JP2013536358A - System and method for measuring pressure applied by a piezoelectric pump - Google Patents

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ロック,クリストファー,ブライアン
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ケーシーアイ ライセンシング インコーポレイテッド
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Abstract

ディスクポンプによってもたらされた圧力を測定するためのシステムおよび方法が開示されている。ディスクポンプは、ディスクポンプ内の、可撓性スカート上に装着されたアクチュエータを含み、それにより、アクチュエータは、ポンプの空洞を通る空気の流れを生成するために振動でき、かつアクチュエータは、負荷部への圧力を高めて変位できる。アクチュエータは、空気が空洞を通って流れ始めるときの休止位置から、空洞を通る流体の流れの方向に依存して負荷部が十分に加圧または減圧されているときのバイアス位置へ移動する。ポンプは、流体が空洞を通って流れ始めて負荷部を加圧または減圧するときの休止位置とバイアス位置との間の任意の位置でのアクチュエータの変位を測定するセンサをさらに含む。ディスクポンプによって供給される圧力は、アクチュエータの変位に応じて決定される。
【選択図】図1
A system and method for measuring the pressure produced by a disk pump is disclosed. The disc pump includes an actuator mounted on a flexible skirt in the disc pump so that the actuator can vibrate to create a flow of air through the pump cavity, and the actuator It can be displaced by increasing the pressure to. The actuator moves from a rest position when air begins to flow through the cavity to a bias position when the load is fully pressurized or depressurized depending on the direction of fluid flow through the cavity. The pump further includes a sensor that measures the displacement of the actuator at any position between a rest position and a bias position when fluid begins to flow through the cavity to pressurize or depressurize the load. The pressure supplied by the disk pump is determined according to the displacement of the actuator.
[Selection] Figure 1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2010年8月9日出願の米国仮特許出願第61/371,954号の利益を主張するものであり、それを参照により本書に援用する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 371,954, filed Aug. 9, 2010, which is incorporated herein by reference.
本発明の説明に役立つ実施形態は、概して流体用ポンプに関し、より具体的には、端壁および側壁を有するポンプ空洞の形状が実質的に楕円形であり、端壁間にアクチュエータが配置されているポンプに関する。本発明の説明に役立つ実施形態は、より具体的には、アクチュエータにバルブが装着されおよび/または端壁の一方に1つの追加的なバルブが装着されているディスクポンプに関する。   The illustrative embodiments of the present invention generally relate to fluid pumps, and more specifically, the shape of a pump cavity having end walls and side walls is substantially elliptical, with an actuator disposed between the end walls. Related to the pump. The illustrative embodiments of the present invention more particularly relate to a disk pump in which a valve is mounted on the actuator and / or one additional valve is mounted on one of the end walls.
閉空洞における高振幅圧力振動の発生は、熱音響式圧縮機およびポンプ形圧縮機の分野においてかなり注目を集めてきた。非線形音響学の最近の成果では、これまで可能であると思われていたものより高い振幅の圧力波の発生を可能にした。   The generation of high amplitude pressure oscillations in closed cavities has received considerable attention in the field of thermoacoustic and pump type compressors. Recent achievements in nonlinear acoustics have made it possible to generate pressure waves with higher amplitudes than previously thought possible.
定められた入口および出口からの流体のポンピングを達成するために音響共振を使用することが知られている。これは、音響定常波を駆動する音響ドライバを一方の端部に備える楕円形空洞を使用して達成できる。そのような楕円形空洞では、音響圧力波の振幅は限られている。高振幅圧力振動を達成するために、円錐形、角状円錐形、バルブ形などの変断面空洞が使用されてきており、それにより、ポンピング効果を著しく高める。そのような高振幅波では、エネルギーを散逸する非線形のメカニズムが抑制されてきた。しかしながら、高振幅音響共振は、最近まで、径方向圧力振動が励振されるディスク形状の空洞内には用いられてこなかった。国際公開第2006/111775号パンフレットとして公開されている国際特許出願第PCT/GB2006/001487号明細書には、アスペクト比、すなわち空洞の半径対空洞の高さの比が高い、実質的にディスク形状の空洞を有するポンプが開示されている。   It is known to use acoustic resonance to achieve fluid pumping from defined inlets and outlets. This can be accomplished using an elliptical cavity with an acoustic driver at one end that drives an acoustic standing wave. In such an elliptical cavity, the amplitude of the acoustic pressure wave is limited. To achieve high amplitude pressure oscillation, variable cross-sectional cavities such as conical, angular conical, valve shaped, etc. have been used, thereby significantly enhancing the pumping effect. In such high amplitude waves, non-linear mechanisms that dissipate energy have been suppressed. However, until recently, high amplitude acoustic resonance has not been used in disk-shaped cavities where radial pressure oscillations are excited. International Patent Application No. PCT / GB2006 / 001487, published as WO 2006/111775, describes a substantially disk shape with a high aspect ratio, i.e. the ratio of cavity radius to cavity height. A pump having a plurality of cavities is disclosed.
そのようなポンプは、各端部において端壁によって閉鎖されている側壁を含む実質的に楕円形の空洞を有する。ポンプはまた、端壁のどちらか一方を駆動して被駆動端壁の表面に実質的に垂直な方向に振動させるアクチュエータを含む。被駆動端壁の運動の空間プロファイルは、空洞内の流体圧力振動の空間プロファイルに整合していると説明され、モード整合と本明細書で説明される状態である。ポンプがモード整合していると、空洞の流体に対してアクチュエータによって行われた仕事は、被駆動端壁面間で構造的に強まり、それにより、空洞における圧力振動の振幅を増強し、かつ高ポンプ効率をもたらす。モード整合されたポンプの効率は、被駆動端壁と側壁との間の境界面に依存する。被駆動端壁の運動を減少または減衰せず、それにより空洞内の流体圧力振動の振幅のいかなる減少も軽減するように境界面を構築することによって、そのようなポンプの効率を維持することが望ましい。   Such a pump has a substantially elliptical cavity including side walls that are closed at each end by end walls. The pump also includes an actuator that drives either one of the end walls to vibrate in a direction substantially perpendicular to the surface of the driven end wall. The spatial profile of the driven end wall motion is described as being consistent with the spatial profile of the fluid pressure oscillations within the cavity and is the mode described herein as mode matching. When the pump is mode-matched, the work done by the actuator on the cavity fluid is structurally enhanced between the driven end walls, thereby increasing the amplitude of pressure oscillations in the cavity and the high pump Bring efficiency. The efficiency of a mode matched pump depends on the interface between the driven end wall and the side wall. Maintaining the efficiency of such a pump by constructing the interface so as not to reduce or dampen the motion of the driven end wall, thereby mitigating any decrease in the amplitude of fluid pressure oscillations in the cavity. desirable.
上述のポンプのアクチュエータは、端壁に実質的に垂直または楕円形空洞の長手方向軸に実質的に平行な方向に被駆動端壁の振動運動(「変位振動」)を生じ、以下、これを空洞内の被駆動端壁の「軸方向振動」と称する。被駆動端壁の軸方向振動は、空洞内に、実質的に比例する流体の「圧力振動」を発生させ、国際特許出願第PCT/GB2006/001487号明細書(参照することにより本書に援用される)に説明されているような第1種ベッセル関数の圧力分布に近似する径方向圧力分布を生じ、そのような振動を、以下、空洞内の流体圧力の「径方向振動」と称する。アクチュエータと側壁との間の被駆動端壁の一部分は、ポンプの側壁との境界面を提供し、空洞内の圧力振動のいかなる減少も軽減させるために変位振動の減衰を減少させ、その部分を、以下、「スカート」、またはより具体的には米国特許出願第12/477,594号明細書(参照することにより本書に援用される)に説明されるような「スカート」と称する。スカートの説明に役立つ実施形態は、被駆動端壁の周辺部分に動作可能に関連付けられて、変位振動の減衰を減少させる。   The actuators of the pumps described above produce an oscillating motion of the driven end wall (“displacement vibration”) in a direction substantially perpendicular to the end wall or substantially parallel to the longitudinal axis of the elliptical cavity, This is referred to as “axial vibration” of the driven end wall in the cavity. The axial vibration of the driven end wall generates a substantially proportional fluid “pressure vibration” in the cavity, which is incorporated herein by reference in International Patent Application No. PCT / GB2006 / 001487. A radial pressure distribution that approximates the pressure distribution of the first-type Bessel function as described above is generated, and such vibration is hereinafter referred to as “radial vibration” of the fluid pressure in the cavity. A portion of the driven end wall between the actuator and the side wall provides an interface with the side wall of the pump and reduces the attenuation of displacement vibrations to mitigate any reduction in pressure vibrations in the cavity, Hereinafter referred to as “skirt” or more specifically “skirt” as described in US patent application Ser. No. 12 / 477,594, which is incorporated herein by reference. An illustrative embodiment of the skirt is operatively associated with the peripheral portion of the driven end wall to reduce displacement vibration attenuation.
そのようなポンプはまた、ポンプを通る流体の流れを制御する1つ以上のバルブ、より具体的には、高周波数で動作できるバルブを必要とする。従来のバルブは、一般に、様々な用途で500Hz未満の低周波数で動作する。例えば、多くの従来の圧縮機は、一般に、50または60Hzで動作する。当業界で公知のリニア共振圧縮機は150〜350Hzで動作する。しかしながら、医療機器を含む多くの携帯用電子機器は、比較的小型で動作中静かな、正圧または負圧を供給して個別に療法を施すポンプを必要とする。これらの目的を達成するために、そのようなポンプは、非常に高い周波数で動作する必要があり、約20kHz以上で動作できるバルブを必要とする。これらの高周波数で動作するために、バルブは、ポンプを通る流体の正味の流れを生成するために整流され得る高周波数の振動圧力に応答する必要がある。   Such pumps also require one or more valves that control the flow of fluid through the pump, more specifically valves that can operate at high frequencies. Conventional valves typically operate at low frequencies below 500 Hz in a variety of applications. For example, many conventional compressors typically operate at 50 or 60 Hz. Linear resonant compressors known in the art operate at 150-350 Hz. However, many portable electronic devices, including medical devices, require a pump that delivers a positive pressure or a negative pressure to provide therapy individually, which is relatively small and quiet during operation. To achieve these objectives, such pumps need to operate at very high frequencies and require valves that can operate above about 20 kHz. In order to operate at these high frequencies, the valves need to respond to high frequency oscillating pressures that can be rectified to produce a net flow of fluid through the pump.
そのようなバルブは、より具体的には、国際特許出願第PCT/GB2009/050614号明細書(参照することにより本書に援用される)に説明されている。バルブは、第1または第2のアパーチャのいずれかに、または両アパーチャに配置され、ポンプを通る流体の流れを制御し得る。各バルブは、アパーチャがほぼ垂直に延在する第1のプレートと、同様にアパーチャがほぼ垂直に延在する第2のプレートとを含み、第2のプレートのアパーチャは、第1のプレートのアパーチャから実質的にオフセットしている。バルブは、第1のプレートと第2のプレートとの間に配置された側壁をさらに含み、側壁は第1および第2のプレートの周囲で閉鎖され、第1のプレートと第2のプレートとの間に、第1のプレートおよび第2のプレートのアパーチャと流体連通する空洞を形成する。バルブは、第1のプレートと第2のプレートとの間に配置されかつそれらの間で可動であるフラップをさらに含み、フラップは、第1のプレートのアパーチャから実質的にオフセットしかつ第2のプレートのアパーチャと実質的に整列しているアパーチャを有する。フラップは、バルブを横切る流体の差圧の方向における変化に応答して、第1のプレートと第2のプレートとの間で動かされる。   Such valves are more specifically described in International Patent Application No. PCT / GB2009 / 050614, which is incorporated herein by reference. The valve may be placed in either the first or second aperture, or in both apertures, to control fluid flow through the pump. Each valve includes a first plate with an aperture extending substantially vertically and a second plate with an aperture extending substantially vertically, the aperture of the second plate being an aperture of the first plate. Is substantially offset from. The valve further includes a side wall disposed between the first plate and the second plate, the side wall being closed around the first and second plates, the first plate and the second plate being In between, a cavity is formed in fluid communication with the apertures of the first and second plates. The valve further includes a flap disposed between and movable between the first plate and the second plate, the flap being substantially offset from the aperture of the first plate and the second plate. Apertures that are substantially aligned with the apertures of the plate. The flap is moved between the first plate and the second plate in response to changes in the direction of the differential pressure of the fluid across the valve.
ディスクポンプまたはマイクロポンプを含み得る組織治療システムの測定および制御の問題への取り組みでは、本発明の原理を用いて、ディスクポンプによって生成されている圧力を測定して、ディスクポンプの動作をより効果的かつ経済的に制御し得る。ディスクポンプはアクチュエータを含み、アクチュエータは、上述の通り、空洞内で振動して径方向圧力波を生成し、負荷部または組織部位に適用するための減圧をもたらす。アクチュエータの変位は、1つ以上のセンサを使用して測定し得る。組織部位のためにディスクポンプによって生成されている圧力は、アクチュエータの被測定変位に応答して決定し得る。アクチュエータ用の駆動信号が、アクチュエータの動作、従って、変位を制御するために調整されて、組織部位において所望の圧力に達するようにし得る。   In addressing the measurement and control issues of tissue treatment systems that may include a disk pump or micropump, the principles of the present invention are used to measure the pressure generated by the disk pump to make the operation of the disk pump more effective. Can be controlled economically and economically. The disc pump includes an actuator that, as described above, vibrates in the cavity to generate a radial pressure wave, resulting in a reduced pressure for application to a load or tissue site. Actuator displacement may be measured using one or more sensors. The pressure being generated by the disk pump for the tissue site may be determined in response to the measured displacement of the actuator. The drive signal for the actuator can be adjusted to control the operation of the actuator, and thus the displacement, to reach the desired pressure at the tissue site.
