CN113339246B - 压电泵的流量校准方法和压电泵的流量校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压电泵的流量校准方法和压电泵的流量校准系统。该压电泵的流量校准方法包括如下步骤：在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，性能指标为电压幅值或者占空比；根据性能指标和第一流量值确定校准关系，校准关系为在驱动电压频率下性能指标和第一流量值的对应关系；根据校准关系确定待校准压电泵在目标流量下对应的性能指标的标准值，测定待校准压电泵在预设驱动电压频率和标准值下输出的流量值，得到待校准压电泵的校准后流量。采用上述方法对压电泵进行校准以提高不同压电泵的控制效果的一致性。

Description

压电泵的流量校准方法和压电泵的流量校准系统

技术领域

本发明涉及计量测试技术领域，特别是涉及一种压电泵的流量校准方法和压电泵的流量校准系统。

背景技术

压电泵是微流体系统中的核心部件，能够广泛的应用于化学分析、药物输送等领域，在近年来得到了飞速发展。目前，压电泵的流量控制主要通过调节压电振子的电压或者调整工作频率来实现。但是，压电泵的输出流量与驱动电压的频率成严重的非线性，虽然输出流量与电压幅值正相关但也是非线性的，因此，通过调节压电振子的电压或者调整工作频率难以准确地控制压电泵的流量。一些研究通过闭环控制方式来提高流量控制的精度，但是由于压电泵个体的特性差异（例如：电压频率和流量特性以及电压幅值和流量特性）较大，仍难以保证不同压电泵的控制效果的一致性。

发明内容

基于此，有必要提供一种压电泵的流量校准方法，采用该方法对压电泵进行校准以能够提高不同压电泵的控制效果的一致性。

此外，还提供一种压电泵的流量校准系统。

一种压电泵的流量校准方法，包括如下步骤：

在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，其中，所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率下满足如下公式：F2=F1×（1+η），所述F2为所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率下输出的最大流量，所述F1为所述待校准压电泵的额定流量，所述η为流量增幅百分比，所述性能指标为电压幅值或者占空比；

根据所述性能指标和所述第一流量值确定校准关系，所述校准关系为在所述驱动电压频率下所述性能指标和所述第一流量值的对应关系；及

根据所述校准关系确定所述待校准压电泵在目标流量下对应的所述性能指标的标准值，然后测定所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率和所述标准值下输出的流量值，得到所述待校准压电泵的校准后流量。

上述压电泵的流量校准方法中，通过在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，性能指标为电压幅值或者占空比，并以此建立性能指标与第一流量值的对应关系，然后通过该对应关系对各压电泵进行校准而得到校准后流量，以解决因压电泵个体性能差异较大而导致控制系统的响应时间和波动度不确定的问题，提高不同压电泵的控制效果的一致性。

在其中一个实施例中，所述在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值的步骤包括：对所述待校准压电泵输入第一驱动信号，将所述第一驱动信号的电压频率设置为所述预设驱动电压频率，并将所述第一驱动信号的所述性能指标分别设置为N个不同的预设值，获得所述待校准压电泵在每个所述预设值下输出的所述第一流量值，N个所述预设值在所述性能指标的所述预设范围内呈单调变化。

在其中一个实施例中，N个所述预设值在所述性能指标的所述预设范围内单调递增。

在其中一个实施例中，所述预设范围为所述待校准压电泵的所述性能指标的工作范围。

在其中一个实施例中，所述根据所述性能指标和所述第一流量值确定校准关系的步骤之后，还包括验证所述校准关系的步骤：比对N个所述预设值对应的N个所述第一流量值，若N个所述第一流量值的变化趋势与对应的N个所述第一预设值的变化趋势一致，则所述校准关系有效。

在其中一个实施例中，所述在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值的步骤之前，还包括寻找所述预设驱动电压频率的步骤：

