专利名称：压电振子主动阀式压电泵的制作方法
技术领域：
本发明属于微机电流体领域，涉及到压电泵泵阀机械结构及控制方式的改变。
背景技术：
二十世纪七十年代末国外就已经开展了压电泵的研究工作。1978年日本学者樽崎哲二提出的压电泵，其主要部件为一个可双向弯曲的压电振子与一对机械式单向阀，工作时可以实现对流体的连续定向输送。单向阀可防止流体倒流，可以使压电泵获得较高的输出压力和流量。但是由于压电泵中的压电振子工作时引起泵腔体积的变化量有限，这就需要通过提高压电振子的振动频率来提高泵输出流量。可是压电泵的工作频率受单向阀运动元件惯性的限制，响应频率一般较低，泵的输出能力受到限制。为了提高压电泵的输出能力，无阀压电泵的研究工作得到重视。不过无阀压电泵由于没有单向阀，和有阀式压电泵相比，泵的工作频率可以提高，但是因为没有单向阀，泵工作时的流体回流现象比较严重，泵的工作压力和截止性下降。因此为了进一步提高压电泵的工作性能，单向阀压电泵的研究工作又得到重视，目前已经有压电阀、热激励阀、静电激励阀、磁激励阀、记忆合金阀、电磁/静电激励阀等多种原理的阀结构研究，不同的阀结构在微流体驱动中根据各自的特点在特定场合中得到应用，但是这些阀主要还是以被动阀的形式进行工作。
由于压电泵在高频工作时被动阀的开启和关闭滞后于压电振子的运动现象并没有得到很好的解决，故又提出了主动控制阀的构想。目前，对于主动阀压电泵的研究，国外已经取得了一定的进展，主要应用在医疗液体输送系统方面，而国内还未见有相关报道。
发明内容
本发明提供一种压电振子式主动阀压电泵，以解决泵阀滞后性的问题。本发明采取的技术方案是泵体上有进水口10、出水口11分别与泵腔连通，上压盖4、泵体5和下压盖6固定连接，进口阀驱动压电振子1边缘通过柔性材质的密封圈7与泵体连接，出口阀驱动压电振子2边缘通过柔性材质的密封圈7’与泵体连接，阀口柔性圈9固定在阀口周围，泵腔驱动压电振子3边缘通过柔性材质的密封圈8与泵体固定连接。
本发明另一种技术方案是在上述方案基础上，在上压盖4和泵体5之间增加阀体13和阀膜12，两者分别与阀体固定连接；阀膜12、压电振子1共同构成进口阀，阀膜12、压电振子2共同构成出口阀，阀膜12由压电振子1、2通过液压放大驱动本发明中使用了三个压电振子，其中两个作为进、出口阀或进、出口阀的驱动元件，通过施加在压电振子上的交变信号来实现阀的开启与关闭；另外一个压电振子作为压电泵的驱动元件，通过压电振子的变形实现泵腔容积的变化。阀口周围安置了柔性圈，该柔性圈的材质为橡胶或其它柔性材料。各压电振子均采用柔性支撑，即在压电振子的边缘均装有柔性材质的密封圈。
在控制方式上，进、出口阀驱动振子和泵腔驱动振子上均施加交变电压信号，且进口阀驱动振子与泵腔驱动振子的驱动电压相位相差90°，出口阀驱动振子与进口阀驱动振子的驱动电压相位相差180°。
本发明具备以下优点采用了压电振子作为泵阀的驱动元件，通过施加交变信号就可以实现阀的开启和关闭，使得控制方式简化，同时通过调整控制信号的相位，即可实现对泵送方向的改变。由于压电振子具有响应快速的优点，使得泵阀能够与泵腔驱动压电振子动作保持协调一致，减少了泵阀的滞后性，从而使压电泵的输出性能得到了提高。此外，压电振子的无电磁干扰特性使压电泵的应用场合也得到了扩展。
增加阀体和阀膜的压电泵除具有上述优点外，还具有以下优点通过放大机构将压电振子的变形放大，使得进、出口阀的开度变大，增加了阀口的通流能力。所使用的液压放大机构采用膜式结构，有效的解决了通常液压放大机构密封困难、密封效果差、成本高的缺点。
图1是本发明的结构图；图2是本发明所用的驱动信号波形图；图3是本发明增加阀体和阀膜的压电泵结构图；图4(a)是本发明的工作示意图，此时泵腔体积增加，泵腔内压力降低；图4(b)是本发明的工作示意图；此时泵腔体积减少，泵腔内压力增高；图5(a)是本发明有阀体和阀膜的工作示意图。此时泵腔体积增加，泵腔内压力降低；图5(b)是本发明增加阀体和阀膜的工作示意图。此时泵腔体积减少，泵腔内压力增高。
具体实施例方式
实施例1泵体上有进水口10、出水口11分别与泵腔连通，上压盖4、泵体5和下压盖6固定连接，进口阀驱动振子1边缘通过柔性材质的密封圈7与泵体连接，出口阀驱动振子2边缘通过柔性材质的密封圈7’与泵体连接，阀口柔性圈9固定在阀口周围，泵腔驱动振子3边缘通过柔性材质的密封圈8与泵体固定连接。
