoretisk forårsage output fra PZT'en piezoelektrisk keramik transducer i strukturen til at ændre sig, hvis det ændrer sig, anses det for, at denne struktur har fejlet. Når der opstår en fejl, kan signalet sendes til controlleren i tide til rettidigt at håndtere den strukturelle fejl ved at realisere online, realtidsovervågning, fejldiagnose og fejlhåndtering af strukturen.

PZT-materialet kan samtidigt fungere som et driv- og føleelement for at excitere strukturen for at opnå strukturens dynamiske respons. Det dynamiske responsforhold mellem piezoelektriske keramiske plader og eksterne strukturer blev analyseret ved princippet om positive og negative piezoelektriske effekter. Når den ydre struktur ændres, ændres den tilsvarende piezoelektriske impedans også. Ved at måle admittansen af det piezoelektriske system kan strukturens tilstand forudsiges. PZT-materiale er velegnet til både makroskopiske skader og mikroskader og har gode udsigter til strukturel sundhedsovervågning af bygninger i fremtiden.