Vo všeobecnosti pohon využíva zdroj energie na pohyb alebo ovládanie mechanických komponentov. Tieto sa často nachádzajú v rôznych strojoch a elektromotory . Po mnoho rokov sa rôzne typy mechanických zariadení miniaturizovali, hoci tento postup zvyčajne vyžaduje veľmi menšie komponenty jednotlivca. V 21. storočí boli vyvinuté mikroaktuátory, kde sa priemyselné procesy ako mikroobrábanie a litografia používajú hlavne na výrobu mikroaktuátorov. Tento článok pojednáva o prehľade a mikroaktuato r – práca s aplikáciami.
Definícia mikroaktuátora
Mikroskopický servomechanizmus používaný na dodávanie a prenos nameraného množstva energie pre systém alebo inú činnosť mechanizmu je známy ako mikroaktuátor. Podobne ako všeobecný pohon, aj mikropohon musí spĺňať tieto štandardy, ako je rýchle spínanie, veľký zdvih, vysoká presnosť, menšia spotreba energie atď. celá veľkosť v centimetroch,
Akonáhle sa vytvorí mechanický pohyb pevných látok, potom sa typické posuny týchto ovládačov pohybujú od nanometrov po milimetre. Podobne typické prietoky generované pre tieto ovládače sa pohybujú od pikolitrov alebo minút až po mikrolitre alebo minúty. Schéma mikroaktuátora je uvedená nižšie.
Konštrukcia mikropohonu
Nasledujúce obrázky znázorňujú tri konštrukcie tepelného mikroaktuátora, biomateriálový pohon, pohon s ohnutým lúčom a ohybový pohon. Návrh tepelného aktuátory s jedným materiálom je symetrický, ktorý je známy ako ohýbaný nosník alebo v tvare V.
Bimateriálový pohon obsahuje materiály s rôznymi koeficientmi tepelnej rozťažnosti a funguje rovnako ako bimetalový termostat. Kedykoľvek sa zmení teplota v dôsledku zabudovaného ohrievača v ovládači, mikroaktuátor sa môže pohybovať v dôsledku zmeny v expanzii spojenej so zmenou v rámci teploty.
Pohon s ohnutým lúčom obsahuje uhlové nohy, ktoré pomáhajú pri rozťahovaní po zahriatí a poskytujú výstup sily a posunu. Ohybový ovládač je asymetrický a zahŕňa horúce rameno a studené rameno. Tieto ovládače obsahujú asymetrické nohy, ktoré sa po zahriatí ohýbajú k povrchu v dôsledku rozdielnej expanzie.
Fungovanie mikroaktuátora
Princíp činnosti mikroaktuátora je generovať mechanický pohyb tekutín alebo pevných látok, pričom tento pohyb je generovaný zmenou jednej formy energie na inú energiu, napríklad z tepelnej, elektromagnetickej alebo elektrickej na kinetickú energiu (K.E) pohyblivých komponentov. Pre väčšinu pohonov sa používajú rôzne princípy generovania sily, ako je piezo efekt, bimetalový efekt, elektrostatické sily a efekt tvarovej pamäte. Rovnako ako všeobecný pohon, aj mikropohon musí spĺňať tieto normy, ako je rýchle spínanie, veľký zdvih, vysoká presnosť, menšia spotreba energie atď.
Mechanický pohon obsahuje napájací zdroj, transdukčnú jednotku, ovládací prvok a výstupnú činnosť.
- Napájanie je Elektrický prúd/napätie.
- Prevodová jednotka prevádza správnu formu napájacieho zdroja na preferovanú formu činnosti ovládacieho prvku.
- Ovládací prvok je súčiastka alebo materiál, ktorý sa pohybuje cez napájací zdroj.
- Výstupná činnosť je vo všeobecnosti v predpísanom pohybe.
Typy mikroaktuátorov
Mikroaktuátory sú dostupné v rôznych typoch, ktoré sú popísané nižšie.
- Tepelný mikroaktuátor
- MEMS mikroaktuátor
- Elektrostatický mikropohon
- Piezoelektrický
Tepelný mikroaktuátor
Tepelný mikroaktuátor je štandardný komponent, ktorý sa používa v Microsystems. Tieto komponenty sú elektricky napájané Jouleovým ohrevom, inak opticky aktivovaným pomocou lasera. Tieto ovládače sa používajú v dizajnoch MEMS, ktoré zahŕňajú nanopolohovače a optické spínače. Medzi hlavné výhody tepelných mikroaktuátorov patrí najmä nižšie prevádzkové napätie, vysoká tvorba sily a menšia náchylnosť na poruchy adhézie v porovnaní s elektrostatickými pohonmi. Tieto pohony potrebujú viac energie a ich spínacie rýchlosti sú obmedzené časmi chladenia.
Na navrhovanie a testovanie týchto mikroaktuátorov je potrebné vykonať širokú škálu práce. Takže tieto mikroaktuátory sú navrhnuté s rôznymi metódami mikrovýroby, ako je spracovanie kremíka na izolátore a mikroobrábanie povrchu. Medzi aplikácie mikroaktuátorov patria najmä RF siete s laditeľnou impedanciou, mikrorelé, veľmi presné lekárske prístroje a mnohé ďalšie.
