一种微型泵的设计

设计了一种可灵活应用于微量分析系统的微型泵,详细分析了其结构和工作原理,说明了主要的制造工艺,并给出了它在精密化学分析中的应用实例,最后总结了它的优缺点。该微型泵采用硅微细加工技术制作,使用了电磁制动无阀式结构的设计方案,并使用双向驱动方式提高效率。该微型泵具有可靠性高、寿命长、体积小、成本低等优点,充分满足了分析系统小型化、利于批量生产和降低成本的要求。     

微型泵半开式离心叶轮的空化性能

为了解空化性能对微型泵运行可靠性的影响,对两个半开式离心叶轮进行了空化实验。两试验叶轮在断面上具有相同的叶片型线,其中一个为二维叶片,另一个为倾斜叶片。为了与实验对比,在每个叶轮最佳效率点附近,基于标准k-ε模型和VOF空化模型进行微型泵内三维紊流计算。研究揭示了所试验的微型泵具有与常规尺寸离心泵相当的空化性能;随着叶尖轴向间隙增大,微型泵的空化性能下降;对半开式叶轮,采用倾斜叶片,既可提高微型泵的水力性能,还能提高其空化性能。研究显示叶轮进口流动均匀是空化性能得到改善的重要原因。     

微型生物碳泵研究进展

人类活动导致大气二氧化碳(CO2)浓度持续升高,加剧了气候变化,引发全球关注.海洋是地球表面最大的活跃碳库,工业革命以来吸收了近1/3人类活动排放的CO2,调控着全球气候变化.海洋吸收和储藏CO2的机制包含物理、化学和生物过程,其中"微型生物碳泵(MCP)"是一种新认识的生物机制,阐述了由微型生物(异养细菌、古菌、病毒...     

吸收式热泵最佳泵热率与泵热系数及传热面积间的关系

考虑工质与热源间的不同传热系数，分别导出第Ⅰ类和第Ⅱ类吸收式热泵的最佳泵热率与泵热系数及总传热面积间的关系，讨论了传热面积的优化问题。所得结果对吸收式热泵的优化设计具有一定的指导意义。     

流体附加阻尼及其对微型泵输出性能的影响

为提高微型泵的输出能力,从理论上分析了流体对薄膜驱动器动态特性的影响规律,建立了流体作用力及附加阻尼的计算模型.通过理论分析,说明减小流体黏度、增加腔体高度和阀孔直径会降低流体附加阻尼和减小流体对驱动器的反作用力,从而可提高泵的最佳工作频率和输出流量.设计制作了压电泵,并进行了试验,以水和空气为介质测试的压电振子的基频分别为49 6 Hz和2 72 kHz,说明流体黏度对薄膜驱动器的基频有很大影响.试验结果表明,流体黏度的增加会降低驱动器的基频,增加阀孔直径可提高泵的输出流量和最佳工作频率.     

Micro-DPIV技术在微型无阀泵瞬变流场检测中的应用

通过添加荧光显微装置,改进照明光源以及示踪粒子的选型等措施解决Micro-DPIV技术的关键问题,针对微流体特征尺度小、精度要求高的特点,讨论了跨帧技术及基于互相关原理的速度矢量识别算法,以微型无阀泵出口锥管内周期瞬变流场为检测目标,通过周期间隔采样技术解决了高频流场的拍摄问题,并获得了1-6 Hz驱动频率下的周期流场分布,通过分析确立了5Hz频率为微泵的最佳工作状态,并对其流场进行了详细描述.     

微型电磁驱动膜片泵理论分析与实验

研究一种新颖的电磁力驱动的膜片泵,它由驱动线圈、嵌有小永磁体的PDMS膜片及阀体构成,具有体积小,制作简单,控制精度高的特点.永磁体在通电线圈产生的磁场中受到电磁力作用,驱动膜片运动,使膜腔产生体积变化引起液体单向流动.重点分析了磁场大小、泵的电磁力大小及在该电磁力作用下膜片的变形量,通过Matlab仿真,分析了电流输入与膜片变形的关系.对电流大小与液体流量、脉冲频率与液体流速进行了实验测试.实验结果显示该泵可在2.5 Hz时实现最小泵送量为2.75 μL/min.     

微型机械研究的现状及展望

微型机械是80年代后期崛起的新兴热点技术。本文从微型机械的历史背景入手阐述了目前微型机械的定义、主要组成部分、主要的工艺方法、国外的研究状况及应用前景,最后介绍微型机械在我国的发展状况。     

基于新型MEMS技术的实时飞行仿真系统微控制器设计与实现

设计开发了一种基于新型MEMS技术的实时飞行仿真系统微控制器．首先设计了用以姿态控制、数据采集、控制律解算及接口通讯的微控制器系统的软件和硬件，在软件设计中采用了模块化思想，大大降低了微控制器软件设计的复杂度，同时给出了该软件的流程图．动静态仿真实验表明，所开发的基于MEMS技术的微控制器可完全满足实时飞行仿真系统对实时性和仿真精度的要求，从而验证了该设计方案的可行性和有效性．     

一种新型双稳态微机电系统电磁微继电器的研制

介绍了一种基于微机电系统(MEMS)技术的新型双稳态电磁微继电器的设计及其制作工艺,并对其主要性能进行了测试.利用换向脉冲电流驱动高效的“三明治”式电磁驱动结构,带动电接触刷的运动来控制外电路的通断;辅助设计的永磁稳定结构使器件在脉冲间歇能够保持稳定状态而无需额外功耗.测试结果表明,这种新型电磁微继电器具有体积小,功耗低,响应速度快,接触电阻小等优点.     

