Over het algemeen gebruikt een actuator een energiebron voor het verplaatsen of besturen van mechanische componenten. Deze worden vaak aangetroffen in verschillende machines en elektrische motoren . Gedurende vele jaren zijn verschillende soorten mechanische apparaten geminiaturiseerd, hoewel deze procedure normaal gesproken de zeer kleinere componenten van het individu nodig heeft. In de 21e eeuw werden microactuators ontwikkeld waar industriële processen zoals microbewerking en lithografie voornamelijk worden gebruikt om een microactuator te maken. Dit artikel bespreekt een overzicht van een micro-actuator r – werken met applicaties.
Microactuatordefinitie
Een microscopisch servomechanisme dat wordt gebruikt om een afgemeten hoeveelheid energie te leveren en over te dragen voor het systeem of een andere werking van het mechanisme, staat bekend als een microactuator. Net als een algemene actuator moet een microactuator voldoen aan deze normen, zoals snel schakelen, grote slag, hoge precisie, minder stroomverbruik, enz. Deze actuators zijn verkrijgbaar in verschillende maten die variëren van millimeters tot micrometers, maar zodra ze zijn verpakt, kunnen ze bereiken de hele maat in centimeters,
Zodra de mechanische beweging van vaste stoffen is gegenereerd, variëren de typische verplaatsingen van deze actuatoren van nanometers tot millimeters. Evenzo variëren de typische stroomsnelheden die voor deze actuatoren worden gegenereerd van picoLiter of minuten tot microLiter of minuten. Het Microactuator-diagram wordt hieronder weergegeven.
Micro-actuatorconstructie
De volgende afbeeldingen tonen drie thermische micro-actuatorontwerpen biomateriaal-actuator, gebogen-beam-actuator en buigactuator. Het ontwerp van thermische actuatoren met een enkel materiaal is symmetrisch, wat bekend staat als gebogen balk of V-vormig.
De bi-materiaal actuator bevat materialen met verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten en werkt op dezelfde manier als een bimetalen thermostaat. Telkens wanneer de temperatuur verandert vanwege een ingebouwde verwarmer in de actuator, kan de microactuator bewegen vanwege de variatie binnen de uitzetting die samenhangt met de variatie binnen de temperatuur.
De actuator met gebogen balk heeft schuine poten die helpen bij het uitzetten als ze eenmaal zijn verwarmd en die kracht en verplaatsingsoutput leveren. De buigactuator is asymmetrisch en omvat een warme arm en een koude arm. Deze actuatoren bevatten asymmetrische poten die na verwarming naar het oppervlak buigen als gevolg van differentiële uitzetting.
Werking van Microactuator:
Het werkingsprincipe van een microactuator is om mechanische beweging van vloeistoffen of vaste stoffen te genereren waarbij deze beweging wordt gegenereerd door de ene vorm van energie in een andere energie te veranderen, zoals van thermische, elektromagnetische of elektrische in kinetische energie (K.E) van beweegbare componenten. Voor de meeste actuatoren worden verschillende krachtopwekkingsprincipes gebruikt, zoals het piëzo-effect, bimetaaleffect, elektrostatische krachten en vormgeheugeneffect. Net als een algemene actuator moet een microactuator voldoen aan deze normen, zoals snel schakelen, grote slag, hoge precisie, minder stroomverbruik, enz.
De mechanische actuator omvat een voeding, een transductie-eenheid, een bedieningselement en een uitvoeractie.
- De voeding is Elektrische stroom/spanning.
- De transductie-eenheid zet de juiste vorm van de voeding om in de voorkeursvorm van acties van het bedieningselement.
- Bedieningselement is een onderdeel of materiaal dat door de voeding beweegt.
- Uitvoeractie is over het algemeen in een voorgeschreven beweging.
Typen micro-actuator
Microactuators zijn verkrijgbaar in verschillende typen die hieronder worden besproken.
- Thermische Micro-actuator
- MEMS-microactuator
- Elektrostatische micro-actuator
- piëzo-elektrisch
Thermische Micro-actuator
Een thermische microactuator is een standaard onderdeel dat wordt gebruikt in Microsystems. Deze componenten worden elektrisch aangedreven door Joule-verwarming, anders optisch geactiveerd door middel van een laser. Deze actuatoren worden gebruikt in MEMS-ontwerpen, waaronder nanopositioners en optische schakelaars. De belangrijkste voordelen van thermische microactuators zijn onder meer minder bedrijfsspanningen, een hoge krachtopwekking en minder kwetsbaarheid voor adhesiefouten in vergelijking met elektrostatische actuators. Deze actuatoren hebben meer vermogen nodig en hun schakelsnelheden zijn beperkt door afkoeltijden.
Voor het ontwerpen en testen van deze microactuatoren moet een breed scala aan werkzaamheden worden verricht. Deze microactuators zijn dus ontworpen met verschillende microfabricagemethoden, zoals verwerking van silicium op isolator en microbewerking van oppervlakken. De toepassingen van microactuators omvatten voornamelijk afstembare impedantie RF-netwerken, microrelais, zeer nauwkeurige medische instrumentatie en nog veel meer.