ディスクポンプの一実施形態は、ディスクポンプハウジング、スカート、アクチュエータ、センサ、および電子回路を含む。スカートは、ディスクポンプハウジングに固定されてアクチュエータを支持し、かつアクチュエータが振動できるように十分な可撓性を有する任意の材料とし得る。アクチュエータおよびスカートは、対向するベースプレートに対面してディスクポンプ内に空洞を形成し、そこに径方向圧力波が生成される。アクチュエータは、第1の面および第2の面を有し、かつスカートに直接または間接的に結合され得る。センサは、空洞の外側に位置決めされて、ディスクポンプハウジングに対するアクチュエータの位置を感知し、この位置は、もたらされている圧力に対応し得る。電子回路がセンサと通信し、かつ、アクチュエータが動作している間のディスクポンプハウジングに対するアクチュエータの位置に応じてディスクポンプによってもたらされた圧力を計算するように構成され得る。   One embodiment of a disk pump includes a disk pump housing, a skirt, an actuator, a sensor, and electronic circuitry. The skirt can be any material that is fixed to the disk pump housing to support the actuator and is flexible enough to allow the actuator to vibrate. The actuator and skirt face the opposing base plate to form a cavity in the disk pump where a radial pressure wave is generated. The actuator has a first surface and a second surface and can be coupled directly or indirectly to the skirt. A sensor is positioned outside the cavity to sense the position of the actuator relative to the disk pump housing, which position can correspond to the pressure being provided. An electronic circuit may be configured to communicate with the sensor and calculate the pressure exerted by the disk pump as a function of the position of the actuator relative to the disk pump housing while the actuator is operating.
別の実施形態では、ポンプ本体が、実質的に楕円形状の側壁を含み、その側壁は、一方の端部ではベース壁によっておよび他方の端部では一対の内部プレートによって閉鎖されて、前記ポンプ本体内に、流体を収容するための空洞を形成し、空洞に隣接する内部プレートの第1の内部プレートが中心部分および周辺部分を含む。ポンプは、エンドプレートによって形成されたアクチュエータをさらに含み、内部プレートの第2の内部プレートが、第1の内部プレートの中心部分と動作可能に関連付けられて振動性変位運動を生じ、それにより、使用時に前記アクチュエータに与えられている駆動信号に応答して空洞内の流体の径方向圧力振動を生成する。ポンプはまた、側壁と第1の内部プレートの周辺部分との間に柔軟に接続されて振動性変位運動を容易にするスカートを含む。ポンプはまた、前記アクチュエータを貫通して延在して流体が空洞を通って流れることができるようにする第1のアパーチャと、ベース壁を貫通して延在して流体が空洞を通って流れることができるようにする第2のアパーチャとを含む。前記第1のアパーチャおよび第2のアパーチャの少なくとも一方にはバルブが配置され、バルブは、流体が空洞を実質的に一方向に流れるようにし、流体が空洞を通って流れ始めたとき負荷部を加圧または減圧し、それにより、圧力の増大とスカートの曲げとによって、前記アクチュエータをベース壁の方へ休止位置からバイアス位置へ移動させるように適合されている。ポンプはセンサをさらに含み、センサは、前記ポンプ本体に対する定位置において空洞の外側に装着されて、流体が空洞を通って流れ始め負荷部を加圧または減圧するときに休止位置とバイアス位置との間の任意の位置における前記アクチュエータの変位を測定する。   In another embodiment, the pump body includes a substantially oval shaped side wall that is closed at one end by a base wall and at the other end by a pair of internal plates, the pump body. A cavity for containing fluid is formed therein, and a first inner plate of the inner plate adjacent to the cavity includes a central portion and a peripheral portion. The pump further includes an actuator formed by the end plate, wherein the second inner plate of the inner plate is operatively associated with the central portion of the first inner plate to produce an oscillating displacement motion, thereby being used Sometimes, in response to a drive signal applied to the actuator, a radial pressure oscillation of the fluid in the cavity is generated. The pump also includes a skirt that is flexibly connected between the sidewall and the peripheral portion of the first inner plate to facilitate oscillatory displacement movement. The pump also extends through the actuator to allow fluid to flow through the cavity, and the pump extends through the base wall to allow fluid to flow through the cavity. And a second aperture that enables the second aperture. A valve is disposed on at least one of the first aperture and the second aperture such that the valve allows the fluid to flow substantially in one direction through the cavity and causes the load portion to flow when the fluid begins to flow through the cavity. Pressurized or depressurized, thereby adapted to move the actuator toward the base wall from a rest position to a bias position by increasing the pressure and bending the skirt. The pump further includes a sensor that is mounted on the outside of the cavity at a fixed position relative to the pump body so that the fluid begins to flow through the cavity and has a rest position and a bias position when the load is pressurized or depressurized. Measure the displacement of the actuator at any position in between.
ディスクポンプを制御するための1つの方法は、駆動信号を使用して、ディスクポンプのハウジング内のアクチュエータを駆動するステップを含む。アクチュエータは、可撓性のスカートによってディスクポンプ内に装着される。アクチュエータが駆動信号に応答して振動すると、負荷部に生じた圧力が高まる一方、空気の流れは、自由な流れ状態から失速状態へと減少する。ディスクポンプによって負荷部において高まっている圧力は、その圧力がアクチュエータを休止位置から離れてバイアス位置の方へ押し進めるとき、アクチュエータによってスカートがその定位置からバイアス位置へと曲がるため、自由な流れ状態にある休止位置から失速状態にあるバイアス位置へのアクチュエータの変位に応じて、センサによって測定され得る。アクチュエータは、ディスクポンプの空洞内に径方向圧力波を生成するため、そのようなセンサは、好ましくは、ディスクポンプの空洞の外側に位置決めされ、ディスクポンプ自体の動作に干渉しないようにする。   One method for controlling a disk pump includes driving an actuator in a disk pump housing using a drive signal. The actuator is mounted in the disc pump by a flexible skirt. When the actuator vibrates in response to the drive signal, the pressure generated in the load portion increases, while the air flow decreases from a free flow state to a stalled state. The pressure increased at the load by the disk pump is free to flow because the actuator causes the skirt to bend from its home position to the bias position as it pushes the actuator away from the rest position toward the bias position. It can be measured by a sensor in response to the displacement of the actuator from a certain rest position to a biased position in a stalled state. Since the actuator generates a radial pressure wave in the disk pump cavity, such a sensor is preferably positioned outside the disk pump cavity so that it does not interfere with the operation of the disk pump itself.
説明に役立つ実施形態の他の目的、特徴、および利点は本明細書で説明され、かつ、以下の図面および詳細な説明を参照することにより、明らかとなる。   Other objects, features and advantages of the illustrative embodiments will be described herein and will become apparent upon reference to the following drawings and detailed description.
本発明の説明に役立つ実施形態を、参照により本書に援用される添付の図面を参照して下記で詳細に説明する。   Illustrative embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings, which are incorporated herein by reference.
図1Aは、第1の説明に役立つ実施形態による、休止位置において示すアクチュエータを有する第1のディスクポンプの概略的な断面図である。図1Bは、第1の説明に役立つ実施形態による、バイアス位置にあるアクチュエータを示す第1のディスクポンプの概略的な断面図である。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a first disk pump having an actuator shown in a rest position, according to a first illustrative embodiment. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a first disk pump showing an actuator in a biased position, according to a first illustrative embodiment. 図2Aは、第1のディスクポンプのアクチュエータの基本の曲げモードの軸方向変位振動のグラフである。図2Bは、図2Aに示す曲げモードに応答する第1のディスクポンプの空洞内の流体の圧力振動のグラフである。FIG. 2A is a graph of axial displacement vibration in the basic bending mode of the actuator of the first disk pump. FIG. 2B is a graph of the pressure oscillations of the fluid in the cavity of the first disk pump in response to the bending mode shown in FIG. 2A. 図3は、第1の説明に役立つ実施形態による第1のディスクポンプのアクチュエータの変位を測定するための第1のセンサの拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a first sensor for measuring the displacement of the actuator of the first disk pump according to an illustrative embodiment. 図4は、休止位置およびバイアス位置にあるときのアクチュエータの位置を示す第1のセンサの例示的な受信機の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an exemplary receiver of a first sensor showing the position of the actuator when in a rest position and a bias position. 図5は、第2の説明に役立つ実施形態による、アクチュエータの変位を測定するための第2のセンサの拡大図を含む、アクチュエータをバイアス位置において示すディスクポンプの概略的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a disk pump showing the actuator in a biased position, including an enlarged view of a second sensor for measuring actuator displacement, according to a second illustrative embodiment. 図6は、ディスクポンプにおけるアクチュエータの変位を測定するための回折格子を含む第3の例示的なセンサである。FIG. 6 is a third exemplary sensor including a diffraction grating for measuring the displacement of an actuator in a disk pump. 図7は、ディスクポンプにおけるアクチュエータの変位を測定するための磁気素子を含む第4の例示的なセンサである。FIG. 7 is a fourth exemplary sensor that includes a magnetic element for measuring the displacement of an actuator in a disk pump. 図8は、ディスクポンプによって生成された減圧を測定および制御するためのディスクポンプの例示的な回路のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of an exemplary circuit of a disk pump for measuring and controlling the vacuum generated by the disk pump. 図9は、ディスクポンプによって生成された圧力を制御する例示的なプロセスのフロー図である。FIG. 9 is a flow diagram of an exemplary process for controlling the pressure generated by a disk pump.
図1Aおよび図1Bは、説明に役立つ実施形態による例示的なディスクポンプ100の断面図を示す。図示の通り、ディスクポンプ100は、実質的に楕円形状を有するポンプハウジング102を含み、ポンプハウジングは楕円形壁101を含み、楕円形壁は、一方の端部がベース壁103によって閉鎖され、かつ回路基板108に、またはポンプハウジング102を支持する他の基材に取り付けられた脚部105によって他方の端部において装着され得る。楕円形壁101、脚部105、およびベース壁103は共に、ポンプハウジング102を形成する。ポンプ100は、ポンプ本体の楕円形壁101に取り付けられたリング状のスカート130によってポンプ100内に支持された一対のディスク状の内部プレート114、115をさらに含む。楕円形壁101、ベース壁103、内部プレート114、およびリング状のスカート130の内部面は、ポンプ100内に空洞116を形成する。空洞116の内部面は側壁118を含み、側壁は、一方の端部において端壁120によって閉鎖されている楕円形壁101の内面の第1の部分であり、端壁120はエンドプレート103の内部面であり、および端壁122は、内部プレート114の内部面とスカート130の第1の側面とを含む。それゆえ、端壁122は、内部プレート114の内面に対応する中心部分と、リング状のスカート130の内面に対応する周辺部分とを含む。   1A and 1B show cross-sectional views of an exemplary disc pump 100 according to an illustrative embodiment. As shown, the disc pump 100 includes a pump housing 102 having a substantially elliptical shape, the pump housing including an elliptical wall 101, the elliptical wall being closed at one end by a base wall 103, and It can be mounted at the other end by a leg 105 attached to the circuit board 108 or to another substrate that supports the pump housing 102. Together, the elliptical wall 101, the legs 105, and the base wall 103 form a pump housing 102. The pump 100 further includes a pair of disc-shaped inner plates 114, 115 supported within the pump 100 by a ring-shaped skirt 130 attached to the elliptical wall 101 of the pump body. The elliptical wall 101, the base wall 103, the inner plate 114, and the inner surface of the ring-shaped skirt 130 form a cavity 116 in the pump 100. The interior surface of the cavity 116 includes a side wall 118, which is the first portion of the inner surface of the elliptical wall 101 that is closed at one end by the end wall 120, and the end wall 120 is the interior of the end plate 103. And the end wall 122 includes an inner surface of the inner plate 114 and a first side of the skirt 130. Therefore, the end wall 122 includes a central portion corresponding to the inner surface of the inner plate 114 and a peripheral portion corresponding to the inner surface of the ring-shaped skirt 130.
