Hvad er en piezoelektrisk aktuator?

Den piezoelektriske aktuator er en form for mikrokontrolelektromekanisk system.Det er afhængig af den piezoelektriske virkning med nogle krystaller, således at det, når et elektrisk felt påføres krystallen, skaber mekanisk stress i dets strukturelle gitter, der kan oversættes til bevægelse i en mikrometer- eller nanometerskala.Typer af aktuatorer kan variere fra tunge industrielle systemer, der drives af pneumatisk eller hydraulisk kraft ned til små piezoelektriske aktuatorer, som har et meget begrænset, men præcist kontrolleret bevægelsesområde.En typisk piezoelektrisk aktuator vil generere langsgående bevægelse, når elektrisk kraft påføres enheden i en skaft eller anden mekanisk binding med et forskydningsområde på ca. 4 til 17 mikron (0,0002 til 0,0007 inches).Denne type aktuatorsystem er ofte inkorporeret i en stammemåler, også kendt som et ekstensometer, der bruges til at måle meget fine niveauer af sammentrækning og ekspansion i materialer og overflader.

Der er tre generelle typer piezoelektriske aktuatordesign eller bevægelsesordninger, der bestemmer det unikke interval af piezoelektriske aktuatordele, der udgør den mekaniske bevægelse af enheden.Dette er cylindriske, bimorf og unimorph eller flerlagsaktuatorer, og hver har også en tilstandsbetegnelse, der er afhængig af den type piezoelektriske koefficient for mekanisk stress, der induceres.En flerlags 33-mode aktuator er designet til at generere bevægelse langs stien til det påførte elektriske felt, hvorimod en cylindrisk 31-mode aktuator udviser bevægelse vinkelret på den elektriske kraft.En 15-mode aktuator anvender forskydningsstamme i krystallen til diagonal kraft, men de er ikke så almindelige som andre typer piezoelektrisk aktuator, da forskydningsstamme er en mere kompleks krystalreaktion, der er vanskelig at kontrollere, og som man kan fremstille systemer.

Det formål, som en piezoelektrisk aktuator bruges, er normalt baseret på det faktum, at det er, kan have en mekanisk respons på elektrisk kraft i en tidsramme for en anden sekund samt ikke generere betydelig elektromagnetisk interferens i dens operation.Dette inkluderer almindelig anvendelse til komponenterne i indstillelige lasere og forskellige adaptive optikføler, såvel som mikroniveau-kontrol af ventiler, hvor strømningshastigheden for brændstof er kritisk for mængden af genererede tryk, såsom i brændstofinjektionssystemer og avionikkontroller.Den piezoelektriske aktuator har også mange anvendelser inden for medicinområdet, hvor den er indbygget i mikropumper til procedurer såsom dialyse og automatiserede lægemiddeldispensere eller dråbe-dispensere.Forskningsarenaer afhænger også af den piezoelektriske aktuator, såsom hvor det er en væsentlig komponent i atomkraftmikroskopet (AFM) inden for nanoteknologi.

Andre avancerede forskningsområder, der bruger den piezoelektriske aktuator, inkluderer præcisionsbearbejdning, astronomikontroller til teleskoper, bioteknologiforskning samt halvlederteknik og integreret kredsløbsproduktion.Nogle af disse felter kræver en piezoelektrisk aktuator, der kan kontrollere bevægelsesområder, ned til niveauet 2 mikron (0,0001 inches) i en periode på mindre end 0,001 sekunder.Den piezoelektriske aktuator er også en optimal enhed til sådanne applikationer, fordi den har flere unikke egenskaber, herunder meget lavt effektforbrug, det genererer ingen magnetiske felter, og det kan fungere ved kryogene temperaturer.Sandsynligvis den største nyttige funktion ved enheden er imidlertid, at det er en faststof-enhed, der ikke kræver nogen gear eller lejer, så det gentagne gange kan betjenes op til milliarder af gange uden at vise bevis for nedbrydning af ydelser.