Microactivator : Σχεδιασμός, Εργασία, Τύποι & Εφαρμογές του

Γενικά, ένας ενεργοποιητής χρησιμοποιεί μια πηγή ενέργειας για τη μετακίνηση ή τον έλεγχο μηχανικών εξαρτημάτων. Αυτά βρίσκονται συχνά σε διάφορα μηχανήματα και ηλεκτροκινητήρες . Για πολλά χρόνια, διαφορετικοί τύποι μηχανικών συσκευών έχουν μικρογραφηθεί, αν και αυτή η διαδικασία συνήθως χρειάζεται τα πολύ μικρότερα εξαρτήματα του ατόμου. Τον 21ο αιώνα αναπτύχθηκαν μικροενεργοποιητές όπου βιομηχανικές διαδικασίες όπως η μικρομηχανική και η λιθογραφία χρησιμοποιούνται κυρίως για την κατασκευή μικροενεργοποιητή. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση του α microactuato r – εργασία με εφαρμογές.

Ορισμός μικροενεργοποιητή

Ένας μικροσκοπικός σερβομηχανισμός που χρησιμοποιείται για την παροχή και τη μετάδοση μιας μετρημένης ποσότητας ενέργειας για το σύστημα ή άλλη λειτουργία μηχανισμού είναι γνωστός ως μικροενεργοποιητής. Όπως ένας γενικός ενεργοποιητής, ένας μικροενεργοποιητής πρέπει να πληροί αυτά τα πρότυπα όπως γρήγορη εναλλαγή, μεγάλη διαδρομή, υψηλή ακρίβεια, λιγότερη κατανάλωση ενέργειας κ.λπ. Αυτοί οι ενεργοποιητές είναι διαθέσιμοι σε διαφορετικά μεγέθη που ποικίλλουν από χιλιοστά σε μικρόμετρα, αλλά μόλις συσκευαστούν μπορούν να επιτύχουν όλο το μέγεθος σε εκατοστά,

Μόλις δημιουργηθεί η μηχανική κίνηση των στερεών, τότε οι τυπικές μετατοπίσεις αυτών των ενεργοποιητών κυμαίνονται από νανόμετρα έως χιλιοστά. Ομοίως, οι τυπικοί ρυθμοί ροής που παράγονται για αυτούς τους ενεργοποιητές κυμαίνονται από picoLiter ή λεπτό έως microLiter ή εύρος λεπτών. Το διάγραμμα Microactivator φαίνεται παρακάτω.

Κατασκευή Micro Actuator

Τα παρακάτω σχήματα δείχνουν τρία σχέδια θερμικών μικροενεργοποιητών ενεργοποιητή βιοϋλικού, ενεργοποιητή λυγισμένης δέσμης και ενεργοποιητή κάμψης. Ο σχεδιασμός των θερμικών ενεργοποιητές με ένα μόνο υλικό είναι συμμετρικό το οποίο είναι γνωστό ως λυγισμένη δοκός ή σχήματος V.

Ο ενεργοποιητής δύο υλικών περιλαμβάνει υλικά με διαφορετικούς συντελεστές θερμικής διαστολής και λειτουργεί εξίσου με έναν διμεταλλικό θερμοστάτη. Κάθε φορά που η θερμοκρασία αλλάζει λόγω ενός ενσωματωμένου θερμαντήρα στον ενεργοποιητή, ο μικροενεργοποιητής μπορεί να μετακινηθεί λόγω της διακύμανσης εντός της διαστολής που σχετίζεται με τη διακύμανση εντός της θερμοκρασίας.

Ο ενεργοποιητής λυγισμένης δέσμης περιλαμβάνει γωνιακά σκέλη που βοηθούν στην επέκταση μόλις θερμανθούν και παρέχουν δύναμη και μετατόπιση. Ο ενεργοποιητής κάμψης είναι ασύμμετρος που περιλαμβάνει έναν θερμό βραχίονα και έναν κρύο βραχίονα. Αυτοί οι ενεργοποιητές περιλαμβάνουν ασύμμετρα πόδια που κάμπτονται προς την επιφάνεια λόγω διαφορικής διαστολής μόλις θερμανθούν.

