单腔双振子压电泵的结构设计与实验研究

对单腔体双振子压电泵进行结构设计,并分析了泵的工作原理。对泵在电源信号同步激励和异步激励下进行实验结果测试,得到同步激励下的输出效果好于异步激励,并分析了泵在异步激励下能够工作的原因。将泵在不同进出口管长的情况下进行实验测试发现,进出口管长对泵的最佳工作频率及流量输出有很大影响。把单腔双振子压电泵的输出性能同单腔单振子压电泵的进行实验比较,证明采用双振子结构使泵的输出性能比单振子结构有很大提高。     

两腔压电泵结构与特性

介绍了两个压电振子所构成的两腔串联和两腔并联压电泵的结构及工作原理,分析了两个压电振子驱动方式(同步工作和交叉工作)对两种结构压电泵输出性能的影响规律。制作了两腔串联和两腔并联压电泵的试验样机,分别测试了两个腔体同步工作和交叉工作状态下压电泵的输出能力,并与理论分析的结果进行了对比。理论和试验两方面的研究结果表明,在相同驱动电压和频率条件下,两个腔体交叉工作时压电泵的输出能力较好,其中并联泵的流量最大,为单个腔体流量的2倍;而串联泵的流量串联泵压力最大,是单个腔体输出压力的2倍,同时其流量也有大幅度提高,约为单个腔体流量的1.4倍。     

双晶片压电驱动器的研究

为实现较大的驱动力和速度,提出一种新型压电驱动器,研究了驱动器输出性能随压电泵工作腔数、频率的变化规律。制作驱动器,分别进行十腔串联压电泵/五腔压电泵并联、3~5个压电振子工作、50~400 Hz频率下的输出试验。结果表明,压电泵并联时驱动器的最佳输出功率较大;工作的振子数目不同,存在不同的最佳频率使驱动器的输出速度最大,相同的频率使输出推力最大;最佳频率时,驱动器的输出与工作的振子数目呈正比。在150V、380Hz时驱动器输出功率最大,此时输出速度和推力是10.72mm/s、57.7N。     

半球缺阻流体无阀压电泵流场分析

为使半球缺阻流体无阀压电泵在医疗、保健、航空航天器等领域得到更好的应用,需对半球缺阻流体无阀压电泵的工作特性进行相关的研究分析。该文首先对半球缺阻流体无阀压电泵的结构和工作原理进行了分析,并对泵内流阻特性进行理论分析;同时,采用有限元软件对半球缺阻流体无阀压电泵内部流场进行了模拟分析,结果表明,泵内流体正反向流时的流速随半球缺半径的增大呈递减趋势,泵腔内部的压强变化平缓。实际加工了样泵及多组不同半径的半球缺组并进行了实验,结果表明,泵的最大输出流量随半球缺半径增大而减小,在工作电压为150V,半球缺半径为4.0mm时,泵的最大输出流量值为121.4mL/min,验证了半球缺能作为无阀压电泵的无移动部件阀及半球缺阻流体无阀压电泵的有效性。     

新型金属阀在小型压电泵中的应用

为了减小压电泵的体积以便可在新的领域中使用,该文设计了一种新型压电泵。对该型压电泵的驱动原理、机械结构、制造方法和机械性能等进行了研究。首先说明了单腔单压电振子泵的工作原理;接着提出了新型的金属单向阀,这种单向阀为整体开启式,可有效提高阀的使用寿命;然后讨论了该压电泵中组件的加工方法和装配后的整机尺寸的大小;最后介绍了该压电泵在医用胰岛素推注方面的应用。实验结果表明,新型的压电泵可承受背压为30 kPa,泵的整体尺寸为17 mm×20 mm×5 mm,推注液体精度可达到1.2μL。设计制作的整体开启式单向阀的性能稳定可靠、能承受较高背压,该型压电泵具有推注压力高、流量稳定等特点。     

泵腔结构参数对压电气泵性能影响

为了探究泵腔结构参数对压电气体隔膜泵性能的影响,该文设计了一种压电气体隔膜泵的泵腔结构。首先简述了泵腔的结构设计与工作原理,推导出泵腔出口气流速度的表达式,通过仿真得出泵腔高度、气孔直径对腔体内的瞬时气压、气流速度及气体流量的影响。最后制作了泵腔样机并应用在压电气体隔膜泵中,进行了实验测试及理论分析对比。结果表明,实验结果与理论分析相吻合,输出流量随着腔高的增大而减小,随着气孔直径的增大而增大,这为压电气体微泵的腔体设计提供了理论参考。     

IS-232电路中带自动关断的电荷泵优化设计

提出了一种用于RS-232电路中的升降压式的开关电容电荷泵,并阐述了电荷泵的工作原理,在减小功耗,使泵压稳定等方面对提高电荷泵的性能做了研究。该电荷泵通过检测输出电压来控制泵压,达到了稳压输出;同时,通过对RS-232电路的输入端进行监测来控制电荷泵的工作,大大降低了芯片功耗。最后,经过仿真对其性能进行了验证。     

RS-232电路中带自动关断的电荷泵优化设计

提出了一种用于RS-232电路中的升降压式的开关电容电荷泵,并阐述了电荷泵的工作原理,在减小功耗,使泵压稳定等方面对提高电荷泵的性能做了研究.该电荷泵通过检测输出电压来控制泵压,达到了稳压输出;同时,通过对RS-232电路的输入端进行监测来控制电荷泵的工作,大大降低了芯片功耗.最后,经过仿真对其性能进行了验证.     

