复合型蠕动式微泵系统研究

发布时间：2020-03-29 23:26

【摘要】： 微流体控制系统在生物医学设备、化学分析仪器以及生物化学等方面有着广泛的应用,微泵作为微流体输出的载体和控制器得到了越来越广泛的关注。本文通过模拟肠道蠕动的方式,提出了两种利用形状记忆合金(SMA)驱动的蠕动式微泵,实现了从外部进行驱动的差动式(蠕动Ⅰ型)及从内部驱动的内部膨胀式(蠕动Ⅱ型)两种蠕动泵。目前微泵研究领域中还没有对复合型输注微泵的研究报道,已有的其他微泵研究成果也存在驱动电压高、输出方式单一等缺点。本文提出了复合式输入概念,设计的两种泵均为复合型的蠕动式结构,具有低电压驱动、响应速度快和使用安全等特点,并且可以根据需要,通过调节控制信号来改变不同液体的输出流量和比例。论文首先介绍了蠕动式微泵的国内外研究现状,分析了蠕动泵的各种驱动方式及特点;其次分别给出了差动式及内部驱动式两种蠕动式微泵系统的整体设计方案及微泵的各部分机械结构设计方案,分析了两种蠕动泵的工作原理和过程;第三,根据两种蠕动泵的不同控制思想,论文分别设计了针对两种微泵控制系统的硬件控制电路和软件控制程序;第四,通过对微泵内流场的理论分析,建立了微泵的数学模型,并通过仿真给出了微泵输出流量、压力的分析结果;第五,利用流体动力学软件FLUENT对微泵进行内流场的可视化仿真研究;最后论文给出了两个微泵系统的性能测试实验方案,并通过实验得出了实验结果。通过分析可知,所设计的两个微泵系统的泵送效果令人满意,流量可调节,蠕动Ⅱ型微泵实现了各通道流体输出比例的可调控制,验证了两种蠕动泵结构的可行性和控制的有效性。
【图文】：

系统概念

如强心剂、血管活性药物等，例如，糖尿病人以往都是一次注射较大剂量的胰岛素，这不仅造成浪费，而且药效作用时间也较短。从医学上讲，对于某些疾病而言，往往需要一次性输入两到三种药物，如图1.1所示，而且合理的控制药物的供给时间和供给量能够对疾病的治疗起到至关重要的作用。微泵作为药物输送的载体在这一过程中要根据病情的需要来自主控制药物的配比与输出流量，以达到药物的合理供给，现有的微泵还存在只能完成对单一种类的液体的输送的缺点，，无法满足生物医学及工业控制上对多种不同液体的微量配给和微量输送。因此极需要一种流量能微量控制的持续的滴液装置，这类应用对微泵的发展研究不断提出更高的要求。图1.1复合型微泵系统概念图

原理图,原理图,制动方式,单腔

目前国内外大多数微泵都是单腔或双腔的往复运动式机械泵，对于蠕动泵的研究成果并不多，所谓蠕动式就是模拟一种类似于肠道顺次蠕动输送食物的方式，如图1.2所示。蠕动动作就是利用三个以上蠕动单元的顺次收缩或者膨胀进行液体的泵送，典型的蠕动制动方式为101，100，110，010，011，001，3个连续的数字代表3个阀
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH38

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