ポンプ100およびその構成要素の形状は実質的に楕円形であるが、本明細書で説明する特定の実施形態は、円形、楕円形形状である。図1Aおよび図1Bに示す実施形態では、端壁120は、円錐台(frusto−conical)面であるとして示すが、全体的に平面的で端壁122に平行しているともし得る。ポンプ本体のベース壁103および楕円形壁101は、限定されるものではないが、金属、セラミック、ガラス、または限定されるものではないが射出成形プラスチックを含むプラスチックを含む、任意の好適な剛体材料から形成し得る。   Although the shape of the pump 100 and its components is substantially elliptical, the specific embodiments described herein are circular, elliptical. In the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the end wall 120 is shown as being a frusto-conical surface, but may be generally planar and parallel to the end wall 122. The pump body base wall 103 and oval wall 101 may be any suitable rigid material, including but not limited to metal, ceramic, glass, or plastic including but not limited to injection molded plastic. Can be formed from
ポンプ100の内部プレート114、115は共に、空洞116の内部面の1つである端壁122の中心部分と動作可能に関連付けられているアクチュエータ140を形成する。内部プレート114、115の一方は圧電材料から形成される必要があり、圧電材料は、与えられた電気信号に応答して歪む任意の電気的に活性の材料、例えば、電歪材または磁歪材などを含み得る。好ましい一実施形態では、例えば、内部プレート115は、与えられた電気信号に応答して歪む圧電材料から形成される、すなわち、活性すなわち能動内部プレートである。内部プレート114、115の他方は、好ましくは、活性の内部プレートと似た曲げ剛性を有し、かつ圧電材料または電気的に非活性の材料、例えば金属またはセラミックなどから形成され得る。この好ましい実施形態では、内部プレート114は、活性の内部プレート115に似た曲げ剛性を有し、かつ電気的に非活性の材料、例えば金属またはセラミックなどから形成される、すなわち、不活性の内部プレートである。活性の内部プレート115が電流によって励起されると、活性の内部プレート115は、空洞116の長手方向軸に対して径方向に伸び縮みし、内部プレート114、115を曲げ、それにより、それらそれぞれの端壁122の軸方向の撓みを、端壁122に対し実質的に垂直な方向において誘発する(図2A参照)。   The inner plates 114, 115 of the pump 100 together form an actuator 140 that is operatively associated with a central portion of the end wall 122 that is one of the inner surfaces of the cavity 116. One of the inner plates 114, 115 needs to be formed from a piezoelectric material, which can be any electrically active material that distorts in response to a given electrical signal, such as an electrostrictive or magnetostrictive material. Can be included. In a preferred embodiment, for example, the inner plate 115 is formed from a piezoelectric material that distorts in response to a given electrical signal, ie, an active or active inner plate. The other of the inner plates 114, 115 preferably has a bending stiffness similar to that of the active inner plate and can be formed from a piezoelectric material or an electrically inactive material such as metal or ceramic. In this preferred embodiment, the inner plate 114 has a bending stiffness similar to the active inner plate 115 and is formed from an electrically inactive material, such as metal or ceramic, ie, an inert inner It is a plate. When the active inner plate 115 is excited by an electric current, the active inner plate 115 expands and contracts radially with respect to the longitudinal axis of the cavity 116 and bends the inner plates 114, 115, so that their respective Axial deflection of the end wall 122 is induced in a direction substantially perpendicular to the end wall 122 (see FIG. 2A).
図示しない他の実施形態では、スカート130は、ポンプ100の特定の設計および向きに依存して、上面または底面から、内部プレートが活性または不活性であるかにかかわらず内部プレート114、115のいずれか一方を支持し得る。別の実施形態では、アクチュエータ140は、内部プレート114、115の一方とのみ力を伝達する関係にある装置、例えば、機械、磁気または静電気装置などによって置き換えてもよく、内部プレートは、上述したものと同じようにそのような装置(図示せず)によって振動するように追い込まれる材料の、電気的に非活性すなわち受動層として形成され得る。   In other embodiments not shown, the skirt 130 may be either the inner plate 114, 115 from the top or bottom surface, whether the inner plate is active or inactive, depending on the particular design and orientation of the pump 100. Either one can be supported. In another embodiment, the actuator 140 may be replaced by a device that is in a force transmitting relationship with only one of the inner plates 114, 115, such as a mechanical, magnetic or electrostatic device, the inner plate being as described above. As well as an electrically inactive or passive layer of material driven to vibrate by such a device (not shown).
ポンプ100は、空洞116からポンプ100の外部に延在する少なくとも2つのアパーチャをさらに含み、アパーチャの少なくとも一方がバルブを含んで、アパーチャを通る流体の流れを制御する。アパーチャを、空洞116内の、下記で詳細に説明するようにアクチュエータ140が圧力差を生じるいずれかの位置に配置し得るが、ポンプ100の好ましい一実施形態は、ほぼ中心に位置してベース壁103を貫通して延在するアパーチャ126を含む。アパーチャ126は、少なくとも一方の端部バルブを含む。好ましい一実施形態では、アパーチャ126は、矢印で示すように流体の流れを一方向に制限するバルブ128を含む。それゆえ、この実施形態に関して、バルブ128は、ポンプの入口弁として機能する。   The pump 100 further includes at least two apertures that extend from the cavity 116 to the exterior of the pump 100, and at least one of the apertures includes a valve to control fluid flow through the aperture. While the aperture may be located in the cavity 116 at any location where the actuator 140 produces a pressure differential as described in detail below, a preferred embodiment of the pump 100 is generally centered and the base wall An aperture 126 extending through 103 is included. The aperture 126 includes at least one end valve. In a preferred embodiment, the aperture 126 includes a valve 128 that restricts fluid flow in one direction as indicated by the arrows. Thus, for this embodiment, the valve 128 functions as an inlet valve for the pump.
ポンプ100は、空洞116からアクチュエータ140を通る少なくとも1つのアパーチャをさらに含み、アパーチャの少なくとも一方がバルブを含んで、アパーチャを通る流体の流れを制御する。これらのアパーチャを、空洞116からアクチュエータ140上の、下記で詳細に説明するようにアクチュエータ140が圧力差を生じるいずれかの位置に配置し得るが、ポンプ100の一実施形態は、ほぼ中心に位置して内部プレート114、115を通って延在する単一のアパーチャ131を含む。アパーチャ131は、矢印で示すように空洞116からの流体の流れを一方向に制限するアクチュエータバルブ132を含み、そのためアクチュエータバルブ132は、空洞116からの出口弁として機能する。アクチュエータバルブ132は、下記で詳細に説明するように入口弁128の動作を補うことによってポンプ100の出力を増強する。   The pump 100 further includes at least one aperture from the cavity 116 through the actuator 140, and at least one of the apertures includes a valve to control fluid flow through the aperture. While these apertures may be located from the cavity 116 on the actuator 140 at any location where the actuator 140 produces a pressure differential, as described in detail below, one embodiment of the pump 100 is generally centered. And includes a single aperture 131 extending through the inner plates 114, 115. The aperture 131 includes an actuator valve 132 that restricts fluid flow from the cavity 116 in one direction, as indicated by the arrows, so that the actuator valve 132 functions as an outlet valve from the cavity 116. The actuator valve 132 enhances the output of the pump 100 by supplementing the operation of the inlet valve 128 as described in detail below.
本明細書で説明する空洞116の寸法は、好ましくは、空洞116の高さ(h)と、空洞116の長手方向軸から側壁118までの距離である半径(r)との間の関係に関してある種の不等式を満たす必要がある。これらの式は以下の通りである:
r/h>1.2;および
/r>4×10−10メートル。
The dimensions of the cavity 116 described herein are preferably related to the relationship between the height (h) of the cavity 116 and the radius (r), which is the distance from the longitudinal axis of the cavity 116 to the sidewall 118. It is necessary to satisfy the seed inequality. These equations are as follows:
r / h>1.2; and h 2 / r> 4 × 10 -10 meters.
本発明の一実施形態では、空洞116内の流体が気体であるとき、空洞の半径対空洞の高さの比(r/h)は、約10〜約50である。この例では、空洞116の体積は約10ml未満とし得る。さらに、h/rの比は、作動流体が液体ではなく気体であるとき、好ましくは約10−6〜約10−7メートルの範囲内である。 In one embodiment of the invention, when the fluid in the cavity 116 is a gas, the ratio of cavity radius to cavity height (r / h) is from about 10 to about 50. In this example, the volume of the cavity 116 may be less than about 10 ml. Further, the ratio h 2 / r is preferably in the range of about 10 −6 to about 10 −7 meters when the working fluid is a gas rather than a liquid.
加えて、本明細書で説明する空洞116は、好ましくは、空洞の半径(r)と、アクチュエータ140が振動して端壁122の軸方向変位を生じる周波数である動作周波数(f)とに関する以下の不等式を満たす必要がある。不等式は以下の通りである:
式中、空洞116内の作動流体中の音速(c)は、上述の式で表すような約115m/秒の低速(c)〜約1,970m/秒に等しい高速度(c)の範囲としてもよく、およびkは定数である(k=3.83)。アクチュエータ140の振動運動の周波数は、好ましくは、空洞116の径方向圧力振動の最低共振周波数にほぼ等しいが、その値の20%以内とし得る。空洞116内の径方向圧力振動の最低共振周波数は、好ましくは約500Hz超である。
In addition, the cavity 116 described herein preferably relates to the radius (r) of the cavity and the operating frequency (f), which is the frequency at which the actuator 140 vibrates and causes axial displacement of the end wall 122. It is necessary to satisfy the inequality. The inequality is as follows:
Where the speed of sound (c) in the working fluid in the cavity 116 is from a low speed (c s ) of about 115 m / sec to a high speed (c f ) equal to about 1,970 m / sec as represented by the above formula. It may be a range, and k 0 is a constant (k 0 = 3.83). The frequency of the oscillatory motion of the actuator 140 is preferably approximately equal to the lowest resonant frequency of the radial pressure oscillation of the cavity 116, but may be within 20% of that value. The lowest resonant frequency of radial pressure oscillation in the cavity 116 is preferably greater than about 500 Hz.
本明細書で説明する空洞116は、上記で示した不等式を個々に満たす必要があることが好ましいが、空洞116の相対寸法は、同じ高さおよび半径を有する空洞に限定すべきではない。例えば、空洞116は、異なる半径または高さを必要とするわずかに異なる形状を有して異なる周波数応答を生じ、空洞116が、ポンプ100からの出力を最適にするために所望の様式で共振するようにしてもよい。   While the cavities 116 described herein are preferably required to individually satisfy the inequalities shown above, the relative dimensions of the cavities 116 should not be limited to cavities having the same height and radius. For example, the cavities 116 have slightly different shapes that require different radii or heights to produce different frequency responses, and the cavities 116 resonate in a desired manner to optimize the output from the pump 100. You may do it.
動作中、ポンプ100は、出口弁132に隣接した正圧源として機能して、負荷部(図示せず)を加圧してもよいし、または、矢印で示すように、入口弁128に隣接した負圧または減圧源として機能して、負荷部150を減圧してもよい。図示のように、ポンプ100の入口は負荷部150と流体連通して、ポンプ100が、入口弁128に隣接した負圧または減圧源として機能するようにする。負荷部150は、治療のために負圧を用いる組織治療システムとし得る。本明細書では、用語「減圧」は、一般的に、ポンプ100が置かれている周囲圧力に満たない圧力を指す。用語「真空」および「負圧」を使用して減圧を説明してもよいが、実際の減圧は、完全な真空に通常関連付けられる減圧には遠く及ばないとし得る。圧力は、ゲージ圧という意味では「負」である、すなわち、圧力は、周囲大気圧未満に減少される。他に指定のない限り、本明細書で挙げられた圧力の値は、ゲージ圧である。減圧の上昇は、一般に絶対圧の減少を指す一方、減圧の減少は、一般に絶対圧の増加を指す。   In operation, the pump 100 may function as a positive pressure source adjacent to the outlet valve 132 to pressurize a load (not shown) or adjacent to the inlet valve 128 as indicated by the arrow. The load unit 150 may be decompressed by functioning as a negative pressure or a decompression source. As shown, the inlet of the pump 100 is in fluid communication with the load 150 to allow the pump 100 to function as a negative or reduced pressure source adjacent to the inlet valve 128. The load 150 may be a tissue treatment system that uses negative pressure for treatment. As used herein, the term “reduced pressure” generally refers to a pressure that is less than the ambient pressure at which the pump 100 is located. Although the terms “vacuum” and “negative pressure” may be used to describe depressurization, the actual depressurization may not be far from the depressurization normally associated with a full vacuum. The pressure is “negative” in the sense of gauge pressure, ie the pressure is reduced below ambient atmospheric pressure. Unless otherwise specified, the pressure values listed herein are gauge pressures. An increase in vacuum generally refers to a decrease in absolute pressure, while a decrease in vacuum generally refers to an increase in absolute pressure.
図2Aは、空洞116の被駆動端壁122の軸方向振動を示す、考えられる1つの変位プロファイルを示す。実線の曲線および矢印は、ある時点での被駆動端壁122の変位を表し、および破線の曲線は、半サイクル遅い被駆動端壁122の変位を表す。この図および他の図に示すように、変位は誇張されている。アクチュエータ140はその周囲において堅固には装着されておらず、むしろリング状のスカート130によって吊り下げられているため、アクチュエータ140は、その基本モードにおいてその質量中心の周りを自由に振動できる。この基本モードでは、アクチュエータ140の変位振動の振幅は、被駆動端壁122の中心と側壁118との間に位置する環状の変位節42において実質的にゼロである。端壁122の他の点での変位振動の振幅は、垂直矢印で表すようにゼロよりも大きい。中心の変位腹43がアクチュエータ140の中心付近にあり、かつ周辺の変位腹43’がアクチュエータ140の周囲付近にある。半サイクル後の中心の変位腹43は、破線曲線によって表す。   FIG. 2A shows one possible displacement profile showing the axial vibration of the driven end wall 122 of the cavity 116. The solid curve and arrow represent the displacement of the driven end wall 122 at a point in time, and the dashed curve represents the displacement of the driven end wall 122 that is half a cycle late. As shown in this and other figures, the displacement is exaggerated. Since the actuator 140 is not rigidly mounted around it, but rather is suspended by a ring-shaped skirt 130, the actuator 140 can freely vibrate around its center of mass in its fundamental mode. In this basic mode, the amplitude of the displacement vibration of the actuator 140 is substantially zero at the annular displacement node 42 located between the center of the driven end wall 122 and the side wall 118. The amplitude of the displacement vibration at other points of the end wall 122 is greater than zero, as represented by the vertical arrow. The central displacement antinode 43 is near the center of the actuator 140 and the peripheral displacement antinode 43 ′ is near the periphery of the actuator 140. The center displacement antinode 43 after a half cycle is represented by a dashed curve.
