CN111420166B - 一种微量注射泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微量注射泵，包括：基座；安装结构，用于安装注射器；丝杠，转动装配在基座上；电机，输出轴与丝杠传动连接；导向结构，设在基座上；移动块，与导向结构配合、同时与丝杠螺纹连接，以在丝杠螺母机构的作用下往复直线运动，移动块用于推动注射器的柱塞杆进行注射操作；超声换能器，固定在移动块上；变幅杆，一端与超声换能器连接、另一端与注射器的柱塞杆抵接；超声换能器用于将输入的电功率转换成机械波，变幅杆用于提高机械波的振幅、并将机械波传递到柱塞杆上，使柱塞杆端部的柱塞产生往复振动。柱塞和注射器腔体之间的摩擦力始终都是动摩擦力，具有较小的摩擦系数，降低了摩擦力对柱塞运动精度的影响，提高了柱塞的进给精度。

Description

一种微量注射泵
技术领域
本发明涉及一种微量注射泵。
背景技术
随着临床医学精确给药、微流芯片、药物/营养学研究、微透析、反应堆定量给药、生物反应器、细胞注射、静电纺丝、质谱分析等要求越来越严格，传统注射方式已不能满足人们的需要，精度较高的微量注射泵由此产生。
授权公告号为CN208852138U的中国实用新型专利公开了一种ICU科微量注射泵装置，包括基座和位于基座上方的注射器具，基座顶部焊接有第一固定块和第二固定块，第二固定块上设置有夹具，注射器具通过夹具固定在第二固定块顶部。基座顶部与第一固定块底部之间设置有步进电机，第一固定块和第二固定块之间焊接有滑杆、同时还转动安装有丝杆，丝杆通过传动结构与步进电机传动连接，滑杆上滑动安装有活动块，活动块同时与丝杆螺纹连接。使用时先把注射器具夹持在夹具与第二固定块之间，随后开启步进电机，步进电机驱动丝杆旋转，丝杆与活动块配合将旋转运动变成直线运动，推动活动块进行活塞运动，活动块又推动注射器具的推射杆进行注射输液，从而实现高精度、平稳无脉动的液体传输。
对于现有的微量注射泵而言，流速及稳定精度是影响注射泵品质的一个重要因素，而现有技术一般集中在提高注射泵的电机的最小进给距离上，通过新型微步步进电机及控制软件提供最低的流速。但是相关技术忽视了进给时液体与腔体之间、以及柱塞与腔体之间的摩擦力由静摩擦到动摩擦之间转换导致摩擦系数的改变，也即柱塞和液体在由静至动的瞬间与腔体之间的摩擦力会发生变化，导致注射出现超调、过量等问题，影响柱塞的进给精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高柱塞的进给精度的微量注射泵。
为实现上述目的，本发明中的微量注射泵采用如下技术方案：
一种微量注射泵，包括：
基座；
安装结构，设置在基座上，用于安装注射器；
丝杠，转动装配在基座上；
电机，安装在基座上，电机的输出轴与丝杠传动连接，以驱动丝杠转动；
导向结构，设置在基座上，导向结构的导向方向与丝杠的转动轴线方向相同；
移动块，与导向结构配合、同时与丝杠螺纹连接，以在丝杠螺母机构的作用下往复直线运动，移动块用于推动注射器的柱塞杆进行注射操作；
微量注射泵还包括：
超声换能器，固定在移动块上；
变幅杆，一端与超声换能器固定连接、另一端用于与注射器的柱塞杆抵接；
其中，超声换能器用于将输入的电功率转换成机械波，变幅杆用于提高机械波的振幅、并将机械波传递到柱塞杆上，使柱塞杆端部的柱塞产生往复振动。
