CN115350395A - 一种可变流向的压电无阀泵及其控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压电泵领域，具体涉及一种可变流向的压电无阀泵及其控制装置。从上到下依次连接上盖板、中间板和下基板；所示上盖板和所述中间板之间从左到右依次安装有第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子；所述中间板的下表面从左到右依次粘接有第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器；所述第一柔性传感器、所述第二柔性传感器、所述第三柔性传感器均为多层弹性薄膜。特色与优势：可变流向、功耗低、输出性能高、可用于高粘度液体或含活性组织的液体泵送。
Description
技术领域
本发明属于压电泵领域，具体涉及一种可变流向的压电无阀泵及其控制装置。
背景技术
压电泵具有结构简单、成本低、无电磁干扰等优点，在血液输送应用中有着良好的应用前景。其中无阀压电泵的输出性能低，难以满足血液输送的性能要求；有阀压电泵无法避免刚性驱动（压电振子高速振动进行驱动）对血细胞造成的损坏，同时血液在流经刚性阀片过程中，血液和血细胞之间的相对速度过大，速度梯度产生的剪切力易对血细胞产生破坏。申请人在2019年申请了中国发明专利“一种血液输送用压电蠕动泵”（申请号：CN201910921058.2），该专利在工作过程中是通过流体介质带动柔性薄膜实现软体蠕动血液输送，一定程度上仿照了生物体器官组织的弹性，在驱动过程柔软温和，可以有效的避免血液破坏，但是仍然存在输出性能低、不可转换流向等缺点，且柔性薄膜反复且直接与流道底部接触，这也会导致活性组织的破坏。
发明内容
针对现有压电泵的不足，本发明提出一种可变流向的压电无阀泵及其控制装置。
本发明实施例提供了一种可变流向的压电无阀泵及其控制装置，采用以下技术方案：从上到下依次连接上盖板、中间板和下基板；所示上盖板和所述中间板之间从左到右依次安装有第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子；所述中间板的上表面从左到右依次安装有第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈；所述第一密封圈与第一压电振子配套安装，所述第二密封圈与第二压电振子配套安装，所述第三密封圈与第三压电振子配套安装；所述中间板从左到右依次设有第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔；所述中间板的下表面从左到右依次粘接有第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器；所述第一介质腔由第一压电振子、第一密封圈、中间板和第一柔性传感器相连形成密封腔体，所述第二介质腔由第二压电振子、第二密封圈、中间板和第二柔性传感器相连形成密封腔体，所述第三介质腔由第三压电振子、第三密封圈、中间板和第三柔性传感器相连形成密封腔体；所述第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔内充满流体介质；所述下基板从左到右依次设有第一通孔、第一缓冲腔、流道、第二缓冲腔、第二通孔；所述第一通孔、第一缓冲腔、流道、第二缓冲腔、第二通孔从左到右依次连通；所述流道位于第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔的正下方；所述第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器工作时位移变化作用于流道内。
进一步地，所述第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子均由压电陶瓷晶片和金属基板同心粘接而成，且压电陶瓷晶片的直径小于金属基板的直径。
进一步地，所述第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔的直径为D，所述流道的宽度为a，且
；因此，第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器可以将第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子的位移放大，从而提高压电泵的输出性能。
进一步地，压电泵工作时，对第一压电振子、第三压电振子施加同相位的正弦电压信号，对第二压电振子施加反相位的正弦电压信号；第一压电振子、第三压电振子同相位振动，第二压电振子反相位振动。
