Cur i bhfeidhm na criadóireachta piezoelectric i monatóireacht sláinte struchtúrach

Ní féidir PZT a úsáid, ní hamháin chun táirgí piezoelectric éagsúla a dhéanamh, ach le blianta beaga anuas tá PZT i bhfeidhm de réir a chéile ar bhrath damáiste struchtúrach. De réir éifeachtaí piezoelectric dearfacha agus inbhéartacha na n-ábhar piezoelectric, is féidir criadóireacht piezoelectric PZT a úsáid mar eilimintí tiomána agus braite araon. PZT is féidir leathsféar ceirmeach piezoelectric a ghreamú in áiteanna inar dócha go dtarlóidh scoilteanna nó tiúchan struis ar chomhpháirteanna. Tá íogaireacht ard ag an impedance meicniúil nó freagra minicíochta i leith damáiste, rud a fhágann gurb é an príomhtháscaire é chun staidéar a dhéanamh ar shainaithint damáiste.

Le blianta beaga anuas, baineadh úsáid as taighde níos mó agus níos mó ar theicneolaíocht impedance piezoelectric i ndiagnóis sláinte struchtúrach. I 1995, d'éirigh le Sun agus daoine eile teicneolaíocht impedance piezoelectric a úsáid chun diagnóis sláinte struchtúrach a dhéanamh ar scaifeanna cóimeáilte, a measadh a bheith ina thús le cur i bhfeidhm na teicneolaíochta impedance piezoelectric i réimse an diagnóis sláinte struchtúrach. Is é an buntáiste a bhaineann le teicneolaíocht impedance piezoelectric go bhfuil sé íogair do dhamáistí beaga don struchtúr, rud a chabhródh le teip tosaigh an struchtúir a bhrath. Thairis sin, is minic a úsáidtear an t-ábhar piezoelectric PZT (ceirmeach zirconate titanate piezoelectric luaidhe) i dteicneolaíocht impedance piezoelectric tá méid beag agus struchtúr simplí agus iontaofa. Ina theannta sin, níl PZT ach íogair d'athruithe sa cheantar áitiúil timpeall air, rud a chabhraíonn le mais luchtú iomlán an struchtúir a leithlisiú, athraíonn sé i stiffness struchtúrach agus coinníollacha teorann, agus tionchar damáiste struchtúrach in aice le PZT piezo ar na torthaí tomhais. Dá bhrí sin, tá an teicníc seo oiriúnach chun naisc mhonatóireachta a rianú a bhfuil ceanglais dhian acu ar shláine struchtúrach nó a bhfuil tionchar mór acu ar shaol an struchtúir agus nach bhfuil an damáiste éasca a bhrath. Tabharfaidh an t-alt seo isteach bunphrionsabail na teicneolaíochta impedance piezoelectric le haghaidh diagnóis sláinte struchtúrach.

Réamhrá ar Ábhair Piezoelectric

Is ábhar tréleictreach speisialta é ábhar piezoelectric le héifeacht piezoelectric agus éifeacht piezoelectric inbhéartach. Is saintréith é an éifeacht piezoelectric le criostail piezo áirithe a d'aimsigh na deartháireacha Francacha P.Curie agus J.Curie i 1880. Nuair a chuirtear fórsa meicniúil (nó brú a scaoileadh) i bhfeidhm ar an gcomhlacht piezoelectric ina threo polaraithe, ginfidh an comhlacht piezoelectric feiniméan muirir agus urscaoilte. Tugtar an éifeacht piezoelectric dearfach ar an bhfeiniméan seo, ar a mhalairt, cuirtear comhlacht piezoelectric i bhfeidhm ar an gcomhlacht piezoelectric. Déanann réimse leictreach leis an treo polaraithe céanna (nó os coinne) dhá éifeacht: an éifeacht inbhéartach piezoelectric agus an éifeacht electrostrictive. Tá an éifeacht piezoelectric droim ar ais, is é sin, an tréleictreach dífhoirmithe go meicniúil faoi ghníomhaíocht réimse leictreach seachtrach, agus tá méid an strain comhréireach le méid an réimse leictrigh i bhfeidhm, agus tá an treo bainteach le treo an réimse leictrigh. Is é an éifeacht leictreastatach, is é sin, an réimse tréleictreach F, a chuireann brú de bharr polarú spreagtha. Tá an brú comhréireach le cearnóg an réimse leictrigh agus níl aon bhaint aige le treo an réimse leictrigh. Tá an éifeacht inbhéartach piezoelectric agus an éifeacht electrostrictive go bunúsach mar thorthaí polarú an chriostail tréleictreach faoi ghníomhaíocht réimse leictreach seachtrach, rud a fhágann go ndéantar an laitís criostail a shaobhadh agus a léiriú mar bhrú meicniúil ar scála macra. Tugtar criadóireacht piezoelectric ar piezoceramics trí chomhábhair a mheascadh, a shintéiriú ag teocht ard, agus na cáithníní soladacha a bhailiú go randamach idir na cáithníní. Is féidir PZT piezo a úsáid mar eilimint braite agus eilimint tiomána, agus is féidir é a neadú le hábhair eile chun ábhar ilchodach a fhoirmiú, agus mar sin tá raon leathan ionchais iarratais aige, mar shampla rialú aerárthach ar sciatháin aerárthaigh agus córais rialaithe creathadh. Rialú gníomhach ar chreathadh agus torann, monatóireacht ar shláinte struchtúrach i dtrealamh, etc.