図2Bは、図2Aに示す軸方向変位振動に起因する空洞116内の圧力振動を示す、考えられる1つの圧力振動プロファイルを示す。実線の曲線および矢印は、あるときの圧力を表す。このモードおよびより高次のモードでは、圧力振動の振幅は、空洞116の中心付近に正の中心の圧力腹45と、空洞116の側壁118付近に周辺の圧力腹45’とを有する。圧力振動の振幅は、中心の圧力腹45と周辺の圧力腹45’との間の環状の圧力節44において実質的にゼロである。同時に、破線で表すような圧力振動の振幅は、空洞116の中心付近に負の中心の圧力腹47を有し、周辺の圧力腹47’および同じ環状の圧力節44を備える。楕円形空洞に関して、空洞116における圧力振動の振幅の径方向依存性は、第1種ベッセル関数によって概算し得る。上述の圧力振動は、空洞116における流体の径方向運動に起因するため、アクチュエータ140の軸方向変位振動と区別されるように、空洞116内の流体の「径方向圧力振動」と称する。   FIG. 2B shows one possible pressure vibration profile showing the pressure vibration in the cavity 116 due to the axial displacement vibration shown in FIG. 2A. The solid curve and arrow represent the pressure at a certain time. In this mode and higher order modes, the amplitude of pressure oscillation has a positive central pressure antinode 45 near the center of the cavity 116 and a peripheral pressure antinode 45 ′ near the sidewall 118 of the cavity 116. The amplitude of the pressure oscillation is substantially zero at the annular pressure node 44 between the central pressure antinode 45 and the peripheral pressure antinode 45 '. At the same time, the amplitude of the pressure oscillation, as represented by the dashed line, has a negative central pressure belly 47 near the center of the cavity 116, with a peripheral pressure belly 47 'and the same annular pressure node 44. For an elliptical cavity, the radial dependence of the pressure oscillation amplitude in the cavity 116 can be approximated by a Bessel function of the first kind. Since the pressure vibration described above is caused by the radial motion of the fluid in the cavity 116, it is referred to as “radial pressure vibration” of the fluid in the cavity 116 so as to be distinguished from the axial displacement vibration of the actuator 140.
さらに図2Aおよび図2Bを参照すると、アクチュエータ140の軸方向変位振動の振幅の径方向依存性(アクチュエータ140の「モード形」)は、第1種ベッセル関数に近似して、空洞116における所望の圧力振動の振幅の径方向依存性(圧力振動の「モード形」)により厳密に整合するようにすることが分かる。また、他の対称関数および非対称関数を使用して空洞116内の圧力振動を生じてもよい。いずれにしても、アクチュエータ140をその周囲において堅固に装着せず、アクチュエータがその質量中心の周りでより自由に振動できるようにすることによって、変位振動のモード形は、空洞116内の圧力振動のモード形に実質的に整合するため、モード形整合、またはより単純には、モード整合を達成する。モード整合は、この点において常に完璧である必要はなく、アクチュエータ140の軸方向変位振動および空洞116における対応する圧力振動は、アクチュエータ140の表面全体にわたって実質的に同じ相対位相を有し、空洞116における圧力振動の環状の圧力節44の径方向位置、およびアクチュエータ140の軸方向変位振動の環状の変位節42の径方向位置は、実質的に合致する。   Still referring to FIGS. 2A and 2B, the radial dependence of the amplitude of the axial displacement vibration of the actuator 140 (the “mode shape” of the actuator 140) approximates a Bessel function of the first kind, It can be seen that the radial matching of the amplitude of the pressure vibration (the “mode shape” of the pressure vibration) matches closely. Other symmetric and asymmetric functions may also be used to create pressure oscillations in the cavity 116. In any event, by not mounting the actuator 140 firmly around its periphery, allowing the actuator to vibrate more freely around its center of mass, the mode shape of the displacement vibration is such that the pressure vibration in the cavity 116 Mode matching, or more simply mode matching, is achieved to substantially match the mode shape. Mode matching need not always be perfect in this respect, and the axial displacement vibration of actuator 140 and the corresponding pressure vibration in cavity 116 have substantially the same relative phase across the surface of actuator 140, and cavity 116 The radial position of the annular pressure node 44 of the pressure vibration in FIG. 4 substantially coincides with the radial position of the annular displacement node 42 of the axial displacement vibration of the actuator 140.
アクチュエータ140がその質量中心の周りで振動するため、環状の変位節42の径方向位置は、図2Aに示すようにアクチュエータ140がその基本の曲げモードで振動するとき、必然的に、アクチュエータ140の半径の内側にある。それゆえ、環状の変位節42が環状の圧力節44と確実に合致するために、アクチュエータの半径(ract)は、モード整合を最適にするために、好ましくは環状の圧力節44の半径よりも大きい必要がある。再度、空洞116の圧力振動が第1種ベッセル関数に近似すると仮定すると、環状の圧力節44の半径は、端壁122の中心から側壁118までの半径、すなわち、空洞116の半径(「r」)の約0.63となる。それゆえ、アクチュエータ140の半径(ract)は、好ましくは以下の不等式を満たす:ract≧0.63r。 Because the actuator 140 vibrates around its center of mass, the radial position of the annular displacement node 42 inevitably results when the actuator 140 vibrates in its basic bending mode as shown in FIG. 2A. It is inside the radius. Therefore, to ensure that the annular displacement node 42 matches the annular pressure node 44, the actuator radius (r act ) is preferably greater than the radius of the annular pressure node 44 to optimize mode matching. Also need to be big. Again, assuming that the pressure oscillation in the cavity 116 approximates a first-type Bessel function, the radius of the annular pressure node 44 is the radius from the center of the end wall 122 to the side wall 118, ie, the radius of the cavity 116 (“r”). ) Of about 0.63. Therefore, the radius (r act ) of the actuator 140 preferably satisfies the following inequality: r act ≧ 0.63r.
リング状のスカート130は可撓性膜としてもよく、それにより、周辺の変位腹43’における変位で示すようなアクチュエータ140の振動に応答した曲げおよび伸張によって、上述のように、アクチュエータ140の縁部がより自由に動くことができるようにする。可撓性膜は、アクチュエータ140とポンプ100の楕円形壁101との間に低機械インピーダンス支持をもたらすことによって、アクチュエータ140に対する側壁118の潜在的な減衰の影響を取り除き、それにより、アクチュエータ140の周辺の変位腹43’における軸方向振動の減衰を減少させる。基本的に、可撓性膜は、可撓性膜の外周縁部は実質的に静止したままで、アクチュエータ140から側壁118へ伝達されているエネルギーを最小限にする。その結果、環状の変位節42は、ポンプ100のモード整合条件を維持するために環状の圧力節44と実質的に整列したままである。それゆえ、被駆動端壁122の軸方向変位振動は、図2Bに示すような中心の圧力腹45、47から側壁118における周辺の圧力腹45’、47’への空洞116内の圧力の振動を効率的に生成し続ける。   The ring-shaped skirt 130 may be a flexible membrane, so that the edge of the actuator 140 as described above by bending and stretching in response to the vibration of the actuator 140 as indicated by the displacement at the peripheral displacement belly 43 '. Allow the part to move more freely. The flexible membrane removes the potential damping effect of the sidewall 118 on the actuator 140 by providing a low mechanical impedance support between the actuator 140 and the elliptical wall 101 of the pump 100, thereby allowing the actuator 140 to Attenuation of axial vibration at the peripheral displacement antinode 43 'is reduced. Basically, the flexible membrane minimizes the energy transferred from the actuator 140 to the sidewall 118 while the outer periphery of the flexible membrane remains substantially stationary. As a result, the annular displacement node 42 remains substantially aligned with the annular pressure node 44 to maintain the mode matching conditions of the pump 100. Therefore, the axial displacement vibration of the driven end wall 122 is the vibration of the pressure in the cavity 116 from the central pressure antinode 45, 47 to the peripheral pressure antinode 45 ', 47' in the side wall 118 as shown in FIG. 2B. Continue to generate efficiently.
アクチュエータ140は駆動信号に応答して振動するため、負荷部150に生じた圧力は高まる一方で、空気の流れは、自由な流れ状態から失速状態へと減少する。ディスクポンプ100によって負荷部150に高まっている圧力は、その圧力がアクチュエータ140を休止位置から離れるように押し進めるとき、アクチュエータ140によってスカート130が側壁101におけるその定位置からバイアス位置138の方へと曲がるため、図1Aに示すような自由な流れ状態における休止位置136から図1Bに示すような失速状態におけるバイアス位置138へのアクチュエータ140の変位(δy)に応じて、センサによって測定し得る。アクチュエータ140は、ディスクポンプ100の空洞116内に径方向圧力波を発生させるため、そのようなセンサは、好ましくはディスクポンプ100の空洞116の外側に位置決めされ、ディスクポンプ100の動作に干渉しないようにする。   Since the actuator 140 vibrates in response to the drive signal, the pressure generated in the load portion 150 increases, while the air flow decreases from a free flow state to a stall state. The pressure that is being applied to the load 150 by the disk pump 100 causes the actuator 140 to cause the skirt 130 to bend from its home position on the side wall 101 toward the bias position 138 as the pressure pushes the actuator 140 away from the rest position. Therefore, it can be measured by the sensor according to the displacement (δy) of the actuator 140 from the rest position 136 in the free flow state as shown in FIG. 1A to the bias position 138 in the stall state as shown in FIG. 1B. Since the actuator 140 generates a radial pressure wave in the cavity 116 of the disk pump 100, such a sensor is preferably positioned outside the cavity 116 of the disk pump 100 so as not to interfere with the operation of the disk pump 100. To.
図3は、アクチュエータ140に対面しかつディスクポンプ100のアクチュエータ140の変位を測定するために回路基板108に実装されたセンサ331の拡大図である。センサ331は、アクチュエータ140の変位130を測定するために使用する光送信機332および光受信機334を含む。光送信機332は、可視または非可視スペクトルの光波とし得る光信号335を通信する。光信号335は、アクチュエータ140の内部プレート115の面で反射するので、図4に示すようなアクチュエータ140の変位(δy)にかかわらず反射信号が光受信機334によって受信される。アクチュエータ140が休止位置136にあるとき、第1の反射信号340が、図3および図4の双方の位置において光受信機334に入射する。アクチュエータ140が休止位置136からバイアス位置138に変位すると、第1の反射信号340は、それに対応して、アクチュエータ140の変位(δy)に依存する第2の反射信号342としての対応する反射変位(δx)によって変位される。基本的に、光受信機334に入射する反射信号の像は、図4に示すような休止位置136から十分なバイアス位置138までの経路に従う。反射変位(δx)は、上述の通りディスクポンプ100によってもたらされた圧力に応じるアクチュエータ140の変位(δy)に比例する。   FIG. 3 is an enlarged view of the sensor 331 mounted on the circuit board 108 so as to face the actuator 140 and measure the displacement of the actuator 140 of the disk pump 100. Sensor 331 includes an optical transmitter 332 and an optical receiver 334 that are used to measure displacement 130 of actuator 140. The optical transmitter 332 communicates an optical signal 335 that may be a light wave in the visible or invisible spectrum. Since the optical signal 335 is reflected by the surface of the inner plate 115 of the actuator 140, the reflected signal is received by the optical receiver 334 regardless of the displacement (δy) of the actuator 140 as shown in FIG. When the actuator 140 is in the rest position 136, the first reflected signal 340 is incident on the optical receiver 334 in both the positions of FIGS. When the actuator 140 is displaced from the rest position 136 to the bias position 138, the first reflected signal 340 correspondingly corresponds to the corresponding reflected displacement as the second reflected signal 342 (dependent on the displacement (δy) of the actuator 140). displaced by δx). Basically, the image of the reflected signal incident on the optical receiver 334 follows a path from the rest position 136 to the sufficient bias position 138 as shown in FIG. The reflection displacement (δx) is proportional to the displacement (δy) of the actuator 140 in response to the pressure provided by the disk pump 100 as described above.
一実施形態では、光送信機332は、レーザ、発光ダイオード(LED)、垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)、または発光素子とし得る。光送信機332は、回路基板108に位置決めされ、かつ光学センサ334によって第1の反射信号340および第2の反射信号342が受信されかつ測定される限り、アクチュエータ140の内部プレート115のいずれかの点で光信号335を反射するような向きにされ得る。しかしながら、アクチュエータ140が基本モードで振動して、上述のおよび図2Aに示すような空気の流れを生成するとき、アクチュエータ140の変位振動の振幅は、生成された任意の環状の変位節42において実質的にゼロとし得る。それに応じて、アクチュエータ140に沿った他の点での変位振動の振幅は、同様に上述の通りゼロ超である。それゆえ、光信号335が環状の変位節42に近い位置から反射されて、アクチュエータ140の高周波数の振動の影響を最小限にし、かつ休止位置136からバイアス位置138までより緩慢に移動するときのアクチュエータ140の変位(δy)をより正確に測定するように、光送信機332を位置決めおよび向き決定する必要がある。   In one embodiment, the optical transmitter 332 may be a laser, a light emitting diode (LED), a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL), or a light emitting device. As long as the optical transmitter 332 is positioned on the circuit board 108 and the first reflected signal 340 and the second reflected signal 342 are received and measured by the optical sensor 334, one of the inner plates 115 of the actuator 140 It can be oriented to reflect the optical signal 335 at a point. However, when the actuator 140 vibrates in the fundamental mode to produce an air flow as described above and as shown in FIG. 2A, the amplitude of the displacement vibration of the actuator 140 is substantially equal in any annular displacement node 42 created. Can be zero. Accordingly, the amplitude of the displacement vibration at other points along the actuator 140 is also above zero as described above. Therefore, as the optical signal 335 is reflected from a position close to the annular displacement node 42 to minimize the effects of high frequency vibrations of the actuator 140 and move more slowly from the rest position 136 to the bias position 138. In order to measure the displacement (δy) of the actuator 140 more accurately, the optical transmitter 332 needs to be positioned and oriented.
