POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Inżynierii Produkcji Laboratorium z Podstaw MEMS	Artur Nowocień Ewa Nadolna Jacek Nowak Piotr Nadera
	Kierunek: Automatyka i Robotyka Rok akademicki 2014/2015
	Grupa dziekańska: ID-A0-62
Data wykonania ćwiczenia: 21.05.2015 r.	Godzina laboratorium: 12:15-14:00
Temat ćwiczenia: Aktuator termiczny.

SPRAWOZDANIE

1. Wstęp i przebieg ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zamodelowanie aktuatora termicznego oraz poznanie jego właściwości
i maksymalnych odkształceń.

Aktuator termiczny to mikromechaniczne urządzenie, które generuje ruch w wyniku zjawiska rozszerzalności cieplnej materiału z jakiego zostało wykonane. Zwiększenie temperatury elementu powoduje jego odkształcenie, a w ostatecznym wyniku także przemieszczenie. Aktuatory tego typu wykonywane są zwykle z domieszkowanych kryształów kwarcu lub metali o odpowiedniej rozszerzalności termicznej.

W trakcie ćwiczenia zamodelowaliśmy aktuator wykonany z aluminium (współczynnik rozszerzalności cieplnej równy 23.2e-6) i stali (współczynnik rozszerzalności równy 12.3e-6), zamocowany w czterech miejscach (końcach jego ramion) do podłoża. Następnie wyznaczyliśmy maksymalny promień ugięcia aktuatora pod wpływem przyłożonej temperatury, oraz wykres pokazujący zależność odkształcenia od temperatury. Poniżej widzimy zamodelowany aktuator odkształcony pod wpływem temperatury:

1. Obliczanie maksymalnego promienia zwierciadła:

Po wykonaniu przez komputer obliczeń modelu otrzymaliśmy wykres przedstawiający ugięcie zwierciadła w zależności od temperatury. Największe odkształcenie zostało zaznaczone czerwoną ramką tak, aby ułatwić odczytanie wartości odkształcenia z osi Y. Odczytana wielkość to około 0, 13 * 10⁻⁴m. Natomiast cięciwa, którą odczytamy z osi X jest równa 10 * 10⁻⁴m. Pozostaje wyznaczyć maksymalny promień zwierciadła dla takiego odkształcenia.

Wzór potrzebny do obliczenia promienia otrzymamy korzystając z twierdzenia Pitagorasa. Poniżej wyprowadzenie:

|OS| = R − |OC|

|OS|² + |OB|² = R²

R² − 2 * R * |OC| + |OC|² + |OB|² = R²

2 * R * |OC| = |OC|² + |OB|²

$$R = \frac{{|OC|}^{2} + {|OB|}^{2}}{2*\left| \text{OC} \right|}$$

W naszym przypadku: |OC| = 0, 13 * 10⁻⁴m oraz |OB| = 5 * 10⁻⁴m

Zatem promień wynosi: $R = \frac{\left( {0,13}^{2} + 5^{2} \right)*10^{- 8}}{2*0,13*10^{- 4}} = 96,22*10^{- 4}m\ \sim\ 10mm$

1. Wnioski

Aktuatory termiczne znajdują szerokie zastosowanie w systemach MOEMS, między innymi do regulacji położenia mikroluster. Są to mikroskopijnie małe lustra wykonane w technologii MEMS, sprzężone
z aktuatorem. Mikrolustra stosowane są w wielu dziedzinach życia, począwszy od budowy urządzeń
z którymi mamy styczność na co dzień do budowy precyzyjnych i drogich elementów stosowanych profesjonalnie, np. w medycynie. Znajdują one zastosowanie przy budowie projektorów DLP (Digital Light Processing) do odbijania światła projekcyjnego, w transmisji światłowodowej m.in. w sprzęgaczach optycznych jak również stosowane są szeroko w aparaturze medycznej takiej jak mikroendoskopy. Poniżej przedstawione jest zwierciadło stosowane w endoskopie do trójwymiarowego badania in-vivo. Całkowity wymiar chipu ze zwierciadłem i aktuatorem to 2x2mm.