Microactuator: التصميم والعمل والأنواع وتطبيقاتها

بشكل عام ، يستخدم المشغل مصدر طاقة لنقل المكونات الميكانيكية أو التحكم فيها. كثيرا ما توجد هذه في مختلف الآلات و محركات كهربائية . لسنوات عديدة ، تم تصغير أنواع مختلفة من الأجهزة الميكانيكية ، على الرغم من أن هذا الإجراء يحتاج عادةً إلى مكونات أصغر جدًا للفرد. في القرن الحادي والعشرين ، تم تطوير المكثفات الدقيقة حيث يتم استخدام العمليات الصناعية مثل التصنيع الدقيق والطباعة الحجرية بشكل أساسي لصنع ميكروكتور. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ملف ميكروأكتواتو ص - العمل مع التطبيقات.

تعريف Microactuator

تُعرف آلية المؤازرة الميكروسكوبية المستخدمة لتزويد ونقل كمية مقاسة من الطاقة للنظام أو عملية آلية أخرى باسم الميكروكتور. مثل المشغل العام ، يجب أن يفي المحرك الدقيق بهذه المعايير مثل التبديل السريع ، والسفر الكبير ، والدقة العالية ، واستهلاك أقل للطاقة ، وما إلى ذلك. تتوفر هذه المحركات بأحجام مختلفة تتراوح من ملليمتر إلى ميكرومتر ، ولكن بمجرد تعبئتها يمكن تحقيقها الحجم الكامل بالسنتيمتر ،

بمجرد إنشاء الحركة الميكانيكية للمواد الصلبة ، فإن عمليات الإزاحة النموذجية لهذه المشغلات تتراوح من نانومتر إلى مليمترات. وبالمثل ، فإن معدلات التدفق النموذجية المتولدة لهذه المحركات تتراوح من بيكو ليتر أو دقيقة إلى ميكروليتر أو نطاقات دقيقة. يظهر الرسم التخطيطي Microactuator أدناه.

بناء المحرك الصغير

توضح الأشكال التالية ثلاثة تصميمات للمشغل الميكروي الحراري لمشغل المواد الحيوية ، ومشغل شعاع منحني ومشغل انثناء. التصميم الحراري المحركات مع مادة واحدة متناظرة والتي تعرف باسم شعاع منحني أو شكل V.

يشتمل المشغل ثنائي المواد على مواد ذات معاملات تمدد حراري مختلفة ويعمل بالتساوي مع ترموستات ثنائي المعدن. عندما تتغير درجة الحرارة بسبب وجود سخان مضمن في المشغل ، يمكن أن يتحرك الميكروكتور بسبب التباين في التمدد المرتبط بالتباين داخل درجة الحرارة.

يشتمل مشغل الحزمة المثنية على أرجل بزاوية تساعد في التمدد بمجرد تسخينها وتوفر خرج القوة والإزاحة. مشغل الانثناء غير متماثل والذي يتضمن ذراعًا ساخنًا وذراعًا باردًا. تشتمل هذه المحركات على أرجل غير متماثلة تنحني إلى السطح بسبب التمدد التفاضلي بمجرد تسخينها.

عمل Microactuator

يتمثل مبدأ العمل في Microactuator في توليد حركة ميكانيكية للسوائل أو المواد الصلبة حيث يتم إنشاء هذه الحركة عن طريق تغيير شكل واحد من الطاقة إلى طاقة أخرى مثل الطاقة الحرارية أو الكهرومغناطيسية أو الكهربائية إلى طاقة حركية (K.E) للمكونات المتحركة. بالنسبة لمعظم المشغلات ، يتم استخدام مبادئ توليد القوة المختلفة مثل تأثير بيزو ، وتأثير ثنائي المعدن ، والقوى الكهروستاتيكية ، وتأثير ذاكرة الشكل. مثل المشغل العام ، يجب أن يفي المحرك الدقيق بهذه المعايير مثل التبديل السريع ، والسفر الكبير ، والدقة العالية ، واستهلاك أقل للطاقة ، وما إلى ذلك.

يشتمل المشغل الميكانيكي على مصدر طاقة ووحدة تحويل وعنصر تشغيل وعمل خرج.

