[发明专利]一种变刚度压电振子驱动的微滴泵

说明书

本发明涉及一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，包括支撑夹块、变刚度压电振子、泵体、入口软管、出口软管和辅助软管。其中变刚度压电振子由压电纤维复合材料与金属基板粘合而成，中间开有圆孔，用于连接泵体。压电振子周边采用变刚度夹持的支撑方式，通过旋转压电振子的角度，以改变其刚度，达到刚度连续可变的目的；泵体由入口管、出口管、入口泵体、中间泵体、出口泵体、阀座和阀片组成，其中阀片粘贴在泵体下游一侧；辅助软管连通容器与出口软管，并且在辅助软管中设有辅助止回阀。本发明压电振子采用垂直于水平面的布置方式，消除压电振子与泵体自身重力对压电振子振动性能的影响，此外通过设置辅助软管可以增大微滴泵的工作效率。

技术领域

本发明属于微流体传输与控制以及微机械技术领域，是一种利用惯性力输送流体的泵送装置，具体涉及一种基于压电纤维复合材料驱动的变刚度压电振子微滴泵

背景技术

压电驱动微泵结构简单，不受磁场的干扰，便于控制，能量密度高，频率范围广，体积小，耗能低，可靠性强等特点，具有其他驱动微泵无法比拟的优势，故受到了国内外学者广泛的追捧。压电泵作为新型驱动泵，现已广泛应用于航空航天、生物医学、电子器件及燃料供给等各个领域内。其典型的工作模式为压电振子往复振动引起泵腔容积变化。泵腔内的两个单向阀对应动作形成吸程与排程两个工作阶段。然而，由于压电振子在电场作用下的驱动位移小，从而产生的泵腔体积变化也小，效率较低；另外，由于传统的压电陶瓷经常出现发热、容易破碎、严重影响了压电泵的工作寿命。

发明内容

压电纤维复合材料作为一种新型压电材料，其驱动力大、不易破碎，具有良好的应用前景，发明将柔性压电纤维复合材料应用于微泵驱动方向，将其与微泵相结合，利用惯性原理，设计出一种基于压电纤维复合材料驱动的、可精确控制流量的微滴泵，

上述目的主要通过以下技术方案来实现：

本发明一种变刚度压电振子驱动的微滴泵，包括支撑夹块、变刚度压电振子、泵体、入口软管、出口软管、辅助软管。其中变刚度压电振子由压电纤维复合材料与金属基板粘合而成，中间开有圆孔，用于连接泵体，并且压电振子采用垂直于水平面的布置方式，消除压电振子与泵体自身重力对压电振子振动性能的影响；泵体由入口管、出口管、入口泵体、中间泵体、出口泵体、左阀座、左阀片、右阀座和右阀片组成，其中阀片粘贴在阀座下游一侧；辅助软管连通容器与出口软管，并且在辅助软管中设有辅助止回阀片；软管的出口位置高于容器液面高度，防止流体自动流出。初始状态，泵体位置低于容器内流面高度，因此泵腔中始终充满流体。工作时，压电振子带动泵体左右往复振动，泵体中的阀片受到自身惯性力和上下游泵腔中流体压力差的作用，泵体中阀片开启，流体通过阀孔流入到下游泵腔中；出口处的流体具有较高的动能，使辅助软管与泵体出口连接处的静压降低，将辅助软管中流体通过辅助止回阀片吸入到出口软管中，因此在压电振子连续振动过程中流体将持续从出口泵出，如此周而复始可达到连续泵送的目的。

所述的压电泵在泵体结构外设有辅助软管，连接容器与出口软管，容器内的流体一部分从泵体中泵出，一部分从辅助软管中泵出，增大了压电泵的输出流量。

所述的变刚度压电振子周边采用变刚度夹持的支撑方式，通过旋转压电振子的角度，以改变其刚度，达到刚度连续可变、固有频率连续可调的目的。

所述的阀座可以为两层、单层，或者多层，形成多腔串联微滴泵，增大其输出压力。

所述的阀座可以布置单个阀孔，也可以布置多个阀孔，止回阀片可以为悬臂梁阀、轮式阀，也可以为多瓣止回阀。

附图说明：

图1为本发明一种变刚度压电振子驱动的微滴泵的结构示意图

图2为本发明所采用的变刚度压电振子结构图

图3为本发明所采用的一种多阀孔的阀座与其想对应的多瓣止回阀片图

图4为本发明的工作原理图