Mikä on pietsosähköinen materiaali ja rakenne?

Pietsosähköinen materiaali on erityinen dielektrinen materiaali, jolla on pietsosähköinen vaikutus ja käänteinen pietsosähköinen vaikutus. Pietsosähköinen vaikutus on ominaisuus joillekin ranskalaisten P. Curien ja J. Curien veljesten vuonna 1880 löytämille pietsokiteille. Kun pietsosähköinen voima kohdistaa mekaanisen voiman (tai vapautuspaineen) pietsosähköiseen suuntaansa, pietsosähköinen kappale synnyttää varaus- ja purkausilmiön. Tätä ilmiötä kutsutaan positiiviseksi pietsosähköiseksi efektiksi. Polarisaatiosuuntaan nähden sama (tai vastakkainen) sähkökenttä aiheuttaa kaksi vaikutusta: käänteisen pietsosähköisen vaikutuksen ja sähköstriktiivisen vaikutuksen. Käänteinen pietsosähköinen vaikutus, eli eriste muuttaa mekaanisesti muotoaan ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta, ja venymän suuruus on verrannollinen käytetyn sähkökentän suuruuteen ja suunta on suhteessa sähkökentän suuntaan. Sähköstriktiivinen vaikutus, eli dielektrinen kenttä Pzt-materiaalin pietsosähköinen keramiikka synnyttää jännitystä indusoidun polarisaation vuoksi, ja venymän suuruus on verrannollinen sähkökentän neliöön, joka on riippumaton sähkökentän suunnasta. Käänteinen pietsosähköinen vaikutus ja sähköstriktiivinen vaikutus ovat olennaisesti seurausta dielektrisen kiteen polarisaatiosta ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta, ja hila vääristyy ja makroskooppisesti esiintyy mekaanisena jännityksenä.

Pietsosähköinen keramiikka on pietsosähköistä keraamia, joka on saatu sekoittamalla ainesosia, sintraamalla korkeassa lämpötilassa ja jossa on pietsosähköinen kokoonpano hiukkasten välisen kiinteän faasin reaktion jälkeen. PZT-materiaalia voidaan käyttää sekä anturi- että käyttöelementtinä, ja se voidaan upottaa muihin materiaaleihin komposiittimateriaalin muodostamiseksi. Siksi sillä on laaja valikoima sovelluksia, kuten lentokoneiden käsittely lentokoneiden siipillä ja tärinäjärjestelmissä. Aktiivinen tärinän ja melun hallinta laitteiden rakenteellisen kunnon seurannassa.

2 PZT-rakenne

Nykyaikaisen rakennedynamiikan teorian mukaan, kun laitteissa ja rakenteissa ilmenee vaurioita ja vikoja, kuten halkeamia, löystyviä pultteja jne., sen jäykkyys ja mekaaniset impedanssiominaisuudet muuttuvat, mikä johtaa myös muutoksiin rakenteen ominaistaajuudessa ja -muodossa. Siksi vaurion aste voidaan antaa kvantitatiivisesti mekaanisen impedanssin muutoksen perusteella. Mekaaninen dynaaminen impedanssi kuitenkin vaihtelee taajuuden mukaan ja sitä on vaikea mitata tavanomaisilla menetelmillä. Käyttämällä pietsosähköisen elementin, PZT-materiaalin, itseohjautuvia ja itsetuntevia ominaisuuksia pyöreät pietsokiskot voivat toimia samanaikaisesti käyttöelementtinä ja anturielementtinä rakenteen virittämiseksi rakenteen dynaamisen vasteen saamiseksi, mikä muodostaa sillan mekaanisten ominaisuuksien ja sähköisen tiedon, mekaanisen dynaamisen impedanssiinformaation välille. Muutokset voidaan heijastaa yksinkertaisella mitatulla sähkötiedolla. Kun pietsosähköisen keraamisen levyn pintaan kohdistetaan tietty ulkoinen jännite, säteen pintaan syntyy lateraalinen pintavoima. Nämä pintavoimat ajavat säteen tuottamaan erilaisia ​​tärinöitä (kun ylempi ja alempi PZT altistetaan samalle jännitteelle, säde värähtelee pituussuunnassa; kun käänteinen jännite käytetään, säde altistuu taivutusvärähtelyille). Värähtely puolestaan ​​aiheuttaa säteen muodonmuutoksen, ja muodonmuutosominaisuudet voivat heijastua sähköisten signaalien muodossa pietsosähköisten keraamisten levyjen tunnistusominaisuuksien kautta. Siksi rakenteeseen liimattujen pietsosähköisten keraamisten levyjen dynaamiset sisäänpääsyominaisuudet voivat heijastaa rakenteen vauriotilaa. Pietsosähköisen kytkentävaikutuksen sekä PZT:n ja rakenteen välisen vuorovaikutuksen mukaan voidaan saada taajuudesta riippuvainen sisäänpääsy (impedanssin käänteisluku). Kun PZT:n parametrit ja suorituskyky pysyvät vakiona, rakenteellinen impedanssi määrittää yksiselitteisesti toisen termin arvon. Kaikki pietsosähköisen natriumin muutokset vastaavat rakenteellisia vaurioita ja vikoja, joten rakenteelliset vauriot voidaan tunnistaa pietsosähköisen natriumin arvon perusteella.

Pietsosähköisen elementin pietsosähköisen vaikutuksen ja käänteisen pietsosähköisen vaikutuksen vuoksi pietsosähköisellä elementillä on kaksi ajo- ja tunnistustoimintoa, ja tämä ominaisuus voi toteuttaa rakenteen online- ja reaaliaikaisen kunnon seurannan.

Osa PZT-materiaalista on kytketty virityssignaalia tuottavaan virtalähteeseen johdon kautta ja virityssignaali (jännite tai varaus) syötetään PZT-materiaaliin jännitteen tai varauksen käyttövoimalähteen kautta, koska PZT-materiaalilla on käänteinen pietsosähköinen vaikutus, eli sähkökentän vaikutuksesta tapahtuu muodonmuutos, joka johtuu PZT-materiaalista. muodonmuutos siirtyy perusmateriaaliin ja perusmateriaali vääntyy tai liikkuu yhdessä. Tällä hetkellä PZT vastaa ohjainta, ja muodonmuutos syntyy vastaanottamalla herätesignaali. Tai harjoittele pohjamateriaalin ajamiseen. Samaan aikaan osa PZT-materiaalista asetetaan perusmateriaalin päälle, eikä sitä ole kytketty virtalähteeseen, ja tämä muodonmuutos tai liike välittyy PZT-materiaaliin, kun perusmateriaalia muutetaan tai siirretään. PZT-materiaalin pietsosähköisestä vaikutuksesta johtuen varauksen sisällä syntyy varaus, jonka suuruus vaihtelee muodonmuutoksen tai liikkeen suuruuden mukaan. Tällä hetkellä PZT-materiaali vastaa anturia. Tämän jälkeen PZT-anturin lähtösignaali mitataan ja kerätään mittauslaitteella ja perusmateriaalin muodonmuutos tai liike voidaan heijastaa reaaliajassa ja online-tilassa, jolloin toteutuu rakenteen reaaliaikainen ja online-kunnon seuranta.