【摘要】：在糖尿病患病率逐年上升的大背景下,患者對(duì)佩戴便攜式胰島素泵維持體內(nèi)正常胰島素量的需求不斷增加。面對(duì)傳統(tǒng)柱塞式胰島素泵價(jià)格居高不下等問題,基于壓電驅(qū)動(dòng)的胰島素泵的研制可免除微型步進(jìn)電機(jī)與精密傳動(dòng)裝置的使用,從而降低胰島素泵的成本,有利于產(chǎn)品的迅速普及。同時(shí)壓電驅(qū)動(dòng)的胰島素泵在驅(qū)動(dòng)原理上與傳統(tǒng)柱塞式胰島素泵有很大不同,利用的是壓電材料在變化的正負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)下所產(chǎn)生的形變配合閥門驅(qū)動(dòng)液體單向流動(dòng),結(jié)構(gòu)中沒有傳動(dòng)部件,有進(jìn)一步向微小型化發(fā)展的潛力,擁有巨大的市場(chǎng)價(jià)值。本文以用于便攜式胰島素泵的壓電微泵作為研究重點(diǎn)。為了確定其重要組成部件壓電振子及懸臂梁單向閥的結(jié)構(gòu)參數(shù),本文在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,建立了壓電振子及懸臂閥門的仿真模型,通過有限元仿真的手段分析了組件的運(yùn)動(dòng)特性,計(jì)算組件的固有頻率、振動(dòng)幅度等重要參數(shù)。最終通過優(yōu)化設(shè)計(jì)分析確定了零部件原始參數(shù)。為進(jìn)一步研究懸臂閥在工作過程中與液體的相互作用,以及進(jìn)行微泵腔體流道設(shè)計(jì),對(duì)壓電泵所涉及的流體區(qū)域進(jìn)行建模,通過仿真軟件ANSYS Workbench與Fluent的聯(lián)合分析,將雙向固液耦合分析的手段引入有閥壓電微泵的設(shè)計(jì)之中,細(xì)化了閥門形狀設(shè)計(jì)、確定了閥門與泵體間的配合尺寸、安裝間隙及出口流道形式。并結(jié)合上述分析分別對(duì)單腔體和雙腔體微泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為滿足壓電微泵設(shè)計(jì)前期測(cè)試的需要,設(shè)計(jì)了壓電泵驅(qū)動(dòng)電路。形成了前端由單片機(jī)控制輸出頻率,后端由互補(bǔ)放大電路進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)的方波輸出形式的驅(qū)動(dòng)電路的方案,制作了驅(qū)動(dòng)電路板。對(duì)壓電胰島素泵的各組成部件進(jìn)行了小批量加工試制,裝配出實(shí)驗(yàn)樣機(jī),并對(duì)批量生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究。對(duì)制作的樣機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試,通過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)來調(diào)整胰島素壓電泵的各尺寸參數(shù),確定最佳性能的制造及裝配參數(shù),尋找壓電微泵的最佳工作點(diǎn),測(cè)試出此時(shí)壓電泵輸出的流量、壓力及流量的最小分辨量。并對(duì)便攜式壓電胰島素泵整機(jī)的開發(fā)進(jìn)行了宏觀上的探索。
【圖文】：

檢保證輸入精度，每小時(shí)最小輸入 0.01 U，輸入精度達(dá) 2%，IPX8 防水標(biāo)準(zhǔn)，可記錄前 500 次輸入歷史。羅氏ACCU-CHEK型胰島素泵如圖1-3 b)所示，其基本參數(shù)與前面提到的丹納IIS型胰島素泵相仿，不同之處在于羅氏ACCU-CHEK型胰島素輸注系統(tǒng)包括一個(gè)胰島素泵和一個(gè)帶血糖儀功能的智能控制器。胰島素泵與控制器（血糖儀）之間可以依靠藍(lán)牙無線連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向連接。無需操作胰島素泵，用戶可以借助于ACCU-CHEK Performa Combo控制器，，對(duì)泵的功能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。其最小基礎(chǔ)率每小時(shí)0.05 U，每3分鐘輸注一次。有堵管預(yù)警功能，可檢測(cè)管路是否通暢。a) 丹納 IIS 胰島素泵 b) 羅氏 ACCU-CHEK 型胰島素泵圖 1-3 柱塞式胰島素泵產(chǎn)品國內(nèi)也有類似的同類產(chǎn)品，參數(shù)與上面兩款大致相仿，有些許落后于國際產(chǎn)品

圖 1-4 Jewel Pump 壓電胰島素泵樣機(jī) 圖 1-5 吉林大學(xué)壓電胰島素泵樣機(jī)該樣機(jī)在 36 V 電壓，頻率 160 Hz 的驅(qū)動(dòng)條件下，最大輸出壓力為 14.6小輸出分辨量（200 Hz 條件下）達(dá)到 0.3 μl（相當(dāng)于胰島素在 100 U 濃度射 0.03 U）[18]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH789

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐有偉;;胰島素泵強(qiáng)化治療不同病程初診2型糖尿病的臨床觀察及隨訪研究[J];中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志;2016年18期

2 HUANG Jun;ZHANG Jianhui;SHI Weidong;WANG Yuan;;3D FEM Analyses on Flow Field Characteristics of the Valveless Piezoelectric Pump[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2016年04期

3 李立安;曾平;董景石;程光明;吳迪;;雙入口壓電泵的流體混合仿真分析與驗(yàn)證[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2016年08期

4 王友清;;人工胰臟:現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與展望[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);2013年03期

5 溫建明;程光明;馬繼杰;張忠華;蔣永華;;雙腔串聯(lián)壓電胰島素泵性能分析與試驗(yàn)[J];排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年03期

6 岳緒軍;田建君;;便攜式胰島素泵的設(shè)計(jì)[J];硅谷;2011年22期

7 錢冰;;136例糖尿病患者應(yīng)用胰島素泵治療的護(hù)理[J];中國醫(yī)學(xué)創(chuàng)新;2011年21期

8 國海峰;肖站;李生;;壓電泵的驅(qū)動(dòng)電源研制及其特性研究[J];微特電機(jī);2011年04期

9 鄧桂珍;武海珍;;糖尿病患者應(yīng)用胰島素泵治療的護(hù)理[J];山東醫(yī)藥;2011年13期

10 程光明;朱志偉;曾平;姜鵬;李立安;;壓電泵自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制的仿真研究[J];壓電與聲光;2010年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 潘笛站;雙腔壓電胰島素泵的設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2649613