CHƯƠNG 4: CÁC BÀI BÁO NGHIÊN CỨU
4.2. Thiết kế, chế tạo
4.2.1. Bộ kích hoạt điện áp ngăn xếp
Bộ kích hoạt áp điện ngăn xếp đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ hệ thống phun nhiên liệu (MacLachlan và cộng sự, 2004) để loại bỏ rung động trong đĩa ổ đĩa (Ma và Ang, 2000). Ngoài kích thước nhỏ gọn, chúng có khả năng dịch chuyển độ phân giải nanomet, có độ cứng cao, cung cấp băng thông hoạt động tuyệt vời và lực đầu ra cao (Devasia et al., 2007). Bộ kích hoạt áp điện ngăn xếp được lắp ráp bằng cách sử dụng nhiều lớp vật liệu áp điện được đặt nối tiếp và song song có dây như thể hiện trong Hình 1. Tín hiệu điện áp đặt vào, V, xác định xem bộ kích hoạt giãn nở hay co lại.
Hình 7. Thiết kế bộ kích hoạt áp điện ngăn xếp.
4.2.2. Bộ kích hoạt áp điện Bimorph
Thiết bị bimorph là một cấu hình phổ biến để thực hiện các chuyển vị uốn tương đối lớn với tải trọng thấp. Bimorph hình chữ nhật có thể được lắp dưới dạng công xôn hoặc dầm đơn giản. Bimorphs có thể được cấu hình dưới dạng chuỗi hoặc song song tùy thuộc vào hướng phân cực và trường hoạt động.
Hình 8. Thiết kế máy uốn cong birmorph áp điện điển hình
4.2.3. Bridge-Structured Actuators (Bộ truyền động có cấu trúc cầu)
Hình 9. Cấu tạo của cơ cấu chấp hành kết cấu cầu
Bộ truyền động moonie lần đầu tiên được đưa ra bởi Onitsuka và cộng sự vào năm 1995, và cấu trúc của nó bao gồm một tấm PZT và hai nắp kim loại. Các cơ cấu truyền động đơn và xếp chồng đôi cũng đã được nghiên cứu. Các dịch chuyển 22 và 40 àm được quan sỏt trong điện trường 1 kV mm 1. Cỏc bộ truyền động thậm chí có thể duy trì 2/3 lượng dịch chuyển dưới khối lượng tải 300 g. Gần đây, Fujimura và cộng sự đã sử dụng một bộ truyền động moonie để điều khiển một máy chiếu laze có cấu trúc như trong hình trên. Thu được một độ dịch chuyển cực đại cao tới 239,5 àm ở tần số cộng hưởng. Hơn nữa, một số thiết bị truyền động có cấu trúc sửa đổi đã được đề xuất, ví dụ, thiết bị truyền động Cymbal, thiết bị truyền động Drum. So với các giá trị dịch chuyển của cấu trúc moonie và cấu trúc moonie có rãnh, những cấu trúc này có thể tăng cường độ dịch chuyển đầu ra.
4.2.4. Flexure Hinge Actuators (Bộ truyền động bản lề mềm)
Một loại thiết bị truyền động khác có cấu trúc bản lề uốn được phát triển để tăng độ dịch chuyển cần thiết. Thông thường, các bộ truyền động này có thể được phân loại thành (i) loại đòn bẩy và (ii) loại uốn cong cấu trúc như trong Hình 4A, 4B. Trong các ứng dụng thực tế, hai cơ cấu làm việc này thường được kết hợp để có được hiệu suất truyền động cần thiết.
Một cấu trúc song song uốn cong 3-DOF và mẫu nguyên mẫu được thể hiện trong hình 4C, 4D. Sự dịch chuyển đầu ra trong mỗi cấu trúc uốn được dẫn động với các ngăn xếp áp điện được khuếch đại bằng một đòn bẩy. Cả độ phân giải cao trong phạm vi nanomet và khoảng cỏch di chuyển lớn gần 100 àm đều được quan sỏt thấy.
Trong hình, hai ngăn xếp PZT được sử dụng để điều khiển chuyển động của dầm kẹp đôi thông qua cấu trúc uốn theo cơ chế hình bình hành và đầu ra dịch chuyển từ bộ hiệu ứng cuối. Kết quả thử nghiệm cho thấy giai đoạn này có khả năng tạo ra ≈15 àm theo hướng x và y với độ phõn giải ≈1 nm trong một hệ thống vòng kín.
Một cơ cấu chấp hành kẹp dây áp điện có cấu trúc như Hình 5B và các cơ cấu khuếch đại được trình bày trong hình 5C. Đầu tiên các ngăn xếp áp điện được khuếch đại với cấu trúc cầu homothetic (đồng cảm) và sau đó là cấu trúc hình bình hành ở hai bên. Với thiết kế phù hợp, tần số cộng hưởng làm việc là 895 Hz với tỷ lệ khuếch đại là 20,96, do đó, kẹp có khả năng phản hồi nhanh và độ phân giải cao.
Khi đặt điện áp bước lên các ngăn áp điện, độ phân giải tối thiểu của các hàm kẹp là ≈0,2 àm.