在最大电压幅值与最大占空比下，测定所述待校准压电泵在驱动电压频率的工作范围内输出的M个第二流量值；及

比对每个所述驱动电压频率对应的所述第二流量值，若所述第二流量值能够满足所述F2对应的公式，则所述第二流量值对应的所述驱动电压频率为所述预设驱动电压频率。

在其中一个实施例中，所述在最大电压幅值与最大占空比下，测定所述待校准压电泵在驱动电压频率的工作范围内输出的M个第二流量值的步骤包括：在所述最大电压幅值与所述最大占空比下，对所述待校准压电泵输入第二驱动信号，并将所述第二驱动信号的所述驱动电压频率分别设置为M个不同的预设频率值，获得所述待校准压电泵在每个所述预设频率值下输出的所述第二流量值，M个所述预设频率值在所述驱动电压频率的工作范围内呈单调递增。

一种压电泵的流量校准系统，包括：

控制模块，能够向待校准压电泵施加驱动信号以驱动所述待校准压电泵，并能够控制所述驱动信号的驱动电压频率和性能指标，所述性能指标为电压幅值或者占空比；及

流量检测模块，与所述控制模块连接，所述流量检测模块用于检测所述待校准压电泵的流量值，并能够将检测到的所述待校准压电泵的流量值传输给所述控制模块；

其中，所述控制模块能够将所述驱动信号的电压频率控制为预设驱动电压频率，并能够将所述驱动信号的性能指标控制在预设范围以驱动所述待校准压电泵，所述流量检测模块能够测定所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率及所述性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，并将N个所述第一流量值传输至所述控制模块，所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率下满足如下公式：F2=F1×（1+η），所述F2为所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率下输出的最大流量，所述F1为所述待校准压电泵的额定流量，所述η为流量增幅百分比；所述控制模块能够根据所述性能指标和所述第一流量值确定校准关系，所述校准关系为在所述驱动电压频率下所述性能指标和所述第一流量值的对应关系；所述控制模块能够根据所述校准关系确定所述待校准压电泵在目标流量下对应的所述性能指标的标准值，然后能够将所述驱动信号的驱动电压频率控制为所述预设驱动电压频率，并将所述驱动信号的性能指标控制为所述标准值，驱动所述待校准压电泵，并通过所述流量检测模块获得所述待校准压电泵的校准后流量。

在其中一个实施例中，还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块连接，所述显示模块能够向所述控制模块发生启动校准指令或者停止校准指令，并且能够接收并显示所述控制模块传输的信号。

在其中一个实施例中，还包括存储模块，所述存储模块与所述控制模块连接，所述存储模块能够接收并存储所述控制模块传输的所述校准关系。

附图说明

图1为压电泵的流量校准系统的结构示意图。

图2为实施例1中三个待校准压电泵的校准前在闭环控制过程中的流量与响应时间的曲线对比图。

图3为实施例1中三个待校准压电泵的校准后在闭环控制过程中的流量与响应时间的曲线对比图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一实施方式的压电泵的流量校准方法能够对压电泵进行校准以提高不同压电泵的控制效果的一致性。该压电泵的流量校准方法包括如下步骤S110~S130：

S110、在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值。

其中，待校准压电泵在预设驱动电压频率下满足如下公式：F2=F1×（1+η），F2为待校准压电泵在预设驱动电压频率下输出的最大流量，F1为待校准压电泵的额定流量，η为流量增幅百分比。此种设置的预设驱动电压频率使得待校准压电泵在该频率下输出的最大流量（即F2）既满足产品需求又不至于过大。进一步地，η为20%。需要说明的是，η不限于为20%，可以根据需要进行设置。

需要说明的是，在实际操作中，待校准压电泵在预设驱动电压频率下实际得到的F2与通过预设η并根据公式F2=F1×（1+η）计算得到的F2存在一定的误差，误差记为E，-5%≤E≤5%时仍满足预设驱动电压频率的要求，即（F2_实际- F2_计算）/ F2_计算=E，-5%≤E≤5%，其中，F2_实际为待校准压电泵在预设驱动电压频率下实际得到的F2，F2_计算为通过预设η并根据公式F2=F1×（1+η）计算得到的F2。

其中，性能指标为电压幅值或者占空比。需要说明的是，驱动待校准压电泵的驱动信号为正弦信号，性能指标为电压。驱动待校准压电泵的驱动信号为PWM（Pulse widthmodulation，脉冲宽度调制）信号，性能指标为占空比。

