Микроактуатор: Дизајн, рад, типови и његове примене

Генерално, актуатор користи извор енергије за померање или контролу механичких компоненти. Они се често налазе у разним машинама и електромотори . Дуги низ година различите врсте механичких уређаја су минијатуризоване, иако су за ову процедуру обично потребне веома мање компоненте појединца. У 21. веку су развијени микроактуатори где се индустријски процеси као што су микромашинска обрада и литографија углавном користе за израду микроактуатора. Овај чланак разматра преглед а мицроацтуато р – рад са апликацијама.

Дефиниција микроактуатора

Микроскопски сервомеханизам који се користи за снабдевање и пренос измерене количине енергије за рад система или другог механизма познат је као микроактуатор. Као и општи актуатор, микроактуатор мора да испуни ове стандарде као што су брзо пребацивање, велики ход, висока прецизност, мања потрошња енергије, итд. Ови актуатори су доступни у различитим величинама које варирају од милиметара до микрометара, али када се упакују могу постићи цела величина у центиметрима,

Једном када се генерише механичко кретање чврстих материја, тада се типични помаци ових актуатора крећу од нанометара до милиметара. Слично томе, типичне брзине протока генерисане за ове актуаторе крећу се од пиколитара или минута до микролитара или минутних опсега. Дијаграм микроактуатора је приказан испод.

Конструкција микро актуатора

Следеће слике приказују три термичке микроактуаторе дизајна биоматеријални актуатор, актуатор савијене греде и актуатор савијања. Дизајн термо актуатори са једним материјалом је симетрична која је позната као савијена греда или у облику слова В.

Погон од два материјала укључује материјале са различитим коефицијентима топлотног ширења и ради једнако као и биметални термостат. Кад год се температура промени због уграђеног грејача у актуатор, микроактуатор се може померити због варијације унутар експанзије повезане са варијацијом унутар температуре.

Погон са савијеном гредом укључује ноге под углом које помажу у ширењу када се загреју и обезбеђују снагу и излаз померања. Погон савијања је асиметричан и укључује врућу и хладну руку. Ови актуатори укључују асиметричне ноге које се савијају на површину услед диференцијалног ширења када се загреју.

Рад микроактуатора

Принцип рада микроактуатора је да генерише механичко кретање течности или чврстих тела где се ово кретање генерише променом једног облика енергије у другу енергију као што је из топлотне, електромагнетне или електричне у кинетичку енергију (К.Е) покретних компоненти. За већину актуатора, користе се различити принципи стварања силе као што су пиезо ефекат, биметални ефекат, електростатичке силе и ефекат меморије облика. Као и општи актуатор, микроактуатор мора да испуни ове стандарде као што су брзо пребацивање, велики ход, висока прецизност, мања потрошња енергије итд.

Механички актуатор укључује напајање, трансдукциону јединицу, актуациони елемент и излазно дејство.

• Напајање је електрична струја/напон.
• Трансдукциона јединица претвара прави облик напајања у жељени облик деловања покретачког елемента.
• Елемент за активирање је компонента или материјал који се креће кроз напајање.
• Излазно дејство је углавном у прописаном кретању.

Типови микроактуатора

Микроактуатори су доступни у различитим типовима који су описани у наставку.

• Тхермал Мицроацтуатор
• МЕМС Мицроацтуатор
• Електростатички микро актуатор
• Пиезоелецтриц

Тхермал Мицроацтуатор

Термални микроактуатор је стандардна компонента која се користи у Мицросистемс. Ове компоненте се напајају електричним путем Јоуле загревања, иначе се оптички активирају помоћу ласера. Ови актуатори се користе у МЕМС дизајну који укључује нанопозиционере и оптичке прекидаче. Главне предности термалних микроактуатора углавном укључују мањи радни напон, високу генерацију силе и мању рањивост на кварове приањања у поређењу са електростатичким актуаторима. Овим актуаторима је потребно више снаге и њихове брзине пребацивања су ограничене током времена хлађења.

За пројектовање и тестирање ових микроактуатора, мора се обавити широк спектар послова. Дакле, ови микроактуатори су дизајнирани са различитим методама микрофабрикације као што су обрада силикона на изолатору и површинска микромашинска обрада. Примене микроактуатора углавном укључују РФ мреже са подесивом импедансом, микро-релеје, веома прецизне медицинске инструменте и још много тога.

