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圧電材料は、圧電効果と逆圧電効果を持つ特殊な誘電体材料です。圧電効果は、1880 年にフランスの P. キュリー兄弟と J. キュリー兄弟によって発見された一部の圧電結晶の特性です。圧電力がその圧電方向に機械的な力 (または解放圧力) を加えると、圧電体は充放電現象を発生します。この現象は正の圧電効果と呼ばれます。分極の方向と同じ（または逆）の電界は、逆圧電効果と電歪効果という 2 つの効果を引き起こします。逆圧電効果、つまり誘電体は外部電場によって機械的に変形し、歪みの大きさは印加電場の大きさに比例し、方向は電場の方向に関係します。電歪効果、つまり、 Pzt 材料の圧電セラミックスは 、誘導分極により歪みを発生させます。歪みの大きさは電場の 2 乗に比例し、電場の方向には依存しません。逆圧電効果と電歪効果は本質的に、外部電場の作用下での誘電体結晶の分極の結果であり、格子が歪み、巨視的には機械的歪みとして現れます。
圧電セラミックスとは、原料を混合し、高温で焼結し、粒子間の固相反応を経て圧電集合体を形成した圧電セラミックスです。 PZT 材料は、感知素子と駆動素子の両方として使用でき、他の材料と埋め込んで複合材料を形成することもできます。したがって、航空機の翼での航空機のハンドリングや振動システムなど、幅広い用途に使用できます。機器の構造健全性を監視するための振動と騒音のアクティブ制御。
2 PZT構造
現代の構造力学理論によれば、設備や構造物に亀裂やボルトの緩みなどの損傷や欠陥が発生すると、その剛性や機械インピーダンス特性が変化し、構造物の固有振動数やモードも変化します。したがって、機械的インピーダンスの変化に基づいて損傷の程度を定量的に示すことができます。ただし、機械的な動的インピーダンスは周波数によって変化するため、従来の方法を使用して測定することは困難です。圧電素子であるPZT素材の自己駆動・自己感知特性を利用 ピエゾ円形ディスクは 、駆動要素と感知要素として同時に機能し、構造を励起して構造の動的応答を取得し、それによって機械的特性と電気情報、機械的動的インピーダンス情報の間の橋渡しを確立します。変化は、単純に測定された電気的情報によって反映されます。圧電セラミックシートの表面に外部から一定の電圧が印加されると、梁の表面に横方向の表面力が発生します。これらの表面力によってビームが駆動され、異なる振動が発生します（上部と下部の PZT に同じ電圧が印加されると、ビームは縦方向に振動します。逆電圧が印加されると、ビームは曲げ振動を受けます）。次に、振動によってビームが変形し、その変形特性が圧電セラミックシートの感知特性を通じて電気信号の形で反映されます。したがって、構造物に貼り付けられた圧電セラミックスシートの動的アドミタンス特性は、構造物の損傷状態を反映することができる。圧電結合効果、および PZT と構造間の相互作用に従って、周波数依存のアドミッタンス (インピーダンスの逆数) を取得できます。 PZT のパラメータと性能が一定のままの場合、構造インピーダンスによって第 2 項の値が一意に決まります。圧電ナトリウムの変化は構造の損傷や欠陥に対応するため、圧電ナトリウムの値によって構造の損傷を特定できます。
圧電素子の圧電効果と逆圧電効果により、圧電素子は駆動と感知の二重の機能を持ち、この機能によりオンラインでリアルタイムの構造の健全性モニタリングを実現できます。
PZT材料の一部はワイヤを介して励起信号を生成する電源に接続され、電圧または電荷駆動電源を介して励起信号（電圧または電荷）がPZT材料に印加されます。これは、PZT材料が逆圧電効果を有するためです。つまり、電界の作用下で変形が発生します。PZT材料は基材に埋め込まれ（または接着され）ているため、自身の変形が基材に伝わり、基材に伝達されます。一緒に変形したり移動したりします。このとき、PZT がドライバーに相当し、励磁信号を受けて変形が生じます。または母材を打ち込む練習をします。同時に、一部の PZT 材料は電源に接続されていない状態で基材上に配置されており、基材が変形または移動すると、この変形または動きが PZT 材料に伝達されます。 PZT 材料の圧電効果により、電荷の内部に電荷が生成され、その電荷の大きさは変形や動きの大きさに応じて変化します。このとき、ＰＺＴ材料がセンサーに相当する。そして、PZTセンサーの出力信号を計測装置で計測・収集し、母材の変形や動きをリアルタイムかつオンラインで反映することで、リアルタイムかつオンラインでの構造物の健全性モニタリングを実現します。
