בדרך כלל, מפעיל משתמש במקור אנרגיה להזזה או שליטה על רכיבים מכניים. אלה נמצאים לעתים קרובות במכונות שונות ו מנועים חשמליים . במשך שנים רבות, סוגים שונים של מכשירים מכניים הוזמנו, אם כי הליך זה זקוק בדרך כלל לרכיבים הקטנים מאוד של האדם. במאה ה-21 פותחו מיקרו-מפעילים שבהם תהליכים תעשייתיים כמו מיקרו-עיבוד וליטוגרפיה משמשים בעיקר לייצור מיקרו-מפעיל. מאמר זה דן בסקירה כללית של א microactuato r - עבודה עם יישומים.
הגדרה של מיקרו מפעיל
מנגנון סרוו מיקרוסקופי המשמש לאספקה והעברת כמות מדודה של אנרגיה עבור המערכת או פעולת מנגנון אחרת, ידוע כמיקרו-מפעיל. כמו מפעיל כללי, מיקרו מפעיל צריך לעמוד בסטנדרטים האלה כמו מיתוג מהיר, נסיעה גדולה, דיוק גבוה, פחות צריכת חשמל וכו'. מפעילים אלו זמינים בגדלים שונים המשתנים ממילימטרים למיקרומטרים, אך ברגע שהם נארזים הם יכולים להשיג כל הגודל בסנטימטרים,
ברגע שנוצרת התנועה המכנית של מוצקים, התזוזות האופייניות של המפעילים הללו נעות בין ננומטרים למילימטרים. באופן דומה, קצבי הזרימה האופייניים הנוצרים עבור מפעילים אלה נעים בין פיקולליטר או דקה לטווחי מיקרוליטר או דקות. דיאגרמת המיקרו-אקטואטור מוצגת להלן.
בניית מיקרו מפעיל
האיורים הבאים מציגים שלושה עיצובים של מיקרו מפעילים תרמיים מפעיל ביו-חומר, מפעיל קרן כפוף ומפעיל כפוף. העיצוב של תרמי מפעילים עם חומר בודד הוא סימטרי אשר ידוע כקורה מכופפת או בצורת V.
המפעיל הדו-חומרי כולל חומרים בעלי מקדמי התפשטות תרמית שונים ופועל באופן שווה לתרמוסטט דו-מתכתי. בכל פעם שהטמפרטורה משתנה בגלל מחמם מוטבע במפעיל, המיקרו-מפעיל יכול לזוז בגלל השונות בתוך ההתרחבות הקשורה לשונות בתוך הטמפרטורה.
מפעיל הקורה הכפוף כולל רגליים זוויתיות המועילות בהתרחבות לאחר החימום ומספקות פלט כוח ותזוזה. מפעיל הכפיפה הוא אסימטרי הכולל זרוע חמה וזרוע קרה. מפעילים אלו כוללים רגליים אסימטריות שמתכופפות אל פני השטח עקב התפשטות דיפרנציאלית לאחר חימום.
עבודה של Microactuator
עקרון העבודה של מיקרו מפעיל הוא ליצור תנועה מכנית של נוזלים או מוצקים כאשר תנועה זו נוצרת באמצעות שינוי צורה אחת של אנרגיה לאנרגיה אחרת כמו מאנרגיה תרמית, אלקטרומגנטית או חשמלית לאנרגיה קינטית (K.E) של רכיבים נעים. עבור רוב המפעילים, נעשה שימוש בעקרונות שונים של יצירת כוח כמו אפקט piezo, אפקט בי-מטאלי, כוחות אלקטרוסטטיים ואפקט זיכרון צורות. כמו מפעיל כללי, מיקרו מפעיל צריך לעמוד בסטנדרטים אלה כמו מיתוג מהיר, נסיעה גדולה, דיוק גבוה, פחות צריכת חשמל וכו'.
