Pohon obecně používá zdroj energie pro pohyb nebo ovládání mechanických součástí. Ty se často nacházejí v různých strojích a elektromotory . Po mnoho let byly různé typy mechanických zařízení miniaturizovány, ačkoli tento postup obvykle vyžaduje velmi menší součásti jednotlivce. Ve 21. století byly vyvinuty mikroaktuátory, kde se k výrobě mikroaktuátorů používají hlavně průmyslové procesy, jako je mikroobrábění a litografie. Tento článek pojednává o přehledu a mikroaktuato r – práce s aplikacemi.
Definice mikroaktuátoru
Mikroskopický servomechanismus používaný k dodávání a přenášení naměřeného množství energie pro systém nebo jinou činnost mechanismu je známý jako mikroaktuátor. Stejně jako obecný pohon musí mikroaktor splňovat tyto standardy, jako je rychlé spínání, velký zdvih, vysoká přesnost, menší spotřeba energie atd. Tyto aktuátory jsou k dispozici v různých velikostech, které se liší od milimetrů po mikrometry, ale jakmile jsou zabaleny, mohou dosáhnout celá velikost v centimetrech,
Jakmile je generován mechanický pohyb pevných látek, pak se typické posuny těchto pohonů pohybují od nanometrů po milimetry. Podobně se typické průtoky generované pro tyto pohony pohybují od pikolitrů nebo minut až po mikrolitry nebo minuty. Schéma mikroaktuátoru je uvedeno níže.
Konstrukce mikropohonu
Následující obrázky znázorňují tři konstrukce tepelného mikroaktuátoru, biomateriálový aktuátor, aktuátor s ohnutým paprskem a ohybový aktuátor. Návrh termiky akční členy s jedním materiálem je symetrický, který je známý jako ohnutý nosník nebo ve tvaru V.
Dvoumateriálový pohon obsahuje materiály s různými koeficienty tepelné roztažnosti a funguje stejně jako bimetalový termostat. Kdykoli se změní teplota v důsledku ohřívače zabudovaného v ovladači, mikroakční člen se může pohybovat v důsledku změny v expanzi spojené se změnou v rámci teploty.
Pohon s ohnutým paprskem obsahuje úhlové nohy, které jsou užitečné při roztahování po zahřátí a poskytují výstup síly a posunu. Ohebný aktuátor je asymetrický a zahrnuje horké rameno a studené rameno. Tyto aktuátory zahrnují asymetrické nohy, které se po zahřátí ohýbají k povrchu v důsledku rozdílné roztažnosti.
Práce mikroaktuátoru
Funkčním principem mikroaktuátoru je generování mechanického pohybu tekutin nebo pevných látek, kde je tento pohyb generován změnou jedné formy energie na jinou energii, jako je tepelná, elektromagnetická nebo elektrická energie na kinetickou energii (K.E) pohyblivých součástí. U většiny aktuátorů se používají různé principy vytváření síly, jako je piezoefekt, bimetalový efekt, elektrostatické síly a efekt tvarové paměti. Stejně jako obecný pohon musí mikroaktor splňovat tyto standardy, jako je rychlé spínání, velký zdvih, vysoká přesnost, nižší spotřeba energie atd.
Mechanický pohon zahrnuje napájecí zdroj, transdukční jednotku, ovládací prvek a výstupní činnost.
- Napájení je Elektrický proud/napětí.
- Převodní jednotka převádí správnou formu napájení na preferovanou formu činnosti ovládacího prvku.
- Ovládací prvek je součást nebo materiál, který se pohybuje v napájecím zdroji.
- Výstupní akce je obecně v předepsaném pohybu.
Typy mikroaktuátorů
Mikroaktuátory jsou dostupné v různých typech, které jsou popsány níže.
- Tepelný mikroaktuátor
- MEMS mikroaktuátor
- Elektrostatický mikropohon
- Piezoelektrický
Tepelný mikroaktuátor
Tepelný mikroaktuátor je standardní součástí, která se používá v Microsystems. Tyto komponenty jsou elektricky napájeny Jouleovým ohřevem, jinak opticky aktivovaným pomocí laseru. Tyto aktuátory se používají v návrzích MEMS, které zahrnují nanopolohovače a optické spínače. Mezi hlavní výhody tepelných mikroaktorů patří především nižší provozní napětí, vysoká tvorba síly a menší náchylnost k poruchám adheze ve srovnání s elektrostatickými aktuátory. Tyto pohony potřebují více energie a jejich spínací rychlosti jsou omezeny dobou chlazení.
Pro návrh a testování těchto mikroaktuátorů je třeba vykonat širokou škálu práce. Takže tyto mikroaktuátory jsou navrženy s různými metodami mikrovýroby, jako je zpracování křemíku na izolátoru a mikroobrábění povrchu. Aplikace mikroaktuátorů zahrnují především RF sítě s laditelnou impedancí, mikrorelé, velmi přesné lékařské přístroje a mnoho dalších.