进一步地，所述第一柔性传感器、所述第二柔性传感器、所述第三柔性传感器均为多层弹性薄膜；所述多层弹性薄膜外层为柔性封装层；所述柔性封装层为绝缘柔性材料；所述多层弹性薄膜内部从上至下依次设置有第一柔性电极、柔性介电薄膜和第二柔性电极，这里需要说明的是，第一柔性电极、柔性介电薄膜和第二柔性电极构成一个基于电容的传感器，传感器的电容计算公式为：
，式中
为传感器的介电常数，A为第一柔性电极和第二柔性电极相对的感应面积，b为柔性介电薄膜的厚度；当多层弹性薄膜被拉伸（柔性薄膜通过液体介质挤压凸起）时，感应面积A增大、柔性介电薄膜厚度b减小，传感器电容C增大，通过感知多层弹性薄膜的电容，即可获得其拉伸情况，进而感知第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器的位移变化情况。
进一步地，所述第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器在工作过程中均作用于流道内，但均不接触流道的底部。
进一步地，所述第一柔性传感器凸起顶部与流道底部之间的距离为
，所述第二柔性传感器凸起顶部与流道底部之间的距离为
，所述第三柔性传感器凸起顶部与流道底部之间的距离为
，且
，即第一介质腔31内注入的液体介质体积最大、第二介质腔其次、第三介质腔内注入液体介质体积最少；水力流阻的计算公式为
式中
为柔性传感器向下最大弯曲变形时的液体流道高度；
为缓冲腔到柔性薄膜边缘的距离；
为矩形流道的宽度；
为比例系数；其中h远小于流道宽度
。第一柔性传感器处的流阻为
，第二柔性传感器处的流阻为
，第三柔性传感器处的流阻为
，根据水力流阻公式且h远小于流道宽度a，可知
；在工作过程中，第一压电振子、第三压电振子带动第一柔性传感器、第三柔性传感器同相位振动，第二压电振子带动第二柔性传感器反相位振动且主要进行流体吸排，结合第一柔性传感器流阻差
与第三柔性传感器处的流阻差
的大小关系，流道内流阻差（
）为正，因此流体自第一柔性传感器向第三柔性传感器方向流动。
进一步地，所述第一介质腔相连有第一注液机构；所述第三介质腔相连有第二注液机构；通过第一注液机构和第二注液机构可调控第一介质腔以及第三介质腔内内液体介质的体积，进而调控第一柔性传感器凸起顶部与流道底部之间的距离为
以及第三柔性传感器凸起顶部与流道底部之间的距离为
，这样可以改变驱动流体的流动方向。当
时，驱动流体的流动方向为由左向右；当
时，驱动流体的流动方向为由右向左。
一种较佳实施例的工作过程可分为初始状态、第一工作状态和第二工作状态。
初始状态：所述第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子不施加电压，第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子保持初始平直状态，第一柔性驱动器、第二柔性驱动器、第三柔性驱动器均保持凸起状态，其中第一柔性驱动器凸起最高、第三柔性驱动器其次、第二柔性驱动器最低，即
。
第一工作状态：所述第一压电振子、第三压电振子施加与压电陶瓷晶片极化方向相反的电压，所述第一压电振子、第三压电振子向上弯曲变形，所述第一柔性传感器、第三柔性传感器由于自身张力向上运动；所述第二压电振子施加压电陶瓷晶片极化方向相同的电压，所述第二压电振子向下弯曲变形，所述第二柔性传感器在流体介质的作用下向下弯曲变形。
第二工作状态：所述第一压电振子、第三压电振子施加与压电陶瓷晶片极化方向相同的电压，所述第一压电振子、第三压电振子向下弯曲变形，所述第一柔性传感器、第三柔性传感器在流体介质作用下向下凸起变形；所述第二压电振子施加压电陶瓷晶片极化方向相反的电压，所述第二压电振子向上弯曲变形，所述第二柔性传感器在自身张力作用下向上运动。
第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子施加交变电压信号，第一工作状态和第二工作状态交替进行，第二压电振子带动第二柔性传感器进行流体吸排，结合第一柔性传感器流阻差
与第三柔性传感器处的流阻差
的大小关系，流道内流阻差（
）带动流体单向流动，即可实现无阀流体驱动，减少对输送流体中活性组织的损坏。通过第一注液机构、第二注液机构调节第一介质腔、第三介质腔内流体介质的体积可改变驱动流体流动方向，当
时，驱动流体的流动方向为由左向右；当
时，驱动流体的流动方向为由右向左。
