Bộ truyền động áp điện là gì?

Bộ truyền động áp điện là một dạng của hệ thống cơ điện kiểm soát vi mô.Nó dựa vào hiệu ứng áp điện với một số tinh thể sao cho điện trường được áp dụng cho tinh thể, nó tạo ra ứng suất cơ học trong mạng cấu trúc của nó có thể được chuyển thành chuyển động ở thang đo micromet hoặc nanomet.Các loại bộ truyền động có thể bao gồm từ các hệ thống công nghiệp nặng được cung cấp bởi lực lượng khí nén hoặc thủy lực xuống các bộ truyền động áp điện nhỏ, có phạm vi chuyển động rất hạn chế nhưng được kiểm soát chính xác.Một bộ truyền động áp điện điển hình sẽ tạo ra chuyển động theo chiều dọc khi lực điện được áp dụng cho đơn vị của trục hoặc liên kết cơ học khác với phạm vi dịch chuyển khoảng 4 đến 17 micron (0,0002 đến 0,0007 inch).Kiểu hệ thống truyền động này thường được tích hợp vào một thước đo biến dạng còn được gọi là máy đo độ nén, được sử dụng để đo mức độ co và mở rộng rất mịn trong vật liệu và bề mặt.Có ba loại thiết kế bộ truyền động áp điện chung hoặc các sơ đồ chuyển động xác định phạm vi duy nhất của các bộ phận truyền động áp điện tạo nên sự chuyển động cơ học của thiết bị.Đây là các bộ truyền động hình trụ, lưỡng âm và unimorph, hoặc nhiều lớp, và mỗi bộ có một chỉ định chế độ phụ thuộc vào loại hệ số áp điện cho ứng suất cơ học gây ra.Một bộ truyền động 33 chế độ đa lớp được thiết kế để tạo ra chuyển động dọc theo đường dẫn của điện trường ứng dụng, trong khi bộ truyền động 31 chế độ hình trụ thể hiện chuyển động vuông góc với lực điện.Một bộ truyền động 15 chế độ sử dụng biến dạng cắt trong tinh thể cho lực chéo, nhưng chúng không phổ biến như các loại bộ truyền động áp điện khác, vì biến dạng cắt là một phản ứng tinh thể phức tạp hơn khó kiểm soát và trong đó để sản xuất hệ thống.Mục đích sử dụng bộ truyền động áp điện thường dựa trên thực tế là có thể có phản ứng cơ học với lực điện trong khung thời gian một phần thứ hai, cũng như không tạo ra sự can thiệp điện từ đáng kể trong hoạt động của nó.Điều này bao gồm việc sử dụng phổ biến cho các thành phần trong laser có thể điều chỉnh và các cảm biến quang học thích ứng khác nhau, cũng như kiểm soát các van ở cấp độ vi mô trong đó tốc độ dòng nhiên liệu rất quan trọng đối với lượng lực đẩy được tạo ra, chẳng hạn như trong hệ thống phun nhiên liệu và điều khiển hàng không.Bộ truyền động áp điện cũng có nhiều cách sử dụng trong lĩnh vực y học, nơi nó được tích hợp vào các máy bơm vi mô cho các thủ tục như lọc máu và phân phối thuốc tự động hoặc máy phân phối giọt.Các đấu trường nghiên cứu cũng phụ thuộc vào bộ truyền động áp điện, chẳng hạn như nơi nó là một thành phần thiết yếu của kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) trong lĩnh vực công nghệ nano.Các lĩnh vực nghiên cứu tiên tiến khác sử dụng bộ truyền động áp điện bao gồm gia công chính xác, điều khiển thiên văn học cho kính viễn vọng, nghiên cứu công nghệ sinh học, cũng như kỹ thuật bán dẫn và sản xuất mạch tích hợp.Một số trong các trường này yêu cầu bộ truyền động áp điện có thể kiểm soát chuyển động dao động xuống mức 2 micron (0,0001 inch) trong khoảng thời gian dưới 0,001 giây.Bộ truyền động áp điện là một thiết bị tối ưu cho các ứng dụng như vậy bởi vì nó có một số đặc điểm độc đáo bao gồm mức tiêu thụ năng lượng rất thấp, nó không tạo ra từ trường và nó có thể hoạt động ở nhiệt độ đông lạnh.Tuy nhiên, có lẽ tính năng hữu ích lớn nhất của thiết bị là nó là một thiết bị trạng thái rắn không yêu cầu bánh răng hoặc vòng bi, do đó nó có thể được vận hành nhiều lần lên tới hàng tỷ lần mà không cho thấy bằng chứng về sự suy giảm hiệu suất.