Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2020-03-18 origine:Propulsé
Le PZT peut non seulement être utilisé pour fabriquer divers produits piézoélectriques, mais ces dernières années, le PZT est progressivement appliqué à la détection des dommages structurels. Selon les effets piézoélectriques positifs et inverses des matériaux piézoélectriques, la céramique piézoélectrique PZT peut être utilisée comme éléments de conduite et de détection. Pzthémisphère céramique piézoélectriquePeut être collé dans des endroits où les fissures ou les concentrations de contraintes sont susceptibles de se produire sur des composants. L'impédance mécanique ou la réponse en fréquence a une sensibilité élevée aux dommages, ce qui en fait l'indicateur principal pour étudier l'identification des dommages.
Ces dernières années, de plus en plus de recherches sur la technologie d'impédance piézoélectrique ont été utilisées dans le diagnostic de la santé structurelle. En 1995, Sun et d'autres ont utilisé avec succès la technologie d'impédance piézoélectrique pour le diagnostic de santé structurelle des échafaudages assemblés, qui a été considéré comme le début de l'application de la technologie d'impédance piézoélectrique dans le domaine du diagnostic de santé structurelle. L'avantage de la technologie d'impédance piézoélectrique qu'il est sensible aux petits dommages à la structure, qui est propice à la détection de la défaillance initiale de la structure. De plus, le matériau piézoélectrique PZT (céracate de céradile en céramique piézoélectrique) est souvent utilisé dans la technologie d'impédance piézoélectrique a une petite taille et une structure simple et fiable. De plus, le PZT n'est sensible qu'aux changements dans la zone locale qui l'entoure, ce qui aide à isoler la charge massique globale de la structure, elle change dans la rigidité structurelle et les conditions aux limites, et l'impact des dommages structurels près de PZT PIEZO sur les résultats de mesure . Par conséquent, cette technique convient au suivi des liens de surveillance qui ont des exigences strictes sur l'intégrité structurelle ou qui ont un grand impact sur la durée de vie de la structure et les dommages ne sont pas faciles à détecter. Cet article présentera les principes de base de la technologie d'impédance piézoélectrique pour le diagnostic de la santé structurelle.
Introduction aux matériaux piézoélectriques
Le matériau piézoélectrique est un matériau diélectrique spécial avec un effet piézoélectrique et un effet piézoélectrique inverse. L'effet piézoélectrique est une caractéristique de certains cristaux piézores découverts par les frères français P.curie et J.curie en 1880. Lorsqu'une force mécanique (ou la pression est libérée) est appliquée au corps piézoélectrique dans sa direction de polarisation, le corps piézoélectrique sera Générez un phénomène de charge et de décharge. Ce phénomène est appelé l'effet piézoélectrique positif, au contraire, un corps piézoélectrique est appliqué au corps piézoélectrique. Un champ électrique avec le même sens de polarisation (ou opposé) provoque deux effets: l'effet piézoélectrique inverse et l'effet électrostrictif. L'effet piézoélectrique inversé, c'est-à-dire que le diélectrique est déformé mécaniquement sous l'action d'un champ électrique externe, et l'amplitude de la déformation est proportionnelle à l'ampleur du champ électrique appliqué, et la direction est liée à la direction de l'électricité champ. L'effet électrostrictatif, c'est-à-dire le champ diélectrique F, qui provoque une déformation due à une polarisation induite. La souche est proportionnelle au carré du champ électrique et n'a rien à voir avec la direction du champ électrique. L'effet piézoélectrique inverse et l'effet électrostrictif sont essentiellement les résultats de la polarisation du cristal diélectrique sous l'action d'un champ électrique externe, ce qui fait déformer le réseau cristallin et se manifeste comme contrainte mécanique sur une échelle macro. Les piézocéramiques sont appelées céramiques piézoélectriques en mélangeant des ingrédients, en frittant à haute température et en rassemblant des particules solides entre les particules. Le PZT PIEZO peut être utilisé comme élément de détection et élément de conduite, et peut être intégré à d'autres matériaux pour former un matériau composite, il a donc une large gamme de prospects d'application, tels que le contrôle des avions sur les ailes d'aéronef et les systèmes de contrôle des vibrations. Contrôle actif des vibrations et du bruit, surveillance de la santé structurelle dans l'équipement, etc.