一実施形態では、光学センサ334は、センサアレイを形成する複数の画素を含んでもよい。光学センサ334は、1つ以上の波長における1つ以上の反射ビームの位置を感知するように構成し得る。その結果、光受信機334は、第1の反射信号340と第2の反射信号342との間の反射変位(δx)144を感知するように構成し得る。光受信機334は、光受信機334によって感知された反射信号340および342を、光受信機334の各画素によって電気信号に変換するように構成し得る。反射変位(δx)は、リアルタイムで測定または計算されてもよいし、または特定のサンプリング周波数を用いて、ポンプハウジング102に対するアクチュエータ140の位置を決定してもよい。一実施形態では、アクチュエータ140の位置は、所与の時間枠にわたる平均または中央位置としてコンピュータで計算される。光受信機334の画素は、アクチュエータ140の比較的小さな変位(δy)を検出する追加的な感度をもたらすようなサイズとし、ディスクポンプ100によってもたらされた圧力を、リアルタイムで制御できるように、より良好に監視し得る。   In one embodiment, the optical sensor 334 may include a plurality of pixels that form a sensor array. Optical sensor 334 may be configured to sense the position of one or more reflected beams at one or more wavelengths. As a result, the optical receiver 334 may be configured to sense a reflection displacement (δx) 144 between the first reflected signal 340 and the second reflected signal 342. The optical receiver 334 may be configured to convert the reflected signals 340 and 342 sensed by the optical receiver 334 into electrical signals by each pixel of the optical receiver 334. The reflected displacement (δx) may be measured or calculated in real time, or a particular sampling frequency may be used to determine the position of the actuator 140 relative to the pump housing 102. In one embodiment, the position of the actuator 140 is computed by the computer as an average or central position over a given time frame. The pixels of the optical receiver 334 are sized to provide additional sensitivity to detect a relatively small displacement (δy) of the actuator 140 so that the pressure provided by the disk pump 100 can be controlled in real time. Can be better monitored.
本発明の原理に従ってアクチュエータ140の変位をコンピュータ計算する代替的な方法を用いてもよい。アクチュエータ140の変位を決定することは、ポンプハウジング102にある任意の他の定位置の要素に対して成し遂げられ得ることを理解されたい。反射変位(δx)は、一般的に実質的に比例するものの、スケール係数を乗じられたアクチュエータ140の変位(δy)に等しくてもよく、スケール係数は、ディスクポンプ100のポンプハウジング102の構成または他のアライメントファクタに基づいて予め定められた値とし得る。その結果、負荷部にもたらされた圧力を直接測定するが、例えば減圧システムにおいてディスクポンプ100によってもたらされた圧力を測定するには嵩張りすぎて高価すぎる圧力センサを必要とせずに、ディスクポンプ100の空洞116内の減圧を、アクチュエータ140の変位(δy)を感知することによって決定し得る。説明に役立つ実施形態は、ディスクポンプ100の空洞116内に生成されている圧力振動に干渉せずに、ポンプハウジング102内の空間利用を最適にする。   Alternative methods of computing the displacement of actuator 140 in accordance with the principles of the present invention may be used. It should be understood that determining the displacement of the actuator 140 can be accomplished with respect to any other home position element in the pump housing 102. The reflected displacement (δx) is generally substantially proportional, but may be equal to the displacement (δy) of the actuator 140 multiplied by the scale factor, which is determined by the configuration of the pump housing 102 of the disk pump 100 or It may be a predetermined value based on other alignment factors. As a result, the pressure provided to the load is measured directly, but without requiring a pressure sensor that is too bulky and expensive to measure the pressure provided by the disk pump 100, for example, in a vacuum system. The reduced pressure in the cavity 116 of the pump 100 can be determined by sensing the displacement (δy) of the actuator 140. The illustrative embodiment optimizes space utilization within the pump housing 102 without interfering with pressure oscillations generated within the cavity 116 of the disk pump 100.
図5は、別の説明に役立つ実施形態による、アクチュエータ140の変位を測定するための別のセンサの仮想図を含む、バイアス位置138の状態にあるアクチュエータ140を示すディスクポンプ100の別の概略的な断面図である。センサは超音波送受信機546であり、超音波548を送信して、アクチュエータ140によって反射されかつ超音波送受信機546によって受信された超音波548に基づいてアクチュエータ140の位置を決定する。簡単にするために、超音波送受信機546にエコーバックする超音波は図示していない。超音波送受信機546は、アクチュエータ140の変位(δy)に関する生の測定値または処理済みデータを、例えばプロセッサを含む1つ以上の電子デバイスに送信し、このポンプ100および他の機能特性によって生成された減圧を決定してもよい。   FIG. 5 is another schematic illustration of the disk pump 100 showing the actuator 140 in a biased position 138, including a virtual view of another sensor for measuring the displacement of the actuator 140, according to another illustrative embodiment. FIG. The sensor is an ultrasonic transceiver 546 that transmits ultrasonic waves 548 to determine the position of the actuator 140 based on the ultrasonic waves 548 reflected by the actuator 140 and received by the ultrasonic transceiver 546. For simplicity, the ultrasound that echoes back to the ultrasound transceiver 546 is not shown. The ultrasonic transceiver 546 transmits raw measurements or processed data regarding the displacement (δy) of the actuator 140 to one or more electronic devices including, for example, a processor, and is generated by the pump 100 and other functional characteristics. The reduced pressure may be determined.
図6に関しては、ディスクポンプ100におけるアクチュエータ140の変位(δy)を測定する回折格子602を示す。回折格子602は、アクチュエータ140に取り付けられていてもまたはそれと一体でもよい。例えば、回折格子602は、ディスクポンプの製造中、接着剤または他の締結手段を用いてアクチュエータ140に取り付けられた反射光学素子とし得る。図示の通り、送信機607がマルチスペクトルの光信号608を回折格子602上に送信する。回折格子602はマルチスペクトルの光信号608を、異なる波長λ1、λ2、λ3、およびλ4を有するいくつかのビームに回折する。ビームの波長λ1、λ2、λ3、およびλ4は、センサアレイ610によって検出される。一実施形態では、センサアレイ610は、複数の画素612、614、616、および618を含み得る。センサアレイ610の画素612、614、616、および618はまた、画素アレイと称してもよい。あるいは、センサアレイ610は単一のセンサまたは画素素子、例えば画素614としてもよい。送信機607およびセンサアレイ610は、回路基板108、またはポンプハウジング102の任意の他の定位置素子に接続されて、動作中確実に安定化させ得る。   With respect to FIG. 6, a diffraction grating 602 for measuring the displacement (δy) of the actuator 140 in the disk pump 100 is shown. The diffraction grating 602 may be attached to or integral with the actuator 140. For example, the diffraction grating 602 may be a reflective optical element that is attached to the actuator 140 using an adhesive or other fastening means during manufacture of the disk pump. As shown, the transmitter 607 transmits a multispectral optical signal 608 onto the diffraction grating 602. The diffraction grating 602 diffracts the multispectral optical signal 608 into several beams having different wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4. Beam wavelengths λ 1, λ 2, λ 3, and λ 4 are detected by sensor array 610. In one embodiment, sensor array 610 may include a plurality of pixels 612, 614, 616, and 618. Pixels 612, 614, 616, and 618 of sensor array 610 may also be referred to as pixel arrays. Alternatively, sensor array 610 may be a single sensor or pixel element, such as pixel 614. The transmitter 607 and sensor array 610 can be connected to the circuit board 108 or any other fixed position element of the pump housing 102 to ensure stabilization during operation.
動作中、送信機607は、マルチスペクトルの光信号の形態のマルチスペクトルの光信号608を回折格子上に送信する光発生回路または素子とし得る。回折格子602は、規則的なパターンを有する光学部品としてもよく、図6に示すように、マルチスペクトルの光信号608の光をいくつかのビームλ1、λ2、λ3、およびλ4に回折させ、かつそれらビームを異なる方向に反射させる。当業界で公知のように、回折格子602は、回折格子の格子内に、アクチュエータ140の通常動作および変位中にセンサアレイ610にわたってλ1、λ2、λ3、およびλ4を拡散させるように構成された溝または刻線を含み得る。   In operation, the transmitter 607 may be a light generating circuit or element that transmits a multispectral optical signal 608 in the form of a multispectral optical signal onto a diffraction grating. The diffraction grating 602 may be an optical component having a regular pattern, diffracts the light of the multispectral optical signal 608 into several beams λ1, λ2, λ3, and λ4, as shown in FIG. The beams are reflected in different directions. As known in the art, the diffraction grating 602 is a groove configured to diffuse λ 1, λ 2, λ 3, and λ 4 across the sensor array 610 during normal operation and displacement of the actuator 140 in the grating of the diffraction grating. Or it may contain score lines.
センサアレイ610は、画素612、614、616、および618の1つ以上によって受光された1つ以上の波長に基づいてアクチュエータ140の変位を決定する。例えば、図6に示すように、画素612、614、616、および618上での波長λ1、λ2、λ3、およびλ4の分散は、アクチュエータ140と回路基板108との間の最大変位に対応し得る。アクチュエータ140がハウジング本体の方へ(すなわち空洞に)動くと、画素612〜618は、波長λ1、λ2、λ3、およびλ4の1つ以上を検出する。一実施形態では、センサアレイ610からの測定値は、アクチュエータ140の変位を示し得る。例えば、λ3およびλ4の双方が画素618によって検出される場合、変位は、減圧供給システムの空洞に所望の圧力を生じるために最適な変位を示す2mmとし得る。画素612、614、616、および618の各々によって検出された波長λ1、λ2、λ3、およびλ4は、正確な変位を示してもよいし、または変位を計算するために用いられるデータを提供してもよい。代替的な実施形態では、センサは、マルチスペクトルの光信号608において光学波長を感知するように構成された単一の画素としてもよく、アクチュエータ140が動くと、センサによって感知された波長が、ハウジングに対するアクチュエータの位置を示すようにする。さらに別の実施形態では、公知の寸法を有する単一セルを備える光学センサは、光学センサによって感知される、ある光スペクトル(すなわちいくらかの光)の最適な位置に位置決めされてもよく、かつ、感知される場合、ポンプが、ある許容差範囲において圧力を生成しているという決定がなされ得る。   Sensor array 610 determines the displacement of actuator 140 based on one or more wavelengths received by one or more of pixels 612, 614, 616, and 618. For example, as shown in FIG. 6, the dispersion of wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4 on pixels 612, 614, 616, and 618 may correspond to the maximum displacement between actuator 140 and circuit board 108. . As actuator 140 moves toward the housing body (ie, into the cavity), pixels 612-618 detect one or more of wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4. In one embodiment, the measurement from sensor array 610 may indicate the displacement of actuator 140. For example, if both λ3 and λ4 are detected by pixel 618, the displacement may be 2 mm, which indicates the optimal displacement to produce the desired pressure in the vacuum supply system cavity. The wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4 detected by each of the pixels 612, 614, 616, and 618 may indicate an exact displacement or provide data used to calculate the displacement. Also good. In an alternative embodiment, the sensor may be a single pixel configured to sense the optical wavelength in the multispectral optical signal 608, and when the actuator 140 moves, the wavelength sensed by the sensor is The position of the actuator with respect to is indicated. In yet another embodiment, an optical sensor comprising a single cell having a known dimension may be positioned at an optimal position in a certain light spectrum (ie, some light) sensed by the optical sensor, and If sensed, a determination may be made that the pump is producing pressure within a certain tolerance range.
図7に関して、ディスクポンプ100におけるアクチュエータ140の変位(δy)を測定する磁気センサ702を示す。ホール効果センサまたは類似のセンサとし得る磁気センサ702は、回路基板108またはポンプハウジング102に装着される。アクチュエータ140には導体706が装着され得る。導体706は、金属性としても、磁気としてもよく、またはそうでなければ、磁気センサ702による磁気感知をもたらすことができるとし得る。磁気センサ702は、磁気センサ702と導体706との間の磁場710を測定する。磁気センサ702は、磁場710をもたらす電場の変化を測定して、磁気センサ702と導体706との間の変位を決定するように校正または構成され得る。   Referring to FIG. 7, a magnetic sensor 702 that measures the displacement (δy) of the actuator 140 in the disk pump 100 is shown. A magnetic sensor 702, which can be a Hall effect sensor or a similar sensor, is mounted on the circuit board 108 or the pump housing 102. A conductor 706 may be attached to the actuator 140. The conductor 706 may be metallic, magnetic, or otherwise be able to provide magnetic sensing by the magnetic sensor 702. The magnetic sensor 702 measures a magnetic field 710 between the magnetic sensor 702 and the conductor 706. The magnetic sensor 702 may be calibrated or configured to measure the change in electric field that results in the magnetic field 710 to determine the displacement between the magnetic sensor 702 and the conductor 706.
