介电弹性材料驱动的大流量无阀微泵研究

在对基于介电弹性材料的无阀微泵流量分析基础上,从增加流量的角度出发,分析了结构参数对流量的影响规律,并对微泵泵膜预拉伸率及封装材料对微泵流量的影响进行了实验研究。实验结果表明,采用参数优选后的无阀微泵结构可使微泵的流量大幅度增加,可达到500的流量。该类型无阀微泵在生物医学等微流体系统中的应用具有广泛的前景。     

热驱动力微型泵的实验研究

本文对热驱动微型泵在空载和有负载情况下的性能进行了实验研究。空载情况下,在所测频率范围内,膜片的振幅随频率减小,但泵腔的体积变化率随频率基本不变;随着加热功率的增加,膜片平衡位置逐渐远离其静止位置,当功率足够大时,膜片平衡位置的变化减缓,振幅变化也将减缓。实验测定了有负载情况下泵的频率特性溶解的东对应于最大流量的频率为３１Ｈｚ;实测了流量随加热功率的变化,当功率较小时,流量缓慢变化,当功率较大时,     

基于MEMS工艺的电磁驱动无阀微泵

基于实现主动微流体芯片的目的,提出了一种非闭合磁路型电磁驱动无阀微泵.微型电磁驱动器采用硅深刻蚀和微电铸工艺制作在硅基体上,微泵泵体的收缩/扩张单元采用微机械工艺制作,采用两步注塑工艺加工磁性PDMS(polymethylsiloxane)振动膜.电磁微泵样机的实验结果显示:该微泵的工作性能稳定,整机具有较高的体积功能比,样机尺寸32mm×28mm×10mm,在0.6A电流输入,工作频率为13Hz时,流量可达180μl/min,零流量下的最大背压达2.75mbar.     

热驱动微型泵的实验研究

本文对热驱动微型泵在空载和有负载 (即泵送液体 )情况下的性能进行了实验研究。空载情况下 ,在所测频率范围内 ,膜片的振幅随频率减小 ,但泵腔的体积变化率随频率基本不变 ;随着加热功率的增加 ,膜片平衡位置逐渐远离其静止位置 ,当功率足够大时,膜片平衡位置的变化将减缓 ,振幅变化也将减缓。实验测定了有负载情况下泵的频率特性,对应于最大流量的频率为3Hz ;实测了流量随加热功率的变化 ,当功率较小时 ,流量缓慢变化 ,当功率较大时 ,流量迅速增大。     

一种用于FIA系统的微型泵

介绍了一种FIA（Flow Injection Analysis－流动注入分析）系统中的部件－微型振膜泵。该微型泵体采用无阀式的扩散管／喷嘴结构,由电磁－机械方式驱动振膜的振动,用干电池作电源。实验数据表明,该泵可在0－1．5ml/min（液体）流量范围内工作稳定,并具有结构简单、流量易于控制以及利于批量生产成本低廉等优点,有很好的应用前景。     

微型溅射离子泵性能测试

本文介绍了小抽速微型溅射离子泵的性能测试系统和参考机械行业标准确定的测试方法,探讨了测量结果误差来源.实验测试了微型溅射离子泵的各项性能指标,为进一步研制提供了依据.     

一种新型无阀微泵的研究

研究了一种适用于微流体系统的新型无阀微泵.以单晶硅片为材料并采用微机电系统(MEMS)技术制备微泵的泵腔以及扩散口和喷口,选用弹性模量较小的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜,利用扁平振动马达作为驱动部件,研制出一个尺寸为12 mm×12 mm× 6 mm的无阀微泵.分别对微泵的振动频率和输出流量进行了测试,结果显示:...     

微型泵配发管

美国Zeller制盖公司首次推出一种新颖的微型泵结构的配发管,称之为“ZELTUBE”,已正式用于洗液、冷霜、牙膏等商业用途。这种配发管包括八个部分构成,即(1)基底、(2)棘爪,(3)金属弹簧、(4)管身、(5)活塞、(6)管肩,(7)管嘴、(8)螺旋盖(见右图)。新容器主要有二大优点,首先是操作方便,其次是定     

