微小型高压力流体电磁控制阀

用于航空航天领域微流量控制系统中的微小型阀 ,需要具有耐高压、低泄漏、高频响和高控制精度等综合性能。本文提出了一种可控高压力微流体的常闭微小型阀的设计方案用于满足该系统需要 ,其特点在于采用以较小的致动力控制较高的流体压力的结构原理 ,并以弹性材料薄膜作为阀芯的支承结构件同时作为密封件。该阀由其本体结构和外置致动器两部分构成 ,其本体结构的设计在制作工艺上适合进一步的微小型化 ,外置致动器的设计具有较大灵活性。初步研制了采用电磁致动的小型常闭阀样机既可控气体又可控液体的特性。实验测试其工作压力范围为 0～5atm ,阀的驱动响应时间小于 5ms,流量控制分辨率达到 9μL/ pulse ,无泄露     

微小型高压力流体电磁控制阀

用于航空航天领域微流量控制系统中的微小型阀,需要具有耐高压、低泄漏、高频响和高控制精度等综合性能。本文提出了一种可控高压力微流体的常闭微小型阀的设计方案用于满足该系统需要,其特点在于采用以较小的致动力控制较高的流体压力的结构原理,并以弹性材料薄膜作为阀芯的支承结构件同时作为密封件。该阀由其本体结构和外置致动器两部分构成,其本体结构的设计在制作工艺上适合进一步的微小型化,外置致动器的设计具有较大灵活性。初步研制了采用电磁致动的小型常闭阀样机既可控气体又可控液体的特性。实验测试其工作压力范围为0～5atm,阀的驱动响应时间小于5ms,流量控制分辨率达到9μL／pulse,无泄露。     

微流体系统中微阀的研究现状

依据微流体系统中微阀的驱动机理,将微阀分为有源微阀和无源微阀两大类,然后对这两大类进行细分,将有源微阀分为压电、磁、静电驱动、热驱动、相变、双稳态、外部驱动等类型,将无源微阀分为悬臂梁式、薄膜式、毛细管、扭矩驱动等类型。分别讨论了各种微阀的工作原理和性能,介绍了各类微阀的实验研究进展,指出了这些微阀的特点,突出了微阀作为微流体系统的主要元件之一,起到径流调节、开/关转换、密封生物分子和微/纳粒子等作用。回顾了微阀的发展历程,分析了目前研究过程中存在的问题,提出了微阀今后的研究方向。     

电磁MEMS在流体控制中的应用

根据MEMS的驱动方式对MEMS进行了分类,对电磁MEMS的构造及其特点进行了较为详细的介绍。针对电磁MEMS的流体控制工作原理与结构特点,总结了电磁MEMS在流体驱动、流体混合以及流体消涡与减阻方面的应用,阐述了电磁MEMS的优缺点以及目前在以上各领域的国内外研究现状,探讨了电磁MEMS在各不同应用领域存在的一些主要问题,提出了相关研究重点,可为电磁MEMS的相关应用研究提供参考。另外,从学科交叉的角度探讨了对电磁MEMS研究所需的相关学科知识,为电磁MEMS基础研究提供重要指导。     

一种小型光纤流体压力传感器的设计

本文论述一种小型光纤流体压力传感器的设计方法。这种传感器利用两根光纤分别作为光信号的发射器和接收器，在一根导管内顺序放置多个传感器，从而实现小型复杂结构的压力准确测量。该传感器的体积小、重量轻、对电磁场和化学反应不敏感，在解决压力的实时监控有重要的应用价值。文章首先介绍了小型流体压力传感器的设计要求和现有的设计方案，说明了流体压力传感器中光纤的方向性对传感器设计的影响，提出了采用硅凝胶作为压力变送元件的设计方案，并从静态特性和动态链性两个方面验证了这种方案。     

基于硅结构的微流体控制系统

基于硅结构的微流体控制系统（μFCS）是微机电系统（MEMS）中的一个重要分支 ，可广泛用于生物、医学、化工、电子等领域。主要综述了微流体控制系统中的微流体传感器、微型泵、微型阀的工作结构原理及其国内外研究现状，同时还探讨了集成微流体控制系统的研究现状。     

高能量密度微电磁驱动器的制作方法

提出了一种非闭合磁路型高能量密度微电磁驱动器的制作方法,即利用MEMS工艺在单位面积硅基体上制作多匝、高深宽比.的平面线圈和高厚度的磁芯.通过先面电铸再线电铸的方式,以及动态控制电铸电流密度的方法进行平面线圈的制作;通过改变衬底表面粗糙度和种子层厚度的方法,改善合金镀层与衬底的粘附性能.可以在单位面积的硅片上,制作出厚度更大的磁性合金镀层.初步实验结果表明:该微型电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器,能产生更大的电磁驱动力,具有更高的能量密度.     