図8を参照すると、上述のディスクポンプ100などのディスクポンプと、ディスクポンプ100によって生成された圧力を測定および制御するセンサ、例えば、光送信機332および光受信機334を含む光学センサ331とを含む例示的なディスクポンプシステム800のブロック図を示す。上述のような他のセンサもまた、ディスクポンプシステム800の一部として用いてもよいことを理解されたい。ディスクポンプシステム800はまた、ディスクポンプシステム800に電力供給するために用いられるバッテリー802を含む。ディスクポンプシステム800の要素は相互に接続されて、ワイヤ、経路、トレース、導線、および他の導電素子を通して通信する。ディスクポンプシステム800はまた、プロセッサ804およびドライバ808を含んでもよく、プロセッサ804は、制御信号806をドライバ808に通信することを含め、ドライバ808と通信するように適合されている。ドライバ808は、上述のようなアクチュエータ140などのディスクポンプ100のアクチュエータを励振させる駆動信号810を生成する。アクチュエータ140は、励振されるとディスクポンプ100の空洞内に流体の径方向圧力振動を生成する圧電構成部品を含み、空洞を通る流体の流れを生じ、上述の通り負荷部を加圧または減圧し得る。プロセッサ804は光送信機332へ照明信号812を提供して、光ビーム335などの光ビームによってアクチュエータ140を照明し、この光ビームは、反射信号340、342として示すように、アクチュエータ140によって光受信機334へ反射されるように構成されてもよく、これも同様に上述している。反射信号340、342が光受信機334に入射すると、光受信機334は、プロセッサ804に、アクチュエータ140の変位(δy)に対応する変位信号814を提供する。プロセッサ804は、変位信号814で表されるアクチュエータ140の変位(δy)に応じて、負荷部においてポンプ100によって生成された圧力を計算するように構成される。一実施形態では、プロセッサ804は、複数の反射信号340、342を平均して、時間が経つにつれたアクチュエータ130の平均変位を決定するように構成され得る。さらに別の実施形態では、プロセッサ804は、フィードバックとして変位信号814を用いて、負荷部における圧力を制限するために制御信号806および対応する駆動信号810を調整してもよい。   Referring to FIG. 8, a disk pump, such as the disk pump 100 described above, and sensors that measure and control the pressure generated by the disk pump 100, such as an optical sensor 331 including an optical transmitter 332 and an optical receiver 334, are provided. FIG. 3 shows a block diagram of an exemplary disc pump system 800 that includes the same. It should be understood that other sensors as described above may also be used as part of the disk pump system 800. The disk pump system 800 also includes a battery 802 that is used to power the disk pump system 800. The elements of the disk pump system 800 are interconnected and communicate through wires, paths, traces, conductors, and other conductive elements. The disk pump system 800 may also include a processor 804 and a driver 808 that is adapted to communicate with the driver 808, including communicating control signals 806 to the driver 808. The driver 808 generates a drive signal 810 that excites an actuator of the disk pump 100 such as the actuator 140 as described above. Actuator 140 includes a piezoelectric component that, when excited, generates a radial pressure oscillation of the fluid in the cavity of disk pump 100, creating a flow of fluid through the cavity to pressurize or depressurize the load as described above. obtain. The processor 804 provides an illumination signal 812 to the optical transmitter 332 to illuminate the actuator 140 with a light beam, such as a light beam 335, which is received by the actuator 140 as shown as reflected signals 340, 342. It may be configured to be reflected back to machine 334, which is likewise described above. When the reflected signals 340, 342 are incident on the optical receiver 334, the optical receiver 334 provides a displacement signal 814 corresponding to the displacement (δy) of the actuator 140 to the processor 804. The processor 804 is configured to calculate the pressure generated by the pump 100 at the load in response to the displacement (δy) of the actuator 140 represented by the displacement signal 814. In one embodiment, the processor 804 may be configured to average the plurality of reflected signals 340, 342 to determine an average displacement of the actuator 130 over time. In yet another embodiment, the processor 804 may adjust the control signal 806 and the corresponding drive signal 810 to limit the pressure at the load using the displacement signal 814 as feedback.
ディスクポンプシステム800のプロセッサ804、ドライバ808、および他の制御回路を電子回路と称してもよい。プロセッサ804は、ディスクポンプ100の機能性を制御することをイネーブルする回路または論理とし得る。プロセッサ804は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)、中央処理装置、デジタル論理、または、1つ以上のハードウェアエレメントおよびソフトウェアエレメントを含む電子デバイスの制御に好適な他の装置として機能してもよいし、またはそれらを含んでもよく、ソフトウェア、命令、プログラム、およびアプリケーションを実行し、信号および情報を変換および処理し、および他の関連のタスクを実行する。プロセッサ804は、単一チップとしてもよいし、または他のコンピューティング素子または通信素子と一体としてもよい。一実施形態では、プロセッサ804は、メモリを含んでもまたはメモリと通信してもよい。メモリは、後で検索またはアクセスするためにデータを記憶するように構成されたハードウェアエレメント、装置、または記録媒体とし得る。メモリは、ランダムアクセスメモリ、キャッシュ、またはデータ、命令、および情報の記憶に好適な他の小型記憶媒体の形態のスタティックまたはダイナミックメモリとし得る。代替的な実施形態では、電子回路は、圧力を測定しかつ上述の通りディスクポンプ100の空洞におけるアクチュエータ140の変位を制御するために同じまたは類似の機能を実行するように構成されたアナログ回路とし得る。   The processor 804, driver 808, and other control circuits of the disk pump system 800 may be referred to as electronic circuits. The processor 804 may be a circuit or logic that enables controlling the functionality of the disk pump 100. The processor 804 may be a microprocessor, digital signal processor, application specific integrated circuit (ASIC), central processing unit, digital logic, or other suitable for controlling electronic devices including one or more hardware and software elements. It may function as or include devices, execute software, instructions, programs, and applications, convert and process signals and information, and perform other related tasks. The processor 804 may be a single chip or may be integrated with other computing or communication elements. In one embodiment, the processor 804 may include or communicate with memory. The memory may be a hardware element, device, or recording medium configured to store data for later retrieval or access. The memory may be static or dynamic memory in the form of random access memory, cache, or other small storage medium suitable for storing data, instructions, and information. In an alternative embodiment, the electronic circuit is an analog circuit configured to perform the same or similar function to measure pressure and control the displacement of the actuator 140 in the cavity of the disk pump 100 as described above. obtain.
ディスクポンプシステム800はまたRF送受信機820を含んで、RF送受信機820に対して送受信される無線信号822および824を介して、例えば、現在の圧力測定値、アクチュエータ140の実際の変位(δy)、およびバッテリー802の現在の耐用年数を含むディスクポンプシステム800の性能に関する情報およびデータを通信し得る。RF送受信機820は、無線、赤外線、または他の有線または無線信号を用いて1つ以上の外部装置と通信する通信インターフェースとし得る。RF送受信機820は、Bluetooth、WiFi、WiMAX、または他の通信規格またはプロプライエタリ(proprietary)通信システムを用いてもよい。より特定的な用途に関して、RF送受信機820は、医療専門家によって参照される圧力読取値のデータベースを記憶するコンピュータデバイスに信号822を送信し得る。コンピュータデバイスは、ローカルで処理を実行し得るまたは情報およびデータの処理のために中央もしくはリモートコンピュータに情報をさらに通信し得るコンピュータ、モバイル機器、または医療機器装置とし得る。同様に、RF送受信機820は、アクチュエータ140の動きに基づいて負荷部においてディスクポンプ100によって生成された圧力を外部から規制するために信号824を受信し得る。   The disk pump system 800 also includes an RF transceiver 820, for example, current pressure measurements, actual displacement (δy) of the actuator 140 via radio signals 822 and 824 that are transmitted to and received from the RF transceiver 820. , And information and data regarding the performance of the disk pump system 800, including the current service life of the battery 802. The RF transceiver 820 may be a communication interface that communicates with one or more external devices using wireless, infrared, or other wired or wireless signals. The RF transceiver 820 may use Bluetooth, WiFi, WiMAX, or other communication standards or proprietary communication systems. For more specific applications, the RF transceiver 820 may send a signal 822 to a computing device that stores a database of pressure readings referenced by medical professionals. The computing device may be a computer, mobile device, or medical device device that may perform processing locally or may further communicate information to a central or remote computer for information and data processing. Similarly, the RF transceiver 820 may receive the signal 824 to externally regulate the pressure generated by the disk pump 100 at the load based on the movement of the actuator 140.
ドライバ808は、アクチュエータ140を励振および制御する電気回路である。例えば、ドライバ808は、駆動信号810の一部として特定の波形を生成する高出力のトランジスタ、増幅器、ブリッジ回路、および/またはフィルタとし得る。そのような波形は、プロセッサ804およびドライバ806によって、上記で詳細に説明したように、アクチュエータ140を周波数(f)の振動運動で振動させる駆動信号810を提供するように、構成し得る。アクチュエータ140の振動性変位の動きによって、負荷部において圧力を生成する駆動信号810に応答して、ポンプ100の空洞内での流体の径方向圧力振動が生成される。   The driver 808 is an electric circuit that excites and controls the actuator 140. For example, driver 808 may be a high power transistor, amplifier, bridge circuit, and / or filter that generates a particular waveform as part of drive signal 810. Such a waveform may be configured by the processor 804 and driver 806 to provide a drive signal 810 that causes the actuator 140 to vibrate with an oscillating motion of frequency (f), as described in detail above. The movement of the oscillatory displacement of the actuator 140 generates a radial pressure oscillation of the fluid in the cavity of the pump 100 in response to a drive signal 810 that generates pressure at the load.
別の実施形態では、ディスクポンプシステム800は、ユーザに情報を表示するためのユーザインターフェースを含んでもよい。ユーザインターフェースは、ユーザに情報、データ、または信号を提供するためにディスプレイ、音声インターフェース、または触覚インターフェースを含んでもよい。例えば、小型のLEDスクリーンが、ディスクポンプ100によって加えられている圧力を表示してもよい。ユーザインターフェースはまた、ディスクポンプの性能、特に、生成される減圧を調整するために、ボタン、ダイアル、ノブ、または他の電気的または機械的インターフェースを含み得る。例えば、圧力は、ユーザインターフェースの一部であるノブまたは他の制御要素を調整することによって増減し得る。   In another embodiment, the disc pump system 800 may include a user interface for displaying information to the user. The user interface may include a display, audio interface, or haptic interface to provide information, data, or signals to the user. For example, a small LED screen may display the pressure being applied by the disk pump 100. The user interface may also include buttons, dials, knobs, or other electrical or mechanical interfaces to adjust the performance of the disc pump, particularly the reduced pressure generated. For example, the pressure can be increased or decreased by adjusting a knob or other control element that is part of the user interface.
ポンプによって負荷部に生成された圧力の測定方法も開示されている。ポンプは、ポンプ内において、ポンプ内に空洞を形成する可撓性スカートに装着されたアクチュエータを含む。可撓性スカートがあることによって、ポンプの空洞を通る空気の流れを生成するためにアクチュエータは振動でき、かつアクチュエータは、負荷部への圧力を高めながら変位できる。この方法は、アクチュエータを電気的に駆動して、ポンプ内のアクチュエータの振動性変位運動が空洞内に流体の径方向圧力振動を生成させるようにすることを含む。この方法は、流体が空洞を流れ始めて、スカートの可撓性によって適合されるように、負荷部における圧力を高めながらアクチュエータを休止位置からバイアス位置へ移動させるとき、アクチュエータの変位を測定することをさらに含む。この方法はまた、アクチュエータの変位に基づいて負荷部における圧力を計算することを含む。   A method for measuring the pressure generated in the load by the pump is also disclosed. The pump includes an actuator mounted within the pump on a flexible skirt that forms a cavity in the pump. By having a flexible skirt, the actuator can vibrate to create a flow of air through the pump cavity and the actuator can be displaced while increasing the pressure on the load. The method includes electrically driving the actuator such that the oscillating displacement motion of the actuator in the pump generates a radial pressure oscillation of the fluid in the cavity. This method measures the displacement of the actuator as it moves from the rest position to the bias position while increasing the pressure at the load so that fluid begins to flow through the cavity and is adapted by the flexibility of the skirt. In addition. The method also includes calculating the pressure at the load based on the displacement of the actuator.
