Yleensä toimilaite käyttää energialähdettä mekaanisten komponenttien siirtämiseen tai ohjaamiseen. Näitä löytyy usein erilaisista koneista ja sähkömoottorit . Monien vuosien ajan erilaisia mekaanisia laitteita on pienennetty, vaikka tämä toimenpide vaatii yleensä yksilön hyvin pienempiä komponentteja. 2000-luvulla kehitettiin mikrotoimilaitteita, joissa teollisia prosesseja, kuten mikrotyöstöä ja litografiaa, käytetään pääasiassa mikrotoimilaitteiden valmistukseen. Tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta a microactuato r – sovellusten parissa työskenteleminen.
Mikrotoimilaitteen määritelmä
Mikroskooppinen servomekanismi, jota käytetään syöttämään ja siirtämään mitattu määrä energiaa järjestelmään tai muuhun mekanismin toimintaan, tunnetaan mikrotoimilaitteena. Kuten yleisen toimilaitteen, myös mikrotoimilaitteen on täytettävä nämä standardit, kuten nopea kytkentä, suuri liike, suuri tarkkuus, pienempi virrankulutus jne. Näitä toimilaitteita on saatavana eri kokoisina, jotka vaihtelevat millimetreistä mikrometreihin, mutta kun ne on pakattu, ne voivat saavuttaa koko koko senttimetreinä,
Kun kiinteiden aineiden mekaaninen liike on syntynyt, näiden toimilaitteiden tyypilliset siirtymät vaihtelevat nanometreistä millimetreihin. Samoin näiden toimilaitteiden tyypilliset virtausnopeudet vaihtelevat pikolitrasta tai minuutista mikrolitraan tai minuuttiin. Mikrotoimilaitteen kaavio on esitetty alla.
Mikrotoimilaitteen rakenne
Seuraavissa kuvissa on kolme lämpömikrotoimilaitemallia, biomateriaalista valmistettu toimilaite, taivutettu palkin toimilaite ja taivutustoimilaite. Lämpötilan suunnittelu toimilaitteet yhdellä materiaalilla on symmetrinen, joka tunnetaan taivutettuna palkkina tai V-muotoisena.
Kahden materiaalin toimilaite sisältää materiaaleja, joilla on erilaiset lämpölaajenemiskertoimet ja toimii yhtä hyvin kuin bimetallitermostaatti. Aina kun lämpötila muuttuu toimilaitteeseen upotetun lämmittimen vuoksi, mikrotoimilaite voi liikkua lämpötilan vaihteluun liittyvän laajenemisen vaihtelun vuoksi.
Taivutettu palkki toimilaite sisältää kulmassa olevat jalat, jotka auttavat laajentumaan kuumennettaessa ja tarjoavat voiman ja siirtymän. Taivutustoimilaite on epäsymmetrinen ja sisältää kuuman ja kylmän varren. Näissä toimilaitteissa on epäsymmetriset jalat, jotka taipuvat pintaan johtuen differentiaalisesta laajenemisesta kuumennettaessa.
Mikrotoimilaitteen toiminta
Mikrotoimilaitteen toimintaperiaate on tuottaa nesteiden tai kiinteiden aineiden mekaanista liikettä, jossa tämä liike syntyy muuttamalla yhtä energiamuotoa toiseksi energiaksi, kuten lämpö-, sähkömagneettisesta tai sähköisestä liikkuvien komponenttien kineettiseksi energiaksi (K.E). Useimmissa toimilaitteissa käytetään erilaisia voimanmuodostusperiaatteita, kuten pietsoefekti, bimetalliefekti, sähköstaattiset voimat ja muotomuistiefekti. Kuten yleisen toimilaitteen, myös mikrotoimilaitteen on täytettävä nämä standardit, kuten nopea kytkentä, suuri liike, suuri tarkkuus, pienempi virrankulutus jne.
Mekaaninen toimilaite sisältää virtalähteen, transduktioyksikön, toimielimen ja lähtötoiminnon.
- Virtalähde on Sähkövirta/jännite.
