论文部分内容阅读
压电泵——微型泵研究领域一个重要的分支,也是微机电系统、压电泵驱动器中重要的研究内容,二十几年来一直成为研究的热点。压电泵作为新型原理的流体输送结构,与传统泵在原理上完全不同,具有传统泵不能比拟的结构简单、体积小、重量轻、耗能低、无电磁干扰、可控性好、压力大、扬程高、无污染等优点。因此,在医疗、化学分析与检测、生物工程、集成电路芯片的散热和冷却,微型零部件以及微型化生产系统、汽车发动机燃料供给等等相当广泛的领域,都具有不可估量的应用。
本文研究的压电超声波吸入泵与压电薄膜泵和压电超声泵的现象和原理上有所不同,属于压电泵研究领域的独特分支。目前对超声波抽吸现象还没有完善的理论解释,但是利用这种原理制作的在超声频率工作的压电超声波吸入泵结构简单、性能优异,实现了真正意义上的无噪声和无阀;从目前收集的资料来看,此类泵的研究刚刚起步,国内尚未见到有关的报道,具有重要的研究价值和广泛的应用领域。
故本文从选择新型致动元件的角度出发,又围绕超声波抽吸现象,设计了一种新结构无阀压电超声波吸入泵。
本研究属于教育部留学回国人员启动基金项目[教外司留[2005]383号]。本文内容主要包括国内外压电泵研究现状和发展;超声波抽吸现象与压电超声波吸入泵运行机理的分析探索以及压电超声波吸入泵的现状、特点;利用ANSYS软件对半Cymbal及其类似结构的压电振子进行数值仿真计算;压电振子与压电超声波吸入泵原理样机的设计制作及实验分析。
本文研究工作取得的主要科研成果包括:一是从理论上对半Cymbal驱动器进行了计算和分析;二是利用ANSYS有限元分析软件,分析了多种结构的压电振子,计算得到了材料和结构参数对半Cymbal的谐振频率和变形量的影响;三是加工制作多种压电振子及利用半Cymbal设计制作了新型压电超声波吸入泵的原理样机,初步实验证明本文提出的新型压电超声波吸入泵能正常工作,目前得到的最大输出压力和流量可达16.6kPa和3ml/min。通过理论和实验研究,为本课题对此类新原理压电泵的研究作了初步的探索。