高能量密度微电磁驱动器的制作方法

提出了一种非闭合磁路型高能量密度微电磁驱动器的制作方法,即利用MEMS工艺在单位面积硅基体上制作多匝、高深宽比的平面线圈和高厚度的磁芯.通过先面电铸再线电铸的方式,以及动态控制电铸电流密度的方法进行平面线圈的制作;通过改变衬底表面粗糙度和种子层厚度的方法,改善合金镀层与衬底的粘附性能,可以在单位面积的硅片上,制作出厚度更大的磁性合金镀层.初步实验结果表明：该微型电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器,能产生更大的电磁驱动力,具有更高的能量密度.     

基于压电致动的微流体主动控制阀的研究

介绍了一种采用圆盘形压电振子作为致动元件的微流体主动控制阀。通过圆盘形压电振子的变形改变其与圆环面边界间的过流间隙以实现微流体主动控制阀的开启、关闭及其程度,并建立了微流体主动控制阀的流量控制模型。在此基础上,对作用于圆盘形压电振子上的控制电压和进出口压差对微流体主动控制阀流量的控制特性进行了仿真与分析。研究结果表明,通过改变作用于压电振子上的控制电压可实现阀流量的连续控制,通过改变微流体主动控制阀的进出口压差也可在一定程度上控制阀流量。     

微流体系统驱动技术的研究进展

微流体驱动大致可以分为两类:一类是从宏观流体驱动移植过来的驱动方式;另一类是根据微尺度下流体特性设计的驱动方式。对两类不同的驱动方式进行了介绍与比较,前者原理成熟,基本都符合经典流体理论,在亚微米以上级微流体流道尺寸中的应用较广;相比之下,后者设计原理新颖,常用于微米甚至纳米级的微流体系统中,具有更好的发展前景。     

基于毛细管阀的微流体惯性开关建模与仿真

介绍了一种用水银液滴在变矩形截面的硅微通道中以流动的方式实现导通的微流体惯性开关,开关的加速度阈值决定于毛细管阀的几何形状、尺寸以及水银微液滴的体积等因素。基于Young-Laplace方程,结合水银液滴的运动特性和微阀门的具体结构,阐述了微流体惯性开关的工作机理,推导出了阈值计算公式。用MATLAB软件分析了微通道结构参数与系统阈值的关系,并用CoventorWare软件建立了微流体开关的三维结构模型,采用分离拉格朗日VOF方法描述水银液滴自由表面的迁移过程。对10g加速度作用下的瞬态过程进行仿真,结果表明开关的响应时间约为10ms。     

微小型陶瓷管壳新工艺

采用超细９５％Ａｌ２Ｏ３粉料、高温烧结、陶瓷激光精密加工工艺制成的管壳,可满足毫米波器件的封装要求。     

基于免疫微传感器的微流体系统

作为提高免疫微传感器一致性及稳定性方法极型免疫微传感芯片的基础上,设计和制备微反应室以及微进出样沟道,以期利用微流体系统配合完成敏感膜固定化及免疫检测过程,探索提高生物敏感膜固化的稳定性和一致性,提高免疫微传感器检测一致性的技术和方法.设计了不同结构的微流体结构,并通过软件对不同结构对免疫检测过程所带来的影响进行了分析和比较.该研究对于面向应用的微型免疫生物传感器的研制有着重要的研究意义和实用价值.     