Λειτουργία του Microactivator

Η αρχή λειτουργίας ενός μικροενεργοποιητή είναι η δημιουργία μηχανικής κίνησης ρευστών ή στερεών όπου αυτή η κίνηση παράγεται μέσω αλλαγής μιας μορφής ενέργειας σε άλλη ενέργεια όπως από θερμική, ηλεκτρομαγνητική ή ηλεκτρική σε κινητική ενέργεια (K.E) κινητών συστατικών. Για τους περισσότερους ενεργοποιητές, χρησιμοποιούνται διαφορετικές αρχές παραγωγής δύναμης όπως το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, το διμεταλλικό φαινόμενο, οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις και το φαινόμενο της μνήμης σχήματος. Όπως ένας γενικός ενεργοποιητής, ένας μικροενεργοποιητής πρέπει να πληροί αυτά τα πρότυπα όπως γρήγορη εναλλαγή, μεγάλη διαδρομή, υψηλή ακρίβεια, λιγότερη κατανάλωση ενέργειας κ.λπ.

Ο μηχανικός ενεργοποιητής περιλαμβάνει τροφοδοτικό, μονάδα μεταγωγής, στοιχείο ενεργοποίησης και δράση εξόδου.

• Το τροφοδοτικό είναι Ηλεκτρικό ρεύμα/τάση.
• Η μονάδα μεταγωγής μετατρέπει τη σωστή μορφή του τροφοδοτικού στην προτιμώμενη μορφή ενεργειών του στοιχείου ενεργοποίησης.
• Το στοιχείο ενεργοποίησης είναι ένα εξάρτημα ή υλικό που κινείται μέσω του τροφοδοτικού.
• Η ενέργεια εξόδου είναι γενικά σε μια προδιαγεγραμμένη κίνηση.

Τύποι μικροενεργοποιητών

Οι μικροενεργοποιητές είναι διαθέσιμοι σε διαφορετικούς τύπους που αναλύονται παρακάτω.

• Θερμικός μικροενεργοποιητής
• Μικροενεργοποιητής MEMS
• Ηλεκτροστατικός μικροενεργοποιητής
• Πιεζοηλεκτρικό

Θερμικός μικροενεργοποιητής

Ένας θερμικός μικροενεργοποιητής είναι ένα τυπικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται στα Microsystems. Αυτά τα εξαρτήματα τροφοδοτούνται ηλεκτρικά μέσω θέρμανσης Joule διαφορετικά ενεργοποιούνται οπτικά με χρήση λέιζερ. Αυτοί οι ενεργοποιητές χρησιμοποιούνται σε σχέδια MEMS που περιλαμβάνουν νανοθέτες και οπτικούς διακόπτες. Τα κύρια πλεονεκτήματα των θερμικών μικροενεργοποιητών περιλαμβάνουν κυρίως λιγότερες τάσεις λειτουργίας, υψηλή παραγωγή δύναμης και μικρότερη ευπάθεια σε αστοχίες πρόσφυσης σε σύγκριση με τους ηλεκτροστατικούς ενεργοποιητές. Αυτοί οι ενεργοποιητές χρειάζονται περισσότερη ισχύ και οι ταχύτητες μεταγωγής τους περιορίζονται μέσω των χρόνων ψύξης.

Για το σχεδιασμό και τη δοκιμή αυτών των μικροενεργοποιητών, πρέπει να γίνει ένα ευρύ φάσμα εργασιών. Έτσι, αυτοί οι μικροενεργοποιητές έχουν σχεδιαστεί με διαφορετικές μεθόδους μικροκατασκευής, όπως επεξεργασία πυριτίου σε μονωτή και μικροκατεργασία επιφανειών. Οι εφαρμογές των μικροενεργοποιητών περιλαμβάνουν κυρίως δίκτυα RF με δυνατότητα συντονισμού σύνθετης αντίστασης, μικρορελέ, πολύ ακριβή ιατρικά όργανα και πολλά άλλα.