在其中一个实施例中，在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值的步骤包括：对待校准压电泵输入第一驱动信号，将第一驱动信号的电压频率设置为预设驱动电压频率，并将第一驱动信号的性能指标分别设置为N个不同的预设值，获得待校准压电泵在每个预设值下输出的第一流量值，N个预设值在性能指标的预设范围内呈单调变化。本研究通过逐点占空比电压或者逐点电压幅值校准，能够加快响应速度，缩短控制流量进入稳态的时间。

其中，N个预设值在性能指标的预设范围内单调递增。预设范围为待校准压电泵的性能指标的工作范围。需要说明的是，工作范围是指待校准压电泵可工作的性能指标的最小值到最大值形成的范围。需要说明的是，N个预设值在性能指标的预设范围内不限于为单调递增，也可以为单调递减。

进一步地，N为10~30。需要说明的是，N不限于为10~30，可以根据需要进行设置。更进一步地，N为10。此种设置能够使校准数据的分辨率满足控制要求，又能够使校准过程时间尽可能短。

在一个具体示例中，性能指标为占空比，预设范围为0%~50%。进一步地，N个预设值在性能指标的预设范围内以步长为5%单调递增。需要说明的是，步长不限于为5%，可以根据需要进行设置。

在一个具体示例中，性能指标为电压幅值，预设范围为0~V。其中，V为压电泵的最大电压幅值或者驱动电路所能提供的最大电压幅值）。进一步地，N个预设值在性能指标的预设范围内以步长为0.1V单调递增。需要说明的是，步长不限于为0.1V，可以根据需要进行设置。

需要说明的是，性能指标的每个取值的驱动信号需要维持一定的时间以确保输出的第一流量值达到稳定。等到输出第一流量值稳定后收集流量数据，可以对流量数据进行数字滤波处理后进行数据收集。其中，数字滤波处理方式例如可以为均值滤波 ，也采用选用其他数字滤波方式。性能指标的每个取值的驱动信号需要维持1.5秒。其中，前1秒用于使第一流量值达到稳定，后0.5秒用于收集第一流量值的数据。

在其中一个实施例中，在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值的步骤之前，还包括寻找预设驱动电压频率的步骤S101~S102：

S101、在最大电压幅值与最大占空比下，测定待校准压电泵在驱动电压频率的工作范围内输出的M个第二流量值。

具体地，S101包括：在最大电压幅值与最大占空比下，对待校准压电泵输入第二驱动信号，并将第二驱动信号的驱动电压频率分别设置为M个不同的预设频率值，获得待校准压电泵在每个预设频率值下输出的第二流量值，M个预设频率值在驱动电压频率的工作范围内呈单调递增。

需要说明的是，工作范围是指待校准压电泵可工作的驱动电压频率的最小值到最大值形成的范围。

其中，M为20~40。需要说明的是，M不限于上述指出的范围，可以根据需要进行设置。

在一个具体示例中，最大电压幅值为7V。最大占空比为50%。需要说明的是，最大电压幅值和最大占空比与待校准压电泵的性能相关，不同的待校准压电泵的最大电压幅值和最大占空比不同。

在一个具体示例中，驱动电压频率的工作范围为25KHz~27KHz。进一步地，M个预设频率值在驱动电压频率的工作范围内以0.05KHz的步长单调递增。

需要说明的是，每个驱动电压频率的预设值的驱动信号需要维持一定的时间以确保输出的第二流量值达到稳定。其中，每个驱动电压频率的预设值的驱动信号需要维持1.5秒。其中，前1秒用于使第二流量值达到稳定，后0.5秒用于收集第二流量值的数据。

S102、比对每个驱动电压频率对应的第二流量值，若第二流量值能够满足上述F2对应的公式，则第二流量值对应的驱动电压频率为预设驱动电压频率。

需要说明的是，若每个预设频率值对应的第二流量值均小于F1，则流量校准失败。

通过上述寻找预设驱动电压频率的方法，能够避免多个压电泵使用单一频率时部分压电泵输出流量不足或输出流量过大而影响控制精度。需要说明的是，在实际操作中，实际得到的待校准压电泵的F2与通过预设η并根据公式F2=F1×（1+η）计算得到的F2存在一定的误差，误差记为E，-5%≤E≤5%时仍满足预设驱动电压频率的要求，即（F2_实际- F2_计算）/F2_计算=E，-5%≤E≤5%，其中，F2_实际为实际得到的待校准压电泵的F2，F2_计算为通过预设η并根据公式F2=F1×（1+η）计算得到的F2。需要说明的是，不限于通过上述步骤寻找预设驱动电压频率，也可在压电泵手册推荐的频率范围内使用二分法的方式获取该预设驱动电压频率。但是由于频率和输出流量可能不具有单调关系，因此通过二分法的可行性及效率均低于上述寻找预设驱动电压频率的方法。