参照图1，采用有机玻璃制作了上压盖4、泵体5和下压盖6，作为压电泵的机体；进、出口阀1、2分别由压电振子构成、上压盖4和泵体5构成进、出口阀，为了使阀关闭时驱动压电振子与阀口有良好的密封性，在泵体5上开环形槽放置柔性圈9；同时为了提高泵腔驱动振子的振动性能，在其边缘均安装了弹性密封圈，实现柔性支撑；在控制方式上，进、出口阀驱动振子和泵腔驱动振子上均施加交变电压信号，且进口阀驱动振子和泵腔驱动振子的驱动信号相位相差90°，出口阀驱动振子与进口阀驱动振子的驱动信号相位相差180°，该泵最佳工作电源信号时序图如图2所示。
参照图2、图4(a)、图4(b)泵的工作过程如下在0-1/4周期区间，泵的动作见图4(a)，进口阀驱动振子加正向电压信号，振子向上运动，远离柔性圈9，进口阀打开；出口阀驱动振子加负向电压，振子向下运动，最终与柔性圈9’接触，出口阀关闭；此时泵腔驱动振子加正向电压信号，向下运动，泵腔体积增加，泵腔内压力降低，流体通过进口阀进入泵腔。
在1/4-3/4周期区间，泵的动作见图4(b)，出口阀驱动振子加正向电压信号，向上运动，远离柔性圈9’，出口阀打开；进口阀驱动振子加负向电压，振子向下运动，最终与柔性圈9接触，进口阀关闭；此时泵腔驱动振子加负向电压信号，向下运动，泵腔体积减小，泵腔内压力增加，流体通过出口阀流出。
在3/4-1周期区间，泵的动作重复0-1/4周期动作。
上述内容可以总结为下表
周期性的重复上述动作，就实现了流体的连续泵送。
实施例2泵体上有进水口10、出水口11分别与泵腔连通，上压盖4、泵体5和下压盖6固定连接，进口阀驱动振子1边缘通过柔性材质的密封圈7与泵体连接，出口阀驱动振子2边缘通过柔性材质的密封圈7’与泵体连接，阀口柔性圈9固定在泵体内部的阀口周围，泵腔驱动振子3边缘通过柔性材质的密封圈8与泵体固定连接，在上压盖4和泵体5之间增加阀体13，阀膜12，两者与阀体分别固定连接。
参照图3，对照实施例1，压电泵的机体增加了阀膜12和阀体13。进、出口阀驱动压电振子1、2、上压盖4、阀体13、阀膜12组成密闭腔体，组装时充入液体，和泵体5共同构成进、出口阀。该泵最佳工作电源信号时序图如图2所示。
参照图2、图5(a)，图5(b)泵的工作过程如下在0-1/4周期区间，泵的动作见附图5(a)，进口阀驱动振子加正向电压信号，振子向上运动，使阀膜向阀体内移动，进口阀打开；出口阀驱动振子加负向电压，振子向下运动，通过阀腔内液体的驱动使得阀膜向下移动，出口阀关闭；此时泵腔驱动振子加正向电压信号，向下运动，泵腔体积增加，泵腔内压力降低，介质通过进口阀进入泵腔。
在1/4-3/4周期区间，泵的动作见附图5(b)，出口阀驱动振子加正向电压信号，振子向上运动，使阀膜向阀体内移动，出口阀打开；进口阀驱动振子加负向电压，振子向下运动，通过阀腔内液体的驱动使得阀膜向下移动，进口阀关闭；此时泵腔驱动振子加负向电压信号，向上运动，泵腔体积减少，泵腔内压力增加，介质通过出口阀流出。
在3/4-1周期区间，泵的动作重复0-1/4周期动作。
上述内容可以总结为下表
周期性的重复上述动作，就实现了流体的连续泵送。
权利要求
1.一种压电振子式主动阀压电泵，其特征在于泵体上有进水口(10)、出水口(11)分别与泵腔连通，上压盖(4)、泵体(5)和下压盖(6)固定连接，进口阀驱动压电振子(1)边缘通过柔性材质的密封圈(7)与泵体连接，出口阀驱动压电振子(2)边缘通过柔性材质的密封圈(7’)与泵体连接，阀口柔性圈(9)固定在阀口周围，泵腔驱动压电振子(3)边缘通过柔性材质的密封圈(8)与泵体固定连接。
2.如权利要求1所述的压电振子主动阀式压电泵，其特征在于在上压盖(4)和泵体(5)之间增加阀体(13)，阀膜(12)，两者与阀体分别固定连接。
全文摘要
本发明涉及一种压电振子主动阀式压电泵，属于微机电流体领域。本发明中使用了三个压电振子，泵体上有进水口、出水口分别与泵腔连通，上压盖、泵体和下压盖固定连接，进、出口阀驱动压电振子边缘通过柔性材质的密封圈与泵体连接，阀口柔性圈固定在阀口周围，泵腔驱动压电振子边缘通过柔性材质的密封圈与泵体固定连接。其优点是改变以往传统压电泵进出口阀被动开启和关闭的方式，采用主动方式控制压电泵泵阀的开启和关闭，减少了泵阀开启和关闭的滞后性，从而改善和提高了压电泵的输出性能，同时通过调整控制信号的相位，还可实现对泵送方向的改变。
文档编号F04B43/04GK101054967SQ20071005568
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者程光明, 李鹏, 董景石, 吴迪, 曾平, 赵建林, 田萃, 吕刚 申请人:吉林大学