三腔蠕动式主动阀压电泵设计与实验研究

针对无阀压电泵截止性能和工作输出压力的不足,设计了一种新型三腔蠕动式主动阀压电泵,分析了蠕动式压电泵的工作原理,对蠕动式压电泵的结构进行了研究,建立了压电泵的核心部件——阀的结构模型.采用ANSYS软件对阀的结构参数进行了优化,得到了阀结构优化参数,并制作了压电泵实验样机,对压电泵的流量、背压进行了实验测试.实验结果表明:该主动阀压电泵输出水的最大流量为220mL/min,最大正向背压为15.8kPa,且泵气能力远大于泵水能力,最大泵气量为5142mL/min.该压电泵在医疗器械、液体冷却、生物工程等领域有广阔的应用前景.     

脉动离心隔膜压电泵的原理与试验

针对有阀压电容积泵中压电元件的高频特性和单向阀的低频特性不兼容的问题,提出了脉动离心隔膜压电泵。它利用振动管内的液体在离心力的作用下产生定向流动的特性来驱动泵腔中的隔膜产生形变,从而改变泵腔体积,借助单向阀实现液体的定向输送。首先分析了其工作原理,其次建立了压电泵驱动部分的动力学模型,得出了振动频率、模态振型、离心力和振幅极限的计算表达式。最后制作了原理样机,测量了压电泵的阻抗特性、脉冲特性、流量和压力等性能,验证了理论分析的正确性。实验结果表明:该压电泵可以保持并精确输出液体脉冲,当驱动电压峰峰值为560V、振动频率为183.74Hz、吸液周期为0.4s、排液周期为0.1s,背压为0.3kPa时,去离子水输出流量为6.12mL/min。得到的实验数据证明了脉动离心隔膜压电泵的有效性。     

单振子双腔体压电薄膜泵的研究

利用雕刻技术，以有机玻璃为原材料，加工制作了一种可双向工作的单振子双腔体压电薄膜泵，并对该结构压电泵的工作原理进行了阐述．通过对单振子双腔体压电薄膜泵的输出流量和压力的测试，得出在输入100V正弦交流信号时，它的最佳工作频率为20Hz，输出流量为785mL／min，输出压力为14kPa，表明单振子双腔体压电泵在低频工作时，其输出流量优于单振子单腔体压电泵，而且能够提高机械转化效率，工作过程无脉动现象．     

双腔体四振子压电泵性能研究

本文采用理论分析与实验测试相结合的方式，分析了双腔体四振子压电泵的工作原理，设计了双腔体四振子压电泵结构并加工了实验样机，并对实验样机在不同工作方式下进行了试验测试，最大输出流量可达1500mL／min。     

单振子双腔体压电泵的输出性能实验

以单振子双腔体压电泵的输出压力和输出流量为测试参数，通过实验不仅对单振子双腔体与单振子单腔体压电泵的输出性能进行了对比分析，而且对压电泵结构及参数对输出性能的影响也进行了分析．实验结果表明：在提高驱动电压的前提下，双腔体压电泵的输出流量为单腔体压电泵输出流量的1．82倍，并且输出压力随驱动电压的增高而增高，缓冲腔、进水口以及止回阀等结构对压电泵的输出性能具有不同程度的影响，此结果为优化压电泵的结构设计提供了依据．     

压电驱动型胰岛素泵的研究

针对目前糖尿病治疗用胰岛素泵系统采用电机-机械泵系统的应用现状，提出了采用后推式压电驱动泵来代替电机-机械泵的研究方案．该方案以压电泵为流体动力源，利用压电泵驱动注射器实现药液的微量输出，工作中压电泵中的工作介质不直接接触药液，因此不会产生二次污染．对设计研制的试验装置进行了初步试验研究，试验测试结果表明，在工作频率150Hz时，该泵的输出流量达25μL，同时在出口压力超过输液泵输出压力时，不产生液体倒流现象．     

Y型双入-双出水流道无阀压电泵研究

 针对Y 型单入-单出水流道无阀压电泵的输送流量较小, 设计了一种Y 型双入-双出水流道无阀压电泵结构。根据压电振子的结构尺寸、坐标及力学模型, 对压电振子中心振幅与理论容积变化量进行分析。对Y 型双入-双出水流道无阀压电泵流量进行理论计算。对两种压电泵进行流阻和流量的对比实验。结果表明:Y 型双入-双出水流道无阀压电泵效率及流量均大于Y 型单入-单出水流道无阀压电泵, 实验结果与理论分析基本一致。     

一种内贴片式压电泵的结构设计与理论分析

针对无阀压电泵的输出压力小的问题,提出了一种内贴片式无阀压电泵.压电泵采用螺纹配合结构,由压电振子和螺杆组成,其中压电振予包括金属基体和压电陶瓷片.压电振子通过交流电信号形成旋转弯曲运动,与外部衬套配合形成可移动空腔运输液体.首先进行了模态理论分析,构建了水环境下的流固耦合运动方程.接着利用有限元软件对压电振子进行了模态分析.结合频率一致性和相邻干扰模态设计要求,对压电振子的结构参数进行优选.对压电振子的湿模态进行了仿真分析.结果 表明:与空气条件下相比,水环境下的振动频率较低,下降了343.7 Hz和326.4 Hz,并且频率一致性更差,这为后续压电泵研究分析打下了基础.     

