Parasti izpildmehānisms izmanto enerģijas avotu mehānisko komponentu pārvietošanai vai kontrolei. Tie bieži sastopami dažādās iekārtās un elektromotori . Daudzus gadus dažāda veida mehāniskās ierīces ir miniaturizētas, lai gan šai procedūrai parasti ir nepieciešami ļoti mazāki komponenti. 21. gadsimtā tika izstrādāti mikroizpildītāji, kur mikropievadu izgatavošanai galvenokārt izmanto tādus rūpnieciskus procesus kā mikroapstrāde un litogrāfija. Šajā rakstā ir apskatīts pārskats par a microactuato r – darbs ar aplikācijām.
Mikroaktivatora definīcija
Mikroskopisks servomehānisms, ko izmanto, lai piegādātu un pārsūtītu izmērītu enerģijas daudzumu sistēmai vai cita mehānisma darbībai, ir pazīstams kā mikroizpildītājs. Tāpat kā vispārējam izpildmehānismam, arī mikroizpildmehānismam ir jāatbilst šiem standartiem, piemēram, ātra pārslēgšanās, liels gājiens, augsta precizitāte, mazāks enerģijas patēriņš utt. Šie izpildmehānismi ir pieejami dažādos izmēros, kas svārstās no milimetriem līdz mikrometriem, taču, kad tie ir iepakoti, tos var sasniegt. viss izmērs centimetros,
Kad ir radīta cieto vielu mehāniskā kustība, šo izpildmehānismu tipiskie pārvietojumi svārstās no nanometriem līdz milimetriem. Līdzīgi šiem izpildmehānismiem ģenerētie tipiskie plūsmas ātrumi svārstās no pikolitra vai minūtes līdz mikrolitru vai minūšu diapazonam. Mikroaktivatora diagramma ir parādīta zemāk.
Mikro izpildmehānisma konstrukcija
Šajos attēlos ir parādīti trīs termisko mikropavadu konstrukcijas biomateriāla izpildmehānismi, liektas sijas izpildmehānismi un izliekuma izpildmehānismi. Siltuma dizains izpildmehānismi ar vienu materiālu ir simetrisks, ko sauc par saliektu siju vai V-veida.
Divu materiālu izpildmehānisms ietver materiālus ar dažādiem termiskās izplešanās koeficientiem un darbojas līdzvērtīgi bimetāla termostatam. Ikreiz, kad temperatūra mainās izpildmehānismā iebūvēta sildītāja dēļ, mikroizpildmehānisms var pārvietoties izplešanās izmaiņu dēļ, kas saistītas ar temperatūras izmaiņām.
Liektās sijas izpildmehānismam ir leņķiskās kājas, kas pēc uzkarsēšanas palīdz izplesties un nodrošina spēku un pārvietojumu. Izliekuma izpildmehānisms ir asimetrisks, kas ietver karsto un auksto roku. Šajos izpildmehānismos ir asimetriskas kājas, kas noliecas uz virsmu diferenciālās izplešanās dēļ pēc uzsildīšanas.
Mikroaktuatora darbība
Mikroaktivatora darbības princips ir radīt šķidrumu vai cietvielu mehānisku kustību, kur šī kustība tiek ģenerēta, mainot vienu enerģijas veidu uz citu enerģiju, piemēram, no termiskās, elektromagnētiskās vai elektriskās kustīgo komponentu kinētiskajā enerģijā (K.E). Lielākajai daļai izpildmehānismu tiek izmantoti dažādi spēka ģenerēšanas principi, piemēram, pjezo efekts, bimetāla efekts, elektrostatiskie spēki un formas atmiņas efekts. Tāpat kā vispārējam izpildmehānismam, arī mikroizpildmehānismam ir jāatbilst šiem standartiem, piemēram, ātra pārslēgšana, liels gājiens, augsta precizitāte, mazāks enerģijas patēriņš utt.
