圆形压电单晶执行器的静态模拟与实验验证

为了对圆形压电单晶执行器(CPUA)和基于圆形压电单晶执行器的系统(如微阀、微泵等)进行优化设计,基于经典薄板理论并将粘结层作为单独一层考虑,建立了固支边部分覆盖圆形压电单晶执行器在作用电压控制下的挠度特性模型并进行了实验验证.实验结果表明,用建立的模型预测圆形压电单晶执行器的静态挠度与实际测得值吻合,相对误差在4.83%以内,中心挠度相对误差在0.72%以内.     

双压电复合薄圆板驱动器的理论分析

双压电膜是由压电材料层、环氧树脂层、金属层组成的复合薄圆板。将多层双压电膜组合在一起构成管内移动微小机器人的驱动器。文章基于压电和金属材料的弹性薄板理论，应用瑞利-李兹近似求解法，推导了在固支与简支两种边界条件下，双压电膜的弯曲振动的固有频率与相对庆的振型的计算表达式。将理论计算与有限元分析的结果进行对比分析，结果表明，两者的计算结果吻合好，验证理论分析的正确性。分析与讨论了压电层与金属层的厚度对固有频率的影响。此研究为微小型机器人驱动器的优化设计提供理论依据。     

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。     

双层泵腔压电无阀微泵结构设计与优化

面向植入式微泵在生物医疗领域的应用需求,为了提高低电压及微型化条件下微泵的输出流量,该文设计了一种双层泵腔压电无阀植入式微泵。基于压电振子的压电耦合仿真以及微泵的电-固-液三相耦合仿真,验证了双层泵腔微泵设计的有效性,并优化了结构及驱动参数。通过实验验证了耦合仿真结果的正确性,并测试了微泵的流量范围。结果表明,微泵最优设计参数：扩散角为30°,颈宽为300μm,上层泵腔高度为100μm。微泵的净流量随电压的增大而增大,且适用于低频驱动。实验结果表明,双层泵腔压电无阀微泵的输出流量是传统压电无阀微泵的5.38倍。     

基于Si弹性层优化的悬臂梁式微压电驱动器

基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了悬臂梁式微压电驱动器,通过电能到机械能的转换,完成装置的位移输出任务.基于悬臂梁式微压电驱动器的设计和仿真,得出该微驱动器Si弹性层的最佳厚度为0.12 mm,仿真结果显示压电层与弹性层厚度比为2～3时,尖端位移输出较大,并模拟了其电压-位移输出情况.采用共晶键合的工艺制备了以PZ...     

压电膜片的优化设计及在微泵中的应用

压电驱动是微机械系统(MEMS)微执行器最有发展前途的驱动方式之一。该文采用ANSYS有限元软件对压电膜片结构参数和在微执行器上的装配方法进行了优化设计,得到PZT/Si,PZT/Cu压电膜片结构的优化数据,将其应用于有阀微泵的研制。经测试,微泵压电驱动效果与仿真结果一致,微泵背压可达836 Pa,流量达1.4 mL/min。     

微型泵的物理模型与动态模拟

根据薄板的弹性振动理论和流体动力学理论 ,建立了能完整描述振膜式微机械泵的动态解析模型。导出了吸入过程和排出过程的流量、压力方程。揭示流量、压力等微机械泵性能参数与执行器输出以及负载之间的内在关系。而且在此基础上用有限元分析方法 ,建立了其数值模型 ,并且进行模拟 ,所得结果与实验符合较好。     

微型泵的物理模型动态模拟

根据薄板的弹性振动理论和流体动力学理论,建立了能完整描述振膜式微机械泵的动态解析模型。导出了吸入过程和排出过程的流量、压力方程。揭示流量、压力等微机械泵性能参数与执行器输出以及负载之间的内在关系。而且在此基础上用有限元分析方法,建立了其数据模型,并且进行模拟,所所结果与实验符合较好。     

微驱动器的压电-弹性耦合分析(英文)