MEMS-microactuator
MEMS-microactuator is een soort micro-elektromechanisch systeem en de belangrijkste functie hiervan is om de energie in beweging te veranderen. Deze actuatoren combineren elektrische en mechanische componenten met micrometerafmetingen. De typische bewegingen die door deze actuatoren worden bereikt, zijn dus micrometers. MEMS-microactuators worden voornamelijk gebruikt in verschillende toepassingen, zoals ultrasone zenders, optische straalafbuigmicrospiegels en camerafocussystemen. Dit soort microactuatoren worden dus vooral gebruikt om een gecontroleerde afbuiging te produceren.
Elektrostatische micro-actuator
Een microactuator-aandrijfeenheid die wordt aangedreven door elektrostatische kracht staat bekend als een elektrostatische microactuator. De elektrostatische microactuator wordt de belangrijkste bouwsteen binnen computersystemen en optische signaalverwerking vanwege de hoge dichtheid, het kleine formaat, het lage stroomverbruik en de hoge snelheid. In het algemeen kan het werkingsprincipe binnen deze systemen worden uitgelegd als elektrostatische aantrekkende energie die een mechanische omwenteling, conversie of spiegelplaatvervorming veroorzaakt, waarbij de fase, het vermogen of de lichtstraalrichting wordt gecontroleerd wanneer deze door een vrije ruimte of medium wordt uitgezonden.
In dit type microactuator bevat elke aandrijfeenheid golfachtige elektroden waarbij deze elektroden door de elektrostatische kracht van elkaar worden getrokken en geïsoleerd. Dit type vervorming van de actuator hangt voornamelijk af van de elektrostatische kracht, de externe kracht en de elasticiteit van de structuur.
De beweging van deze actuator werd eenvoudig geanalyseerd via de FEM (eindige-elementenmethode) en het macromodel van deze actuator werd gefabriceerd om zijn beweging te verifiëren. Er werd dus bevestigd dat de schijnbare compliantie van de actuator kan worden geregeld door een feedbackcontrolesysteem dat gebruik maakt van capacitieve verplaatsingsdetectie en elektrostatische aandrijving.
Piëzo-elektrische micro-actuator
Piëzo-elektrische microactuators zijn zeer beroemd en worden het meest gebruikt in verschillende gebieden. Deze zijn ontworpen door piëzo-elektrische elementen op elkaar te monteren. Zodra aan beide zijden van deze elementen een spanning wordt gegeven, kunnen ze uitzetten. Maar het heeft een gecompliceerde structuur, dus het is complex om te monteren. Piëzo-elektrische micro-actuator wordt gebruikt in verschillende servobesturingssystemen om ultranauwkeurige positionering en compensatie met het potentieel te bieden.
Raadpleeg deze link om meer te weten te komen over een Piëzo-elektrische actuator .
Voor-en nadelen
De voordelen van microactuators omvatten het volgende.
- De voordelen van de thermische microactuators zijn minder bedrijfsspanningen, een hoge krachtopwekking en minder gevoeligheid voor adhesiefouten in vergelijking met elektrostatische actuatoren.
- De microactuators zijn verkrijgbaar in een kleiner formaat, met minder stroomverbruik en een sneller reactiesysteem.
De nadelen van microactuators omvatten het volgende.
- Thermische microactuators hebben meer vermogen nodig.
- De schakelsnelheid van thermische micro-actuatoren wordt beperkt door afkoeltijden.
Microactuatortoepassingen
De toepassingen van microactuators omvatten de volgende.
- Microactuator is een klein actief apparaat dat wordt gebruikt om mechanische beweging van vloeistoffen / vaste stoffen te produceren. Hier wordt beweging geproduceerd door de ene vorm van energie in een andere vorm te veranderen.
- Microactuators zijn toepasbaar in microfluïdica voor Lab-on-a-Chip & Implantable Drug Delivery Systems.
- Het is een microscopisch servomechanisme dat een afgemeten hoeveelheid energie verzendt en levert voor een ander systeem/mechanisme.
- Microactuators worden gebruikt voor het bouwen van kleine spiegels voor projectoren en displays.
- MEMS microactuators worden voornamelijk gebruikt in verschillende toepassingen, zoals ultrasone zenders, camerafocussystemen en microspiegels voor optische straalafbuiging.
- De kracht die door een elektrische microactuator wordt geproduceerd, wordt voornamelijk gebruikt om mechanische vervormingen in het betreffende materiaal te genereren.
Dit gaat dus allemaal over een overzicht van de Microactuator die in staat is om de taken van het conventionele gereedschap binnen de macrowereld uit te voeren, maar ze zijn erg kleiner van formaat en zorgen voor meer precisie. Voorbeelden van micro-actuatoren omvatten een optische matrixschakelaar die is verzameld met torsiemicrospiegels die worden aangedreven door elektrostatische kracht, een microactuator die wordt gebruikt voor het scannen van microgolfantenne, een microactuator met een dunne filmgeheugenlegering en zelfassemblage van driedimensionale microstructuren met microactuators met krasaandrijving. Hier is een vraag voor jou, wat is MEMS?
