Vijesti

Vi ste ovdje: Dom / Vijesti / Osnove piezoelektrične keramike / Što je piezoelektrični materijal i struktura?

Što je piezoelektrični materijal i struktura?

Pregleda: 7 Autor: Urednik stranice Vrijeme objave: 16.10.2019. Izvor: stranica

Raspitajte se

Piezoelektrični materijal je poseban dielektrični materijal s piezoelektričnim učinkom i inverznim piezoelektričnim učinkom. Piezoelektrični učinak je karakteristika nekih piezo kristala koje su otkrili Francuzi P. Curie i J. Curie braća 1880. Kada piezoelektrična sila vrši mehaničku silu (ili otpusti pritisak) na svoj piezoelektrični smjer, piezoelektrično tijelo će generirati fenomen naboja i pražnjenja. Taj se fenomen naziva pozitivni piezoelektrični učinak. Električno polje koje je istog (ili suprotnog) smjera polarizacije uzrokuje dva učinka: inverzni piezoelektrični učinak i elektrostrikcijski učinak. Inverzni piezoelektrični učinak, to jest, dielektrik se mehanički deformira vanjskim električnim poljem, a veličina deformacije proporcionalna je veličini primijenjenog električnog polja, a smjer je povezan sa smjerom električnog polja. Elektrostrikcijski učinak, odnosno dielektrično polje Pzt materijal piezoelektrična keramika stvara naprezanje zbog inducirane polarizacije, a veličina naprezanja proporcionalna je kvadratu električnog polja, koje je neovisno o smjeru električnog polja. Inverzni piezoelektrični i elektrostrikcijski efekt u biti su rezultat polarizacije dielektričnog kristala pod djelovanjem vanjskog električnog polja, pri čemu se rešetka iskrivljuje, a makroskopski se pojavljuje kao mehaničko naprezanje.

Piezoelektrična keramika je piezoelektrična keramika dobivena miješanjem sastojaka, sinteriranjem na visokoj temperaturi i piezoelektričnim sklopom nakon reakcije čvrste faze između čestica. PZT materijal može se koristiti i kao senzorski element i kao pogonski element, a može se ugraditi s drugim materijalima kako bi se formirao kompozitni materijal. Stoga ima širok raspon primjena, kao što je rukovanje zrakoplovom na krilima zrakoplova iu sustavima vibracija. Aktivna kontrola vibracija i buke za praćenje stanja konstrukcija opreme.

Glavne značajke primjene PZT-a u strukturi pametnog materijala su:
1 može se koristiti i kao pokretač i kao senzor;
2 kao vozač, njegova snaga uzbude je mala;
3 Brzina odziva je brža, što je 100 puta više od legure s pamćenjem oblika;
Veličina 4 može se napraviti vrlo malom i tankom, može se postaviti na površinu strukture ili zakopati u strukturu;
5 Fleksibilnost kombinacije može se koristiti u relativno velikom obliku ili se može koristiti u malim komadima.

2 PZT struktura

PZT materijal je kontinuirana čvrsta otopina Pbzro3 i PbTio3, koji je u strukturi perovskita ABO3. Osnovan ranih 1950-ih, PZT materijal je kompaktan piezoelektrični feroelektrični materijal s važnom tehničkom primjenom. Piezoelektrična keramika je kristalni dielektrični materijal koji nema središte simetrije. Piezo kristalni dielektrici koji nemaju središte simetrije imaju kristal skupine od 432 točke s izrazito niskim inverznim piezoelektričnim učinkom zbog izrazito visoke simetrije. Kristalni dielektrik centra simetrije je deformiran inverznim piezoelektričnim efektom. Pod djelovanjem električnog polja dielektrik je polariziran jer nema ionske veze između poddisocijacije i krajnjeg desnog pozitivnog iona (i ostalih). pa tijekom procesa polarizacije može doći do velikog relativnog pomaka među njima, što pokazuje veliki inverzni piezoelektrični efekt na makroskopskoj razini. Izražava se kao: S = dE, što je proporcionalno veličini električnog polja. To jest, u piezoelektričnom materijalu, električna količina i mehanička količina su povezane jedna s drugom, a energija pohranjena u mediju sastoji se od dva dijela, jedan dio je energija deformacije, a drugi dio je elektromagnetska energija.

