无阀微流控闭环调焦系统特性研究

发布时间：2020-03-29 05:02

【摘要】：近年来,以液体作为主要工作介质的液体光学系统成为微流控技术一个重要发展方向。液体光学系统是由液体材料制作而成的、通过控制外部形状或改变内部折射率来改变光线折射路径,从而实现变焦、折射等光学功能。由于相对传统固体镜头具有体积小、能耗低、响应速度快、无磨损、精确度高等优点,液体光学系统可以被应用在很多对尺寸、重量、能耗具有较高要求的领域。作为一种新兴的液体镜头,压力控制型液体镜头需要对液体体积进行精确控制,而目前大多数不具备高精度传感器的微流控系统都是以开环控制为主,其精度难以满足液体变焦镜头的要求。 本课题提出了一种以无阀压电微泵为核心工作元件,以高精度激光位移传感器为测量和反馈元件,以计算机、D/A输出模块和压电陶瓷驱动电源组成控制元件的微流控闭环调焦系统。 本文对无阀压电微泵特性的数学模型、盛放被控液体的容积的数学模型以及有限元分析的数学原理进行了研究,得出了无阀压电微泵的基本方程、微调焦装置弹性薄膜挠度与体积变化之间的数学关系。基于ANSYS软件对无阀压电微泵中的振动薄膜和微调焦装置进行有限元分析,研究了闭环系统中无阀压电微泵振动薄膜挠度与泵腔体积变化量之间的数学模型、振动薄膜的弹性刚度以及微调焦装置弹性薄膜与体积变化量之间的数学关系;根据无阀压电微泵的数学模型,基于MATLAB/Simulink软件建立了仿真模块,并在多种条件下对微泵的特性和双泵、多泵系统进行了特性仿真。 基于理论分析和仿真结果,本课题对于微泵和双泵系统的静态和闭环动态特性进行了试验研究。研究压电陶瓷振动薄膜特性和微泵的最佳工作频率以及闭环调焦系统特性,实现了对微量液体体积的闭环精确控制,使该系统具备了可变焦液体镜头的基本特性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH137.7

【参考文献】

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本文编号：2605490