S120、根据性能指标和第一流量值确定校准关系，校准关系为在驱动电压频率下性能指标和第一流量值的对应关系。

其中，待校准压电泵在性能指标的一个取值点输出一个第一流量值。换而言之，性能指标的一个取值点对应一个第一流量值。性能指标的多个取值点对应多个第一流量值，校准关系即为性能指标与第一流量值的对应关系表。

在其中一个实施例中，根据性能指标和第一流量值确定校准关系的步骤之后，还包括验证校准关系的步骤：比对N个预设值对应的N个第一流量值，若N个第一流量值的变化趋势与对应的N个第一预设值的变化趋势一致，则校准关系有效。通过验证校准关系能够保证压电泵校准的有效性和准确性。

在一个具体示例中，若N个预设值在性能指标的预设范围内单调递增，对应的N个第一流量值单调递增，则校准关系有效。

需要说明的是，若N个第一流量值的变化趋势与对应的N个第一预设值的变化趋势不一致，则校准关系无效，流量校准失败。例如，N个第一预设值呈单调递增，对应的N个第一流量值呈单调递减或者呈非单调变化，则校准关系无效。

S130、根据校准关系确定待校准压电泵在目标流量下对应的性能指标的标准值，然后测定待校准压电泵在预设驱动电压频率和标准值下输出的流量值，得到待校准压电泵的校准后流量。

具体地，根据校准关系确定待校准压电泵在目标流量下对应的性能指标的标准值，然后对待校准压电泵输入第三驱动信号，并将第三驱动信号的频率设置为预设驱动频率，且将第三驱动信号的性能指标设置为预设值，收集待校准压电泵在预设驱动电压频率和标准值下输出的流量值，得到待校准压电泵的校准后流量。其中，根据校准关系确定待校准压电泵在目标流量下对应的性能指标的标准值的步骤包括：根据标准关系确定待校准压电泵在目标流量下对应的性能指标的标准值的范围，然后通过线性插值计算得到待校准压电泵在目标流量下对应的性能指标的标准值。

在一个具体示例中，待校准压电泵为MZB1001T02型号的压电泵。预设驱动电压频率为25.65KHz。性能指标为占空比，性能指标与第一流量值的校准关系如表1所示。表1表示的是MZB1001T02型号的压电泵在预设驱动电压频率为25.65KHz下的校准关系。目标流量为80mL/min。从表1可以看出，待校准压电泵在目标流量80mL/min为下对应的性能指标的标准值介于35%~40%之间，然后通过线性插值计算的该标准值为35.66%。然后采用流量检测器测定待校准压电泵在预设驱动电压频率（即为25.65KHz）和标准值（即为35.66%）下输出的流量值为80.05mL/min，即为待校准压电泵的校准后流量。

表1

占空比	第一流量值 (mL/min)
		5%	0.23
10%	1.05
		15%	3.19
20%	11.66
		25%	22
30%	45.8
		35%	78.1
40%	102.3
		45%	110.2
50%	123.3

上述压电泵的流量校准方法中，通过在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，性能指标为电压幅值或者占空比，并以此建立性能指标与第一流量值的对应关系，然后通过该对应关系对各压电泵进行校准而得到校准后流量，以解决因压电泵个体性能差异较大而导致控制系统的响应时间和波动度不确定的问题，提高不同压电泵的控制效果的一致性。

上述压电泵的流量校准方法通过事先对各压电泵进行电压频率和电压幅值的二维校准来弥补压电泵的个体差异，以解决因压电泵个体性能差异较大而导致控制系统的响应时间和波动度不确定的问题，提高不同压电泵的控制效果的一致性，使不同压电泵的控制效果一致，从而保障了以压电泵作为核心部件的设备性能的一致性。

