Apakah bahan dan struktur piezoelektrik?

Bahan piezoelektrik adalah bahan dielektrik khas dengan kesan piezoelektrik dan kesan piezoelektrik songsang. Kesan piezoelektrik ialah ciri beberapa kristal piezo yang ditemui oleh saudara Perancis P. Curie dan J. Curie pada tahun 1880. Apabila daya piezoelektrik mengenakan daya mekanikal (atau tekanan pelepasan) pada arah piezoelektriknya, jasad piezoelektrik akan menghasilkan fenomena cas dan nyahcas. Fenomena ini dipanggil kesan piezoelektrik positif. Medan elektrik yang sama (atau bertentangan) dengan arah polarisasi menyebabkan dua kesan: kesan piezoelektrik songsang dan kesan elektrostriktif. Kesan piezoelektrik songsang, iaitu, dielektrik diubah bentuk secara mekanikal oleh medan elektrik luaran, dan magnitud terikan adalah berkadar dengan magnitud medan elektrik yang digunakan, dan arahnya berkaitan dengan arah medan elektrik. Kesan elektrostriktif, iaitu, medan dielektrik Seramik piezoelektrik bahan Pzt menjana terikan akibat polarisasi teraruh, dan magnitud terikan adalah berkadar dengan kuasa dua medan elektrik, yang tidak bergantung kepada arah medan elektrik. Kesan piezoelektrik songsang dan kesan elektrostriktif pada dasarnya adalah hasil polarisasi kristal dielektrik di bawah tindakan medan elektrik luaran, dan kekisi diherotkan, dan secara makroskopik kelihatan sebagai terikan mekanikal.

Seramik piezoelektrik ialah seramik piezoelektrik yang diperoleh dengan mencampurkan bahan, pensinteran pada suhu tinggi, dan mempunyai pemasangan piezoelektrik selepas tindak balas fasa pepejal antara zarah. Bahan PZT boleh digunakan sebagai elemen penderiaan dan elemen pemacu, dan boleh dibenamkan dengan bahan lain untuk membentuk bahan komposit. Oleh itu, ia mempunyai pelbagai aplikasi, seperti pengendalian pesawat pada sayap pesawat, dan dalam sistem getaran. Kawalan aktif getaran dan bunyi untuk pemantauan kesihatan struktur dalam peralatan.

2 struktur PZT

Menurut teori dinamik struktur moden, apabila kerosakan dan kecacatan berlaku pada peralatan dan struktur, seperti retak, bolt longgar, dan lain-lain, ciri-ciri ketegaran dan impedans mekanikalnya akan berubah, yang juga akan membawa kepada perubahan dalam frekuensi semula jadi dan mod struktur. Oleh itu, tahap kerosakan boleh diberikan secara kuantitatif berdasarkan perubahan dalam impedans mekanikal. Walau bagaimanapun, impedans dinamik mekanikal berbeza dengan kekerapan dan sukar untuk diukur dengan menggunakan kaedah konvensional. Menggunakan ciri pacu kendiri dan penderiaan kendiri unsur piezoelektrik, bahan PZT cakera bulat piezo pada masa yang sama boleh bertindak sebagai elemen pemacu dan elemen penderiaan untuk merangsang struktur untuk mendapatkan tindak balas dinamik struktur, dengan itu mewujudkan jambatan antara ciri-ciri mekanikal dan maklumat elektrik, maklumat impedans dinamik mekanikal. Perubahan boleh dicerminkan oleh maklumat elektrik yang diukur mudah. Apabila voltan luaran tertentu digunakan pada permukaan kepingan seramik piezoelektrik, daya permukaan sisi dijana pada permukaan rasuk. Daya permukaan ini akan memacu rasuk untuk menghasilkan getaran yang berbeza (apabila PZT atas dan bawah dikenakan voltan yang sama, rasuk akan bergetar secara membujur; apabila voltan terbalik digunakan, rasuk akan tertakluk kepada getaran lentur). Sebaliknya, getaran menyebabkan rasuk berubah bentuk, dan ciri ubah bentuk boleh dicerminkan dalam bentuk isyarat elektrik melalui ciri penderiaan kepingan seramik piezoelektrik. Oleh itu, ciri kemasukan dinamik kepingan seramik piezoelektrik yang ditampal pada struktur boleh mencerminkan keadaan kerosakan struktur. Mengikut kesan gandingan piezoelektrik, dan interaksi antara PZT dan struktur, kemasukan bergantung kepada frekuensi (salingan galangan) boleh diperolehi. Apabila parameter dan prestasi PZT kekal malar, impedans struktur secara unik menentukan nilai sebutan kedua. Sebarang perubahan natrium piezoelektrik sepadan dengan kerosakan dan kecacatan struktur, supaya kerosakan struktur boleh dikenal pasti dengan nilai natrium piezoelektrik.

Kerana kesan piezoelektrik dan kesan piezoelektrik songsang unsur piezoelektrik, elemen piezoelektrik mempunyai dwi fungsi memandu dan penderiaan, dan ciri ini boleh merealisasikan pemantauan kesihatan dalam talian dan masa nyata struktur.

Sebahagian daripada bahan PZT disambungkan kepada sumber kuasa yang menjana isyarat pengujaan melalui wayar, dan isyarat pengujaan (voltan atau cas) digunakan pada bahan PZT melalui sumber kuasa pemacu voltan atau cas, kerana bahan PZT mempunyai kesan piezoelektrik songsang, iaitu, ubah bentuk berlaku di bawah tindakan medan elektrik disebabkan oleh bahan PZT yang dilekatkan (atau bahan terlekat sendiri) dihantar ke bahan asas, dan bahan asas akan cacat atau digerakkan bersama. Pada masa ini, PZT adalah bersamaan dengan pemandu, dan ubah bentuk dihasilkan dengan menerima isyarat pengujaan. Atau bersenam untuk memacu bahan asas. Pada masa yang sama, beberapa bahan PZT diletakkan pada bahan asas dan tidak disambungkan kepada sumber kuasa, dan ubah bentuk atau gerakan ini dihantar ke bahan PZT apabila bahan asas cacat atau dipindahkan. Disebabkan oleh kesan piezoelektrik bahan PZT, cas dijana di dalam cas, dan magnitud cas berbeza mengikut magnitud ubah bentuk atau gerakan. Pada masa ini, bahan PZT adalah bersamaan dengan sensor. Kemudian, isyarat keluaran sensor PZT diukur dan dikumpulkan oleh peranti pengukur, dan ubah bentuk atau pergerakan bahan asas boleh dicerminkan dalam masa nyata dan dalam talian, dengan itu merealisasikan pemantauan kesihatan masa nyata dan dalam talian terhadap struktur.