Wat is het piëzo-elektrische materiaal en de structuur?

Piëzo-elektrisch materiaal is een speciaal diëlektrisch materiaal met piëzo-elektrisch effect en omgekeerd piëzo-elektrisch effect. Het piëzo-elektrische effect is kenmerkend voor sommige piëzo-kristallen die in 1880 door de Franse broers P. Curie en J. Curie zijn ontdekt. ​​Wanneer een piëzo-elektrische kracht een mechanische kracht uitoefent (of druk uitoefent) op zijn piëzo-elektrische richting, zal het piëzo-elektrische lichaam een ​​laad- en ontladingsfenomeen genereren. Dit fenomeen wordt een positief piëzo-elektrisch effect genoemd. Een elektrisch veld dat hetzelfde (of tegengesteld) is aan de polarisatierichting veroorzaakt twee effecten: een omgekeerd piëzo-elektrisch effect en een elektrostrictief effect. Het omgekeerde piëzo-elektrische effect, dat wil zeggen dat het diëlektricum mechanisch wordt vervormd door een extern elektrisch veld, en de grootte van de spanning is evenredig met de grootte van het aangelegde elektrische veld, en de richting is gerelateerd aan de richting van het elektrische veld. Het elektrostrictieve effect, dat wil zeggen het diëlektrische veld van de Pzt-materiaal piëzo-elektrische keramiek genereert spanning als gevolg van geïnduceerde polarisatie, en de grootte van de spanning is evenredig met het kwadraat van het elektrische veld, dat onafhankelijk is van de richting van het elektrische veld. Het omgekeerde piëzo-elektrische effect en het elektrostrictieve effect zijn in wezen het resultaat van polarisatie van het diëlektrische kristal onder invloed van een extern elektrisch veld, en het rooster is vervormd en het macroscopisch lijkt het op mechanische spanning.

Piëzo-elektrische keramiek is piëzo-elektrische keramiek verkregen door het mengen van ingrediënten, sinteren bij hoge temperatuur en het hebben van een piëzo-elektrisch samenstel na een vaste-fasereactie tussen de deeltjes. PZT-materiaal kan worden gebruikt als sensorelement en als aandrijfelement, en kan worden ingebed met andere materialen om een ​​composietmateriaal te vormen. Daarom heeft het een breed scala aan toepassingen, zoals de afhandeling van vliegtuigen op vliegtuigvleugels en in trillingssystemen. Actieve controle van trillingen en geluid voor structurele gezondheidsmonitoring in apparatuur.

2 PZT-structuur

Volgens de moderne theorie van de structurele dynamiek zullen, wanneer schade en defecten optreden in apparatuur en constructies, zoals scheuren, losse bouten, enz., de stijfheid en mechanische impedantie-eigenschappen ervan veranderen, wat ook zal leiden tot veranderingen in de natuurlijke frequentie en modus van de constructie. Daarom kan de mate van schade kwantitatief worden gegeven op basis van de verandering in mechanische impedantie. De mechanische dynamische impedantie varieert echter met de frequentie en is moeilijk te meten met conventionele methoden. Gebruikmakend van de zelfaangedreven en zelfdetecterende eigenschappen van het piëzo-elektrische element, PZT-materiaal piëzo-ronde schijven kunnen tegelijkertijd fungeren als een aandrijfelement en een sensorelement om de structuur te exciteren om de dynamische respons van de structuur te verkrijgen, waardoor een brug wordt geslagen tussen mechanische kenmerken en elektrische informatie, mechanische dynamische impedantie-informatie. Veranderingen kunnen worden weerspiegeld door eenvoudige gemeten elektrische informatie. Wanneer een bepaalde externe spanning wordt aangelegd op het oppervlak van de piëzo-elektrische keramische plaat, wordt een laterale oppervlaktekracht gegenereerd op het oppervlak van de balk. Deze oppervlaktekrachten zullen de balk aandrijven om verschillende trillingen te produceren (wanneer de bovenste en onderste PZT worden onderworpen aan dezelfde spanning, zal de balk in de lengterichting trillen; wanneer een sperspanning wordt toegepast, zal de balk worden onderworpen aan buigtrillingen). Op zijn beurt zorgt de trilling ervoor dat de straal vervormt, en de vervormingskarakteristieken kunnen worden gereflecteerd in de vorm van elektrische signalen via de detectiekarakteristieken van de piëzo-elektrische keramische platen. Daarom kunnen de dynamische toelatingskarakteristieken van de piëzo-elektrische keramische platen die op de structuur zijn geplakt de schadetoestand van de structuur weerspiegelen. Volgens het piëzo-elektrische koppelingseffect en de interactie tussen PZT en de structuur kan de frequentieafhankelijke toegang (het omgekeerde van de impedantie) worden verkregen. Wanneer de parameters en prestaties van de PZT constant blijven, bepaalt de structurele impedantie op unieke wijze de waarde van de tweede term. Elke verandering van piëzo-elektrisch natrium komt overeen met structurele schade en defecten, zodat structurele schade kan worden geïdentificeerd aan de hand van de waarde van piëzo-elektrisch natrium.

Vanwege het piëzo-elektrische effect en het omgekeerde piëzo-elektrische effect van het piëzo-elektrische element, heeft het piëzo-elektrische element dubbele functies: aandrijven en detecteren, en deze functie kan online en realtime gezondheidsmonitoring van de structuur realiseren.

Een deel van het PZT-materiaal is verbonden met de stroombron die het excitatiesignaal genereert via een draad, en een excitatiesignaal (spanning of lading) wordt toegepast op het PZT-materiaal via een spanning of een ladingaandrijvende stroombron, omdat het PZT-materiaal een omgekeerd piëzo-elektrisch effect heeft, dat wil zeggen dat er een vervorming optreedt onder invloed van een elektrisch veld als gevolg van het PZT-materiaal is ingebed (of gehecht aan) het basismateriaal, zodat zijn eigen vervorming wordt doorgegeven aan het basismateriaal en de basis materiaal zal worden vervormd of samen worden bewogen. Op dit moment is de PZT equivalent aan een driver en wordt de vervorming gegenereerd door het ontvangen van het excitatiesignaal. Of oefening om het basismateriaal aan te drijven. Tegelijkertijd wordt een deel van het PZT-materiaal op het basismateriaal geplaatst en niet verbonden met de stroombron, en deze vervorming of beweging wordt doorgegeven aan het PZT-materiaal wanneer het basismateriaal wordt vervormd of verplaatst. Vanwege het piëzo-elektrische effect van het PZT-materiaal wordt er een lading gegenereerd binnen de lading, en de grootte van de lading varieert met de grootte van de vervorming of beweging. Op dit moment is het PZT-materiaal gelijkwaardig aan een sensor. Vervolgens wordt het uitgangssignaal van de PZT-sensor gemeten en verzameld door het meetapparaat, en de vervorming of beweging van het basismateriaal kan in realtime en online worden gereflecteerd, waardoor realtime en online gezondheidsmonitoring van de structuur wordt gerealiseerd.