Vad är ett piezoelektriskt ställdon?

Piezoelectric Actuator är en form av mikrokontrollelektro-mekaniskt system. Det förlitar sig på den piezoelektriska effekten med vissa kristaller så att när ett elektriskt fält appliceras på kristallen skapar den mekanisk stress i sitt strukturella gitter som kan översättas till rörelse i en mikrometer eller nanometerskala. Typer av ställdon kan variera från tunga industrisystem som drivs av pneumatisk eller hydraulisk kraft ner till små piezoelektriska ställdon, som har ett mycket begränsat men exakt kontrollerat rörelseområde. Ett typiskt piezoelektriskt ställdon genererar longitudinell rörelse när elektrisk kraft appliceras på enheten för en axel eller annan mekanisk koppling med ett förskjutningsområde på cirka 4 till 17 mikron (0,0002 till 0,0007 tum). Denna typ av ställdonssystem införlivas ofta i en töjningsmätare, även känd som en extensometer, som används för att mäta mycket fina nivåer av sammandragning och expansion i material och ytor.

Det finns tre allmänna typer av piezoelektriska ställdonskonstruktioner eller rörelsescheman som bestämmer det unika utbudet av piezoelektriska ställdondelar som utgör enhetens mekaniska rörelse. Dessa är cylindriska, bimorf och unimorph, eller flerskiktsaktuatorer, och var och en har också en lägesbeteckning som är beroende av typen av piezoelektrisk koefficient för mekanisk stress som induceras. En flerskikts 33-lägen ställdon är utformad för att generera rörelse längs vägen för det applicerade elektriska fältet, medan en cylindrisk 31-läge ställdon uppvisar rörelse vinkelrätt mot den elektriska kraften. En 15-lägesmanöverdon använder skjuvningsstam i kristallen för diagonal kraft, men de är inte lika vanliga som andra typer av piezoelektriskt ställdon, eftersom skjuvstam är en mer komplex kristallreaktion som är svår att kontrollera och för att tillverka system.

Syftet för vilket en piezoelektrisk handlingUator används är vanligtvis baserat på det faktum som kan ha ett mekaniskt svar på elektrisk kraft i en fraktion-av-en-sekund tidsram, såväl som inte genererar betydande elektromagnetisk störning i dess drift. Detta inkluderar vanligt användning för komponenterna i inställbara lasrar och olika adaptiva optiksensorer, såväl som mikronivåstyrning av ventiler där flödeshastigheten för bränsle är avgörande för mängden som genereras, såsom i bränsleinsprutningssystem och avionikstyrningar. Piezoelectric Actuator har också många användningsområden inom området för medicin där den är inbyggd i mikropumpar för procedurer som dialys och automatiserade läkemedelsdispensrar eller droppdispensrar. Forskningsarenor beror också på det piezoelektriska ställdonet, till exempel där det är en väsentlig komponent i atomkraftmikroskopet (AFM) inom nanoteknologi.

Andra avancerade forskningsområden som använder det piezoelektriska ställdonet inkluderar precisionsbearbetning, astronomikontroller för TelescoPES, bioteknikforskning samt halvledarteknik och integrerad kretstillverkning. Vissa av dessa fält kräver ett piezoelektriskt ställdon som kan kontrollera rörelsen varierar ner till nivån på 2 mikron (0,0001 tum) under en tidsperiod på mindre än 0,001 sekunder. Piezoelectric Actuator är en optimal enhet för sådana applikationer också eftersom den har flera unika egenskaper inklusive mycket låg effektförbrukning, den genererar inga magnetfält och den kan fungera vid kryogena temperaturer. Förmodligen är den största användbara funktionen i enheten emellertid att det är en fast tillståndsanordning som inte kräver några växlar eller lager, så att den upprepade gånger kan drivas upp till miljarder gånger utan att visa bevis på prestandaförstöring.