CN111173721B - 一种ipmc驱动的勒洛三角柔性微泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，系统包括输入端盖、输出端盖以及成勒洛三角式泵片；勒洛三角式泵片位于输入端盖、输出端盖之间，三者成同轴布置；输入端盖上设置一个进液口，进液口位于圆形输入端盖中心；输出端盖上设置三个出液口，三个出液口分别与勒洛三角式泵片的三边圆弧中心位置对应，呈圆周120°均布，便于实现三个出液口的自动分流与独立控制。本发明构造具有勒洛三角形状的泵片，配合输入端盖也输出端盖即可构造一个柔性微泵，在极为紧凑的空间内实现大流量输出；由于输出端盖上的出液口不唯一，可根据输出流量需求不同，实现无额外配置条件下的自动分流功能，且理论上可独立控制三个出液口的流量输出。

Description

一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统
技术领域
本发明涉及一种IPMC驱动的勒洛三角转轴的柔性微泵系统，属于智能材料的微驱动应用领域。
背景技术
微泵是微流体系统的重要组成部分，它作为微流体系统动力装置，反映了微流体系统的发展水平，被广泛的应用于药物输送，电子冷却，微型系统等方面。
离子交换树脂金属复合材料(Ionic Polymeric–Metal Composite, IPMC)是目前智能材料领域研究最为活跃的研究对象之一，在电场作用下产生有规律形变，同时在外部形变时将在两电极端子间形成微弱的电场信号，适用于柔性驱动器。
利用IPMC材料作为驱动材料，进行对微泵的驱动，其优点在于驱动电压很低，这种低电压对人体不会造成危害，同时若泵体其他部分也采用生物兼容性的柔性材料，那么这种全柔性的微泵便可用于人体皮肤表面或内部的药物输送，具有较高的安全性和便携性。
发明内容
针对现有微泵的一些缺点以及IPMC材料的特点，本发明提供一种由IPMC驱动的勒洛三角式泵性微泵系统，由于勒洛三角形的三条对应圆弧被IPMC驱动器代替，因此，当IPMC驱动器在电作用下发生形变时即可实现勒洛三角形内部空间的压缩和扩张，其优点是在较小的泵体积下具有较大的流量输出，而且无需要额外装置即可实现自动分流输出。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，所述系统包括输入端盖、输出端盖以及成勒洛三角式泵片；所述勒洛三角式泵片位于输入端盖、输出端盖之间，三者成同轴布置；
所述输入端盖上设置一个进液口，所述进液口位于圆形输入端盖中心；
所述输出端盖上设置三个出液口，三个出液口分别与所述勒洛三角式泵片的三边圆弧中心位置对应，呈圆周120°均布，便于实现三个出液口的自动分流与独立控制。
作为优选方案，所述进液口沿着进液方向，开口逐渐扩大。
作为优选方案，所述出液口沿着出液方向，开口半径逐渐扩大。
作为优选方案，所述勒洛三角式泵片由三片IPMC构成，各IPMC具有相同的圆弧长度与驱动特性，通过给三片圆弧电极施加电极，即可实现IPMC驱动的弯曲，从而实现内部空间的压缩与扩张。
作为优选方案，所述勒洛三角式泵片先通过铸模的方式构造出环状将勒洛三角形状，然后通过切除顶点处的电极外表，从而形成三片相互独立的IPMC电极，每个勒洛三角形的顶点处为电极接线孔。
作为优选方案，三片IPMC电极的内、外环电极分为并联连接，或者独立连接，将所有内、外环电极并联连接时，此实现三个出液口的均等分流；当所有内、外环电极独立连接时，分别独立控制三个出液口的流量大小。
作为优选方案，上述系统还包括采集电路，所述采集电路通过电极接线孔，直接与内、外环电极相连接。用外部的采集电路去采集IPMC的形变，或者是利用外部驱动电路去驱动IPMC运动。
所述采集电路部分包括一个采集MCU，以及相应的信号放大器。所述采集MCU用于对采集的MCU进行数据处理，针对电致变形材料的不同，根据采集的电压信号，利用非线性拟合，电致应变材料形变建模分析等方法预测感知电致应变材料的具体形变。
本发明的有益效果是：在现有IPMC材料加工工艺水平上，构造具有环状勒洛三角形状的泵片，配合输入端盖也输出端盖即可构造一个柔性微泵，在极为紧凑的空间内实现大流量输出；同时，由于输出端盖上的出液口不唯一，可根据输出流量需求不同，实现无额外配置条件下的自动分流功能，且理论上可独立控制三个出液口的流量输出。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是输出端盖的平面视图；
