Mikroaktuator: zasnova, delovanje, vrste in njegove uporabe

Na splošno aktuator uporablja vir energije za premikanje ali krmiljenje mehanskih komponent. Te pogosto najdemo v različnih strojih in električni motorji . Že vrsto let so bile različne vrste mehanskih naprav miniaturizirane, čeprav ta postopek običajno zahteva zelo majhne komponente posameznika. V 21. stoletju so bili mikroaktuatorji razviti tam, kjer se industrijski procesi, kot sta mikroobdelava in litografija, večinoma uporabljajo za izdelavo mikroaktuatorjev. Ta članek obravnava pregled a microactuato r – delo z aplikacijami.

Opredelitev mikroaktivatorja

Mikroskopski servomehanizem, ki se uporablja za dobavo in prenos izmerjene količine energije za delovanje sistema ali drugega mehanizma, je znan kot mikroaktuator. Tako kot splošni aktuator mora mikroaktuator izpolnjevati te standarde, kot so hitro preklapljanje, velik hod, visoka natančnost, manjša poraba energije itd. Ti aktuatorji so na voljo v različnih velikostih, ki se razlikujejo od milimetrov do mikrometrov, a ko so zapakirani, lahko dosežejo celotna velikost v centimetrih,

Ko je ustvarjeno mehansko gibanje trdnih snovi, se tipični premiki teh aktuatorjev gibljejo od nanometrov do milimetrov. Podobno se tipični pretoki, ustvarjeni za te aktuatorje, gibljejo od pikolitrov ali minut do mikrolitrov ali minut. Diagram mikroaktivatorja je prikazan spodaj.

Konstrukcija mikro aktuatorja

Naslednje slike prikazujejo tri zasnove toplotnih mikroaktivatorjev: aktuator iz biomateriala, aktuator z ukrivljenim nosilcem in aktuator z upogibom. Oblikovanje toplote aktuatorji z enim samim materialom je simetričen, kar je znano kot upognjen žarek ali V-oblika.

Pogon iz dveh materialov vključuje materiale z različnimi koeficienti toplotnega raztezanja in deluje enako kot bimetalni termostat. Kadarkoli se temperatura spremeni zaradi vgrajenega grelnika v aktuatorju, se lahko mikroaktuator premakne zaradi variacije znotraj raztezanja, povezanega s variacijo znotraj temperature.

Aktivator z upognjenim nosilcem vključuje nagnjene noge, ki so v pomoč pri razširitvi, ko se segrejejo, in zagotavljajo izhod sile in premika. Upogibni aktuator je asimetričen in vključuje vročo in hladno roko. Ti aktuatorji vključujejo asimetrične noge, ki se po segrevanju upognejo proti površini zaradi diferencialne ekspanzije.

Delovanje mikroaktuatorja

Načelo delovanja mikroaktuatorja je ustvarjanje mehanskega gibanja tekočin ali trdnih snovi, pri čemer se to gibanje generira s spreminjanjem ene oblike energije v drugo energijo, na primer iz toplotne, elektromagnetne ali električne v kinetično energijo (K.E) premičnih komponent. Za večino aktuatorjev se uporabljajo različni principi ustvarjanja sile, kot so piezo učinek, bimetalni učinek, elektrostatične sile in učinek spomina oblike. Tako kot splošni aktuator mora mikroaktuator izpolnjevati te standarde, kot so hitro preklapljanje, velik hod, visoka natančnost, manjša poraba energije itd.

Mehanski aktuator vključuje napajalnik, transdukcijsko enoto, prožilni element in izhodno delovanje.

• Napajanje je električni tok/napetost.
• Transdukcijska enota pretvori pravo obliko napajanja v želeno obliko delovanja prožilnega elementa.
• Prožilni element je komponenta ali material, ki se premika skozi napajalnik.
• Izhodno delovanje je na splošno v predpisanem gibanju.

Vrste mikroaktivatorjev

Mikroaktuatorji so na voljo v različnih vrstah, ki so obravnavane spodaj.

• Termični mikroaktivator
• Mikroaktuator MEMS
• Elektrostatični mikro aktuator
• Piezoelektrični

Termični mikroaktivator

Termični mikroaktuator je standardna komponenta, ki se uporablja v Microsystems. Te komponente se napajajo z elektriko preko Joulovega ogrevanja, ki se sicer optično aktivira z uporabo laserja. Ti aktuatorji se uporabljajo v modelih MEMS, ki vključujejo nanopozicionerje in optična stikala. Glavne prednosti toplotnih mikroaktuatorjev vključujejo predvsem nižje delovne napetosti, visoko generacijo sile in manjšo občutljivost na okvare adhezije v primerjavi z elektrostatičnimi aktuatorji. Ti aktuatorji potrebujejo več moči in njihove preklopne hitrosti so omejene s časom hlajenja.

Za načrtovanje in testiranje teh mikroaktuatorjev je treba opraviti veliko dela. Ti mikroaktuatorji so torej zasnovani z različnimi metodami mikroizdelave, kot sta obdelava silicij na izolatorju in površinska mikrostrojna obdelava. Aplikacije mikroaktuatorjev vključujejo predvsem RF omrežja z nastavljivo impedanco, mikroreleje, zelo natančne medicinske instrumente in še veliko več.

