Пьезоэлектрический привод представляет собой разновидность электромеханической системы с микроуправлением. Он основан на пьезоэлектрическом эффекте с некоторыми кристаллами. кристалл, он создает механическое напряжение в его структурной решетке, которое может быть переведено в движение в микрометровом или нанометровом масштабе. Типы приводов могут варьироваться от тяжелых промышленных систем, приводимых в действие пневматическим или гидравлическим усилием, до небольших пьезоэлектрических приводов, которые имеют очень ограниченный, но точно контролируемый диапазон движения. Типичный пьезоэлектрический привод создает продольное движение, когда электрическая сила прикладывается к узлу вала или другому механическому соединению с диапазоном смещения от 4 до 17 микрон (от 0,0002 до 0,0007 дюйма). Этот тип приводной системы часто встраивается в тензодатчик, также известный как экстензометр, который используется для измерения очень тонких уровней сжатия и расширения материалов и поверхностей.
Существует три основных типа конструкции пьезоэлектрического привода или схемы движения, которые определяют уникальный набор частей пьезоэлектрического привода, составляющих механическое движение устройства. Это цилиндрические, биморфные и униморфные или многослойные приводы, и каждый из них также имеет обозначение режима, которое зависит от типа пьезоэлектрического коэффициента для индуцируемого механического напряжения. Многослойный 33-режимный привод предназначен для создания движения по пути приложенного электрического поля, тогда как цилиндрический 31-режимный привод демонстрирует движение, перпендикулярное электрической силе. 15-режимный актуатор использует деформацию сдвига в кристалле для диагональной силы, но они не так распространены, как другие типы пьезоэлектрических актуаторов, поскольку деформация сдвига представляет собой более сложную реакцию кристалла, которую трудно контролировать и для которой изготавливать системы.
Цель, для которой используется пьезоэлектрический привод, обычно основана на том факте, что он может иметь механический отклик на электрическую силу за доли секунды, а также не создавать значительных электромагнитных помех в своей работе. Это включает в себя обычное использование компонентов в перестраиваемых лазерах и различных датчиках адаптивной оптики, а также управление клапанами на микроуровне, где расход топлива имеет решающее значение для величины генерируемой тяги, например, в системах впрыска топлива и средствах управления авионикой. Пьезоэлектрический привод также имеет множество применений в области медицины, где он встроен в микронасосы для таких процедур, как диализ и автоматические дозаторы лекарств или капельные дозаторы. Область исследований также зависит от пьезоэлектрического привода, например, там, где он является важным компонентом атомно-силового микроскопа (АСМ) в области нанотехнологии.
Другие передовые области исследований, в которых используется пьезоэлектрический привод, включают прецизионную механическую обработку, астрономическое управление телескопами, биотехнологические исследования, а также полупроводники. инженерное дело и производство интегральных схем. Для некоторых из этих полей требуется пьезоэлектрический привод, который может управлять диапазоном движения до уровня 2 микрон (0,0001 дюйма) за период времени менее 0,001 секунды. Пьезоэлектрический актуатор также является оптимальным устройством для таких приложений, поскольку он обладает рядом уникальных характеристик, включая очень низкое энергопотребление, отсутствие генерации магнитных полей и возможность работы при криогенных температурах. Однако, вероятно, наиболее полезной особенностью устройства является то, что это твердотельное устройство, для которого не требуются шестерни или подшипники, так что его можно многократно использовать до миллиардов раз без каких-либо признаков снижения производительности.
