Mikroaktuator: Design, arbejde, typer og dens applikationer

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





Generelt bruger en aktuator en energikilde til at flytte eller styre mekaniske komponenter. Disse findes ofte i forskellige maskiner og elektriske motorer . I mange år er forskellige typer af mekaniske enheder blevet miniaturiseret, selvom denne procedure normalt har brug for individets meget mindre komponenter. I det 21. århundrede blev mikroaktuatorer udviklet, hvor industrielle processer som mikrobearbejdning og litografi hovedsageligt bruges til at lave en mikroaktuator. Denne artikel diskuterer en oversigt over en mikroaktuato r – arbejde med applikationer.


Mikroaktuator definition

En mikroskopisk servomekanisme, der bruges til at levere og transmittere en målt mængde energi til systemet eller en anden mekanismeoperation, er kendt som en mikroaktuator. Ligesom en generel aktuator skal en mikroaktuator opfylde disse standarder som hurtig omskiftning, stor vandring, høj præcision, mindre strømforbrug osv. Disse aktuatorer fås i forskellige størrelser, som varierer fra millimeter til mikrometer, men når de først er pakket, kan de opnås hele størrelsen i centimeter,



Når først den mekaniske bevægelse af faste stoffer er genereret, spænder disse aktuatorers typiske forskydninger fra nanometer til millimeter. Tilsvarende spænder de typiske strømningshastigheder, der genereres for disse aktuatorer, fra picoLiter eller minut til mikroLiter eller minutområder. Mikroaktuatordiagrammet er vist nedenfor.

  Mikroaktuator
Mikroaktuator

Mikroaktuatorkonstruktion

De følgende figurer viser tre termiske mikroaktuatordesigns biomaterialeaktuator, bøjet bjælkeaktuator og bøjningsaktuator. Udformningen af ​​termisk aktuatorer med et enkelt materiale er symmetrisk, hvilket er kendt som bøjet bjælke eller V-formet.



  Mikroaktuator design
Mikroaktuator design

Bi-materiale aktuatoren inkluderer materialer med forskellige termiske udvidelseskoefficienter og fungerer på samme måde som en bimetallisk termostat. Når temperaturen ændres på grund af en indbygget varmelegeme i aktuatoren, kan mikroaktuatoren bevæge sig på grund af variationen inden for udvidelsen, der er forbundet med variationen i temperaturen.

Aktuatoren med bøjet bjælke inkluderer vinklede ben, som er nyttige til at udvide sig, når de er opvarmet og giver kraft og forskydningsudgang. Bøjningsaktuatoren er asymmetrisk, som inkluderer en varm arm og en kold arm. Disse aktuatorer inkluderer asymmetriske ben, der bøjer til overfladen på grund af differentiel ekspansion, når de er opvarmet.

  PCBWay

Funktion af mikroaktuator

Arbejdsprincippet for en mikroaktuator er at generere mekanisk bevægelse af væsker eller faste stoffer, hvor denne bevægelse genereres ved at ændre en form for energi til en anden energi som fra termisk, elektromagnetisk eller elektrisk til kinetisk energi (K.E) af bevægelige komponenter. For de fleste aktuatorer bruges forskellige kraftgenereringsprincipper som piezoeffekten, bimetaleffekten, elektrostatiske kræfter og formhukommelseseffekten. Ligesom en generel aktuator skal en mikroaktuator opfylde disse standarder som hurtig omskiftning, stor vandring, høj præcision, mindre strømforbrug osv.

Den mekaniske aktuator inkluderer en strømforsyning, transduktionsenhed, aktiveringselement og udgangsfunktion.

  Mikroaktuator arbejder
Mikroaktuator arbejder
  • Strømforsyningen er Elektrisk strøm/spænding.
  • Transduktionsenheden konverterer den rigtige form for strømforsyningen til den foretrukne form for handlinger af aktiveringselementet.
  • Aktiveringselement er en komponent eller et materiale, der bevæger sig gennem strømforsyningen.
  • Outputhandling er generelt i en foreskreven bevægelse.

Mikroaktuatortyper

Mikroaktuatorer fås i forskellige typer, som diskuteres nedenfor.

  • Termisk mikroaktuator
  • MEMS mikroaktuator
  • Elektrostatisk mikroaktuator
  • Piezoelektrisk

Termisk mikroaktuator

En termisk mikroaktuator er en standardkomponent, der bruges i Microsystems. Disse komponenter er elektrisk drevet gennem Joule-opvarmning ellers optisk aktiveret ved hjælp af en laser. Disse aktuatorer bruges i MEMS-design, som inkluderer nanopositionere og optiske kontakter. De vigtigste fordele ved termiske mikroaktuatorer omfatter hovedsageligt mindre driftsspændinger, høj kraftgenerering og mindre sårbarhed over for adhæsionsfejl sammenlignet med elektrostatiske aktuatorer. Disse aktuatorer har brug for mere strøm, og deres koblingshastigheder er begrænset gennem køletider.

  Termisk mikroaktuator
Termisk mikroaktuator

For at designe og teste disse mikroaktuatorer skal der udføres en bred vifte af arbejde. Så disse mikroaktuatorer er designet med forskellige mikrofremstillingsmetoder som silicium-på-isolator-behandling og overflademikrobearbejdning. Anvendelser af mikroaktuatorer omfatter hovedsageligt afstembare impedans RF-netværk, mikro-relæer, meget nøjagtig medicinsk instrumentering og mange flere.