基于电渗驱动的聚二甲基硅氧烷薄膜微泵

设计了一种电渗驱动聚二甲基硅氧烷(polydimethyl siloxane,PDMS)薄膜式微泵,建立了该泵在理想情况下的数学模型。在实验室中设计并制作了样机,并在输入电压30 V、输入频率1.4 Hz时,得到最大的输出流量为133 μL/min(选用纯净水为测试液体)。为得到高性能的输出,通过实验找到一个占空比为30%的控制信号。通过一系列系统实验进一步验证:电渗驱动PDMS薄膜式微泵性能稳定、输出流量易于精确控制、不受输送药剂特性限制,适用于生化分析领域。     

无阀压电泵噪声分析与探讨

通过对无阀压电泵样机的实验,发现噪声是阻碍压电泵广泛应用原因之一。在此基础上,不仅对压电振子、腔体中流体、驱动电压波形以及驱动电压、频率等因素产生噪声的原因进行了分析,而且提出降低无阀压电泵噪声的措施。     

超声压电马达用驱动电路的设计

设计一种适应性较广低成本的压电马达驱动电路,通过实验设计并制作出频率可调式小型化压电马达驱动控制电路,能够输出两双路电信号(相位差为90°)。驱动控制行波型压电马达,输出频率范围在0-58kHz,输出电压可以通过改变变压器的匝数比进行调节(100-200V)。通过实验证实了这种驱动电路能够满足压电马达驱动的要求。     

基于DC-DC升压和LC振荡的叠层压电陶瓷驱动电源研究

根据叠层压电陶瓷的大容性负载特性,在电路分析的基础上提出了基于DC-DC升压变换器和LC振荡的驱动控制电源,在驱动电路中加入偏置电压,使输出电压在-20 V到100 V之间,满足叠层压电陶瓷的驱动要求.将此驱动器用于压电直线电机,电机运转平稳,电路功耗小,通过匹配不同的电感实现了宽频率范围驱动.     

数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制

提出数字孪生驱动下永磁同步电机（PMSM）滑模变结构一体化解耦控制方法,改善永磁同步电机控制能力。构建基于数字孪生技术的永磁同步电机控制结构,通过设备层采集实际永磁同步电机运行数据及环境数据,作为数字孪生驱动数据来源,孪生建模层依据获取永磁同步电机数据,构建永磁同步电机的数字孪生驱动模型以及虚拟场景,经虚拟模型与虚拟场景耦合后,在虚拟场景中还原永磁同步电机运行状态;在孪生控制层中设计精确线性化解耦控制方法,并构建速度、电流一体化滑膜解耦控制器,在虚拟环境中通过解决永磁同步电机速度与电流之间的非线性耦合问题,完成实体电机解耦控制;同时数字孪生控制结构各层之间通过孪生数据传输实现数据交换与指令下发,实现有效的电机控制。经实验验证：经该方法控制后,永磁同步电机可在负载突加与突卸状态下保持平稳的电流与转矩,同时还可以迅速调整电机转速,使电机保持在理想状态下运行。     

高频热声制冷机中的压电驱动器

为了研究压电驱动器与热声谐振腔间的耦合特性,建立了压电驱动系统的网络模拟模型。根据压电片的简支和固定两种边界条件,对压电驱动器及(热)声谐振腔声负荷系统的频率和电压特性进行了模拟计算。研究结果显示在高频时系统元件间的耦合特性较低频时好,具有简支边界的压电片产生的声压级比固定边界的要大得多,声压级随输入电压的变化特性计算与实验是相一致的。该模型可用于热声制冷机中压电驱动系统的特性分析。     

基于PVDF压电片发电的特性研究

研究了高分子聚合物聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)压电片发电的特性.从理论上分析了利用压电片振动发电的机理,推导得出压电片振动产生的电功率与振动频率及外接电阻的关系,即在一定频率下,当外接电阻为某一值时输出功率达到最大,并通过实验进行了验证.结果表明,外接电阻值在一定范围内,压电片的串、并联都可以提高输出电压;在安装受限无法实现自由振动的情况下,压电片在非自由振动条件下预变形,也有利于提高输出电压.     

基于外磁场耦合的血泵驱动系统

基于横向旋转磁场的耦合原理,提出轴流式血泵外磁场驱动系统方案,设计一种泵机分离的结构。采用等效电流法建立了永磁体等效物理模型,计算血泵驱动系统的主动轮和从动轮之间的距离、相对转角以及磁极对数对血泵传动扭矩的影响。研究结果表明：在生理范围内,即主动轮与从动轮的安装距离小于60mm,设计的永磁体输出的扭矩大于血泵需要的扭矩（6.4N-mm）,能够满足血泵的驱动要求。主动轮与从动轮的磁极对数是影响血泵系统性能的关键参数,主动轮与从动轮磁极对数越少,传动扭矩越大,但是扭矩波动也大;主动轮的磁极对数大于从动轮的磁极对数,驱动系统传动平稳,对控制有利。     

压电换能器功率输出自动调节特征研究

为了研究换能器的工作安全性能、提高换能器的系统效率,根据压电换能器的工作原理,利用等效电路方法,分析了压电换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性,得出了在并联谐振频率附近的功率输出自动调节规律,应用该规律探讨了功率输出自动调节的频率范围,并对超声清洗换能器在不同负载时的功率输出进行了实验。结果表明:换能器在并联谐振频率附近工作时具有较好的功率输出自动调节功能,对提高换能器的系统效率有一定指导意义。     

关于送水泵站选用调速水泵的分析

本文分析了定速泵与调速泵并联运行的工况特点,论述了送水泵站是否选用调速与定速泵并联运行的理论依据,根据不同流量变化情况确定了调速泵的最佳选用台数。