Microactuator: proiectare, funcționare, tipuri și aplicații ale acestuia

În general, un actuator folosește o sursă de energie pentru deplasarea sau controlul componentelor mecanice. Acestea se găsesc frecvent în diverse mașini și motoare electrice . De mulți ani, diferite tipuri de dispozitive mecanice au fost miniaturizate, deși această procedură necesită în mod normal componentele foarte mici ale individului. În secolul 21, microactuatoarele au fost dezvoltate în cazul în care procesele industriale precum microprelucrarea și litografia sunt utilizate în principal pentru a face un microactuator. Acest articol discută o prezentare generală a unui microactuato r – lucrul cu aplicații.

Definiția microactuatorului

Un servomecanism microscopic folosit pentru a furniza și transmite o cantitate măsurată de energie pentru sistem sau pentru o altă funcționare a mecanismului este cunoscut sub numele de microactuator. La fel ca un actuator general, un microactuator trebuie să îndeplinească aceste standarde, cum ar fi comutarea rapidă, cursa mare, precizie ridicată, consum mai mic de energie etc. Aceste actuatoare sunt disponibile în diferite dimensiuni, care variază de la milimetri la micrometri, dar odată ce sunt ambalate, pot atinge toată dimensiunea în centimetri,

Odată ce mișcarea mecanică a solidelor este generată, atunci deplasările tipice ale acestor dispozitive variază de la nanometri la milimetri. În mod similar, debitele tipice generate pentru aceste actuatoare variază de la picoLiter sau minut până la microLiter sau interval de minute. Diagrama Microactuator este prezentată mai jos.

Construcție micro actuator

Următoarele figuri prezintă trei modele de microactuator termic: actuator biomaterial, actuator cu fascicul îndoit și actuator de îndoire. Designul termic actuatoare cu un singur material este simetric, care este cunoscut sub numele de grindă îndoită sau în formă de V.

Actuatorul bimaterial include materiale cu coeficienți de dilatare termică diferiți și funcționează în mod egal ca un termostat bimetalic. Ori de câte ori temperatura se schimbă din cauza unui încălzitor încorporat în actuator, microactuatorul se poate mișca din cauza variației în cadrul expansiunii asociate cu variația în interiorul temperaturii.

Dispozitivul de acționare cu fascicul îndoit include picioare înclinate care sunt utile în extinderea odată încălzite și oferă forță și deplasare. Actuatorul de flexie este asimetric, care include un braț cald și un braț rece. Aceste actuatoare includ picioare asimetrice care se îndoaie la suprafață datorită expansiunii diferențiale odată încălzite.

Funcționarea microactuatorului

Principiul de funcționare al unui microactuator este de a genera mișcare mecanică a fluidelor sau solidelor în care această mișcare este generată prin schimbarea unei forme de energie într-o altă energie, cum ar fi de la termică, electromagnetică sau electrică în energia cinetică (K.E) a componentelor mobile. Pentru majoritatea actuatoarelor, sunt utilizate diferite principii de generare a forței, cum ar fi efectul piezo, efectul bimetal, forțele electrostatice și efectul de memorie a formei. La fel ca un actuator general, un microactuator trebuie să îndeplinească aceste standarde, cum ar fi comutarea rapidă, cursa mare, precizie ridicată, consum mai mic de energie etc.

Actuatorul mecanic include o sursă de alimentare, o unitate de transducție, un element de acționare și o acțiune de ieșire.

• Sursa de alimentare este curent/tensiune electrică.
• Unitatea de transducție transformă forma corectă a sursei de alimentare în forma preferată de acțiuni a elementului de acționare.
• Elementul de acționare este o componentă sau un material care se deplasează prin sursa de alimentare.
• Acțiunea de ieșire este în general într-o mișcare prescrisă.

Tipuri de microactuatori

Microactuatoarele sunt disponibile în diferite tipuri, care sunt discutate mai jos.

• Microactuator termic
• Microactuator MEMS
• Micro actuator electrostatic
• Piezoelectric

Microactuator termic

Un microactuator termic este o componentă standard care este utilizată în Microsisteme. Aceste componente sunt alimentate electric prin încălzire Joule, altfel activată optic cu ajutorul unui laser. Aceste actuatoare sunt utilizate în proiecte MEMS care includ nanopoziționare și comutatoare optice. Principalele beneficii ale microactuatoarelor termice includ în principal tensiuni de funcționare mai puține, generare mare de forță și o vulnerabilitate mai mică la defecțiunile de aderență în comparație cu actuatoarele electrostatice. Aceste actuatoare au nevoie de mai multă putere și vitezele lor de comutare sunt limitate prin timpii de răcire.

Pentru proiectarea și testarea acestor microactuatori, trebuie făcută o gamă largă de lucrări. Deci, acești microactuatori sunt proiectați cu diferite metode de microfabricare, cum ar fi procesarea siliciului pe izolator și microprelucrarea suprafeței. Aplicațiile microactuatoarelor includ în principal rețele RF cu impedanță reglabilă, microrelee, instrumente medicale foarte precise și multe altele.

