Τι είναι ένας πιεζοηλεκτρικός ενεργοποιητής;

Ο πιεζοηλεκτρικός ενεργοποιητής είναι μια μορφή ηλεκτρο-μηχανικού συστήματος μικρο-ελέγχου.Βασίζεται στο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα με μερικούς κρυστάλλους έτσι ώστε, όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο στον κρύσταλλο, δημιουργεί μηχανική τάση στο δομικό πλέγμα του, το οποίο μπορεί να μεταφραστεί σε κίνηση σε μια κλίμακα μικρομέτρου ή νανομέτρου.Οι τύποι ενεργοποιητών μπορούν να κυμαίνονται από βαριά βιομηχανικά συστήματα που τροφοδοτούνται από πνευματική ή υδραυλική δύναμη μέχρι μικρούς πιεζοηλεκτρικούς ενεργοποιητές, οι οποίοι έχουν πολύ περιορισμένο αλλά ακριβώς ελεγχόμενο εύρος κίνησης.Ένας τυπικός πιεζοηλεκτρικός ενεργοποιητής θα παράγει διαμήκη κίνηση όταν εφαρμόζεται ηλεκτρική δύναμη στη μονάδα ενός άξονα ή άλλης μηχανικής σύνδεσης με εύρος μετατόπισης περίπου 4 έως 17 μικρών (0,0002 έως 0,0007 ίντσες).Αυτός ο τύπος συστήματος ενεργοποιητή συχνά ενσωματώνεται σε ένα μετρητή καταπόνησης επίσης γνωστό ως εκτατικό, το οποίο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση πολύ λεπτών επιπέδων συστολής και επέκτασης σε υλικά και επιφάνειες.

Υπάρχουν τρεις γενικοί τύποι σχεδίων πιεζοηλεκτρικού ενεργοποιητή ή συστήματα κίνησης που καθορίζουν τη μοναδική σειρά τμημάτων πιεζοηλεκτρικού ενεργοποιητή που αποτελούν τη μηχανική κίνηση της συσκευής.Πρόκειται για κυλινδρικούς, διμορφικούς και μονόπλευρους ή πολλαπλούς ενεργοποιητές, ενώ ο καθένας έχει επίσης μια ονομασία τρόπου που εξαρτάται από τον τύπο πιεζοηλεκτρικού συντελεστή για μηχανική τάση που προκαλείται.Ένας ενεργοποιητής πολλαπλών στρώσεων 33 τρόπων έχει σχεδιαστεί για να παράγει κίνηση κατά μήκος της διαδρομής του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου, ενώ ένας κυλινδρικός ενεργοποιητής 31 τρόπων παρουσιάζει κίνηση κάθετη προς την ηλεκτρική δύναμη.Ένας ενεργοποιητής 15 τρόπων χρησιμοποιεί διατμητική καταπόνηση στον κρύσταλλο για τη διαγώνια δύναμη, αλλά δεν είναι τόσο συνηθισμένη όσο και άλλοι τύποι πιεζοηλεκτρικού ενεργοποιητή, καθώς η διατμητική καταπόνηση είναι μια πιο σύνθετη αντίδραση κρυστάλλου που είναι δύσκολο να ελεγχθεί και για την παραγωγή συστημάτων.

Ο σκοπός για τον οποίο χρησιμοποιείται ένας πιεζοηλεκτρικός ενεργοποιητής βασίζεται συνήθως στο γεγονός ότι μπορεί να έχει μια μηχανική ανταπόκριση στην ηλεκτρική δύναμη σε ένα χρονικό πλαίσιο κλάσματος του δευτερολέπτου, καθώς και να μην παράγει σημαντικές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές στη λειτουργία του στη λειτουργία του.Αυτό περιλαμβάνει κοινή χρήση για τα εξαρτήματα σε συντονισμένα λέιζερ και διάφορους προσαρμοστικούς αισθητήρες οπτικής, καθώς και τον έλεγχο μικρο-επιπέδων των βαλβίδων όπου ο ρυθμός ροής του καυσίμου είναι κρίσιμη για την ποσότητα της ώθησης που παράγεται, όπως στα συστήματα έγχυσης καυσίμου και στους ελέγχους της αεροηλεκτρονικής.Ο πιεζοηλεκτρικός ενεργοποιητής έχει επίσης πολλές χρήσεις στον τομέα της ιατρικής όπου είναι ενσωματωμένο σε μικρο-αντλίες για διαδικασίες όπως η αιμοκάθαρση και οι αυτοματοποιημένοι διανομείς φαρμάκων ή οι διανομείς σταγονιδίων.Οι ερευνητικές αρένες εξαρτώνται επίσης από τον πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή, όπως το σημείο όπου αποτελεί βασικό συστατικό του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (AFM) στον τομέα της νανοτεχνολογίας.

Άλλα προηγμένα πεδία έρευνας που χρησιμοποιούν τον πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή περιλαμβάνουν την κατεργασία ακριβείας, τους ελέγχους της αστρονομίας για τα τηλεσκόπια, την έρευνα της βιοτεχνολογίας, καθώς και τη μηχανική ημιαγωγών και την ολοκληρωμένη παραγωγή κυκλώματος.Ορισμένα από αυτά τα πεδία απαιτούν έναν πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή που μπορεί να ελέγξει την κίνηση της κίνησης μέχρι το επίπεδο των 2 μικρών (0,0001 ίντσες) σε χρονική περίοδο μικρότερη από 0,001 δευτερόλεπτα.Ο πιεζοηλεκτρικός ενεργοποιητής είναι μια βέλτιστη συσκευή για τέτοιες εφαρμογές, καθώς έχει αρκετά μοναδικά χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένης της πολύ χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, δεν παράγει μαγνητικά πεδία και μπορεί να λειτουργεί σε κρυογονικές θερμοκρασίες.Πιθανώς το μεγαλύτερο χρήσιμο χαρακτηριστικό της συσκευής, ωστόσο, είναι ότι πρόκειται για μια συσκευή στερεάς κατάστασης που δεν απαιτεί ταχύτητες ή έδρανα, έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργεί επανειλημμένα μέχρι δισεκατομμύρια φορές χωρίς να αποδεικνύει την υποβάθμιση της απόδοσης.