压电双晶片驱动的压电微泵的研究

介绍了一种基于MEMS技术的压电微泵。该微泵利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜,利用双面湿法腐蚀形成被动阀,并利用压电双晶片作为驱动部件。对压电双晶片的理论变形量和压电微泵的泵腔变化量、泵腔压缩比进行了理论分析,并对其输出流量进行了测试。在100 V、20 Hz的方波驱动下,该压电微泵的最大输出流量为317μL/min。结果显示该压电微泵的制作工艺简单,具有良好的流体驱动性能。     

宽带相对论速调管放大器输出腔模拟设计

为了展宽相对论速调管放大器的输出段带宽,设计了一种用于S 波段、10%带宽、相对论速调管放大器输出腔 结构。该结构采用重叠模双间隙腔,该腔有两个工作模式（0 模和π 模）。采用三维程序模拟分析发现：两个腔间的圆盘 半径增大时,0 模的谐频率几乎不变,π 模的谐振频率升高即模式间隔增大;当间隙长度增大时,模式间隔减小;当输出 耦合孔的角度在一定范围内由小变大时,模式间隔增大;输出腔半径增大时, 模式间隔减小。本文通过调节以上腔体尺寸 使两个工作模式的频率部分重合增加了输出腔的工作带宽。在束压850kV、束流7.6kA、基波调制深度为90%时、调制微 波频率为2.85GHz 时,采用三维PIC 程序模拟得到2GW 的输出微波功率,3dB 相对带宽约10%。     

压电驱动膜片式微型气泵

提出一种结构新颖的压电驱动膜片式微型气泵，对其输出流量、膜片的振幅等参数进行了理论分析，在此基础上设计、制作了微型气泵样机，并进行了测试实验。这种气泵在结构上充分利用了双压电梁端部位移大的优点，并利用两根双压电梁将膜片悬起，增加了容积变化率和输出流量，并具有结构简单，功耗低，厚度小，无电磁噪音，可靠性高等优点，在微型电子器件的冷却、微型燃料电池换气等方面显示出良好的应用前景。根据实验，微型气泵的一阶固有频率约为120Hz，在谐振状态下，当驱动电压为50V时，其输出流量为192mL／min，功耗小于23mW。     

锥管坡面腔底无阀压电泵流场分析

针对坡面腔底无阀压电泵流量小的问题,提出并研制了一种锥管坡面腔底无阀压电泵,即将锥管与坡面腔底组合式新结构作为其无移动部件阀。首先,提出了锥管坡面腔底无阀压电泵结构并分析其工作原理,对泵流量进行理论分析;同时,运用Fluent软件的动网格功能对其内部流场模拟分析。仿真结果表明,该泵具有单向流动特性,在泵腔内部产生漩涡利于液体的混合搅拌。最后,加工制作了锥管坡面腔底无阀压电泵样机,并对该泵进行了流量试验。试验结果表明,驱动电压峰值为250V,频率为5 Hz时,最大流量为25.9mL/min,证明了锥管坡面腔底无阀压电泵的有效性。     

压电薄膜泵结构设计与性能分析

提高工作性能是压电泵研制工作的重点，该文针对目前压电泵使用中性能不稳定的问题，详细分析了腔体容积和阀的结构关系，提出了小腔体、复合阀式压电薄膜泵的设计观点，实验结果表明，采用较小的腔体体积（腔体压缩比足够大）时，压电泵具有较强的自吸能力，当工作频率为20Hz，施加电压100V时，以水作流体，实际测得最大输出压力为7．9kPa，最大输出量为16mL/min。     

无阀压电泵的泵腔容积变化量

通过对简支边界条件、电压驱动下复合压电振子的振动分析，推导了复合压电振子的运动方程，从而导出了复合压电振子变形后所包围的体积即无阀压电泵的泵腔容积变化量的计算公式，分析了泵腔容积变化量与复合压电振子最大变形量之间的变化关系，给出了通过复合压电振子最大变形量来计算无阀压电泵泵腔容积变化量的计算式。     

磁力弹簧式气体隔膜泵的研究

提出了利用磁力弹簧构造气体隔膜泵,并对气体隔膜泵的具体结构与工作原理进行阐述。对气体隔膜泵的核心部件压电振子、被动截止阀等进行选择和设计;对磁力弹簧结构进行分析,通过理论计算确定磁力弹簧的轴向力与轴向间隙的关系;通过实验方法,对不同阀口直径气体隔膜泵的输出流量与压力进行验证。结果表明,磁力弹簧构造气体隔膜泵能大幅提高泵体容积变化率,磁力弹簧能提供很好的刚度,输出流量、压力与同类气体泵相比大幅提高。     

无阀微泵泵腔中流体流动的有限元模拟与分析

采用有限元仿真软件ANSYS/FLOTRAN对收缩/扩张型无阀微泵泵腔中流体流动的全过程进行了数值模拟和仿真分析,得到了流体在整个泵腔中的流场构形和流动特性。结果表明,泵腔结构单元的弯道效应与出/入口处流体速度分布的非线性混合将导致腔中的局域涡流现象。通过对3个简单模型的模拟计算,证明了缓冲腔的不同结构对无阀微泵的整流效率有较大影响,是泵腔结构参数优化设计不可忽视的重要环节。