压电弹性耦合结构是实现MEMS微流体驱动的一种重要方式,掌握压电-弹性振动的耦合机理是微流体驱动协调控制的关键。针对压电与硅膜耦合微驱动结构,基于压电效应和弹性薄板理论,采用Rayleigh-Ritz能量法建立了周边固支边界条件下,弹性振动硅膜与压电驱动膜片耦合振动的理论模型,推导并计算了该微驱动结构的耦合振型及谐振频率。基于激光测振仪进行了该压电微驱动结构的振动测试实验,经实验模态分析获得了实测的谐振频率。理论计算结果与实验测试结果的对比分析表明,两者基本相符,验证了理论分析模型的正确性,为MEMS微流体的驱动与控制提供了一定的理论基础和实验依据。     

基于PDMS的压电驱动式系列微型泵

为进一步拓展压电微泵的应用领域,以利于更好地将其集成于微流控芯片中,该文对以固态聚二甲基硅氧烷(PDMS)为泵体材料的压电微泵开展相关实验研究。通过合理设计压电振子的支承方式、阀片结构以及采用两腔串、并联结构等措施以提高压电微泵的工作性能。分别以PDMS和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为泵体材料设计制作了单腔微泵、双腔串、并联微泵,并对其工作性能进行对比性实验测试。实验证明,构造具有较好工作性能的PDMS压电微泵具有可行性,在电压90 V,频率80 Hz的情况下,PDMS双腔串联泵的输出流量达到21mL/min,输出压力达到10kPa。但与PMMA为泵体材料的压电微泵相比,PDMS压电微泵在流量、压力方面仍有近30%的差距。     

一种医用微型同心压电薄膜泵

设计开发了一种结构新颖，制作工艺简单，成本低，综合性能高的烈性药物输注用压电薄膜微型泵，介绍了微泵的结构设计、工作原理和性能测试。微泵具有在出口和入口两个方向上抵抗冲击载荷的能力和互锁的功能，适合于对外界环境要求苛刻的烈性药物输注。微泵不论液体还是气体为工作介质都具有良好的流量特性和较高的可靠性。同心双向阀结构克服了传统的单向阀并联结构两阀间易连通的缺点。高分子聚合物材料和特殊的加工装配工艺使得微泵即使在小批量单件生产的情况下成本依然低廉。因此，该种微泵更加接近实用化，具有广阔的应用前景。     

LIGA工艺的发展及应用

介绍了LIGA(lithographie,galvanoformungandabformung)技术以及在此基础上开发出来的准LIGA(like－LIGA)技术、SLIGA(sacrificialLIGA)、M2LIGA(movingmaskLIGA)技术和抗蚀剂回流LIGA(PRLIGA———photoresistreflowLIGA)技术等。利用这一系列LIGA技术,可以生成具有高深宽比的复杂微结构,如微尖阵列、球形曲面、活动部件等,能较好地满足MEMS发展的需要。最后指出了目前这些方法存在的缺陷。     

压电微泵驱动信号及流量影响因素分析

压电微泵的泵出流量由微泵结构、压电振子特性及驱动系统驱动信号的形式决定。在机械结构及材料特性确定的条件下,压电振子的驱动信号决定着微泵输出微流量的可靠性和稳定性。在分析压电微泵驱动基理的基础上,通过Ansys对驱动压电振子有效振动的一、二阶频率进行有限元模拟分析,确定了驱动信号电压幅值、频率对微泵流量的影响。以此为基础搭建压电微泵流量测试实验平台,在相同电压和频率条件下,研究了3种不同脉冲信号（正弦波、三角波、矩形波）对输出流量的影响。通过实验对理论模型进行修正,得到了压电微泵输出流量简化模型。实验验证了所得模型在正弦波、三角波、矩形波3种不同波形驱动下最大误差不超过4%,控制范围内可靠性在99.0%以上。综合比较可知,方波脉冲信号为压电微泵最佳驱动信号。     

考虑胶层影响的压电陶瓷层合结构变形模型

针对压电层合结构中胶层厚度不可忽略的情况,根据层合结构各层的正应变分布,研究了压电层合结构中压电层与基底层中的正应变与胶层内部剪应变的数学关系,再根据剪应力与剪应变的关系,建立了考虑胶层情况下压电层与基底层界面上的剪应力、剪应变分布模型,得到压电层与基底层间界面上的应力、应变分布规律。并基于该模型研究了压电层合结构的几何参数与材料物性参数对应力、应变分布的影响。最后结合压电层合结构在电载荷下的变形模型,通过与实验结果对比,验证了考虑胶层影响模型的正确性。     

