Mikroaktüatör : Tasarım, Çalışma, Çeşitleri ve Uygulamaları

Genel olarak, bir aktüatör, mekanik bileşenleri hareket ettirmek veya kontrol etmek için bir enerji kaynağı kullanır. Bunlar sıklıkla çeşitli makinelerde bulunur ve elektrik motorları . Uzun yıllar boyunca, farklı tipte mekanik cihazlar minyatürleştirildi, ancak bu prosedür normalde bireyin çok daha küçük bileşenlerine ihtiyaç duyuyor. 21. yüzyılda, mikro işleme ve litografi gibi endüstriyel süreçlerin esas olarak bir mikro aktüatör yapmak için kullanıldığı mikro aktüatörler geliştirildi. Bu makalede, bir mikro aktüatör r – uygulamalarla çalışma.

Mikroaktüatör Tanımı

Sistem veya başka bir mekanizma çalışması için ölçülen miktarda enerji sağlamak ve iletmek için kullanılan mikroskobik bir servo mekanizma, mikro aktüatör olarak bilinir. Genel bir aktüatör gibi, bir mikro aktüatör de hızlı anahtarlama, büyük hareket, yüksek hassasiyet, daha az güç tüketimi vb. gibi bu standartları karşılamalıdır. Bu aktüatörler, milimetreden mikrometreye kadar değişen farklı boyutlarda mevcuttur, ancak bir kez paketlendiklerinde elde edebilirler. tüm boyut santimetre cinsinden,

Katıların mekanik hareketi oluşturulduğunda, bu aktüatörlerin tipik yer değiştirmeleri nanometreden milimetreye kadar değişir. Benzer şekilde, bu aktüatörler için üretilen tipik akış hızları, pikoLiter veya dakikadan mikroLitre veya dakika aralıklarına kadar değişir. Mikro aktüatör şeması aşağıda gösterilmiştir.

Mikro Aktüatör Yapısı

Aşağıdaki şekiller, biyomateryal aktüatör, eğik kiriş aktüatör ve eğme aktüatörü olmak üzere üç termal mikro aktüatör tasarımını göstermektedir. termal tasarım aktüatörler tek bir malzeme ile simetriktir, bu da eğik kiriş veya V-şekilli olarak bilinir.

İki malzemeli aktüatör, farklı termal genleşme katsayılarına sahip malzemeler içerir ve bimetal termostatla eşit şekilde çalışır. Aktüatöre gömülü bir ısıtıcı nedeniyle sıcaklık değiştiğinde, mikro aktüatör, sıcaklık içindeki varyasyonla ilişkili genleşme içindeki varyasyon nedeniyle hareket edebilir.

Bükülmüş kiriş aktüatörü, ısıtıldığında genişlemeye yardımcı olan ve kuvvet ve yer değiştirme çıktısı sağlayan açılı ayaklar içerir. Eğilme aktüatörü, bir sıcak kol ve bir soğuk kol içeren asimetriktir. Bu aktüatörler, ısıtıldığında diferansiyel genleşme nedeniyle yüzeye bükülen asimetrik ayakları içerir.

Mikroaktüatörün Çalışması

Bir Mikro aktüatörün çalışma prensibi, bu hareketin bir enerji formunun termal, elektromanyetik veya elektrikten hareketli bileşenlerin kinetik enerjisine (K.E) başka bir enerjiye dönüştürülmesi yoluyla üretildiği sıvıların veya katıların mekanik hareketini oluşturmaktır. Aktüatörlerin çoğu için piezo etkisi, bimetal etkisi, elektrostatik kuvvetler ve şekil hafızası etkisi gibi farklı kuvvet oluşturma prensipleri kullanılır. Genel bir aktüatör gibi, bir mikro aktüatör de hızlı anahtarlama, büyük hareket, yüksek hassasiyet, daha az güç tüketimi vb. gibi bu standartları karşılamalıdır.

