壓電振子主動閥式壓電泵的製作方法

2023-09-20 00:15:05 1

專利名稱：：壓電振子主動閥式壓電泵的製作方法
技術領域：
：本實用新型屬於微機電流體領域，涉及到壓電泵泵閥機械結構及控制方式的改變。
背景技術：
：二十世紀七十年代末國外就已經開展了壓電泵的研究工作。1978年日本學者樽崎哲二提出的壓電泵，其主要部件為一個可雙向彎曲的壓電振子與一對機械式單向閥，工作時可以實現對流體的連續定向輸送。單向閥可防止流體倒流，可以使壓電泵獲得較高的輸出壓力和流量。但是由於壓電泵中的壓電振子工作時引起泵腔體積的變化量有限，這就需要通過提高壓電振子的振動頻率來提高泵輸出流量。可是壓電泵的工作頻率受單向閥運動元件慣性的限制，響應頻率一般較低，泵的輸出能力受到限制。為了提高壓電泵的輸出能力，無閥壓電泵的研究工作得到重視。不過無閥壓電泵由於沒有單向閥，和有閥式壓電泵相比，泵的工作頻率可以提高，但是因為沒有單向閥，泵工作時的流體回流現象比較嚴重，泵的工作壓力和截止性下降。因此為了進一步提高壓電泵的工作性能，單向閥壓電泵的研究工作又得到重視，目前已經有壓電閥、熱激勵閥、靜電激勵閥、磁激勵閥、記憶合金閥、電磁/靜電激勵閥等多種原理的閥結構研究，不同的閥結構在微流體驅動中根據各自的特點在特定場合中得到應用，但是這些閥主要還是以被動閥的形式進行工作。由於壓電泵在高頻工作時被動閥的開啟和關閉滯後於壓電振子的運動現象並沒有得到很好的解決，故又提出了主動控制閥的構想。目前，對於主動閥壓電泵的研究，國外已經取得了一定的進展，主要應用在醫療液體輸送系統方面，而國內還未見有相關報導。
發明內容3本實用新型提供一種壓電振子式主動閥壓電泵，以解決泵閥滯後性的問題。本實用新型採取的技術方案是泵體上有進水口10、出水口11分別與泵腔連通，上壓蓋4、泵體5和下壓蓋6固定連接，進口閥驅動壓電振子l邊緣通過柔性材質的密封圈7與泵體連接，出口閥驅動壓電振子2邊緣通過柔性材質的密封圈7'與泵體連接，閥口柔性圈9固定在閥口周圍，泵腔驅動壓電振子3邊緣通過柔性材質的密封圈8與泵體固定連接。本實用新型另一種技術方案是在上述方案基礎上，在上壓蓋4和泵體5之間增加閥體13和閥膜12，兩者分別與閥體固定連接；閥膜12、壓電振子1共同構成進口閥，閥膜12、壓電振子2共同構成出口閥，閥膜12由壓電振子1、2通過液壓放大驅動本實用新型中使用了三個壓電振子，其中兩個作為進、出口閥或進、出口閥的驅動元件，通過施加在壓電振子上的交變信號來實現閥的開啟與關閉；另外一個壓電振子作為壓電泵的驅動元件，通過壓電振子的變形實現泵腔容積的變化。閥口周圍安置了柔性圈，該柔性圈的材質為橡膠或其它柔性材料。各壓電振子均採用柔性支撐，即在壓電振子的邊緣均裝有柔性材質的密封圈。在控制方式上，進、出口閥驅動振子和泵腔驅動振子上均施加交變電壓信號，且進口閥驅動振子與泵腔驅動振子的驅動電壓相位相差90°,出口閥驅動振子與進口閥驅動振子的驅動電壓相位相差180°。本實用新型具備以下優點採用了壓電振子作為泵閥的驅動元件，通過施加交變信號就可以實現閥的開啟和關閉，使得控制方式簡化，同時通過調整控制信號的相位，即可實現對泵送方向的改變。