基于微流控系统压电微泵驱动方法的研究
发布时间：2021-05-24 03:08
微泵作为微流控系统的动力元件,是衡量微电子机械系统和微流体控制系统发展水平的重要标志。特别是在生物工程和医学临床精确给药治疗的应用推动了微流控系统的发展。如手术过程麻醉的精确给药、糖尿病治疗过程中通过胰岛素泵皮下植入的定时给药、消化道内胶囊靶向治疗给药以及医疗集成微系统组合给药等其核心元件都是微泵系统。此外,在生物、化学分析领域以及一些特殊工业生产及新型产品的中,微泵作为驱动核心起着至关重要的作用。压电泵是微小型流体泵研究的一个主要领域,其具有体积小、能量密度高、流量分辨率高及便于数字化控制等方面的优点。其泵出流量由微泵结构、压电振子特性以及驱动系统驱动信号的形式决定。在机械结构及材料特性确定的条件下,压电振子的驱动信号形式决定着微泵输出微流量的可靠性和稳定性。本论文针对压电微泵驱动机理,对驱动控制系统进行系统研究,以其提高压电微泵输出性能的可靠性和稳定性。具体工作如下:（1）在分析研究压电微泵驱动机理的基础上,确定压电微泵输出流量的机理模型。并且通过ANSYS对压电振子振动模态进行模拟分析,确定影响压电振子挠度变化的驱动信号频率范围。（2）研究分析不同驱动信号在动态条件下对压电振子振...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 微泵驱动技术国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 微泵技术国外发展现状
1.2.2 微泵技术国内发展现状
1.2.3 压电微泵应用现状
1.3 本课题主要研究的内容
1.3.1 本课题的技术路线
1.3.2 主要研究内容
第二章 基于压电振子微泵驱动的机理研究
2.1 压电微泵工作原理
2.1.1 压电泵结构及工作状态
2.1.2 泵体
2.1.3 压电振子
2.1.4 单向阀
2.2 压电振子理论模型
2.2.1 压电振子理论挠度
2.2.2 微泵理论流量
2.2.3 压电振子理论压力
2.3 压电振子振动模态有限元分析
2.3.1 压电振子材料的确定
2.3.2 有限元建模及网格划分
2.3.3 压电振子的模态模拟分析
2.3.4 基于驱动信号输出形式的压电振子挠度变化的模拟分析
2.4 本章小结
第三章 压电微泵流量和脉冲驱动信号形式映射关系机理研究
3.1 压电振子驱动信号
3.2 微泵流量与脉冲驱动信号的映射机理的实验研究
3.2.1 实验设备
3.2.2 实验测试流程
3.3 实验结果及分析
3.3.1 控制信号频率与微泵流量关系
3.3.2 控制信号电压与微泵流量关系
3.4 本章小结
第四章 驱动控制系统设计
4.1 驱动系统设计参数要求
4.2 驱动系统硬件
4.3 驱动硬件设计
4.3.1 逆变模块
4.3.2 主控模块
4.3.3 采集反馈模块
4.3.4 电源及辅助模块
4.4 印制电路板(PCB)设计
4.5 驱动程序软件设计
4.6 本章小结
第五章 驱动系统仿真及实验验证
5.1 驱动系统软件仿真
5.2 输出信号验证
5.3 驱动器与微泵配合实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 本文创新之处
6.3 展望
参考文献
附录:驱动系统程序
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同激励信号驱动下压电泵的输出性能[J]. 李定华,贾君瑞,李彦霖,黄俊. 排灌机械工程学报. 2017(11)
[2]一种无阀压电微泵设计与分析[J]. 赵远方,陈正阳. 科技创新与应用. 2017(19)
[3]Photocontrol of fluid slugs in liquid crystal polymer microactuators[J]. Science Foundation in China. 2016(04)
[4]基于无阀压电微泵控制的微流控液体变色眼镜[J]. 张敏,李松晶,蔡申. 吉林大学学报(工学版). 2017(02)
[5]基于微生物代谢成分的电化学多参数检测平台微泵设计[J]. 徐莹,胡正添,郭淼. 传感技术学报. 2015(01)
[6]利用压电微泵驱动和脉动混合可控合成金纳米粒子[J]. 赵天,杨志刚,刘建芳,刘国君,王浩,李思明. 光学精密工程. 2014(04)
[7]压电振子对压电泵极限输出压力的影响[J]. 吴越,杨志刚,刘勇,王兴元,刘磊. 西安交通大学学报. 2013(04)
[8]无阀压电泵用平面锥管内部流动特性[J]. 何秀华,禚洪彩,杨嵩,邓志丹,李富. 排灌机械工程学报. 2012(05)
[9]应用自控微泵皮下镇痛治疗重度癌痛的临床观察[J]. 刘炜,杨晓琳,梁靖,张兴会. 中国老年学杂志. 2011(17)
[10]收缩管/扩张管型无阀压电微泵的动态特性研究[J]. 蒋丹,李松晶,杨平. 工程力学. 2011(03)
博士论文
[1]DNA生物传感器及其在微流控芯片实验室中的应用研究[D]. 张从晓.北京理工大学 2015
[2]面向微流控系统的PDMS平面微阀微泵研究及应用[D]. 倪君辉.东华大学 2011
