KR20210040454A - 미세 유체 펌프의 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템 - Google Patents

미세 유체 펌프의 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명이 제공하는 미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템은, 미세 유체 펌프 칩으로서, 액츄에이터의 진동을 제어함으로써 액체를 출력하고; 압력 센서로서, 상기 미세 유체 펌프 칩 출력구 뒤의 파이프라인에 위치하고, 상기 미세 유체 펌프 출력 액체의 압력 변화를 감지함으로써 전기 신호를 출력하고; 신호 조절 회로로서, 상기 전기 신호를 신호 조절을 수행하여, 조절 후의 전기 신호를 획득하는데 사용되고; 신호 수집 회로로서, 상기 조절 후의 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는데 사용되고; 신호 처리 유닛으로서, 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩 및 주입 파이프라인의 작업 상태를 판단하고, 이상 발견 시, 경보 유닛으로 신호를 전달하는데 사용되고; 경보 유닛으로서, 상기 신호에 기초하여 경보를 전달하는데 사용되고; 및 구동 제어 유닛으로서, 상기 신호 처리 유닛의 출력에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩의 출력 상태를 조정하는데 사용됨을 포함한다. 본 발명은 미세 유체 펌프 칩을 정확히 제어할 수 있고, 미세 유체 펌프 칩의 이상 상태를 정밀하게 검출하고 즉시 경보를 제공할 수 있다.

Description

미세 유체 펌프의 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템
본 발명은 의료, 생물, 화학, 농업, 미용, 위생 분야에 관한 것으로, 특히 미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템에 관한 것이다.
미세 유체 펌프 칩은 미세 유체 제어 기술의 중요 구성부분으로, 그 구조가 간단하고, 부피가 가볍고 얇으며, 저주파 작업이고, 에너지 소모가 적은 등의 장점은 의료응용, 생물, 화학, 농업, 미용, 위생 등 방면에 대한 광범위한 잠재성이 있다. 실제 작업 중, 그것과 서로 매칭된 이상 검출 및 제어 시스템은 전체 시스템 중 매우 중요한 구성부분이다. 특히 안전성, 안정성에 대해 높은 기준이 요구되는 응용 방면인 경우, 설비 작업 중 각종 상태는 모두 반드시 모니터링하여, 이상 상태, 예를 들어 파이프라인 경색, 저수기 공백, 펌프 칩 실패, 기포 잔류, 액체 누출 등 수반되는 잠재 위험을 방지해야 한다.
현재, 시중의 전자 주입 펌프는 대부분 기계식 구조를 채용하고, 피스톤 추진의 방식을 사용하여 액체를 수송한다. 푸시로드의 저항을 검출함으로써, 전자 주입 펌프의 부동(不同) 작업 상태를 판단한다. 그러나 피스톤 저항이 존재하므로, 상기 방법은 민감도가 높지 않고, 액체라인에 대해 비교적 큰 누적 압력을 가하게 되어, 경색 제거의 순간에 단시간에 대량의 액체 주입을 야기할 수 있어, 안전 사고의 위험이 있다.
또한, 실리콘 기반 MEMS 기술에 기초한 미세 유체 펌프 칩 내부에는 압력 센서가 집적되어 있다. 상기 방안은 민감도 문제를 해결하였다. 그러나, 칩 내에 집적된 압력 센서가 검출하는 것은 칩 내부 파이프라인의 압력 변화로, 주입 이상은 동시에 칩 외부의 파이프라인에도 발생할 수 있는데, 칩 내부 파이프라인의 압력 변화만을 검출하는 것으로는 부족하고, 부동(不同)한 외부 파이프라인 설계, 심지어 주입 소프트라인의 스윙도 테스트 정확도에 영향을 줄 수 있고, 그러므로, 상기 방안은 전체 시스템의 이상 주입 상태를 정확하게 검출할 수 없다.
종래의 미세 유체 펌프 시스템이 이상 검출 및 정확 제어 방면의 단점에 대해, 본 발명은 미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템을 제공한다. 본 발명방안은 미세 유체 펌프 칩 및 수송 파이프라인의 작업 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 작업 이상 발견 시, 미세 유체 펌프 칩의 작업을 정지하거나 조정하고, 즉시 경보를 제공할 수 있다.
