3 Актюаторы ивпкм
Принципиальное отличие самодиагностирующихся ИВПКМ, в состав которых входят различные микросенсоры и системы передачи и анализа информации (волоконно-оптические, микропроцессорные), от адаптирующихся ИВПКМ (активные конструкции) заключается в том, что адаптирование осуществляется при помощи конформных исполнительных элементов, актюаторов, использующих для адаптирования ИВПКМ принципы микромеханики.
Термин «актюатор» (actuator, англ.; aktor, нем.) предложен техническим комитетом IFToMM по стандартизации терминов как синоним часто используемого термина «end effektor» (конечное действие). В русской транскрипции эти термины используются в робототехнике, мехатронике наряду со словосочетанием «исполнительный механизм».
Информация от сенсоров по волоконнооптической системе (в световом диапазоне передается, усиливается, преобразовывается, идентифицируется средствами фотоники в электрический ток) и токопроводам транспортируется в микропроцессоры. После анализа степени изменения свойств по программам, заложенным в память микропроцессоров, осуществляется регулирование и выведение свойств ИВПКМ на требуемый условиями эксплуатации уровень.
В конструкционных ИВПКМ изменение свойств фиксируется по частотам собственных колебаний структуры ИВПКМ. Оптимизацию свойств осуществляют исполнительные элементы (актюаторы), конформные компоненты ИВПКМ, устройства преобразующие различные виды энергии (обычно, электрическую энергию оптимальных характеристик, задаваемую микропроцессорами, после анализа полученой информации от сенсоров) в механическую (и наоборот, при установлении обратной связи при гибком регулировании).
Выведение свойств ИВПКМ на требуемый уровень достигается:
1) Введением наряду с армирующими волокнами в структуру ИВПКМ до 15% об. волокон, лент из металлов с памятью формы (результат мартенситовых превращений) позволяет обеспечить гашение колебаний при вибрациях и «залечивание» дефектов: 15% об. волокон из сплава нитинола (NITINOL, NiTi Naval Ordance Laboratories, 1961г, США) в эпоксидном углепластике увеличивает его собственную частоту колебаний с 21 Гц до 62 Гц (возможность выхода из резонанса);
2) Введением в структуру ИВПКМ для регулирования вибрационных процессов пьезоэлектрических компонентов (из электроактивных полимеров, пьезокерамики) с высокой электромеханической активностью.
При возникновении деформирующей силы напряжение передаётся пьезоэлектрическим волокнам, сжимая и растягивая их. Механическая энергия преобразуется в электрическое напряжение, которое принимается встроенным микрочипом, накапливается, обращается и подаётся на волокна, заставляя их соответственно растягиваться и сжиматься, возникает противодействующий момент, гасящий вибрацию (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 - Гашение колебаний и снижение вибраций в конструкциях из ИВПКМ (1) с конформными пьезоэлектрическими волокнами (2) за счет преобразования механической энергии внешних
воздействий в электрическое напряжение и микропроцессорного (3) регулирования растяжения и сжатия электроактивных пьезоволокон.
В качестве актюаторов используют пластины толщиной менее 10мм цилиндрической или прямоугольной формы с пьезоэлектрическим слоем, сформированным из эпоксидного пьезокомпозиционного материала (наполнитель – лента из пьезокерамических волокон, PZT – волокна диаметром 105, 250, 800 мкм из филаментов цирконата – титаната свинца Pb (Zr, Ti) O3 длиной 75 – 150мм), генерирующие электрические заряды (напряжение до 1000 В) в ответ на механические воздействия ( рисунок 3.2 ).
