[发明专利]一种被动式脉动流体滤波装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体滤波领域，尤其涉及一种被动式脉动流体滤波装置。

背景技术

近年来，许多非机械泵被用于微流动系统的驱动部件中，这些非机械泵利用电流体驱动、电磁致动、电渗等原理，向外泵送微量、稳定的流体。然而，由于这些非机械泵有电场、磁场等直接作用在流体之上，只能泵送特定组分的溶液且生物相容性低，不适用于输出试剂体积的精确控制。

因而，利用压电元件(压电片或压电叠堆)作为换能器进行流体传输的压电泵，同于其具有结构简单、体积小、重量轻、驱动力大、低泄漏、响应时间短、耗能低、无噪声、无电磁干扰等优点，被广泛用于微流动系统的驱动部件中。通过流量传感器与压电泵的配合，建立压电泵闭环控制系统对于实现对压电泵输出试剂体积的精确控制具有重要的意义。

然而由于压电泵泵送的流体是脉动的，且在每个工作周期内受压电陶瓷的磁滞、蠕变等影响，泵送的流量并不相等，以及流量传感器的响应频率低等影响，传感器难以精确的检查流量。

针对现有技术中存在的上述问题，2005年卡内基梅隆大学的Bozhi Yang提出了一种用于稳定波动流动的结构，但是难以通过调节微通道的尺寸来调节滤波器所适应的流速范围。2007年MIT的Walker Inman制作了一种主动阀气动泵，并在泵的出口加入了由薄膜以及液阻组成的滤波单元，使气动泵泵出的脉动的流量得到滤波，然而这种方法需要使用过滤片来起到微通道的作用，而过滤片不便于集成到微系统中。2012年新加坡国立大学的Rensheng Deng等人采用储气器来缓冲流量的波动，然而储气器体积大，不适用于微系统。

因此，需要设计一种被动式脉动流体滤波装置，用于实现滤波。

发明内容

本发明解决的问题是一种被动式脉动流体滤波装置，用于实现滤波。

为解决上述问题，本发明揭示了一种被动式脉动流体滤波装置，包括上基板、下基板、薄膜层，所述薄膜层设置于所述上基板、下基板之间，所述上基板、下基板、薄膜层之间密封贴合，所述上基板底部横向设置有用于流体流动的微通道，并且在所述微通道的两端分别开设有供流体流入的进口与供流体流出的出口，所述下基板纵向设置有通孔。

优选地，所述薄膜层为PDMS薄膜层，所述上基板、下基板为玻璃基板。

优选地，所述PDMS薄膜层的弹性模量为750kPa，泊松比u为0.49。

优选地，所述薄膜层、上基板和下基板之间采用不可逆的密封工艺键合密封。

优选地，所述不可逆的密封工艺包括氧等离子体表面处理或紫外光表面照射处理。

优选地，所述微通道为矩形或梯形凹槽。

优选地，所述通孔的半径为2～6mm。

优选地，所述通孔的半径为5mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所揭示的被动式脉动流体滤波装置，包括上基板、下基板、薄膜层，所述薄膜层设置于所述上基板、下基板之间，所述上基板、下基板、薄膜层之间密封贴合，所述上基板底部横向设置有用于流体流动的微通道，并且在所述微通道的两端分别开设有供流体流入的进口与供流体流出的出口，所述下基板纵向设置有通孔。本发明所揭示的被动式脉动流体滤波装置，使用时，由压电泵输出的脉动流体从进口流入、从出口流出，当脉动流体的进口流速大于出口流速时，薄膜层在通孔处向下扩张形成容腔，并将流体储存在由薄膜层形成的容腔中，随着流体的储存量越大，容腔内流体压力也随之增大；当脉动流体的进口流速低于出口流速时，薄膜层在通孔处向上收缩，泵出容腔内的流体，容腔内压力减小，从而使得流体的出口流速在较小的范围内波动，达到滤波的目的。

附图说明

图1是本发明优选实施例中被动式脉动流体滤波装置的立体分解图；

图2是本发明优选实施例中被动式脉动流体滤波装置的剖视图；

图3是当脉动流体的进口流速大于出口流速时的结构示意图；

图4是当脉动流体的进口流速低于出口流速时的结构示意图。

具体实施方式

现有的用于流体传输的驱动部件中，由于压电泵泵送的流体是脉动的，且在每个工作周期内受压电陶瓷的磁滞、蠕变等影响，泵送的流量并不相等，以及流量传感器的响应频率低等影响，传感器难以精确的检查流量。