Μικροενεργοποιητής MEMS

Ο μικροενεργοποιητής MEMS είναι ένα είδος μικροηλεκτρομηχανικού συστήματος και η κύρια λειτουργία του είναι να μετατρέπει την ενέργεια σε κίνηση. Αυτοί οι ενεργοποιητές συνδυάζουν ηλεκτρικά και μηχανικά εξαρτήματα με διαστάσεις μικρομέτρου. Έτσι, οι τυπικές κινήσεις που επιτυγχάνονται από αυτούς τους ενεργοποιητές είναι μικρόμετρα. Οι μικροενεργοποιητές MEMS χρησιμοποιούνται κυρίως σε διαφορετικές εφαρμογές όπως εκπομπούς υπερήχων, μικροκάτοπτρα εκτροπής οπτικής δέσμης και συστήματα εστίασης κάμερας. Έτσι, αυτοί οι τύποι μικροενεργοποιητών χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή ελεγχόμενης απόκλισης.

Ηλεκτροστατικός μικροενεργοποιητής

Μια κινητήρια μονάδα μικροενεργοποιητή που κινείται μέσω ηλεκτροστατικής δύναμης είναι γνωστή ως ηλεκτροστατικός μικροενεργοποιητής. Ο ηλεκτροστατικός μικροενεργοποιητής γίνεται το πιο σημαντικό δομικό στοιχείο στα υπολογιστικά συστήματα και την επεξεργασία οπτικού σήματος λόγω της υψηλής πυκνότητας, του μικρού μεγέθους, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της υψηλής ταχύτητας. Γενικά, η αρχή λειτουργίας σε αυτά τα συστήματα μπορεί να εξηγηθεί ως ηλεκτροστατική ελκυστική ενέργεια που προκαλεί μηχανική περιστροφή, μετατροπή ή παραμόρφωση της πλάκας καθρέφτη, ελέγχοντας τη φάση, την ισχύ ή την κατεύθυνση της δέσμης φωτός όταν μεταδίδεται σε κάποιο ελεύθερο χώρο ή μέσο.

Σε αυτόν τον τύπο μικροενεργοποιητή, κάθε κινητήρια μονάδα περιλαμβάνει ηλεκτρόδια που μοιάζουν με κύμα, όπου αυτά τα ηλεκτρόδια έλκονται και μονώνονται το ένα από το άλλο μέσω της ηλεκτροστατικής δύναμης. Αυτός ο τύπος παραμόρφωσης ενεργοποιητή εξαρτάται κυρίως από την ηλεκτροστατική δύναμη, την εξωτερική δύναμη και την ελαστικότητα της κατασκευής.

Η κίνηση αυτού του ενεργοποιητή αναλύθηκε απλώς μέσω της FEM (μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων) και το μακρο μοντέλο αυτού του ενεργοποιητή κατασκευάστηκε για να επαληθεύσει την κίνησή του. Έτσι, επιβεβαιώθηκε ότι η φαινομενική συμμόρφωση του ενεργοποιητή μπορεί να ελεγχθεί από ένα σύστημα ελέγχου ανάδρασης που χρησιμοποιεί χωρητική ανίχνευση μετατόπισης και ηλεκτροστατική οδήγηση.

Piezoelectric Micro Actuator

Οι πιεζοηλεκτρικοί μικροενεργοποιητές είναι πολύ διάσημοι και χρησιμοποιούνται συχνότερα σε διαφορετικούς τομείς. Αυτά σχεδιάζονται με την τοποθέτηση πιεζοηλεκτρικών στοιχείων το ένα πάνω στο άλλο. Μόλις δοθεί τάση και στις δύο πλευρές αυτών των στοιχείων, τότε μπορούν να επεκταθούν. Αλλά έχει μια περίπλοκη δομή, επομένως είναι πολύπλοκη στη συναρμολόγηση. Ο πιεζοηλεκτρικός μικροενεργοποιητής χρησιμοποιείται σε διαφορετικά συστήματα ελέγχου σερβομηχανισμού για να παρέχει εξαιρετικά ακριβή τοποθέτηση και αντιστάθμιση με το δυναμικό.

