[發明專利]一種壓電纖維驅動的液體泵及其控制方法

在審

• 申請號: 202210791969.X
• 申請日: 2022-07-07
• 公開（公告）號: CN114962205A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 黃子鍵;陳松;張杰;程文濤;董文文;羅罕平
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: F04B19/00
• 分類號: F04B19/00;F04B49/06;F04B15/02;F04B17/00;F04B53/10
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本發明屬于壓電泵領域，具體涉及一種壓電纖維驅動的液體泵及其控制方法。從左至右依次連接有左體和右體；所述左體和右體之間設置有壓電振子；所述壓電振子中心相連有輸送管；所述輸送管內部上下對稱設置有兩組慣性裝置；所述輸送管內部設置有滑道；所述滑塊固定在滑道內且與輸送管滑動配合。特色與優勢：功耗低、輸出性能高、可用于高粘度液體或含活性組織的液體泵送。

技術領域

本發明屬于壓電泵領域，具體涉及一種壓電纖維驅動的液體泵及其控制方法。

背景技術

壓電驅動具有結構簡單、功耗低、控制簡單且無電磁干擾等優勢，在微小型液體泵中具有廣泛的應用前景，如中國專利CN200910146813.0提出一種高流量壓電泵，包括殼體和位于所述殼體內的致動器，通過壓電致動器和活塞之間的液力偶合器驅動泵腔產生容積變化，進而實現高流量輸出。當前壓電泵主要為容積式泵，即通過壓電振子驅動泵腔產生體積變化結合閥體動作進而實現流體的泵送，由于壓電振子變形小（需要高頻驅動）以及閥體結構的限制，當前壓電泵在泵送高粘度或具有活體組織的液體時，泵送效果差。

發明內容

針對現有壓電泵的不足，本發明提出一種壓電纖維驅動的液體泵及其控制方法。

本發明采用的技術方案：從左至右依次連接有左體和右體；所述左體和右體之間設置有壓電振子；所述壓電振子中心相連有輸送管；所述輸送管與左體和右體之間均為間隙滑動配合，并配套設置有第二密封圈和第一密封圈，這主要實現液體泵的密封；所述左體內部設置有入口通道，泵送液體從入口通道流入；所述右體內部設置有出口通道，泵送液體從出口通道流出；所述輸送管包括基體和中間通道；所述中間通道位于輸送管內部；所述入口通道、中間通道、出口通道從左至右依次連通。

進一步的，所述壓電振子由驅動用壓電纖維板和金屬基板同心粘接而成；所述驅動用壓電纖維板為環狀，這可以增大壓電振子中心的輸出位移。

進一步的，所述輸送管內部上下對稱設置有兩組慣性裝置，所述慣性裝置由依次相連的第一柔性鉸鏈、閥板、第二柔性鉸鏈、連桿、第三柔性鉸鏈、滑塊組成；所述第一柔性鉸鏈連接閥板和基體；所述輸送管內部設置有滑道；所述滑塊固定在滑道內且與輸送管滑動配合；上下對稱的兩個滑塊通過連接件連接為一體，因此上下對稱的兩個滑塊動作完全同步；所述滑塊為高密度金屬材料加工而成，滑塊質量大于第一柔性鉸鏈、閥板、第二柔性鉸鏈、連桿、第三柔性鉸鏈質量之和；所述滑塊的質量為，第一柔性鉸鏈、閥板、第二柔性鉸鏈、連桿、第三柔性鉸鏈質量之和為，且，這樣可以保證滑塊的慣性足夠帶動閥板動作；對稱的兩個閥板在往復擺動工作過程中不直接接觸，即閥不完全關閉。

進一步的，所述滑塊右部與基體間連接有拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的拉力用于滑塊的復位；所述滑塊為初始位置時，第三柔性鉸鏈位于第二柔性鉸鏈的左部，所述閥板與連桿之間的夾角為β，且30°β45°。

進一步的，對稱的兩個閥板間形成由入口通道向出口通道逐步擴大的擴張口，擴張口的夾角為θ1，且20°θ1 50°。

進一步的，所述壓電振子左表面同心粘結有傳感用壓電纖維板；所述傳感用壓電纖維板為環狀，傳感用壓電纖維板用于感知壓電振子的振動狀態，進而感知壓電振子的振動強度是否滿足液體輸送的強度。工作過程中，當壓電振子的振動強度不足時液體將不能輸送，液體無法填滿輸送管，整一個振動系統的等效質量m將降低，從而使系統的共振頻率增大，將直接改變壓電振子的振動狀態，傳感用壓電纖維板的輸出電壓將產生變化，當傳感模塊感應到傳感用壓電纖維板的輸出電壓突破設定的閾值，控制系統將通過驅動模塊改變壓電振子的驅動電壓和頻率來提高振動強度，進而獲得液體的輸送。

本發明中，壓電振子在周期性交變電壓信號驅動下，產生左右彎曲變形，帶動輸送管左右振動，兩個閥板在滑塊帶動下運動，兩個閥板形成的流阻差改變（擴張口夾角θ轉變），通過兩個閥板形成的流阻差實現液體的輸送。一種壓電纖維驅動的液體泵分為初始狀態、第一工作狀態、第二工作狀態，本實施例的具體工作過程，敘述如下：