- Transduktioyksikkö muuntaa oikean virransyötön muodon toimielimen haluttuun toimintamuotoon.
- Käyttöelementti on komponentti tai materiaali, joka liikkuu virtalähteen läpi.
- Lähtötoiminto on yleensä määrätyssä liikkeessä.
Mikrotoimilaitteiden tyypit
Mikrotoimilaitteita on saatavana eri tyyppejä, joita käsitellään alla.
- Terminen mikrotoimilaite
- MEMS-mikrotoimilaite
- Sähköstaattinen mikrotoimilaite
- Pietsosähköinen
Terminen mikrotoimilaite
Terminen mikrotoimilaite on vakiokomponentti, jota käytetään Microsystemsissä. Nämä komponentit saavat sähköä Joule-lämmityksen kautta, muuten optisesti aktivoituna laserilla. Näitä toimilaitteita käytetään MEMS-malleissa, jotka sisältävät nanoasennon ja optiset kytkimet. Termisten mikrotoimilaitteiden tärkeimpiä etuja ovat pääasiassa pienemmät käyttöjännitteet, korkea voimantuotto ja pienempi alttius tarttumishäiriöille verrattuna sähköstaattisiin toimilaitteisiin. Nämä toimilaitteet tarvitsevat enemmän tehoa ja niiden kytkentänopeuksia rajoitetaan jäähdytysaikojen vuoksi.
Näiden mikrotoimilaitteiden suunnitteluun ja testaamiseen on tehtävä monenlaista työtä. Joten nämä mikrotoimilaitteet on suunniteltu erilaisilla mikrovalmistusmenetelmillä, kuten pii-eristekäsittelyllä ja pinnan mikrotyöstyksellä. Mikrotoimilaitteiden sovelluksia ovat pääasiassa viritettävät impedanssit RF-verkot, mikroreleet, erittäin tarkka lääketieteellinen instrumentointi ja paljon muuta.
MEMS-mikrotoimilaite
MEMS-mikrotoimilaite on eräänlainen Micro Electro Mechanical System ja sen päätehtävä on muuttaa energia liikkeeksi. Näissä toimilaitteissa yhdistyvät sähköiset ja mekaaniset komponentit mikrometrimitoilla. Joten näiden toimilaitteiden tyypilliset liikkeet ovat mikrometrejä. MEMS-mikrotoimilaitteita käytetään pääasiassa erilaisissa sovelluksissa, kuten ultraäänilähettimissä, optisissa säteenpoikkeutusmikropeileissä ja kameran tarkennusjärjestelmissä. Joten tämän tyyppisiä mikrotoimilaitteita käytetään pääasiassa ohjatun taipuman tuottamiseen.
Sähköstaattinen mikrotoimilaite
Sähköstaattisen voiman avulla ohjattavat mikrotoimilaitteen käyttöyksiköt tunnetaan sähköstaattisena mikrotoimilaitteena. Sähköstaattisesta mikrotoimilaitteesta on tulossa merkittävin rakennuspalikka laskentajärjestelmissä ja optisessa signaalinkäsittelyssä sen suuren tiheyden, pienen koon, alhaisen virrankulutuksen ja suuren nopeuden vuoksi. Yleisesti näiden järjestelmien toimintaperiaate voidaan selittää sähköstaattisena houkuttelevana energiana, joka aiheuttaa mekaanisen kierroksen, muunnoksen tai peililevyn muodonmuutoksen, joka ohjaa vaihetta, tehoa tai valonsäteen suuntaa, kun se kulkee läpi jonkin vapaan tilan tai väliaineen.
Tämän tyyppisissä mikrotoimilaitteissa jokainen käyttöyksikkö sisältää aaltomaisia elektrodeja, joissa nämä elektrodit vedetään ja eristetään toisistaan sähköstaattisen voiman avulla. Tämäntyyppinen toimilaitteen muodonmuutos riippuu pääasiassa sähköstaattisesta voimasta, ulkoisesta voimasta ja rakenteen elastisuudesta.
