Главная » Просмотр файлов » Диссертация

Диссертация (1091101), страница 5

Файл №1091101 Диссертация (Разработка и исследование пьезопреобразователей для устройств прецизионного перемещения в оборудовании и приборах электронной техники) 5 страницаДиссертация (1091101) страница 52018-01-18СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

США к 2020 году.Сферы применений пьезоприводов в современной науке и технике весьмаразнообразны. Это приводы измерительных устройств, таких как туннельные иэлектронные микроскопы, интерферометры, волоконно-оптические и кольцевыелазерные гироскопы [12, 13]; приводы дозирующих систем в принтерах, в топливных системах автомобилей; а работающие в динамическом режиме – для возбуждения колебаний в вибрационных миниатюрных гироскопах и прецизионныхпьезодвигателях.В ходе аналитического обзора разработана оригинальная классификацияпьезопреобразователей.Классификация пьезоэлектрических преобразователей1.

По виду пьезоэффекта251.1. Прямой1.2. Обратный2. По режиму работы2.1. Статический (квазистатический)2.2. Динамический (резонансный)3. По областям применения3.1. Стабилизация частот и обработка сигналов3.2. Звук и ультразвук3.3. Актюаторы и двигатели3.4. Датчики3.5.

Системы зажигания3.6. Генераторы энергии4. По виду колебаний4.1. Продольные4.2. Поперечные (изгибные)4.3. Сдвиговые (крутильные)5. По форме исходных элементов5.1. Линейные (струны, стержни, балки)5.2. Планарные (дисковые, прямоугольные, сложной формы)5.3. Объемные (цилиндры, трубки, спирали, сотовые конструкции)6. По способу закрепления6.1. На одном краю6.2.

На двух краях6.3. По контуру6.4. По площади6.5. Центральное закрепление6.6. Закрепление в двух узловых точках7. По применяемым пьезоматериалам7.1. Натуральные и синтетические монокристаллы267.2. Сегнетомягкие пьезокерамики7.3. Сегнетожесткие пьезокерамики7.4. Пьезополимеры7.5. Пьезокомпозиты8. По варианту сборки в комплексные элементы8.1. Юниморфы8.2.

Биморфы8.3. Триморфы8.4. Мультиморфы8.5. Гелиморфы (спиральные пьезоэлементы)Пьезоэлектрические приводы и датчики широко используются в оборудовании, приборах и устройствах электронной техники. Известны примеры применения пьезоустройств в исследовательском и технологическом оборудовании дляфото- и рентгенолитографии, в сканирующей зондовой микроскопии, пьезокорректорах лазерных резонаторов и интерферометров Фабри-Перо, вакуумных клапанах и натекателях, пьезоэлектрических мембранных насосах, пьезоэлектрических инерциальных датчиках, пьезоэлектрических двигателях и других областях(таблица 1.2).Достоинствами пьезопреобразователей являются малые габариты и возможность интеграции в электронные схемы, низкое энергопотребление, отсутствие вращающихся частей. Кроме того, пьезоэлектрические устройства обладаютвысокой радиационной стойкостью, не являются источником электромагнитныхпомех и способны работать в вакууме, не привнося существенного загрязнения ввакуумную среду.

По параметрам энергосбережения, миниатюризации и адаптивности к компьютерным системам управления пьезопреобразователи занимают лидирующее положение, опережая магнитострикционные, электромагнитные и тепловые преобразовательные устройства. Рассмотрим некоторые виды пьезопреобразователей более подробно (см. таблицу 1.2).271.2.1 Пьезоприводы систем микроперемещенийПьезоприводы широко используются в фото-, рентгено- и электронолитографии для прецизионного совмещения шаблонов в оборудовании [14, 15, 16].В системах совмещения установки рентгеновской литографии с длинойволны излучения 0,5..5 нм [16] используются две подсистемы – грубого позиционирования по координатам X, Y и система высокоточного позиционирования (±0,02 мкм) на основе пьезоэлектрических двигателей 11 и упругих направляющих.На рисунке 1.6 представлена установка рентгенолитографии с неподвижным анодом.Для формирования структур с нанометровыми размерами используютсяустановки высокоинтенсивного рентгеновского излучения с синхротронным источником.