MEMS mikroaktuátor
MEMS mikroaktuátor je jeden druh mikro elektromechanického systému a jeho hlavnou funkciou je premena energie na pohyb. Tieto pohony kombinujú elektrické a mechanické komponenty s mikrometrickými rozmermi. Typické pohyby, ktoré tieto ovládače dosahujú, sú mikrometre. Mikroaktuátory MEMS sa používajú hlavne v rôznych aplikáciách, ako sú ultrazvukové žiariče, mikrozrkadlá na vychyľovanie optického lúča a systémy zaostrovania kamier. Takže tieto typy mikroaktuátorov sa používajú hlavne na vytváranie riadeného vychýlenia.
Elektrostatický mikropohon
Poháňacie jednotky mikroaktuátora, ktoré sú poháňané elektrostatickou silou, sú známe ako elektrostatický mikroaktuátor. Elektrostatický mikroaktuátor sa stáva najvýznamnejším stavebným kameňom vo výpočtových systémoch a spracovaní optických signálov vďaka svojej vysokej hustote, malým rozmerom, nízkej spotrebe energie a vysokej rýchlosti. Vo všeobecnosti možno princíp činnosti v rámci týchto systémov vysvetliť ako elektrostatickú príťažlivú energiu spôsobujúcu mechanickú rotáciu, konverziu alebo deformáciu zrkadlovej dosky, riadiacu fázu, výkon alebo smer svetelného lúča, keď sa prenáša cez nejaký voľný priestor alebo médium.
V tomto type mikroaktuátora každá hnacia jednotka obsahuje vlnové elektródy, kde sú tieto elektródy navzájom ťahané a izolované prostredníctvom elektrostatickej sily. Tento typ deformácie ovládača závisí hlavne od elektrostatickej sily, vonkajšej sily a pružnosti konštrukcie.
Pohyb tohto ovládača bol jednoducho analyzovaný pomocou FEM (metóda konečných prvkov) a makro model tohto ovládača bol vyrobený na overenie jeho pohybu. Potvrdilo sa teda, že zdanlivá poddajnosť ovládača môže byť riadená systémom spätnej väzby pomocou kapacitného snímania posunu a elektrostatického riadenia.
Piezoelektrický mikropohon
Piezoelektrické mikroaktuátory sú veľmi známe a najčastejšie používané v rôznych oblastiach. Tie sú navrhnuté namontovaním piezoelektrických prvkov na seba. Keď sa na obe strany týchto prvkov dostane napätie, môžu sa roztiahnuť. Má však komplikovanú štruktúru, takže je zložité zostaviť. Piezoelektrický mikropohon sa používa v rôznych servo riadiacich systémoch na zabezpečenie ultra presného polohovania a kompenzácie s potenciálom.
Na tomto odkaze sa dozviete o a Piezoelektrický pohon .
Výhody a nevýhody
The výhody mikroaktuátorov zahŕňajú nasledujúce.
- Výhody tepelných mikroaktuátorov sú nižšie prevádzkové napätie, generovanie sily je vysoké a menšia náchylnosť na poruchy adhézie v porovnaní s elektrostatickými pohonmi.
- Mikroaktuátory sú dostupné v menšej veľkosti, s menšou spotrebou energie a rýchlejším systémom odozvy.
The nevýhody mikroaktuátorov zahŕňajú nasledujúce.
- Tepelné mikroaktuátory potrebujú viac energie.
- Rýchlosť spínania tepelných mikroaktuátorov je obmedzená časom chladenia.
Aplikácie mikroaktuátorov
Aplikácie mikroaktuátorov zahŕňajú nasledujúce.
- Mikroaktuátor je malé aktívne zariadenie používané na vytváranie mechanického pohybu tekutín/pevných látok. Pohyb sa tu vytvára zmenou jednej formy energie na inú formu.
- Mikroaktuátory sú použiteľné v mikrofluidikách pre laboratórne systémy na čipe a implantovateľné systémy na podávanie liečiv.
- Je to mikroskopický servomechanizmus, ktorý prenáša a dodáva namerané množstvo energie pre činnosť iného systému/mechanizmu.
- Mikroaktuátory sa používajú na vytváranie malých zrkadiel pre projektory a displeje.
- MEMS mikroaktuátory sa používajú hlavne v rôznych aplikáciách, ako sú ultrazvukové žiariče, kamerové zaostrovacie systémy a mikrozrkadlá na vychyľovanie optického lúča.
- Sila produkovaná elektrickým mikroaktuátorom sa využíva hlavne na generovanie mechanických deformácií v materiáli, ktorý je predmetom záujmu.
Ide teda o všetko prehľad mikroaktuátora ktoré sú schopné vykonávať úlohy konvenčného nástroja v makrosvete, sú však veľmi menšie a umožňujú väčšiu presnosť. Príklady mikroovládačov zahŕňajú hlavne prepínač optickej matrice zhromaždený s torznými mikrozrkadlami, ktoré sú poháňané elektrostatickou silou, mikroaktuátor používaný na skenovanie mikrovlnnej antény, mikroaktuátor s tenkovrstvovou pamäťovou zliatinou a 3-dimenzionálna mikroštruktúra, ktorá sa sama zostavuje s mikroaktuátormi s poškriabaním. Tu je otázka pre vás, čo je MEMS?
