Općenito, aktuator koristi izvor energije za pomicanje ili upravljanje mehaničkim komponentama. Oni se često nalaze u raznim strojevima i elektromotori . Dugi niz godina različite vrste mehaničkih uređaja su minijaturizirane, iako ovaj postupak obično zahtijeva vrlo manje komponente pojedinca. U 21. stoljeću mikroaktuatori su razvijeni tamo gdje se industrijski procesi poput mikrostrojne obrade i litografije uglavnom koriste za izradu mikroaktuatora. Ovaj članak govori o pregledu a mikroaktuato r – rad s aplikacijama.
Definicija mikroaktivatora
Mikroskopski servomehanizam koji se koristi za opskrbu i prijenos izmjerene količine energije za rad sustava ili drugog mehanizma poznat je kao mikroaktuator. Poput općeg aktuatora, mikroaktuator mora zadovoljiti ove standarde kao što su brzo prebacivanje, veliki hod, visoka preciznost, manja potrošnja energije itd. Ovi aktuatori dostupni su u različitim veličinama koje variraju od milimetara do mikrometara, ali nakon što se upakiraju mogu postići cijela veličina u centimetrima,
Nakon što se generira mehaničko gibanje čvrstih tijela, tipični pomaci ovih pokretača kreću se od nanometara do milimetara. Slično, tipične brzine protoka generirane za ove aktuatore kreću se od pikolitara ili minuta do raspona mikrolitara ili minuta. Dolje je prikazan dijagram mikroaktivatora.
Konstrukcija mikro aktuatora
Sljedeće slike prikazuju tri dizajna termalnih mikroaktivatora, aktuator od biomaterijala, aktuator sa savijenom gredom i aktuator sa savijanjem. Dizajn toplinske aktuatori s jednim materijalom je simetričan što je poznato kao savijena greda ili u obliku slova V.
Pokretač od dva materijala uključuje materijale s različitim koeficijentima toplinskog širenja i radi jednako kao bimetalni termostat. Kad god se temperatura promijeni zbog ugrađenog grijača u aktuatoru, mikroaktuator se može pomaknuti zbog varijacije unutar ekspanzije povezane s varijacijom unutar temperature.
Pokretač sa savijenom gredom uključuje noge pod kutom koje su korisne u širenju nakon zagrijavanja i daju snagu i pomak. Aktivator savijanja je asimetričan i uključuje vruću i hladnu ruku. Ovi aktuatori uključuju asimetrične noge koje se savijaju prema površini zbog diferencijalne ekspanzije nakon zagrijavanja.
Rad mikroaktuatora
Načelo rada mikroaktuatora je generiranje mehaničkog gibanja tekućina ili krutih tijela pri čemu se to gibanje generira promjenom jednog oblika energije u drugu energiju, poput toplinske, elektromagnetske ili električne u kinetičku energiju (K.E) pokretnih komponenti. Za većinu aktuatora koriste se različiti principi generiranja sile kao što su piezo efekt, bimetalni efekt, elektrostatičke sile i efekt pamćenja oblika. Poput općeg aktuatora, mikroaktuator mora zadovoljiti ove standarde kao što su brzo prebacivanje, veliki hod, visoka preciznost, manja potrošnja energije itd.
Mehanički aktuator uključuje napajanje, transdukcijsku jedinicu, pokretački element i izlaznu radnju.
- Napajanje je električna struja/napon.
- Transdukcijska jedinica pretvara pravi oblik napajanja u željeni oblik djelovanja pokretačkog elementa.
- Pokretni element je komponenta ili materijal koji se kreće kroz napajanje.
- Izlazno djelovanje općenito je u propisanom kretanju.
Vrste mikroaktuatora
Mikroaktuatori su dostupni u različitim tipovima koji su opisani u nastavku.
- Termalni mikroaktivator
- MEMS mikroaktuator
- Elektrostatički mikro aktuator
- Piezoelektrični
Termalni mikroaktivator
Termalni mikroaktuator je standardna komponenta koja se koristi u Microsystemsu. Ove komponente se napajaju električnom energijom kroz Jouleovo zagrijavanje koje se inače optički aktivira pomoću lasera. Ovi se aktuatori koriste u dizajnu MEMS-a koji uključuje nanopozicionere i optičke prekidače. Glavne prednosti toplinskih mikroaktuatora uglavnom uključuju manje radne napone, visoko stvaranje sile i manju osjetljivost na kvarove prianjanja u usporedbi s elektrostatskim aktuatorima. Ovi aktuatori trebaju više snage i njihove su brzine prebacivanja ograničene vremenom hlađenja.
Za projektiranje i testiranje ovih mikroaktuatora potrebno je obaviti širok raspon posla. Stoga su ovi mikroaktuatori dizajnirani s različitim metodama mikroproizvodnje kao što je obrada silicij na izolatoru i površinska mikrostrojna obrada. Primjene mikroaktuatora uglavnom uključuju RF mreže podesive impedancije, mikroreleje, vrlo precizne medicinske instrumente i još mnogo toga.