由於壓電振子具有響應快速的優點，使得泵閥能夠與泵腔驅動壓電振子動作保持協調一致，減少了泵閥的滯後性，從而使壓電泵的輸出性能得到了提高。此外，壓電振子的無電磁幹擾特性使壓電泵的應用場合也得到了擴展。增加閥體和閥膜的壓電泵除具有上述優點外，還具有以下優點通過放大機構將壓電振子的變形放大，使得進、出口閥的開度變大，增加了閥口的通流能力。所使用的液壓放大機構採用膜式結構，有效的解決了通常液壓放大機構密封困難、密封效果差、成本高的缺點。圖l是本實用新型的結構圖2是本實用新型所用的驅動信號波形圖3是本實用新型增加閥體和閥膜的壓電泵結構圖4(a)是本實用新型的工作示意圖，此時泵腔體積增加，泵腔內壓力降低；圖4(b)是本實用新型的工作示意圖；此時泵腔體積減少，泵腔內壓力增高；圖5(a)是本實用新型有閥體和閥膜的工作示意圖。此時泵腔體積增加，泵腔內壓力降低；圖5(b)是本實用新型增加閥體和閥膜的工作示意圖。此時泵腔體積減少，泵腔內壓力增高。具體實施方式實施例1泵體上有進水口10、出水口ll分別與泵腔連通，上壓蓋4、泵體5和下壓蓋6固定連接，進口閥驅動振子1邊緣通過柔性材質的密封圈7與泵體連接，出口閥驅動振子2邊緣通過柔性材質的密封圈7'與泵體連接，閥口柔性圈9固定在閥口周圍，泵腔驅動振子3邊緣通過柔性材質的密封圈8與泵體固定連接。參照圖l，採用有機玻璃製作了上壓蓋4、泵體5和下壓蓋6，作為壓電泵的機體；進、.出口閥l、2分別由壓電振子構成、上壓蓋4和泵體5構成進、出口閥，為了使閥關閉時驅動壓電振子與閥口有良好的密封性，在泵體5上開環形槽放置柔性圈9;同時為了提高泵腔驅動振子的振動性能，在其邊緣均安裝了彈性密封圈，實現柔性支撐；在控制方式上，進、出口閥驅動振子和泵腔驅動振子上均施加交變電壓信號，且進口閥驅動振子和泵腔驅動振子的驅動信號相位相差90"，出口閥驅動振子與進口閥驅動振子的驅動信號相位相差180"，該泵最佳工作電源信號時序圖如圖2所示。參照圖2、圖4(a)、圖4(b)泵的工作過程如下在0-1/4周期區間，泵的動作見圖4(a),進口閥驅動振子加正向電壓信號，振子向上運動，遠離柔性圈9，進口閥打開；出口閥驅動振子加負向電壓，振子向下運動，最終與柔性圈9'接觸，出口閥關閉；此時泵腔驅動振子加正向電壓信號，向下運動，泵腔體積增加，泵腔內壓力降低，流體通過進口閥進入泵腔。在1/4-3/4周期區間，泵的動作見圖4(b)，出口閥驅動振子加正向電壓信號，向上運動，遠離柔性圈9'，出口閥打開；進口閥驅動振子加負向電壓，振子向下運動，最終與柔性圈9接觸，進口閥關閉；此時泵腔驅動振子加負向電壓信號，向下運動，泵腔體積減小，泵腔內壓力增加，流體通過出口閥流出。在3/4-1周期區間，泵的動作重複0-1/4周期動作。上述內容可以總結為下表周期0-1/41/4-1/21/2-3/43/4-1泵腔體積增大減小減小增大進口閥打開閉合閉合打開出口閥閉合打開打開閉合周期性的重複上述動作，就實現了流體的連續泵送。