进一步地，上述压电泵的流量校准方法通过逐点占空比或者电压幅值的校准，能够加快响应速度，缩短控制流量进入稳态的时间。

综上，本研究首次开发压电泵的流量校准方法，能够提高不同压电泵的控制效果的一致性，使不同压电泵的控制效果一致，从而保障了以压电泵作为核心部件的设备性能的一致性，适用于广泛推广。

如图1所示，一实施方式的压电泵的流量校准系统100能够根据上述实施方式的压电泵的流量校准方法对待校准压电泵101进行流量校准，以提高不同压电泵的控制效果的一致性。

具体地，该压电泵的流量校准系统100包括控制模块110和流量检测模块120。控制模块110能够向待校准压电泵101施加驱动信号以驱动待校准压电泵101，并能够控制驱动信号的驱动电压频率和性能指标。流量检测模块120与控制模块110连接。流量检测模块120用于检测待校准压电泵101的流量值，并能够将检测到的待校准压电泵101的流量值传输给控制模块110。其中，性能指标为电压幅值或者占空比。

其中，控制模块110能够将驱动信号的电压频率控制为预设驱动电压频率，并能够将驱动信号的性能指标控制在预设范围以驱动待校准压电泵101；流量检测模块120能够测定待校准压电泵101在预设驱动电压频率及性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，并将N个第一流量值传输至控制模块110。控制模块110能够根据性能指标和第一流量值确定校准关系。控制模块110能够根据校准关系确定待校准压电泵101在目标流量下对应的性能指标的标准值，然后能够将驱动信号的驱动电压频率控制为预设驱动电压频率，并将驱动信号的性能指标控制为标准值，驱动待校准压电泵101，并通过流量检测模块120获得待校准压电泵101的校准后流量。

其中，控制模块110还能够验证校准关系的有效性。

其中，控制模块110还能够向待校准压电泵101传输最大电压幅值和最大占空比的第二驱动信号，并将第二驱动信号的驱动电压频率分别设置为M个不同的预设频率值，以驱动待校准压电泵101；流量检测模块120还能够测定待校准压电泵101在每个预设频率值下输出的第二流量值，并将第二流量值传输至控制模块110；控制模块110还能够比对每个驱动电压频率对应的第二流量值而获得预设驱动电压频率。

其中，流量检测模块120能够与待校准压电泵101连接。

在一个具体示例中，流量检测模块120为流量传感器。需要说明的是，流量检测模块120不限于为流量传感器，也可以为其他用于检测压电泵流量的模块。

在其中一个实施例中，压电泵的流量校准系统100还包括显示模块130。显示模块130与控制模块110连接。显示模块130能够向控制模块110发生启动校准指令或者停止校准指令。显示模块130能够接收并显示控制模块110传输的信号。进一步地，显示模块130还能够与流量检测模块120连接。显示模块130能够接收并显示流量检测模块120传输的信号。需要说明的是，显示模块130可以省略，此时，可以通过本领域其他常规的方式向控制模块110发生启动校准指令或者停止校准指令。

在其中一个实施例中，压电泵的流量校准系统100还包括存储模块140。存储模块140与控制模块110连接。存储模块140能够接收并存储控制模块110传输的校准关系。需要说明的是，存储模块140可以省略，此时，可以通过使控制模块110兼具存储功能。

上述压电泵的流量校准系统100对待校准压电泵101进行流量校准的工作过程如下：

（1）操作者通过显示模块130向控制模块110发送发生启动校准指令。控制模块110接收到启动校准指令后，控制模块110向待校准压电泵101传输最大电压幅值和最大占空比的第二驱动信号，并将第二驱动信号的驱动电压频率分别设置为M个不同的预设频率值，以驱动待校准压电泵101；流量检测模块120测定待校准压电泵101在每个预设频率值下输出的第二流量值，并将第二流量值传输至控制模块110；接着，控制模块110比对每个驱动电压频率对应的第二流量值，若第二流量值能够满足上述F2对应的公式，则第二流量值对应的驱动电压频率为预设驱动电压频率。需要说明的是，若每个预设频率值对应的第二流量值均小于F1，则控制模块110向显示模块130发生流量校准的信息，校准终止。需要说明的是，在实际操作中，实际得到的待校准压电泵的F2与通过预设η并根据公式F2=F1×（1+η）计算得到的F2存在一定的误差，误差记为E，-5%≤E≤5%时仍满足预设驱动电压频率的要求，即（F2_实际- F2_计算）/ F2_计算=E，-5%≤E≤5%，其中，F2_实际为实际得到的待校准压电泵的F2，F2_计算为通过预设η并根据公式F2=F1×（1+η）计算得到的F2。