Les principales caractéristiques de l'application PZT dans les structures de matériaux intelligentes sont:
① peut être utilisé à la fois comme pilote et capteur;
② Lorsqu'il est utilisé comme conducteur, sa puissance d'excitation est petite;
③ La vitesse de réponse est plus rapide, ce qui est 1 000 fois celui de l'alliage de mémoire de forme;
④ La taille peut être rendue petite et mince, et peut être installée à la surface de la structure ou enterrée dans la structure;
⑤ La combinaison est flexible. Il peut être utilisé sous la forme de morceaux relativement grands, ou il peut être utilisé en petits morceaux.
Structure PZT
La céramique PZT PIEZO est une solution solide continue de PBZRO3 et PBTIO3 et a une structure de pérovskite ABO3. Au début des années 1950, le PZT est un matériau ferroélectrique piézoélectrique important avec une valeur technique importante. Les céramiques piézoélectriques sont des matériaux diélectriques cristallins qui n'ont pas de centre de symétrie. Un diélectrique cristallin qui n'a pas de centre de symétrie n'a pas de cristal de groupe de 432 points avec un effet piézoélectrique inverse extrêmement faible en raison de la symétrie extrêmement élevée. La déformation du diélectrique symétrique du cristal causé par l'effet piézoélectrique inverse. Sous l'action du champ électrique, le diélectrique est polarisé. Parce qu'il n'y a pas de liaison ionique entre l'ion latéral le plus à gauche et l'ion positif le plus à droite (et d'autres (liaisons chimiques), donc pendant le processus de polarisation, un grand déplacement relatif peut se produire entre eux, ce qui montre un grand effet piézoélectrique inverse sur une échelle macro . Exprimé comme: S = DE, qui est proportionnel à l'ampleur du champ électrique. C'est-à-dire que pour les matériaux piézoélectriques, les quantités électriques et mécaniques sont couplées les unes aux autres. L'énergie stockée dans le milieu se compose de deux parties, l'une est une contrainte L'énergie et l'autre est l'énergie électromagnétique. Selon la théorie moderne de la dynamique structurelle, lorsque des dommages et des défauts se produisent dans l'équipement et la structure, tels que les fissures, les boulons en vrac, etc., sa rigidité et ses caractéristiques d'impédance mécanique changeront, et la fréquence naturelle et Le mode de la structure va également changer. L'impédance ynamique avec la fréquence est difficile à mesurer avec les méthodes conventionnelles. En utilisant les caractéristiques autonomes et autonomes des éléments piézoélectriques, la céramique PZT Piezo peut agir à la fois comme un élément de conduite et un élément de détection pour exciter la structure pour obtenir la réponse dynamique de la structure, établissant ainsi un pont entre les caractéristiques mécaniques et l'électricité Informations et informations sur l'impédance dynamique mécanique. Les modifications peuvent être reflétées par de simples informations électriques mesurées. Lorsqu'une certaine tension externe est appliquée à la surface de la feuille de céramique piézoélectrique, une force de surface latérale est générée à la surface du faisceau. Ces forces de surface entraîneront le faisceau pour générer différentes vibrations (lorsque les PZT supérieurs et inférieurs seront soumis à la même tension, elles provoqueront des vibrations longitudinales du faisceau; lorsque la tension inverse sera appliquée, elles provoqueront des vibrations de flexion du faisceau. À son tour, la vibration provoque la déformation du faisceau et les caractéristiques de déformation peuvent se refléter sous la forme de signaux électriques à travers les caractéristiques de détection de la feuille de céramique piézoélectrique. reflète l'état des dommages de la structure. L'admission dépendante de la fréquence (impédance inverse) est obtenue à partir de l'effet de couplage piézoélectrique et de l'interaction de PZT avec la structure. L'admission capacitive d'un PZT libretransducteur de cylindre piézoélectriqueest la base de l'admission en fonction de la fréquence. Le deuxième élément contient les informations d'impédance du matériau PZT lui-même et les informations d'impédance de la structure externe. Étant donné que le système piézoélectrique a été déterminé après que la feuille de céramique piézoélectrique est attachée à la structure externe, l'impédance AZ du matériau PZT elle-même est constante, et la valeur d'impédance de la structure externe est le seul paramètre qui affecte le second terme, ainsi Contrôlant tout le système piézoélectrique. Les changements d'admission Y. Tout changement de conductivité de sodium piézoélectrique correspond aux dommages structurels et aux défauts, de sorte que la valeur de la conductivité de sodium piézoélectrique peut être utilisée pour structurer les dommages.