[3]压电式及薄膜式电—气转换器技术与应用研究[D]. 李东明.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]压电驱动式胰岛素泵的理论与实验研究[D]. 王浩.吉林大学 2014
[2]双腔压电胰岛素泵的设计理论与关键技术研究[D]. 潘笛站.吉林大学 2013
[3]压电叠堆泵的设计与实验研究[D]. 袁欣.南京航空航天大学 2011
[4]收缩管/扩张管型无阀压电泵的研究[D]. 袁又春.南京航空航天大学 2006
本文编号：3203441
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 微泵驱动技术国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 微泵技术国外发展现状
1.2.2 微泵技术国内发展现状
1.2.3 压电微泵应用现状
1.3 本课题主要研究的内容
1.3.1 本课题的技术路线
1.3.2 主要研究内容
第二章 基于压电振子微泵驱动的机理研究
2.1 压电微泵工作原理
2.1.1 压电泵结构及工作状态
2.1.2 泵体
2.1.3 压电振子
2.1.4 单向阀
2.2 压电振子理论模型
2.2.1 压电振子理论挠度
2.2.2 微泵理论流量
2.2.3 压电振子理论压力
2.3 压电振子振动模态有限元分析
2.3.1 压电振子材料的确定
2.3.2 有限元建模及网格划分
2.3.3 压电振子的模态模拟分析
2.3.4 基于驱动信号输出形式的压电振子挠度变化的模拟分析
2.4 本章小结
第三章 压电微泵流量和脉冲驱动信号形式映射关系机理研究
3.1 压电振子驱动信号
3.2 微泵流量与脉冲驱动信号的映射机理的实验研究
3.2.1 实验设备
3.2.2 实验测试流程
3.3 实验结果及分析
3.3.1 控制信号频率与微泵流量关系
3.3.2 控制信号电压与微泵流量关系
3.4 本章小结
第四章 驱动控制系统设计
4.1 驱动系统设计参数要求
4.2 驱动系统硬件
4.3 驱动硬件设计
4.3.1 逆变模块
4.3.2 主控模块
4.3.3 采集反馈模块
4.3.4 电源及辅助模块
4.4 印制电路板(PCB)设计
4.5 驱动程序软件设计
4.6 本章小结
第五章 驱动系统仿真及实验验证
5.1 驱动系统软件仿真
5.2 输出信号验证
5.3 驱动器与微泵配合实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 本文创新之处
6.3 展望
参考文献
附录:驱动系统程序
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同激励信号驱动下压电泵的输出性能[J]. 李定华,贾君瑞,李彦霖,黄俊. 排灌机械工程学报. 2017(11)
[2]一种无阀压电微泵设计与分析[J]. 赵远方,陈正阳. 科技创新与应用. 2017(19)
[3]Photocontrol of fluid slugs in liquid crystal polymer microactuators[J]. Science Foundation in China. 2016(04)
[4]基于无阀压电微泵控制的微流控液体变色眼镜[J]. 张敏,李松晶,蔡申. 吉林大学学报(工学版). 2017(02)
[5]基于微生物代谢成分的电化学多参数检测平台微泵设计[J]. 徐莹,胡正添,郭淼. 传感技术学报. 2015(01)
[6]利用压电微泵驱动和脉动混合可控合成金纳米粒子[J]. 赵天,杨志刚,刘建芳,刘国君,王浩,李思明. 光学精密工程. 2014(04)
[7]压电振子对压电泵极限输出压力的影响[J]. 吴越,杨志刚,刘勇,王兴元,刘磊. 西安交通大学学报. 2013(04)
[8]无阀压电泵用平面锥管内部流动特性[J]. 何秀华,禚洪彩,杨嵩,邓志丹,李富. 排灌机械工程学报. 2012(05)
[9]应用自控微泵皮下镇痛治疗重度癌痛的临床观察[J]. 刘炜,杨晓琳,梁靖,张兴会. 中国老年学杂志. 2011(17)
[10]收缩管/扩张管型无阀压电微泵的动态特性研究[J]. 蒋丹,李松晶,杨平. 工程力学. 2011(03)
博士论文
[1]DNA生物传感器及其在微流控芯片实验室中的应用研究[D]. 张从晓.北京理工大学 2015
[2]面向微流控系统的PDMS平面微阀微泵研究及应用[D]. 倪君辉.东华大学 2011
[3]压电式及薄膜式电—气转换器技术与应用研究[D]. 李东明.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]压电驱动式胰岛素泵的理论与实验研究[D]. 王浩.吉林大学 2014
[2]双腔压电胰岛素泵的设计理论与关键技术研究[D]. 潘笛站.吉林大学 2013
[3]压电叠堆泵的设计与实验研究[D]. 袁欣.南京航空航天大学 2011
[4]收缩管/扩张管型无阀压电泵的研究[D]. 袁又春.南京航空航天大学 2006
本文编号：3203441
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