Quelle est le matériau et la structure piézoélectriques?

Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2019-10-16 origine:Propulsé

enquête

Le matériau piézoélectrique est un matériau diélectrique spécial avec effet piézoélectrique et effet piézoélectrique inverse. L'effet piézoélectrique est la caractéristique de certains cristaux piézores découverts par les frères français de P. Curie et J. Curie en 1880. Lorsqu'une force piézoélectrique exerce une force mécanique (ou une pression de libération) sur sa direction piézoélectrique, le corps piézoélectrique générera une charge et phénomène de décharge. Ce phénomène est appelé un effet piézoélectrique positif. Un champ électrique qui est le même (ou opposé) à la direction de polarisation provoque deux effets: un effet piézoélectrique inverse et un effet électrostrictif. L'effet piézoélectrique inverse, c'est-à-dire que le diélectrique est déformé mécaniquement par un champ électrique externe, et l'amplitude de la déformation est proportionnelle à l'amplitude du champ électrique appliqué, et la direction est liée à la direction du champ électrique. L'effet électrostostrictif, c'est-à-dire le champ diélectrique duCéramique piézoélectrique du matériau PZTGénérez la déformation due à la polarisation induite, et l'amplitude de la déformation est proportionnelle au carré du champ électrique, qui est indépendante de la direction du champ électrique. L'effet piézoélectrique inverse et l'effet électrostrictif sont essentiellement le résultat de la polarisation du cristal diélectrique sous l'action d'un champ électrique externe, et le réseau est déformé, et le macroscopique apparaît sous forme de déformation mécanique.

La céramique piézoélectrique est une céramique piézoélectrique obtenue en mélangeant des ingrédients, en frittant à une température élevée et en ayant un assemblage piézoélectrique après une réaction de phase solide entre les particules. Le matériau PZT peut être utilisé à la fois comme élément de détection et un élément de conduite, et peut être intégré à d'autres matériaux pour former un matériau composite. Par conséquent, il dispose d'une large gamme d'applications, telles que la manipulation des avions sur des ailes d'aéronefs et dans les systèmes de vibration. Contrôle actif des vibrations et du bruit pour la surveillance de la santé structurelle dans l'équipement.

Les principales caractéristiques de l'application PZT dans la structure des matériaux intelligents sont:
1 peut être utilisé à la fois comme pilote et capteur;
2 En tant que conducteur, sa puissance d'excitation est petite;
3 La vitesse de réponse est plus rapide, ce qui est 100 fois de l'alliage de mémoire de forme;
4 La taille peut être rendue très petite et mince, peut être installée à la surface de la structure ou enterrée dans la structure;
5 La flexibilité combinée peut être utilisée sous une forme relativement grande ou peut être utilisée en petits morceaux.

2 Structure PZT

Le matériau PZT est une solution solide continue de PBZRO3 et PBTIO3, qui se trouve dans la structure ABO3 Perovskite. Fondée au début des années 1950, le matériau PZT est un matériau ferroélectrique piézoélectrique compact avec une valeur technique importante. Les céramiques piézoélectriques sont des matériaux diélectriques cristallins qui n'ont pas de centre de symétrie. Les diélectriques de cristal piézo qui n'ont pas de centre de symétrie ont un cristal de groupe de 432 points avec un effet piézoélectrique inverse extrêmement faible en raison d'une symétrie extrêmement élevée. Le diélectrique cristallin du centre de symétrie est déformé par l'effet piézoélectrique inverse. Dans l'action du champ électrique, le diélectrique est polarisé car il n'y a pas de liaison ionique entre la sous-dissociation et l'ion positif le plus à droite (et autres). Ainsi, pendant le processus de polarisation, un grand déplacement relatif peut se produire entre eux, qui montre un grand effet piézoélectrique inverse au niveau macroscopique. Exprimé comme: S = DE, qui est proportionnel à la taille du champ électrique. C'est-à-dire que dans le matériau piézoélectrique, la quantité électrique et la quantité mécanique sont couplées les unes aux autres, et l'énergie stockée dans le milieu est composée de deux parties, une partie est l'énergie de déformation et l'autre partie est de l'énergie électromagnétique.