המפעיל המכני כולל ספק כוח, יחידת התמרה, אלמנט הפעלה ופעולת פלט.
- ספק הכוח הוא זרם/מתח חשמלי.
- יחידת ההמרה ממירה את הצורה הנכונה של ספק הכוח לצורת הפעולות המועדפת של אלמנט ההפעלה.
- אלמנט הפעלה הוא רכיב או חומר הנעים דרך ספק הכוח.
- פעולת הפלט היא בדרך כלל בתנועה שנקבעה.
סוגי מיקרו מפעילים
Microactuators זמינים בסוגים שונים אשר נדון להלן.
- מיקרו מפעיל תרמי
- מיקרו מפעיל MEMS
- מפעיל מיקרו סטטי
- פיזואלקטרי
מיקרו מפעיל תרמי
מיקרו מפעיל תרמי הוא רכיב סטנדרטי המשמש במיקרוסיסטמס. רכיבים אלה מופעלים חשמלית באמצעות חימום ג'ול המופעל בצורה אופטית אחרת באמצעות לייזר. מפעילים אלה משמשים בעיצובי MEMS הכוללים ננו-פוזיציוניים ומתגים אופטיים. היתרונות העיקריים של מיקרו מפעילים תרמיים כוללים בעיקר פחות מתחי פעולה, יצירת כוח גבוהה ופחות פגיעות לכשלי הידבקות בהשוואה למפעילים אלקטרוסטטיים. מפעילים אלה זקוקים ליותר כוח ומהירויות המעבר שלהם מוגבלות באמצעות זמני קירור.
לתכנון ובדיקה של מיקרו-מפעילים אלה, יש לבצע מגוון רחב של עבודה. אז מיקרו-מפעילים אלה מתוכננים בשיטות מיקרו-ייצור שונות כמו עיבוד סיליקון-על-מבודד ועיבוד מיקרו-משטח. היישומים של מיקרו-מפעילים כוללים בעיקר רשתות RF מתכווננות, מיקרו-ממסרים, מכשור רפואי מדויק מאוד ועוד רבים נוספים.
מיקרו מפעיל MEMS
MEMS microactuator הוא סוג אחד של מערכת מיקרו אלקטרו מכנית ותפקידה העיקרי הוא לשנות את האנרגיה לתנועה. מפעילים אלה משלבים רכיבים חשמליים ומכניים עם ממדי מיקרומטר. אז התנועות האופייניות שהושגו על ידי מפעילים אלה הן מיקרומטרים. מיקרו-מפעילי MEMS משמשים בעיקר ביישומים שונים כמו פולטים קוליים, מראות אופטיות להטיית אלומה ומערכות מיקוד של מצלמה. אז סוגים אלה של מיקרו-מפעילים משמשים בעיקר כדי לייצר סטיה מבוקרת.
מפעיל מיקרו סטטי
יחידות הנעה של מיקרו-אקטואטור המונעות באמצעות כוח אלקטרוסטטי ידועות כמיקרו-מפעיל אלקטרוסטטי. המיקרו-מפעיל האלקטרוסטטי הופך לאבן הבניין המשמעותית ביותר במערכות מחשוב ועיבוד אותות אופטיים בגלל הצפיפות הגבוהה, הגודל הקטן, צריכת החשמל הנמוכה והמהירות הגבוהה שלו. באופן כללי, ניתן להסביר את עקרון הפעולה בתוך מערכות אלו כאנרגיה אטרקטיבית אלקטרוסטטית הגורמת למהפכה מכנית, המרה או עיוות של לוחית המראה, השולטת בפאזה, בכוח או בכיוון קרן האור כאשר היא משדרת בכל מקום פנוי או מדיום.
בסוג זה של מיקרו מפעיל, כל יחידת הנעה כוללת אלקטרודות דמויות גל שבהן אלקטרודות אלו נמשכות ומבודדות זו מזו באמצעות הכוח האלקטרוסטטי. סוג זה של עיוות מפעיל תלוי בעיקר בכוח האלקטרוסטטי, בכוח החיצוני ובגמישות המבנה.