Mekanik aktüatör, bir güç kaynağı, transdüksiyon ünitesi, çalıştırma elemanı ve çıkış eylemi içerir.

• Güç kaynağı Elektrik akımı/voltajıdır.
• İletim birimi, güç kaynağının doğru biçimini, çalıştırma elemanının tercih edilen hareket biçimine dönüştürür.
• Çalıştırma elemanı, güç kaynağı boyunca hareket eden bir bileşen veya malzemedir.
• Çıkış eylemi genellikle önceden belirlenmiş bir harekettedir.

Mikroaktüatör Çeşitleri

Mikro aktüatörler aşağıda tartışılan farklı tiplerde mevcuttur.

• Termal Mikroaktüatör
• MEMS Mikroaktüatör
• Elektrostatik Mikro Aktüatör
• Piezoelektrik

Termal Mikroaktüatör

Termal mikro aktüatör, Mikrosistemlerde kullanılan standart bir bileşendir. Bu bileşenler, Joule ısıtma yoluyla elektrikle çalıştırılır, aksi takdirde bir lazer kullanılarak optik olarak etkinleştirilir. Bu aktüatörler, nanopozisyonerler ve optik anahtarlar içeren MEMS tasarımlarında kullanılır. Termal mikro aktüatörlerin temel faydaları, elektrostatik aktüatörlere kıyasla esas olarak daha az çalışma voltajı, yüksek güç üretimi ve yapışma arızalarına karşı daha az savunmasızlığı içerir. Bu aktüatörler daha fazla güce ihtiyaç duyar ve anahtarlama hızları soğutma süreleriyle sınırlıdır.

Bu mikro aktüatörleri tasarlamak ve test etmek için çok çeşitli çalışmalar yapılmalıdır. Dolayısıyla bu mikro aktüatörler, yalıtkan üzerinde silikon işleme ve yüzey mikro işleme gibi farklı mikro üretim yöntemleriyle tasarlanmıştır. Mikro aktüatörlerin uygulamaları esas olarak ayarlanabilir empedans RF ağlarını, mikro röleleri, çok hassas tıbbi enstrümantasyon ve daha fazlasını içerir.

MEMS Mikroaktüatör

MEMS mikro aktüatör, bir tür Mikro Elektro Mekanik Sistemdir ve bunun ana işlevi, enerjiyi harekete dönüştürmektir. Bu aktüatörler, elektrikli ve mekanik bileşenleri mikrometre boyutlarıyla birleştirir. Bu nedenle, bu aktüatörler tarafından elde edilen tipik hareketler mikrometrelerdir. MEMS mikro aktüatörleri esas olarak ultrasonik emitörler, optik ışın saptırma mikro aynaları ve kamera odak sistemleri gibi farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Dolayısıyla bu tip mikro aktüatörler esas olarak kontrollü bir sapma üretmek için kullanılır.

Elektrostatik Mikro Aktüatör

Elektrostatik kuvvetle tahrik edilen bir mikro aktüatör tahrik üniteleri, bir elektrostatik mikro aktüatör olarak bilinir. Elektrostatik mikro aktüatör, yüksek yoğunluğu, küçük boyutu, düşük güç tüketimi ve yüksek hızı nedeniyle bilgi işlem sistemleri ve optik sinyal işleme içinde en önemli yapı taşı haline geliyor. Genel olarak, bu sistemlerdeki çalışma prensibi, bir boş alan veya ortam boyunca iletildiğinde faz, güç veya ışık huzmesi yönünü kontrol ederek mekanik bir devrime, dönüşüme veya ayna plakası deformasyonuna neden olan elektrostatik çekici enerji olarak açıklanabilir.

Bu tip mikro aktüatörde, her tahrik ünitesi, bu elektrotların elektrostatik kuvvet yoluyla çekildiği ve birbirinden yalıtıldığı dalga benzeri elektrotlar içerir. Bu tip aktüatör deformasyonu esas olarak elektrostatik kuvvete, dış kuvvete ve yapının esnekliğine bağlıdır.