МЕМС Мицроацтуатор

МЕМС микроактуатор је једна врста микро електромеханичког система и његова главна функција је да промени енергију у кретање. Ови актуатори комбинују електричне и механичке компоненте са микрометарским димензијама. Дакле, типични покрети које постижу ови актуатори су микрометри. МЕМС микроактуатори се углавном користе у различитим апликацијама као што су ултразвучни емитери, микроогледала за скретање оптичког снопа и системи фокуса камере. Дакле, ове врсте микроактуатора се углавном користе за производњу контролисаног отклона.

Електростатички микро актуатор

Погонске јединице микроактуатора које се покрећу електростатичком силом су познате као електростатички микроактуатори. Електростатички микроактуатор постаје најзначајнији грађевински блок у рачунарским системима и оптичкој обради сигнала због своје велике густине, мале величине, мале потрошње енергије и велике брзине. Генерално, принцип рада у оквиру ових система може се објаснити као електростатичка привлачна енергија која изазива механичку револуцију, конверзију или деформацију зрцалне плоче, контролишући фазу, снагу или смер светлосног снопа када се преноси кроз неки слободни простор или медијум.

У овом типу микроактуатора, свака погонска јединица укључује таласасте електроде где се ове електроде повлаче и изолују једна од друге путем електростатичке силе. Ова врста деформације актуатора углавном зависи од електростатичке силе, спољашње силе и еластичности структуре.

Кретање овог актуатора је једноставно анализирано путем ФЕМ (метода коначних елемената) и направљен је макро модел овог актуатора да би се потврдило његово кретање. Дакле, потврђено је да се привидна усклађеност актуатора може контролисати помоћу система за контролу повратне спреге користећи капацитивни сензор помака и електростатичку вожњу.

Пиезоелектрични микро актуатор

Пиезоелектрични микроактуатори су веома познати и најчешће се користе у различитим областима. Они су дизајнирани постављањем пиезоелектричних елемената један на други. Када се напон стави на обе стране ових елемената, они се могу проширити. Али има компликовану структуру па је сложен за састављање. Пиезоелектрични микро-актуатор се користи у различитим серво контролним системима да обезбеди ултра-прецизно позиционирање и компензацију са потенцијалом.

Молимо погледајте ову везу да бисте сазнали о а Пиезоелецтриц Ацтуатор .

Предности и мане

Тхе предности микроактуатора укључи следеће.

• Предности термалних микроактуатора су мањи радни напони, велика је производња силе и мања подложност кваровима приањања у поређењу са електростатичким актуаторима.
• Микроактуатори су доступни у мањој величини, са мањом потрошњом енергије и системом бржег одзива.

Тхе недостаци микроактуатора укључи следеће.

• Термалним микроактуаторима је потребно више снаге.
• Брзина укључивања термалних микроактуатора је ограничена временом хлађења.

Мицроацтуатор Апплицатионс

Примене микроактуатора укључују следеће.

• Микроактуатор је мали активни уређај који се користи за механичко кретање течности/чврсте материје. Овде се кретање производи променом једног облика енергије у други облик.
• Микроактуатори су применљиви у микрофлуидици за Лаб-он-а-Цхип и имплантабилне системе за испоруку лекова.
• То је микроскопски сервомеханизам који преноси и испоручује измерену количину енергије за рад другог система/механизма.
• Микроактуатори се користе за прављење малих огледала за пројекторе и дисплеје.
• МЕМС микроактуатори се углавном користе у различитим апликацијама као што су ултразвучни емитери, системи фокуса камере и микроогледала за скретање оптичког снопа.
• Сила коју производи електрични микроактуатор углавном се користи за стварање механичких деформација унутар материјала од интереса.

Дакле, ради се о томе преглед микроактуатора који је способан да обавља задатке конвенционалног алата у макросвету, међутим, они су веома мање величине и омогућавају већу прецизност. Примери микро актуатора углавном укључују оптички матрични прекидач сакупљен торзионим микроогледалима која се покрећу електростатичком силом, микроактуатор који се користи за скенирање микроталасне антене, микроактуатор са легуром меморије танког филма и 3-димензионална микроструктура која се самостално склапа са микроактуаторима за гребање. Ево питања за вас, шта је МЕМС?