미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템은, 미세 유체 펌프 칩으로서, 액츄에이터의 진동을 제어함으로써 액체를 출력하고; 압력 센서로서, 상기 미세 유체 펌프 칩 출력구 뒤의 파이프라인에 위치하고, 상기 미세 유체 펌프 출력 액체의 압력 변화를 감지함으로써 전기 신호를 출력하고; 신호 조절 회로로서, 상기 전기 신호를 신호 조절을 수행하여, 조절 후의 전기 신호를 획득하는데 사용되고; 신호 수집 회로로서, 상기 조절 후의 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는데 사용되고; 신호 처리 유닛으로서, 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩 및 주입 파이프라인의 작업 상태를 판단하고, 이상 발견 시, 경보 유닛으로 신호를 전달하는데 사용되고; 경보 유닛으로서, 상기 신호에 기초하여 경보를 전달하는데 사용되고; 및 구동 제어 유닛으로서, 상기 신호 처리 유닛의 출력에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩의 출력 상태를 조정하는데 사용되는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 미세 유체 펌프 칩은 액츄에이터, 펌프 챔버, 연결 기구, 입구 밸브 및 출구 밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 펌프 챔버는 액체 통과를 제공하고, 상기 액츄에이터는 구동소스일 수 있다.
바람직하게는, 상기 압력 센서는 압력민감성 재료, 배리어 레이어, 상부 덮개, 저부(底部) 덮개 및 센싱 챔버로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 압력 센서는 별도의 챔버에 설치되거나, 수송 파이프라인에 파이프라인의 일 부분으로 집적될 수 있다.
바람직하게는, 복수의 압력 센서를 집적할 수 있고, 미세 유체 펌프 칩 입력 개구 앞, 미세 유체 펌프 칩 중(中), 미세 유체 펌프 칩 출력 개구 뒤에 위치하고, 이에 따라 전체 액체 라인에 대한 모니터링을 수행할 수 있다.
상기 신호 처리 유닛은 분석 모듈, 판단 모듈 및 출력 모듈을 더 포함할 수 있고, 상기 분석 모듈은 상기 디지털 신호를 분석함으로써 상기 전기 신호가 반영하는 액체 압력값을 획득할 수 있고, 상기 판단 모듈은 상기 압력값에 기초하여 상기 미체 유체 펌프 칩 및 출력 파이프라인이 어떤 작업 상태에 있는지를 판단할 수 있고, 이상 발생 시, 상기 출력 모듈은 상기 경보 유닛으로 출력 신호를 출력할 수 있고, 상기 이상은 파이프라인 경색, 저수기 공백(empty), 펌프 칩 실패(failure), 기포 잔류 및 액체 누출을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 경보 유닛의 경보 방식은 모니터 경보, 점등 경보, 진동 경보 및 발성(發聲) 경보를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 경보 유닛은 무선 전송 모듈을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 노이즈 필터링 모듈을 더 포함하고, 상기 노이즈 필터링 모듈은 동잡음 간섭을 필터링하는데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동 제어 유닛은 상기 신호 처리 모듈의 출력에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩으로 출력되는 상기 구동 신호의 파라미터를 조정하고, 상기 파라미터는 구동 신호 전압값, 구동 신호 주파수 및 구동 신호 듀티비(duty ratio)를 포함할 수 있다.
본 발명은 이하의 유익한 효과를 가진다: 본 발명의 이상 상태 검출 및 제어 시스템을 통해, 미세 유체 펌프 칩은 정확히 제어할 수 있고, 그 이상 상태는 정교하게 검출하여 즉시 경보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유체 펌프의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 유닛의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 제어 유닛의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 경보 유닛의 구조도이다.
도 7(a), 7(b), 7(c)는 본 발명의 3가지 종류의 노이즈 필터링 모듈의 노이즈 필터링의 파형도이다.
아래에서 실시예를 통해 본 발명에 대해 진일보하게 설명하는데, 그 목적은 본 발명의 연구 내용을 더 잘 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 제한하지 않는다.
아래에서 첨부 도면을 결합하여 본 발명의 미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 그 시스템의 구조를 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템은 미세 유체 펌프 칩(1), 압력 센서(2), 신호 조절 회로(3), 신호 수집 회로(4), 신호 처리 유닛(5), 구동 제어 유닛(6) 및 경보 유닛(7)을 포함한다. 아래에서 각 부분에 대해 상세히 설명한다.