一种控制装置，包括：压电驱动控制电路、微控制器、电容传感器、用户操作接口、存储器、系统电源、DC-DC升压电路；所述压电驱动控制电路生成交变电压信号用于驱动第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子；所述微控制器例如由CPU（CentralProcessing Unit：中央处理器）构成，是用于对压电无阀泵进行整体控制的单元；所述用户操作接口用于接收使用者的操作、并将来自外部的命令输入微控制器；所述系统电源用于提供系统的电力；所述存储器用于存储程序和存储测量结果，所述程序用于微控制器等执行无阀流体泵驱动的步骤；所述微控制器将用于驱动第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子和第一注液机构、第二注液机构的控制信号分别输入压电驱动控制电路和注液控制电路；所述微控制器通过电容传感器获得第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器的伸缩变形情况；所述DC-DC升压电路是将作为系统电源的电池的电压升压至适于驱动压电无阀泵的电压的电路；所述压电驱动控制电路根据从微控制器输入的控制信号来提供给第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子驱动电压和频率；所述注液控制电路根据从微控制器输入的控制信号来提供给第一注液器和第二注液器位移和方向指令，第一注液器和第二注液器基于位移和方向指令完成注入或吸出一定体积的介质腔内流体介质；所述电容传感器通过实时检测电容实现对第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器伸缩变形情况的监测。
一种控制方法，其步骤如下：
首先，微控制器读取用户操作接口中使用者设定的流体泵送方向和流量，通过流量公式通过流量公式
，式中
是比例系数、f是驱动频率、
是单个驱动周期流道中流动的液体体积、
是流道内液体的流阻差，微控制器计算得到第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子驱动电压和频率以及第一注液器和第二注液器中流体介质的注入量或吸出量，根据压电振子和柔性传感器体积变化相同以及电容计算公式
，微控制器计算得到第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器的计算电容范围。
之后，微控制器将控制信号发送至注液控制电路，注液控制电路生成相对应的驱动信号，第一注液机构和第二注液机构执行动作，微控制器通过电容传感器获得第一柔性传感器、第三柔性传感器的电容并与计算电容范围对比，当第一柔性传感器、第三柔性传感器电容处于计算电容范围内，即可执行下一步动作，而当电容不在计算范围内，微控制器发出调整信号至注液控制电路，直至第一柔性传感器、第三柔性传感器电容位于计算电容范围内，进而执行下一步。
最后，微控制器将控制信号发送至压电驱动控制电路，压电驱动控制电路生成相对应的驱动信号，第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子开始振动，压电无阀泵开始工作；微控制器通过电容传感器检测第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器的电容，并将电容值传送到微控制器，微控制器将检测的电容值与内部计算的电容范围比较，当电容值在范围内时，正常工作，而当电容值突破计算范围时，微控制器将改变第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子驱动电压，这样可以避免第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器过大或过小动作。
本项目的特色及优势在于：1.可变流向，本装置通过第一注液机构和第二注液机构改变第一介质腔、第三介质腔内流体介质的体积改变流道内的流阻差，进而改变流体流动的方向；2.进一步减小了对血液的破坏，本装置通过控制第一介质腔、第三介质腔内流体介质体积的大小关系，实现了流体的无阀柔性泵送，能够减小压电泵在工作过程中对血液的破坏；3.采用柔性传感器作为液体驱动装置，通过电容监测可实时获得柔性传感器的伸缩状态，结合控制装置，压电泵工作性能更稳定，可避免外部环境变化（如温度）对输出性能的影响；3.通过压电驱动，具有功耗低、结构简单、控制方便、无电磁干扰的优势。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例的剖面图；
图2是图1中A-A的剖面图；
图3是本发明实施例的第一工作状态示意图；
图4是本发明实施例的第二工作状态示意图；
图5是多层柔性薄膜平铺时的剖面示意图；
图6是多层柔性薄膜被拉伸时的剖面示意图；
图7是本发明实施例的驱动信号示意图；
图8是本发明控制装置的组件方块图；
