Microactuator: Thiết kế, Làm việc, Các loại & Ứng dụng của nó

Nói chung, thiết bị truyền động sử dụng một nguồn năng lượng để di chuyển hoặc điều khiển các thành phần cơ khí. Chúng thường được tìm thấy trong các máy khác nhau và xe máy điện . Trong nhiều năm, các loại thiết bị cơ khí khác nhau đã được thu nhỏ, mặc dù quy trình này thường cần các thành phần rất nhỏ của cá nhân. Trong thế kỷ 21, các bộ vi phản ứng đã được phát triển ở đó các quy trình công nghiệp như vi gia công & in thạch bản chủ yếu được sử dụng để tạo ra bộ vi phản ứng. Bài viết này thảo luận tổng quan về một microactuato r - làm việc với các ứng dụng.

Định nghĩa Microactuator

Một cơ chế phục vụ cực nhỏ được sử dụng để cung cấp và truyền một lượng năng lượng đo được cho hệ thống hoặc hoạt động của một cơ chế khác được gọi là bộ phản ứng vi mô. Giống như một thiết bị truyền động thông thường, một thiết bị truyền động vi mô phải đáp ứng các tiêu chuẩn này như chuyển mạch nhanh, hành trình lớn, độ chính xác cao, tiêu thụ ít điện năng hơn, v.v. toàn bộ kích thước tính bằng cm,

Khi chuyển động cơ học của chất rắn được tạo ra, thì chuyển dịch điển hình của các thiết bị truyền động này nằm trong khoảng từ nanomet đến milimet. Tương tự, tốc độ dòng chảy điển hình được tạo ra cho các thiết bị truyền động này nằm trong khoảng từ picoLiter hoặc phút đến microLiter hoặc phạm vi phút. Sơ đồ Microactuator được hiển thị bên dưới.

Cấu tạo thiết bị truyền động vi mô

Các hình dưới đây cho thấy ba thiết kế bộ vi phản ứng nhiệt thiết kế bộ truyền động vật liệu sinh học, bộ truyền động tia uốn cong & bộ truyền động uốn. Thiết kế của nhiệt thiết bị truyền động với một vật liệu duy nhất là đối xứng được gọi là dầm uốn cong hoặc hình chữ V.

Bộ truyền động hai vật liệu bao gồm các vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau & hoạt động như một bộ điều nhiệt lưỡng kim. Bất cứ khi nào nhiệt độ thay đổi do một bộ gia nhiệt được nhúng trong bộ truyền động, bộ phản ứng vi mô có thể di chuyển do sự thay đổi trong độ giãn nở liên quan đến sự thay đổi bên trong nhiệt độ.

Bộ truyền động dầm uốn cong bao gồm các chân góc giúp mở rộng sau khi được làm nóng và cung cấp đầu ra lực và dịch chuyển. Bộ truyền động uốn không đối xứng bao gồm một cánh tay nóng và một cánh tay lạnh. Các bộ truyền động này bao gồm các chân không đối xứng uốn cong lên bề mặt do sự giãn nở vi sai sau khi được làm nóng.

Hoạt động của Microactuator

Nguyên tắc hoạt động của Microactuator là tạo ra chuyển động cơ học của chất lỏng hoặc chất rắn trong đó chuyển động này được tạo ra thông qua việc thay đổi dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác như từ nhiệt, điện từ hoặc điện thành động năng (K.E) của các thành phần chuyển động. Đối với hầu hết các bộ truyền động, các nguyên tắc tạo lực khác nhau được sử dụng như hiệu ứng piezo, hiệu ứng lưỡng kim, lực tĩnh điện và hiệu ứng bộ nhớ hình dạng. Giống như một thiết bị truyền động thông thường, một thiết bị truyền động vi mô phải đáp ứng các tiêu chuẩn này như chuyển mạch nhanh, hành trình lớn, độ chính xác cao, tiêu thụ ít điện năng hơn, v.v.

