壓電微泵是微流控系統(tǒng)的重要組成部分,決定著微流控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,它是隨著各種材料、結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新發(fā)展而產(chǎn)生出來(lái)的性能優(yōu)良的微型泵,其具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、體積微小、易于攜帶、輸送性能良好、能夠精確控制等諸多優(yōu)勢(shì)。其中壓電振子、閥體、泵體的材料及結(jié)構(gòu)組成會(huì)對(duì)壓電微泵的輸出性能起著極其重要的影響。本文針對(duì)微泵結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化展開(kāi)研究,主要有以下幾個(gè)方面:1)研究推導(dǎo)出了壓電振子在振動(dòng)時(shí)的撓度方程、泵腔體積變化方程以及輸送性能方程,并通過(guò)仿真驗(yàn)證了理論的準(zhǔn)確性,并選擇了對(duì)壓電振子的基板材料、直徑比、厚度進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2)設(shè)計(jì)了懸臂梁型閥體、輪式型閥體、傘形型閥體三種閥體結(jié)構(gòu),推導(dǎo)出了其在振動(dòng)過(guò)程中的撓度方程及微泵的流量方程,并利用ANSYS仿真軟件對(duì)閥體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。結(jié)合優(yōu)化好后的壓電振子及閥體設(shè)計(jì)出了單腔及雙腔壓電型微泵,推導(dǎo)出了微泵的理論輸送流量方程,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了閥體厚度及直徑、泵體的泵腔高度、進(jìn)出口直徑、閥孔直徑、凸臺(tái)高度等結(jié)構(gòu)參數(shù),研制出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化好后的壓電型微泵。3)經(jīng)過(guò)對(duì)單腔及雙腔壓電型微泵的實(shí)驗(yàn)研究,在對(duì)結(jié)構(gòu)已優(yōu)化好后的微泵施加了 50V正弦電壓情況下,單腔型壓電微泵輸送... 

【文章來(lái)源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：101 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１微栗的主要類(lèi)型??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ??［＞５］［６］［＞９］

?他于１９７８年提出此研究理論，其設(shè)計(jì)的單腔有閥壓電微栗能實(shí)現(xiàn)泵送流體的功能，??其結(jié)構(gòu)如圖１－３所示。作為最早期的壓電微泵，己經(jīng)具備了壓電振子、單向截止閥、??泵腔、泵體這些關(guān)鍵要素，能夠?qū)崿F(xiàn)振子的上凸和下凹，完成對(duì)流體的輸送。??入口?出口??單向??？＇／／?／／ｙ??振子?泵體??圖１－３樽崎哲二提出的壓電微泵??Ｆｉｇ．?１－３?Ｎａｋａｚａｋｉ?Ｔｅｔｓｕｏ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ??美國(guó)學(xué)家Ｖａｎ?ＬｉｎｔｅｌＰｌ于１９８７年發(fā)表了一篇關(guān)于用硅加工技術(shù)制成的壓電微泵，??他首先提出了利用硅加工技術(shù)來(lái)制作壓電微泵，這種泵在電壓為１００Ｖ，頻率為１Ｈｚ??的帶動(dòng)下流量為Ｓｉ＾ｍｉｒｆ１，輸出壓力ｌＯｋＰａ，其結(jié)構(gòu)如圖１－４所示。??壓電致動(dòng)器?玻璃隔膜??ｍ?＼?／?ｍ??入口硅晶片玻璃晶片ｉ出口??圖１－４基于硅加工技術(shù)的壓電微泵??Ｆｉｇ．?１－４?Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍｉｃｒｏ－ｐｕｍｐｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??瑞典學(xué)家８〖６１１１１１１６｜３（＞］在１９９３年發(fā)表了一篇關(guān)于一種依靠錐形管來(lái)推動(dòng)液體單方??向移動(dòng)的無(wú)閥型壓電微泵，他首先提出了無(wú)閥型的壓電微泵，微泵在驅(qū)動(dòng)部件的帶動(dòng)??下，使液體從進(jìn)出口同時(shí)流入流出，由于液體在流過(guò)錐形管時(shí)產(chǎn)生了壓力損失的差異，??相當(dāng)于錐形管起到了單向閥的作用，從而控制液體的單向流動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖１－５所示，??這種栗的最大流量為〗６ｍｌ／ｍｉｎ

?他于１９７８年提出此研究理論，其設(shè)計(jì)的單腔有閥壓電微栗能實(shí)現(xiàn)泵送流體的功能，??其結(jié)構(gòu)如圖１－３所示。作為最早期的壓電微泵，己經(jīng)具備了壓電振子、單向截止閥、??泵腔、泵體這些關(guān)鍵要素，能夠?qū)崿F(xiàn)振子的上凸和下凹，完成對(duì)流體的輸送。??入口?出口??單向??？＇／／?／／ｙ??振子?泵體??圖１－３樽崎哲二提出的壓電微泵??Ｆｉｇ．?１－３?Ｎａｋａｚａｋｉ?Ｔｅｔｓｕｏ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ??美國(guó)學(xué)家Ｖａｎ?ＬｉｎｔｅｌＰｌ于１９８７年發(fā)表了一篇關(guān)于用硅加工技術(shù)制成的壓電微泵，??他首先提出了利用硅加工技術(shù)來(lái)制作壓電微泵，這種泵在電壓為１００Ｖ，頻率為１Ｈｚ??的帶動(dòng)下流量為Ｓｉ＾ｍｉｒｆ１，輸出壓力ｌＯｋＰａ，其結(jié)構(gòu)如圖１－４所示。??壓電致動(dòng)器?玻璃隔膜??ｍ?＼?／?ｍ??入口硅晶片玻璃晶片ｉ出口??圖１－４基于硅加工技術(shù)的壓電微泵??Ｆｉｇ．?１－４?Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍｉｃｒｏ－ｐｕｍｐｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??瑞典學(xué)家８〖６１１１１１１６｜３（＞］在１９９３年發(fā)表了一篇關(guān)于一種依靠錐形管來(lái)推動(dòng)液體單方??向移動(dòng)的無(wú)閥型壓電微泵，他首先提出了無(wú)閥型的壓電微泵，微泵在驅(qū)動(dòng)部件的帶動(dòng)??下，使液體從進(jìn)出口同時(shí)流入流出，由于液體在流過(guò)錐形管時(shí)產(chǎn)生了壓力損失的差異，??相當(dāng)于錐形管起到了單向閥的作用，從而控制液體的單向流動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖１－５所示，??這種栗的最大流量為〗６ｍｌ／ｍｉｎ


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