MEMS微型热敏传感器数值模拟

借助计算流体动力学软件Fluent,采用有限体积法、非定常N-S方程、Realizablek-ε湍流模型及无滑移壁面边界条件对微电子机械系统(MEMS)微型热敏传感器进行三维数值模拟.全面地分析了传感器绝缘层材料、空腔内介质材料以及结构尺寸参数对其灵敏度的影响情况,探讨了提高传感器灵敏度的方法.同时,设计了一款高灵敏度的MEMS微型热敏传感器.数值模拟结果发现,采用具有较低热导率的结构材料及工作气体,隔热效果最佳;合理优化传感器尺寸参数有助于获得较高的灵敏度.该结果对微型热敏传感器的优化设计和实际加工、制造提供了依据.     

热汽泡驱动无阀微泵流动特性分析

基于热汽泡生长和冷凝为微泵提供泵送压力源以及扩张管/收缩管流动阻力特性不同而实现差量流动的原理,对不同加热时间比例、驱动频率以及不同扩张角度及功率下热汽泡驱动无阀微泵流动特性进行了研究.蒸发和凝结过程通过流体体积函数(VOF)两相流模型及用户自定义函数(UDF)接口实现.结果表明:相同加热时间比例下,随着驱动频率增加,微泵泵送流量呈先增加后降低趋势;加热时间比例为10％,驱动频率为250 Hz时泵送流量达到最大值5.87 μL/min;在保持微泵扩张管/收缩管长宽比不变的情况下,泵送流量随扩张角也有先增后减的趋势,并在扩张角为14°时泵送流量达到最大,扩张管/收缩管压差也较大;在整个驱动周期内扩张管方向颈部平均流速总是大于收缩管方向颈部平均流速;泵送流量随加热功率增加呈先增加后趋于平缓的趋势.     

基于介质上电润湿原理的微液滴驱动芯片

为了实现对微尺度下流体的精确操控,提出一种基于介质上电润湿(e lectrow etting-on-d ie lectric,EW OD)的新型微液滴驱动芯片。研究了介质上电润湿原理及“三明治”结构驱动机制,并利用流体软件(CFD-ACE )数值模拟液滴在“三明治”结构中的驱动情况;分析了“三明治”结构液滴驱动芯片的工艺,并提出在重掺杂多晶硅电极阵列表面上热氧二氧化硅介质层来制备低驱动电压及高可靠性的新结构驱动芯片;在空气环境下,通过施加45V驱动电压成功实现了对去离子离散液滴的操作和控制。     

MEMS磁场传感器的设计及测试

以U型梁为主要结构设计了一种新型的洛伦兹力驱动的磁场传感器,检测在磁场中作切割磁力线运动的金属线上的感生电压,实现磁场测量.首先介绍了传感器的工作原理,并用振动理论对传感器的受力及响应进行了分析,接着用有限元软件建立结构模型并对其振动模态和频率进行了仿真.该MEMS磁场传感器采用标准的CMOS工艺加上后处理来实现.最后...     

可编程相位光栅的结构设计与制作工艺

可编程相位光栅技术在光通讯领域有较广的应用,也可作为微型光谱仪的新颖色散器件。该文设计了一种基于MEMS的可编程相位光栅,其特征参数可以通过编程控制和改变。通过经典理论建模与分析,设计了可编程相位光栅的结构;并对光栅的光带结构参数进行了优化,从而有利于可编程相位光栅功能的实现,提高了制作的可靠性和成功率;设计了针对可编程相位光栅的表面硅微工艺,并对改善应力、去牺牲层和防粘连等关键问题进行了分析,改进了工艺,成功研制出样品,其结构尺寸约为4mm×6mm,有效工作部分的面积约为4mm×2mm.     

基于自动调焦显微视觉的MEMS运动测量技术

为了对微机电系统(MEMS)的机械动态性能进行测试,结合自动调焦、机器显微视觉和频闪照明成像等多项技术,设计了基于自动调焦显微视觉的MEMS动态测试系统,可进行MEMS平面运动和离面运动的测量。该文介绍了系统的设计组成和关键技术,并针对系统做了验证性实验。实验结果表明,平面亚像素位移算法的匹配精度可达1/50个像素,在系统25倍的放大倍率下,平面刚体运动测量分辨率达到7.2nm×8.3nm;自动调焦过程迅速,焦平面定位精确,离面运动测量分辨率达到0.1μm。     

电磁型双稳态射频开关的微机械结构设计

提出了利用电磁驱动机理优点的双稳态射频微电子机械系统(RF MEMS)开关结构形式．开关的微驱动部分由导磁的悬梁、扭梁和线圈、永磁体组成。由于采用了永磁铁单元，可以实现对开关的双稳态电磁控制，从而降低了开关的功耗。对开关的微机械结构进行力学分析的结果表明，含有加强筋结构的开关模型，在12μN力的作用下，可以使悬梁两端产生20μm的位移，此时系统的固有振动频率约为5．7kHz。     

电测法测量梳齿式微机械加速度计的机械参数

为测量梳齿式微机械加速度计敏感元件的机械参数,提出一种静态电测法。在施力电极上加载直流电压,产生与摆片重力相当的静电引力,根据静电力与重力平衡的关系式,求解出敏感元件的实际机械参数。进行了检测电路的放大性能实验、加速度计重力场静态翻滚实验和摆片的静电吸引实验。实验结果表明,该方法能准确地估算敏感元件的实际机械参数及静态性能。与其他方法相比,静态电测法能较为全面地评估加工工艺对系统性能的影响,不需要特殊的测量环境和仪器设备,能在制造现场使用。