Zasadniczo siłownik wykorzystuje źródło energii do poruszania lub sterowania elementami mechanicznymi. Są one często spotykane w różnych maszynach i silniki elektryczne . Przez wiele lat miniaturyzowano różne typy urządzeń mechanicznych, chociaż ta procedura zwykle wymaga bardzo mniejszych elementów jednostki. W XXI wieku opracowano mikrosiłowniki, w których do produkcji mikrosiłowników wykorzystywane są głównie procesy przemysłowe, takie jak mikroobróbka i litografia. W tym artykule omówiono omówienie mikroaktuator r – praca z aplikacjami.
Definicja mikrosiłownika
Mikroskopijny serwomechanizm używany do dostarczania i przesyłania odmierzonej ilości energii do działania systemu lub innego mechanizmu jest znany jako mikrosiłownik. Podobnie jak ogólny siłownik, mikrosiłownik musi spełniać te standardy, takie jak szybkie przełączanie, duży skok, wysoka precyzja, mniejsze zużycie energii itp. Siłowniki te są dostępne w różnych rozmiarach, od milimetrów do mikrometrów, ale po zapakowaniu mogą osiągnąć cały rozmiar w centymetrach,
Po wygenerowaniu ruchu mechanicznego ciał stałych typowe przemieszczenia tych siłowników wahają się od nanometrów do milimetrów. Podobnie typowe natężenia przepływu generowane dla tych siłowników wahają się od pikolitrów lub minut do mikrolitrów lub minut. Schemat mikrosiłownika pokazano poniżej.
Budowa mikrosiłownika
Poniższe rysunki przedstawiają trzy konstrukcje mikrosiłowników termicznych: siłownik z biomateriału, siłownik z zagiętą belką i siłownik zginania. Projekt termiczny siłowniki z pojedynczym materiałem jest symetryczny, który jest znany jako belka wygięta lub w kształcie litery V.
Siłownik bimetaliczny zawiera materiały o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej i działa tak samo jak termostat bimetaliczny. Za każdym razem, gdy temperatura zmienia się z powodu wbudowanej grzałki w siłowniku, mikrosiłownik może się poruszać z powodu zmiany w zakresie rozszerzania związanego ze zmianą temperatury.
Siłownik z wygiętą belką zawiera kątowe nogi, które są pomocne w rozszerzaniu się po podgrzaniu i zapewniają siłę i przemieszczenie. Siłownik giętki jest asymetryczny i zawiera ramię gorące i ramię zimne. Siłowniki te zawierają asymetryczne nogi, które po podgrzaniu wyginają się do powierzchni z powodu różnicowej rozszerzalności.
Działanie mikrosiłownika
Zasada działania mikrosiłownika polega na generowaniu ruchu mechanicznego płynów lub ciał stałych, przy czym ruch ten jest generowany poprzez zmianę jednej formy energii na inną energię, na przykład z energii cieplnej, elektromagnetycznej lub elektrycznej na energię kinetyczną (K.E) ruchomych elementów. W przypadku większości siłowników stosuje się różne zasady generowania siły, takie jak efekt piezoelektryczny, efekt bimetaliczny, siły elektrostatyczne i efekt pamięci kształtu. Podobnie jak ogólny siłownik, mikrosiłownik musi spełniać te standardy, takie jak szybkie przełączanie, duży skok, wysoka precyzja, mniejsze zużycie energii itp.
Siłownik mechaniczny zawiera zasilacz, jednostkę transdukcji, element uruchamiający i działanie wyjściowe.
- Zasilanie to prąd/napięcie elektryczne.
- Jednostka transdukcyjna przekształca właściwą formę zasilania w preferowaną formę działania elementu wykonawczego.
- Element wykonawczy to element lub materiał, który przemieszcza się przez zasilacz.
- Akcja wyjściowa odbywa się zazwyczaj w określonym ruchu.
Typy mikrosiłowników
Mikrosiłowniki są dostępne w różnych typach, które omówiono poniżej.
- Mikrosiłownik termiczny
- Mikrosiłownik MEMS
- Elektrostatyczny mikrosiłownik
- Piezoelektryczny
Mikrosiłownik termiczny
Mikrosiłownik termiczny to standardowy element stosowany w Microsystems. Elementy te są zasilane elektrycznie przez ogrzewanie Joule'a, które w inny sposób są aktywowane optycznie za pomocą lasera. Siłowniki te są stosowane w konstrukcjach MEMS, które obejmują nanopozycjonery i przełączniki optyczne. Główne zalety mikrosiłowników termicznych to przede wszystkim mniejsze napięcie robocze, wysokie generowanie siły i mniejsza podatność na awarie adhezyjne w porównaniu z siłownikami elektrostatycznymi. Siłowniki te wymagają większej mocy, a ich prędkości przełączania są ograniczone przez czas chłodzenia.
Aby zaprojektować i przetestować te mikrosiłowniki, należy wykonać szeroki zakres prac. Tak więc te mikrosiłowniki są zaprojektowane przy użyciu różnych metod mikrofabrykacji, takich jak obróbka silikonu na izolatorze i mikroobróbka powierzchni. Zastosowania mikrosiłowników obejmują głównie sieci RF o regulowanej impedancji, mikroprzekaźniki, bardzo dokładne oprzyrządowanie medyczne i wiele innych.