无菌精密灌装的氧化锆陶瓷无阀泵设计及特性分析

目的针对传统柱塞泵结构复杂、灌装稳定性较差,已经无法满足高温、耐腐蚀的高端无菌精密灌装需求,提出利用氧化锆陶瓷的高强度、高硬度、抗刮耐磨性、耐腐蚀性等特性,研究出高精密、高洁净度的陶瓷无阀泵。方法通过改变传统的柱塞模式,全新设计一种无阀结构,使陶瓷柱塞能在陶瓷缸筒内同时实现周向旋转和轴向运动,获得液体压力差。建立压力和流量的关系模型,提出无阀旋转泵流量控制和精度微调等的实现方法。分析研磨杆制造缸筒的加工工艺,保障高装配精度的工艺方法。结果当灌装范围为6 mL/r时,最高达灌装精度达0.42%,获得了高性能的氧化锆陶瓷无阀泵。结论研制的无阀泵灌装具有范围大、灌装精度高等特点,适用于耐高温、耐腐蚀的高端无菌精密灌装行业。     

利用压电驱动的半球缺群无阀泵试验及其混合泵送性能分析

为满足微流量、小流量压电液体混合与输送方面的要求,提出了一种集流体混合与泵送为一体的半球缺群无阀泵,该泵利用半球缺的圆面与球面对流体的阻力不等,配合压电振子的往复振动实现对流体的泵送;同时,利用半球缺群对流体的遮挡、干扰效应产生的湍流和旋涡实现对流体的高效混合。在解析泵的工作原理、振子振动特性、泵理论流量基础上,进行了流量与电压、频率及行数、列数变化的半球缺群的关系试验,获得了泵系统的低频谐振频率为6Hz,并在电压及频率为160V、6Hz时,半球缺群4×3得到了53.2mL/min的泵流量,电压及频率为180V、6Hz时,半球缺群3×3得到了59.4mL/min的泵流量;对半球缺群行数、列数及间距变化对混合效果的影响进行了仿真研究和试验验证,得到了增加行数、列数及间距均能提高不同液体间混合效果的结论,试验及仿真分析的结果验证了半球缺群无阀泵能够较好地实现对流体的混合与泵送。     

Fabrication and drive test of piezoelectric PDMS valveless micro pump

Abstract

Poly‐dimethylsiloxane (PDMS) valveless micropumps with single chambers and double chambers, based on a reciprocation principle, are fabricated in this work. A drive test of a piezoelectric valveless PDMS micro pump is conducted and the influence on the flow behavior of water is investigated. Applied voltage and frequency are major factors that affect the flow rate of the micropump. The flow rate of the micropump increases with applied voltage due to the increase of piezoelectric‐disk deflection. The flow rate of the micropump is found to be when the applied voltage frequency matches the first range of the resonant frequency of the PDMS micropump filled with water at 15 to 25 Hz. The maximum flow rate and the backpressure of the micropump are about 10.51 ml/min and 274.5 Pa when applying 120 Volts at 15 Hz. The maximum flow rate of the double chamber micropump at 120 Volts and 15 Hz is 2.74 ml/min which is less than the single chamber pump. When pumping at the second range of the resonant frequency of 860–1230 Hz, the flow rate of the micropump approaches zero because a lot of air bubbles are sucked into the chamber and interfere the flow of water. Experimental measurements of generation of bubbles at a wide span of frequencies that have not previously appeared in the literature are presented and discussed.     

具有“荷叶效应”的硅基仿生表面的制备及其微摩擦性能

用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测了荷叶表面的双微观结构,即特征尺度在10μm左右的微米乳突和直径为50～100 nm的纳米蜡质晶体.提出了制备具有"荷叶效应"的硅基仿生表面的两种方法,一是将表面制有特征尺度为100 nm左右纳米结构的硅片进行硅烷化疏水处理,仅制作了纳米结构,部分模拟了"荷叶效应;"另一种方法是将表面制有特征尺度为10μm左右微米结构的硅片进行烷基烯酮二聚体(AKD)化处理,该方法获得了具有双微观结构的仿生表面,比较完整地模拟了"荷叶效应."微摩擦性能测试结果表明光滑硅片微观摩擦系数为0.08～0.10,而具有120 nm～25μm微结构的硅片微观摩擦系数为0.04～0.07;具有特征尺度为200 nm线条阵列的粗糙区平均黏附力与光滑区平均黏附力之比为0.59.硅基仿生表面有利于降低摩擦系数和减小黏附,"荷叶效应"对于微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)防黏减摩具有一定的潜在应用价值.     

双稳态MEMS电磁微继电器响应速度的分析

本文设计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,并对影响其响应速度的因素进行了分析.测试后,结果表明,器件在运行过程中的脉冲间歇期间能够保持稳定状态而无需额外功耗;并且能够实现通过调节运行幅度,来提高器件的响应速度,最短的响应时间可以达到0.3ms.     