미세 유체 펌프 칩(1)은, 액츄에이터의 진동을 제어함으로써 액체를 출력한다. 미세 유체 펌프 칩(1)의 구조는 도 2에 도시된 바와 같고, 주로 액츄에이터(11), 펌프 챔버(14), 연결 기구(15) 입구 밸브(12) 및 출구 밸브(13)로 구성된다. 미세 유체 펌프 칩(1)은 액츄에이터(11)를 구동소스로 채용하고, 구동 제어 유닛(6)이 출력하는 구동 신호 하에, 진동을 생성한다. 액츄에이터는 압전 세라믹스(Piezoelectric Ceramics), 자기변형 디바이스, 열변형 디바이스, 형상기억 합금을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 미세 유체 펌프 칩(1)은 도선 그룹(1a) 및 구동 제어 유닛(6)을 통해 연결된다. 구동 제어 유닛(6)이 생성한 구동 신호가 미세 유체 펌프 칩(1)에 로드되는 경우, 액츄에이터(11)는 진동을 발생시키고, 연결 기구(15)를 통해, 직간접적으로 펌프 챔버(14)의 용적을 변형시키고, 동시에, 입구 밸브(12) 및 출구 밸브(13)는 교대로 개폐되고, 이에 따라 액체를 출력한다. 도면 중 화살표는 액체의 유동 방향을 의미하고, 펌프 챔버(14)는 액체 유통을 공급한다.
압력 센서(2)는 미세 유체 펌프 칩(1)의 출력 개구 뒤에 설치되고, 파이프라인(3a)을 통해 서로 연결된다. 압력 센서(2)의 구조는 도 3에 도시된 바와 같고, 주로 압력민감성 재료(21), 배리어 레이어(22), 상부 덮개(23), 저부 덮개(24) 및 센싱 챔버(25)로 구성된다. 액체는 미세 유체 펌프 칩(1)으로부터 출력되고, 파이프라인(3a)을 통해 압력 센서(2)로 유동한다. 파이프라인(3a)은 특수 설계를 거친 채널이고, 액체가 외계(outer space) 및 저항에 의해 돌발적으로 생산된 간섭을 감소시키거나 제거할 수 있다. 상기 부분의 설계는 특수한 미세 파이프라인, 유체 저항 장치 및 압력 평활 장치를 포함하나 이에 국한되지는 않는다. 압력 센서(2)는 파이프라인(3a)에 연결되고, 액체 유동이 센싱 챔버(25)를 거칠 때, 액체 압력의 변화는 배리어 레이어(22)를 통해 압력민감성 재료(21)에 작용한다. 상기 배리어 레이어(22)는 연성 재료로, 액체를 차단할 수 있고, 동시에 액체 압력이 생성하는 미세 변형에 대응하여 압력을 압력민감성 재료(21)로 전달할 수 있다. 압력민감성 재료(21)는 일종의 특수한 재료로, 그것이 기계 변형을 일으키는 경우, 예를 들어, 압출, 인장, 절단, 뒤틀림 등, 그 전기적 성능에 변화가 발생하고, 전기적 성능은 전기 저항, 전기 용량, 인덕턴스, 전하 등을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 압력 센서(2)의 압력민감성 재료(21)는 압력민감성 전기 저항, 압전 재료 등을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 압력민감성 재료(21)가 압력을 감지한 후, 그 전기적 성능에 변화가 발생한다. 동시에, 저부 덮개(24)가 채용하는 것은 강성 재료이므로, 센싱 챔버(25)는 부동(不同)한 압력 하에서 챔버 크기에는 현저한 변화가 발생하지 아니하고, 그러므로, 압력민감성 재료(21)에 작용하는 압력은 액체 내부의 압력을 정확하게 반영할 수 있다. 압력민감성 재료(21)는 상기 미세 유체 펌프 칩(1)이 출력하는 액체 부피의 변화를 감지하고, 전기 신호를 출력한다. 압력 센서(2) 및 신호 조절 회로(3)는 도선 그룹(2a)을 통해 서로 연결되고, 이에 따라 출력 신호는 신호 조절 회로(3)로 전송된다.
