Was ist ein piezoelektrischer Aktuator?

Der piezoelektrische Aktuator ist eine Form des elektromechanischen Mikro-Kontroll-Systems.Es stützt sich auf den piezoelektrischen Effekt mit einigen Kristallen, so dass, wenn ein elektrisches Feld auf den Kristall angewendet wird, mechanische Spannung in seinem Strukturgitter erzeugt, das in einer Mikrometer- oder Nanometer -Skala in Bewegung übersetzt werden kann.Arten von Aktuatoren können von schweren Industriesystemen reichen, die von pneumatischer oder hydraulischer Kraft bis hin zu kleinen piezoelektrischen Aktuatoren betrieben werden, die eine sehr begrenzte, aber genau kontrollierte Bewegungsfreiheit haben.Ein typischer piezoelektrischer Aktuator erzeugt eine Längsbewegung, wenn die elektrische Kraft auf die Einheit einer Welle oder eine andere mechanische Verknüpfung mit einem Verschiebungsbereich von etwa 4 bis 17 Mikrometern (0,0002 bis 0,0007 Zoll) angewendet wird.Diese Art von Aktuatorsystem wird häufig in eine Dehnungsmesser integriert, die auch als Erweiterungsmesser bezeichnet wird und zur Messung sehr feiner Kontraktion und Expansion in Materialien und Oberflächen verwendet wird.

Es gibt drei allgemeine Arten von piezoelektrischen Aktuator -Designs oder -bewegungsschemata, die den einzigartigen Bereich von piezoelektrischen Aktuatorteilen bestimmen, die die mechanische Bewegung des Geräts ausmachen.Dies sind zylindrische, bimorph- und unimorph- oder mehrschichtige Aktuatoren, und jeder hat auch eine Modusbezeichnung, die von der Art des piezoelektrischen Koeffizienten für die induzierte mechanische Spannung abhängt.Ein Multilayer 33-Mode-Aktuator ist so konzipiert, dass er Bewegung entlang des Pfades des angelegten elektrischen Feldes erzeugt, während ein zylindrischer 31-Modus-Aktuator Bewegung senkrecht zur elektrischen Kraft aufweist.Ein 15-Modus-Aktuator verwendet die Scherdehnung im Kristall für die diagonale Kraft, aber sie sind nicht so häufig wie andere Arten von piezoelektrischen Aktuator, da die Scherdehnung eine komplexere Kristallreaktion ist, die schwer zu kontrollieren ist und für die Systeme hergestellt werden kann.

Der Zweck, für den ein piezoelektrischer Aktuator verwendet wird.Dies umfasst die übliche Verwendung für die Komponenten in einstellbaren Lasern und verschiedenen adaptiven Optiksensoren sowie die Kontrolle von Ventilen auf Mikroebene, bei denen die Kraftstoffdurchflussrate für die generierte Schubmenge von entscheidender Bedeutung ist, z. B. in Kraftstoffeinspritzsystemen und Avioniksteuerungen.Der piezoelektrische Aktuator hat auch viele Verwendungszwecke im Bereich der Medizin, wo er in Mikropumpen für Verfahren wie Dialyse und automatisierte Drogenspender oder Tröpfchenspender integriert ist.Die Forschungsbereiche hängen auch vom piezoelektrischen Aktuator ab, beispielsweise vom wesentlichen Bestandteil des Atomkraftmikroskops (AFM) im Bereich der Nanotechnologie.

Weitere fortgeschrittene Forschungsfelder, die den piezoelektrischen Aktuator verwenden, umfassen Präzisionsbearbeitung, Astronomiekontrollen für Teleskope, Biotechnologieforschung sowie Semiconductor Engineering und Integrated Circuit Herstellung.Einige dieser Felder erfordern einen piezoelektrischen Aktuator, der die Bewegungsbereiche in einem Zeitraum von weniger als 0,001 Sekunden auf 2 Mikrometer (0,0001 Zoll) steuern kann.Der piezoelektrische Aktuator ist auch ein optimales Gerät für solche Anwendungen, da er mehrere einzigartige Eigenschaften aufweist, einschließlich sehr geringem Stromverbrauch, erzeugt keine Magnetfelder und kann bei kryogenen Temperaturen funktionieren.Das wahrscheinlich größte nützliche Merkmal des Geräts ist jedoch, dass es sich um ein Festkörpergerät handelt, das keine Zahnräder oder Lager benötigt, sodass es bis zu Milliarden Male wiederholt betrieben werden kann, ohne Hinweise auf die Leistungsverschlechterung zu zeigen.