Prema suvremenoj strukturnoj dinamičkoj teoriji, kada dođe do oštećenja i nedostataka u opremi i konstrukcijama, kao što su pukotine, labavi vijci itd., njezine karakteristike krutosti i mehaničke impedancije će se promijeniti, što će također dovesti do promjena u prirodnoj frekvenciji i načinu konstrukcije. Stoga se stupanj oštećenja može kvantitativno odrediti na temelju promjene mehaničke impedancije. Međutim, mehanička dinamička impedancija varira s frekvencijom i teško ju je mjeriti konvencionalnim metodama. Korištenje samopogonskih i samoosjetljivih karakteristika piezoelektričnog elementa, PZT materijala piezo okrugli diskovi mogu istovremeno djelovati kao pogonski element i senzorni element za pobuđivanje strukture kako bi se dobio dinamički odgovor strukture, čime se uspostavlja most između mehaničkih karakteristika i električnih informacija, informacija o mehaničkoj dinamičkoj impedanciji. Promjene se mogu odraziti jednostavnim izmjerenim električnim informacijama. Kada se određeni vanjski napon primijeni na površinu piezoelektrične keramičke ploče, na površini grede stvara se bočna površinska sila. Ove površinske sile potaknut će gredu da proizvodi različite vibracije (kada su gornji i donji PZT podvrgnuti istom naponu, greda će vibrirati uzdužno; kada se primijeni obrnuti napon, greda će biti podvrgnuta vibracijama savijanja). S druge strane, vibracije uzrokuju deformaciju grede, a karakteristike deformacije mogu se reflektirati u obliku električnih signala kroz karakteristike osjetila piezoelektričnih keramičkih ploča. Stoga karakteristike dinamičke admitancije piezoelektričnih keramičkih ploča zalijepljenih na strukturu mogu odražavati stanje oštećenja strukture. Prema učinku piezoelektričnog sprezanja i interakciji između PZT i strukture, može se dobiti admitansija ovisna o frekvenciji (recipročna vrijednost impedancije). Kada parametri i izvedba PZT-a ostanu konstantni, strukturna impedancija jedinstveno određuje vrijednost drugog člana. Svaka promjena piezoelektričnog natrija odgovara strukturnim oštećenjima i defektima, tako da se strukturna oštećenja mogu identificirati prema vrijednosti piezoelektričnog natrija.

Implementacija PZT piezo za praćenje strukturalnog zdravlja

Zbog piezoelektričnog učinka i obrnutog piezoelektričnog učinka piezoelektričnog elementa, piezoelektrični element ima dvostruku funkciju pokretanja i senzora, a ova značajka može ostvariti on-line i stvarno-vremensko praćenje zdravlja strukture.

Dio PZT materijala je spojen na izvor energije koji generira pobudni signal preko žice, a pobudni signal (napon ili naboj) se primjenjuje na PZT materijal preko napona ili izvora energije koji pokreće naboj, jer PZT materijal ima inverzni piezoelektrični učinak, to jest, deformacija se javlja pod djelovanjem električnog polja zbog PZT materijala je ugrađen (ili zalijepljen) u osnovni materijal, tako da je svoj deformacija će se prenijeti na osnovni materijal, a osnovni materijal će se deformirati ili pomaknuti zajedno. U ovom trenutku, PZT je ekvivalent pokretaču, a deformacija se stvara primanjem pobudnog signala. Ili vježbajte za vožnju osnovnog materijala. U isto vrijeme, dio PZT materijala nalazi se na osnovnom materijalu i nije spojen na izvor energije, a ta se deformacija ili gibanje prenosi na PZT materijal kada se osnovni materijal deformira ili pomiče. Zbog piezoelektričnog učinka PZT materijala, naboj se stvara unutar naboja, a veličina naboja varira s veličinom deformacije ili gibanja. U ovom trenutku, PZT materijal je ekvivalentan senzoru. Zatim se izlazni signal PZT senzora mjeri i prikuplja pomoću mjernog uređaja, a deformacija ili pomicanje osnovnog materijala može se reflektirati u stvarnom vremenu i na mreži, čime se ostvaruje praćenje zdravlja strukture u stvarnom vremenu i na mreži.

Usporedba podataka prikupljenih u stvarnom vremenu s podacima o vibracijama kada je struktura normalna, kako bi se vidjelo mijenja li se izlazni signal PZT materijala (kao što su pukotine ili labavost strukture, teoretski će uzrokovati izlaz PZT materijala piezoelektrični keramički pretvarač u strukturi da se promijeni, ako se promijeni, smatra se da ova struktura nije uspjela. Kada dođe do kvara, signal se može prenijeti na upravljačku jedinicu na vrijeme kako bi se na vrijeme pozabavilo strukturalnim kvarom kako bi se realizirao online nadzor u stvarnom vremenu, dijagnoza kvara i rukovanje kvarom na strukturi.

PZT materijal može istovremeno djelovati kao pogonski i osjetni element za pobuđivanje strukture kako bi se dobio dinamički odgovor strukture. Dinamički odnos odziva između piezoelektričnih keramičkih ploča i vanjskih struktura analiziran je principom pozitivnih i negativnih piezoelektričnih učinaka. Kada se vanjska struktura promijeni, odgovarajuća piezoelektrična impedancija se također mijenja. Mjerenjem admitancije piezoelektričnog sustava može se predvidjeti stanje strukture. PZT materijal je prikladan i za makroskopska oštećenja i za mikro oštećenja, te ima dobre izglede za strukturno zdravstveno praćenje zgrada u budućnosti.