發(fā)布時間：2017-06-24 06:09

  本文關鍵詞：壓電微泵研制及閥組的超聲波鍵合研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微泵作為微流量供給的動力,是微流量控制系統(tǒng)的核心部件。微泵在微流控領域內(nèi)是非常重要的微型執(zhí)行器,其廣泛應用于生物醫(yī)學MEMS、芯片冷卻系統(tǒng)和微型衛(wèi)星等,特別是在生物醫(yī)學MEMS領域,微泵在藥物輸送、DNA合成、微量流體供給和精確控制等方面起著至關重要的作用。近年來,聚合物微器件展現(xiàn)出成本低,生物兼容性好,化學抗性好等優(yōu)勢,為此本文開展了采用壓電雙晶片驅(qū)動的全聚合物有閥微泵的研究。 為避免膠粘接在生物醫(yī)學領域中的局限性,本文提出采用超聲波焊接技術對微泵閥組單元進行鍵合。首先,針對兩種超聲波焊接系統(tǒng)分別進行微泵結構設計,同時為研究微泵泵送性能的影響因素,設計了兩種不同尺寸的微泵泵體和兩種不同的微止回閥片,并采用不同尺寸的壓電雙晶片驅(qū)動。 微泵結構存在多個振動元件,例如壓電片、泵膜以及閥片,這些振動元件的振動性能對微泵泵送性能具有耦合作用,本文采用有限元軟件ANSYS仿真分析了這些振動元件的振動性能。首先,采用諧響應分析中的Full分析法,分析了大、小兩種尺寸的壓電片在懸臂梁情況下的諧振頻率。然后,采用聲場的非對稱方法分析了微泵泵體盛水時的模態(tài)和閥片在無限大靜水中的模態(tài)。 微泵采用全聚合物材料制作,其中泵體材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),采用精密雕刻機加工制作,微止回閥片采用SU-8膠光刻技術制作。針對60kHz超聲波焊接系統(tǒng),采用壓力自適應模式對微泵進行鍵合,研究最佳的焊接參數(shù);針對30kHz超聲波焊機,首先采用時間模式對微泵閥組單元進行鍵合,找出閥組單元鍵合后達到最佳效果時的能量,然后采用能量模式進行微泵進行鍵合,成品率更高。 本文最后將不同尺寸的泵體和壓電片與結構不同的閥片組合成四類微泵,分別對每類微泵進行重復制作并測量其性能,然后整理實驗數(shù)據(jù),找出每類微泵的流量隨驅(qū)動頻率變化的趨勢,然后結合微泵振動元件的仿真綜合分析微泵流量的峰值的來源,確定微泵最佳工作頻率的影響因素,為微泵的設計與改進提供一定的理論基礎。
【關鍵詞】：壓電雙晶片 有限元分析 超聲波鍵合 最佳工作頻率
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH38;TG456
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 微泵的應用及研究意義10-11
• 1.2 微泵研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 微泵分類11-12
• 1.2.2 壓電微泵研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 微泵常用材料15-16
• 1.2.4 微泵鍵合方法16-17
• 1.3 本課題的研究內(nèi)容及意義17-19
• 2 微泵工作原理及結構設計19-25
• 2.1 微泵工作原理19-20
• 2.2 微泵結構設計20-23
• 2.2.1 針對60 kHz超聲波焊機的微泵結構設計20-21
• 2.2.2 針對30 kHz超聲波焊機的微泵結構設計21-23
• 2.3 微泵尺寸和微止回閥片結構23-24
• 2.4 本章小結24-25
• 3 微泵振動性能仿真分析25-36
• 3.1 壓電片諧響應分析26-29
• 3.1.1 壓電材料和壓電方程26
• 3.1.2 ANSYS處理過程26-28
• 3.1.3 諧響應分析結果28-29
• 3.2 微泵泵體(盛水)模態(tài)分析29-33
• 3.2.1 ANSYS聲場流固耦合分析29-30
• 3.2.2 ANSYS處理過程30-31
• 3.2.3 模態(tài)分析結果31-33
• 3.3 閥片(水中)模態(tài)分析33-35
• 3.3.1 ANSYS處理過程33
• 3.3.2 靜水模態(tài)分析結果33-35
• 3.4 本章小結35-36
• 4 微泵零件加工及超聲波鍵合36-46
• 4.1 SU-8膠閥片制作工藝36-38
• 4.2 基于60 kHz超聲波焊機的微泵閥組鍵合38-42
• 4.2.1 60 kHz超聲波焊接系統(tǒng)38-40
• 4.2.2 基于壓力自適應方法的微泵閥組鍵合40-42
• 4.3 基于30 kHz超聲波焊機的微泵閥組鍵合42-45
• 4.3.1 30 kHz超聲波焊接系統(tǒng)42-43
• 4.3.2 基于能量模式的微泵閥組鍵合43-45
• 4.4 本章小結45-46
• 5 微泵泵送性能測試與分析46-54
• 5.1 微泵泵送性能測試系統(tǒng)46-47
• 5.2 采用60 kHz超聲波焊機焊接的微泵性能測試47-50
• 5.2.1 大尺寸微泵性能測試47-48
• 5.2.2 小尺寸微泵性能測試48-50
• 5.3 采用30 kHz超聲波焊機焊接的微泵性能測試50-51
• 5.4 結果與討論51-53
• 5.4.1 微泵最佳工作頻率51-53
• 5.4.2 有限元分析與實驗結果偏差分析53
• 5.5 本章小結53-54
• 結論54-56
• 參考文獻56-59
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況59-60
• 致謝60-61

【參考文獻】

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本文編號：477276