Що таке п'єзоелектричний матеріал і структура?

П'єзоелектричний матеріал - це спеціальний діелектричний матеріал з п'єзоелектричним ефектом і зворотним п'єзоелектричним ефектом. П’єзоелектричний ефект є характеристикою деяких п’єзокристалів, відкритих французами П. Кюрі та братами Ж. Кюрі в 1880 році. Коли п’єзоелектрична сила чинить механічну силу (або скидає тиск) на його п’єзоелектричний напрямок, п’єзоелектричне тіло генеруватиме явище заряду та розряду. Це явище називається позитивним п’єзоелектричним ефектом. Електричне поле, яке має такий самий (або протилежний) напрям поляризації, викликає два ефекти: зворотний п’єзоелектричний ефект і електрострикційний ефект. Зворотний п'єзоелектричний ефект, тобто діелектрик механічно деформується зовнішнім електричним полем, і величина деформації пропорційна величині прикладеного електричного поля, а напрямок пов'язаний з напрямком електричного поля. Електрострикційний ефект, тобто діелектричне поле П’єзоелектрична кераміка з матеріалу Pzt створює деформацію через індуковану поляризацію, і величина деформації пропорційна квадрату електричного поля, яке не залежить від напрямку електричного поля. Зворотний п'єзоелектричний ефект і електрострикційний ефект є, по суті, результатом поляризації діелектричного кристала під дією зовнішнього електричного поля, при цьому решітка спотворюється, а макроскопічно проявляється як механічна деформація.

П’єзоелектрична кераміка — це п’єзоелектрична кераміка, отримана шляхом змішування інгредієнтів, спікання при високій температурі та створення п’єзоелектричного вузла після твердофазної реакції між частинками. Матеріал PZT можна використовувати і як чутливий елемент, і як рушійний елемент, і його можна вбудовувати з іншими матеріалами для утворення композитного матеріалу. Таким чином, він має широкий спектр застосувань, наприклад керування літаком на крилах літака та в системах вібрації. Активний контроль вібрації та шуму для моніторингу стану конструкцій обладнання.

2 структура PZT

Відповідно до сучасної теорії структурної динаміки, коли в обладнанні та конструкціях виникають пошкодження та дефекти, такі як тріщини, ослаблені болти тощо, їх жорсткість і характеристики механічного опору зміняться, що також призведе до змін власної частоти та режиму конструкції. Тому ступінь пошкодження можна кількісно визначити на основі зміни механічного опору. Однак механічний динамічний імпеданс змінюється залежно від частоти, і його важко виміряти звичайними методами. Використання самокерованих і самочутливих характеристик п'єзоелектричного елемента, матеріалу PZT п'єзокруглі диски можуть одночасно діяти як рушійний елемент і чутливий елемент для збудження структури для отримання динамічного відгуку конструкції, тим самим встановлюючи міст між механічними характеристиками та електричною інформацією, інформацією про механічний динамічний опір. Зміни можна відобразити простою вимірюваною електричною інформацією. Коли до поверхні п'єзоелектричного керамічного листа прикладається певна зовнішня напруга, на поверхні променя генерується бічна поверхнева сила. Ці поверхневі сили змушуватимуть балку виробляти різні вібрації (коли верхній і нижній PZT піддаються однаковій напрузі, балка буде вібрувати вздовж; коли прикладено зворотну напругу, балка буде піддаватися згинальним коливанням). У свою чергу, вібрація спричиняє деформацію балки, а характеристики деформації можуть відображатися у вигляді електричних сигналів через чутливі характеристики п’єзоелектричних керамічних листів. Таким чином, характеристики динамічної пропускної здатності п’єзоелектричних керамічних листів, наклеєних на конструкцію, можуть відображати стан пошкодження конструкції. Відповідно до ефекту п’єзоелектричного зв’язку та взаємодії між PZT і структурою можна отримати частотно-залежну провідність (зворотну величину опору). Коли параметри та продуктивність PZT залишаються незмінними, структурний імпеданс однозначно визначає значення другого члена. Будь-яка зміна п'єзоелектричного натрію відповідає структурним пошкодженням і дефектам, так що структурні пошкодження можна ідентифікувати за значенням п'єзоелектричного натрію.

Завдяки п’єзоелектричному ефекту та зворотному п’єзоелектричному ефекту п’єзоелектричного елемента, п’єзоелектричний елемент має подвійні функції керування та зондування, і ця функція може реалізувати моніторинг здоров’я конструкції в режимі онлайн та в реальному часі.

Частина матеріалу PZT підключається до джерела живлення, що генерує сигнал збудження, через дріт, а сигнал збудження (напруга або заряд) подається на матеріал PZT через напругу або джерело живлення, оскільки матеріал PZT має зворотний п’єзоелектричний ефект, тобто відбувається деформація під дією електричного поля внаслідок Матеріал PZT вбудований (або приклеєний) до основного матеріалу, тому він власний деформація буде передана основному матеріалу, і основний матеріал буде деформуватися або переміщатися разом. У цей час PZT еквівалентний драйверу, і деформація генерується шляхом отримання сигналу збудження. Або вправляти на прогон основного матеріалу. У той же час деякий матеріал PZT поміщається на основний матеріал і не підключений до джерела живлення, і ця деформація або рух передається на матеріал PZT, коли основний матеріал деформується або переміщується. Завдяки п’єзоелектричному ефекту матеріалу PZT усередині заряду утворюється заряд, величина якого змінюється залежно від величини деформації або руху. На даний момент матеріал PZT еквівалентний датчику. Потім вихідний сигнал датчика PZT вимірюється та збирається вимірювальним пристроєм, і деформація або рух основного матеріалу може бути відображено в режимі реального часу та в режимі онлайн, таким чином реалізуючи моніторинг стану конструкції в режимі реального часу та в режимі онлайн.