より具体的には図9を参照すると、ディスクポンプによって生成された圧力を測定および制御する例示的なプロセス900のフロー図を示す。プロセス900は、ディスクポンプのハウジング内にあるアクチュエータが駆動信号によって駆動されるステップ902で開始する。アクチュエータは、圧電アクチュエータまたは装置によって駆動し得る。アクチュエータは駆動されて、組織部位に適用される減圧を生成し得る。例えば、ディスクポンプは、当業界で理解されているように、ドレープによって覆われた組織部位と直接または間接的に連通し得る。ステップ904では、負荷部内での圧力が高まる結果アクチュエータが休止位置からバイアス位置へ動くと、アクチュエータの変位が感知され得る。一実施形態では、休止位置は、ディスクポンプが動作停止しているまたは電力供給されていない(unpowered)ときに発生し、および負荷部内の圧力が最大値であるときにバイアス位置に達する。アクチュエータの変位および負荷部の対応する圧力は、これら2つの位置間で変動する。駆動信号は、アクチュエータの動作および負荷部に加えられる対応する圧力を制御するために、ディスクポンプのプロセッサ、ドライバ、または制御論理によって構成され、付形され、またはそうでなければ生成され得る。   More specifically, referring to FIG. 9, a flow diagram of an exemplary process 900 for measuring and controlling the pressure generated by a disk pump is shown. Process 900 begins at step 902 where an actuator in a disk pump housing is driven by a drive signal. The actuator may be driven by a piezoelectric actuator or device. The actuator can be driven to generate a reduced pressure that is applied to the tissue site. For example, the disc pump may be in direct or indirect communication with the tissue site covered by the drape, as is understood in the art. In step 904, displacement of the actuator can be sensed as the pressure in the load increases and the actuator moves from the rest position to the bias position. In one embodiment, the rest position occurs when the disk pump is deactivated or unpowered and reaches the bias position when the pressure in the load is at a maximum value. The displacement of the actuator and the corresponding pressure on the load vary between these two positions. The drive signal may be configured, shaped, or otherwise generated by the disk pump processor, driver, or control logic to control actuator operation and corresponding pressure applied to the load.
ステップ906では、ディスクポンプによって生成されている圧力は、アクチュエータの被感知変位に応じて決定され得る。一実施形態では、変位は、ディスクポンプのハウジングとアクチュエータとの間の光信号の反射または屈折によって決定され得る。同様に、超音波、無線周波数、磁気、または他の光学式の、センサまたは送信機および受信機の組み合わせを用いて、アクチュエータの変位を決定し得る。アクチュエータの変位は、負荷部用にディスクポンプによって生成されている圧力を示し得る。デジタルおよび/またはアナログエレクトロニクスを用いて、ディスクポンプを構成要素として含む組織治療システムなどの負荷部の公知のディファレンシャル(differential)、係数、損失、および他の特性に基づいて、組織部位に加えられている圧力を決定し得る。エレクトロニクスは、任意の数の静的または動的アルゴリズム、機能、またはセンサ測定値を用いて、圧力を決定してもよい。ステップ908では、駆動信号は、ディスクポンプによって供給されている圧力を決定したことに応答して、アクチュエータの変位を制御するように調整される。駆動信号は、アクチュエータの変位を測定する1つ以上のセンサから受信されたフィードバック信号の測定値に応答して生成され得る。一実施形態では、駆動信号の振幅は、ディスクポンプによって生成された減圧を上昇させかつ対応して組織部位に伝えるように、増大し得る。同様に、駆動信号の振幅または形状は、負荷部における圧力を減少させるまたは維持するために、ディスクポンプのアクチュエータを駆動するように変調し得る。   In step 906, the pressure being generated by the disk pump can be determined in response to the sensed displacement of the actuator. In one embodiment, the displacement may be determined by reflection or refraction of the optical signal between the disk pump housing and the actuator. Similarly, ultrasonic, radio frequency, magnetic, or other optical, sensor or transmitter and receiver combinations may be used to determine actuator displacement. The displacement of the actuator can indicate the pressure being generated by the disk pump for the load. Using digital and / or analog electronics, applied to a tissue site based on known differential, coefficient, loss, and other characteristics of a load such as a tissue treatment system that includes a disk pump as a component The pressure that is present can be determined. The electronics may determine the pressure using any number of static or dynamic algorithms, functions, or sensor measurements. In step 908, the drive signal is adjusted to control the displacement of the actuator in response to determining the pressure being supplied by the disk pump. The drive signal may be generated in response to a feedback signal measurement received from one or more sensors that measure the displacement of the actuator. In one embodiment, the amplitude of the drive signal may be increased to increase and correspondingly communicate the reduced pressure generated by the disk pump to the tissue site. Similarly, the amplitude or shape of the drive signal may be modulated to drive the disk pump actuator to reduce or maintain the pressure at the load.
説明に役立つ実施形態は、アクチュエータが休止位置からバイアス位置へ動くときに、ディスクポンプ内の定位置の構成要素に対するアクチュエータの変位を測定するディスクポンプ内のセンサによって提供されたデータを解釈することによって、ディスクポンプによって生成された圧力を間接的に監視するための低コストのシステムを提供する。センサ、または光学センサの光送信機などのその任意の構成要素は、ポンプハウジングからまたはディスクポンプ上の任意の他の定位置から光信号を反射させることによって変位を測定するために、アクチュエータに直接接続され得ることを理解されたい。説明に役立つ実施形態は、ディスクポンプによって生成されている圧力を監視するための機器、空間、およびコストを、負荷部においてポンプによって生成された圧力を直接感知する伝統的な圧力センサおよびモニタを用いることで得られるものよりも、削減する。   An illustrative embodiment is by interpreting data provided by a sensor in the disk pump that measures the displacement of the actuator relative to a home position component in the disk pump as the actuator moves from a rest position to a bias position. It provides a low cost system for indirectly monitoring the pressure generated by a disk pump. The sensor, or any of its components, such as the optical transmitter of the optical sensor, directly to the actuator to measure displacement by reflecting the optical signal from the pump housing or from any other home position on the disk pump. It should be understood that they can be connected. The illustrative embodiment uses traditional pressure sensors and monitors that directly sense the pressure generated by the pump at the load, equipment, space, and cost for monitoring the pressure generated by the disk pump. Reduce than what you get.
先の詳細な説明は、本発明を実施するための少数の実施形態の1つであり、範囲を限定するものではない。当業者は、詳細に説明したもの以外の領域において、本発明を実施するために使用される方法および変形例を予想するであろう。以下の特許請求の範囲は、開示の本発明のいくつもの実施形態をかなり詳細に設定する。   The foregoing detailed description is one of a few embodiments for practicing the present invention and is not intended to limit the scope. Those skilled in the art will envision methods and variations used to practice the invention in areas other than those described in detail. The following claims set forth in considerable detail several embodiments of the disclosed invention.

Claims (43)

  1. ポンプにおいて、
    実質的に楕円形状の側壁を有するポンプ本体であって、前記側壁は、一方の端部がベース壁によって閉鎖されかつ他方の端部が一対の内部プレートによって閉鎖されて、前記ポンプ本体内に、流体を収容するための空洞を形成し、前記空洞に隣接している前記内部プレートの第1の内部プレートが中心部分および周辺部分を含む、ポンプ本体と;
    前記エンドプレートによって形成されたアクチュエータであって、前記内部プレートの第2の内部プレートが、前記第1の内部プレートの前記中心部分に動作可能に関連付けられて振動性変位運動を発生させ、それにより、使用時に前記アクチュエータに与えられている駆動信号に応答して、前記空洞内で前記流体の径方向圧力振動を生成するアクチュエータと;
    前記側壁と前記第1の内部プレートの前記周辺部分との間に柔軟に接続され、前記振動性変位運動を容易にするスカートと;
    前記アクチュエータを貫通して延在し、流体が前記空洞を流れることができるようにする第1のアパーチャと;
    前記ベース壁を貫通して延在し、流体が前記空洞を流れることができるようにする第2のアパーチャと;
    前記第1のアパーチャおよび第2のアパーチャの少なくとも一方に配置され、かつ前記流体が前記空洞を実質的に一方向に流れることを可能にして、流体が前記空洞を流れ始めたとき、負荷部を加圧または減圧し、それにより、前記アクチュエータを、圧力の増大と前記スカートの曲げとによって、前記ベース壁の方へ休止位置からバイアス位置まで動かすように適合されているバルブと;
    前記ポンプ本体に対する定位置に、前記空洞の外部に装着されるセンサであって、流体が前記空洞を流れ始めて前記負荷部を加圧または減圧すると、前記休止位置と前記バイアス位置との間のいずれかの点における前記アクチュエータの変位を測定するセンサと
    を含むことを特徴とする、ポンプ。
    In the pump,
    A pump body having a substantially elliptical side wall, wherein the side wall is closed at one end by a base wall and at the other end by a pair of internal plates; A pump body forming a cavity for containing fluid, wherein the first inner plate of the inner plate adjacent to the cavity includes a central portion and a peripheral portion;
    An actuator formed by the end plate, wherein a second inner plate of the inner plate is operatively associated with the central portion of the first inner plate to generate an oscillating displacement motion, thereby An actuator for generating radial pressure oscillations of the fluid in the cavity in response to a drive signal applied to the actuator in use;
    A skirt flexibly connected between the side wall and the peripheral portion of the first inner plate to facilitate the oscillating displacement movement;
    A first aperture extending through the actuator and allowing fluid to flow through the cavity;
    A second aperture extending through the base wall and allowing fluid to flow through the cavity;
    When placed in at least one of the first and second apertures and allowing the fluid to flow in the cavity substantially in one direction so that the fluid begins to flow through the cavity, A valve adapted to pressurize or depressurize, whereby the actuator is adapted to move from a rest position to a bias position toward the base wall by increasing pressure and bending the skirt;
    A sensor attached to the outside of the cavity at a fixed position with respect to the pump body, and when fluid starts to flow through the cavity and pressurizes or depressurizes the load portion, the sensor is either between the rest position and the bias position. And a sensor for measuring the displacement of the actuator at that point.
  2. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記空洞の長手方向軸から前記側壁まで延在する前記空洞の半径(r)と前記空洞の前記側壁の高さ(h)との比が、1.2以上であることを特徴とする、ポンプ。   The pump according to claim 1, wherein a ratio of a radius (r) of the cavity extending from a longitudinal axis of the cavity to the side wall and a height (h) of the side wall of the cavity is 1.2 or more. The pump characterized by being.
  3. 請求項2に記載のポンプにおいて、さらに、前記空洞の高さ(h)と前記空洞の半径(r)との比が、式:h/r>4×10−10メートルによって関係付けられていることを特徴とする、ポンプ。 In the pump according to claim 2, further, the ratio of the radius (r) of the height of the cavity (h) and the cavity, wherein: is related by h 2 / r> 4 × 10 -10 m A pump characterized by being.
  4. 請求項2に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータが、それに関連付けられた前記第1の内部プレートを駆動して、周波数(f)の前記振動運動を生じさせることを特徴とする、ポンプ。   3. A pump according to claim 2, characterized in that the actuator drives the first internal plate associated therewith to produce the oscillating motion of frequency (f).
  5. 請求項4に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータが、前記第1の内部プレートを駆動して前記振動性変位運動を生じさせ、前記半径(r)が以下の式:
    により前記周波数(f)と関係付けられていることを特徴とする、ポンプ。
    5. The pump according to claim 4, wherein the actuator drives the first inner plate to cause the oscillating displacement motion, wherein the radius (r) is:
    A pump characterized in that it is related to said frequency (f) by
  6. 請求項4に記載のポンプにおいて、前記径方向圧力振動の最低共振周波数が約500Hzを上回ることを特徴とする、ポンプ。   5. A pump according to claim 4, wherein the lowest resonant frequency of the radial pressure oscillation is above about 500 Hz.
  7. 請求項4に記載のポンプにおいて、前記周波数(f)が、前記径方向圧力振動の最低共振周波数にほぼ等しいことを特徴とする、ポンプ。   5. A pump according to claim 4, characterized in that the frequency (f) is approximately equal to the lowest resonance frequency of the radial pressure oscillation.
  8. 請求項4に記載のポンプにおいて、前記周波数(f)が、前記径方向圧力振動の最低共振周波数の20%以内であることを特徴とする、ポンプ。   5. The pump according to claim 4, wherein the frequency (f) is within 20% of the lowest resonance frequency of the radial pressure oscillation.
  9. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記第1の内部プレートの前記振動性変位運動が、前記径方向圧力振動に整合したモード形であることを特徴とする、ポンプ。   2. The pump according to claim 1, wherein the oscillating displacement motion of the first inner plate is a mode shape matched to the radial pressure oscillation.
  10. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記スカートが可撓性膜であることを特徴とする、ポンプ。   2. The pump according to claim 1, wherein the skirt is a flexible membrane.
  11. 請求項10に記載のポンプにおいて、前記可撓性膜がプラスチックから形成されることを特徴とする、ポンプ。   The pump according to claim 10, wherein the flexible membrane is made of plastic.
  12. 請求項11に記載のポンプにおいて、可撓性膜の環状部の幅が約0.5〜1.0mmであり、前記可撓性膜の厚さが約200ミクロン未満であることを特徴とする、ポンプ。   12. The pump according to claim 11, wherein the width of the annular portion of the flexible membrane is about 0.5 to 1.0 mm, and the thickness of the flexible membrane is less than about 200 microns. ,pump.
  13. 請求項10に記載のポンプにおいて、前記可撓性膜が金属から形成されることを特徴とする、ポンプ。   The pump according to claim 10, wherein the flexible membrane is made of metal.
  14. 請求項13に記載のポンプにおいて、可撓性膜の環状部の幅が約0.5〜1.0mmであり、前記可撓性膜の厚さが約20ミクロン未満であることを特徴とする、ポンプ。   14. The pump of claim 13, wherein the width of the annular portion of the flexible membrane is about 0.5 to 1.0 mm and the thickness of the flexible membrane is less than about 20 microns. ,pump.
  15. 請求項2に記載のポンプにおいて、前記空洞内で使用中の前記流体が気体であるとき、前記比が約10〜約50であることを特徴とする、ポンプ。   3. The pump according to claim 2, wherein the ratio is about 10 to about 50 when the fluid in use in the cavity is a gas.
  16. 請求項2に記載のポンプにおいて、前記空洞の体積が約10ml未満であることを特徴とする、ポンプ。   The pump of claim 2, wherein the volume of the cavity is less than about 10 ml.