MEMS mikroaktuator
MEMS mikroaktuator je jedna vrsta mikro elektromehaničkog sustava i njegova glavna funkcija je pretvaranje energije u gibanje. Ovi aktuatori kombiniraju električne i mehaničke komponente s mikrometarskim dimenzijama. Dakle, tipični pokreti koje postižu ovi aktuatori su mikrometarski. MEMS mikroaktivatori uglavnom se koriste u različitim aplikacijama kao što su ultrazvučni emiteri, mikroogledala za skretanje optičkog snopa i sustavi za fokusiranje kamera. Stoga se ove vrste mikroaktuatora uglavnom koriste za proizvodnju kontroliranog otklona.
Elektrostatički mikro aktuator
Pogonske jedinice mikroaktuatora koje pokreće elektrostatska sila poznate su kao elektrostatički mikroaktuatori. Elektrostatički mikroaktuator postaje najznačajniji građevni blok unutar računalnih sustava i optičke obrade signala zbog svoje velike gustoće, male veličine, male potrošnje energije i velike brzine. Općenito, princip rada unutar ovih sustava može se objasniti kao elektrostatska privlačna energija koja uzrokuje mehaničku revoluciju, pretvorbu ili deformaciju zrcalne ploče, kontrolirajući fazu, snagu ili smjer svjetlosnog snopa kada se prenosi kroz neki slobodni prostor ili medij.
U ovoj vrsti mikroaktuatora, svaka pogonska jedinica uključuje elektrode nalik valovima gdje se te elektrode povlače i izoliraju jedna od druge putem elektrostatičke sile. Ova vrsta deformacije aktuatora uglavnom ovisi o elektrostatičkoj sili, vanjskoj sili i elastičnosti strukture.
Kretanje ovog aktuatora jednostavno je analizirano pomoću FEM (metoda konačnih elemenata) i napravljen je makro model ovog aktuatora kako bi se potvrdilo njegovo kretanje. Dakle, potvrđeno je da se prividna usklađenost aktuatora može kontrolirati sustavom upravljanja povratnom spregom pomoću kapacitivnog senzora pomaka i elektrostatičkog pogona.
Piezoelektrični mikro aktuator
Piezoelektrični mikroaktuatori vrlo su poznati i najčešće korišteni u različitim područjima. Dizajnirani su postavljanjem piezoelektričnih elemenata jedan na drugi. Nakon što se napon da na obje strane ovih elemenata, oni se mogu širiti. Ali ima kompliciranu strukturu pa ga je složeno sastaviti. Piezoelektrični mikro-aktuator koristi se u različitim servo upravljačkim sustavima za pružanje ultra-preciznog pozicioniranja i kompenzacije s potencijalom.
Pogledajte ovu vezu da biste saznali više o a Piezoelektrični aktuator .
Prednosti i nedostatci
The prednosti mikroaktuatora uključuju sljedeće.
- Prednosti toplinskih mikroaktuatora su niži radni naponi, generiranje sile je visoko i manja osjetljivost na kvarove prianjanja u usporedbi s elektrostatskim aktuatorima.
- Mikroaktuatori su dostupni u manjoj veličini, s manjom potrošnjom energije i sustavom bržeg odziva.
The nedostaci mikroaktuatora uključuju sljedeće.
- Termički mikroaktuatori trebaju više snage.
- Brzina preklapanja termičkih mikroaktuatora ograničena je vremenom hlađenja.
Primjene mikroaktivatora
Primjene mikroaktuatora uključuju sljedeće.
- Mikroaktuator je mali aktivni uređaj koji se koristi za stvaranje mehaničkog gibanja tekućina/krutina. Ovdje se gibanje proizvodi promjenom jednog oblika energije u drugi oblik.
- Mikroaktuatori su primjenjivi u mikrofluidici za Lab-on-a-Chip i sustave za ugradnju lijekova.
- To je mikroskopski servomehanizam koji prenosi i opskrbljuje izmjerenu količinu energije za rad drugog sustava/mehanizma.
- Mikroaktuatori se koriste za izradu malih ogledala za projektore i zaslone.
- MEMS mikroaktuatori se uglavnom koriste u različitim aplikacijama kao što su ultrazvučni odašiljači, sustavi za fokusiranje kamera i mikroogledala za skretanje optičkog snopa.
- Sila koju proizvodi električni mikroaktivator uglavnom se koristi za stvaranje mehaničkih deformacija unutar materijala od interesa.
Dakle, ovo je sve o tome pregled mikroaktivatora koji je sposoban obavljati zadatke konvencionalnog alata unutar makrosvijeta, međutim, vrlo su manje veličine i omogućuju veću preciznost. Primjeri mikro aktuatora uglavnom uključuju optičku matričnu sklopku sastavljenu od torzijskih mikrozrcala koja se pokreću putem elektrostatičke sile, mikroaktivator koji se koristi za skeniranje mikrovalne antene, mikroaktivator s legurom za pamćenje tankog filma i trodimenzionalnu mikrostrukturu koja se samosklapa s mikroaktivatorima za pogon grebanjem. Evo pitanja za vas, što je MEMS?
