Vad är det piezoelektriska materialet och strukturen?

Piezoelektriskt material är ett speciellt dielektriskt material med piezoelektrisk effekt och omvänd piezoelektrisk effekt. Den piezoelektriska effekten är kännetecknet för vissa piezokristaller som upptäcktes av de franska bröderna P. Curie och J. Curie 1880. När en piezoelektrisk kraft utövar en mekanisk kraft (eller släpper ut tryck) på sin piezoelektriska riktning, kommer den piezoelektriska kroppen att generera ett laddnings- och urladdningsfenomen. Detta fenomen kallas en positiv piezoelektrisk effekt. Ett elektriskt fält som är samma (eller motsatt) till polarisationsriktningen orsakar två effekter: en omvänd piezoelektrisk effekt och en elektrostriktiv effekt. Den omvända piezoelektriska effekten, det vill säga dielektrikumet deformeras mekaniskt av ett externt elektriskt fält, och storleken på spänningen är proportionell mot storleken på det applicerade elektriska fältet, och riktningen är relaterad till det elektriska fältets riktning. Den elektrostriktiva effekten, det vill säga det dielektriska fältet hos Pzt-material piezoelektrisk keramik genererar töjning på grund av inducerad polarisation, och storleken på töjningen är proportionell mot kvadraten på det elektriska fältet, vilket är oberoende av det elektriska fältets riktning. Den omvända piezoelektriska effekten och den elektrostriktiva effekten är väsentligen resultatet av polariseringen av den dielektriska kristallen under inverkan av ett externt elektriskt fält, och gittret är förvrängt och det makroskopiskt uppträder som mekanisk påkänning.

Piezoelektrisk keramik är piezoelektrisk keramik som erhålls genom att blanda ingredienser, sintra vid hög temperatur och ha en piezoelektrisk sammansättning efter en fastfasreaktion mellan partiklarna. PZT-material kan användas som både ett avkänningselement och ett drivelement, och kan bäddas in med andra material för att bilda ett kompositmaterial. Därför har den ett brett utbud av applikationer, såsom flygplanshantering på flygplansvingar och i vibrationssystem. Aktiv kontroll av vibrationer och buller för strukturell hälsoövervakning i utrustning.

2 PZT-struktur

Enligt den moderna strukturdynamikteorin, när skador och defekter uppstår i utrustning och strukturer, såsom sprickor, lösa bultar etc., kommer dess styvhet och mekaniska impedansegenskaper att förändras, vilket också kommer att leda till förändringar i strukturens naturliga frekvens och läge. Därför kan graden av skada ges kvantitativt baserat på förändringen i mekanisk impedans. Den mekaniska dynamiska impedansen varierar dock med frekvensen och är svår att mäta med konventionella metoder. Genom att använda de självdrivna och självkännande egenskaperna hos det piezoelektriska elementet, PZT-material piezorunda skivor kan samtidigt fungera som ett drivande element och ett avkänningselement för att excitera strukturen för att erhålla strukturens dynamiska respons, och därigenom etablera en brygga mellan mekaniska egenskaper och elektrisk information, mekanisk dynamisk impedansinformation. Förändringar kan reflekteras genom enkel uppmätt elektrisk information. När en viss extern spänning appliceras på ytan av den piezoelektriska keramiska skivan, genereras en sidoytkraft på balkens yta. Dessa ytkrafter kommer att driva balken att producera olika vibrationer (när den övre och nedre PZT utsätts för samma spänning kommer balken att vibrera i längdriktningen; när en omvänd spänning appliceras kommer balken att utsättas för böjningsvibrationer). Vibrationen får i sin tur strålen att deformeras, och deformationsegenskaperna kan reflekteras i form av elektriska signaler genom avkänningsegenskaperna hos de piezoelektriska keramiska skivorna. Därför kan de dynamiska admittansegenskaperna hos de piezoelektriska keramiska arken som klistrats på strukturen återspegla strukturens skadade tillstånd. Enligt den piezoelektriska kopplingseffekten, och interaktionen mellan PZT och strukturen, kan den frekvensberoende admittansen (det reciproka av impedansen) erhållas. När parametrarna och prestanda för PZT förblir konstanta, bestämmer den strukturella impedansen unikt värdet på den andra termen. Varje förändring av piezoelektriskt natrium motsvarar strukturella skador och defekter, så att strukturella skador kan identifieras genom värdet av piezoelektriskt natrium.

På grund av den piezoelektriska effekten och den omvända piezoelektriska effekten av det piezoelektriska elementet har det piezoelektriska elementet dubbla funktioner för drivning och avkänning, och denna funktion kan realisera on-line och realtids hälsoövervakning av strukturen.

En del av PZT-materialet är anslutet till strömkällan som genererar excitationssignalen genom en tråd, och en excitationssignal (spänning eller laddning) appliceras på PZT-materialet genom en spännings- eller laddningsdrivande kraftkälla, eftersom PZT-materialet har en omvänd piezoelektrisk effekt, det vill säga en deformation inträffar under verkan av ett elektriskt fält på grund av att det är inbäddat i PZT-materialet (eller det inbäddade materialet i) egen deformation kommer att överföras till basmaterialet, och basmaterialet kommer att deformeras eller flyttas ihop. Vid denna tidpunkt är PZT ekvivalent med en drivenhet, och deformationen genereras genom att ta emot excitationssignalen. Eller träna för att köra basmaterialet. Samtidigt placeras en del PZT-material på basmaterialet och är inte anslutet till strömkällan, och denna deformation eller rörelse överförs till PZT-materialet när basmaterialet deformeras eller flyttas. På grund av den piezoelektriska effekten av PZT-materialet genereras en laddning inuti laddningen, och laddningens storlek varierar med storleken på deformationen eller rörelsen. Vid denna tidpunkt är PZT-materialet ekvivalent med en sensor. Sedan mäts och samlas utsignalen från PZT-sensorn av mätanordningen, och deformationen eller rörelsen av basmaterialet kan reflekteras i realtid och online, och därigenom realisera realtids- och onlinehälsoövervakning av strukturen.