O que é um atuador piezoelétrico?

O atuador piezoelétrico é uma forma de sistema eletromecânico de micro-controle. Ele depende do efeito piezoelétrico com alguns cristais de modo que, quando um campo elétrico é aplicado ao cristal, cria estresse mecânico em sua rede estrutural que pode ser traduzida em movimento em uma escala de micrômetro ou nanômetro. Os tipos de atuadores podem variar de sistemas industriais pesados ​​que são alimentados por força pneumática ou hidráulica a pequenos atuadores piezoelétricos, que têm uma gama de movimento muito limitada, mas com precisão. Um atuador piezoelétrico típico gerará movimento longitudinal quando a força elétrica for aplicada à unidade de um eixo ou outra ligação mecânica com uma faixa de deslocamento de cerca de 4 a 17 mícrons (0,0002 a 0,0007 polegadas). Esse tipo de sistema atuador é frequentemente incorporado a um medidor de deformação, também conhecido como extensômetro, usado para medir níveis muito finos de contração e expansão em materiais e superfícies.

Existem três tipos gerais de projetos de atuadores piezoelétricos ou esquemas de movimento que determinam a faixa única de peças do atuador piezoelétrico que compõem o movimento mecânico do dispositivo. Estes são atuadores cilíndricos, bimorfos e unimorfos ou multicamadas, e cada um também possui uma designação de modo que depende do tipo de coeficiente piezoelétrico para tensão mecânica induzida. Um atuador de 33 modos multicamadas foi projetado para gerar movimento ao longo do caminho do campo elétrico aplicado, enquanto um atuador cilíndrico de 31 modos exibe movimento perpendicular à força elétrica. Um atuador de 15 modos utiliza tensão de cisalhamento no cristal para força diagonal, mas não é tão comum quanto outros tipos de atuador piezoelétrico, pois a tensão de cisalhamento é uma reação cristalina mais complexa que é difícil de controlar e para a qual fabricar sistemas.

o objetivo para o qual um ato piezoelétricoO uator é usado geralmente baseia-se no fato de que pode ter uma resposta mecânica à força elétrica em um período de fração de segundo, além de não gerar interferência eletromagnética significativa em sua operação. Isso inclui uso comum para os componentes em lasers ajustáveis ​​e vários sensores de óptica adaptativa, bem como controle de válvulas em nível micro das válvulas onde a taxa de fluxo de combustível é crítica para a quantidade de impulso gerada, como nos sistemas de injeção de combustível e controles aviônicos. O atuador piezoelétrico também possui muitos usos no campo da medicina, onde é incorporado em micro-bombas para procedimentos como diálise e dispensadores de medicamentos automatizados ou dispensadores de gotículas. As arenas de pesquisa também dependem do atuador piezoelétrico, como onde é um componente essencial do microscópio de força atômica (AFM) no campo da nanotecnologia.

Outros campos avançados de pesquisa que utilizam o atuador piezoelétrico incluem usinagem de precisão, controles de astronomia da TelescoPEs, pesquisa de biotecnologia, bem como engenharia de semicondutores e fabricação de circuitos integrados. Alguns desses campos requerem um atuador piezoelétrico que pode controlar o movimento varia até o nível de 2 mícrons (0,0001 polegadas) em um período de tempo inferior a 0,001 segundos. O atuador piezoelétrico também é um dispositivo ideal para tais aplicações, porque possui várias características únicas, incluindo consumo de energia muito baixo, não gera campos magnéticos e pode operar em temperaturas criogênicas. Provavelmente, a maior característica útil do dispositivo, no entanto, é que ele é um dispositivo de estado sólido que não requer engrenagens ou rolamentos, para que possa ser operado repetidamente até bilhões de vezes sem mostrar evidências de degradação do desempenho.