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。     

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。     

便携式压电微型泵驱动电源的研制

根据用于烈性药物输注的便携式压电微型泵的使用要求,研制了压电陶瓷驱动器的驱动电源。驱动电源以3 V锂离子钮扣电池供电,通过DC/DC电路和逆变电路为压电陶瓷驱动器提供高的输出电压(200 V,峰-峰值),具有频率可调,体积小,质量轻,功耗低,安全可靠,便于控制的特点。实验表明,驱动电源能满足压电微型泵的使用要求,也适用于以逆压电效应为基本原理的微小压电器件的动态应用。     

双腔并联式无阀压电微泵的设计及制作

为了实现微流控芯片的小型化、集成化,设计并制作了一种可定量连续输送微量液体的无阀压电微泵.该微泵采用双腔并联式结构,利用微机电系统(MEMS)技术在硅基片上制作了具有扩散口/喷口无阀结构的出入水口,采用压电双晶片作为驱动部件,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜.测试结果表明,泵膜的厚度、工作频率和电压对微泵的输出流速均有明显的影响,在频率1100 Hz及电压80 V时,双腔体并联式无阀压电微泵的最大流速为210μL/min,约为相同结构单腔体微泵流速的1.5倍.     

球阀式压电薄膜泵的初步研究

提出一种新结构的球阀式压电泵，分析了球阀式压电薄膜泵的工作原理，设计、制作了样机，对球阀式压电泵的电压工作特性以及频率工作特性等方面性能进行了初步的实验研究和测试，所得到的实验结果及其对结果的分析，为有阀压电泵(特别是球阀泵)的设计和开发奠定了基础。     

新型压电驱动机构

介绍了所研制的新型压电流体泵、多自由度压电马达、压电超声减摩机构等新型压电驱动机构的基本原理、试验样机的结构及研究现状。     

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。     

单腔结构压电陶瓷—金属复合体研究

研制出一种单腔结构压电陶瓷－金属复合体，该复合体不仅压电常数高，而且具有压电常数的位置依赖性小、制作更为简单、便于稳定地安装使用等优点。由实验研究得出了较佳尺寸的复合体，相应的有效压电应变常数为７８９０ｐＣ／Ｎ，为其中ＰＺＴ压电陶瓷压电应变常数的２４倍。     

锥形阀压电薄膜泵的初步研究

提出一种适应高频工作状态的压电薄膜泵结构，实步分析了所采用的锥形阀的工作原理与作用，设计了试验泵结构，加工了样机，通过试验证明了锥形阀的有效性，为进一步的研究打下了基础。     

无阀压电微泵的动态特性研究

微泵作为微流控系统中的核心控制元件已成为MEMS研究的热点，现主要研究了无阀式压电微泵的工作原理及其动态工作特性。实验表明，无阀压电微泵的流速随频率呈抛物线关系变化，最佳工作频率为1250Hz。在频率固定时，微泵流速随驱动电压的升高而增加。泵膜的厚度对于微泵的性能影响很大，相同条件下，较薄的泵膜具有更高的流速，且泵膜越薄，其性能对于频率的变化越敏感。电压为50V时，微泵最大流量可达1．695μL/min。总体看来，无阀压电微泵结构简单，驱动电压较低，性能稳定可靠。     

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。     

3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态。应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料，并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数，实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率，并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响。同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合，并提出了避免这种耦合的方法。     

3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态。应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料,并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数,实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率,并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响。同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合,并提出了避免这种耦合的方法。     

压电泵泵体出入口结构对输出性能的影响

为了提高微小型主动阀压电泵的输出性能,通过对流量计算公式的分析,推导出了影响流量的两个主要因素：阀口开度hv和阀口厚度w。利用有限元仿真分析软件ANSYS进行模拟流场的流动,分析了当hv和w不同时,阀口处流场的分布情况,也分析了在流速、阀口开度和阀口厚度的影响下,压强的损耗情况。在理论基础上制作了3个不同hv和w的压电泵的样机并进行了试验,试验结果表明,在hv=50 μm,w=200 μm,驱动电压为50 V时,其输出流量达到最大值为40 mL/min。     

压电泵泵腔体积变化量研究

分析了压电泵的工作原理，对工作中泵腔体积变化进行了分析，利用有限元程序对压电振子的变形进行了计算，得出变形曲面近似于抛物曲面，并以此建立泵腔体积变化量的测试计算方法，同时进行了测试与计算研究。     

压电泵振动放射噪声的研究

压电泵的动力源是由压电陶瓷片及金属放大片所组成的压电振子，产生振动及噪声是这种泵所不可避免的必然现象．该文对压电泵振动放射噪声进行了研究。首先提出了由振动量计算合成声压的理论模型；然后开发了压电振子的振动及振动产生放射噪声测试的试验装置，并利用这种装置适时跟踪测试了压电泵的振动与噪声；最后把理论计算与试验测试进行了比较，其结果证明了振动量计算合成声压理论的正确性。     

一种改进的平板式无阀压电流体泵

通过对带有缓冲腔和不带有缓冲腔的平板式无阀压电泵的对比实验,发现前者的性能大大优于后者,其输出能力提高了近4倍.由于带有缓冲腔的无阀压电泵的最佳工作频率高于不带有缓冲腔的同类型无阀压电泵,使其可以获得比较平稳的流量输出.当锥形角为6.4°,驱动电压为120V,工作频率为73Hz时,所制作的带有缓冲腔的压电泵具有最佳的工作性能,其进、出水口处的压力差达到8.53×102Pa.     

压电锥形流管无阀泵的研究——气穴现象

分析了压电锥形流管无阀泵的气穴现象,首先发生在高速吸入过程的振动子中心区域;同时利用气穴现象阐述了流体温度变化对泵流量影响的原因;最后通过实例说明了增加流量减少气穴现象发生的具体方法,为 泵的应用设计提供了依据。     

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。