激光驱动的微泵

随着微机械技术的灵活运用,现在积极进行着可以将极微量液体高精度输液的微泵的研究开发。在过去,微量泵作为医疗用,是用来连续注入胰岛素、镇痛剂等。另外,通过阀门、流体通路等同时被微小化,可以期待检查、分析血液、药品类等仪器的市场将扩大。但是在流体器件,尤其是液体处理器件的微型化中,流体管路的阻力大大影响泵的性能。另外,还有伴随小型化的驱动能量方法等课题。本文介绍激光作驱动能量的微泵。     

形状记忆合金/硅复合膜驱动的微泵

形状记忆合金／硅复合膜驱动的微泵由一个可形变腔体和两个单向硅薄片阀组成，微驱动膜利用ＮｉＴｉ形状记忆合金薄膜相变时具有大的可回复应力和Ｓｉ衬底膜的反偏置力，产生双向往复振动，采用图形化的ＮｉＴｉ薄膜作为热诱发相变的加热电阻，有效地提高了动态响应频率。同时降低了驱动功率。通过驱动结构的优化设计。增加了驱动位移和工作寿命。微泵采用Ｓｉ表面和立体微加工工艺、金－硅共晶键合等技术制备，它的外形尺寸为６ｍｍ     

形状记忆合金薄膜驱动微泵的动态特性

一种用形状记忆合金薄膜驱动的新型微泵已经研制成功。为了进一步提高微泵性能，研究了微泵在不同驱动条件下的动态特性。结果表明，随着驱动电流和频率的增加，驱动膜有一个最大的位移植。占空比对最大位移的影响在有无流体情况下是不同的。微泵的流量不仅仅由驱动膜的位移决定，它还与驱动频率有关。在给定的频率下，位移越大，输出流量也越大。动态驱动过程中NiTi电阻的变化表明，形状记忆合金薄膜的马氏体←→奥氏体相转变是不完全的。     

基于激光冲击波三维无损打标的数值模拟

为了研究激光冲击波打标后标记区域的残余应力分布与材料变形情况,基于ANSYS/LS-DYNA建立了激光冲击波打标的三维有限元模型,通过激光诱导的冲击波加载,进行了打标的数值模拟.模拟结果表明,激光冲击波作用后的标记区域网格形成了与载荷直径相仿的凹坑,其残余应力均表现为压应力,并随着形变量的逐渐增加,在标记中心残余压应力达到最大值;材料厚度方向的残余压应力随着材料厚度的增加而不断减小,在1mm～1.4mm深度范围内载荷的作用效果不明显.这一结果可用于指导激光冲击波三维无损打标残余应力场的理论分析及其实验研究.     

强激光驱动冲击波特性研究

描述了用于激光冲击强化中的激光驱动冲击波的产生、测量及在材料中的传播特性。讨论了激光功率密度的变化对冲击波峰值的影响。并对水作约束层时产生的等离子体环现象进行了解释。最后讨论了激光波长和脉冲宽度的变化对冲击波的峰值和持续时间的影响。     

微型泵的驱动技术

本文通过对近几年来各类微型泵研究的比较,从微型泵设计的关键技术－驱动方式的角度进行考虑,着重以压电致动泵,热气致动泵,电磁致动泵和记忆合金振膜泵等微型泵进行讨论。     

电磁驱动柔性振动膜无阀微泵

提出了一种新型微泵设计方案和制作工艺，将电磁驱动器与大振幅振动膜相结合，得到流量大、易于控制的新型微泵。该微泵结构简单，由硅橡胶(聚二甲基硅氧烷PDMS橡胶)振动膜和无阀泵泵体组成，将硅加工工艺和非硅加工工艺(电镀)相结合。采用电镀和硅橡胶加工方法将振动膜直接制作在一个硅片上；用电镀和体硅加工工艺将驱动线圈和无阀泵泵体制作在另一块硅片上，然后将两个硅片键合在一起。对该微泵的性能特点正进行着更深入的研究。     

强激光驱动高压冲击波特性研究

利用响应快、测压范围宽的新型绝缘膜组合式高聚物压电传感器 (PVDF压电传感器 )以及PIN硅光二极管和 PHIL IPS PM 332 0 A型示波器 ,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量。得到了激光冲击波在铝靶中的平均传播速度为 6 .38× 10 3 m/ s,与通常的声波纵波在铝中的传播速度 (6 4 0 0 m / s)很相近。激光引发的冲击波峰值压力在铝中的衰减规律是指数型的。     

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。     

实验研究有机玻璃约束层对激光冲击波的影响

利用自行研制的ＰＶＤＦ压电传感器研究了高功率密度激光冲击过程中有机玻璃约束窗口对激光冲击波压力的影响，实验表明有机玻璃（ＰＭＭＡ）约束层可大幅度提高冲击波压力和冲击波持续时间     