  17. 請求項2に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータの半径が0.63(r)以上であることを特徴とする、ポンプ。   The pump according to claim 2, wherein the radius of the actuator is 0.63 (r) or more.
  18. 請求項17に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータの半径が前記空洞の半径(r)以下であることを特徴とする、ポンプ。   18. A pump according to claim 17, characterized in that the radius of the actuator is less than or equal to the radius (r) of the cavity.
  19. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータの前記第2の内部プレートが圧電構成部品を含むことを特徴とする、ポンプ。   2. The pump according to claim 1, wherein the second inner plate of the actuator includes a piezoelectric component.
  20. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータの前記第2の内部プレートが磁気制限部品を含むことを特徴とする、ポンプ。   The pump of claim 1, wherein the second inner plate of the actuator includes a magnetic restriction component.
  21. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記センサと通信しかつ前記アクチュエータの変位に応じて前記負荷部における圧力を計算するように構成された電子回路をさらに含むことを特徴とする、ポンプ。   2. The pump according to claim 1, further comprising an electronic circuit configured to communicate with the sensor and calculate a pressure at the load in response to displacement of the actuator.
  22. 請求項21に記載のポンプにおいて、前記電子回路が、前記負荷部における圧力の変化率を計算するようにさらに構成されていることを特徴とする、ポンプ。   24. The pump according to claim 21, wherein the electronic circuit is further configured to calculate a rate of change of pressure at the load.
  23. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記センサが、前記アクチュエータの変位を照明および測定するように構成された光学センサであることを特徴とする、ポンプ。   The pump according to claim 1, wherein the sensor is an optical sensor configured to illuminate and measure the displacement of the actuator.
  24. 請求項23に記載のポンプにおいて、前記光学センサが、前記アクチュエータの前記振動性変位運動の環状の変位節を照明することを特徴とする、ポンプ。   24. The pump according to claim 23, wherein the optical sensor illuminates an annular displacement node of the oscillatory displacement motion of the actuator.
  25. 請求項23に記載のポンプにおいて、前記光学センサが光送信機および光受信機を含むことを特徴とする、ポンプ。   24. The pump according to claim 23, wherein the optical sensor includes an optical transmitter and an optical receiver.
  26. 請求項25に記載のポンプにおいて、前記光送信機が、光ビームによって前記アクチュエータを照明する発光ダイオードを含み、および前記光受信機が画素素子の光センサアレイを含み、その画素素子の光センサアレイは、前記光ビームの反射を、前記アクチュエータが前記休止位置から前記バイアス位置へ動くときに前記アクチュエータの変位に対応して、その反射が画素素子の前記アレイに沿って動く時点で感知することを特徴とする、ポンプ。   26. The pump according to claim 25, wherein the optical transmitter includes a light emitting diode that illuminates the actuator with a light beam, and the optical receiver includes a photosensor array of pixel elements, the photosensor array of the pixel elements. Detecting the reflection of the light beam at a time when the reflection moves along the array of pixel elements in response to the displacement of the actuator as the actuator moves from the rest position to the bias position. Features a pump.
  27. 請求項25に記載のポンプにおいて、前記光受信機と通信しかつ前記アクチュエータの変位に応じて前記負荷部における圧力を計算するように構成された電子回路をさらに含むことを特徴とする、ポンプ。   26. The pump according to claim 25, further comprising an electronic circuit configured to communicate with the optical receiver and to calculate a pressure at the load in response to displacement of the actuator.
  28. 請求項23に記載のポンプにおいて、前記光学センサが、多周波数スペクトルを有する光ビームをもたらす照明光源と、前記アクチュエータ上に配置されて、前記光ビームを、多周波数スペクトル内の異なる波長の複数の反射ビームとして反射させる回折格子と、前記反射ビームを受光する光受信機であって、それら反射ビームの各々が、前記アクチュエータが前記休止位置から前記バイアス位置へ動くときに前記アクチュエータの異なる変位に対応している、光受信機とを含むことを特徴とする、ポンプ。   24. The pump according to claim 23, wherein the optical sensor is disposed on the actuator to provide a light beam having a multi-frequency spectrum, and the light beam is a plurality of different wavelengths within the multi-frequency spectrum. A diffraction grating that reflects as a reflected beam and an optical receiver that receives the reflected beam, each of which reflects a different displacement of the actuator as the actuator moves from the rest position to the bias position. A pump comprising an optical receiver.
  29. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記センサが磁気センサであることを特徴とする、ポンプ。   The pump according to claim 1, wherein the sensor is a magnetic sensor.
  30. 請求項1に記載のポンプにおいて、前記センサがRFセンサであることを特徴とする、ポンプ。   The pump according to claim 1, wherein the sensor is an RF sensor.
  31. アクチュエータが、ポンプの空洞を通る空気の流れを生成するように振動でき、かつ前記アクチュエータが、負荷部の圧力を高めて変位できるように、前記ポンプ内の可撓性スカート上に装着された前記アクチュエータを有する前記ポンプによって前記負荷部に生成された圧力の測定方法において、
    前記アクチュエータを駆動して、前記アクチュエータの振動性変位運動が、前記空洞内に流体の径方向圧力振動を生成するようにするステップと;
    流体が前記空洞を通って流れ始めて、前記負荷部における圧力の増大と前記スカートの曲げとによって、前記アクチュエータを休止位置からバイアス位置へ動かしたとき、前記アクチュエータの変位を測定するステップと;
    前記アクチュエータの変位に基づいて前記負荷部の圧力を計算するステップと
    を含むことを特徴とする、方法。
    The actuator mounted on a flexible skirt in the pump so that the actuator can be oscillated to create a flow of air through the pump cavity and the actuator can be displaced by increasing the pressure in the load. In the method of measuring the pressure generated in the load by the pump having an actuator,
    Driving the actuator such that oscillatory displacement motion of the actuator generates a radial pressure oscillation of fluid in the cavity;
    Measuring the displacement of the actuator as fluid begins to flow through the cavity and the actuator is moved from a rest position to a bias position by increasing the pressure at the load and bending the skirt;
    Calculating the pressure of the load based on the displacement of the actuator.
  32. ディスクポンプにおいて、
    可撓性スカートによってポンプ本体に装着されたアクチュエータであって、振動性変位運動において振動して負荷部における圧力を高めることによって、前記ポンプ本体を通る空気の流れを生成するように構成されているアクチュエータと、
    前記負荷部内で圧力が高まって、前記圧力を確認できると、前記アクチュエータの位置を感知するように構成されたセンサと
    を含むことを特徴とする、ディスクポンプ。
    In the disk pump,
    An actuator mounted on the pump body by a flexible skirt and configured to generate an air flow through the pump body by vibrating in an oscillating displacement motion to increase the pressure at the load. An actuator,
    A disk pump comprising: a sensor configured to sense a position of the actuator when the pressure is increased in the load portion and the pressure can be confirmed.
  33. 請求項32に記載のディスクポンプにおいて、
    前記ポンプ本体が側壁を有し、この側壁は、一方の端部においてベース壁によってかつ他方の端部において一対の内部プレートによって閉鎖され、前記ポンプ本体内に、流体を収容するための空洞を形成し、前記空洞に隣接した前記内部プレートの第1の内部プレートが中心部分および周辺部分を含み;
    前記アクチュエータが前記エンドプレートによって形成され、前記内部プレートの第2の内部プレートが、前記第1の内部プレートの前記中心部分に動作可能に関連付けられて、使用時に前記アクチュエータに与えられている駆動信号に応答して振動性変位運動を生じ;
    前記スカートが、前記側壁と前記第1の内部プレートの前記周辺部分との間に接続されて前記振動性変位運動を容易にし;
    第1のアパーチャが前記アクチュエータを貫通して延在し、流体が前記空洞を通って流れることができるようにし;
    第2のアパーチャが前記ベース壁を貫通して延在し、流体が前記空洞を通って流れることができるようにし;
    前記ディスクポンプがバルブをさらに含み、そのバルブは、前記第1のアパーチャおよび第2のアパーチャの少なくとも一方に配置され、かつ流体が前記空洞を通って実質的に一方向に流れることを可能にして、流体が前記空洞を流れ始めたとき、前記負荷部を加圧または減圧し、それにより、圧力の増大と前記スカートの曲げとによって、前記アクチュエータを前記ベース壁の方へ休止位置からバイアス位置へ動かすように適合されており;および、
    前記センサが、前記ポンプ本体に対する定位置において、前記空洞の外側に装着されていることを特徴とする、ディスクポンプ。
    The disk pump of claim 32,
    The pump body has a side wall that is closed at one end by a base wall and at the other end by a pair of internal plates to form a cavity in the pump body for containing fluid. A first inner plate of the inner plate adjacent to the cavity includes a central portion and a peripheral portion;
    The actuator is formed by the end plate, and a second internal plate of the internal plate is operatively associated with the central portion of the first internal plate and is provided with a drive signal provided to the actuator in use Produces oscillatory displacement motion in response to
    The skirt is connected between the side wall and the peripheral portion of the first inner plate to facilitate the vibratory displacement movement;
    A first aperture extends through the actuator to allow fluid to flow through the cavity;
    A second aperture extends through the base wall to allow fluid to flow through the cavity;
    The disc pump further includes a valve that is disposed in at least one of the first aperture and the second aperture and allows fluid to flow substantially unidirectionally through the cavity. When the fluid begins to flow through the cavity, the load is pressurized or depressurized, thereby causing the actuator to move toward the base wall from the rest position to the bias position by increasing the pressure and bending the skirt. Adapted to move; and
    The disk pump according to claim 1, wherein the sensor is mounted outside the cavity at a fixed position with respect to the pump body.
  34. 請求項32または33に記載のポンプにおいて、前記センサが、前記アクチュエータの位置を照明および測定するように構成された光学センサであることを特徴とする、ポンプ。   34. A pump according to claim 32 or 33, wherein the sensor is an optical sensor configured to illuminate and measure the position of the actuator.
  35. 請求項32乃至34の何れか1項に記載のポンプにおいて、前記光学センサが前記アクチュエータの前記振動性変位運動の環状の変位節を照明することを特徴とする、ポンプ。   35. The pump according to any one of claims 32 to 34, wherein the optical sensor illuminates an annular displacement node of the oscillatory displacement motion of the actuator.
  36. 請求項34または35に記載のポンプにおいて、前記光学センサが光送信機および光受信機を含むことを特徴とする、ポンプ。   36. A pump according to claim 34 or 35, wherein the optical sensor comprises an optical transmitter and an optical receiver.
  37. 請求項34乃至36の何れか1項に記載のポンプにおいて、前記光送信機が、光ビームによって前記アクチュエータを照明する発光ダイオードを含み、および前記光受信機が、前記光ビームの反射を、前記アクチュエータが前記休止位置から前記バイアス位置へ動くときに前記アクチュエータの変位に対応して、その反射が画素素子の前記アレイに沿って移動する時点で感知する画素素子の光センサアレイを含むことを特徴とする、ポンプ。   37. The pump according to any one of claims 34 to 36, wherein the optical transmitter includes a light emitting diode that illuminates the actuator with a light beam, and the optical receiver reflects the light beam with the reflection. And a photosensor array of pixel elements that senses when a reflection moves along the array of pixel elements in response to displacement of the actuator as the actuator moves from the rest position to the bias position. And the pump.
  38. 請求項36または37に記載のポンプにおいて、前記光受信機と通信しかつ前記アクチュエータの位置に応じて前記負荷部における圧力を計算するように構成された電子回路をさらに含むことを特徴とする、ポンプ。   38. The pump according to claim 36 or 37, further comprising an electronic circuit configured to communicate with the optical receiver and to calculate the pressure at the load depending on the position of the actuator. pump.
  39. 請求項34乃至38の何れか1項に記載のポンプにおいて、前記光学センサが、多周波数スペクトルを有する光ビームをもたらす照明光源と、前記アクチュエータに配置されて、前記光ビームを、前記多周波数スペクトル内の異なる波長での複数の反射ビームとして反射する回折格子と、前記反射ビームを受光する光受信機であって、それら反射ビームの各々が、前記アクチュエータの異なる位置に対応している、光受信機とを含むことを特徴とする、ポンプ。   39. The pump according to any one of claims 34 to 38, wherein the optical sensor is disposed in an illumination light source that provides a light beam having a multi-frequency spectrum and the actuator, and the light beam is transmitted to the multi-frequency spectrum. A diffraction grating that reflects as a plurality of reflected beams at different wavelengths and an optical receiver that receives the reflected beams, each of the reflected beams corresponding to a different position of the actuator And a pump.
  40. 請求項32または33に記載のポンプにおいて、前記センサが磁気センサであることを特徴とする、ポンプ。   34. The pump according to claim 32 or 33, wherein the sensor is a magnetic sensor.
  41. 請求項32または33に記載のポンプにおいて、前記センサがRFセンサであることを特徴とする、ポンプ。   34. A pump according to claim 32 or 33, wherein the sensor is an RF sensor.
  42. 請求項32または33に記載のポンプにおいて、前記センサが超音波センサであることを特徴とする、ポンプ。   The pump according to claim 32 or 33, wherein the sensor is an ultrasonic sensor.
  43. 請求項38に記載のポンプにおいて、前記負荷部が、前記アクチュエータの被感知部分の平均位置に応じて計算されることを特徴とする、ポンプ。   40. The pump according to claim 38, wherein the load portion is calculated according to an average position of a sensed portion of the actuator.
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