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。     

硅热流量传感器及其封装

在介绍硅热流量传感器的工作原理、工艺方法的基础上,重点给出了目前硅热流量传感器特别是风速计的几种常用结构以及相应的封装形式,并对每种结构及其封装形式的优缺点进行了分析。最后对硅热流量传感器封装发展中尚待解决的问题以及未来发展趋势进行了讨论。     

A fiber Raman ring laser

A fiber Raman ring laser was synchronously pumped by a cavity-dumped argon laser. The Raman laser was tuned with either a piezoelectric intracavity interferometer or by varying the pump pulse rate.     

Resonantly driven piezoelectric micropump: Fabrication of a micropump having high power density

As a fluid power source for practical micromachines using fluid power such as in-pipe mobile micromachines, micropumps having high power density are required. In this paper, a piezoelectric micropump using resonance drive is fabricated with the size of φ 9×10 mm. It basically consists of a bellows as a flexible pump chamber, a piezoelectric actuator for oscillating the bellows, and cantilever type of two check valves. An additional mass is attached to the free end of the piezoelectric actuator to enlarge amplitude of the displacement at resonant point. Firstly, through basic experiments using tap water as a working fluid, frequency characteristics and load characteristics of the pressure-dependent flow rate are experimentally investigated with various additional masses and valve thicknesses for stable and high performance. Next, for pumping of fluids having much higher viscosity than tap water, some improvements such as redesign of check valves and an application of a boost pressure are performed. Through basic experiments on pump performances using silicone oil, the effectiveness of those improvements is verified. As a result, the feasibility of the resonantly driven piezoelectric micropump is confirmed.     

Performance analysis of valveless micropump with disposable chamber actuated through Amplified Piezo Actuator (APA) for biomedical application

The precise manipulation of fluid through pumping systems has been the technological challenge in microfluidic applications. The biomedical applications call for precise and accurate delivery of fluid through miniaturized pumping systems. This paper presents a novel valveless micropump for biomedical applications operated by the Amplified Piezo Actuator. Integrating the disposable chamber and reusable actuator with the proposed micropump allows the actuator to be reused and eliminates the possibility of infection or contagion. The micropump was fabricated using low-cost polymeric materials like Polymethylmethacrylate (PMMA), Silicone rubber through CNC milling, Laser Cutting, conventional moulding operation. The micropump chamber, nozzle/diffusers, and a bossed diaphragm constituted disposable part and Amplified Piezo Actuator with structural support formed the reusable part of the micropump. The bossed diaphragm of the pump chamber consists of a central cylindrical protrusion to reduce the force of adhesion on the diaphragm and transmit force required for micropump actuation. A theoretical analysis was performed to assess the effect of diaphragm thickness and the bossed region on the effective stiffness of the diaphragm, which in turn influences the deflection achieved. Besides, an analytical approach has been presented to address the effect of adhesive force on the diaphragm surface due to the residual fluid and chamber depth. The experimental characterization of the micropump was carried out to determine the optimal performance parameters with water, fluids mimicking blood plasma, and whole blood. Based on the experimental results, the pumping rate and head developed by the micropump have been significantly affected by factors such as bossed ratio, diaphragm thickness, depth of the micropump chamber, and viscosity of the fluid. The optimum configuration of the micropump cosidered silicone rubber diaphragm with thickness of 0.20 mm having a bossed ratio of 0.33 and a chamber depth of 1.25 mm. With the optimal operating parameters of 150 V sinusoidal input of frequency 5 Hz, the proposed micropump was capable of delivering 7.192 ml/min, 6.108 ml/min, and 5.013 ml/min of water and blood plasma, whole blood mimicking fluid with the maximum backpressure of 294.00 Pa, 226.243 Pa, and 204.048 Pa respectively. The corresponding resolution, i.e., pumping volume/stroke of the micropump was about 23.972 µl, 20.358 µl, and 16.708 µl, respectively.