實施例2泵體上有進水口IO、出水口11分別與泵腔連通，上壓蓋4、泵體5和下壓蓋6固定連接，進口閥驅動振子1邊緣通過柔性材質的密封圈7與泵體連接，出口閥驅動振子2邊緣通過柔性材質的密封圈7'與泵體連接，閥口柔性圈9固定在泵體內部的閥口周圍，泵腔驅動振子3邊緣通過柔性材質的密封圈8與泵體固定連接，在上壓蓋4和泵體5之間增加閥體13,閥膜12，兩者與閥體分別固定連接。參照圖3，對照實施例l,壓電泵的機體增加了闊膜12和閥體13。進、出口閥驅動壓電振子l、2、上壓蓋4、閥體13、閥膜12組成密閉腔體，組裝時充入液體，和泵體5共同構成進、出口閥。該泵最佳工作電源信號時序圖如圖2所示。參照圖2、圖5(a)，圖5(b)泵的工作過程如下在0-l/4周期區間，泵的動作見附圖5(a)，進口閥驅動振子加正向電壓信號，振子向上運動，使閥膜向閥體內移動，進口閥打開；出口閥驅動振子加負向電壓，振子向下運動，通過閥腔內液體的驅動使得閥膜向下移動，出口閥關閉；此時泵腔驅動振子加正向電壓信號，向下運動，泵腔體積增加，泵腔內壓力降低，介質通過進口閥進入泵腔。在1/4-3/4周期區間，泵的動作見附圖5(b)，出口閥驅動振子加正向電壓信號，振子向上運動，使閥膜向閥體內移動，出口閥打開；進口閥驅動振子加負向電壓，振子向下運動，通過閥腔內液體的驅動使得閥膜向下移動，進口閥關閉；此時泵腔驅動振子加負向電壓信號，向上運動，泵腔體積減少，泵腔內壓力增加，介質通過出口閥流出。在3/4-1周期區間，泵的動作重複0-1/4周期動作。上述內容可以總結為下表tableseeoriginaldocumentpage7周期性的重複上述動作，就實現了流體的連續泵送。權利要求1、一種壓電振子式主動閥壓電泵，其特徵在於泵體上有進水口(10)、出水口(11)分別與泵腔連通，上壓蓋(4)、泵體(5)和下壓蓋(6)固定連接，進口閥驅動壓電振子(1)邊緣通過柔性材質的密封圈(7)與泵體連接，出口閥驅動壓電振子(2)邊緣通過柔性材質的密封圈(7』)與泵體連接，閥口柔性圈(9)固定在閥口周圍，泵腔驅動壓電振子(3)邊緣通過柔性材質的密封圈(8)與泵體固定連接。2、如權利要求1所述的壓電振子主動閥式壓電泵，其特徵在於在上壓蓋(4)和泵體(5)之間增加閥體(13)，閥膜(12)，兩者與閥體分別固定連接。專利摘要本實用新型涉及一種壓電振子主動閥式壓電泵，屬於微機電流體領域。實用新型中使用了三個壓電振子，泵體上有進水口、出水口分別與泵腔連通，上壓蓋、泵體和下壓蓋固定連接，進、出口閥驅動壓電振子邊緣通過柔性材質的密封圈與泵體連接，閥口柔性圈固定在閥口周圍，泵腔驅動壓電振子邊緣通過柔性材質的密封圈與泵體固定連接。其優點是改變以往傳統壓電泵進出口閥被動開啟和關閉的方式，採用主動方式控制壓電泵泵閥的開啟和關閉，減少了泵閥開啟和關閉的滯後性，從而改善和提高了壓電泵的輸出性能，同時通過調整控制信號的相位，還可實現對泵送方向的改變。文檔編號F04B43/04GK201057136SQ20072009377公開日2008年5月7日申請日期2007年5月25日優先權日2007年5月25日發明者剛呂,迪吳,平曾,鵬李,萃田,程光明,董景石,趙建林申請人:吉林大學