Tämän toimilaitteen liike analysoitiin yksinkertaisesti FEM-menetelmällä (finite-element method) ja tämän toimilaitteen makromalli valmistettiin sen liikkeen tarkistamiseksi. Näin ollen vahvistettiin, että toimilaitteen näennäistä yhteensopivuutta voidaan ohjata takaisinkytkennän ohjausjärjestelmällä, joka käyttää kapasitiivista siirtymän tunnistamista ja sähköstaattista ajoa.
Pietsosähköinen mikrotoimilaite
Pietsosähköiset mikrotoimilaitteet ovat hyvin kuuluisia ja yleisimmin käytettyjä eri aloilla. Nämä on suunniteltu asentamalla pietsosähköisiä elementtejä päällekkäin. Kun näiden elementtien molemmille puolille on annettu jännite, ne voivat laajentua. Mutta sillä on monimutkainen rakenne, joten se on monimutkainen koota. Pietsosähköistä mikrotoimilaitetta käytetään erilaisissa servo-ohjausjärjestelmissä tarjoamaan erittäin tarkkaa paikannusta ja kompensointia mahdollisuuksien mukaan.
Tästä linkistä saat tietoa aiheesta a Pietsosähköinen toimilaite .
Hyödyt ja haitat
The mikrotoimilaitteiden edut Sisällytä seuraavat.
- Termisten mikrotoimilaitteiden etuja ovat pienemmät käyttöjännitteet, korkea voimantuotto ja pienempi alttius tartuntahäiriöille verrattuna sähköstaattisiin toimilaitteisiin.
- Mikrotoimilaitteita on saatavana pienemmässä koossa, pienemmällä virrankulutuksella ja nopeammalla vastejärjestelmällä.
The mikrotoimilaitteiden haitat Sisällytä seuraavat.
- Termiset mikrotoimilaitteet tarvitsevat enemmän tehoa.
- Termisten mikrotoimilaitteiden kytkentänopeutta rajoittavat jäähtymisajat.
Mikrotoimilaitteiden sovellukset
Mikrotoimilaitteiden sovelluksia ovat seuraavat.
- Mikrotoimilaite on pieni aktiivinen laite, jota käytetään tuottamaan nesteiden/kiinteiden aineiden mekaanista liikettä. Tässä liike saadaan aikaan vaihtamalla yksi energiamuoto toiseen muotoon.
- Mikrotoimilaitteita voidaan käyttää mikrofluidiikassa Lab-on-a-Chip- ja implantoitavien lääkkeiden jakelujärjestelmissä.
- Se on mikroskooppinen servomekanismi, joka lähettää ja toimittaa mitatun määrän energiaa toiseen järjestelmän/mekanismin toimintaan.
- Mikrotoimilaitteita käytetään pienten peilien rakentamiseen projektoreihin ja näyttöihin.
- MEMS mikrotoimilaitteita käytetään pääasiassa erilaisissa sovelluksissa, kuten ultraäänilähettimissä, kameran tarkennusjärjestelmissä ja optisissa säteenpoikkeutusmikropeileissä.
- Sähköisen mikrotoimilaitteen tuottamaa voimaa käytetään pääasiassa mekaanisten muodonmuutosten tuottamiseen kiinnostuksen kohteena olevaan materiaaliin.
Tästä siis kaikesta on kyse yleiskatsaus Microactuatorista joka pystyy suorittamaan perinteisen työkalun tehtävät makromaailmassa, mutta ne ovat kuitenkin kooltaan hyvin pienempiä ja mahdollistavat suuremman tarkkuuden. Esimerkkejä mikrotoimilaitteista ovat pääasiassa optinen matriisikytkin, joka on kerätty vääntömikropeileillä, joita ohjataan sähköstaattisen voiman avulla, mikroaaltoantennin skannaukseen käytettävä mikrotoimilaite, ohutkalvomuistilejeeringillä varustettu mikrotoimilaite ja kolmiulotteisen mikrorakenteen itsekokoonpano naarmukäyttömikrotoimilaitteilla. Tässä on kysymys sinulle, mikä on MEMS?