（2）找到预设驱动电压频率后，控制模块110将驱动信号的电压频率控制为预设驱动电压频率，并将驱动信号的性能指标控制在预设范围，驱动待校准压电泵101；流量检测模块120测定待校准压电泵101在预设驱动电压频率及性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，并将N个第一流量值传输至控制模块110。

（3）控制模块110根据性能指标和第一流量值确定校准关系。控制模块110验证校准关系，并将有效的校准关系传输至存储模块140存储。需要说明的是，若N个第一流量值的变化趋势与对应的N个第一预设值的变化趋势不一致，则校准关系无效，则控制模块110向显示模块130发生流量校准的信息，校准终止。

（4）确定有效的校准关系后，控制模块110根据校准关系确定待校准压电泵101在目标流量下对应的性能指标的标准值，然后将驱动信号的驱动电压频率控制为预设驱动电压频率，并将驱动信号的性能指标控制为标准值，驱动待校准压电泵101，并通过流量检测模块120获得待校准压电泵101的校准后流量。

上述压电泵的流量校准系统100，通过控制模块110和流量检测模块120，在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵101在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，性能指标为电压幅值或者占空比，并以此建立性能指标与第一流量值的对应关系，然后通过该对应关系对各压电泵进行校准而得到校准后的校准后流量，以解决因压电泵个体性能差异较大而导致控制系统的响应时间和波动度不确定的问题，提高不同压电泵的控制效果的一致性。

以下为具体实施例部分：

实施例1

取三个待测校准压电泵，分别编号为1号泵、2号泵和3号泵。每个待校准压电泵型号为MZB1001T02，要求压电泵的输出流量在0~100mL/min的范围内可控，故F1为100mL/min。压电泵的流量校准系统如图1所示。

每个待校准压电泵的流量校准过程如下：

（1）操作者通过显示模块130向控制模块110发送发生启动校准指令。控制模块110接收到启动校准指令后，控制模块110向待校准压电泵传输最大电压幅值（即为7V）和最大占空比（即为50%）的第二驱动信号，并将第二驱动信号的驱动电压频率在25KHz~27KHz范围内以0.05KHz的步长递增设置为40个不同的预设频率值，以驱动待校准压电泵；流量检测模块120测定待校准压电泵在每个预设频率值下输出的第二流量值，并将第二流量值传输至控制模块110；接着，控制模块110比对每个驱动电压频率对应的第二流量值，若第二流量值能够满足上述F2对应的公式，则第二流量值对应的驱动电压频率为预设驱动电压频率。需要说明的是，若每个预设频率值对应的第二流量值均小于F1，则控制模块110向显示模块130发生流量校准的信息，校准终止。需要说明的是，在实际操作中，实际得到的待校准压电泵的F2与通过预设η并根据公式F2=F1×（1+η）计算得到的F2存在一定的误差，误差记为E，-5%≤E≤5%时仍满足预设驱动电压频率的要求，即（F2_实际- F2_计算）/ F2_计算=E，-5%≤E≤5%，其中，F2_实际为实际得到的待校准压电泵的F2，F2_计算为通过预设η并根据公式F2=F1×（1+η）计算得到的F2。其中，η取值为20%，根据上述公式计算得到的F2_计算=120mL/min, 则F2_实际在114mL/min~126mL/min之间能够满足要求。本实施例的1号泵、2号泵和3号泵的F2_实际对应的驱动电压频率分别为25.65KHz、25.35KHz、26.05KHz，即为1号泵、2号泵和3号泵的预设电压频率。

