¿Qué es un actuador piezoeléctrico?
El actuador piezoeléctrico es una forma de sistema electromecánico de microcontrol. Se basa en el efecto piezoeléctrico con algunos cristales de tal manera que, cuando se aplica un campo eléctrico al cristal, crea estrés mecánico en su red estructural que puede traducirse en movimiento a una escala micrométrica o nanómetro. Los tipos de actuadores pueden variar desde sistemas industriales pesados que funcionan con fuerza neumática o hidráulica hasta pequeños actuadores piezoeléctricos, que tienen un rango de movimiento muy limitado pero precisamente controlado. Un actuador piezoeléctrico típico generará un movimiento longitudinal cuando se aplique fuerza eléctrica a la unidad de un eje u otro enlace mecánico con un rango de desplazamiento de alrededor de 4 a 17 micras (0.0002 a 0.0007 pulgadas). Este tipo de sistema de actuador a menudo se incorpora a un medidor de deformación también conocido como extensómetro, que se utiliza para medir niveles muy finos de contracción y expansión en materiales y superficies.
Hay tres tipos generales de diseños de actuadores piezoeléctricos o esquemas de movimiento que determinan la gama única de piezas del actuador piezoeléctrico que constituyen el movimiento mecánico del dispositivo. Estos son cilíndricos, bimorfos y unimorfos, o actuadores multicapa, y cada uno también tiene una designación de modo que depende del tipo de coeficiente piezoeléctrico para el estrés mecánico que se induce. Un actuador multicapa de 33 modos está diseñado para generar movimiento a lo largo del camino del campo eléctrico aplicado, mientras que un actuador cilíndrico de 31 modos exhibe movimiento perpendicular a la fuerza eléctrica. Un actuador de 15 modos utiliza la tensión de corte en el cristal para la fuerza diagonal, pero no son tan comunes como otros tipos de actuador piezoeléctrico, ya que la tensión de corte es una reacción de cristal más compleja que es difícil de controlar y para fabricar sistemas.
El propósito para el cual un acto piezoeléctricoSe utiliza Uator generalmente se basa en el hecho de que puede tener una respuesta mecánica a la fuerza eléctrica en un marco de tiempo de fracción de un segundo, así como no generar una interferencia electromagnética significativa en su funcionamiento. Esto incluye el uso común para los componentes en láseres sintonizables y varios sensores ópticos adaptativos, así como el control a nivel micro de las válvulas donde el caudal de combustible es crítico para la cantidad de empuje generado, como en los sistemas de inyección de combustible y los controles de aviónica. El actuador piezoeléctrico también tiene muchos usos en el campo de la medicina, donde está integrado en micro-bombas para procedimientos como diálisis y dispensadores de medicamentos automatizados o dispensadores de gotas. Los arenas de investigación también dependen del actuador piezoeléctrico, como cuando es un componente esencial del microscopio de fuerza atómica (AFM) en el campo de la nanotecnología.
Otros campos avanzados de investigación que utilizan el actuador piezoeléctrico incluyen mecanizado de precisión, controles de astronomía para TelescoPES, investigación de biotecnología, así como de ingeniería de semiconductores y fabricación de circuitos integrados. Algunos de estos campos requieren un actuador piezoeléctrico que puede controlar los rangos de movimiento hasta el nivel de 2 micras (0.0001 pulgadas) en un período de tiempo de menos de 0.001 segundos. El actuador piezoeléctrico es un dispositivo óptimo para tales aplicaciones también porque tiene varias características únicas que incluyen un consumo de energía muy bajo, no genera campos magnéticos y puede funcionar a temperaturas criogénicas. Probablemente, la característica más útil del dispositivo, sin embargo, es que es un dispositivo de estado sólido que no requiere engranajes ni rodamientos, por lo que puede operarse repetidamente hasta miles de millones de veces sin mostrar evidencia de degradación del rendimiento.