Qual è il materiale e la struttura piezoelettrico?

Il materiale piezoelettrico è un materiale dielettrico speciale con effetto piezoelettrico ed effetto piezoelettrico inverso. L'effetto piezoelettrico è la caratteristica di alcuni cristalli piezoelettrici scoperti dai fratelli francesi P. Curie e J. Curie nel 1880. Quando una forza piezoelettrica esercita una forza meccanica (o pressione di rilascio) sulla sua direzione piezoelettrica, il corpo piezoelettrico genererà un fenomeno di carica e scarica. Questo fenomeno è chiamato effetto piezoelettrico positivo. Un campo elettrico uguale (o opposto) alla direzione della polarizzazione provoca due effetti: un effetto piezoelettrico inverso e un effetto elettrostrittivo. L'effetto piezoelettrico inverso, ovvero il dielettrico viene deformato meccanicamente da un campo elettrico esterno e l'entità della deformazione è proporzionale all'entità del campo elettrico applicato e la direzione è correlata alla direzione del campo elettrico. L'effetto elettrostrittivo, cioè il campo dielettrico del Le ceramiche piezoelettriche del materiale Pzt generano deformazioni dovute alla polarizzazione indotta e l'entità della deformazione è proporzionale al quadrato del campo elettrico, che è indipendente dalla direzione del campo elettrico. L'effetto piezoelettrico inverso e l'effetto elettrostrittivo sono essenzialmente il risultato della polarizzazione del cristallo dielettrico sotto l'azione di un campo elettrico esterno, e il reticolo viene distorto, e macroscopicamente appare come deformazione meccanica.

Le ceramiche piezoelettriche sono ceramiche piezoelettriche ottenute miscelando ingredienti, sinterizzazione ad alta temperatura e avendo un assemblaggio piezoelettrico dopo una reazione in fase solida tra le particelle. Il materiale PZT può essere utilizzato sia come elemento di rilevamento che come elemento di guida e può essere incorporato con altri materiali per formare un materiale composito. Pertanto, ha una vasta gamma di applicazioni, come la movimentazione degli aeromobili sulle ali degli aerei e nei sistemi di vibrazione. Controllo attivo delle vibrazioni e del rumore per il monitoraggio della salute strutturale delle apparecchiature.

2 Struttura PZT

Secondo la moderna teoria della dinamica strutturale, quando si verificano danni e difetti nelle apparecchiature e nelle strutture, come crepe, bulloni allentati, ecc., le caratteristiche di rigidità e impedenza meccanica cambieranno, il che porterà anche a cambiamenti nella frequenza naturale e nel modo della struttura. Pertanto, l'entità del danno può essere determinata quantitativamente in base alla variazione dell'impedenza meccanica. Tuttavia, l'impedenza dinamica meccanica varia con la frequenza ed è difficile da misurare utilizzando metodi convenzionali. Utilizzando le caratteristiche autoguidate e di rilevamento automatico dell'elemento piezoelettrico, materiale PZT i dischi rotondi piezoelettrici possono agire contemporaneamente come elemento di guida e elemento di rilevamento per eccitare la struttura per ottenere la risposta dinamica della struttura, stabilendo così un ponte tra caratteristiche meccaniche e informazioni elettriche, informazioni sull'impedenza dinamica meccanica. I cambiamenti possono essere riflessi da semplici informazioni elettriche misurate. Quando una certa tensione esterna viene applicata alla superficie del foglio ceramico piezoelettrico, viene generata una forza superficiale laterale sulla superficie del raggio. Queste forze superficiali spingeranno la trave a produrre vibrazioni diverse (quando il PZT superiore e inferiore sono soggetti alla stessa tensione, la trave vibrerà longitudinalmente; quando viene applicata una tensione inversa, la trave sarà soggetta a vibrazioni flettenti). A sua volta, la vibrazione provoca la deformazione del raggio e le caratteristiche di deformazione possono essere riflesse sotto forma di segnali elettrici attraverso le caratteristiche di rilevamento dei fogli ceramici piezoelettrici. Pertanto, le caratteristiche di ammettenza dinamica dei fogli ceramici piezoelettrici incollati sulla struttura possono riflettere lo stato di danneggiamento della struttura. In base all'effetto di accoppiamento piezoelettrico e all'interazione tra PZT e la struttura, è possibile ottenere l'ammettenza dipendente dalla frequenza (il reciproco dell'impedenza). Quando i parametri e le prestazioni del PZT rimangono costanti, l'impedenza strutturale determina in modo univoco il valore del secondo termine. Qualsiasi cambiamento di sodio piezoelettrico corrisponde a danni e difetti strutturali, quindi il danno strutturale può essere identificato dal valore del sodio piezoelettrico.

A causa dell'effetto piezoelettrico e dell'effetto piezoelettrico inverso dell'elemento piezoelettrico, l'elemento piezoelettrico ha la doppia funzione di guida e rilevamento e questa caratteristica può realizzare il monitoraggio online e in tempo reale dello stato della struttura.

Una parte del materiale PZT è collegata alla fonte di alimentazione generando il segnale di eccitazione attraverso un filo e un segnale di eccitazione (tensione o carica) viene applicato al materiale PZT attraverso una tensione o una carica che alimenta la fonte di alimentazione, poiché il materiale PZT ha un effetto piezoelettrico inverso, ovvero si verifica una deformazione sotto l'azione di un campo elettrico a causa del materiale PZT incorporato (o aderito al) materiale di base, quindi la sua stessa deformazione verrà trasmessa al materiale di base e il il materiale di base verrà deformato o spostato insieme. In questo momento il PZT equivale ad un driver e la deformazione viene generata ricevendo il segnale di eccitazione. Oppure esercitati per guidare il materiale di base. Allo stesso tempo, parte del materiale PZT viene posizionato sul materiale di base e non è collegato alla fonte di alimentazione e questa deformazione o movimento viene trasmesso al materiale PZT quando il materiale di base viene deformato o spostato. A causa dell'effetto piezoelettrico del materiale PZT, all'interno della carica viene generata una carica e l'entità della carica varia con l'entità della deformazione o del movimento. In questo momento, il materiale PZT equivale a un sensore. Quindi, il segnale di uscita del sensore PZT viene misurato e raccolto dal dispositivo di misurazione e la deformazione o il movimento del materiale di base possono essere riflessi in tempo reale e online, realizzando così il monitoraggio dello stato della struttura in tempo reale e online.