Применение пьезоэлектрической керамики в мониторингах здоровья структурного здоровья

PZT может не только использоваться для изготовления различных пьезоэлектрических продуктов, но в последние годы PZT постепенно применяется к обнаружению структурных повреждений. В соответствии с положительным и обратным пьезоэлектрическим эффектом пьезоэлектрических материалов, пьезоэлектрическая керамика PZT может использоваться как элементы вождения и восприятия. PztПьезоэлектрическое керамическое полушариеможет быть вставлено в местах, где трещины или концентрации напряжений могут возникать на компонентах. Механический импеданс или частотный характер обладают высокой чувствительностью к повреждению, что делает его основным показателем для изучения идентификации повреждений.

В последние годы все больше и больше исследований по технологии пьезоэлектрического импеданса использовались для диагностики структурного здоровья. В 1995 году Sun и другие успешно использовали технологию пьезоэлектрического импеданса для диагностики структурных здоровья собранных каркасов, которая считалась началом применения технологии пьезоэлектрического импеданса в области диагностики структурного здоровья. Преимущество технологии пьезоэлектрического импеданса, которую она чувствительна к небольшим повреждениям структуры, что способствует обнаружению начального разрушения структуры. Кроме того, пьезоэлектрический материал PZT (свинцовый цирконат титанат пьезоэлектрический керамик) часто используется в технологии пьезоэлектрического импеданса имеет небольшой размер и структура простая и надежная. Кроме того, PZT чувствителен только к изменениям в локальной области вокруг него, что помогает изолировать общую массовую нагрузку структуры, изменения в структурной жесткости и граничных условиях, а также влияние структурного повреждения вблизи PZT на результаты измерения Анкет Следовательно, этот метод подходит для отслеживания ссылок на мониторинг, которые имеют строгие требования к структурной целостности или оказывают большое влияние на срок службы структуры, и ущерб нелегко обнаружить. В этой статье будут представлены основные принципы технологии пьезоэлектрического импеданса для диагностики здоровья.

Введение в пьезоэлектрические материалы

Пьезоэлектрический материал представляет собой специальный диэлектрический материал с пьезоэлектрическим эффектом и обратным пьезоэлектрическим эффектом. Пьезоэлектрический эффект является характеристикой некоторых пьезо -кристаллов, обнаруженных французскими братьями P.Curie и J.Curie в 1880 году. Когда механическая сила (или давление высвобождается) на пьезоэлектрическое тело в направлении поляризации будет генерировать феномен заряда и разрядки. Это явление называется положительным пьезоэлектрическим эффектом, наоборот, пьезоэлектрический корпус наносится к пьезоэлектрическому телу. Электрическое поле с одним и тем же (или противоположным) направлением поляризации вызывает два эффекта: обратный пьезоэлектрический эффект и электростриктивный эффект. Обратный пьезоэлектрический эффект, то есть диэлектрик механически деформируется при действии внешнего электрического поля, а величина деформации пропорциональна величине приложенного электрического поля, и направление связано с направлением электрического поле. Электрострикционный эффект, то есть диэлектрическое поле F, которое вызывает деформацию из -за индуцированной поляризации. Нагрузка пропорциональна квадрату электрического поля и не имеет ничего общего с направлением электрического поля. Обратный пьезоэлектрический эффект и электростриктивный эффект являются по существу результаты поляризации диэлектрического кристалла при действии внешнего электрического поля, что вызывает искажение кристаллической решетки и проявляется в виде механического деформации на макрос масштаба. Пьезоцерамика называется пьезоэлектрической керамикой путем смешивания ингредиентов, спекания при высокой температуре и случайным образом собирая твердые частицы между частицами. PZT Piezo может использоваться в качестве чувствительного элемента и водительского элемента и может быть встроен с другими материалами для формирования композитного материала, поэтому он имеет широкий спектр перспектив применения, таких как управление самолетами на крыльях самолета и системы управления вибрацией. Активный контроль вибрации и шума, мониторинг структурного здоровья в оборудовании и т. Д.

Основными функциями приложения PZT в интеллектуальных материалах являются:

① можно использовать как драйвер, так и датчик;
② При использовании в качестве водителя его мощность возбуждения невелика;
③ Скорость отклика быстрее, что в 1000 раз больше, чем у сплава памяти формы;
④ Размер может быть сделан маленьким и тонким, и может быть установлен на поверхности конструкции или погребен в конструкции;
⑤ Комбинация гибкая. Его можно использовать в форме относительно больших кусочков, или его можно использовать в мелких кусочках.

