[發明專利]利用壓電陶瓷驅動的多功能流體分配系統及其驅動方法

有效

• 申請號: 201610171546.2
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105822527B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 鄧玉林;張德雨;李曉瓊;高嘉海
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F04B43/04
• 分類號: F04B43/04;F04B53/10;F04B49/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 付雷杰,仇蕾安

技術領域

本發明屬于壓電陶瓷領域，具體涉及一種利用壓電陶瓷驅動的多功能流體分配系統及其驅動方法。

背景技術

目前市場上應用于微流體驅動系統的驅動裝置主要有：注射泵、滲透壓驅動裝置、駐波驅動裝置、壓電陶瓷和MEMS機械驅動裝置等。所述驅動裝置存在的缺點如下：所售注射泵體積過于龐大、較難控制、可靠性較差；所述滲透壓驅動裝置對驅動液體要求較高，應用面較窄；駐波驅動裝置提供的壓力較小，進而引起驅動力較小，并且會造成液體回流；由于壓電陶瓷機械驅動裝置具有體積小、控制精度相對較高、可靠性也相對較高、提供的驅動力相對滲透壓驅動裝置和駐波驅動裝置較高，因此針對微流體驅動系統，目前市場上壓電陶瓷機械驅動裝置的應用廣泛，但該類驅動裝置也存在相應的缺點，如采用振片與單向閥相結合，只能提供單方向的流體驅動；在不提供驅動力時狀態單一，可控性較差；壓電陶瓷驅動系統多為單通路驅動，并不具有多通道驅動的能力；傳統驅動系統的出口與入口固定，降低了驅動系統的靈活性與普適性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種利用壓電陶瓷驅動的多功能流體分配系統及其驅動方法，不僅能夠驅動多個通道，且在不提供驅動力時，狀態可控，而且該系統的出口和入口可根據用戶的需求進行轉換。

實現本發明的具體實施方案為：

一種利用壓電陶瓷驅動的多功能流體分配系統，包括單片機控制系統、信號放大電路及壓電陶瓷驅動的多功能流體分配裝置；壓電陶瓷驅動的多功能流體分配裝置包括N個液體出/入口、N個微型液壓閥、主泵腔及壓電陶瓷片I；微型液壓閥包括壓電陶瓷片II、腔體、柔性薄膜及基板；所述腔體是一蓋狀的圓柱體，且底面設有通孔；壓電陶瓷片II置于腔體的開口上，其與腔體形成的空腔結構，記為液壓腔；柔性薄膜粘結于腔體內底面處并覆蓋通孔；基板是刨面為T字型的圓柱體，基板置于腔體下方，基板的垂直短柱體插入腔體的通孔，基板與柔性薄膜和腔體間的縫隙形成液體通道II；主泵腔是一蓋狀的圓柱型腔體，壓電陶瓷片I覆蓋在主泵腔的頂端，主泵腔的側壁上均勻設有N個通道；N個微型液壓閥環繞布置在主泵腔周圍，N個液體通道II與N個通道對應連通，每一微型液壓閥對應連通一個液體/入口連通；單片機控制系統的輸出信號經信號放大器放大后驅動N個壓電陶瓷片II以不同幅度振動。

進一步地，所述柔性薄膜的材料為OCA光學膠或PDMS。

進一步地，所述信號放大電路為L298N H橋控制電路或信號控制模塊。

進一步地，單片機控制系統為國產STC系列或CC2X30系列的微處理器。

進一步地，所述壓電陶瓷驅動的多功能流體分配裝置通過多層PMMA基于熱鍵合的方式形成多閥主泵腔一體化結構。

一種基于多功能流體分配系統的流體分配系統的流體分配驅動方法，具體步驟如下：

步驟1、在N個微型液壓閥9的腔體25內注滿非壓縮性液體；

步驟2、單片機控制系統對選定的液體出/入口a連通的微型液壓閥的壓電陶瓷片II通入正向脈沖，所述壓電陶瓷片II凸起帶動柔性薄膜凸起，液體出/入口a對應的液體通道II暢通；單片機控制系統向其余N-1個壓電陶瓷片II輸入負向脈沖，N-1個壓電陶瓷片II均下陷帶動對應的柔性薄膜凹下，相應的N-1個液體通道II阻塞；

步驟3，單片機控制系統向主泵腔上的壓電陶瓷片I輸入正向脈沖，液體由于負壓作用從液體出/入口a流入主泵腔；

步驟4，單片機控制系統向液體出/入口a對應的微型液壓閥的壓電陶瓷片II輸入反向脈沖，阻塞液體由液體出/入口a對應的液體通道II流通；

步驟5，單片機控制系統對選定的液體出/入口b連通的壓電陶瓷片II通入正向脈沖，同時對主泵腔的壓電陶瓷片I輸入反向脈沖，液體由液體出/入口b排出，達到液體從液體出/入口a吸入，從液體出/入口b排出的一個過程，記為1個周期。

有益效果：

1.本發明多能提供具有多通道驅動的能力、可控性強、驅動流速控制簡單。

2.傳統驅動系統的出口與入口固定，降低了驅動系統的靈活性與普適性。而本發明實現了一種作為流體閥結構，同時實現微流體任意方向驅動的微流體分配裝置，以及相應的驅動方法。

3.本發明不僅能夠驅動多個通道，且在不提供驅動力時，狀態可控，而且該系統的出口和入口可根據用戶的需求進行轉換。

附圖說明

圖1為多向驅動系統的整體邏輯示意圖。

圖2為微型液壓閥的結構示意圖。

圖3為雙向驅動方式的結構示意圖。

圖4為多方向驅動方式的部分結構示意圖。