Selon la théorie moderne de la dynamique structurelle, lorsque des dommages et des défauts se produisent dans l'équipement et les structures, tels que les fissures, les boulons en vrac, etc., sa rigidité et ses caractéristiques d'impédance mécanique changeront, ce qui entraînera également des changements dans la fréquence et le mode naturels de la structure. Par conséquent, le degré de dommage peut être donné quantitativement en fonction du changement d'impédance mécanique. Cependant, l'impédance dynamique mécanique varie avec la fréquence et est difficile à mesurer en utilisant des méthodes conventionnelles. En utilisant les caractéristiques autonomes et auto-saisies de l'élément piézoélectrique, le matériau PZTdisques ronds piézoresPeut agir simultanément 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 les informations électriques, les informations d'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 produire différentes vibrations (lorsque le PZT supérieur et inférieur sera soumis à la même tension, le faisceau vibrera longitudinalement; lorsqu'une tension inverse est appliquée, le faisceau sera soumis à des vibrations de flexion). 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 des feuilles de céramique piézoélectrique. Par conséquent, les caractéristiques d'admission dynamique des feuilles de céramique piézoélectrique collées sur la structure peuvent refléter l'état de dommage de la structure. Selon l'effet de couplage piézoélectrique et l'interaction entre PZT et la structure, l'admission dépendante de la fréquence (la réciproque de l'impédance) peut être obtenue. Lorsque les paramètres et les performances du PZT restent constants, l'impédance structurelle détermine de manière unique la valeur du deuxième terme. Tout changement de sodium piézoélectrique correspond aux dommages structurels et aux défauts, de sorte que les dommages structurels peuvent être identifiés par la valeur du sodium piézoélectrique.

Mise en œuvre du PZT PIEZO 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 deux fonctions de conduite et de détection, et cette caractéristique peut réaliser une surveillance en ligne et en temps réel de la structure.

Une partie du matériau PZT est connectée à la source d'alimentation générant le signal d'excitation à travers un fil, et un signal d'excitation (tension ou charge) est appliqué au matériau PZT par une source d'alimentation de tension ou de charge, car le matériau PZT a Un effet piézoélectrique inverse, c'est-à-dire qu'une déformation se produit sous l'action d'un champ électrique dû au matériau PZT est intégré (ou adhéré à) le matériau de base, de sorte que sa propre déformation sera transmise au matériau de base et au matériau de base sera déformé ou déplacé ensemble. À l'heure actuelle, le PZT est équivalent à un conducteur et la déformation est générée en recevant le signal d'excitation. Ou faire de l'exercice pour conduire le matériau de base. Dans le même temps, un matériau PZT est placé sur le matériau de base et n'est pas connecté à la source d'alimentation, et cette déformation ou mouvement est transmis au matériau PZT lorsque le matériau de base est déformé ou déplacé. En raison de l'effet piézoélectrique du matériau PZT, une charge est générée à l'intérieur de la charge, et l'amplitude de la charge varie avec l'amplitude de la déformation ou du mouvement. À l'heure actuelle, le matériau PZT équivaut à un capteur. Ensuite, le signal de sortie du capteur PZT est mesuré et collecté par le dispositif de mesure, et la déformation ou le mouvement du matériau de base peut se refléter en temps réel et en ligne, réalisant ainsi la surveillance de la santé en temps réel et en ligne de la structure.

En comparant les données collectées en temps réel avec les données de vibration lorsque la structure est normale, pour voir si le signal de sortie du matériau PZT change (tel que les fissures ou le relâchement de la structure, théoriquement provoquera la sortie du PZTTransducteur de céramique piézoélectriqueDans la structure à changer, si elle change, il est considéré que cette structure a échoué. Lorsqu'un défaut se produit, le signal peut être transmis au contrôleur à temps pour traiter en temps opportun de l'incapacité structurelle à réaliser en ligne, une surveillance en temps réel, un diagnostic de défaut et une manipulation des défauts de la structure.

Le matériau PZT peut simultanément agir comme un élément de lecteur et de détection pour exciter la structure pour obtenir la réponse dynamique de la structure. La relation de réponse dynamique entre les feuilles de céramique piézoélectrique et les structures externes a été analysée par le principe des effets piézoélectriques positifs et négatifs. Lorsque la structure externe change, l'impédance piézoélectrique correspondante change également. En mesurant l'admission du système piézoélectrique, l'état de la structure peut être prédit. Le matériau PZT convient à la fois aux dommages macroscopiques et aux micro-damages, et a de bonnes perspectives de surveillance structurelle de la santé des bâtiments à l'avenir.