Nyheter

Du er her: Hjem / Nyheter / Grunnleggende om piezoelektrisk keramikk / Hva er det piezoelektriske materialet og strukturen?

Hva er det piezoelektriske materialet og strukturen?

Visninger: 7 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstid: 2019-10-16 Opprinnelse: nettsted

Spørre

Piezoelektrisk materiale er et spesielt dielektrisk materiale med piezoelektrisk effekt og invers piezoelektrisk effekt. Den piezoelektriske effekten er karakteristisk for noen piezokrystaller som ble oppdaget av de franske P. Curie og J. Curie-brødrene i 1880. Når en piezoelektrisk kraft utøver en mekanisk kraft (eller frigjøringstrykk) på dens piezoelektriske retning, vil den piezoelektriske kroppen generere et ladnings- og utladningsfenomen. Dette fenomenet kalles en positiv piezoelektrisk effekt. Et elektrisk felt som er det samme (eller motsatt) av polarisasjonsretningen forårsaker to effekter: en invers piezoelektrisk effekt og en elektrostriktiv effekt. Den inverse piezoelektriske effekten, det vil si at dielektrikumet deformeres mekanisk av et eksternt elektrisk felt, og størrelsen på belastningen er proporsjonal med størrelsen på det påførte elektriske feltet, og retningen er relatert til retningen til det elektriske feltet. Den elektrostriktive effekten, det vil si det dielektriske feltet til Pzt-materiale piezoelektrisk keramikk genererer belastning på grunn av indusert polarisering, og størrelsen på tøyningen er proporsjonal med kvadratet på det elektriske feltet, som er uavhengig av retningen til det elektriske feltet. Den inverse piezoelektriske effekten og den elektrostriktive effekten er i hovedsak resultatet av polarisering av den dielektriske krystallen under påvirkning av et eksternt elektrisk felt, og gitteret er forvrengt, og makroskopisk fremstår som mekanisk belastning.

Piezoelektrisk keramikk er piezoelektrisk keramikk oppnådd ved å blande ingredienser, sintring ved høy temperatur og ha en piezoelektrisk sammenstilling etter en fastfasereaksjon mellom partiklene. PZT-materiale kan brukes som både et føleelement og et drivelement, og kan legges inn med andre materialer for å danne et komposittmateriale. Derfor har den et bredt spekter av bruksområder, som flyhåndtering på flyvinger og i vibrasjonssystemer. Aktiv kontroll av vibrasjoner og støy for strukturell helseovervåking i utstyr.

Hovedtrekkene til PZT-applikasjon i smart materialstruktur er:
1 kan brukes som både en driver og en sensor;
2 som driver er dens eksitasjonskraft liten;
3 Responshastigheten er raskere, som er 100 ganger formminnelegeringen;
4 størrelse kan gjøres veldig liten og tynn, kan installeres på overflaten av strukturen, eller begraves i strukturen;
5 Kombinasjonsfleksibilitet kan brukes i en relativt stor form, eller kan brukes i små biter.

2 PZT struktur

PZT-materiale er en kontinuerlig fast løsning av Pbzro3 og PbTio3, som er i ABO3 perovskittstrukturen. Grunnlagt på begynnelsen av 1950-tallet, er PZT-materialet et kompakt piezoelektrisk ferroelektrisk materiale med viktig teknisk bruksverdi. Piezoelektrisk keramikk er krystallinske dielektriske materialer som ikke har et symmetrisenter. Piezokrystall-dielektriske stoffer som ikke har et symmetrisenter har en 432-punkts gruppekrystall med ekstremt lav invers piezoelektrisk effekt på grunn av ekstremt høy symmetri. Krystalldielektrikken til symmetrisenteret deformeres av den inverse piezoelektriske effekten. Under påvirkning av det elektriske feltet blir dielektrikumet polarisert fordi det ikke er noen ionisk binding mellom subdissosiasjonen og det positive ionet lengst til høyre (og andre). så under polarisasjonsprosessen kan det oppstå en stor relativ forskyvning mellom dem, som viser en stor invers piezoelektrisk effekt på makroskopisk nivå. Uttrykt som: S = dE, som er proporsjonal med størrelsen på det elektriske feltet. Det vil si at i det piezoelektriske materialet er den elektriske mengden og den mekaniske mengden koblet til hverandre, og energien som er lagret i mediet er sammensatt av to deler, den ene delen er tøyningsenergi og den andre delen er elektromagnetisk energi.

