基于二次諧振的壓電泵制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于二次諧振的壓電泵，其包括第一振動(dòng)體、第二振動(dòng)體、泵腔及底座。振動(dòng)管的底端外壁連接壓電元件構(gòu)成第一振動(dòng)體。薄膜、泵腔板、閥板、單向閥和進(jìn)出流口板構(gòu)成泵腔。第一振動(dòng)體底端由底座固定，另一端套接第二振動(dòng)體。第二振動(dòng)體、薄膜和泵腔板依次連接。泵腔板、閥板、進(jìn)出流口板固定連接于底座，閥板上安裝有進(jìn)口單向閥和出口單向閥。采用本發(fā)明專利技術(shù)技術(shù)方案，可有效解決壓電泵中壓電片的高頻特性和單向閥的低頻特性不兼容的問題。且具有可循環(huán)利用的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與可替換的泵腔體，降低成本，防止液體交叉污染。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于二次諧振的壓電泵
本專利技術(shù)屬于精密機(jī)械中流體泵
，具體涉及一種壓電陶瓷泵。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)的有閥式壓電陶瓷容積泵，(如中國(guó)專利CN100392245C、CN102192135B、CN101589233B)利用壓電金屬層合結(jié)構(gòu)的周期性彎曲變形，改變泵腔體積，從而引起泵腔壓力變化，在進(jìn)出口單向閥的配合開閉下實(shí)現(xiàn)液體的定向流動(dòng)。其壓電陶瓷層合結(jié)構(gòu)的諧振頻率一般在幾百赫茲以上才能較好的發(fā)揮壓電陶瓷材料的性能。但是傳統(tǒng)的單向閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性較差，和壓電層合結(jié)構(gòu)配合工作時(shí)存在嚴(yán)重的滯后性，導(dǎo)致有閥式壓電容積泵的最佳工作頻率一般都在200Hz以下，故其效率沒有得到充分發(fā)揮。相比于被動(dòng)式單向閥，雖然使用壓電驅(qū)動(dòng)式主動(dòng)閥，如壓電疊堆式或壓電晶片式主動(dòng)閥(如中國(guó)專利CN201057136Y)，對(duì)提高壓電泵的工作頻率有利，在一定程度上減小了閥的滯后性，但其存在閥口開啟位移較小或輸出力較小而導(dǎo)致流量下降的問題，高頻條件下泵振子與閥振子不易同步，且需要的閥控制系統(tǒng)復(fù)雜，不易于集成化設(shè)計(jì)。減小閥的尺寸有利于其諧振頻率的提高，因此利用MEMS技術(shù)制作的單向微閥具有優(yōu)良的高頻特性(如美國(guó)專利US20090214358A1)，但MEMS制作工藝復(fù)雜，成本較高，不利于推廣。再者，壓電陶瓷層合結(jié)構(gòu)由于閥的滯后性無法工作在共振頻率下，其形變量較小，導(dǎo)致單次抽取液流量較小。而單向閥不可能完全理想化，單向閥處或多或少會(huì)存在液流損失，最終導(dǎo)致泵的抽液效率下降。在液流中含有氣泡或雜質(zhì)的情況下，單次抽液量小較易導(dǎo)致單向閥堵塞，無法正常抽取液體。因此，單向閥的低頻特性和壓電元件的高頻特性之間的矛盾以及增加單次抽液量成為有閥式壓電陶瓷容積泵需要解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一個(gè)目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)還有一個(gè)目的是提出一種基于二次諧振原理的新型壓電陶瓷泵，將采用頻率轉(zhuǎn)換的方式解決有閥壓電容積泵中壓電元件的高頻特性和閥的低頻特性不兼容的問題，具有高頻驅(qū)動(dòng)和單次抽液量大的特點(diǎn)。且具有可循環(huán)利用的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與可替換的泵腔體，可降低成本，防止液體交叉污染。為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本專利技術(shù)的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種基于二次諧振的壓電泵，其包括：底座，由兩半空腔螺接形成一頂端開口的容置空腔；第一振動(dòng)體，容納于所述容置空腔內(nèi)，且所述第一振動(dòng)體底端夾持于所述底座內(nèi)，所述第一振動(dòng)體為一振動(dòng)管，所述振動(dòng)管底端外壁貼設(shè)有壓電元件；第二振動(dòng)體，為一套接于所述振動(dòng)管頂端的振動(dòng)環(huán)，所述第二振動(dòng)體與所述振動(dòng)管接觸面均為光滑面；以及，泵腔，螺接于所述底座頂端，所述泵腔包括鋪設(shè)于所述第二振動(dòng)體頂端的彈性薄膜，以及壓合于所述彈性薄膜上方且依次層合螺接的：中心設(shè)有空腔的泵腔板、設(shè)有進(jìn)口單向閥及出口單向閥的閥板及設(shè)有與所述進(jìn)口單向閥及出口單向閥對(duì)應(yīng)通孔的進(jìn)出流口板，所述空腔、所述進(jìn)口單向閥、所述出口單向閥及所述通孔均貫通連接；其中，受驅(qū)動(dòng)電壓作用，所述壓電元件帶動(dòng)所述振動(dòng)管頂端做擺頭運(yùn)動(dòng)，所述第二振動(dòng)體沿所述振動(dòng)管向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)所述彈性薄膜凸起，所述泵腔內(nèi)形成負(fù)壓，待抽液體由進(jìn)口單向閥流入；驅(qū)動(dòng)電壓反相作用，迫使所述壓電元件快速停止震動(dòng)，所述振動(dòng)管恢復(fù)原位，所述彈性薄膜恢復(fù)平鋪狀，待抽液體由出口單向閥壓出。所述第二振動(dòng)體套接于振動(dòng)管的自由端，第二振動(dòng)體的內(nèi)徑稍大于振動(dòng)管的外徑。第二振動(dòng)體的底部端面稍低于振動(dòng)管的頂部端面。第二振動(dòng)體與振動(dòng)管的接觸部分保證光滑。優(yōu)選的是，其中，所述振動(dòng)管底端外壁貼設(shè)的壓電元件為一個(gè)貼設(shè)于所述振動(dòng)管底端外壁的壓電元件，或?yàn)閮蓚€(gè)相對(duì)地貼設(shè)于所述振動(dòng)管底端外壁的壓電元件，或?yàn)樗膫€(gè)互成90°位置貼設(shè)于所述振動(dòng)管底端外壁的壓電元件。優(yōu)選的是，其中，所述壓電元件為壓電陶瓷片或?yàn)槌练e于所述振動(dòng)管外壁的壓電薄膜。優(yōu)選的是，其中，所述壓電元件與所述振動(dòng)管采用環(huán)氧樹脂膠或?qū)щ娿y膠相粘結(jié)，或所述壓電元件采用壓電陶瓷燒結(jié)工藝固結(jié)在振動(dòng)管外壁上。優(yōu)選的是，其中，所述振動(dòng)管為金屬管或金屬棒。優(yōu)選的是，其中，所述振動(dòng)管外壁貼設(shè)壓電片，形成頻率跟蹤驅(qū)動(dòng)電路。優(yōu)選的是，其中，所述彈性薄膜采用橡膠或乳膠材料。優(yōu)選的是，其中，所述彈性薄膜與所述第二振動(dòng)體間設(shè)耦合器，通過所述耦合器將所述薄膜與所述第二振動(dòng)體連接?？稍黾玉詈掀饔糜谶B接第二振動(dòng)體與薄膜。耦合器可采用z軸向剛度較大且在x-y平面內(nèi)柔性較好的彈簧或者其他連接件。優(yōu)選的是，其中，所述泵腔板、閥板及進(jìn)出流口板采用有機(jī)玻璃、塑料或者金屬材料。優(yōu)選的是，其中，可在所述泵腔板、閥板和進(jìn)出流口板之間添加密封墊或者密封圈防止液體泄漏。本專利技術(shù)至少包括以下有益效果：本專利技術(shù)解決了有閥壓電容積泵中壓電元件較好的高頻特性和單向閥只能工作在低頻的問題；單次液體抽取量大，降低了對(duì)單向閥和待抽液體理想度的要求；泵腔為可替換部件，驅(qū)動(dòng)器為可循環(huán)利用部件，降低成本的同時(shí)可避免液體的交叉污染。在泵腔部位涂上耐腐蝕材料可以抽取腐蝕性液體?？捎迷卺t(yī)療制藥、航空航天等領(lǐng)域。本專利技術(shù)的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本專利技術(shù)的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。附圖說明圖1為本專利技術(shù)所述的基于二次諧振的壓電泵的爆炸圖；圖2為本專利技術(shù)一實(shí)施例所述的基于二次諧振的壓電泵的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專利技術(shù)所述的基于二次諧振的壓電泵的組裝結(jié)構(gòu)圖；圖4為本專利技術(shù)所述的基于二次諧振的壓電泵進(jìn)液狀態(tài)示意圖；圖5為本專利技術(shù)所述的基于二次諧振的壓電泵出液狀態(tài)示意圖；圖6為本專利技術(shù)一實(shí)施方式所述的壓電泵采用四個(gè)壓電片時(shí)壓電元件與振動(dòng)管連接的位置圖；圖7為本專利技術(shù)一實(shí)施方式所述的壓電泵可采用的耦合器結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)說明：1-第一振動(dòng)體；2-第二振動(dòng)體；3-泵腔；4-底座；10-螺釘；12-進(jìn)出流口板；14-閥板；15-單向閥；16-泵腔板；18-薄膜；20-耦合器；24-振動(dòng)管；26-傳感壓電片；28-壓電片；30-底座。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。如圖1所示，一種基于二次諧振的壓電陶瓷泵，包括第一振動(dòng)體1，第二振動(dòng)體2，泵腔3和底座4。所述振動(dòng)管24靠近底端外壁連接壓電元件28構(gòu)成第一振動(dòng)體1。所述泵腔3包括薄膜18、泵腔板16、閥板14、單向閥15和進(jìn)出流口板12。