상술한 바와 같이, 미세 유체 펌프 칩(1)은 압력차의 방식에 기초하여 액체를 수송하는 것이고, 구동 신호의 작용 하에, 펌프 챔버(14)는 교대로 팽창 및 수축하고, 동시에 입구 밸브(12) 및 출구 밸브(13)는 교대로 개폐되고, 액체는 압력의 변화 하에 수송을 수행한다. 그러므로, 액체 내부 압력값의 변화는, 미세 유체 펌프 칩의 부동(不同) 상태를 반영할 수 있다.
신호 조절 회로(3)는 압력 센서(2)를 변화시킨 전기적 성능을 변환, 증폭, 필터링 및 임피던스 매칭하여, 조절 후의 전기 신호를 획득하는데 사용된다. 압력 센서(2)는 압력민감성 재료(21)에 기초하여 압력 작용 하에 전기적 성능의 변화를 생성하고, 첫 번째 단계는 변환 회로를 통해 그 전기적 성능의 변화를 전압 신호의 변화로 변환할 필요가 있다. 압력민감성 전기 저항은 압력의 작용 하에 전기 저항값의 변화가 발생할 수 있고, 그 변환 회로는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)의 방법을 채용하여 전기 저항값의 변화를 전압 신호 변화로 변환한다. 또한, 압력민감성 전기 저항을 바로 연산 증폭 회로 중의 하나의 전기 저항으로 삼을 수도 있고, 이에 따라 증폭 및 전압 변환을 일체로 달성한다. 기타 실시예에 있어서, 상기 압력민감성 재료는 압전 재료일 수 있고, 압전 재료는 압력 변화의 상황 하에서, 출력한 신호를 바로 전압 신호가 되므로, 상응하는 변환 회로를 필요로 하지 않는다.
본 발명의 압력 센서(2)는 광학 압력 센서일 수도 있고, 광학 압력 센서의 주요 원리는 압력이 광 섬유 또는 광 격자(래스터)에 작용하여, 광의 굴절에 편향을 발생시키거나 광 강도에 변화를 발생시키고, 광민감성 재료를 통해 광학 신호를 전기 신호로 변환하고, 이에 따라 압력값을 획득한다. 이러한 환경 하에서도 상응하는 변환 회로는 불필요하다.
상기 전압 신호는 종종 하나의 미세 신호인데, 신호 증폭 회로의 그것에 대한 증폭을 필요로 하고, 그것이 후단 신호 수집 회로의 측정 범위에 도달하도록 한다. 신호 필터링 회로는 주로 노이즈 필터링에 사용되고, 일정 작업 주파수의 신호만을 통과시킨다. 임피던스 매칭 회로는 센서 출력 저항 및 후단 신호 수집 회로의 입력 저항을 매칭시키고, 신호 왜곡을 방지하는데 사용된다. 신호 조절 회로(3)는 임의의 공지된 신호 조절 기능을 수행할 수 있는 회로를 채용할 수 있다.
신호 수집 회로(4)는 상기 조절 후의 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는데 사용된다. 구체적으로, 신호 수집 회로의 예로는 A/D 변환기가 있다.
신호 처리 유닛(5)은 신호 수집 회로(4)가 출력한 상기 디지털 신호에 기초하여 미세 유체 펌프 칩 및 주입 파이프라인의 작업 상태를 판단하고, 구동 제어 유닛(6)을 통해, 구동 전압, 구동 파형 주파수 및 파형 듀티비 등 방식을 조절하고, 미세 유체 펌프 칩을 제어하여 그 출력 특성을 조정한다. 고장 및 이상 발생 후, 예를 들어 경색, 펌프체 실패, 전체 미세 유체 펌프 칩 작업을 조정하거나 중지하고, 경보를 제공한다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 신호 처리 유닛(5)은 분석 모듈(51), 판단 모듈(52) 및 출력 모듈(53)을 진일보하게 포함한다.
여기에서, 분석 모듈(51)은 상기 디지털 신호를 알고리즘 분석함으로써 전기 신호가 반영하는 액체 압력값을 획득한다. 통상의 기술자는 공지의 알고리즘 또는 방법을 채용하여 상기 분석 단계를 수행할 수 있다.