（2）找到预设驱动电压频率后，控制模块110将驱动信号的电压频率控制为预设驱动电压频率，并将驱动信号的性能指标控制在预设范围，驱动待校准压电泵101。流量检测模块120测定待校准压电泵在预设驱动电压频率及性能指标的预设范围内输出的10个第一流量值，并将10个第一流量值传输至控制模块110。其中，本实施例中驱动信号的性能指标为占空比，预设范围为0%~50%。性能指标的预设范围内以步长为5%单调递增，以得到10个性能指标分别对应的10个第一流量值。

（3）控制模块110根据性能指标和第一流量值确定校准关系。控制模块110验证校准关系，并将有效的校准关系传输至存储模块140存储。需要说明的是，若10个第一流量值的变化趋势与对应的10个第一预设值的变化趋势不一致，则校准关系无效，则控制模块110向显示模块130发生流量校准的信息，校准终止。其中，1号泵在在预设驱动电压频率为25.65KHz下的校准关系如表1所示。2号泵在在预设驱动电压频率为25.35KHz下的校准关系如表2所示。3号泵在在预设驱动电压频率为26.05KHz下的校准关系如表3所示。

表2 2号泵在预设驱动电压频率为25.35KHz下的校准关系

占空比	第一流量值 (mL/min)
		5%	0.63
10%	0.98
		15%	1.25
20%	3.74
		25%	12.61
30%	20.57
		35%	35.1
40%	61.3
		45%	91.5
50%	114.9

表3 3号泵在预设驱动电压频率为26.05KHz下的校准关系

占空比	第一流量值 (mL/min)
		5%	0.22
10%	0.41
		15%	0.67
20%	1.83
		25%	9.15
30%	16.54
		35%	32.34
40%	62.26
		45%	98.77
50%	123.5

（4）确定有效的校准关系后，控制模块110根据校准关系确定待校准压电泵在目标流量下对应的性能指标的标准值，然后将驱动信号的驱动电压频率控制为预设驱动电压频率，并将驱动信号的性能指标控制为标准值，驱动待校准压电泵，并通过流量检测模块120获得待校准压电泵的校准后流量。具体地，目标流量为80mL/min。从表1~表3可以看出，1号泵~3号泵在目标流量为80mL/min下对应的性能指标（即占空比）的标准值分别介于35%~40%、40%~45%、40%~45%之间，接着通过线性插值计算的1号泵~3号泵的标准值依次为35.66%、43.1%、42.43%。然后采用流量检测模块120测定1号泵~3号泵在对应的预设驱动电压频率和对应的标准值下输出流量值即为1号泵~3号泵的校准后流量。1号泵、2号泵和3号泵的校准后流量分别为80.05mL/min、80.02mL/min、79.9mL/min。由此可见，通过上述实施方式的压电泵的流量校准方法对压电泵进行校准以能够提高不同压电泵的控制效果的一致性，以能够有效解决压电泵个体差异导致的控制效果一致性差的问题。

测试：

对上述三个待校准压电泵在校准前和校准后分别进行闭环控制，闭环控制效果如图2~3所示。其中，图2为三个待校准压电泵校准前的闭环控制效果。图3为三个待校准压电泵经上述校准过程校准后的闭环控制效果。

从图2可以看出，三个待校准压电泵在校准前的响应时间较长，并且在相同响应时间下的流量值存在明显差异。从图3可以看出，三个待校准压电泵经校准后的响应时间短于校准前的响应时间，并且在相同响应时间下的校准后流量值基本保持一致，说明通过上述实施方式的压电泵的流量校准方法对压电泵进行校准以能够提高不同压电泵的控制效果的一致性，以能够有效解决压电泵个体差异导致的控制效果一致性差的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压电泵的流量校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，其中，所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率下满足如下公式：F2＝F1×(1+η)，所述F2为所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率下输出的最大流量，所述F1为所述待校准压电泵的额定流量，所述η为流量增幅百分比，所述性能指标为电压幅值或者占空比；

根据所述性能指标和所述第一流量值确定校准关系，所述校准关系为在驱动电压频率下所述性能指标和所述第一流量值的对应关系；及

根据所述校准关系确定所述待校准压电泵在目标流量下对应的所述性能指标的标准值，然后测定所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率和所述标准值下输出的流量值，得到所述待校准压电泵的校准后流量。