Структура PZT
PZT Piezo Ceramic - это непрерывный твердый раствор PBZRO3 и PBTIO3 и имеет структуру ABO3 PeroSskite. В начале 1950 -х годов PZT является важным пьезоэлектрическим сегнетоэлектрическим материалом с важной технической стоимостью применения. Пьезоэлектрическая керамика - это кристаллические диэлектрические материалы, которые не имеют центра симметрии. Кристаллический диэлектрик, который не имеет центра симметрии, не имеет 432-точечного группового кристалла с чрезвычайно низким обратным пьезоэлектрическим эффектом из-за чрезвычайно высокой симметрии. Деформация симметричного диэлектрика кристалла, вызванного обратным пьезоэлектрическим эффектом. Под действием электрического поля диэлектрик поляризован. Поскольку не существует ионной связи между самой левой ионой и правой положительным ионом (и другими (химическими связями), поэтому во время процесса поляризации может возникнуть большое относительное смещение, которое показывает большой обратный пьезоэлектрический эффект на макроскладе . Выражен как: s = de, который пропорционален величине электрического поля. То есть для пьезоэлектрических материалов, электрические и механические величины связаны друг с другом. Энергия, хранящаяся в среде Энергия, а другая - электромагнитная энергия. Согласно современной теории структурной динамики, когда повреждения и дефекты возникают в оборудовании и структуре, таких как трещины, свободные болты и т. Д., Его жесткость и характеристики механического импеданса изменятся, а также естественная частота и частота Режим структуры также изменится. Следовательно, степень повреждения может быть назначена количественно на основе изменений механического импеданса. Однако изменение механического D Иммический импеданс с частотой трудно измерить обычными методами. Используя характеристики самостоятельного вождения и самооценка пьезоэлектрических элементов, PZT Piezo Ceramics может действовать как водитель Информация и информация о механическом динамическом импедансе. Изменения могут быть отражены простой измеренной электрической информацией. Когда определенное внешнее напряжение наносится на поверхность пьезоэлектрического керамического листа, на поверхности луча генерируется боковая поверхностная сила. Эти поверхностные силы будут привести к тому, что луча генерирует различные вибрации (когда верхние и нижние PZT подвергаются тому же напряжению, они вызовут продольную вибрацию луча; Когда нанесено обратное напряжение, они вызовут изгибающую вибрацию луча. В свою очередь, вибрация вызывает деформацию луча, а характеристики деформации могут быть отражены в форме электрических сигналов посредством чувствительных характеристик пьезоэлектрического керамического листа. Следовательно, динамические характеристики поступательного Отражайте статус повреждения структуры. Частотно-зависимое допуск (обратный импеданс) получается из эффекта пьезоэлектрической связи и взаимодействия PZT с структурой. Емконительное доступление свободного PZTПьезоэлектрический цилиндр датчикявляется базовой линейкой доступа в зависимости от частоты. Второй элемент содержит информацию об импедансе самого материала PZT и информацию об импедансе внешней структуры. Учитывая, что пьезоэлектрическая система была определена после того, как пьезоэлектрический керамический лист прикреплен к внешней структуре, импеданс AZ самого материала PZT постоянна, а значение импеданса внешней структуры является единственным параметром, который влияет на второй термин, тем самым, тем самым Управление всей пьезоэлектрической системой. Изменения в допуске Y. Когда параметры и производительность PZT сохраняются постоянными, структурный импеданс Z однозначно определяет значение второго члена. Любое изменение пьезоэлектрической проводимости натрия соответствует структурному повреждению и дефектам, так что для структурного повреждения можно использовать значение пьезоэлектрической проводимости натрия.

Внедрение PZT для мониторинга здоровья структурного здоровья

Из -за пьезоэлектрического эффекта и обратного пьезоэлектрического эффекта пьезоэлектрического элемента, пьезоэлектрический элемент имеет двойную функцию вождения и зондирования. Используя эту функцию, можно достичь онлайн-мониторинга структуры в режиме онлайн и в реальном времени. Часть материала PZT подключена к источнику питания, который генерирует сигнал возбуждения через провод. Напряжение или заряд используются для привлечения источника питания для применения сигнала возбуждения (напряжение или заряд) к PZT. Поскольку материал PZT имеет обратный пьезоэлектрический эффект, то есть он будет деформироваться под действием электрического поля. Материал PZT встроен (или вставлен) в основной материал, поэтому его собственная деформация будет передана в основной материал, при этом основной материал деформируется или перемещается вместе. В настоящее время PZT эквивалентен драйвере и генерирует деформацию, получая сигнал возбуждения. В то же время, некоторыеМатериал PZT пьезокерамические трубкирасположены на базовом материале и не подключены к источнику питания. Когда базовый материал деформируется или перемещается, эта деформация или движение будут переданы в материал PZT. Из -за пьезоэлектрического эффекта материала PZT, внутри материала PZT генерируется электрический заряд, а величина электрического заряда изменяется с размером деформации или движением. В настоящее время PZT эквивалентен датчику. Затем используйте измерительное устройство для измерения и сбора выходного сигнала этого датчика PZT в режиме реального времени, и оно может отражать деформацию или перемещение базового материала в режиме реального времени и в Интернете, чтобы реализовать мониторинг здоровья в реальном времени и онлайн структуры.

Сравните данные, собранные в режиме реального времени с данными вибрации, когда структура является нормальной, и посмотрите, изменяется ли выходной сигнал PZT (например, трещины или ослабление структуры и т. Д., Теоретически, это вызовет выход PZT в структуре Чтобы изменить. Если это изменяется, считается, что структура имеет сбой. Когда происходит сбой, сигнал может быть передан контроллеру вовремя, чтобы своевременно справиться с сбоем структуры для достижения онлайн-мониторинга в реальном времени, Диагностика неудачи и обработка неудачи структуры.

PZT может действовать как водительский элемент, так и чувствительный элемент, чтобы возбудить структуру, чтобы получить динамический отклик структуры. Принцип положительного и обратного пьезоэлектрического эффекта используется для анализа зависимости динамического отклика между пьезоэлектрическим керамическим листом и внешней структурой. Когда внешняя структура меняется, соответствующий пьезоэлектрический импеданс также меняется. Измеряя изменение допуска пьезоэлектрической керамики, состояние структуры может быть предсказано в режиме реального времени. PZT подходит как для макро -повреждения, так и для незначительного повреждения, и который имеет хорошую перспективу развития в мониторинге зданий в структурном состоянии зданий в будущем.