Mikroaktuator MEMS

Mikroaktuator MEMS je ena vrsta mikro elektromehanskega sistema in njegova glavna funkcija je spreminjanje energije v gibanje. Ti aktuatorji združujejo električne in mehanske komponente z mikrometrskimi dimenzijami. Torej so tipični gibi, ki jih dosežejo ti aktuatorji, mikrometri. Mikroaktuatorji MEMS se večinoma uporabljajo v različnih aplikacijah, kot so ultrazvočni oddajniki, mikroogledala za odklon optičnega žarka in sistemi za ostrenje kamer. Zato se te vrste mikroaktuatorjev večinoma uporabljajo za ustvarjanje nadzorovanega odklona.

Elektrostatični mikro aktuator

Pogonske enote mikroaktuatorja, ki jih poganja elektrostatična sila, so znane kot elektrostatični mikroaktuator. Elektrostatični mikroaktuator postaja najpomembnejši gradnik v računalniških sistemih in obdelavi optičnih signalov zaradi svoje visoke gostote, majhnosti, nizke porabe energije in visoke hitrosti. Na splošno je načelo delovanja v teh sistemih mogoče razložiti kot elektrostatično privlačno energijo, ki povzroča mehansko vrtenje, pretvorbo ali deformacijo zrcalne plošče, ki nadzoruje fazo, moč ali smer svetlobnega žarka, ko se ta prenaša skozi nek prosti prostor ali medij.

Pri tej vrsti mikroaktuatorja vsaka pogonska enota vključuje valovite elektrode, kjer se te elektrode vlečejo in izolirajo druga od druge z elektrostatično silo. Ta vrsta deformacije aktuatorja je v glavnem odvisna od elektrostatične sile, zunanje sile in elastičnosti strukture.

Gibanje tega aktuatorja je bilo preprosto analizirano s pomočjo FEM (metoda končnih elementov) in izdelan je bil makro model tega aktuatorja, da se preveri njegovo gibanje. Tako je bilo potrjeno, da je navidezno skladnost aktuatorja mogoče nadzorovati s povratnim nadzornim sistemom z uporabo kapacitivnega zaznavanja premika in elektrostatičnega pogona.

Piezoelektrični mikro aktuator

Piezoelektrični mikroaktuatorji so zelo znani in najpogosteje uporabljeni na različnih področjih. Ti so zasnovani tako, da so piezoelektrični elementi nameščeni drug na drugega. Ko je napetost dana na obe strani teh elementov, se lahko razširijo. Ima pa zapleteno strukturo, zato jo je težko sestaviti. Piezoelektrični mikro aktuator se uporablja v različnih servo krmilnih sistemih za zagotavljanje ultra natančnega pozicioniranja in kompenzacije s potencialom.

Če želite izvedeti več o a Piezoelektrični aktuator .

Prednosti in slabosti

The prednosti mikroaktuatorjev vključujejo naslednje.

• Prednosti toplotnih mikroaktuatorjev so manjše delovne napetosti, generiranje sile je veliko in manjša dovzetnost za okvare adhezije v primerjavi z elektrostatičnimi aktuatorji.
• Mikroaktuatorji so na voljo v manjši velikosti, z manjšo porabo energije in hitrejšim odzivnim sistemom.

The slabosti mikroaktuatorjev vključujejo naslednje.

• Termični mikroaktuatorji potrebujejo več moči.
• Preklopna hitrost termičnih mikroaktuatorjev je omejena s časi hlajenja.

Aplikacije mikroaktivatorja

Uporabe mikroaktuatorjev vključujejo naslednje.

• Mikroaktivator je majhna aktivna naprava, ki se uporablja za ustvarjanje mehanskega gibanja tekočin/trdnih snovi. Tukaj gibanje nastane s spreminjanjem ene oblike energije v drugo.
• Mikroaktuatorji se uporabljajo v mikrofluidiki za sisteme za dostavo zdravil Lab-on-a-Chip & Implantable Systems.
• Je mikroskopski servomehanizem, ki prenaša in dovaja izmerjeno količino energije za delovanje drugega sistema/mehanizma.
• Mikroaktuatorji se uporabljajo za izdelavo majhnih ogledal za projektorje in zaslone.
• MEMS mikroaktuatorji se večinoma uporabljajo v različnih aplikacijah, kot so ultrazvočni oddajniki, sistemi za ostrenje kamer in mikroogledala za odklon optičnega žarka.
• Sila, ki jo proizvaja električni mikroaktuator, se v glavnem uporablja za ustvarjanje mehanskih deformacij znotraj materiala, ki nas zanima.

Torej gre za vse pregled mikroaktuatorja ki je sposoben opravljati naloge običajnega orodja v makrosvetu, vendar so zelo manjši in omogočajo večjo natančnost. Primeri mikro aktuatorjev vključujejo predvsem optično matrično stikalo, zbrano s torzijskimi mikrozrcali, ki jih poganja elektrostatična sila, mikroaktuator, ki se uporablja za skeniranje mikrovalovne antene, mikroaktuator s tankoplastno spominsko zlitino in 3-dimenzionalno samosestavljanje mikrostrukture z mikroaktuatorji za praske. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je MEMS?