Mikroaktuator: design, arbeid, typer og dens applikasjoner

Vanligvis bruker en aktuator en energikilde for å flytte eller kontrollere mekaniske komponenter. Disse finnes ofte i ulike maskiner og elektriske motorer . I mange år har forskjellige typer mekaniske enheter blitt miniatyrisert, selv om denne prosedyren normalt trenger individets svært mindre komponenter. I det 21. århundre ble mikroaktuatorer utviklet der industrielle prosesser som mikromaskinering og litografi hovedsakelig brukes til å lage en mikroaktuator. Denne artikkelen diskuterer en oversikt over en mikroaktuato r – arbeide med applikasjoner.

Mikroaktuator Definisjon

En mikroskopisk servomekanisme som brukes til å tilføre og overføre en målt mengde energi for systemet eller en annen mekanismeoperasjon er kjent som en mikroaktuator. Som en generell aktuator, må en mikroaktuator oppfylle disse standardene som rask veksling, stor vandring, høy presisjon, mindre strømforbruk osv. Disse aktuatorene er tilgjengelige i forskjellige størrelser som varierer fra millimeter til mikrometer, men når de først er pakket kan de oppnå hele størrelsen i centimeter,

Når den mekaniske bevegelsen til faste stoffer er generert, varierer disse aktuatorenes typiske forskyvninger fra nanometer til millimeter. På samme måte varierer de typiske strømningshastighetene som genereres for disse aktuatorene fra picoliter eller minutt til mikroliter eller minuttområder. Mikroaktuatordiagrammet er vist nedenfor.

Mikroaktuatorkonstruksjon

De følgende figurene viser tre termiske mikroaktuatordesign biomaterialaktuator, bøyd bjelkeaktuator og bøyningsaktuator. Utformingen av termisk aktuatorer med et enkelt materiale er symmetrisk som er kjent som bøyd bjelke eller V-formet.

Bi-material aktuatoren inkluderer materialer med forskjellige termiske ekspansjonskoeffisienter og fungerer på samme måte som en bimetall termostat. Når temperaturen endres på grunn av et innebygd varmeelement i aktuatoren, kan mikroaktuatoren bevege seg på grunn av variasjonen innenfor ekspansjonen forbundet med variasjonen i temperaturen.

Aktuatoren med bøyd bjelke inkluderer vinklede ben som er nyttige for å utvide seg når de er oppvarmet og gir kraft og forskyvningseffekt. Bøyeaktuatoren er asymmetrisk som inkluderer en varm arm og en kald arm. Disse aktuatorene inkluderer asymmetriske ben som bøyer seg til overflaten på grunn av differensiell ekspansjon når de er oppvarmet.

Virker av mikroaktuator

Arbeidsprinsippet til en mikroaktuator er å generere mekanisk bevegelse av væsker eller faste stoffer der denne bevegelsen genereres ved å endre en form for energi til en annen energi som fra termisk, elektromagnetisk eller elektrisk til kinetisk energi (K.E) av bevegelige komponenter. For de fleste av aktuatorene brukes forskjellige kraftgenereringsprinsipper som piezoeffekten, bimetalleffekten, elektrostatiske krefter og formminneeffekten. Som en generell aktuator, må en mikroaktuator oppfylle disse standardene som rask veksling, stor vandring, høy presisjon, mindre strømforbruk, etc.

Den mekaniske aktuatoren inkluderer en strømforsyning, transduksjonsenhet, aktiveringselement og utgangsvirkning.

• Strømforsyningen er Elektrisk strøm/spenning.
• Transduksjonsenheten konverterer den riktige formen for strømforsyningen til den foretrukne formen for handlinger til aktiveringselementet.
• Aktiveringselement er en komponent eller et materiale som beveger seg gjennom strømforsyningen.
• Utgangshandling er vanligvis i en foreskrevet bevegelse.

Mikroaktuatortyper

Mikroaktuatorer er tilgjengelige i forskjellige typer som diskuteres nedenfor.

• Termisk mikroaktuator
• MEMS mikroaktuator
• Elektrostatisk mikroaktuator
• Piezoelektrisk

Termisk mikroaktuator

En termisk mikroaktuator er en standardkomponent som brukes i Microsystems. Disse komponentene er elektrisk drevet gjennom Joule-oppvarming ellers optisk aktivert ved hjelp av en laser. Disse aktuatorene brukes i MEMS-design som inkluderer nanoposisjonere og optiske brytere. De viktigste fordelene med termiske mikroaktuatorer inkluderer hovedsakelig mindre driftsspenninger, høy kraftgenerering og mindre sårbarhet for adhesjonsfeil sammenlignet med elektrostatiske aktuatorer. Disse aktuatorene trenger mer kraft og koblingshastighetene deres er begrenset gjennom kjøletider.

For å designe og teste disse mikroaktuatorene, må det gjøres et bredt spekter av arbeid. Så disse mikroaktuatorene er designet med forskjellige mikrofremstillingsmetoder som silisium-på-isolator-behandling og overflatemikromaskinering. Anvendelsene til mikroaktuatorer inkluderer hovedsakelig avstembare impedans-RF-nettverk, mikroreleer, svært nøyaktig medisinsk instrumentering og mange flere.