基于免疫微传感器的微流体系统

作为提高免疫微传感器一致性及稳定性方法的关键研究内容之一,在MEMS工艺制备的电极型免疫微传感芯片的基础上,设计和制备微反应室以及微进出样沟道,以期利用微流体系统配合完成敏感膜固定化及免疫检测过程,探索提高生物敏感膜固化的稳定性和一致性,提高免疫微传感器检测一致性的技术和方法。设计了不同结构的微流体结构,并通过软件对不同结构对免疫检测过程所带来的影响进行了分析和比较。该研究对于面向应用的微型免疫生物传感器的研制有着重要的研究意义和实用价值。     

基于免疫微传感器的微流体系统

作为提高免疫微传感器一致性及稳定性方法的关键研究内容之一，在MEMS工艺制备的电极型免疫微传感芯片的基础上，设计和制备微反应室以及微进出样沟道，以期利用微流体系统配合完成敏感膜固定化及免疫检测过程，探索提高生物敏感膜固化的稳定性和一致性，提高免疫微传感器检测一致性的技术和方法。设计了不同结构的微流体结构，并通过软件对不同结构对免疫检测过程所带来的影响进行了分析和比较。该研究对于面向应用的微型免疫生物传感器的研制有着重要的研究意义和实用价值。     

基于MEMS技术的微流体混合器及相关技术

介绍了基于MEMS技术的微流体混合器及相关技术,给出了各种微流体混合器的结构、原理和特点,同时对微管道中流体混合的仿真、实验技术以及微管道中微量流体混合程度的评价方法等作了概述。     

基于磁流体的微泵的研究进展

首先介绍了基于磁流体微泵的工作原理,并且根据Navier-Stokes公式推导出了磁流体在梯度磁场中所产生的驱动力大小。然后,回顾了磁流体微泵的发展历程,对各阶段磁流体微泵的产生进行了研究,梳理出了各磁流体微泵的发展脉络,并且详细描述了各微泵的结构特点以及优缺点。最后,简单展望了磁流体微泵的发展趋势,指出磁流体微泵发展中存在的问题,例如磁流体的制备、磁流体微致动理论体系不完善和新型磁流体微泵的设计等,并针对这些问题提出了有效的解决方案。     

压电基片上集成微通道数字微流体微混合器研究

微流体在压电基片上输运往往偏离声表面波传播方向,尤其是当压电基片表面疏水层不很均匀时,给微流体诸如混合等操作带来不便。在1280旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上研制了集成有聚二甲基硅氧烷为材料T型微通道的微混合器,压电基片上采用光刻工艺制作相互垂直叉指换能器及反射栅。待混合的两微流体采用微量进样器分别进样到声路径微通道中,依次在两叉指换能器上加RF电信号,它激发的声表面波驱动其声路径上微通道中的微流体沿微通道输运、合并,并快速混合。对2μl水-2μl蓝色染料微流体和2μl甘油-2μl蓝色染料微流体进行混合实验,结果表明,声表面波的作用可以提高微通道中微流体的混合速度,且混合程度更高。     

电磁激励微谐振式传感器的设计与制作

利用微电子机械加工技术成功研制出电磁激励-电磁拾振硅谐振梁式压力传感器。传感器以"H"型双端固支梁为谐振器,采用差分检测结构。工艺制作采用体硅加工工艺,并且采用一种减小封装应力的结构完成压力传感器的真空密封及封装。利用锁相环微弱信号检测技术建立的开环频率特性测试系统及闭环自激测试系统测试了传感器的频率、压力特性等相关技术指标。谐振器在空气中的品质因素Q值大于1200;在真空中的Q值大于7000。压力满量程刻度为0～120kPa。差分输出的结果优于单个谐振梁的输出结果,差分输出结果的线性相关系数为0.9999,灵敏度为225.77Hz/kPa。     

MEMS微电磁驱动器的分段磁路模型及实验研究

介绍了一种MEMS电磁微驱动器.基于分段磁路的网络方程法,针对微电磁驱动器所采用的平面线圈的结构特点,建立了平面线圈微驱动器的非线性磁路模型.实验结果表明,考虑线圈绕组半径不同而产生的磁动势分布效应可以为平面线圈型微驱动器建立可靠的模型.采用硅微细加工技术和微电铸技术成功地制作出了这种微驱动器,并对器件的性能进行了测试,测试结果表明,该模型能很好地计算驱动器的电磁力.