Qu'est-ce qu'un actionneur piézoélectrique?

L'actionneur piézoélectrique est une forme de système électro-mécanique micro-contrôle.Il repose sur l'effet piézoélectrique avec certains cristaux de telle sorte que, lorsqu'un champ électrique est appliqué au cristal, il crée une contrainte mécanique dans son réseau structurel qui peut être traduit en mouvement à un micromètre ou à une échelle nanométrique.Les types d'actionneurs peuvent aller des systèmes industriels lourds qui sont alimentés par une force pneumatique ou hydraulique jusqu'aux petits actionneurs piézoélectriques, qui ont une gamme de mouvements très limitée mais précisément contrôlée.Un actionneur piézoélectrique typique générera un mouvement longitudinal lorsque la force électrique est appliquée à l'unité d'un arbre ou d'une autre liaison mécanique avec une plage de déplacement d'environ 4 à 17 microns (0,0002 à 0,0007 pouces).Ce type de système d'actionneur est souvent incorporé dans une jauge de déformation également connue sous le nom d'un extenomètre, qui est utilisé pour mesurer des niveaux de contraction et d'expansion très fins dans les matériaux et les surfaces.

Il existe trois types généraux de conceptions d'actionneur piézoélectrique ou de schémas de mouvement qui déterminent la gamme unique de pièces d'actionneur piézoélectrique qui composent le mouvement mécanique de l'appareil.Ce sont des actionneurs cylindriques, bimorphes et unimorphes, ou multicouches, et chacun a également une désignation de mode qui dépend du type de coefficient piézoélectrique pour la contrainte mécanique induite.Un actionneur multicouche à 33 modes est conçu pour générer un mouvement le long du chemin du champ électrique appliqué, tandis qu'un actionneur cylindrique à 31 modes présente un mouvement perpendiculaire à la force électrique.Un actionneur à 15 modes utilise une déformation de cisaillement dans le cristal pour la force diagonale, mais ils ne sont pas aussi courants que les autres types d'actionneur piézoélectrique, car la déformation de cisaillement est une réaction cristalline plus complexe difficile à contrôler et pour laquelle fabriquer des systèmes.

Le but pour lequel un actionneur piézoélectrique est utilisé est généralement basé sur le fait qu'il peut avoir une réponse mécanique à la force électrique dans un délai de fraction de seconde, ainsi que de ne pas générer une interférence électromagnétique significative dans son fonctionnement.Cela comprend une utilisation courante pour les composants dans les lasers accordables et divers capteurs d'optique adaptatif, ainsi que le contrôle de micro-niveaux des vannes où le débit de carburant est essentiel pour la quantité de poussée générée, comme dans les systèmes d'injection de carburant et les commandes d'avionique.L'actionneur piézoélectrique a également de nombreuses utilisations dans le domaine de la médecine où il est intégré à des micro-pompes pour des procédures telles que la dialyse et les distributeurs automatisés ou les distributeurs de gouttelettes.Les arènes de recherche dépendent également de l'actionneur piézoélectrique, comme où il s'agit d'une composante essentielle du microscope à force atomique (AFM) dans le domaine de la nanotechnologie.

D'autres domaines de recherche avancés qui utilisent l'actionneur piézoélectrique comprennent l'usinage de précision, les commandes d'astronomie pour les télescopes, la recherche en biotechnologie, ainsi que l'ingénierie des semi-conducteurs et la fabrication de circuits intégrés.Certains de ces champs nécessitent un actionneur piézoélectrique qui peut contrôler les plages de mouvement jusqu'à 2 microns (0,0001 pouces) dans une période de moins de 0,001 seconde.L'actionneur piézoélectrique est également un dispositif optimal pour de telles applications, car il a plusieurs caractéristiques uniques, y compris une consommation d'énergie très faible, il ne génère pas de champs magnétiques et peut fonctionner à des températures cryogéniques.Cependant, la plus grande caractéristique utile de l'appareil est probablement qu'il s'agit d'un appareil à semi-conducteurs qui ne nécessite aucun engrenage ni roulement, de sorte qu'il peut être utilisé à plusieurs reprises jusqu'à des milliards de fois sans montrer de preuve de dégradation des performances.