Microactuator MEMS

Microactuatorul MEMS este un tip de sistem micro electromecanic și funcția sa principală este de a schimba energia în mișcare. Aceste actuatoare combină componente electrice și mecanice cu dimensiuni micrometrice. Deci, mișcările tipice obținute de aceste actuatoare sunt micrometre. Microactuatoarele MEMS sunt utilizate în principal în diferite aplicații, cum ar fi emițători de ultrasunete, microoglinzi cu deviație a fasciculului optic și sisteme de focalizare a camerei. Deci, aceste tipuri de microactuatori sunt utilizate în principal pentru a produce o deviație controlată.

Micro actuator electrostatic

Unitățile de antrenare a unui microactuator care sunt antrenate prin forță electrostatică sunt cunoscute ca microactuator electrostatic. Microactuatorul electrostatic devine cel mai important bloc de construcție în sistemele de calcul și procesarea semnalului optic datorită densității sale mari, dimensiunilor mici, consumului redus de energie și vitezei mari. În general, principiul de funcționare în cadrul acestor sisteme poate fi explicat ca energie electrostatică atractivă care provoacă o revoluție mecanică, o conversie sau o deformare a plăcii oglinzii, controlând faza, puterea sau direcția fasciculului de lumină atunci când transmite în spațiul liber sau mediu.

În acest tip de microactuator, fiecare unitate de antrenare include electrozi sub formă de undă, unde acești electrozi sunt trași și izolați unul de celălalt prin forța electrostatică. Acest tip de deformare a actuatorului depinde în principal de forța electrostatică, forța externă și elasticitatea structurii.

Mișcarea acestui actuator a fost pur și simplu analizată prin metoda FEM (metoda cu elemente finite) și macromodelul acestui actuator a fost fabricat pentru a verifica mișcarea acestuia. Așadar, s-a confirmat că conformitatea aparentă a actuatorului poate fi controlată printr-un sistem de control cu ​​feedback folosind senzorul capacitiv de deplasare și antrenarea electrostatică.

Micro actuator piezoelectric

Microactuatoarele piezoelectrice sunt foarte renumite și cel mai frecvent utilizate în diferite domenii. Acestea sunt proiectate prin montarea elementelor piezoelectrice una peste alta. Odată ce o tensiune este dată pe ambele părți ale acestor elemente, atunci ele se pot extinde. Dar are o structură complicată, așa că este complex de asamblat. Micro-actuatorul piezoelectric este utilizat în diferite sisteme de control servo pentru a oferi o poziționare și o compensare ultra-precise cu potențialul.

Vă rugăm să consultați acest link pentru a afla despre a Actuator piezoelectric .

Avantaje și dezavantaje

The Avantajele microactuatoarelor includ următoarele.

• Beneficiile microactuatoarelor termice sunt tensiuni de funcționare mai puține, generarea de forță este mare și o susceptibilitate mai mică la defecțiuni de aderență în comparație cu actuatoarele electrostatice.
• Microactuatoarele sunt disponibile într-o dimensiune mai mică, cu un consum mai mic de energie și un sistem de răspuns mai rapid.

The dezavantajele microactuatoarelor includ următoarele.

• Microactuatoarele termice au nevoie de mai multă putere.
• Viteza de comutare a microactuatoarelor termice este limitată de timpii de răcire.

Aplicații pentru microactuatori

Aplicațiile microactuatoarelor includ următoarele.

• Microactuatorul este un dispozitiv activ mic folosit pentru a produce mișcarea mecanică a fluidelor/solidelor. Aici mișcarea este produsă prin schimbarea unei forme de energie într-o altă formă.
• Microactuatoarele sunt aplicabile în microfluidica pentru sistemele de livrare a medicamentelor Lab-on-a-Chip și implantabile.
• Este un servomecanism microscopic care transmite și furnizează o cantitate măsurată de energie pentru funcționarea unui alt sistem/mecanism.
• Microactuatoarele sunt folosite pentru construirea de oglinzi mici pentru proiectoare și afișaje.
• MEMS microactuatoarele sunt utilizate în principal în diferite aplicații, cum ar fi emițători cu ultrasunete, sisteme de focalizare a camerei și microoglinzi cu deviație a fasciculului optic.
• Forța produsă de un microactuator electric este utilizată în principal pentru a genera deformații mecanice în materialul de interes.

Astfel, despre asta este vorba o privire de ansamblu asupra Microactuator care este capabil să îndeplinească sarcinile instrumentului convențional în macrolume, cu toate acestea, sunt foarte mici în dimensiune și permit o precizie mai mare. Exemplele de micro actuatoare includ în principal un comutator cu matrice optică colectat cu microoglinzi de torsiune care sunt antrenate prin forță electrostatică, un microactuator utilizat pentru scanarea antenei cu microunde, un microactuator cu aliaj de memorie cu peliculă subțire și auto-asamblare cu microstructură tridimensională cu microactuatori de antrenare cu zgârieturi. Iată o întrebare pentru tine, ce este MEMS?