其中：1-上盖板；21-第一压电振子；22-第二压电振子；23第三压电振子；201-压电陶瓷晶片；202-金属基板；3-中间板；31-第一介质腔；32-第二介质腔；33-第三介质腔；41-第一密封圈；42-第二密封圈；43-第三密封圈；51-第一柔性传感器；52-第二柔性传感器；53-第三柔性传感器；6-下基板；61-第一通孔；62-第一缓冲腔；63-流道；64-第二缓冲腔；65-第二通孔；500-柔性封装层；501-第一柔性电极；502-第二柔性电极；503-柔性介电薄膜；71-第一注液装置；72-第二注液装置；200-微控制器；201-压电驱动控制电路；202-DC-DC升压电路；203-系统电源；204-存储器；205-用户操作接口；206-电容传感器；207-注液控制电路。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚，完整的描述，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图7、图8，本发明提出一种可变流向的压电无阀泵及其控制装置，从上到下依次连接上盖板1、中间板3和下基板6；所示上盖板1和所述中间板3之间从左到右依次安装有第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23；所述中间板3的上表面从左到右依次安装有第一密封圈41、第二密封圈42、第三密封圈43；所述第一密封圈41与第一压电振子21配套安装，所述第二密封圈42与第二压电振子22配套安装，所述第三密封圈43与第三压电振子23配套安装；所述中间板3从左到右依次设有第一介质腔31、第二介质腔32、第三介质腔33；所述中间板3的下表面从左到右依次粘接有第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53；所述第一介质腔31由第一压电振子21、第一密封圈41、中间板3和第一柔性传感器51相连形成密封腔体，所述第二介质腔32由第二压电振子22、第二密封圈42、中间板3和第二柔性传感器52相连形成密封腔体，所述第三介质腔33由第三压电振子23、第三密封圈43、中间板3和第三柔性传感器53相连形成密封腔体；所述第一介质腔31、第二介质腔32、第三介质腔33内充满流体介质；所述下基板6从左到右依次设有第一通孔61、第一缓冲腔62、流道63、第二缓冲腔64、第二通孔65；所述第一通孔61、第一缓冲腔62、流道63、第二缓冲腔64、第二通孔65从左到右依次连通；所述流道63位于第一介质腔31、第二介质腔32、第三介质腔33的正下方；所述第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53工作时位移变化作用于流道63内。
进一步地，所述第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23均由压电陶瓷晶片201和金属基板202同心粘接而成，且压电陶瓷晶片201的直径小于金属基板202的直径。
进一步地，所述第一介质腔31、第二介质腔32、第三介质腔33的直径为D，所述流道63的宽度为a，且
；因此，第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53可以将第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23的位移放大，从而提高压电泵的输出性能。
进一步地，压电泵工作时，对第一压电振子21、第三压电振子23施加同相位的正弦电压信号，对第二压电振子22施加反相位的正弦电压信号；如图3、图4所示，第一压电振子21、第三压电振子23同相位振动，第二压电振子22反相位振动。
进一步地，如图5、图6所示，所述第一柔性传感器51、所述第二柔性传感器52、所述第三柔性传感器53均为多层弹性薄膜；所述多层弹性薄膜外层为柔性封装层500；所述柔性封装层500为绝缘柔性材料；所述多层弹性薄膜内部从上至下依次设置有第一柔性电极501、柔性介电薄膜503和第二柔性电极502，这里需要说明的是，第一柔性电极501、柔性介电薄膜503和第二柔性电极502构成一个基于电容的传感器，传感器的电容计算公式为：
，式中
为传感器的介电常数，A为第一柔性电极501和第二柔性电极502相对的感应面积，b为柔性介电薄膜503的厚度；当多层弹性薄膜被拉伸（柔性薄膜通过液体介质挤压凸起）时，感应面积A增大、柔性介电薄膜503厚度b减小为b1，传感器电容C增大，通过感知多层弹性薄膜的电容，即可获得其拉伸情况，进而感知第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53的位移变化情况。
进一步地，所述第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53在工作过程中均作用于流道63内，但均不接触流道63的底部。
进一步地，所述第一柔性传感器51凸起顶部与流道63底部之间的距离为
，所述第二柔性传感器52凸起顶部与流道63底部之间的距离为
，所述第三柔性传感器53凸起顶部与流道63底部之间的距离为
，且
，即第一介质腔31内注入的液体介质体积最大、第二介质腔32其次、第三介质腔33内注入液体介质体积最少；水力流阻的计算公式为
式中
为柔性传感器向下最大弯曲变形时的液体流道高度；
为缓冲腔到柔性薄膜边缘的距离；
为矩形流道的宽度；