Схема установки рентгенолитографии с синхротронным источникомпоказана на рисунке 1.7.Перед экспонированием рентгеношаблон центрируется относительно потока синхротронного излучения, подводимого по каналу 7. В блоке мультипликации1 подложкодержатель 2 с подложкой 3 перемещается на воздушных направляющих с помощью шагового двигателя. На этапе точного совмещения каретка подложкодержателя фиксируется вакуумом.Микроперемещения подложкодержателя по ортогональным осям и поворотшаблонодержателя 4 с рентгеношаблоном 5 производятся пьезоприводами.

Блокавтоматического совмещения 6 во время проведения этой операции размещаетсяоколо рентгеношаблона.При загрузке очередная подложка из кассеты 8 попадает на позицию предварительной ориентации 9 и далее на подложкодержатель 2. Экспонированнаяподложка автоматически транспортируется в кассету 11. Очередной рентгеношаблон, подаваемый из кассеты 10, центрируется в подложкодержателе с точностью ± 40 мкм.28Таблица 1.2 – Основные параметры и области применения пьезопреобразователей, применяемых в оборудовании электронной техникиУстройстваПьезоприводы микроперемещенийОсновные характеристикиОсновныеформы пьезоэлементовОбласти примененияПроизводителиВеличина рабочего хода (мкм),нагрузочная способность (Н)Пьезостеки,биморфы,амплитудныеусилителиперемещений(Mooney,Cymbal)Позиционированиешаблонов в фото- ирентгенолитографии, микроинденторы, микропрессы,системы настройкилазеровPhysik Instrumente (PI),Cedrat, ОАО«НИИ Элпа»,ОАО"НИИФИ"Трубки, биморфы, триподыСканирующая зондовая микроскопия(атомно-силовая,туннельная и т.п.)Digital Instruments, VeecoInstruments,Physik Instrumente (PI),Quesant, НТМДТPhysik Instrumente (PI),ФГУП НИИ«Полюс», ОАО«НИИ Элпа»ПьезосканерыПлощадь полясканирования(мкм2)ПьезокорректорыДиапазон рабочихтемператур (С),допустимая величина перемещений(нм)Диски, мембраныОптические резонаторы интерферометров, системыуправления мощностью лазеров.ПьезонасосыПроизводительность (мкл/мин),энергопотребление (мВт)Диски, биморфы, многослойныепьезопластиныСистемы подачижидкостей и газов врабочую зону технологических процессов, биологические МЭМСMurata Manufacturing Co.,Bartels Mikrotechnik GmbH,Nitto KohkiCo., LtdПьезоклапаны инатекателиВеличина блокирующей силы (Н),натекание при закрытом клапане(торр·л/с)Биморфы,дискиРегуляторы, клапаны и натекатели вакуумных системPhysik Instrumente (PI),ООО «Прикладная физика», Lileya Ltd.Резонансная частота (Гц), рабочий диапазон (/с,м/с2) коэффициентпреобразования(мВ//с или мВ/g)Стержни,камертоны,пластины,мембраны,тонкостенные резонаторы, трубкиСистемы активногоподавления вибрации, робототехникаи микросхваты,электронная аппаратураMurata Manufacturing Co.,Fujitsu,NEC/Tokin,BEI SystronDonner, Sagem,ОАО «НИИЭлпа»Пьезорезонаторыинерциальных датчиков29Рисунок 1.6 – Установка рентгенолитографии с неподвижным анодом:1 – неподвижный анод; 2 – водоохлаждаемая вакуумная камера; 3 – кольцевойкатод; 4 – фокусирующий электрод; 5 – вакуумное окно; 6 – заслонка;7 – гелий-неоновый лазер; 8 – оптическая система; 9 – фотодатчики; 10 – стол длягрубого позиционирования по X,Y и системы точного позиционирования;11 – пьезоэлектрические двигатели; 12 – система управления перемещениемподложки; 13 – рабочая камера, заполненная гелием; 14 – датчик мягкого рентгеновского излучения; 15 – опорная рамка; 16 – основание рентгеношаблона изкремния; 17 – мембрана из материала с малым коэффициентом поглощения(Si, SiN); 18 – золотая пленка [16].30Рисунок 1.7 – Установка совмещения и экспонирования синхротроннымизлучением: 1 – блок мультипликации; 2 – подложкодержатель; 3 – подложка; 4 –шаблонодержатель; 5 – рентгеношаблон; 6 – блок автоматического совмещения;7 – канал синхротронного излучения; 8 – кассета исходных подложек; 9 – позицияпредварительной ориентации; 10 – кассета рентгеношаблонов;11 – кассета экспонированных подложек; 12 – калиброванные шарики;13 – фиксатор шаблонодержателя; 14 – пьезопривод; 15 – корпус;16 – пружины [16].31Выравнивание поверхностей подложки и рентгеношаблона выполняется спомощью калиброванных шариков 12, размещаемых между опорным кольцомрентгеношаблона и подложкой.