Mehāniskais izpildmehānisms ietver barošanas avotu, pārvades bloku, izpildelementu un izejas darbību.
- Barošanas avots ir elektriskā strāva/spriegums.
- Transdukcijas bloks pārveido pareizo barošanas avota formu par vēlamo izpildelementa darbību veidu.
- Iedarbināšanas elements ir sastāvdaļa vai materiāls, kas pārvietojas pa barošanas avotu.
- Izejas darbība parasti notiek noteiktā kustībā.
Mikroizpildītāju veidi
Mikropievadi ir pieejami dažādos veidos, kas ir apskatīti turpmāk.
- Termiskais mikroaktivators
- MEMS mikroaktivators
- Elektrostatiskais mikropievads
- Pjezoelektrisks
Termiskais mikroelements
Termiskais mikroizpildītājs ir standarta sastāvdaļa, ko izmanto Microsystems. Šie komponenti tiek elektriski darbināti, izmantojot džoula sildīšanu, citādi optiski aktivizēti, izmantojot lāzeru. Šie izpildmehānismi tiek izmantoti MEMS konstrukcijās, kas ietver nanopozicionierus un optiskos slēdžus. Termisko mikroizpildītāju galvenās priekšrocības galvenokārt ir mazāks darba spriegums, liela spēka radīšana un mazāka neaizsargātība pret adhēzijas traucējumiem, salīdzinot ar elektrostatiskajiem izpildmehānismiem. Šiem izpildmehānismiem ir nepieciešama lielāka jauda, un to pārslēgšanas ātrums ir ierobežots dzesēšanas laikā.
Lai izstrādātu un pārbaudītu šos mikroizpildītājus, ir jāveic plašs darba klāsts. Tātad šie mikroizpildītāji ir izstrādāti ar dažādām mikroapstrādes metodēm, piemēram, silīcija uz izolatora apstrādi un virsmas mikroapstrādi. Mikroizpildītāju pielietojums galvenokārt ietver noskaņojamus pretestības RF tīklus, mikrorelejus, ļoti precīzus medicīniskos instrumentus un daudz ko citu.
MEMS mikroaktivators
MEMS mikroizpildītājs ir viena veida mikroelektromehāniskā sistēma, un tā galvenā funkcija ir pārveidot enerģiju kustībā. Šie izpildmehānismi apvieno elektriskās un mehāniskās sastāvdaļas ar mikrometru izmēriem. Tātad tipiskās kustības, ko panāk šie izpildmehānismi, ir mikrometri. MEMS mikroizpildītājus galvenokārt izmanto dažādos lietojumos, piemēram, ultraskaņas izstarotājus, optisko staru novirzes mikrospoguļus un kameru fokusa sistēmas. Tātad šāda veida mikroizpildītājus galvenokārt izmanto kontrolētas novirzes iegūšanai.
Elektrostatiskais mikropievads
Mikropakalpojuma piedziņas vienības, kas tiek darbinātas ar elektrostatisko spēku, ir pazīstamas kā elektrostatiskais mikroizpildītājs. Elektrostatiskais mikroizpildītājs kļūst par nozīmīgāko skaitļošanas sistēmu un optisko signālu apstrādes elementu, jo tam ir augsts blīvums, mazs izmērs, zems enerģijas patēriņš un liels ātrums. Kopumā darbības principu šajās sistēmās var izskaidrot kā elektrostatisko pievilcīgo enerģiju, kas izraisa mehānisku apgriezienu, pārveidošanu vai spoguļa plāksnes deformāciju, kontrolē fāzi, jaudu vai gaismas stara virzienu, kad tā pārraida pa kādu brīvu telpu vai vidi.
Šāda veida mikroizpildītājos katrā piedziņas blokā ir viļņveidīgi elektrodi, kur šie elektrodi tiek izvilkti un izolēti viens no otra, izmantojot elektrostatisko spēku. Šāda veida izpildmehānisma deformācija galvenokārt ir atkarīga no elektrostatiskā spēka, ārējā spēka un konstrukcijas elastības.
