CN101178060A - 单腔双振子压电泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单腔双振子压电泵，属于微电子流体机械领域。上盖与下盖中间固定连接泵体，进口管和出口管分别与泵体进水口和出水口固定连接，泵腔的前部固定连接泵腔驱动压电振子一，在泵腔进水口处固定连接单向被动阀一或主动阀一，其特征在于：在该泵腔的后部固定连接泵腔驱动压电振子二，在泵腔出水口处固定连接单向被动阀二或主动阀二。优点在于压电振子具有响应快速、无电磁干扰等优点，使得泵腔中两驱动振子动作保持协调一致，增大了输出流量，提高了压电泵的输出性能。
Description
技术领域
本发明属于微电子流体机械领域，涉及到压电泵泵腔体积变化方式以及泵阀的主动控制和被动控制两种控制方式。
背景技术
压电泵的研究始于二十世纪八十年代末。1978年美国Sandia国家实验室的W.J.Spenser发表了《电控压电胰岛素泵和阀》；1980年，Standora大学的Smits又提出了压电液体蠕动泵；三年后，荷兰Twente大学利用硅微加工及薄膜技术研制了多个压电驱动微型泵。随着压电驱动器的不断发展，从压电材料薄膜到圆片形压电驱动器再到压电叠堆，压电驱动器种类得到了不断的更新，基于不同压电驱动器，不同机械结构，不同工作方式的压电泵均有了广泛的报道。但目前，国内外对压电泵的研究多数基于压电晶片驱动的单腔体被动阀压电薄膜泵。它主要由泵体、压电晶片驱动器和两个单向阀构成。当给压电片施加电信号时，压电晶片会随之产生振动变形，并传递给与之相连的泵膜，泵膜的振动随即转化为泵腔容积的变化。当泵腔容积增大时，腔体内压力减小，入口阀在流体压力的作用下被打开，出口阀被关闭，流体进入泵腔；当泵腔容积减小时，腔体内压力升高，出口阀在腔体内外的压差的作用下被打开，入口阀关闭，流体排出泵腔。由压电泵的工作原理可见，压电泵的性能不仅取决于泵腔的驱动元件，还取决于进、出口单向阀的工作形式。因此近年来，除被动阀压电泵研究在开展外，主动阀压电泵的研究也逐渐升温，但报道较少。
无论是被动阀还是主动阀压电泵，目前压电泵的研究还主要以单振子单腔压电泵或多腔为主，由于单腔体单振子压电泵仅有一个工作振子，因此其输出能力受机械功率和电功率的限制，一个工作周期内泵腔的体积变化量较小，输出流量还相对较低。
发明内容
本发明提供一种单腔双振子压电泵，以解决单腔体压电泵的输出能力受机械功率和电功率的限制、输出流量相对较低的问题。本发明采取的技术方案是：上盖与下盖中间固定连接泵体，进口管和出口管分别与泵体进水口和出水口固定连接，泵腔的前部固定连接泵腔驱动压电振子一，在泵腔进水口处固定连接单向被动阀一或主动阀一，在该泵腔的后部固定连接泵腔驱动压电振子二，在泵腔出水口处固定连接单向被动阀二或主动阀二。
本发明中泵腔驱动压电振子一和泵腔驱动压电振子二采用双晶片圆形压电振子。
本发明中主动阀一和主动阀二采用双晶片圆形压电振子。
本发明中主动阀一、主动阀二的压电振子和泵腔驱动压电振子一、泵腔驱动压电振子二上均施加正弦电压信号，且主动阀一的压电振子与泵腔驱动压电振子一、泵腔驱动压电振子二的驱动信号电压相位相差90度，主动阀二的压电振子与主动阀一的压电振子的驱动电压信号相位相差180度。
本发明通过采用上述技术方案，具备以下优点：
本发明由于在泵腔中采用双圆形压电振子作为驱动元件，通过施加在压电振子的交变信号，驱动两个振子同步协调变形实现泵腔体积变化，理论上一个工作周期内单腔体积变化比单振子单腔压电泵可以增加一倍，因此提高了输出能力。
由于压电振子具有响应快速、无电磁干扰等优点，使得泵腔中两驱动振子动作保持协调一致，增大了输出流量，提高了压电泵的输出性能。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图；
