Co to jest siłownik piezoelektryczny?

Siłownik piezoelektryczny jest formą mikrokontrolu elektro-mechanicznego układu.Opiera się na efekcie piezoelektrycznym z niektórymi kryształami, tak że gdy pole elektryczne jest przyłożone do kryształu, powoduje naprężenie mechaniczne w swojej sieci strukturalnej, którą można przetłumaczyć na ruch w skali mikrometru lub nanometru.Rodzaje siłowników mogą obejmować ciężkie systemy przemysłowe napędzane siłą pneumatyczną lub hydrauliczną, aż po małe siłowniki piezoelektryczne, które mają bardzo ograniczony, ale precyzyjnie kontrolowany zakres ruchu.Typowy siłownik piezoelektryczny wygeneruje ruch wzdłużny, gdy siła elektryczna zostanie przyłożona do jednostki wału lub innego połączenia mechanicznego z zakresem przemieszczenia około 4 do 17 mikronów (0,0002 do 0,0007 cali).Ten typ systemu siłownika jest często włączany do wskaźnika odkształcenia znanego również jako ekstensometr, który służy do pomiaru bardzo drobnych poziomów skurczu i ekspansji materiałów i powierzchni.

Istnieją trzy ogólne rodzaje projektów siłowników piezoelektrycznych lub schematy ruchu, które określają unikalny zakres części siłowników piezoelektrycznych, które składają się na mechaniczny ruch urządzenia.Są to cylindryczne, bimorph i unimorph lub multilayerowe siłowniki, a każde ma również oznaczenie trybu zależne od rodzaju współczynnika piezoelektrycznego dla indukowanego naprężenia mechanicznego.Wielowarstwowy 33-trybowy siłownik jest zaprojektowany do generowania ruchu wzdłuż ścieżki zastosowanego pola elektrycznego, podczas gdy cylindryczny 31-trybowy siłownik wykazuje ruch prostopadły do siły elektrycznej.15-trybowy siłownik wykorzystuje odkształcenie ścinające w krysztale dla siły przekątnej, ale nie są one tak powszechne jak inne rodzaje siłownika piezoelektrycznego, ponieważ odkształcenie ścinające jest bardziej złożoną reakcją kryształu, która jest trudna do kontrolowania i dla której do produkcji systemów.

Cel, dla którego stosuje się siłownik piezoelektryczny, jest zwykle oparty na fakcie, że może mieć mechaniczną odpowiedź na siłę elektryczną w ramach czasowych frakcji, a także nie generuje znaczącej interferencji elektromagnetycznej w jej działaniu.Obejmuje to powszechne zastosowanie komponentów w przestrajalnych laserach i różnych adaptacyjnych czujnikach optycznych, a także do kontroli zaworów na poziomie mikro, w których szybkość przepływu paliwa ma kluczowe znaczenie dla ilości wytwarzanego ciągu, na przykład w systemach wtrysku paliwa i kontroli awioniki.Siłownik piezoelektryczny ma również wiele zastosowań w dziedzinie medycyny, w której jest wbudowany w mikro-pompy do procedur takich jak dializa i automatyczne dozowniki leków lub dozowniki kropel.Areny badawcze zależą również od siłownika piezoelektrycznego, na przykład w miejscu, w którym jest to istotny składnik mikroskopu siły atomowej (AFM) w dziedzinie nanotechnologii.Inne zaawansowane dziedziny badań, które wykorzystują siłownik piezoelektryczny, obejmują precyzyjne obróbki, kontrole astronomii teleskopów, badania biotechnologiczne, a także inżynieria półprzewodników i produkcję zintegrowanych obwodów.Niektóre z tych dziedzin wymagają siłownika piezoelektrycznego, który może kontrolować krążenia ruchu do poziomu 2 mikronów (0,0001 cala) w okresie mniejszym niż 0,001 sekundy.Siłownik piezoelektryczny jest również optymalnym urządzeniem dla takich aplikacji, ponieważ ma kilka unikalnych cech, w tym bardzo niskie zużycie energii, nie generuje żadnych pól magnetycznych i może działać w temperaturach kriogenicznych.Prawdopodobnie największą przydatną cechą urządzenia jest jednak to, że jest to urządzenie z półprzewodnikowego, które nie wymaga żadnych przekładni ani łożyska, aby można je było wielokrotnie obsługiwać do miliardów razy bez wykazania dowodów na degradację wydajności.