판단 모듈(52)은 상기 압력값과 대응되는 미세 유체 펌프의 각종 작업 상태를 판단한다. 미세 유체 펌프 칩(1)은 정해진 양과 정해진 시간에 출력하는 유체의 칩으로, 액체는 파이프라인을 거쳐 주입되는 과정에 있어서, 그 압력 변화는 규칙적인 압력 변화 곡선을 이룬다. 따라서 압력값이 때때로 변화하는 특징값은 미세 전류 펌프 칩 및 파이프라인의 작업 상태와 대응될 수 있고, 구체적으로 다음과 같다.
파이프라인 경색의 상황이 발생한 후, 매회 펌프 칩의 작업은 압력의 증가를 발생시키는데, 단 압력의 감쇠 곡선은 현저히 완만해지고, 그 정태(static) 압력을 분석할 때 압력이 지속적으로 증가하는 상황이 발생한다.
저수기 공백 시, 저수기는 부분적으로 부압을 생성하므로, 상기 부압은 미세 유체 펌프 칩 출력 시의 압력과 상쇄되고, 압력 신호는 점차 감소하는 추세를 반영하고, 이는 최종적으로 극히 작은 동태(dynamic) 압력 신호로 변화할 때까지 반복한다.
펌프 실패의 상황이 발생한 후, 압력 센서는 미세 유체 펌프 칩이 매회 작업 시 발생하는 압력 변화를 감지할 수 없고, 압력 신호는 불변하는 하나의 직선 신호를 반영한다.
기포 잔류 시, 공기의 압축 가능성이 액체보다 대폭 증가하기 때문에, 압력값의 변화 진폭은 정상 작업 시의 진폭보다 작고, 압력값의 주파수 구성 특징도 상이하다. 동시에, 시스템 작업의 초기에 존재하는 공기 배출의 과정을 고려하여, 상기 상태의 모니터링은 반드시 일정한 타임 윈도우를 설치해야 하고, 기포가 일정한 타임 윈도우 내에서 배출되는 경우, 기포 잔류로 표시하지 않는다. 지속적으로 타임 윈도우를 초과하는 상황이 발생하는 경우에만, 경보를 촉발한다.
액체 누출 시, 정태 압력값은 완만히 하강한다. 동시에 펌프 칩 출력 액체가 대동하는 동태 압력 변화도 빠르게 하강한다. 또한 부동(不同) 위치의 액체 누출, 동태 압력 변화의 추세도 차이가 발생한다.
또한, 압력 센서를 이상 검출 센서로 사용함에 있어 한 가지 문제는 외계의 운동 간섭이다. 시스템이 운동하는 물체에서 이동 또는 작업 중인 경우, 외계의 진동도 압력 변화에 반영될 수 있다. 시스템이 압력 변화를 분별할 수 없는 경우, 액체 파이프라인 및 펌프체의 작업 상태 변화는 여전히 외계의 간섭이다. 상기 문제는 압력 센서를 채용하는 방안에 있어 하나의 난점이다. 본 시스템에 있어서, 운동 노이즈 간섭을 필터링하는데 사용되는 노이즈 필터링 모듈을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 노이즈 필터링 모듈은 폐루프 제어 원리를 채용하여 운동 노이즈를 필터링할 수 있다. 구체적으로, 미세 유체 펌프 폐루프 시스템의 신호는 신호 처리 유닛에서 구동 제어 유닛으로 발송된다. 동시에, 상기 신호도 운동 노이즈를 제거하는 파라미터 신호가 된다. 압력 센서가 수집한 신호 및 파라미터 신호를 합성하고, 파라미터 신호가 유효한 경우의 압력 신호만을 주목한다. 이와 같이, 펌프 칩 작업 시 압력 신호가 발생하는 경우에만 분석을 수행하고, 기타의 노이즈 신호는 필터링되고, 도 7(a)에 도시된 바와 같다.
