Ştiri

Sunteți aici: Acasă / Ştiri / Bazele ceramicii piezoelectrice / Care este materialul și structura piezoelectrică?

Care este materialul și structura piezoelectrică?

Vizualizări: 7 Autor: Editor site Ora publicării: 2019-10-16 Origine: Site

Întreba

Materialul piezoelectric este un material dielectric special cu efect piezoelectric și efect piezoelectric invers. Efectul piezoelectric este caracteristica unor cristale piezoelectrice descoperite de frații francezi P. Curie și J. Curie în 1880. Când o forță piezoelectrică exercită o forță mecanică (sau presiune de eliberare) asupra direcției sale piezoelectrice, corpul piezoelectric va genera un fenomen de încărcare și descărcare. Acest fenomen se numește efect piezoelectric pozitiv. Un câmp electric care este același (sau opus) direcției de polarizare provoacă două efecte: un efect piezoelectric invers și un efect electrostrictiv. Efectul piezoelectric invers, adică dielectricul este deformat mecanic de un câmp electric extern, iar mărimea deformarii este proporțională cu mărimea câmpului electric aplicat, iar direcția este legată de direcția câmpului electric. Efectul electrostrictiv, adică câmpul dielectric al Ceramica piezoelectrică din materialul Pzt generează deformare din cauza polarizării induse, iar mărimea deformarii este proporțională cu pătratul câmpului electric, care este independent de direcția câmpului electric. Efectul piezoelectric invers și efectul electrostrictiv sunt în esență rezultatul polarizării cristalului dielectric sub acțiunea unui câmp electric extern, iar rețeaua este distorsionată, iar macroscopic apare ca deformare mecanică.

Ceramica piezoelectrică este ceramică piezoelectrică obținută prin amestecarea ingredientelor, sinterizarea la o temperatură ridicată și având un ansamblu piezoelectric după o reacție în fază solidă între particule. Materialul PZT poate fi utilizat atât ca element senzor, cât și ca element de antrenare și poate fi încorporat cu alte materiale pentru a forma un material compozit. Prin urmare, are o gamă largă de aplicații, cum ar fi manipularea aeronavelor pe aripile aeronavelor și în sistemele de vibrații. Controlul activ al vibrațiilor și zgomotului pentru monitorizarea sănătății structurale în echipamente.

Principalele caracteristici ale aplicației PZT în structura materialului inteligent sunt:
1 poate fi utilizat atât ca driver, cât și ca senzor;
2 ca șofer, puterea sa de excitare este mică;
3 Viteza de răspuns este mai rapidă, ceea ce este de 100 de ori mai mare decât aliajul cu memorie de formă;
Dimensiunea 4 poate fi făcută foarte mică și subțire, poate fi instalată pe suprafața structurii sau îngropată în structură;
5 Flexibilitatea combinației poate fi utilizată într-o formă relativ mare sau poate fi utilizată în bucăți mici.

Structura 2 PZT

Materialul PZT este o soluție solidă continuă de Pbzro3 și PbTio3, care se află în structura perovskită ABO3. Fondat la începutul anilor 1950, materialul PZT este un material feroelectric piezoelectric compact, cu o valoare importantă de aplicare tehnică. Ceramica piezoelectrică este materiale dielectrice cristaline care nu au un centru de simetrie. Dielectricii de cristal piezo care nu au un centru de simetrie au un grup de cristal de 432 de puncte cu efect piezoelectric invers extrem de scăzut datorită simetriei extrem de ridicate. Dielectricul cristalin al centrului de simetrie este deformat de efectul piezoelectric invers. Sub acțiunea câmpului electric, dielectricul este polarizat deoarece nu există nicio legătură ionică între sub-disociere și ionul pozitiv din dreapta (și altele). deci în timpul procesului de polarizare, între ele poate apărea o deplasare relativă mare, ceea ce arată un efect piezoelectric invers mare la nivel macroscopic. Exprimat ca: S = dE, care este proporțional cu mărimea câmpului electric. Adică, în materialul piezoelectric, mărimea electrică și cantitatea mecanică sunt cuplate între ele, iar energia stocată în mediu este compusă din două părți, o parte este energie de deformare și cealaltă parte este energie electromagnetică.