上述技术方案的有益效果在于：由于设置了超声换能器和变幅杆，超声换能器固定在移动块上，可以将输入的电功率转换成机械波；变幅杆的一端与超声换能器固定连接、另一端用于与注射器的柱塞杆抵接，可以提高机械波的振幅、并将机械波传递到柱塞杆上，从而使柱塞杆端部的柱塞产生微量的往复振动。通过超声换能器和变幅杆的合理搭配，可以使柱塞的振动幅度达到纳米级，控制在10nm左右，这样柱塞和注射器腔体之间的摩擦力始终都是动摩擦力，具有较小的摩擦系数。采用本发明的微量注射泵能够有效减少柱塞运动过程中的爬行，继而达到柱塞与腔体之间的精准配合，降低摩擦力对柱塞运动精度的影响，提高柱塞的进给精度。
进一步的，为了方便超声换能器和变幅杆的安装，移动块上设有通孔，超声换能器固定在移动块的一个侧壁上且一端伸入移动块的通孔内，变幅杆位于移动块的通孔内，且供变幅杆的端部穿出移动块与柱塞杆抵接。
进一步的，为了方便移动块的加工制造，移动块包括移动块本体和固定在移动块本体底部的螺母，螺母与导向结构配合、同时与丝杠螺纹连接。
进一步的，为了降低丝杠转速，提高柱塞的进给精度，电机的输出轴与丝杠之间设置有减速器。
附图说明
图1为本发明中微量注射泵的结构示意图。
图中：1-腔体；2-柱塞杆；3-移动块本体；4-超声换能器；5-变幅杆；6-速度传感器；7-电机；8-电机座；9-减速器；10-导轨；11-螺母；12-丝杠；13-位移传感器；14-基座；15-安装座。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明中微量注射泵的一个实施例如图1所示，包括基座14，基座14呈阶梯状，最高的台阶上设置有用于安装注射器的安装结构，即安装座15。中间的台阶上转动装配有丝杠12以及导向结构，导向结构具体是导轨10，导轨10的导向方向与丝杠12的转动轴线方向相同。最低的台阶上设置有电机座8，电机座8上安装有电机7，电机7的输出轴通过减速器9与丝杠12传动连接，以驱动丝杠12转动。
微量注射泵还包括移动块，本实施例中的移动块包括移动块本体3以及固定在移动块本体3底部的螺母11，螺母11与导轨10配合、同时与丝杠12螺纹连接，螺母11上加工有与导轨10配合的导槽。定义丝杠12的转动轴线方向为左右方向，在丝杠螺母机构的作用下，移动块本体3能够左右往复直线运动。在移动块本体3向左移动时，其左侧壁能够推动注射器的柱塞杆2进行注射操作。
本发明的微量注射泵还包括超声换能器4，移动块本体3上设置有左右延伸的通孔，超声换能器4固定在移动块本体3的右侧壁上且左端伸入移动块本体3的通孔内。微量注射泵还包括变幅杆5，变幅杆5位于移动块本体3的通孔内，变幅杆5的右端与超声换能器4固定连接，变幅杆5的左端穿出移动块本体3与柱塞杆2抵接。
使用时，将超声换能器4与超声波发生器连接，超声换能器4接收超声波发生器输入的电功率，并将电功率转换成机械波，变幅杆5用于提高机械波的振幅、并将机械波传递到柱塞杆2上，使柱塞杆2端部的柱塞产生微量的往复振动。通过超声换能器4和变幅杆5的合理搭配，可以使柱塞的振动幅度达到纳米级，控制在10nm左右，这样柱塞和注射器的腔体1之间的摩擦力始终都是动摩擦力，具有较小的摩擦系数。
采用本发明的微量注射泵能够有效减少柱塞运动过程中的爬行，继而达到柱塞与腔体1之间的精准配合，降低摩擦力对柱塞运动精度的影响，提高柱塞的进给精度，使柱塞的进给精度达到微米级。也即解决了现有技术中柱塞由静止到运动过程中，由于静摩擦系数大于动摩擦系数，导致柱塞由静至动时与腔体产生的摩擦力变化而引起的超调、过量等问题。