MEMS mikroaktuator

MEMS mikroaktuator er en slags Micro Electro Mechanical System, og dens hovedfunktion er at ændre energien til bevægelse. Disse aktuatorer kombinerer elektriske og mekaniske komponenter med mikrometerdimensioner. Så de typiske bevægelser opnået af disse aktuatorer er mikrometer. MEMS mikroaktuatorer bruges hovedsageligt i forskellige applikationer som ultralydsudsender, optiske stråleafbøjningsmikrospejle og kamerafokussystemer. Så disse typer mikroaktuatorer bruges hovedsageligt til at producere en kontrolleret afbøjning.

  MEMS type
MEMS type

Elektrostatisk mikroaktuator

En mikroaktuator, der driver enheder, der drives af elektrostatisk kraft, er kendt som en elektrostatisk mikroaktuator. Den elektrostatiske mikroaktuator er ved at blive den vigtigste byggesten inden for computersystemer og optisk signalbehandling på grund af dens høje tæthed, lille størrelse, lave strømforbrug og høje hastighed. Generelt kan driftsprincippet inden for disse systemer forklares som elektrostatisk attraktiv energi, der forårsager en mekanisk omdrejning, konvertering eller spejlpladedeformation, der styrer fasen, effekten eller lysstråleretningen, når den transmitteres gennem et eller andet frit rum eller medium.

  Elektrostatisk mikroaktuator
Elektrostatisk mikroaktuator

I denne type mikroaktuator inkluderer hver drivenhed bølgelignende elektroder, hvor disse elektroder trækkes og isoleres fra hinanden gennem den elektrostatiske kraft. Denne type aktuatordeformation afhænger hovedsageligt af den elektrostatiske kraft, den ydre kraft og strukturens elasticitet.

Denne aktuators bevægelse blev simpelthen analyseret gennem FEM (finite-element-metoden) og denne aktuators makromodel blev fremstillet for at verificere dens bevægelse. Så det blev bekræftet, at aktuatorens tilsyneladende overensstemmelse kan styres af et feedback-kontrolsystem ved hjælp af kapacitiv forskydningsføling og elektrostatisk kørsel.

Piezoelektrisk mikroaktuator

Piezoelektriske mikroaktuatorer er meget berømte og bruges oftest inden for forskellige områder. Disse er designet ved at montere piezoelektriske elementer oven på hinanden. Når en spænding er givet til begge sider af disse elementer, så kan de udvide sig. Men den har en kompliceret struktur, så den er kompleks at samle. Piezoelektrisk mikroaktuator bruges i forskellige servostyringssystemer for at give ultrapræcis positionering og kompensation med potentialet.

  Piezoelektrisk type
Piezoelektrisk type

Se venligst dette link for at vide om a Piezoelektrisk aktuator .

Fordele og ulemper

Det fordelene ved mikroaktuatorer omfatte følgende.

  • De termiske mikroaktuatorers fordele er færre driftsspændinger, kraftgenerering er høj og mindre modtagelighed for adhæsionsfejl sammenlignet med elektrostatiske aktuatorer.
  • Mikroaktuatorerne fås i en mindre størrelse, med mindre strømforbrug og hurtigere responssystem.

Det ulemper ved mikroaktuatorer omfatte følgende.

  • Termiske mikroaktuatorer har brug for mere strøm.
  • Koblingshastigheden for termiske mikroaktuatorer er begrænset af afkølingstider.

Mikroaktuatorapplikationer

Anvendelsen af ​​mikroaktuatorer omfatter følgende.

  • Mikroaktuator er en lille aktiv enhed, der bruges til at producere mekanisk bevægelse af væsker/faststoffer. Her produceres bevægelse ved at ændre en form for energi til en anden form.
  • Mikroaktuatorer er anvendelige i mikrofluidik til Lab-on-a-Chip og implanterbare lægemiddelleveringssystemer.
  • Det er en mikroskopisk servomekanisme, der transmitterer og leverer en afmålt mængde energi til et andet system/mekanismedrift.
  • Mikroaktuatorer bruges til at bygge små spejle til projektorer og skærme.
  • MEMS mikroaktuatorer bruges hovedsageligt i forskellige applikationer som ultralyds-emittere, kamerafokussystemer og optiske stråleafbøjningsmikrospejle.
  • Kraften produceret af en elektrisk mikroaktuator bruges hovedsageligt til at generere mekaniske deformationer i materialet af interesse.

Det handler altså om en oversigt over mikroaktuatoren som er i stand til at udføre det konventionelle værktøjs opgaver inden for makroverdenen, men de er meget mindre i størrelse og tillader større præcision. Eksempler på mikroaktuatorer omfatter hovedsageligt en optisk matrix-switch opsamlet med torsionsmikrospejle, som drives af elektrostatisk kraft, en mikroaktuator, der bruges til mikrobølgeantennescanning, en mikroaktuator med tyndfilmshukommelseslegering og 3-dimensionel mikrostruktur-selvsamling med scratch-drev-mikroaktuatorer. Her er et spørgsmål til dig, hvad er MEMS?