Conform teoriei moderne a dinamicii structurale, atunci când apar daune și defecte în echipamente și structuri, cum ar fi fisuri, șuruburi slăbite etc., caracteristicile de rigiditate și impedanță mecanică se vor modifica, ceea ce va duce, de asemenea, la modificări ale frecvenței naturale și ale modului structurii. Prin urmare, gradul de deteriorare poate fi dat cantitativ pe baza modificării impedanței mecanice. Cu toate acestea, impedanța dinamică mecanică variază în funcție de frecvență și este dificil de măsurat prin utilizarea metodelor convenționale. Folosind caracteristicile auto-acționate și de auto-detecție ale elementului piezoelectric, material PZT Discurile piezo rotunde pot acționa simultan ca element de antrenare și element de detectare pentru a excita structura pentru a obține răspunsul dinamic al structurii, stabilind astfel o punte între caracteristicile mecanice și informațiile electrice, informațiile despre impedanța dinamică mecanică. Modificările pot fi reflectate de informații electrice simple măsurate. Atunci când o anumită tensiune externă este aplicată pe suprafața foii ceramice piezoelectrice, se generează o forță de suprafață laterală pe suprafața fasciculului. Aceste forțe de suprafață vor conduce fasciculul pentru a produce vibrații diferite (când PZT-ul superior și inferior sunt supuse la aceeași tensiune, fasciculul va vibra longitudinal; atunci când se aplică o tensiune inversă, fasciculul va fi supus vibrațiilor de încovoiere). La rândul său, vibrația determină deformarea fasciculului, iar caracteristicile de deformare pot fi reflectate sub formă de semnale electrice prin caracteristicile de detectare ale foilor ceramice piezoelectrice. Prin urmare, caracteristicile de admitere dinamică ale foilor ceramice piezoelectrice lipite pe structură pot reflecta starea de deteriorare a structurii. În funcție de efectul de cuplare piezoelectric și de interacțiunea dintre PZT și structură, se poate obține admitanța dependentă de frecvență (reciproca impedanței). Când parametrii și performanța PZT rămân constante, impedanța structurală determină în mod unic valoarea celui de-al doilea termen. Orice modificare a sodiului piezoelectric corespunde deteriorării structurale și defectelor, astfel încât deteriorarea structurală poate fi identificată după valoarea sodiului piezoelectric.

Implementarea piezo PZT pentru monitorizarea structurala a sanatatii

Datorită efectului piezoelectric și efectului piezoelectric invers al elementului piezoelectric, elementul piezoelectric are funcții duble de conducere și de detectare, iar această caracteristică poate realiza monitorizarea sănătății on-line și în timp real a structurii.

O parte a materialului PZT este conectată la sursa de energie care generează semnalul de excitație printr-un fir, iar un semnal de excitație (tensiune sau sarcină) este aplicat materialului PZT printr-o tensiune sau o sursă de energie care antrenează sarcina, deoarece materialul PZT are un efect piezoelectric invers, adică o deformare are loc sub acțiunea unui câmp electric datorită materialului PZT care este încorporat în materialul de deformare propriu. transmis la materialul de bază, iar materialul de bază va fi deformat sau mutat împreună. În acest moment, PZT este echivalent cu un driver, iar deformarea este generată prin primirea semnalului de excitație. Sau faceți exerciții pentru a conduce materialul de bază. În același timp, un material PZT este plasat pe materialul de bază și nu este conectat la sursa de alimentare, iar această deformare sau mișcare este transmisă materialului PZT atunci când materialul de bază este deformat sau mutat. Datorită efectului piezoelectric al materialului PZT, în interiorul sarcinii este generată o sarcină, iar mărimea sarcinii variază în funcție de mărimea deformării sau a mișcării. În acest moment, materialul PZT este echivalent cu un senzor. Apoi, semnalul de ieșire al senzorului PZT este măsurat și colectat de dispozitivul de măsurare, iar deformarea sau mișcarea materialului de bază poate fi reflectată în timp real și online, realizând astfel monitorizarea sănătății în timp real și online a structurii.

Compararea datelor colectate în timp real cu datele de vibrație atunci când structura este normală, pentru a vedea dacă semnalul de ieșire a materialului PZT se modifică (cum ar fi fisuri sau slăbirea structurii, teoretic va cauza ieșirea PZT). traductorul piezoelectric din ceramică în structură să se schimbe, dacă se schimbă, se consideră că această structură a eșuat. Când apare o defecțiune, semnalul poate fi transmis controlerului la timp pentru a rezolva în timp util eșecul structural de a realiza monitorizarea online, în timp real, diagnosticarea defecțiunilor și gestionarea defecțiunilor structurii.

Materialul PZT poate acționa simultan ca un element de antrenare și de detectare pentru a excita structura pentru a obține răspunsul dinamic al structurii. Relația de răspuns dinamic dintre foile ceramice piezoelectrice și structurile exterioare a fost analizată prin principiul efectelor piezoelectrice pozitive și negative. Când structura externă se modifică, se modifică și impedanța piezoelectrică corespunzătoare. Măsurând admitanța sistemului piezoelectric, se poate prezice starea structurii. Materialul PZT este potrivit atât pentru daune macroscopice, cât și pentru micro-daune și are perspective bune pentru monitorizarea sănătății structurale a clădirilor în viitor.