• مصدر الطاقة هو التيار الكهربائي / الجهد.
• تقوم وحدة التحويل بتحويل الشكل الصحيح لمصدر الطاقة إلى الشكل المفضل للإجراءات لعنصر التشغيل.
• عنصر التشغيل هو مكون أو مادة تتحرك عبر مزود الطاقة.
• يكون إجراء الإخراج بشكل عام في حركة محددة.

أنواع Microactuator

المحفزات الدقيقة متوفرة في أنواع مختلفة والتي تمت مناقشتها أدناه.

• ميكروكتور حراري
• Microactuator MEMS
• المحرك الكهربائي الصغير
• كهرضغطية

ميكروكتور حراري

المُشغّل الدقيق الحراري هو مكون قياسي يُستخدم في الأنظمة الدقيقة. يتم تشغيل هذه المكونات كهربائيًا من خلال تسخين جول ، وإلا يتم تنشيطها ضوئيًا باستخدام الليزر. تُستخدم هذه المحركات في تصميمات الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS) التي تشمل المحولات النانوية والمفاتيح الضوئية. تشمل الفوائد الرئيسية للمحركات الدقيقة الحرارية بشكل أساسي جهد تشغيل أقل وتوليد قوة عالية وقابلية أقل للتأثر بفشل الالتصاق مقارنة بالمشغلات الكهروستاتيكية. تحتاج هذه المحركات إلى مزيد من الطاقة وسرعات التحويل الخاصة بها محدودة خلال أوقات التبريد.

لتصميم واختبار هذه المكثفات الدقيقة ، يجب القيام بمجموعة واسعة من العمل. لذلك تم تصميم هذه المكثفات الدقيقة بطرق مختلفة للتصنيع الدقيق مثل معالجة السيليكون على العازل والتجهيز الدقيق للسطح. تشمل تطبيقات المكثفات بشكل أساسي شبكات RF ذات المعاوقة المضبوطة والمرحلات الدقيقة والأجهزة الطبية الدقيقة للغاية وغير ذلك الكثير.

Microactuator MEMS

يعتبر MEMS microactuator نوعًا واحدًا من النظام الميكانيكي الكهروميكانيكي الصغير ووظيفته الرئيسية هي تغيير الطاقة إلى حركة. تجمع هذه المحركات بين المكونات الكهربائية والميكانيكية مع أبعاد ميكرومتر. لذلك ، فإن الحركات النموذجية التي تحققها هذه المحركات هي ميكرومتر. تُستخدم المحركات الدقيقة MEMS بشكل أساسي في تطبيقات مختلفة مثل بواعث الموجات فوق الصوتية والمرايا الدقيقة لانحراف الحزمة الضوئية وأنظمة تركيز الكاميرا. لذلك تُستخدم هذه الأنواع من المكثفات الدقيقة بشكل أساسي لإنتاج انحراف متحكم فيه.

المحرك الكهربائي الصغير

تُعرف وحدات القيادة للمُحفِّزات الدقيقة التي يتم تشغيلها من خلال القوة الكهروستاتيكية بالمُحفِّز الكهروستاتيكي. أصبح الميكروستاتيك الكهروستاتيكي أهم لبنة في أنظمة الحوسبة ومعالجة الإشارات الضوئية بسبب كثافته العالية وصغر حجمه واستهلاكه المنخفض للطاقة وسرعته العالية. بشكل عام ، يمكن تفسير مبدأ التشغيل داخل هذه الأنظمة على أنه طاقة جذابة كهروستاتيكية تسبب ثورة ميكانيكية أو تحويل أو تشوه لوحة المرآة ، والتحكم في المرحلة أو الطاقة أو اتجاه شعاع الضوء عندما ينتقل عبر مساحة حرة أو وسيط.

في هذا النوع من المحركات الدقيقة ، تشتمل كل وحدة قيادة على أقطاب كهربائية تشبه الموجة حيث يتم سحب هذه الأقطاب الكهربائية وعزلها عن بعضها البعض من خلال القوة الكهروستاتيكية. يعتمد هذا النوع من تشوه المشغل بشكل أساسي على القوة الكهروستاتيكية والقوة الخارجية ومرونة الهيكل.