Предварительная ориентация подложки и рентгеношаблона обеспечивает контактирование шариков с нерабочими участками подложки (разделительными линиями). Пружины 16 осуществляют необходимыйразворот шаблонодержателя для его параллельной установки относительно очередной зоны подложки. В этом положении шаблонодержатель закрепляется фиксатором 13.Пьезостолбец 14 обеспечивает точный угловой разворот подложкодержателя относительно неподвижного корпуса 15. Аналогичные пьезоприводыосуществляют перемещение подложкодержателя по осям X и Y.Отечественное предприятие ОАО «НИИ «ЭЛПА» выпускает ряд пьезоустройств для фото–, рентгено– и электронолитографии [14]:– корректор пьезоэлектрический КП-1, предназначенный для прецизионного позиционирования шаблонов с точностью до единиц нанометров при максимальном изменении длины 5 мкм.

Корректор КП-1 обладает большим быстродействием, безинерционностью, малой потребляемой мощностью;– пьезокерамические актюаторы пакетного типа (величина перемещения1..100 мкм при чувствительности 0,002 .. 0,0045 мкм/В, предельное напряжение до600 В);– армированные актюаторы продольного типа (величина перемещения от±24 до ±40 мкм при рабочем напряжении ±300 В);– цилиндрические актюаторы армированного типа (перемещение от ±3 до±12 мкм при рабочем напряжении ±500 В).1.2.2. Пьезоклапаны и натекателиПьезоэлектрические клапаны и натекатели – устройства, предназначенныедля регулировки потоков жидкости или газов за счет использования явления обратного пьезоэффекта.32Пьезоэлектрические клапаны и натекатели применяются в вакуумных технологических системах для напуска газа, микрожидкостных, микроэлектромеханических системах [17, 18] и других сферах, например, в медицине [19].Преимущества пьезоэлектрических клапанов по сравнению с электромагнитными (соленоидами) заключаются в низком энергопотреблении (потреблениеэнергии только в момент коммутации, что до 95% снижает потребление по сравнению с соленоидом), плавности хода (перемещение пропорционально напряжению), высокой точности дозирования, низком тепловыделении и бесшумности,уменьшении размеров до 90%, малом времени срабатывания (менее двух миллисекунд), высокой удельной мощности, малых габаритах и массе, возможности интеграции на электронные платы [18].Кроме того, пьезоклапаны не имеют дополнительных кинематических связей, сервоприводов и, как правило, не нуждаются во внешней настройке.Недостатки пьезоклапанов: необходимость использования высоковольтныхисточников (до 300 В), достаточно узкий диапазон давлений (до 14 бар) и скоростей потока (от 0 до 30 л/мин), относительно высокая цена.Пьезоклапаны по конструктивному устройству разделяются на нормальнозакрытые и нормально открытые, а по виду активного пьезоэлемента – на клапаны из пьезостеков (столбцов) [20] и на основе изгибных пьезоэлементов – консольных прямоугольных [18, 21], кольцевых [22, 23] или мембранных [24].

Изгибные актюаторы в основном используются для пневматических клапанов, поскольку обладают большими перемещениями, а стековые – для гидравлических ивакуумных, поскольку обладают большими блокирующими усилиями [25].Примером серийного пьезоклапана на основе консольного изгибного пьезоэлемента является клапан VEMR фирмы Festo [26], который предназначен для регулирования потока воздуха, кислорода, инертных газов (рисунок 1.8). Пьезоклапан приводится в движение юниморфным пьезоэлементом, в котором активныйслой пьезокерамики закреплен на подложке из углепластика.33Рисунок 1.8 – Пьезоклапан VEMR (Festo)Клапан представляет собой двухходовый клапан (2/2 way-valve) с однимвходным и одним выходным отверстием, закрытый в исходном состоянии.

Характеристики

Список файлов диссертации

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6384
Авторов
на СтудИзбе
308
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее