磁力驱动式双腔微泵及其测控系统设计

发布时间：2017-09-04 21:48

  本文关键词：磁力驱动式双腔微泵及其测控系统设计

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【摘要】：微流控芯片将化学分析中的样品提取、分离、分析、处理等过程集成在平方厘米量级的芯片上完成,分析工作的微量化、精细化和自动化,使其在化工、医疗、航天等领域得到广泛应用。在微流控芯片中,微泵作为流体动力来源,其性能直接影响到微流控芯片的工作状况,对微泵的研制已成为微流控芯片领域的重要组成部分。 本文以结构简单、性能稳定的无阀微泵作为研究对象,针对无阀微泵背压能力较弱等问题,设计了磁力驱动式双腔串联无阀微泵。利用ANSYS软件对微泵的整流部件收缩/扩散管进行流体仿真,得到了微泵的结构优化参数,通过对单腔微泵的流体仿真,得到微泵流量与泵腔之间的关系。利用流体仿真得到的结构优化参数,开展了对基于永磁体的串联磁驱动系统的磁场仿真,确定了磁场串扰微小的磁驱动结构参数。采用微机械加工技术制作出不同形状和尺寸的双腔和单腔微泵体,利用PDMS薄膜制作泵膜,采用有机玻璃材料设计并制作出磁力驱动平台,利用小型直流永磁电动机和钕铁硼强力磁铁,构建了基于电机驱动的磁力式双腔串联无阀微泵。设计了以MSP430单片机为核心的微泵测控系统,其中包括电机驱动及控制电路、电机转速检测电路、微泵流量检测电路。 微泵的驱动实验结果表明,随着驱动频率的升高,双腔串联微泵的流量呈现出先递增后递减的变化趋势,驱动频率在20Hz附近处出现流量峰值,微泵的最大流量可达1.5mL/min,微泵的的截止背压为170mmH2O。与单腔微泵相比,双腔串联微泵的流量增大约80%。
【关键词】：无阀微泵 收缩/扩散管 磁力驱动 ANSYS
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38;TN492
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题的提出8
• 1.2 微泵的国内外研究现状8-16
• 1.3 本文的主要工作16-17
• 2 无阀微泵及直流电机工作原理17-27
• 2.1 收缩/扩散管无阀微泵工作原理17-21
• 2.2 直流电机工作原理21-27
• 2.2.1 直流电机结构及工作特性21-24
• 2.2.2 直流电机转速检测及控制原理24-27
• 3 磁力驱动式无阀微泵的设计及制作27-49
• 3.1 微泵结构及驱动方案设计27-28
• 3.2 微泵的有限元仿真及其优化设计28-42
• 3.2.1 微泵的流体仿真及优化设计29-37
• 3.2.2 磁力驱动仿真37-42
• 3.3 微泵制作42-49
• 3.3.1 泵体制作42-44
• 3.3.2 泵膜制作44-45
• 3.3.3 磁驱动系统设计及制作45-47
• 3.3.4 微泵封装47-49
• 4 磁力微泵驱动及测控系统设计49-67
• 4.1 系统硬件电路设计49-58
• 4.1.1 系统整体设计方案49-50
• 4.1.2 电机驱动电路50-51
• 4.1.3 转速检测电路51-54
• 4.1.4 流量检测电路54-56
• 4.1.5 数据输入及显示电路56-57
• 4.1.6 电源电路57-58
• 4.2 系统软件设计58-67
• 4.2.1 程序总流程图58-60
• 4.2.2 PWM信号产生60
• 4.2.3 电动机转速计算60-62
• 4.2.4 微泵流量计算62-64
• 4.2.5 按键识别64-65
• 4.2.6 数据显示65-67
• 5 微泵及其测控系统性能分析67-77
• 5.1 微泵及其测控系统组建67-68
• 5.2 测控系统测试与分析68-71
• 5.2.1 流量传感器的输出特性68-69
• 5.2.2 PWM调速的电动机驱动特性69-71
• 5.3 微泵性能测试与分析71-77
• 5.3.1 微泵结构参数与流量关系71-73
• 5.3.2 微泵驱动频率与流量关系73-75
• 5.3.3 背压与微泵流量关系75-77
• 结论77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 田萃;圆形压电振子与压电叠堆驱动式主动阀压电泵的研究[D];吉林大学;2007年

2 毕明;直流电动机驱动控制器硬件的设计与实现[D];电子科技大学;2007年

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本文编号：794048