为比例系数；其中h远小于流道宽度
。第一柔性传感器51处的流阻为
，第二柔性传感器52处的流阻为
，第三柔性传感器53处的流阻为
，根据水力流阻公式且h远小于流道宽度a，可知
；在工作过程中，第一压电振子21、第三压电振子23带动第一柔性传感器51、第三柔性传感器53同相位振动，第二压电振子22带动第二柔性传感器52反相位振动且主要进行流体吸排，结合第一柔性传感器51流阻差
与第三柔性传感器53处的流阻差
的大小关系，流道内流阻差（
）为正，因此流体自第一柔性传感器51向第三柔性传感器53方向流动。
进一步地，所述第一介质腔31相连有第一注液机构71；所述第三介质腔33相连有第二注液机构72；通过第一注液机构71和第二注液机构72可调控第一介质腔31以及第三介质腔内33内液体介质的体积，进而调控第一柔性传感器51凸起顶部与流道63底部之间的距离为
以及第三柔性传感器53凸起顶部与流道63底部之间的距离为
，这样可以改变驱动流体的流动方向。当
时，驱动流体的流动方向为由左向右；当
时，驱动流体的流动方向为由右向左。
一种较佳实施例的工作过程可分为初始状态、第一工作状态和第二工作状态，如图1、图3、图4、图7所示。
初始状态：所述第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23不施加电压，第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23保持初始平直状态，第一柔性驱动器51、第二柔性驱动器52、第三柔性驱动器53均保持微凸起状态，其中第一柔性驱动器51凸起最高、第三柔性驱动器53其次、第二柔性驱动器52最低，即
。
第一工作状态：所述第一压电振子21、第三压电振子23施加与压电陶瓷晶片201极化方向相反的电压，所述第一压电振子21、第三压电振子23向上弯曲变形，所述第一柔性传感器51、第三柔性传感器53由于自身张力向上运动；所述第二压电振子52施加压电陶瓷晶片201极化方向相同的电压，所述第二压电振子22向下弯曲变形，所述第二柔性传感器52在流体介质的作用下向下弯曲变形；
第二工作状态：所述第一压电振子21、第三压电振子23施加与压电陶瓷晶片201极化方向相同的电压，所述第一压电振子21、第三压电振子23向下弯曲变形，所述第一柔性传感器51、第三柔性传感器53在流体介质作用下向下凸起变形；所述第二压电振子52施加压电陶瓷晶片201极化方向相反的电压，所述第二压电振子22向上弯曲变形，所述第二柔性传感器52在自身张力作用下向上运动。
第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23施加交变电压信号，第一工作状态和第二工作状态交替进行，第二压电振子22带动第二柔性传感器52进行流体吸排，结合第一柔性传感器51流阻差
与第三柔性传感器53处的流阻差
的大小关系，流道内流阻差（
）带动流体单向流动，即可实现无阀流体驱动，减少对输送流体中活性组织的损坏。通过第一注液机构71、第二注液机构72调节第一介质腔31、第三介质腔33内流体介质的体积可改变驱动流体流动方向，当
时，驱动流体的流动方向为由左向右；当
时，驱动流体的流动方向为由右向左。
一种控制装置，如图8所示，包括：压电驱动控制电路201、微控制器200、电容传感器206、用户操作接口205、存储器204、系统电源203、DC-DC升压电路202；所述压电驱动控制电路201生成交变电压信号用于驱动第一压电振子21、第二压电振子22和第三压电振子23；所述微控制器200例如由CPU（Central Processing Unit：中央处理器）构成，是用于对压电无阀泵进行整体控制的单元；所述用户操作接口205用于接收使用者的操作、并将来自外部的命令输入微控制器200；所述系统电源203用于提供系统的电力；所述存储器204用于存储程序和存储测量结果，所述程序用于微控制器200等执行无阀流体泵驱动的步骤；所述微控制器200将用于驱动第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23和第一注液机构71、第二注液机构72的控制信号分别输入压电驱动控制电路201和注液控制电路207；所述微控制器200通过电容传感器206获得第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53的伸缩变形情况；所述DC-DC升压电路202是将作为系统电源203的电池的电压升压至适于驱动压电无阀泵的电压的电路；所述压电驱动控制电路201根据从微控制器200输入的控制信号来提供给第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23驱动电压和频率；所述注液控制电路207根据从微控制器200输入的控制信号来提供给第一注液器71和第二注液器72位移和方向指令，第一注液器71和第二注液器72基于位移和方向指令完成注入或吸出一定体积的介质腔内流体介质；所述电容传感器206通过实时检测电容实现对第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53伸缩变形情况的监测。