I henhold til den moderne strukturelle dynamikkteorien, når skader og defekter oppstår i utstyr og strukturer, som sprekker, løse bolter, etc., vil dens stivhet og mekaniske impedansegenskaper endres, noe som også vil føre til endringer i strukturens naturlige frekvens og modus. Derfor kan graden av skade gis kvantitativt basert på endringen i mekanisk impedans. Imidlertid varierer mekanisk dynamisk impedans med frekvens og er vanskelig å måle ved å bruke konvensjonelle metoder. Ved å bruke de selvdrevne og selvfølende egenskapene til det piezoelektriske elementet, PZT-materiale piezo-runde skiver kan samtidig fungere som et drivelement og et føleelement for å begeistre strukturen for å oppnå den dynamiske responsen til strukturen, og derved etablere en bro mellom mekaniske egenskaper og elektrisk informasjon, mekanisk dynamisk impedansinformasjon. Endringer kan reflekteres av enkel målt elektrisk informasjon. Når en viss ekstern spenning påføres overflaten av det piezoelektriske keramiske arket, genereres en sideoverflatekraft på overflaten av strålen. Disse overflatekreftene vil drive strålen til å produsere forskjellige vibrasjoner (når øvre og nedre PZT utsettes for samme spenning, vil strålen vibrere i lengderetningen; når en omvendt spenning påføres, vil strålen bli utsatt for bøyningsvibrasjoner). Vibrasjonen får i sin tur strålen til å deformeres, og deformasjonskarakteristikkene kan reflekteres i form av elektriske signaler gjennom føleegenskapene til de piezoelektriske keramiske arkene. Derfor kan de dynamiske adgangsegenskapene til de piezoelektriske keramiske arkene limt på strukturen reflektere skadetilstanden til strukturen. I henhold til den piezoelektriske koblingseffekten, og samspillet mellom PZT og strukturen, kan den frekvensavhengige admittansen (det resiproke av impedansen) oppnås. Når parametrene og ytelsen til PZT forblir konstant, bestemmer den strukturelle impedansen unikt verdien av det andre leddet. Enhver endring av piezoelektrisk natrium tilsvarer strukturelle skader og defekter, slik at strukturelle skader kan identifiseres ved verdien av piezoelektrisk natrium.

Implementering av PZT piezo for strukturell helseovervåking

På grunn av den piezoelektriske effekten og den omvendte piezoelektriske effekten til det piezoelektriske elementet, har det piezoelektriske elementet doble funksjoner for kjøring og sansing, og denne funksjonen kan realisere online og sanntids helseovervåking av strukturen.

En del av PZT-materialet er koblet til strømkilden som genererer eksitasjonssignalet gjennom en ledning, og et eksitasjonssignal (spenning eller ladning) tilføres PZT-materialet gjennom en spennings- eller ladningsdrivende kraftkilde, fordi PZT-materialet har en omvendt piezoelektrisk effekt, det vil si at en deformasjon oppstår under påvirkning av et elektrisk felt på grunn av det innebygde materialet i PZT-materialet (eller det innebygde materialet til) egen deformasjon vil overføres til grunnmaterialet, og grunnmaterialet vil bli deformert eller flyttet sammen. På dette tidspunktet er PZT ekvivalent med en driver, og deformasjonen genereres ved å motta eksitasjonssignalet. Eller tren for å drive grunnmaterialet. Samtidig legges noe PZT-materiale på grunnmaterialet og er ikke koblet til strømkilden, og denne deformasjonen eller bevegelsen overføres til PZT-materialet når grunnmaterialet deformeres eller flyttes. På grunn av den piezoelektriske effekten av PZT-materialet, genereres en ladning inne i ladningen, og størrelsen på ladningen varierer med størrelsen på deformasjonen eller bevegelsen. På dette tidspunktet tilsvarer PZT-materialet en sensor. Deretter blir utgangssignalet til PZT-sensoren målt og samlet inn av måleenheten, og deformasjonen eller bevegelsen av basismaterialet kan reflekteres i sanntid og online, og dermed realisere sanntids- og online helseovervåking av strukturen.

Sammenligning av data som er samlet inn i sanntid med vibrasjonsdata når strukturen er normal, for å se om PZT-materialets utgangssignal endres (som sprekker eller løshet i strukturen, vil teoretisk føre til utgangen av PZT-en). piezoelektrisk keramikk transduser i strukturen for å endre, hvis den endres, anses det denne strukturen har mislyktes. Når en feil oppstår, kan signalet overføres til kontrolleren i tide for å håndtere den strukturelle svikten på nettet, sanntidsovervåking, feildiagnose og feilhåndtering av strukturen.

PZT-materialet kan samtidig fungere som et driv- og føleelement for å begeistre strukturen for å oppnå den dynamiske responsen til strukturen. Det dynamiske responsforholdet mellom piezoelektriske keramiske plater og ytre strukturer ble analysert ved prinsippet om positive og negative piezoelektriske effekter. Når den ytre strukturen endres, endres også den tilsvarende piezoelektriske impedansen. Ved å måle admittansen til det piezoelektriske systemet, kan tilstanden til strukturen forutsies. PZT-materiale er egnet for både makroskopiske skader og mikroskader, og har gode utsikter for strukturell helseovervåking av bygninger i fremtiden.