此外，本实施例中的电机7采用伺服电机，在电机7的输出轴上安装有速度传感器6，并在基座14上安装有位移传感器13。使用时，首先安装注射器，通过电机7反转使移动块向右移动到合适位置，将注射器的腔体1固定在安装座15上，通过电机7正转使移动块向左移动，使得移动块本体3和变幅杆5与柱塞杆2抵接。开启超声换能装置，带动变幅杆进行纵向振动，使柱塞与腔体之间、以及液体与腔体之间的摩擦力由静摩擦转换为动摩擦。由控制器接收上位机设定的推动速度、作业时间和等待时间，将其传递给伺服驱动器，且将数字信号转化为电信号传递给电机7，使得电机7与减速器9相互配合控制丝杠12的转速，同时速度传感器6实时测量转速并将其反馈给控制器，调控电机7转速，位移传感器13监测柱塞前进距离并反馈于上位机及控制器。另外，超声波发生器也是接收上位机的指令进行动作。
在微量注射泵的其他实施例中，电机也可以采用步进电机。
在微量注射泵的其他实施例中，电机的输出轴与丝杠之间不设置减速器，而是直接传动连接。
在微量注射泵的其他实施例中，移动块是一体结构，直接在移动块上加工出与丝杠螺纹连接的螺纹孔以及与导轨导向配合的导槽。
在微量注射泵的其他实施例中，导向结构不是导轨，而是导杆，此时移动块上加工有供导杆贯穿的导向穿孔。
在微量注射泵的其他实施例中，移动块上不设置通孔，而是在移动块内设置一个空腔，使移动块具有左侧壁和右侧壁，并且在左侧壁和右侧壁上均设置有穿孔，右侧壁上的穿孔供超声波换能器的一端伸入以与变幅杆固定，左侧壁上的穿孔供变幅杆的端部伸出以与柱塞杆抵接。
在微量注射泵的其他实施例中，可以将移动块加工成U形，超声换能器和变幅杆设置在U形移动块的两侧壁之间。
在微量注射泵的其他实施例中，安装注射器的安装结构也可以是夹具，和现有技术一样。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种微量注射泵，包括：
基座；
安装结构，设置在基座上，用于安装注射器；
丝杠，转动装配在基座上；
电机，安装在基座上，电机的输出轴与丝杠传动连接，以驱动丝杠转动；
导向结构，设置在基座上，导向结构的导向方向与丝杠的转动轴线方向相同；
移动块，与导向结构配合、同时与丝杠螺纹连接，以在丝杠螺母机构的作用下往复直线运动，移动块用于推动注射器的柱塞杆进行注射操作；
其特征在于，微量注射泵还包括：
超声换能器，固定在移动块上；
变幅杆，一端与超声换能器固定连接，另一端用于与注射器的柱塞杆抵接；
其中，超声换能器用于将输入的电功率转换成机械波，变幅杆用于提高机械波的振幅并将机械波传递到柱塞杆上，使柱塞杆端部的柱塞产生往复振动，通过超声换能器和变幅杆的合理搭配，可以使柱塞的振动幅度达到纳米级，这样柱塞和注射器的腔体之间的摩擦力始终都是动摩擦力，降低摩擦力对柱塞运动精度的影响，提高柱塞的进给精度，使柱塞的进给精度达到微米级。
2.根据权利要求1所述的微量注射泵，其特征在于，移动块上设有通孔，超声换能器固定在移动块的一个侧壁上且一端伸入移动块的通孔内，变幅杆位于移动块的通孔内，且变幅杆的端部穿出移动块与柱塞杆抵接。
3.根据权利要求1或2所述的微量注射泵，其特征在于，移动块包括移动块本体和固定在移动块本体底部的螺母，螺母与导向结构配合、同时与丝杠螺纹连接。
4.根据权利要求1或2所述的微量注射泵，其特征在于，电机的输出轴与丝杠之间设置有减速器。
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