다른 일 실시예에 있어서, 노이즈 필터링 모듈은 운동 센서를 더 채용하여 운동 노이즈를 필터링할 수 있다. 시스템 중 운동 센서를 집적한다. 운동 센서가 수집한 신호를 처리 및 노멀라이즈한 후, 압력 센서가 수집한 신호와 함께 감산(subtract)한다. 이렇게 압력 신호 중의 외계 운동이 수반한 간섭 신호는 제거되고, 잔류한 신호는 펌프 칩 작업 시 발생하는 압력 신호가 되고, 도 7(b)에 도시된 바와 같다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 노이즈 필터링 모듈은 더블 압력 센서의 방안을 더 채용할 수 있다. 파이프라인의 부동(不同) 위치에는 2개의 압력 센서를 둔다. 2개의 압력 센서의 상대 위치는 고정적이므로, 펌프 칩이 생성하는 압력 신호가 파이프라인에 전달되는 시간차는 고정적인 것이므로, 이 신호는 2개의 압력 센서에서 고정적인 위상차를 가진다. 운동이 생성하는 간섭 신호는 2개의 압력 센서에 동시에 영향을 미치므로, 간섭 신호는 이 고정된 위상차가 존재하지 않고, 그러므로 간단한 신호 처리 방법을 통해 펌프 칩 작업이 생성한 압력 신호를 추출할 수 있고, 도 7(c)에 도시된 바와 같다.
상기 3종 실시방식은 동시에 사용될 수 있고, 그중 일종 또는 2종 방식이 사용될 수도 있다.
출력 모듈(53)은 판단 결과에 기초하여 신호를 출력한다. 상기 출력 신호는 주로 DO 신호, Enable(인에이블) 신호 및 Sig(구동 파형) 신호를 포함한다. 여기에서, DO 신호는 구동 신호 전압값을 조정하는데 사용되고, Enable 신호는 구동 회로를 개폐하는데 사용되고, Sig 신호는 구동 신호의 형상, 주파수값 및 듀티비를 조정하는데 사용된다.
구동 제어 유닛(6)은 상기 출력 신호에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩(1)으로 출력되는 구동 신호를 조정함으로써, 상기 미세 유체 펌프 칩(1)의 출력 상태를 제어하는데 사용된다. 구동 제어 유닛(6)은 주로 구동 신호의 3가지 파라미터를 제어하는데, 전술한 바와 같이, 구동 신호 전압값, 구동 신호 주파수, 구동 신호 듀티비로 구분되고, 이 3개의 파라미터를 통해 실시간으로 미세 유체 펌프 칩(1)의 출력 상태를 제어한다.
구동 제어 유닛(6)의 구조도는 도 5에 도시된 바와 같고, 구동 제어 유닛(6)은 고압 구동 회로(61), 승압 전원(62), 전기 저항 분배기 네트워크(63) 및 인에이블 스위치(64) 등의 부분을 포함한다. 아래에서 도 5에 기초하여 신호 처리 유닛의 3그룹 출력 신호에 기초한 구동 신호 3개 파라미터 제어를 설명한다.
구동 신호의 진폭값은 이하와 같이 조정되는 것이다. 신호 처리 유닛(5)의 DO 신호(55)는 전기 저항 분배기 네트워크를 조절하고, 주로 2가지 방법에 의한다: 제1 방법은 조절 가능 전기 저항을 사용하는 것으로, DO 신호는 조절 가능 전기 저항의 전기 저항값을 직접 제어한다. 제2 방법은 하나의 조절 가능한 전압을 출력함으로써, 상기 전압은 전기 저항 분배기 네트워크(63)의 레퍼런스 전압인 신호 그라운드(signal ground)를 대체한다. 이 2가지 방법은 단독으로 사용될 수 있고, 결합 사용될 수도 있으므로, 이에 따라 더 정교한 제어를 달성한다. 분배기 전기 저항 네트워크(63)의 조정을 통해, 승압 전원(62) 내부의 피드백 회로를 거치고, 이에 따라 승압 전원(62)의 출력 전압을 조절하고, 최종적으로 구동 신호 진폭값을 제어한다.
신호 처리 유닛(5)은 Enable 신호(58)를 통해 인에이블 스위치(64)에 연결되어 승압 전원(62) 및 고압 구동 회로(61)의 인에이블을 제어한다. 구체적으로, Enable 신호는 인에이블 스위치(64)를 제어하고, Enable 신호가 폐쇄를 나타내는 경우, 승압 회로 및 고압 구동 회로는 작업을 중지하고, 이에 따라 출력 신호는 0레벨이 되도록 한다. Enable 신호가 개방을 나타내는 경우, 승압 회로 및 고압 구동 회로는 정상 작업한다.