2.根据权利要求1所述的压电泵的流量校准方法，其特征在于，所述在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值的步骤包括：对所述待校准压电泵输入第一驱动信号，将所述第一驱动信号的电压频率设置为所述预设驱动电压频率，并将所述第一驱动信号的所述性能指标分别设置为N个不同的预设值，获得所述待校准压电泵在每个所述预设值下输出的所述第一流量值，N个所述预设值在所述性能指标的所述预设范围内呈单调变化。

3.根据权利要求2所述的压电泵的流量校准方法，其特征在于，N个所述预设值在所述性能指标的所述预设范围内单调递增。

4.根据权利要求2所述的压电泵的流量校准方法，其特征在于所述预设范围为所述待校准压电泵的所述性能指标的工作范围。

5.根据权利要求2～4任一项所述的压电泵的流量校准方法，其特征在于，所述根据所述性能指标和所述第一流量值确定校准关系的步骤之后，还包括验证所述校准关系的步骤：比对N个所述预设值对应的N个所述第一流量值，若N个所述第一流量值的变化趋势与对应的N个第一预设值的变化趋势一致，则所述校准关系有效。

6.根据权利要求1～4任一项所述的压电泵的流量校准方法，其特征在于，所述在预设驱动电压频率下，测定待校准压电泵在性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值的步骤之前，还包括寻找所述预设驱动电压频率的步骤：

在最大电压幅值与最大占空比下，测定所述待校准压电泵在驱动电压频率的工作范围内输出的M个第二流量值；及

比对每个所述驱动电压频率对应的所述第二流量值，若所述第二流量值能够满足所述F2对应的公式，则所述第二流量值对应的所述驱动电压频率为所述预设驱动电压频率。

7.根据权利要求6所述的压电泵的流量校准方法，其特征在于，所述在最大电压幅值与最大占空比下，测定所述待校准压电泵在驱动电压频率的工作范围内输出的M个第二流量值的步骤包括：在所述最大电压幅值与所述最大占空比下，对所述待校准压电泵输入第二驱动信号，并将所述第二驱动信号的所述驱动电压频率分别设置为M个不同的预设频率值，获得所述待校准压电泵在每个所述预设频率值下输出的所述第二流量值，M个所述预设频率值在所述驱动电压频率的工作范围内呈单调递增。

8.一种压电泵的流量校准系统，其特征在于，包括：

控制模块，能够向待校准压电泵施加驱动信号以驱动所述待校准压电泵，并能够控制所述驱动信号的驱动电压频率和性能指标，所述性能指标为电压幅值或者占空比；及

流量检测模块，与所述控制模块连接，所述流量检测模块用于检测所述待校准压电泵的流量值，并能够将检测到的所述待校准压电泵的流量值传输给所述控制模块；

其中，所述控制模块能够将所述驱动信号的电压频率控制为预设驱动电压频率，并能够将所述驱动信号的性能指标控制在预设范围以驱动所述待校准压电泵，所述流量检测模块能够测定所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率及所述性能指标的预设范围内输出的N个第一流量值，并将N个所述第一流量值传输至所述控制模块，所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率下满足如下公式：F2＝F1×(1+η)，所述F2为所述待校准压电泵在所述预设驱动电压频率下输出的最大流量，所述F1为所述待校准压电泵的额定流量，所述η为流量增幅百分比；所述控制模块能够根据所述性能指标和所述第一流量值确定校准关系，所述校准关系为在所述驱动电压频率下所述性能指标和所述第一流量值的对应关系；所述控制模块能够根据所述校准关系确定所述待校准压电泵在目标流量下对应的所述性能指标的标准值，然后能够将所述驱动信号的驱动电压频率控制为所述预设驱动电压频率，并将所述驱动信号的性能指标控制为所述标准值，驱动所述待校准压电泵，并通过所述流量检测模块获得所述待校准压电泵的校准后流量。

9.根据权利要求8所述的压电泵的流量校准系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块连接，所述显示模块能够向所述控制模块发生启动校准指令或者停止校准指令，并且能够接收并显示所述控制模块传输的信号。

10.根据权利要求8～9任一项所述的压电泵的流量校准系统，其特征在于，还包括存储模块，所述存储模块与所述控制模块连接，所述存储模块能够接收并存储所述控制模块传输的所述校准关系。

Images