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,從而實現(xiàn)對流體定向驅(qū)動的新型微小泵。本文在總結(jié)了國內(nèi)外壓電流體泵研究的基礎(chǔ)上,對其影響流量的參數(shù)進(jìn)行仿真分析,而且進(jìn)行了實驗優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計并制作了三種壓電泵,并且對單腔雙主動閥壓電泵、單腔雙主動閥復(fù)合壓電泵、雙腔串聯(lián)壓電泵進(jìn)行了實驗對比測試,為主動閥壓電泵的深入研究奠定了基礎(chǔ)。同時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)動器的特點以及泵工作情況的要求,選擇了適用于壓電泵驅(qū)動的壓電驅(qū)動器——圓形雙晶片壓電振子。基于克�；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的固有頻率和動態(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)動壓電振子的波形信號并確定了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)動式主動閥的關(guān)鍵部件,而且還是壓電泵的動力源,其振動狀態(tài)決定壓電晶片驅(qū)動式主動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和閥口開度hv對閥腔內(nèi)流場分布和壓強損耗的影響,為優(yōu)化圓形單晶片驅(qū)動式為微小型主動閥的結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)。對影響流量的泵的關(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)行了實驗對比分析,實驗測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的分析與選擇,并對其通信方式、接口標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了分析,并自行設(shè)計了驅(qū)動電路和反饋電路,為其自動控制的實現(xiàn)提供了硬件支持;工作軟件主要上位機(即PC機)程序和下位機(即單片機)程序,上位機軟件程序用VS C#語言編寫,下位機軟件程序也用VS C#語言編寫。上位機軟件負(fù)責(zé)根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)以及下位機上傳的振動反饋信號來發(fā)送控制指令給下位機;下位機軟件則根據(jù)上位機下發(fā)的控制指令來控制硬件電路的工作,同時將采集的振動反饋信號傳送給上位機。最后對該系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)進(jìn)行了測試。經(jīng)過多次實驗和使用,證明該控制系統(tǒng)的各項指標(biāo)可以滿足對輸送流量的精度要求較高的應(yīng)用場合。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：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、頻率以及交變信號的相位差，利用上位機系統(tǒng)對壓電振子的變化實時監(jiān)控并能根據(jù)傳感器的信號反饋來實現(xiàn)自動調(diào)整電信號的頻率。最后對該系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)進(jìn)行了測試。經(jīng)過多次實驗和使用，證明該控制系統(tǒng)的各項指標(biāo)可以滿足對輸送流量的精度要求較高的應(yīng)用場合。論文工作為微小型驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計提供了新思路，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)熱致動雙金屬微泵 圖 1.1(b)相變熱驅(qū)動微泵入口 出口雙金屬片泵室閥低壓端 高壓端流動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)動器，在不同的電信號的激勵下，產(chǎn)生不同的變形，這種壓電驅(qū)動器本身是一個精度很高、體積很小的陶瓷材料，在受到電信號的激勵時，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)動件、傳動件和執(zhí)行件這三個元件做為一個整體，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激勵下，發(fā)生了逆壓電效應(yīng)，再通過其變形引起腔內(nèi)的體積變化實現(xiàn)流體的輸出。那么對其分類的標(biāo)準(zhǔn)也是說法各一。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，而壓電薄膜泵根據(jù)有無閥可以分為有閥壓電泵和無閥壓電泵兩種，而有閥壓電泵又可分為被動閥壓電泵和主動閥壓電泵。壓電泵的分類如圖 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 薛勵鋒;測井?dāng)?shù)據(jù)解編系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D];吉林大學(xué);2012年

4 賀文元;基于脈動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：2888419