Generalment, un actuador utilitza una font d'energia per moure o controlar components mecànics. Aquests es troben sovint en diverses màquines i motors elèctrics . Durant molts anys s'han miniaturitzat diferents tipus de dispositius mecànics, tot i que aquest procediment normalment necessita components molt més petits de l'individu. Al segle XXI, es van desenvolupar microactuadors on els processos industrials com el micromecanitzat i la litografia s'utilitzen principalment per fer un microactuador. Aquest article tracta una visió general d'a microaccionat r – treballar amb aplicacions.
Definició de microactuador
Un servomecanisme microscòpic utilitzat per subministrar i transmetre una quantitat mesurada d'energia per al sistema o un altre mecanisme d'operació es coneix com a microactuador. Com un actuador general, un microactuador ha de complir aquests estàndards com la commutació ràpida, gran desplaçament, alta precisió, menys consum d'energia, etc. Aquests actuadors estan disponibles en diferents mides que varien des de mil·límetres fins a micròmetres, però un cop empaquetats poden aconseguir tota la mida en centímetres,
Una vegada que es genera el moviment mecànic dels sòlids, els desplaçaments típics d'aquests actuadors van des dels nanòmetres fins als mil·límetres. De la mateixa manera, els cabals típics generats per a aquests actuadors van des de rangs de picoLiter o minut fins a rangs de microLiter o minut. A continuació es mostra el diagrama del microactuador.
Construcció de micro actuadors
Les figures següents mostren tres dissenys de microactuadors tèrmics: actuador de biomaterial, actuador de feix doblegat i actuador de flexió. El disseny de la tèrmica actuadors amb un sol material és simètric que es coneix com a biga doblegada o en forma de V.
L'actuador bimaterial inclou materials amb diferents coeficients d'expansió tèrmica i funciona igual que un termòstat bimetàl·lic. Sempre que la temperatura canvia a causa d'un escalfador incrustat a l'actuador, el microactuador es pot moure a causa de la variació de l'expansió associada a la variació de la temperatura.
L'actuador de biga doblegada inclou potes en angle que són útils per expandir-se un cop s'escalfa i proporcionen força i desplaçament. L'actuador de flexió és asimètric que inclou un braç calent i un braç fred. Aquests actuadors inclouen potes asimètriques que es dobleguen a la superfície a causa de l'expansió diferencial un cop escalfats.
Funcionament del microactuador
El principi de funcionament d'un microactuador és generar moviment mecànic de fluids o sòlids on aquest moviment es genera canviant una forma d'energia a una altra energia, com ara de tèrmica, electromagnètica o elèctrica a energia cinètica (K.E) dels components mòbils. Per a la majoria dels actuadors, s'utilitzen diferents principis de generació de forces com l'efecte piezo, l'efecte bimetall, les forces electrostàtiques i l'efecte de memòria de forma. Igual que un actuador general, un microactuador ha de complir aquests estàndards com la commutació ràpida, gran desplaçament, alta precisió, menys consum d'energia, etc.
L'actuador mecànic inclou una font d'alimentació, una unitat de transducció, un element d'accionament i una acció de sortida.
- La font d'alimentació és corrent/tensió elèctrica.
- La unitat de transducció converteix la forma correcta de la font d'alimentació en la forma preferida d'accions de l'element d'accionament.
- L'element accionador és un component o material que es mou a través de la font d'alimentació.
- L'acció de sortida és generalment en un moviment prescrit.
Tipus de microactuadors
Els microactuadors estan disponibles en diferents tipus que es comenten a continuació.
- Microactuador tèrmic
- Microactuador MEMS
- Micro actuador electrostàtic
- Piezoelèctric
Microactuador tèrmic
Un microactuador tèrmic és un component estàndard que s'utilitza en Microsystems. Aquests components s'alimenten elèctricament mitjançant l'escalfament Joule, en cas contrari s'activen òpticament mitjançant un làser. Aquests actuadors s'utilitzen en dissenys MEMS que inclouen nanoposicionadors i interruptors òptics. Els principals avantatges dels microactuadors tèrmics inclouen principalment menys tensions de funcionament, alta generació de força i menys vulnerabilitat a fallades d'adhesió en comparació amb els actuadors electrostàtics. Aquests actuadors necessiten més potència i les seves velocitats de commutació estan limitades pels temps de refrigeració.
Per dissenyar i provar aquests microactuadors, cal fer una àmplia gamma de treballs. Així, aquests microactuadors estan dissenyats amb diferents mètodes de microfabricació com el processament de silici sobre aïllant i el micromecanitzat de superfícies. Les aplicacions dels microactuadors inclouen principalment xarxes de RF d'impedància ajustable, microrelés, instrumentació mèdica molt precisa i molts més.