신호 처리 유닛(5)의 Sig 신호(56)는 구동 신호 주파수 및 듀티비를 제어하고, Sig 신호는 구동 제어 유닛(6)의 입력 레퍼런스 신호이고, 상기 신호는 출력 신호 High Voltage Out+/-(65)의 신호 주파수 및 듀티비를 결정한다. Sig 신호는 임의의 파형을 지원하고, 파형은 방형파, 삼각파, 사인파 등을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
출력 신호 High Voltage Out+/-(67)은 한 쌍의 신호로, 미세 유체 펌프 칩(1)의 액츄에이터와 서로 연결된다. 본 실시예에 있어서, 출력 신호는 한 쌍의 위상차가 180도인 동일 소스 신호이다. 상기 그룹 신호의 생성 방식은 다음과 같다: 싱글 단(single end) Sig 신호는 우선 하나를 둘로 나누고, 여기에서 한 라인은 인버터(65)로 연결하고, 이 싱글 단Sig 신호는 한 쌍의 위상차가 180도인 신호 Input+/-66으로 변화한다. 미세 유체 펌프 칩의 액츄에이터가 High Voltage Out+ 및 High Voltage Out-를 연결하는 경우, 양의 레벨-음의 레벨 출력을 지원할 수 있다. 미세 유체 펌프 칩의 액츄에이터가 High Voltage Out+ 및 그라운드 신호를 연결할 때, 양의 레벨-그라운드 출력을 지원할 수 있다.
동시에, High Voltage Out+/-(67)도 임의 위상차의 비대칭 신호를 지원할 수 있고, 이때, Sig 신호는 싱글 단 신호에서 더블 단 신호로 변화하고, 각각의 신호의 파형, 위상, 진폭은 모두 실제 필요에 따라 조정될 수 있고, 이에 따라 출력 신호 High Voltage Out+/-(67)에서 임의의 구동 파형의 출력을 달성하고, 이에 따라 미세 유체 펌프 칩의 액츄에이터는 더 유연한 제어를 달성한다.
구동 신호 진폭값은 미세 유체 펌프 칩(1)의 액츄에이터(11)의 진동 정도를 제어할 수 있고, 이에 따라 미세 유체 펌프 칩(1)의 출력의 압력 및 유량을 변화시킬 수 있다. 구동 신호의 주파수는 단위 시간 내 액츄에이터(11) 작업의 횟수와 대응된다. 신호 듀티비는 미세 유체 펌프 칩(1) 작업 및 비(非) 작업의 시간 비율과 대응된다. 신호 처리 유닛(5)이 전달한 신호에 기초하여, 구동 제어 유닛(6)은 상기 3가지 파라미터 중의 임의의 하나 또는 둘 이상을 조정하고, 미세 유체 펌프 칩(1)의 출력 상태를 실시간으로 제어한다.
신호 처리 유닛(5)이 이상 발생을 판단한 후, 즉 미세 유체 펌프 칩 또는 수송 파이프라인 상태 이상 시, 경보 유닛(7)은 경보를 발송한다. 경보 방식은 다음을 포함하나 이에 제한되지는 않는다: 진동 경보, 발성 경보, 점등 경보, 액정 모니터 이상 정보 제시. 동시에 무선 전송 모듈(71)을 통해 제어 터미널로 되고, 제어 터미널은 동시에 경보를 제공한다. 또한 무선 전송 모듈을 통한 인터넷에 대한 발송을 통해, 원격 경보를 달성할 수도 있다.
또한, 폐루프 제어인 본 시스템은 어떠한 고장 제거의 기능을 더 달성할 수 있다. 이상 발생이 검출된 후, 신호 처리 유닛은 3개의 파라미터를 조정할 수 있고, 펌프 칩의 작업 상태를 수정할 수 있고, 이에 따라 고장 제거의 기능을 달성한다. 그것들의 구체적인 실시 방법은 다음과 같다:
경색 발생이 검출된 후, 우선 구동 신호의 진폭값을 제고하고, 펌프 칩의 출력 압력을 제고하고, 압력 센서가 액체 압력이 우선 승압 후 지속적으로 하강하는 것을 검출한 경우, 이는 이때 경색 상황이 제거되었음을 의미하고, 출력 압력은 정격값으로 회귀한다. 하강하지 않는 경우, 지속적으로 구동 신호의 진폭값이 증가하고, 경색 상황이 해제될 때까지 반복된다. 최고 진폭값임에도 여전히 경색이 검출되지 않는 경우, 이는 고장 제거가 실패했음을 의미한다.