Bộ truyền động cơ học bao gồm một bộ nguồn, bộ truyền tải, phần tử truyền động và tác động đầu ra.

• Nguồn điện là Dòng điện / điện áp.
• Bộ chuyển đổi chuyển đổi dạng phù hợp của nguồn điện thành dạng hoạt động ưu tiên của phần tử truyền động.
• Phần tử truyền động là một thành phần hoặc vật liệu di chuyển qua nguồn điện.
• Hành động đầu ra nói chung là theo một chuyển động quy định.

Các loại bộ phản ứng vi mô

Bộ phản ứng vi mô có sẵn trong các loại khác nhau được thảo luận bên dưới.

• Microactuator nhiệt
• MEMS Microactuator
• Bộ truyền động vi tĩnh điện
• Áp điện

Microactuator nhiệt

Bộ vi phản ứng nhiệt là một thành phần tiêu chuẩn được sử dụng trong Hệ thống vi mô. Các thành phần này được cung cấp năng lượng bằng điện thông qua hệ thống sưởi Joule, nếu không thì được kích hoạt quang học bằng cách sử dụng tia laser. Các bộ truyền động này được sử dụng trong các thiết kế MEMS bao gồm bộ điều chỉnh nano & bộ chuyển mạch quang. Các lợi ích chính của bộ vi phản ứng nhiệt chủ yếu bao gồm điện áp hoạt động ít hơn, tạo ra lực cao và ít bị tổn thương do lỗi bám dính so với bộ truyền động tĩnh điện. Các bộ truyền động này cần nhiều năng lượng hơn và tốc độ chuyển mạch của chúng bị hạn chế thông qua thời gian làm mát.

Để thiết kế và thử nghiệm các bộ phản ứng vi mô này, phải thực hiện rất nhiều công việc. Vì vậy, các bộ vi phản ứng này được thiết kế với các phương pháp chế tạo vi mô khác nhau như xử lý silicon trên chất cách điện và vi gia công bề mặt. Các ứng dụng của bộ phản ứng vi mô chủ yếu bao gồm mạng RF trở kháng có thể điều chỉnh được, các rơ le vi mô, thiết bị đo lường y tế rất chính xác, và nhiều hơn nữa.

MEMS Microactuator

MEMS microactuator là một loại Hệ thống cơ điện vi mô và chức năng chính của nó là biến đổi năng lượng thành chuyển động. Các bộ truyền động này kết hợp các thành phần điện và cơ với kích thước micromet. Vì vậy, các chuyển động điển hình đạt được bởi các bộ truyền động này là micromet. Bộ vi phản ứng MEMS chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như bộ phát siêu âm, bộ vi sai lệch chùm tia quang học & hệ thống lấy nét máy ảnh. Vì vậy, các loại bộ phản ứng vi mô này chủ yếu được sử dụng để tạo ra độ lệch có kiểm soát.

Bộ truyền động vi tĩnh điện

Bộ phận dẫn động vi phản ứng được dẫn động nhờ lực tĩnh điện được gọi là bộ vi phản ứng tĩnh điện. Bộ vi phản ứng tĩnh điện đang trở thành khối xây dựng quan trọng nhất trong các hệ thống máy tính & xử lý tín hiệu quang học vì mật độ cao, kích thước nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp và tốc độ cao. Nói chung, nguyên tắc hoạt động trong các hệ thống này có thể được giải thích là năng lượng hấp dẫn tĩnh điện gây ra một cuộc cách mạng cơ học, chuyển đổi hoặc biến dạng tấm gương, điều khiển pha, công suất hoặc hướng chùm sáng khi nó truyền trong một số không gian hoặc môi trường tự do.

Trong loại bộ phản ứng siêu nhỏ này, mỗi bộ phận dẫn động bao gồm các điện cực dạng sóng, nơi các điện cực này được kéo & cách điện với nhau thông qua lực tĩnh điện. Loại biến dạng của cơ cấu truyền động này chủ yếu phụ thuộc vào lực tĩnh điện, ngoại lực & độ đàn hồi của cấu trúc.

