Co je to piezoelektrický ovladač?

Piezoelektrický ovladač je forma mikro-kontrolního elektro-mechanického systému.Spoléhá se na piezoelektrický efekt s některými krystaly tak, že když je elektrické pole aplikováno na krystal, vytváří mechanické napětí ve své strukturální mřížce, které lze převést do pohybu v mikrometru nebo nanometrovém měřítku.Typy ovladačů se mohou pohybovat od těžkých průmyslových systémů, které jsou poháněny pneumatickou nebo hydraulickou silou až po malé piezoelektrické ovladače, které mají velmi omezený, ale přesně kontrolovaný rozsah pohybu.Typický piezoelektrický ovladač bude generovat podélný pohyb, když je elektrická síla aplikována na jednotku hřídele nebo jiné mechanické vazby s rozsahem posunu kolem 4 až 17 mikronů (0,0002 až 0,0007 palců).Tento typ systému pohonu je často začleněn do rozchodu deformace známého také jako extensometr, který se používá k měření velmi jemných úrovní kontrakce a expanze materiálů a povrchů.

Existují tři obecné typy piezoelektrických návrhů nebo pohybových schémat, které určují jedinečný rozsah částí piezoelektrického pohonu, které tvoří mechanický pohyb zařízení.Jedná se o válcové, bimorfy a unimorfy nebo vícevrstvé ovladače a každá z nich má také označení režimu, který je závislý na typu piezoelektrického koeficientu pro mechanické napětí, který je vyvolán.Vícevrstvý 33-režimový pohon je navržen tak, aby generoval pohyb podél cesty aplikovaného elektrického pole, zatímco válcový 31-režimový pohon vykazuje pohyb kolmé k elektrické síle.15-režimový ovladač využívá smykový napětí v krystalu pro diagonální sílu, ale nejsou tak běžné jako jiné typy piezoelektrického ovladače, protože smykový napětí je složitější krystalickou reakcí, která je obtížné kontrolovat a pro výrobu systémů.

Účel, pro který se používá piezoelektrický ovladač, je obvykle založen na skutečnosti, že může mít mechanickou reakci na elektrickou sílu v časovém rámci sekundy a také negenerovat významné elektromagnetické rušení při jeho provozu.To zahrnuje běžné použití pro komponenty v laditelných lasech a různých adaptivních optických senzorů, jakož i ovládání ventilů na mikroúrovni, kde je průtok paliva rozhodující pro množství generovaného tahu, například v systémech vstřikování paliva a ovládání avioniky.Piezoelektrický ovladač má také mnoho využití v oblasti medicíny, kde je zabudován do mikro-pumpů pro postupy, jako je dialýza a automatizované léčiva nebo dávkovač kapiček.Výzkumné arény také závisí na piezoelektrickém ovladači, jako je to, kde je nezbytnou součástí mikroskopu atomové síly (AFM) v oblasti nanotechnologie.

Mezi další pokročilé oblasti výzkumu, které využívají piezoelektrický ovladač, patří přesné obrábění, astronomické ovládání dalekohledů, výzkum biotechnologie, jakož i polovodičové inženýrství a integrovanou výrobu obvodů.Některá z těchto polí vyžadují piezoelektrický ovladač, který dokáže kontrolovat pohyb, až na úroveň 2 mikronů (0,0001 palce) v časovém období méně než 0,001 sekundy.Piezoelektrický ovladač je optimálním zařízením pro takové aplikace také proto, že má několik jedinečných charakteristik, včetně velmi nízké spotřeby energie, nevytváří žádná magnetická pole a může fungovat při kryogenních teplotách.Pravděpodobně nejvyšší užitečnou funkcí zařízení však je, že se jedná o zařízení na pevné látky, které nevyžaduje žádná ozubená kola nebo ložiska, aby mohla být opakovaně provozována až miliardykrát, aniž by prokázala důkaz o degradaci výkonu.