MEMS mikroaktuátor
MEMS mikroaktuátor je jeden druh mikroelektromechanického systému a jeho hlavní funkcí je přeměnit energii na pohyb. Tyto aktuátory kombinují elektrické a mechanické komponenty s mikrometrickými rozměry. Typické pohyby dosahované těmito pohony jsou tedy mikrometry. MEMS mikroaktuátory se používají hlavně v různých aplikacích, jako jsou ultrazvukové zářiče, mikrozrcadla pro vychylování optického paprsku a systémy zaostřování kamer. Tyto typy mikroaktuátorů se tedy používají hlavně k vytváření řízené výchylky.
Elektrostatický mikropohon
Poháněcí jednotky mikroaktuátoru, které jsou poháněny elektrostatickou silou, jsou známé jako elektrostatický mikroaktuátor. Elektrostatický mikroaktuátor se díky své vysoké hustotě, malým rozměrům, nízké spotřebě energie a vysoké rychlosti stává nejvýznamnějším stavebním kamenem v rámci výpočetních systémů a zpracování optického signálu. Obecně lze princip fungování v těchto systémech vysvětlit jako elektrostatickou přitažlivou energii způsobující mechanickou otáčku, konverzi nebo deformaci zrcadlové desky, řídící fázi, výkon nebo směr světelného paprsku, když se propouští nějakým volným prostorem nebo médiem.
V tomto typu mikroakčního členu obsahuje každá pohonná jednotka vlnové elektrody, kde jsou tyto elektrody navzájem taženy a izolovány elektrostatickou silou. Tento typ deformace ovladače závisí hlavně na elektrostatické síle, vnější síle a elasticitě konstrukce.
Pohyb tohoto aktuátoru byl jednoduše analyzován pomocí FEM (metoda konečných prvků) a makro model tohoto aktuátoru byl vyroben pro ověření jeho pohybu. Bylo tedy potvrzeno, že zdánlivá poddajnost akčního členu může být řízena zpětnovazebním řídicím systémem využívajícím kapacitní snímání posunu a elektrostatické řízení.
Piezoelektrický mikropohon
Piezoelektrické mikroaktuátory jsou velmi známé a nejčastěji používané v různých oborech. Ty jsou navrženy montáží piezoelektrických prvků na sebe. Jakmile je na obě strany těchto prvků přivedeno napětí, mohou se rozšířit. Má však komplikovanou strukturu, takže je složité sestavit. Piezoelektrický mikropohon se používá v různých systémech servořízení, aby poskytoval ultra přesné polohování a kompenzaci potenciálu.
Na tomto odkazu se dozvíte o a Piezoelektrický aktuátor .
Výhody a nevýhody
The výhody mikroaktuátorů zahrnout následující.
- Výhodou tepelných mikroaktorů je nižší provozní napětí, vysoká tvorba síly a menší náchylnost k poruchám adheze ve srovnání s elektrostatickými pohony.
- Mikroaktuátory jsou k dispozici v menší velikosti, s nižší spotřebou energie a rychlejším systémem odezvy.
The nevýhody mikroaktuátorů zahrnout následující.
- Tepelné mikroaktory potřebují větší výkon.
- Rychlost spínání tepelných mikroaktorů je omezena dobou chlazení.
Aplikace mikroaktuátorů
Aplikace mikroaktuátorů zahrnují následující.
- Mikroaktuátor je malé aktivní zařízení používané k vytváření mechanického pohybu tekutin/pevných látek. Pohyb zde vzniká změnou jedné formy energie na jinou formu.
- Mikroaktuátory jsou použitelné v mikrofluidikách pro Lab-on-a-Chip & Implantable Drug Delivery Systems.
- Jedná se o mikroskopický servomechanismus, který přenáší a dodává naměřené množství energie pro další činnost systému/mechanismu.
- Mikroaktuátory se používají pro stavbu malých zrcadel pro projektory a displeje.
- MEMS mikroaktuátory se používají hlavně v různých aplikacích, jako jsou ultrazvukové zářiče, kamerové zaostřovací systémy a mikrozrcadla pro vychylování optického paprsku.
- Síla vytvářená elektrickým mikroaktuátorem se využívá hlavně k vytváření mechanických deformací v materiálu, který nás zajímá.
Tak, to je všechno o přehled mikroaktuátoru které jsou schopny provádět úkoly konvenčního nástroje v makrosvětě, jsou však velmi menší a umožňují větší přesnost. Příklady mikroaktorů zahrnují hlavně optický maticový spínač sdružený s torzními mikrozrcátky, která jsou poháněna elektrostatickou silou, mikroaktor používaný pro skenování mikrovlnné antény, mikroaktor s tenkovrstvou paměťovou slitinou a 3-dimenzionální mikrostruktura, která se sama sestavuje s mikroakčními členy se škrábacími pohony. Zde je pro vás otázka, co je MEMS?