一种控制方法，其步骤如下：
首先，微控制器200读取用户操作接口205中使用者设定的流体泵送方向和流量，通过流量公式微控制器200计算得到第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23驱动电压和频率以及第一注液器71和第二注液器72中流体介质的注入量或吸出量，根据压电振子和柔性传感器体积变化相同以及电容计算公式
，微控制器200计算得到第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53的计算电容范围。
之后，微控制器200将控制信号发送至注液控制电路207，注液控制电路207生成相对应的驱动信号，第一注液机构71和第二注液机构72执行动作，微控制器200通过电容传感器206获得第一柔性传感器51、第三柔性传感器53的电容并与计算电容范围对比，当第一柔性传感器51、第三柔性传感器53电容处于计算电容范围内，即可执行下一步动作，而当电容不在计算范围内，微控制器200发出调整信号至注液控制电路207，直至第一柔性传感器51、第三柔性传感器53电容位于计算电容范围内，进而执行下一步。
最后，微控制器200将控制信号发送至压电驱动控制电路201，压电驱动控制电路201生成相对应的驱动信号，第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23开始振动，压电无阀泵开始工作；微控制器200通过电容传感器206检测第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53的电容，并将电容值传送到微控制器200，微控制器200将检测的电容值与内部计算的电容范围比较，当电容值在范围内时，正常工作，而当电容值突破计算范围时，微控制器200将改变第一压电振子21、第二压电振子22、第三压电振子23驱动电压，这样可以避免第一柔性传感器51、第二柔性传感器52、第三柔性传感器53过大或过小动作。
Claims (3)
1.一种可变流向的压电无阀泵，其特征在于：从上到下依次连接上盖板、中间板和下基板；所示上盖板和所述中间板之间从左到右依次安装有第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子；所述中间板的上表面从左到右依次安装有第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈；所述第一密封圈与第一压电振子配套安装，所述第二密封圈与第二压电振子配套安装，所述第三密封圈与第三压电振子配套安装；所述中间板从左到右依次设有第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔；所述中间板的下表面从左到右依次粘接有第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器；所述第一介质腔由第一压电振子、第一密封圈、中间板和第一柔性传感器相连形成密封腔体，所述第二介质腔由第二压电振子、第二密封圈、中间板和第二柔性传感器相连形成密封腔体，所述第三介质腔由第三压电振子、第三密封圈、中间板和第三柔性传感器相连形成密封腔体；所述第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔内充满流体介质；所述下基板从左到右依次设有第一通孔、第一缓冲腔、流道、第二缓冲腔、第二通孔；所述第一通孔、第一缓冲腔、流道、第二缓冲腔、第二通孔从左到右依次连通；所述流道位于第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔的正下方；所述第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子均由压电陶瓷晶片和金属基板同心粘接而成，且压电陶瓷晶片的直径小于金属基板的直径；所述第一介质腔、第二介质腔、第三介质腔的直径为D，所述流道的宽度为a，且
；所述第一柔性传感器、所述第二柔性传感器、所述第三柔性传感器均为多层弹性薄膜；所述多层弹性薄膜外层为柔性封装层；所述柔性封装层为绝缘柔性材料；所述多层弹性薄膜内部从上至下依次设置有第一柔性电极、柔性介电薄膜和第二柔性电极；所述第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器在工作过程中的位移变化作用于所述流道内且均不接触流道的底部；所述第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子不施加电压时，所述第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器在所述液体介质作用下保持凸起状态，所述第一柔性传感器凸起顶部与流道底部之间的距离为