Mikrosiłownik MEMS
Mikrosiłownik MEMS jest jednym z rodzajów systemu mikroelektromechanicznego, a jego główną funkcją jest zamiana energii w ruch. Siłowniki te łączą elementy elektryczne i mechaniczne o wymiarach mikrometrów. Tak więc typowe ruchy osiągane przez te siłowniki to mikrometry. Mikrosiłowniki MEMS są używane głównie w różnych zastosowaniach, takich jak emitery ultradźwiękowe, mikrolusterka odchylające wiązkę optyczną i systemy ogniskowania kamery. Tak więc tego typu mikrosiłowniki są używane głównie do wytwarzania kontrolowanego ugięcia.
Elektrostatyczny mikrosiłownik
Jednostki napędowe mikrosiłowników, które są napędzane siłą elektrostatyczną, są znane jako mikrosiłowniki elektrostatyczne. Mikrosiłownik elektrostatyczny staje się najważniejszym elementem konstrukcyjnym w systemach obliczeniowych i przetwarzaniu sygnałów optycznych ze względu na wysoką gęstość, mały rozmiar, niskie zużycie energii i dużą prędkość. Ogólnie rzecz biorąc, zasada działania w tych systemach może być wyjaśniona jako elektrostatyczna przyciągająca energia powodująca mechaniczny obrót, konwersję lub odkształcenie płyty lustrzanej, kontrolując fazę, moc lub kierunek wiązki światła, gdy przechodzi ona przez pewną wolną przestrzeń lub ośrodek.
W tego typu mikrosiłownikach każda jednostka napędowa zawiera elektrody falopodobne, w których elektrody te są wyciągane i izolowane od siebie przez siłę elektrostatyczną. Ten rodzaj odkształcenia siłownika zależy głównie od siły elektrostatycznej, siły zewnętrznej i elastyczności konstrukcji.
Ruch tego siłownika został po prostu przeanalizowany za pomocą MES (metoda elementów skończonych), a makromodel tego siłownika został wyprodukowany, aby zweryfikować jego ruch. Potwierdzono więc, że pozorna podatność siłownika może być kontrolowana przez system sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, wykorzystujący pojemnościowe wykrywanie przemieszczenia i napęd elektrostatyczny.
Piezoelektryczny mikrosiłownik
Mikrosiłowniki piezoelektryczne są bardzo znane i najczęściej stosowane w różnych dziedzinach. Są one projektowane przez montaż elementów piezoelektrycznych jeden na drugim. Po podaniu napięcia na obie strony tych elementów, mogą się one rozszerzać. Ale ma skomplikowaną strukturę, więc montaż jest skomplikowany. Mikrosiłownik piezoelektryczny jest używany w różnych systemach sterowania serwo, aby zapewnić ultraprecyzyjne pozycjonowanie i kompensację potencjału.
Proszę zapoznać się z tym linkiem, aby dowiedzieć się o Siłownik piezoelektryczny .
Zalety i wady
The zalety mikrosiłowników obejmują następujące elementy.
- Zaletami mikrosiłowników termicznych są mniejsze napięcia robocze, wysokie wytwarzanie siły i mniejsza podatność na awarie adhezji w porównaniu z siłownikami elektrostatycznymi.
- Mikrosiłowniki są dostępne w mniejszych rozmiarach, z mniejszym zużyciem energii i szybszym systemem reakcji.
The wady mikrosiłowników obejmują następujące elementy.
- Mikrosiłowniki termiczne potrzebują większej mocy.
- Szybkość przełączania mikrosiłowników termicznych jest ograniczona przez czas chłodzenia.
Zastosowania mikrosiłowników
Zastosowania mikrosiłowników obejmują następujące.
- Mikrosiłownik to małe aktywne urządzenie służące do wytwarzania ruchu mechanicznego płynów/ciał stałych. Tutaj ruch powstaje poprzez zmianę jednej formy energii na inną.
- Mikrosiłowniki mają zastosowanie w mikroprzepływach w systemach Lab-on-a-Chip i wszczepialnych systemów podawania leków.
- Jest to mikroskopijny serwomechanizm, który przekazuje i dostarcza odmierzoną ilość energii do innego działania systemu/mechanizmu.
- Mikrosiłowniki służą do budowy małych lusterek do projektorów i wyświetlaczy.
- MEMS mikrosiłowniki są używane głównie w różnych zastosowaniach, takich jak emitery ultradźwiękowe, systemy ogniskowania kamery i mikrolusterka odchylające wiązkę optyczną.
- Siła wytwarzana przez elektryczny mikrosiłownik jest wykorzystywana głównie do generowania mechanicznych odkształceń w materiale będącym przedmiotem zainteresowania.
Tak więc o to chodzi przegląd mikrosiłownika które są w stanie wykonać zadania konwencjonalnego narzędzia w makroświecie, jednak są one bardzo mniejsze i pozwalają na większą precyzję. Przykłady mikrosiłowników obejmują głównie przełącznik matrycy optycznej zebrany za pomocą skrętnych mikroluster, które są napędzane siłą elektrostatyczną, mikrosiłownik używany do skanowania anten mikrofalowych, mikrosiłownik z cienkowarstwowym stopem pamięciowym i trójwymiarową mikrostrukturę do samodzielnego montażu z mikrosiłownikami z napędem zarysowania. Oto pytanie do Ciebie, co to jest MEMS?