تم تحليل حركة هذا المشغل ببساطة من خلال FEM (طريقة العناصر المحدودة) وتم تصنيع النموذج الكلي للمشغل هذا للتحقق من حركته. لذلك ، تم التأكيد على أنه يمكن التحكم في التوافق الظاهري للمشغل بواسطة نظام التحكم في التغذية المرتدة باستخدام استشعار الإزاحة بالسعة والقيادة الكهروستاتيكية.

المحرك الصغير الكهرضغطية

تعتبر المحركات الدقيقة الكهروإجهادية مشهورة جدًا وتستخدم بشكل متكرر في مجالات مختلفة. تم تصميمها عن طريق تركيب عناصر كهرضغطية فوق بعضها البعض. بمجرد إعطاء الجهد لكلا جانبي هذه العناصر ، عندها يمكن أن تتمدد. لكن له هيكل معقد لذلك من الصعب تجميعه. يستخدم المشغل الدقيق الكهروإجهادي في أنظمة تحكم مؤازرة مختلفة لتوفير تحديد دقيق للغاية وتعويض مع الإمكانات.

يرجى الرجوع إلى هذا الرابط للتعرف على أ المحرك الكهربائي الانضغاطي .

المميزات والعيوب

ال مزايا المحفزات الدقيقة تشمل ما يلي.

• تتمثل فوائد المحفزات الدقيقة الحرارية في تقليل جهد التشغيل ، وتوليد القوة مرتفع ، وقابلية أقل لفشل الالتصاق عند مقارنتها بالمشغلات الكهروستاتيكية.
• المحفزات الدقيقة متوفرة بحجم أصغر ، مع استهلاك أقل للطاقة ونظام استجابة أسرع.

ال مساوئ العوامل الدقيقة تشمل ما يلي.

• تحتاج المحركات الدقيقة الحرارية إلى مزيد من الطاقة.
• سرعة التحويل للمكروبات الحرارية محدودة بأوقات التبريد.

تطبيقات Microactuator

تشمل تطبيقات المكثفات ما يلي.

• Microactuator هو جهاز صغير نشط يستخدم لإنتاج حركة ميكانيكية للسوائل / المواد الصلبة. هنا تنتج الحركة عن طريق تغيير شكل من أشكال الطاقة إلى شكل آخر.
• الموائع الدقيقة قابلة للتطبيق في الموائع الدقيقة لأنظمة توصيل الأدوية القابلة للزرع والمختبر على رقاقة.
• إنها آلية مؤازرة مجهرية تنقل وتزود كمية مقاسة من الطاقة لعملية نظام / آلية أخرى.
• تُستخدم الميكروكتورات في بناء مرايا صغيرة لأجهزة العرض وشاشات العرض.
• ممس تُستخدم المحركات الدقيقة بشكل أساسي في تطبيقات مختلفة مثل بواعث الموجات فوق الصوتية وأنظمة تركيز الكاميرا والمرايا الدقيقة لانحراف الحزمة الضوئية.
• تُستخدم القوة الناتجة عن جهاز ميكروكتور كهربائي بشكل أساسي لتوليد تشوهات ميكانيكية داخل المادة محل الاهتمام.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن لمحة عامة عن Microactuator والتي تكون قادرة على أداء مهام الأداة التقليدية داخل عالم الماكرو ، ومع ذلك ، فهي أصغر حجمًا وتسمح بمزيد من الدقة. تشتمل أمثلة المشغلات الدقيقة بشكل أساسي على مفتاح مصفوفة ضوئية تم تجميعه باستخدام مرايا صغيرة الالتوائية والتي يتم تشغيلها من خلال القوة الكهروستاتيكية ، ومحرك دقيق يستخدم لمسح هوائي الميكروويف ، ومُحرك دقيق مع سبيكة ذاكرة رقيقة الغشاء وتجميع ذاتي لهيكل مجهرية ثلاثي الأبعاد مع محركات دقيقة لمحرك الخدش. هنا سؤال لك ، ما هو ممس؟