Is iad seo a leanas príomhghnéithe iarratais PZT i struchtúir ábhar cliste:

① Is féidir é a úsáid mar thiománaí agus braiteoir araon;
② Nuair a úsáidtear é mar thiománaí, tá a chumhacht excitation beag;
③ Tá an luas freagartha níos tapúla, atá 1,000 uair níos mó ná an cóimhiotal cuimhne cruth;
④ Is féidir an méid a dhéanamh beag agus tanaí, agus is féidir é a shuiteáil ar dhromchla an struchtúir nó a adhlacadh sa struchtúr;
⑤ Tá an meascán solúbtha. Is féidir é a úsáid i bhfoirm píosaí réasúnta mór, nó is féidir é a úsáid i bpíosaí beaga.

Struchtúr PZT
Is réiteach soladach leanúnach de Pbzro3 agus PbTio3 é ceirmeach PZT piezo agus tá struchtúr perovskite ABO3 aige. Aimsíodh go luath sna 1950idí, is ábhar tábhachtach piezoelectric ferroelectric é PZT le luach iarratais theicniúil tábhachtach. Is ábhair thréleictreacha criostalach iad criadóireacht piezoelectric nach bhfuil lárionad siméadrachta acu. Níl criostail grúpa 432 pointe ag tréleictreach criostalach nach bhfuil lárionad siméadrachta aige le héifeacht piezoelectric inbhéartach an-íseal mar gheall ar an siméadracht thar a bheith ard. Dífhoirmiúchán tréleictreach siméadrach na criostail de bharr an éifeacht inbhéartach piezoelectric. Faoi ghníomhaíocht an réimse leictrigh, tá an tréleictreach polaraithe. Toisc nach bhfuil aon nasc ianach idir an t-ian taobh clé agus an t-ian rightmost dearfach (agus eile (bannaí ceimiceacha), mar sin le linn an phróisis polaraithe, is féidir le díláithriú coibhneasta mór tarlú eatarthu, a léiríonn éifeacht piezoelectric inbhéartach mór ar scála macra. comhdhéanta de dhá chuid, is é ceann amháin fuinneamh brú agus is fuinneamh leictreamaighnéadach an ceann eile Tá sé deacair a thomhas le modhanna traidisiúnta Gintear fórsa dromchla cliathánach ar dhromchla an bhíoma. Beidh na fórsaí dromchla seo ag tiomáint an bhíoma chun creathadh éagsúla a ghiniúint (nuair a bhíonn na PZTanna uachtaracha agus íochtaracha faoi réir an voltas céanna, beidh siad ina chúis le creathadh fadaimseartha an bhíoma; nuair a chuirtear an voltas droim ar ais, cuirfidh siad faoi deara creathadh lúbthachta an bhíoma. Ina dhiaidh sin, is féidir leis an gcreathadh a bheith ina chúis le dífhoirmiú an bhíoma, agus is féidir tréithe an dífhoirmithe a léiriú i bhfoirm saintréithe an dífhoirmithe. Dá bhrí sin, is féidir le tréithe iontrála dinimiciúil an bhileog ceirmeach piezoelectric atá greamaithe ar an struchtúr stádas damáiste an struchtúir a léiriú Is é trasducer sorcóir piezoelectric bunlíne an iontrála mar fheidhm minicíochta. Sa dara mír tá faisnéis impedance an ábhair PZT féin agus faisnéis impedance an struchtúir sheachtraigh. Ag cur san áireamh go ndearnadh an córas piezoelectric a chinneadh tar éis an leathán ceirmeach piezoelectric a bheith ceangailte leis an struchtúr seachtrach, tá an impedance AZ den ábhar PZT féin seasmhach, agus is é luach impedance an struchtúir sheachtraigh an t-aon pharaiméadar a dhéanann difear don dara téarma, rud a rialaíonn an córas piezoelectric ar fad. Athruithe ar ligean isteach Y. Nuair a choinnítear paraiméadair agus feidhmíocht PZT tairiseach, is é an bac struchtúrach Z a chinneann luach an dara téarma go uathúil. Freagraíonn aon athrú ar sheoltacht sóidiam piezoelectric le damáiste struchtúrach agus lochtanna, ionas gur féidir luach seoltacht sóidiam piezoelectric a úsáid chun damáiste struchtúr a shainaithint.