Bu aktüatörün hareketi basitçe FEM (sonlu elemanlar yöntemi) ile analiz edildi ve bu aktüatörün makro modeli, hareketini doğrulamak için üretildi. Böylece, aktüatörün görünür uyumluluğunun, kapasitif yer değiştirme algılama ve elektrostatik sürüş kullanan bir geri besleme kontrol sistemi tarafından kontrol edilebileceği doğrulandı.

Piezoelektrik Mikro Aktüatör

Piezoelektrik mikro aktüatörler çok ünlüdür ve en sık farklı alanlarda kullanılır. Bunlar, piezoelektrik elemanların üst üste monte edilmesiyle tasarlanmıştır. Bu elemanların her iki tarafına da bir voltaj verildiğinde, genişleyebilirler. Ancak karmaşık bir yapıya sahip olduğu için montajı da karmaşıktır. Piezoelektrik mikro aktüatör, potansiyel ile ultra hassas konumlandırma ve kompanzasyon sağlamak için farklı servo kontrol sistemlerinde kullanılır.

hakkında bilgi edinmek için lütfen bu bağlantıya bakın. Piezoelektrik Aktüatör .

Avantajlar ve dezavantajlar

bu mikro aktüatörlerin avantajları aşağıdakileri içerir.

• Termal mikro aktüatörlerin faydaları, elektrostatik aktüatörlere kıyasla daha az çalışma voltajı, yüksek kuvvet üretimi ve yapışma arızalarına karşı daha az duyarlılıktır.
• Mikro aktüatörler, daha az güç tüketimi ve daha hızlı yanıt sistemi ile daha küçük boyutta mevcuttur.

bu mikro aktüatörlerin dezavantajları aşağıdakileri içerir.

• Termal mikro aktüatörler daha fazla güce ihtiyaç duyar.
• Termal mikro aktüatörlerin anahtarlama hızı, soğutma süreleri ile sınırlıdır.

Mikroaktüatör Uygulamaları

Mikro aktüatörlerin uygulamaları aşağıdakileri içerir.

• Mikro aktüatör, sıvıların/katıların mekanik hareketini üretmek için kullanılan küçük aktif bir cihazdır. Burada hareket, bir enerji formunu başka bir forma dönüştürerek üretilir.
• Mikro aktüatörler, Çip Üzerinde Laboratuvar ve İmplante Edilebilir İlaç Dağıtım Sistemleri için mikroakışkanlarda uygulanabilir.
• Başka bir sistem/mekanizma çalışması için ölçülen miktarda enerji ileten ve sağlayan mikroskobik bir servomekanizmadır.
• Mikro aktüatörler, projektörler ve ekranlar için küçük aynalar oluşturmak için kullanılır.
• MEMS mikro aktüatörler esas olarak ultrasonik emitörler, kamera odak sistemleri ve optik ışın saptırma mikro aynaları gibi farklı uygulamalarda kullanılır.
• Bir elektrikli mikro aktüatör tarafından üretilen kuvvet, esas olarak ilgili malzeme içinde mekanik deformasyonlar oluşturmak için kullanılır.

Böylece, tüm bunlar hakkında Mikro Aktüatöre genel bakış Bu, makro dünyadaki geleneksel araçların görevlerini yerine getirme yeteneğine sahiptir, ancak boyut olarak çok daha küçüktürler ve daha fazla hassasiyete izin verirler. Mikro aktüatör örnekleri, temel olarak, elektrostatik kuvvetle sürülen burulma mikro aynaları ile toplanan bir optik matris anahtarı, mikrodalga anten taraması için kullanılan bir mikro aktüatör, ince film bellek alaşımlı bir mikro aktüatör ve çizik sürücü mikro aktüatörler ile 3 boyutlu mikro yapı kendi kendine montajını içerir. İşte size bir soru, MEMS nedir?