MEMS mikroaktuator

MEMS mikroaktuator er en slags mikroelektro-mekanisk system og dens hovedfunksjon er å endre energien til bevegelse. Disse aktuatorene kombinerer elektriske og mekaniske komponenter med mikrometerdimensjoner. Så de typiske bevegelsene som oppnås av disse aktuatorene er mikrometer. MEMS-mikroaktuatorer brukes hovedsakelig i forskjellige applikasjoner som ultralydsendere, mikrospeil med optisk stråleavbøyning og kamerafokussystemer. Så disse typene mikroaktuatorer brukes hovedsakelig til å produsere en kontrollert avbøyning.

Elektrostatisk mikroaktuator

En mikroaktuator som driver enheter som drives gjennom elektrostatisk kraft er kjent som en elektrostatisk mikroaktuator. Den elektrostatiske mikroaktuatoren er i ferd med å bli den viktigste byggesteinen innen datasystemer og optisk signalbehandling på grunn av sin høye tetthet, lille størrelse, lave strømforbruk og høye hastighet. Generelt kan operasjonsprinsippet i disse systemene forklares som elektrostatisk attraktiv energi som forårsaker en mekanisk revolusjon, konvertering eller speilplatedeformasjon, som kontrollerer fasen, kraften eller lysstråleretningen når den overføres gjennom et eller annet ledig rom eller medium.

I denne typen mikroaktuatorer inkluderer hver drivenhet bølgelignende elektroder der disse elektrodene trekkes og isoleres fra hverandre gjennom den elektrostatiske kraften. Denne typen aktuatordeformasjon avhenger hovedsakelig av den elektrostatiske kraften, den ytre kraften og strukturens elastisitet.

Denne aktuatorens bevegelse ble ganske enkelt analysert gjennom FEM (finite-element-metoden) og denne aktuatorens makromodell ble produsert for å bekrefte bevegelsen. Så det ble bekreftet at aktuatorens tilsynelatende samsvar kan kontrolleres av et tilbakemeldingskontrollsystem som bruker kapasitiv forskyvningsføling og elektrostatisk kjøring.

Piezoelektrisk mikroaktuator

Piezoelektriske mikroaktuatorer er svært kjente og brukes oftest i forskjellige felt. Disse er designet ved å montere piezoelektriske elementer oppå hverandre. Når en spenning er gitt til begge sider av disse elementene, kan de utvide seg. Men den har en komplisert struktur, så den er komplisert å montere. Piezoelektrisk mikroaktuator brukes i forskjellige servokontrollsystemer for å gi ultranøyaktig posisjonering og kompensasjon med potensialet.

Vennligst se denne lenken for å vite om en Piezoelektrisk aktuator .

Fordeler og ulemper

De fordelene med mikroaktuatorer Inkluder følgende.

• Fordelene til de termiske mikroaktuatorene er mindre driftsspenninger, generering av kraft er høy og mindre mottakelighet for adhesjonsfeil sammenlignet med elektrostatiske aktuatorer.
• Mikroaktuatorene er tilgjengelige i en mindre størrelse, med mindre strømforbruk og raskere responssystem.

De ulemper med mikroaktuatorer Inkluder følgende.

• Termiske mikroaktuatorer trenger mer kraft.
• Koblingshastigheten til termiske mikroaktuatorer begrenses av kjøletider.

Mikroaktuatorapplikasjoner

Anvendelsene av mikroaktuatorer inkluderer følgende.

• Mikroaktuator er en liten aktiv enhet som brukes til å produsere mekanisk bevegelse av væsker/faststoffer. Her produseres bevegelse ved å endre en form for energi til en annen form.
• Mikroaktuatorer kan brukes i mikrofluidikk for Lab-on-a-Chip og implanterbare legemiddelleveringssystemer.
• Det er en mikroskopisk servomekanisme som overfører og tilfører en målt mengde energi for et annet system/mekanisme.
• Mikroaktuatorer brukes til å bygge små speil for projektorer og skjermer.
• MEMS mikroaktuatorer brukes hovedsakelig i forskjellige applikasjoner som ultralydsendere, kamerafokussystemer og optiske stråleavbøyningsmikrospeil.
• Kraften som produseres av en elektrisk mikroaktuator brukes hovedsakelig til å generere mekaniske deformasjoner i materialet av interesse.

Altså handler dette om en oversikt over mikroaktuatoren som er i stand til å utføre det konvensjonelle verktøyets oppgaver innenfor makroverdenen, men de er svært mindre i størrelse og tillater større presisjon. Eksempler på mikroaktuatorer inkluderer hovedsakelig en optisk matrisebryter samlet med torsjonsmikrospeil som drives gjennom elektrostatisk kraft, en mikroaktuator som brukes til mikrobølgeantenneskanning, en mikroaktuator med tynnfilmminnelegering og 3-dimensjonal mikrostrukturselvmontering med mikroaktuatorer med skrapedrift. Her er et spørsmål til deg, hva er MEMS?