Ανατρέξτε σε αυτόν τον σύνδεσμο για να μάθετε για το α Πιεζοηλεκτρικός ενεργοποιητής .

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα των μικροενεργοποιητών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Τα πλεονεκτήματα των θερμικών μικροενεργοποιητών είναι οι λιγότερες τάσεις λειτουργίας, η παραγωγή δύναμης είναι υψηλή και η μικρότερη ευαισθησία σε αστοχίες πρόσφυσης σε σύγκριση με τους ηλεκτροστατικούς ενεργοποιητές.
• Οι μικροενεργοποιητές διατίθενται σε μικρότερο μέγεθος, με λιγότερη κατανάλωση ρεύματος και ταχύτερο σύστημα απόκρισης.

ο μειονεκτήματα των μικροενεργοποιητών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Οι θερμικοί μικροενεργοποιητές χρειάζονται περισσότερη ισχύ.
• Η ταχύτητα μεταγωγής των θερμικών μικροενεργοποιητών περιορίζεται από τους χρόνους ψύξης.

Εφαρμογές μικροενεργοποιητών

Οι εφαρμογές των μικροενεργοποιητών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Ο μικροενεργοποιητής είναι μια μικρή ενεργή συσκευή που χρησιμοποιείται για την παραγωγή μηχανικής κίνησης ρευστών/στερεών. Εδώ η κίνηση παράγεται μεταβάλλοντας μια μορφή ενέργειας σε μια άλλη μορφή.
• Οι μικροενεργοποιητές είναι εφαρμόσιμοι στα μικρορευστικά συστήματα για Lab-on-a-Chip & Implantable Drug Delivery Systems.
• Είναι ένας μικροσκοπικός σερβομηχανισμός που μεταδίδει & παρέχει μια μετρημένη ποσότητα ενέργειας για άλλη λειτουργία συστήματος/μηχανισμού.
• Οι μικροενεργοποιητές χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μικρών καθρεφτών για προβολείς και οθόνες.
• MEMS Οι μικροενεργοποιητές χρησιμοποιούνται κυρίως σε διαφορετικές εφαρμογές όπως εκπομπούς υπερήχων, συστήματα εστίασης κάμερας και μικροκάτοπτρα εκτροπής οπτικής δέσμης.
• Η δύναμη που παράγεται από έναν ηλεκτρικό μικροενεργοποιητή χρησιμοποιείται κυρίως για τη δημιουργία μηχανικών παραμορφώσεων εντός του υλικού που ενδιαφέρει.

Επομένως, πρόκειται για όλα μια επισκόπηση του Microactivator το οποίο είναι ικανό να εκτελεί τις εργασίες του συμβατικού εργαλείου εντός του μακρόκοσμου, ωστόσο, είναι πολύ μικρότερα σε μέγεθος και επιτρέπουν μεγαλύτερη ακρίβεια. Τα παραδείγματα μικροενεργοποιητών περιλαμβάνουν κυρίως διακόπτη οπτικής μήτρας που συλλέγεται με στρεπτικά μικροκάτοπτρα που οδηγούνται μέσω ηλεκτροστατικής δύναμης, μικροενεργοποιητή που χρησιμοποιείται για σάρωση κεραίας μικροκυμάτων, μικροενεργοποιητή με κράμα μνήμης λεπτής μεμβράνης & αυτοσυναρμολόγηση τρισδιάστατης μικροδομής με μικροενεργοποιητές κίνησης γρατσουνιάς. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι το MEMS;