PZT a chur i bhfeidhm le haghaidh monatóireachta ar shláinte struchtúrach

Mar gheall ar an éifeacht piezoelectric agus éifeacht inbhéartach piezoelectric an eilimint piezoelectric, tá dhá fheidhm tiomána agus braite ag an eilimint piezoelectric. Ag baint úsáide as an ngné seo, is féidir monatóireacht sláinte ar líne agus fíor-ama a bhaint amach ar an struchtúr. Tá cuid den ábhar PZT ceangailte leis an bhfoinse cumhachta a ghineann an comhartha excitation trí shreang. Úsáidtear an voltas nó an muirear chun an soláthar cumhachta a thiomáint chun comhartha excitation (voltas nó muirear) a chur i bhfeidhm ar an PZT. Toisc go bhfuil an éifeacht inbhéartach piezoelectric ag an ábhar PZT, is é sin, dífhoirmeoidh sé faoi ghníomhaíocht réimse leictreach. Tá an t-ábhar PZT leabaithe (nó pasted) ar an ábhar bonn, mar sin déanfar a dhífhoirmiú féin a tharchur chuig an ábhar bonn, agus an t-ábhar bonn ag dífhoirmiú nó ag bogadh le chéile. Ag an am seo, tá an PZT comhionann le tiománaí agus gineann sé dífhoirmiúchán tríd an comhartha excitation a fháil. Ag an am céanna, roinnt Socraítear feadáin piezoceramic ábhar PZT ar an mbunábhar agus níl siad ceangailte leis an soláthar cumhachta. Nuair a dhífhoirmíonn nó a ghluaiseann an t-ábhar bonn, déanfar an dífhoirmiúchán nó an ghluaiseacht seo a tharchur chuig an ábhar PZT. Mar gheall ar éifeacht piezoelectric an ábhair PZT, gintear muirear leictreach taobh istigh den ábhar PZT, agus athraíonn méid an mhuirir leictreacha le méid an dífhoirmithe nó na gluaiseachta. Ag an am seo, tá an PZT comhionann le braiteoir. Ansin bain úsáid as an bhfeiste tomhais chun comhartha aschuir an braiteora PZT seo a thomhas agus a bhailiú i bhfíor-am, agus féadann sé dífhoirmiú nó gluaiseacht an bhunábhair a léiriú i bhfíor-am agus ar líne, ionas go bhféadfar monatóireacht a dhéanamh ar shláinte fíor-ama agus ar líne an struchtúir.

Déan comparáid idir na sonraí a bhailítear i bhfíor-am agus na sonraí creathadh nuair a bhíonn an struchtúr gnáth, agus féach an bhfuil athrú ar an comhartha aschuir PZT (cosúil le scoilteanna nó looseness an struchtúir, etc., go teoiriciúil, cuirfidh sé faoi deara go n-athróidh an t-aschur PZT sa struchtúr. Má athraíonn sé, meastar go bhfuil teip ar struchtúr. struchtúr.

Is féidir le PZT gníomhú mar eilimint tiomána agus eilimint braite araon chun an struchtúr a spreagadh chun freagra dinimiciúil an struchtúir a fháil. Úsáidtear prionsabal na héifeacht piezoelectric dearfach agus inbhéartach chun anailís a dhéanamh ar an gcaidreamh freagartha dinimiciúil idir an leathán ceirmeach piezoelectric agus an struchtúr seachtrach. Nuair a athraíonn an struchtúr seachtrach, athraíonn an impedance piezoelectric comhfhreagrach freisin. Trí athrú iontrála na criadóireachta piezoelectric a thomhas, is féidir staid an struchtúir a thuar i bhfíor-am. Tá PZT oiriúnach le haghaidh damáiste macra agus mion-damáiste araon, agus a bhfuil ionchas forbartha maith aige i monatóireacht sláinte struchtúrach foirgneamh sa todhchaí.