기포 잔류가 검출되는 경우, 구동 신호 진폭값 및 구동 신호 주파수를 동시에 제고할 수 있고, 이때 펌프 칩의 출력 유량은 증가하고, 액체 운동을 가속화하고 기포를 추동하여 그것이 배출되도록 한다.
명백하게, 통상의 기술자는, 이상의 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라는 점을 당연히 인식할 것이고, 본 발명의 실질적인 정신 범위 내라면, 이상 상기 실시예에 대한 변화, 변형은 모두 본 발명의 청구범위 범위 내에 속한다.

Claims (10)

  1. 미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템에 있어서,
    미세 유체 펌프 칩으로서, 액츄에이터의 진동을 제어함으로써 액체를 출력하고;
    압력 센서로서, 상기 미세 유체 펌프 칩 출력구 뒤의 파이프라인에 위치하고, 상기 미세 유체 펌프 출력 액체의 압력 변화를 감지함으로써 전기 신호를 출력하고;
    신호 조절 회로로서, 상기 전기 신호를 신호 조절을 수행하여, 조절 후의 전기 신호를 획득하는데 사용되고;
    신호 수집 회로로서, 상기 조절 후의 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는데 사용되고;
    신호 처리 유닛으로서, 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩 및 주입 파이프라인의 작업 상태를 판단하고, 이상 발견 시, 경보 유닛으로 신호를 전달하는데 사용되고;
    경보 유닛으로서, 상기 신호에 기초하여 경보를 전달하는데 사용되고; 및
    구동 제어 유닛으로서, 상기 신호 처리 유닛의 출력에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩의 출력 상태를 조정하는데 사용됨
    을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세 유체 펌프 칩은 액츄에이터, 펌프 챔버, 연결 기구, 입구 밸브 및 출구 밸브를 더 포함하고, 상기 펌프 챔버는 액체 통과를 제공하고, 상기 액츄에이터는 구동소스인 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압력 센서는 압력민감성 재료, 배리어 레이어, 상부 덮개, 저부(底部) 덮개 및 센싱 챔버로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력 센서는 별도의 챔버에 설치되거나, 수송 파이프라인에 파이프라인의 일 부분으로 집적되는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    복수의 압력 센서를 집적할 수 있고, 미세 유체 펌프 칩 입력 개구 앞, 미세 유체 펌프 칩 중(中), 미세 유체 펌프 칩 출력 개구 뒤에 위치하고, 이에 따라 전체 액체 라인에 대한 모니터링을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은 분석 모듈, 판단 모듈 및 출력 모듈을 더 포함하고, 상기 분석 모듈은 상기 디지털 신호를 분석함으로써 상기 전기 신호가 반영하는 액체 압력값을 획득하고, 상기 판단 모듈은 상기 압력값에 기초하여 상기 미체 유체 펌프 칩 및 출력 파이프라인이 어떤 작업 상태에 있는지를 판단하고, 이상 발생 시, 상기 출력 모듈은 상기 경보 유닛으로 출력 신호를 출력하고, 상기 이상은 파이프라인 경색, 저수기 공백(empty), 펌프 칩 실패(failure), 기포 잔류 및 액체 누출을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경보 유닛의 경보 방식은 모니터 경보, 점등 경보, 진동 경보 및 발성(發聲) 경보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 경보 유닛은 무선 전송 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    노이즈 필터링 모듈을 더 포함하고, 상기 노이즈 필터링 모듈은 동잡음 간섭을 필터링하는데 사용되는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구동 제어 유닛은 상기 신호 처리 모듈의 출력에 기초하여 상기 미세 유체 펌프 칩으로 출력되는 상기 구동 신호의 파라미터를 조정하고, 상기 파라미터는 구동 신호 전압값, 구동 신호 주파수 및 구동 신호 듀티비(duty ratio)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    미세 유체 펌프에 기초한 주입 이상 상태 검출 및 제어 시스템.
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