Šī izpildmehānisma kustība tika vienkārši analizēta, izmantojot FEM (galīgo elementu metodi), un šī izpildmehānisma makro modelis tika izgatavots, lai pārbaudītu tā kustību. Tādējādi tika apstiprināts, ka izpildmehānisma šķietamo atbilstību var kontrolēt ar atgriezeniskās saites vadības sistēmu, izmantojot kapacitatīvās nobīdes sensoru un elektrostatisko braukšanu.
Pjezoelektriskais mikro aktuators
Pjezoelektriskie mikroizpildītāji ir ļoti slaveni un visbiežāk tiek izmantoti dažādās jomās. Tie ir izstrādāti, uzstādot pjezoelektriskos elementus vienu virs otra. Kad spriegums ir dots abām šo elementu pusēm, tie var paplašināties. Bet tam ir sarežģīta struktūra, tāpēc to ir sarežģīti montēt. Pjezoelektriskais mikropievads tiek izmantots dažādās servo vadības sistēmās, lai nodrošinātu īpaši precīzu pozicionēšanu un kompensāciju ar potenciālu.
Lūdzu, skatiet šo saiti, lai uzzinātu par a Pjezoelektriskais izpildmehānisms .
Priekšrocības un trūkumi
The mikroaktuatoru priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.
- Termisko mikropievadu priekšrocības ir mazāks darba spriegums, liela spēka radīšana un mazāka jutība pret saķeres traucējumiem, salīdzinot ar elektrostatiskajiem izpildmehānismiem.
- Mikroizpildītāji ir pieejami mazākā izmērā ar mazāku enerģijas patēriņu un ātrāku reakcijas sistēmu.
The mikroizpildītāju trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- Termiskajiem mikroizpildītājiem ir nepieciešama lielāka jauda.
- Termisko mikroizpildītāju pārslēgšanas ātrumu ierobežo dzesēšanas laiks.
Mikroizpildītāju lietojumprogrammas
Mikroizpildītāju pielietojumi ietver šādus.
- Mikroizpildītājs ir maza aktīva ierīce, ko izmanto, lai radītu šķidrumu/cietvielu mehānisku kustību. Šeit kustība rodas, mainot vienu enerģijas veidu uz citu.
- Mikroizpildītāji ir izmantojami mikrofluidikā laboratorijas mikroshēmā un implantējamo zāļu piegādes sistēmām.
- Tas ir mikroskopisks servomehānisms, kas pārraida un piegādā izmērītu enerģijas daudzumu citas sistēmas/mehānisma darbībai.
- Mikroaktivatorus izmanto nelielu projektoru un displeju spoguļu izgatavošanai.
- MEMS mikroizpildītājus galvenokārt izmanto dažādos lietojumos, piemēram, ultraskaņas izstarotājus, kameru fokusa sistēmas un optisko staru novirzes mikrospoguļus.
- Spēks, ko rada elektriskais mikroizpildītājs, galvenokārt tiek izmantots, lai radītu mehāniskas deformācijas interesējošajā materiālā.
Tādējādi tas viss ir par pārskats par Microactuator kas spēj veikt parastā rīka uzdevumus makropasaulē, taču tie ir ļoti mazāki un nodrošina lielāku precizitāti. Mikropievadu piemēri galvenokārt ietver optiskās matricas slēdzi, kas savākti ar vērpes mikrospoguļiem, kas tiek darbināti ar elektrostatisko spēku, mikropildmehānismu, ko izmanto mikroviļņu antenas skenēšanai, mikroizpildītāju ar plānas plēves atmiņas sakausējumu un 3-dimensiju mikrostruktūras pašmontāžu ar skrāpējumiem. Šeit ir jautājums jums, kas ir MEMS?