Mise en œuvre du PZT pour la surveillance de la santé structurelle
En raison de l'effet piézoélectrique et de l'effet piézoélectrique inverse de l'élément piézoélectrique, l'élément piézoélectrique a une double fonction de la conduite et de la détection. En utilisant cette fonctionnalité, il est possible d'obtenir une surveillance en ligne et en temps réel de la structure. Une partie du matériau PZT est connectée à la source d'alimentation qui génère le signal d'excitation à travers un fil. La tension ou la charge est utilisée pour entraîner l'alimentation pour appliquer un signal d'excitation (tension ou charge) au PZT. Étant donné que le matériau PZT a l'effet piézoélectrique inverse, c'est-à-dire qu'il se déformera sous l'action d'un champ électrique. Le matériau PZT est intégré (ou collé) sur le matériau de base, de sorte que sa propre déformation sera transmise au matériau de base, le matériau de base se déformant ou se déplaçant ensemble. À l'heure actuelle, le PZT équivaut à un conducteur et génère une déformation en recevant le signal d'excitation. En même temps, certainsTubes piézocéramiques du matériau PZTsont disposés sur le matériau de base et ne sont pas connectés à l'alimentation. Lorsque le matériau de base se déforme ou se déplace, cette déformation ou ce mouvement sera transmis au matériau PZT. En raison de l'effet piézoélectrique du matériau PZT, une charge électrique est générée à l'intérieur du matériau PZT et l'amplitude de la charge électrique change avec la taille de la déformation ou du mouvement. À l'heure actuelle, le PZT équivaut à un capteur. Ensuite, utilisez le dispositif de mesure pour mesurer et collecter le signal de sortie de ce capteur PZT en temps réel, et il peut refléter la déformation ou le mouvement du matériel de base en temps réel et en ligne, afin de réaliser la surveillance en temps réel et en ligne de la structure.
Comparez les données collectées en temps réel avec les données de vibration lorsque la structure est normale, et voyez si le signal de sortie PZT change (tel que les fissures ou le relâchement de la structure, etc., en théorie, il provoquera la sortie PZT dans la structure Pour changer. S'il change, il est considéré que la structure a une défaillance. Lorsqu'une défaillance se produit, le signal peut être transmis au contrôleur à temps pour faire face à la défaillance de la structure en temps opportun pour atteindre une surveillance en temps réel, en temps réel, Diagnostic de défaillance et traitement de l'échec de la structure.
Le PZT peut agir à la fois comme un élément de conduite et un élément de détection pour exciter la structure pour obtenir la réponse dynamique de la structure. Le principe de l'effet piézoélectrique positif et inverse est utilisé pour analyser la relation de réponse dynamique entre la feuille de céramique piézoélectrique et la structure externe. Lorsque la structure externe change, l'impédance piézoélectrique correspondante change également. En mesurant le changement d'admission de la céramique piézoélectrique, l'état de la structure peut être prédit en temps réel. Le PZT convient à la fois pour les dommages macro et les dommages mineurs, et qui a une bonne perspective de développement dans la surveillance structurelle de la santé des bâtiments à l'avenir.