图2是本发明另一种结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1，上盖6与下盖9中间固定连接泵体7，进口管1和出口管8分别与泵体进水口和出水口固定连接，泵腔2的前部固定连接泵腔驱动压电振子一10，在泵腔进水口处固定连接单向被动阀一5，在该泵腔2的后部固定连接泵腔驱动压电振子二3，在泵腔出水口处固定连接单向被动阀二4。
其工作过程有两个状态：
1、泵腔容积扩张状态，此时压电振子同时向外扩张，泵体内的压强低于外部压强，在流体压力的作用下，进口阀打开，出口阀关闭，流体充满泵腔；
2、泵腔容积收缩状态，此时压电振子向内变形，泵体内的压强高于外部压强，在流体压力的作用下，出口阀打开，进口阀关闭，流体由出口阀排出泵体，完成一个工作循环。
实施例2
上盖6与下盖9中间固定连接泵体7，进口管1和出口管8分别与泵体进水口和出水口固定连接，泵腔2的前部固定连接泵腔驱动压电振子一10，在泵腔进水口处固定连接主动阀一11，在该泵腔2的后部固定连接泵腔驱动压电振子二3，在泵腔出水口处固定连接主动阀二12。
泵腔驱动压电振子一和泵腔驱动压电振子二采用双晶片圆形压电振子。主动阀一和主动阀二采用双晶片圆形压电振子。
泵的工作过程如下：
1、给进、出口主动阀压电振子施加电信号，使进口阀开启，出口阀关闭；
2、给泵腔的两个圆形压电振子施加电信号，使其向泵体外侧拱起，泵腔体积随着压电振子的运动而增大，压力降低，液体流入泵腔内，即实现了压电泵的吸入过程；
3、当泵腔压电振子达到变形的极值时，改变主动阀的控制信号，使出口阀开启，进口阀关闭；
4、改变泵腔圆形压电振子的控制信号，使其开始向泵腔内侧运动，泵腔体积随着压电振子的运动而减小，压力升高，流体流出泵腔，压电泵即完成了排出过程。
本发明实施例1的压电泵由一个腔体和两个压电振子组成，这两个压电振子在电路上并联，通电后同步工作，压电振子向内外变形时引起腔体容积变化；实施例2的压电泵中使用了四个双晶片圆形压电振子，其中两个作为进、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；另外两个压电振子作为压电泵的驱动元件，通过两个双晶片圆形压点振子的同步变形实现泵腔容积的变化。这种采用单腔双振子的结构，在单腔泵的基础上，腔体上又添加了一个压电振子，提高了压电泵的输出性能，改善了压电泵的工作能力。
在控制方式上，主动阀一、主动阀二的压电振子和泵腔驱动压电振子一、泵腔驱动压电振子二上均施加正弦电压信号，且主动阀一的压电振子与泵腔驱动压电振子一、泵腔驱动压电振子二的驱动信号电压相位相差90度，主动阀二的压电振子与主动阀一的压电振子的驱动电压信号相位相差180度。
Claims (4)
1.一种单腔双振子压电泵，上盖与下盖中间固定连接泵体，进口管和出口管分别与泵体进水口和出水口固定连接，泵腔的前部固定连接泵腔驱动压电振子一，在泵腔进水口处固定连接单向被动阀一或主动阀一，其特征在于：在该泵腔的后部固定连接泵腔驱动压电振子二，在泵腔出水口处固定连接单向被动阀二或主动阀二。
2.如权利要求1所述的单腔双振子压电泵，其特征在于：泵腔驱动压电振子一和泵腔驱动压电振子二采用双晶片圆形压电振子。
3.如权利要求1或2所述的单腔双振子压电泵，其特征在于：主动阀一和主动阀二采用双晶片圆形压电振子。
4.如权利要求3所述的单腔双振子压电泵，其特征在于：主动阀一、主动阀二的压电振子和泵腔驱动压电振子一、泵腔驱动压电振子二上均施加正弦电压信号，且主动阀一的压电振子与泵腔驱动压电振子一、泵腔驱动压电振子二的驱动信号电压相位相差90度，主动阀二的压电振子与主动阀一的压电振子的驱动电压信号相位相差180度。
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