约束层刚性对激光诱导冲击波影响的研究

用不同的实验方法研究了约束层的厚度和弹性与激光冲击强化效果和变形量的关系,进而说明约束层本身的刚性对激光诱导冲击波的影响。实验表明,采用一定厚度的约束层,既能有效利用激光能量,又能获得较大的激光冲击波峰压;一定刚性的约束层比弹性约束层更能有效提高激光冲击波的峰压,从而能得到更好的激光冲击效果。     

用激光冲击波无损评估材料内部的均一性

利用脉冲激光诱导的冲击波对材料的内部组织结构进行无损评估，首次通过测量激光在铝和碳纤维／环氧复合材料中诱导的冲击波获得了材料内部的均一性信息。     

激光冲击硬化层中激光声表面波的实验研究

激光冲击硬化通过在材料的近表面产生残余压应力来提高材料的表面硬度和抗疲劳寿命。材料近表面性质的变化能够导致在其中传播的声表面波发生色散。为了研究激光冲击硬化后金属Al合金样品中的激光声表面波(SAW)的传播,提出一种合理的宽带激发和接收方法,搭建了由激光激发、聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器接收超声信号的实验装置。分别对不同条件下激光冲击的Al合金样品中的激光声表面波进行了探测,通过对接收到的超声信号进行时频分析得到了信号的频谱以及声表面波的相速度色散曲线,速度色散主要是由于晶粒方向改变和错位密度的增加引起的。     

激光冲击波在铝靶中衰减特性研究

本文利用PVDF新型压电传感器对激光冲击波进行了多点实时测量，得到了激光冲击波在铝中的衰减规律．所得结果对激光冲击强化以及材料本构和动态断裂研究等均具有十分重要的价值．     

金属板料激光冲击成形技术研究

本文首次提出利用激光冲击波进行金属板料成形的新技术——金属板料的激光冲击成形,分析了其成形机理和特点。利用脉冲能量为1030J、脉宽为20ns的高功率Nd:Glass激光器,对金属板料进行了激光冲击成形的实验研究,探讨了激光参数、约束边界条件等对板料成形的影响。结果表明:在单次激光冲击下,随激光能量的增加,板料成形量随之增大,顶部曲率半径减小;随约束孔径的增加,板料成形量和顶部曲率半径都随之增加;在成形区凸面顶部为残余压缩应力-301MPa～-28MPa,而在成形凹面顶部因板料厚度的不同而呈现为残余压缩应力或拉伸应力。通过选择不同的激光参数和约束条件可以获得所需的工件轮廓形状和表面残余应力性质,为大面积板料的无模激光冲击成形技术的研究提供了依据。     

激光空泡脉动特性的实验和理论研究

采用自行研制的基于光偏转原理的高灵敏度光纤传感器研究了激光在水中铝靶表面产生的等离子体空泡及其脉动特性。通过实验获得了激光等离子体空泡在靶表面两次膨胀收缩的全过程；判定了空泡在两次脉动中对应的最大和最小泡半径。进而结合空泡溃灭理论，推算了激光空泡在各次脉动周期中含气量的变化。实验结果表明，激光空泡的含气量越小，空泡收缩越剧烈，气泡所能收缩的最小泡半径越小，其相应溃灭周期也越短。     

液体中激光等离子体声波声谱特性研究

对高功率激光与液体物质作用时产生的等离子体声波声谱特性进行了实验研究.采用压电陶瓷(PZT)水听器测量了不同情况下的激光等离子体声波,对采集的信号经过傅立叶变换(FFT)后得到相应的声谱进行频谱分析.结果表明:激光等离子体声波的频谱分布、峰值频率与激光能量、激光在水下的衰减特性和水下环境无关.     

实验研究脉冲强激光在铝靶中诱导的冲击波

利用自行研制的ＰＶＤＦ压电膜传感器实时测量了高功率密度脉冲激光辐照到铝材料表面时在靶材中诱导的激光冲击波压力，通过对不同厚度靶板背面冲击波压力的测量获得了激光冲击波在铝材料中的衰减规律，并在ＧＷ／ｃｍ２量级的范围内研究了激光冲击波峰压随激光功率密度的关系     

环境气体中激光诱导Fe等离子体发射光谱的时间演化特性

环境气体对于激光诱导等离子体的形成和演化特征有着重要影响,适当的环境气体条件有利于激光诱导等离子体发射光谱分析的进行。利用准分子激光(308 nm)烧蚀低合金钢靶诱导等离子体原子发射光谱,研究了环境气体对等离子体发射光谱强度及时间演化特性的影响,对实验结果进行了讨论,得到了激光诱导Fe等离子体的原子发射光谱分析的优化条件。实验测定了不同气压氩气、氦气环境下及真空条件下Fe等离子体发射光谱强度及时间演化特性。结果表明,环境气体对激光诱导Fe等离子体发射光谱具有增强作用,而在较低气压下氩气比氦气的辐射增强效果更为显著。在5.32×104Pa氩气环境下,在等离子体形成后约6μs和10μs时发射谱线强度和信号背景比分别达到最大值。