，所述第二柔性传感器凸起顶部与流道底部之间的距离为
，所述第三柔性传感器凸起顶部与流道底部之间的距离为
，三个距离中
且
最大。
2.一种如权利要求1所述的可变流向的压电无阀泵，其特征在于：所述第一介质腔相连有第一注液机构；所述第三介质腔相连有第二注液机构，第一注液机构和第二注液机构调控第一介质腔以及第三介质腔内内液体介质的体积；当
时，驱动流体的流动方向为由左向右；当
时，驱动流体的流动方向为由右向左。
3.一种控制装置，用于权利要求1或2任一项的可变流向的压电无阀泵，其特征在于：包含压电驱动控制电路、微控制器、电容传感器、用户操作接口、存储器、系统电源、DC-DC升压电路；所述压电驱动控制电路生成交变电压信号用于驱动第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子；所述微控制器用于对压电无阀泵进行整体控制的单元；所述用户操作接口用于接收使用者的操作、并将来自外部的命令输入微控制器；所述系统电源用于提供系统的电力；所述存储器用于存储程序和存储测量结果；所述微控制器将用于驱动第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子和第一注液机构、第二注液机构的控制信号分别输入压电驱动控制电路和注液控制电路；所述微控制器通过电容传感器获得第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器的电容；所述DC-DC升压电路是将作为系统电源的电池的电压升压至适于驱动压电无阀泵的电压的电路；所述压电驱动控制电路根据从微控制器输入的控制信号来提供给第一压电振子、第二压电振子、第三压电振子驱动电压和频率；所述注液控制电路根据从微控制器输入的控制信号来提供给第一注液器和第二注液器位移和方向指令，第一注液器和第二注液器基于位移和方向指令完成注入或吸出一定体积的介质腔内流体介质；所述电容传感器通过实时检测电容监测第一柔性传感器、第二柔性传感器、第三柔性传感器的伸缩变形情况。
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|---|---|---|---|
| CN202211153038.3A CN115350395A (zh) | 2022-09-21 | 2022-09-21 | 一种可变流向的压电无阀泵及其控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202211153038.3A CN115350395A (zh) | 2022-09-21 | 2022-09-21 | 一种可变流向的压电无阀泵及其控制装置 |
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|---|---|
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ID=84006893
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117536839A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-09 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | 一种压电泵、控制方法、控制装置及存储介质 |
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2022
- 2022-09-21 CN CN202211153038.3A patent/CN115350395A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN117536839A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-09 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | 一种压电泵、控制方法、控制装置及存储介质 |
| CN117536839B (zh) * | 2024-01-09 | 2024-04-02 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | 一种压电泵、控制方法、控制装置及存储介质 |
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