התנועה של מפעיל זה נותחה פשוט באמצעות FEM (שיטת האלמנטים הסופיים) ומודל המאקרו של מפעיל זה נוצר כדי לאמת את תנועתו. לכן, אושר שניתן לשלוט על התאימות לכאורה של המפעיל על ידי מערכת בקרת משוב באמצעות חישת תזוזה קיבולית ונהיגה אלקטרוסטטית.
מפעיל מיקרו פיזואלקטרי
מיקרו-מפעילים פיזואלקטריים מפורסמים מאוד ונפוצים ביותר בתחומים שונים. אלה מתוכננים על ידי הרכבה של אלמנטים פיזואלקטריים זה על גבי זה. ברגע שניתן מתח לשני הצדדים של אלמנטים אלה, אז הם יכולים להתרחב. אבל יש לו מבנה מסובך ולכן הוא מורכב להרכבה. מיקרו-מפעיל פיזואלקטרי משמש במערכות בקרת סרוו שונות כדי לספק מיקום מדויק במיוחד ופיצוי עם הפוטנציאל.
אנא עיין בקישור זה כדי לדעת על א מפעיל פיזואלקטרי .
יתרונות וחסרונות
ה היתרונות של מיקרו מפעילים כלול את הבאים.
- היתרונות של המיקרו-מפעילים התרמיים הם פחות מתחי פעולה, יצירת כוח גבוהה ופחות רגישות לכשלי הידבקות בהשוואה למפעילים אלקטרוסטטיים.
- המיקרו-מפעילים זמינים בגודל קטן יותר, עם פחות צריכת חשמל ומערכת תגובה מהירה יותר.
ה חסרונות של microactuators כלול את הבאים.
- מיקרו-מפעילים תרמיים זקוקים ליותר כוח.
- מהירות המעבר של מיקרו-מפעילים תרמיים מוגבלת על ידי זמני קירור.
יישומי מיקרואקטואטור
היישומים של microactuators כוללים את הדברים הבאים.
- Microactuator הוא מכשיר פעיל קטן המשמש לייצור תנועה מכנית של נוזלים/מוצקים. כאן נוצרת תנועה על ידי שינוי צורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
- מיקרו-מפעילים ישימים במיקרו-נוזלים עבור מערכות מעבדה-על-צ'יפ ומערכות אספקת תרופות מושתלות.
- זהו מנגנון סרוו מיקרוסקופי שמשדר ומספק כמות מדודה של אנרגיה עבור פעולת מערכת/מנגנון אחרת.
- מיקרו-מפעילים משמשים לבניית מראות קטנות למקרנים ותצוגות.
- MEMS מיקרו-מפעילים משמשים בעיקר ביישומים שונים כמו פולטים קוליים, מערכות מיקוד של מצלמה ומראות אופטיות להטיית אלומה.
- הכוח המופק על ידי מיקרו מפעיל חשמלי מנוצל בעיקר ליצירת עיוותים מכניים בתוך החומר המעניין.
לפיכך, מדובר בסך הכל סקירה כללית של ה-Microactuator אשר מסוגל לבצע את המשימות של הכלי הקונבנציונלי בתוך עולם המאקרו, עם זאת, הן קטנות מאוד בגודלן ומאפשרות דיוק רב יותר. דוגמאות למיקרו מפעילים כוללות בעיקר מתג מטריצה אופטי שנאסף עם מראות פיתול המונעות באמצעות כוח אלקטרוסטטי, מיקרו מפעיל המשמש לסריקת אנטנות מיקרוגל, מיקרו מפעיל עם סגסוגת זיכרון של סרט דק והרכבה עצמית של מיקרו-מבנה תלת מימדי עם מיקרו מפעילי דחיפה. הנה שאלה בשבילך, מה זה MEMS?