Chuyển động của thiết bị truyền động này chỉ được phân tích thông qua FEM (phương pháp phần tử hữu hạn) và mô hình macro của thiết bị truyền động này đã được chế tạo để xác minh chuyển động của nó. Vì vậy, người ta đã xác nhận rằng sự tuân thủ rõ ràng của thiết bị truyền động có thể được kiểm soát bởi hệ thống điều khiển phản hồi sử dụng cảm biến dịch chuyển điện dung và truyền động tĩnh điện.

Thiết bị truyền động vi áp điện

Bộ vi phản ứng áp điện rất nổi tiếng và được sử dụng thường xuyên nhất trong các lĩnh vực khác nhau. Chúng được thiết kế bằng cách gắn các phần tử áp điện lên nhau. Khi một điện áp được cung cấp cho cả hai phía của các phần tử này, thì chúng có thể mở rộng. Nhưng nó có cấu tạo phức tạp nên lắp ráp cũng phức tạp. Bộ truyền động vi áp điện được sử dụng trong các hệ thống điều khiển servo khác nhau để cung cấp khả năng định vị và bù trừ siêu chính xác.

Vui lòng tham khảo liên kết này để biết về một Thiết bị truyền động áp điện .

Ưu điểm và nhược điểm

Các lợi thế của bộ phản ứng vi mô bao gồm những điều sau đây.

• Lợi ích của bộ vi phản ứng nhiệt là điện áp hoạt động ít hơn, lực tạo ra cao và ít bị lỗi bám dính hơn khi so sánh với bộ truyền động tĩnh điện.
• Các bộ phản ứng vi mô có kích thước nhỏ hơn, tiêu thụ ít điện năng hơn và hệ thống phản hồi nhanh hơn.

Các nhược điểm của bộ vi phản ứng bao gồm những điều sau đây.

• Bộ vi phản ứng nhiệt cần nhiều năng lượng hơn.
• Tốc độ chuyển mạch của bộ vi phản ứng nhiệt bị giới hạn bởi thời gian làm mát.

Ứng dụng Microactuator

Các ứng dụng của bộ phản ứng vi mô bao gồm những điều sau đây.

• Microactuator là một thiết bị hoạt động nhỏ được sử dụng để tạo ra chuyển động cơ học của chất lỏng / chất rắn. Ở đây chuyển động được tạo ra bằng cách thay đổi một dạng năng lượng này sang dạng khác.
• Microactuators được áp dụng trong microfluidics cho hệ thống phân phối thuốc trong phòng thí nghiệm và thuốc cấy.
• Nó là một cơ chế phục vụ cực nhỏ truyền và cung cấp một lượng năng lượng đo được cho hoạt động của một hệ thống / cơ chế khác.
• Bộ phản ứng vi mô được sử dụng để xây dựng các tấm gương nhỏ cho máy chiếu và màn hình.
• MEMS bộ vi phản ứng chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như bộ phát sóng siêu âm, hệ thống lấy nét máy ảnh và bộ vi sai lệch chùm tia quang học.
• Lực được tạo ra bởi một bộ vi phản ứng điện chủ yếu được sử dụng để tạo ra các biến dạng cơ học trong vật liệu quan tâm.

Vì vậy, đây là tất cả về tổng quan về Microactuator có khả năng thực hiện các nhiệm vụ của công cụ thông thường trong macroworld, tuy nhiên, chúng có kích thước rất nhỏ và cho phép độ chính xác cao hơn. Các ví dụ về thiết bị truyền động vi mô chủ yếu bao gồm công tắc ma trận quang được thu thập với vi sai xoắn được điều khiển nhờ lực tĩnh điện, thiết bị phản ứng vi mô được sử dụng để quét ăng-ten vi sóng, thiết bị phản ứng vi mô bằng hợp kim bộ nhớ màng mỏng & tự lắp ráp vi cấu trúc 3 chiều với thiết bị vi mô hình ổ đĩa xước. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, MEMS là gì?