壓電泵是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng),使壓電振子產(chǎn)生變形,再由變形產(chǎn)生泵腔的容積變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體定向驅(qū)動(dòng)的新型微小泵。本文在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外壓電流體泵研究的基礎(chǔ)上,對(duì)其影響流量的參數(shù)進(jìn)行仿真分析,而且進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)并制作了三種壓電泵,并且對(duì)單腔雙主動(dòng)閥壓電泵、單腔雙主動(dòng)閥復(fù)合壓電泵、雙腔串聯(lián)壓電泵進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比測(cè)試,為主動(dòng)閥壓電泵的深入研究奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)也為提高壓電泵的輸出特性提供了一種新的方法。 根據(jù)不同壓電驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)以及泵工作情況的要求,選擇了適用于壓電泵驅(qū)動(dòng)的壓電驅(qū)動(dòng)器——圓形雙晶片壓電振子�；诳讼；舴虻幕炯僭O(shè)建立了雙晶片壓電振子的理論模型,利用Rayleigh-Ritz法求解,推導(dǎo)出的圓形雙晶片壓電振子的一階彎曲振動(dòng)的固有頻率和動(dòng)態(tài)位移模式函數(shù),并得出圓形雙晶片壓電振子的固有頻率以及在某一電場(chǎng)下的撓度,不僅與壓電陶瓷片和金屬基板的材料屬性有關(guān),而且與金屬基板的厚度、壓電陶瓷片的厚度、金屬基板的直徑、壓電陶瓷片的直徑有很大關(guān)系。 綜合考慮壓電泵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求,確定了雙晶片壓電振子的尺寸,選用基板直徑Φ35mm的壓電雙晶片,其壓電陶瓷直徑為Φ30mm,基板厚度0.1mm,陶瓷厚度0.3mm。選取了適宜驅(qū)動(dòng)壓電振子的波形信號(hào)并確定了90V為壓電振子工作的適宜電壓。找出了壓電振子的振幅隨電壓、頻率以及預(yù)緊力之間的關(guān)系,從理論上分析壓電泵性能的影響因素,研究泵腔內(nèi)流體的流動(dòng)特性,改進(jìn)泵體的結(jié)構(gòu);壓電振子不僅是壓電晶片驅(qū)動(dòng)式主動(dòng)閥的關(guān)鍵部件,而且還是壓電泵的動(dòng)力源,其振動(dòng)狀態(tài)決定壓電晶片驅(qū)動(dòng)式主動(dòng)閥和壓電泵的工作性能。利用有限元分析軟件ANSYS分析了閥口厚度w和閥口開(kāi)度hv對(duì)閥腔內(nèi)流場(chǎng)分布和壓強(qiáng)損耗的影響,為優(yōu)化圓形單晶片驅(qū)動(dòng)式為微小型主動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)。對(duì)影響流量的泵的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)優(yōu)化后的參數(shù)設(shè)計(jì)并制作了單腔體、雙腔體及單腔雙作用壓電泵,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明雙作用壓電泵可以有效提高壓電泵的輸出性能。 基于模塊化的思想,分別介紹了其電源的選取以及單片機(jī)的分析與選擇,并對(duì)其通信方式、接口標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了分析,并自行設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路和反饋電路,為其自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)提供了硬件支持;工作軟件主要上位機(jī)(即PC機(jī))程序和下位機(jī)(即單片機(jī))程序,上位機(jī)軟件程序用VS C#語(yǔ)言編寫(xiě),下位機(jī)軟件程序也用VS C#語(yǔ)言編寫(xiě)。上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)以及下位機(jī)上傳的振動(dòng)反饋信號(hào)來(lái)發(fā)送控制指令給下位機(jī);下位機(jī)軟件則根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的控制指令來(lái)控制硬件電路的工作,同時(shí)將采集的振動(dòng)反饋信號(hào)傳送給上位機(jī)。最后對(duì)該系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和使用,證明該控制系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)可以滿(mǎn)足對(duì)輸送流量的精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類(lèi)】：TH38
【部分圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文適合于本課題研究的控制系統(tǒng)。主要功能是為了配合微小型壓電泵的振動(dòng)變形的需要，提供可以方便調(diào)節(jié)的電壓、頻率以及交變信號(hào)的相位差，利用上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)壓電振子的變化實(shí)時(shí)監(jiān)控并能根據(jù)傳感器的信號(hào)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整電信號(hào)的頻率。最后對(duì)該系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和使用，證明該控制系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)可以滿(mǎn)足對(duì)輸送流量的精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。論文工作為微小型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新思路，為今后進(jìn)一步的研究工作建立了基礎(chǔ)。1.2 微小型壓電泵研究概況1.2.1 微小型壓電泵的發(fā)展概況雙金屬片

提供了新思路，為今后進(jìn)一步的研究工作建立了基礎(chǔ)。1.2 微小型壓電泵研究概況1.2.1 微小型壓電泵的發(fā)展概況圖 1.1(a)熱致動(dòng)雙金屬微泵 圖 1.1(b)相變熱驅(qū)動(dòng)微泵入口 出口雙金屬片泵室閥低壓端 高壓端流動(dòng)方向循閥膜加熱元微細(xì)管隔膜泵室 固定電極 泵膜片 泵室

微小型壓電泵是以壓電振子作為驅(qū)動(dòng)器，在不同的電信號(hào)的激勵(lì)下，產(chǎn)生不同的變形，這種壓電驅(qū)動(dòng)器本身是一個(gè)精度很高、體積很小的陶瓷材料，在受到電信號(hào)的激勵(lì)時(shí)，能夠快速的回應(yīng)并能準(zhǔn)確表達(dá)。因此它能更好的控制流量的輸出。另外，由于壓電泵將驅(qū)動(dòng)件、傳動(dòng)件和執(zhí)行件這三個(gè)元件做為一個(gè)整體，其磨損程度也有所降低。并且它消耗的能量較少，不受電磁的干擾，再加上壓電晶片是比較薄的驅(qū)動(dòng)振子，能引起較大的腔體變化。因此使得壓電泵在很多前沿領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[35-38]。1.2.3 微小型壓電泵的種類(lèi)微小型壓電泵的工作原理就是壓電振子在給定的交變電流的信號(hào)激勵(lì)下，發(fā)生了逆壓電效應(yīng)，再通過(guò)其變形引起腔內(nèi)的體積變化實(shí)現(xiàn)流體的輸出。那么對(duì)其分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)也是說(shuō)法各一。目前根據(jù)壓電泵的研究及應(yīng)用情況，壓電泵可以分為壓電超聲泵和壓電薄膜泵兩大類(lèi)，而壓電薄膜泵根據(jù)有無(wú)閥可以分為有閥壓電泵和無(wú)閥壓電泵兩種，而有閥壓電泵又可分為被動(dòng)閥壓電泵和主動(dòng)閥壓電泵。壓電泵的分類(lèi)如圖 1.2 所示。
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 童玲莉;癲癇前期特征感知與微泵自動(dòng)釋藥預(yù)治療模型研究[D];蘭州大學(xué);2012年

2 吳迪;液體混合用多入口壓電泵的研究[D];吉林大學(xué);2012年

3 薛勵(lì)鋒;測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解編系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];吉林大學(xué);2012年

4 賀文元;基于脈動(dòng)消除的壓電泵高精度閉環(huán)控制方法研究閉環(huán)控制方法研究[D];蘇州大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2888419