النظم الخطية لتحديد المواقع النانوية

النظم الخطية لتحديد المواقع النانوية

مشغلات بيزو ، مشغلات ملف الصوت ، مراحل المحرك الخطي.

عندما نتحدث عن الحركة الخطية ، نناقش عادةً التطبيقات التي تكون فيها مسافة السفر على الأقل بضع مئات من المليمترات ، والموضع المطلوب في نطاق بضعة أعشار من المليمتر. وبالنسبة لهذه المتطلبات ، فإن الأدلة ومحركات الأقراص ذات المحامل الدوارة مناسبة تمامًا. مثال على ذلك: الانحراف الرئيسي لمسمار الكرة 5 من الفئة المشتركة هو 26 ميكرون لكل 300 مم من السفر. ولكن عندما يطلب التطبيق تحديد الموقع في نطاق النانومتر - واحد في المليار من المتر - يجب على المهندسين أن ينظروا إلى أبعد من عناصر التدوير الميكانيكي وإعادة التدوير من أجل تحقيق الدقة المطلوبة.

الحلول الثلاثة الأكثر شيوعًا للحركة الخطية لتحديد المواقع النانوية هي مشغلات البيزو ومشغلات الملف الصوتي والمراحل الحركية الخطية. آلية القيادة في كل حل من هذه الحلول خالية تمامًا من عناصر الانزلاق أو الانزلاق الميكانيكي ، ويمكن إقرانها بمحامل هوائية لضمان دقة عالية في تحديد الموقع والدقة.

مشغلات بيزو

تستفيد مشغلات بيزو (يشار إليها أيضًا بمحركات بيزو) من التأثير الكهروإجهادي العكسي لإنتاج الحركة والقوة. هناك العديد من الأنماط لمحركات بيزو ، ولكن هناك نوعان شائعان لتحديد المواقع النانوية هما السائر الخطي والموجات فوق الصوتية الخطية. تستخدم محركات بيزو الخطية السائر عدة عناصر بيزو مثبتة في صف تعمل كأزواج من "الأرجل". عندما يتم تطبيق شحنة كهربائية ، يمسك زوج واحد من الأرجل قضيبًا طوليًا عن طريق الاحتكاك ويحركه إلى الأمام مع تمدد الساقين والانحناء. عندما يتحرر هذا الزوج من الأرجل ، يتولى الزوج التالي المسؤولية. من خلال تشغيلها بترددات عالية للغاية ، تنتج محركات بيزو السائر الخطية حركة خطية مستمرة بضربات تصل إلى 150 مم وبدقة على مستوى الميكرومتر.

تعتمد محركات بيزو بالموجات فوق الصوتية الخطية على لوحة كهرضغطية. عندما يتم تطبيق شحنة كهربائية على اللوحة ، تصبح متحمسة عند تردد الرنين ، مما يتسبب في اهتزازها. تنتج هذه التذبذبات موجات فوق صوتية في اللوحة. يتم توصيل أداة توصيل (أو دافع) باللوحة ويتم تحميلها مسبقًا على قضيب طولي (يسمى أيضًا عداء). تتسبب الموجات فوق الصوتية في تمدد اللوحة وانكماشها بشكل بيضاوي ، مما يتيح للاقتران دفع القضيب إلى الأمام وإنتاج حركة خطية. يمكن لمحركات بيزو بالموجات فوق الصوتية الخطية تحقيق دقة من 50 إلى 80 نانومتر ، مع الحد الأقصى من السفر المماثل لمحركات السائر الخطية ، عند 100 إلى 150 مم.

مشغلات ملف الصوت

حل آخر لتطبيقات تحديد المواقع النانوية هو مشغلات الملف الصوتي. على غرار المحركات الخطية ، تستخدم مشغلات الملف الصوتي مجال مغناطيسًا دائمًا وملفًا للملف. عندما يتم تطبيق التيار على الملف ، يتم إنشاء قوة (تعرف باسم قوة لورنتز). يتم تحديد حجم القوة من خلال منتج التيار والتدفق المغناطيسي.

تؤدي هذه القوة إلى تحريك الجزء المتحرك (الذي يمكن أن يكون إما مغناطيسًا أو ملفًا) للسفر ، مع التوجيه المقدم من خلال محامل الهواء أو الشرائح الدوارة المتقاطعة. يمكن لمشغلات الملف الصوتي تحقيق دقة تصل إلى 10 نانومتر ، مع حدود تصل عادة إلى 30 ملم ، على الرغم من أن بعضها متوفر بضربات تصل إلى 100 ملم.

مراحل المحرك الخطي

عندما تكون دقة النانومتر مطلوبة على الضربات الطويلة ، فإن المراحل الحركية الخطية بمحامل الهواء هي الخيار الأفضل. في حين أن مشغلات البيزو والملف الصوتي لديها قدرات سفر محدودة ، يمكن تصميم المحركات الخطية للسفر حتى عدة أمتار. استخدام محامل الهواء كنظام توجيه يجعل المرحلة الحركية الخطية غير متصلة تمامًا ، مع عدم وجود عناصر نقل ميكانيكية أو احتكاك للتأثير على الحركة ودقة تحديد المواقع. في الواقع ، يمكن أن تحقق المراحل الحركية الخطية مع محامل الهواء دقة نانومتر واحد.

الجانب السلبي للمراحل الحركية الخطية لتطبيقات تحديد المواقع النانوية هو أثرها ، وهو أكبر بكثير من تلك الخاصة بمحركات ملف بيزو أو ملف صوتي. في حين أنه قد يكون من الصعب الاندماج في الأجهزة الصغيرة ، إلا أنها مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب ضربة طويلة نسبيًا ودقة عالية ، مثل التصوير الطبي.


وقت النشر: 15-2020 يونيو