图3是输出端盖的剖面图；
图4是输入端盖的平面视图；
图5是输入端盖的剖面图；
图6是勒洛三角式泵片的结构示意图；
图7是采集电路的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，所述系统包括输入端盖3、输出端盖1以及成勒洛三角式泵片2；所述勒洛三角式泵片2位于输入端盖3、输出端盖1之间，三者成同轴布置；
如图4所示，所述输入端盖3上设置一个进液口3-1，所述进液口位于圆形输入端盖中心；
如图2所示，所述输出端盖1上设置三个出液口1-1，三个出液口1-1分别与所述勒洛三角式泵片2的三边圆弧中心位置对应，呈圆周120°均布，便于实现三个出液口1-1的自动分流与独立控制。
作为优选方案，如图5所示，如图所述进液口3-1沿着进液方向，开口逐渐扩大。
作为优选方案，如图3所示，所述出液口1-1沿着出液方向，开口半径逐渐扩大。
作为优选方案，如图6所示，所述勒洛三角式泵片2由三片IPMC构成，各IPMC具有相同的圆弧长度与驱动特性，通过给三片圆弧电极施加电极，即可实现IPMC驱动的弯曲，从而实现内部空间的压缩与扩张。
作为优选方案，所述勒洛三角式泵片先通过铸模的方式构造出环状将勒洛三角形状，然后通过切除顶点处的电极外表，从而形成三片相互独立的IPMC电极，每个勒洛三角形的顶点处为电极接线孔。
作为优选方案，三片IPMC电极的内、外环电极分为并联连接，或者独立连接，将所有内、外环电极并联连接时，此实现三个出液口的均等分流；当所有内、外环电极独立连接时，分别独立控制三个出液口的流量大小。
作为优选方案，上述系统还包括采集电路，所述采集电路通过电极接线孔，直接与内、外环电极相连接。用外部的采集电路去采集IPMC的形变，或者是利用外部驱动电路去驱动IPMC运动。
如图7所示，所述采集电路部分主要包括一个采集MCU，以及相应的信号放大器。所述采集MCU用于对采集的MCU进行数据处理，针对电致变形材料的不同，根据采集的电压信号，利用非线性拟合，电致应变材料形变建模分析等方法预测感知电致应变材料的具体形迹。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，其特征在于：所述系统包括输入端盖、输出端盖以及成勒洛三角式泵片；所述勒洛三角式泵片位于输入端盖、输出端盖之间，三者成同轴布置；
所述输入端盖上设置一个进液口，所述进液口位于圆形输入端盖中心；
所述输出端盖上设置三个出液口，三个出液口分别与所述勒洛三角式泵片的三边圆弧中心位置对应，呈圆周120°均布，便于实现三个出液口的自动分流与独立控制；
所述勒洛三角式泵片由三片IPMC构成，各IPMC具有相同的圆弧长度与驱动特性，通过给三片圆弧电极施加电极，即可实现IPMC驱动的弯曲，从而实现内部空间的压缩与扩张。
2.根据权利要求1所述的一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，其特征在于：所述进液口沿着进液方向，开口逐渐扩大。
3.根据权利要求1所述的一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，其特征在于：所述出液口沿着出液方向，开口半径逐渐扩大。
4.根据权利要求1所述的一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，其特征在于：所述勒洛三角式泵片先通过铸模的方式构造出环状勒洛三角形状，然后通过切除顶点处的电极外表，从而形成三片相互独立的IPMC电极，每个勒洛三角形的顶点处为电极接线孔。
5.根据权利要求4所述的一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，其特征在于：三片IPMC电极的内、外环电极分为并联连接，或者独立连接，将所有内、外环电极并联连接时，实现三个出液口的均等分流；当所有内、外环电极独立连接时，分别独立控制三个出液口的流量大小。
6.根据权利要求4所述的一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，其特征在于：所述系统还包括采集电路，所述采集电路通过电极接线孔，直接与内、外环电极相连接。
7.根据权利要求6所述的一种IPMC驱动的勒洛三角柔性微泵系统，其特征在于：所述采集电路部分包括一个采集MCU，以及相应的信号放大器。
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