Microactuador MEMS
El microactuador MEMS és un tipus de sistema micro electromecànic i la seva funció principal és canviar l'energia en moviment. Aquests actuadors combinen components elèctrics i mecànics amb dimensions micròmetres. Per tant, els moviments típics aconseguits per aquests actuadors són micròmetres. Els microactuadors MEMS s'utilitzen principalment en diferents aplicacions com emissors d'ultrasons, micromiralls de deflexió de feix òptic i sistemes d'enfocament de càmera. Així, aquests tipus de microactuadors s'utilitzen principalment per produir una deflexió controlada.
Micro actuador electrostàtic
Les unitats de conducció d'un microactuador que s'accionen per força electrostàtica es coneix com a microactuador electrostàtic. El microactuador electrostàtic s'està convertint en el bloc de construcció més important dins dels sistemes informàtics i el processament del senyal òptic a causa de la seva alta densitat, mida petita, baix consum d'energia i alta velocitat. En general, el principi de funcionament dins d'aquests sistemes es pot explicar com una energia atractiva electrostàtica que provoca una revolució mecànica, conversió o deformació de la placa del mirall, controlant la fase, la potència o la direcció del feix de llum quan es transmet per algun espai o mitjà lliure.
En aquest tipus de microactuador, cada unitat de conducció inclou elèctrodes en forma d'ona on aquests elèctrodes s'estiren i s'aïllen els uns dels altres mitjançant la força electrostàtica. Aquest tipus de deformació de l'actuador depèn principalment de la força electrostàtica, la força externa i l'elasticitat de l'estructura.
El moviment d'aquest actuador es va analitzar simplement mitjançant el FEM (mètode d'elements finits) i el model macro d'aquest actuador es va fabricar per verificar el seu moviment. Per tant, es va confirmar que l'aparent compliment de l'actuador es pot controlar mitjançant un sistema de control de retroalimentació mitjançant detecció de desplaçament capacitiu i conducció electrostàtica.
Micro actuador piezoelèctric
Els microactuadors piezoelèctrics són molt famosos i s'utilitzen amb més freqüència en diferents camps. Aquests estan dissenyats muntant elements piezoelèctrics uns sobre els altres. Una vegada que es dóna una tensió als dos costats d'aquests elements, es poden expandir. Però té una estructura complicada per la qual cosa és complex de muntar. El micro-actuador piezoelèctric s'utilitza en diferents sistemes de control de servo per proporcionar un posicionament i una compensació ultra-precisos amb el potencial.
Consulteu aquest enllaç per conèixer a Actuador piezoelèctric .
Avantatges i inconvenients
El avantatges dels microactuadors incloure el següent.
- Els avantatges dels microactuadors tèrmics són menys tensions de funcionament, la generació de força és alta i menys susceptibilitat a fallades d'adhesió en comparació amb els actuadors electrostàtics.
- Els microactuadors estan disponibles en una mida més petita, amb menys consum d'energia i un sistema de resposta més ràpid.
El inconvenients dels microactuadors incloure el següent.
- Els microactuadors tèrmics necessiten més potència.
- La velocitat de commutació dels microactuadors tèrmics està limitada pels temps de refredament.
Aplicacions de microactuadors
Les aplicacions dels microactuadors inclouen les següents.
- El microactuador és un petit dispositiu actiu utilitzat per produir moviment mecànic de fluids/sòlids. Aquí el moviment es produeix canviant una forma d'energia a una altra.
- Els microactuadors són aplicables a la microfluídica per a sistemes de lliurament de fàrmacs implantables i Lab-on-a-Chip.
- És un servomecanisme microscòpic que transmet i subministra una quantitat mesurada d'energia per a l'operació d'un altre sistema/mecanisme.
- Els microactuadors s'utilitzen per construir petits miralls per a projectors i pantalles.
- MEMS Els microactuadors s'utilitzen principalment en diferents aplicacions com emissors d'ultrasons, sistemes d'enfocament de càmeres i micromiralls de deflexió del feix òptic.
- La força produïda per un microactuador elèctric s'utilitza principalment per generar deformacions mecàniques dins del material d'interès.
Per tant, tot això es tracta una visió general del microactuador que és capaç de realitzar les tasques de l'eina convencional dins del macromón, però són de mida molt més petita i permeten una major precisió. Els exemples de micro actuadors inclouen principalment un interruptor de matriu òptica recollit amb micromiralls de torsió que s'accionen mitjançant força electrostàtica, un microactuador utilitzat per a l'escaneig d'antenes de microones, un microactuador amb aliatge de memòria de pel·lícula fina i un autoassemblatge de microestructura tridimensional amb microactuadors d'accionament de rascades. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és MEMS?