第一振動(dòng)體底端由底座30夾持，另一端套接第二振動(dòng)體2。第二振動(dòng)體2、薄膜18和泵腔板16依次連接。泵腔板16、閥板14、進(jìn)出流口板12固定連接于底座30，如圖3所示。閥板上安裝有進(jìn)口單向閥15b和出口單向閥15a。底座的兩個(gè)部分30a,30b通過螺釘10固定連接。如圖2所示，可增加耦合器20用于連接第二振動(dòng)體2與薄膜18。同時(shí)可在振動(dòng)管24上粘結(jié)用于傳感振動(dòng)的壓電片26，以利于構(gòu)成頻率跟蹤驅(qū)動(dòng)電路。耦合器可采用z軸向剛度較大且在x-y平面內(nèi)柔性較好的彈簧或者其他連接件，如圖7所示?？稍诒们话?、閥板和進(jìn)出流口板之間添加密封墊或者密封圈防止液體泄漏。所述第二振動(dòng)體2套接于振動(dòng)管24的自由端，第二振動(dòng)體2的內(nèi)徑稍大于振動(dòng)管24的外徑。第二振動(dòng)體2的底部端面稍低于振動(dòng)管24的頂部端面。第二振動(dòng)體2與振動(dòng)管24的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于二次諧振的壓電泵，其特征在于，包括：底座，由兩半空腔螺接形成一頂端開口的容置空腔；第一振動(dòng)體，容納于所述容置空腔內(nèi)，且所述第一振動(dòng)體底端夾持于所述底座內(nèi)，所述第一振動(dòng)體為一振動(dòng)管，所述振動(dòng)管底端外壁貼設(shè)有壓電元件；第二振動(dòng)體，為一套接于所述振動(dòng)管頂端的振動(dòng)環(huán)，所述第二振動(dòng)體與所述振動(dòng)管接觸面均為光滑面；以及，泵腔，螺接于所述底座頂端，所述泵腔包括鋪設(shè)于所述第二振動(dòng)體頂端的彈性薄膜，以及壓合于所述彈性薄膜上方且依次層合螺接的：中心設(shè)有空腔的泵腔板、設(shè)有進(jìn)口單向閥及出口單向閥的閥板及設(shè)有與所述進(jìn)口單向閥及出口單向閥對(duì)應(yīng)通孔的進(jìn)出流口板，所述空腔、所述進(jìn)口單向閥、所述出口單向閥及所述通孔均貫通連接；其中，受驅(qū)動(dòng)電壓作用，所述壓電元件帶動(dòng)所述振動(dòng)管頂端做擺頭運(yùn)動(dòng)，所述第二振動(dòng)體沿所述振動(dòng)管向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)所述彈性薄膜凸起，所述泵腔內(nèi)形成負(fù)壓，待抽液體由進(jìn)口單向閥流入；驅(qū)動(dòng)電壓反相作用，迫使所述壓電元件快速停止震動(dòng)，所述振動(dòng)管恢復(fù)原位，所述彈性薄膜恢復(fù)平鋪狀，待抽液體由出口單向閥壓出。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于二次諧振的壓電泵，其特征在于，包括：底座，由兩半空腔螺接形成一頂端開口的容置空腔；第一振動(dòng)體，容納于所述容置空腔內(nèi)，且所述第一振動(dòng)體底端夾持于所述底座內(nèi)，所述第一振動(dòng)體為一振動(dòng)管，所述振動(dòng)管底端外壁貼設(shè)有壓電元件；第二振動(dòng)體，為一套接于所述振動(dòng)管頂端的振動(dòng)環(huán)，所述第二振動(dòng)體與所述振動(dòng)管接觸面均為光滑面；以及，泵腔，螺接于所述底座頂端，所述泵腔包括鋪設(shè)于所述第二振動(dòng)體頂端的彈性薄膜，以及壓合于所述彈性薄膜上方且依次層合螺接的：中心設(shè)有空腔的泵腔板、設(shè)有進(jìn)口單向閥及出口單向閥的閥板及設(shè)有與所述進(jìn)口單向閥及出口單向閥對(duì)應(yīng)通孔的進(jìn)出流口板，所述空腔、所述進(jìn)口單向閥、所述出口單向閥及所述通孔均貫通連接；其中，所述彈性薄膜與所述第二振動(dòng)體間設(shè)耦合器，通過所述耦合器將所述薄膜與所述第二振動(dòng)體連接；受驅(qū)動(dòng)電壓作用，所述壓電元件帶動(dòng)所述振動(dòng)管頂端做擺頭運(yùn)動(dòng)，所述第二振動(dòng)體沿所述振動(dòng)管向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)所述彈性薄膜凸起，所述泵腔內(nèi)形成負(fù)壓，待抽液體由進(jìn)口單向閥流入；驅(qū)動(dòng)電壓反相作用，迫使所述壓電元件快速停止震動(dòng)，所述振動(dòng)管恢復(fù)原位，所述彈性薄膜恢復(fù)平鋪狀，待抽液體由出口單向閥壓出。2.如權(quán)利要求1所述的基于...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬玉婷，陳忠祥，吳云良，裴智果，王策，武曉東，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32