微系统用超声微电机的研究现状和发展趋势

 微电机是微机电系统(MEMS)的核心，超声微电机是一个新的发展方向．这几年发展十分迅速． 首先对比分析超声微电机与电磁型微电机和静电微电机的区别，对国内外现有的几种超声微电机及其发展趋势进行了介绍和分析，指出目前超声微电机发展存在研究定位不明和关键技术尚未完全解决两大问题。并提出了今后超声微电机发展的研究定位和必须解决的一些关键技术，其应用重点是军民两用，特别是军工． 最后，指出市场牵引和工程实现是超声微电机取得突破的关键因素的同时，政府、产业和研究单位各方面的重视和形成合力则是推进我国超声微电机研究和产业化的关键．     

静电致动圆形微泵膜片的变形计算

针对静电驱动微泵（micropump）多能量域系统仿真中存在计算量大的问题,基于弹性力学小挠度变形理论和微机电系统中的静电驱动理论,建立了静电力驱动下圆形微泵膜片（membrane）的变形曲面方程,采用伽辽金加权残值法得到膜片变形和泵腔容积变化的半解析式,结果显示膜片的变形和泵的容积变化与驱动电压的平方成正比．采用本文公式建立微泵系统宏模型（macromodel）或集中参数模型,有助于提高微泵系统仿真的计算效率．     

集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种新型集成光栅干涉微位移测量方法,设计加工了微位移敏感芯片,并进行了初步的性能测试．敏感芯片利用硅-玻璃键合体硅工艺制作而成,在玻璃上制有金属光栅,光栅上方有由铝梁支撑的可动结构．实验系统由敏感芯片、半导体激光器、光电二极管以及相应的驱动、检测电路组成入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动结构与光栅之间的距离变化,通过测量衍射光强的变化可以得到位移．测试实验结果表明,所制作的集成光栅干涉微位移敏感芯片可实现位移检测,最小可检测的位移约0．2nm．     

纤毛式MEMS矢量水声传感器的仿生组装

提出了一种纤毛式微机电系统（MEMS）矢量水声传感器的仿生组装技术.期望结合MEMS工艺和仿生组装工艺技术,解决复杂结构的仿生制造问题.文中简单介绍了仿生学理论以及定向探测机理.采用MEMS基硅微机械加工技术完成了传感器微结构的加工.通过模仿鱼类侧线器官神经丘感觉器的仿生结构,完成了传感器仿生微结构的组装,制作出纤毛式硅微仿生矢量水声传感器的模型样机.最后,完成了传感器的校准测试.测试结果表明,该水声传感器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有“8”字型的指向特性.该水声传感器的声压灵敏度为-197.7 dB（0 dB=1 V/μPa）.     

基于分形小波变换的MEMS动态模糊图像亚像素检测技术

基于机器微视觉的微机电系统（MEMS）动态测试系统,提出了一种分形小波变换亚像素检测技术提取MEMS运动轨迹算法.该算法结合电耦合器件（CCD）成像机理,利用图像的分形参数进行随机分形插值对图像边缘进行重建,通过小波变换实现重建后图像亚像素精度的边缘检测.在连续光照明条件下,对MEMS平面微运动模糊图像进行检测处理,提取和分析了MEMS运动轨迹.将该方法和在频闪条件下测得的MEMS器件的平面微运动幅值的结果进行了比对分析和讨论.由实验结果可以看出,本方法有较高的测量精度,其测量绝对误差小于0.02像素.     

新型推挽激励的谐振式微机械静电场传感器

为了提高传感器的信噪比(signal-to-noise ratio,SNR),降低器件的耦合干扰,基于表面微机械工艺设计制作了一种新型推挽激励方案的谐振式微型静电场传感器.该传感器敏感结构主要包括静电梳齿激励电极、屏蔽电极和感应电极3部分.工作时,在该传感器敏感结构同一侧梳齿的固定端上加入反相相等的激励信号,实现差分激励,使屏蔽电极在谐振频率处振动,从而在感应电极上感应出差分电流信号,通过相关检测方式检测出传感器该输出信号的二次谐波分量,即可获得被测静电场强度大小.该传感器的新型结构设计和激励检测方案可获得最大电场响应灵敏度,并有效抑制了同频耦合串扰和共模噪声.常压室温(约25℃)测试结果表明,在量程(-15 kV/m～15 kV/m)内,只需要5 Vpp激励电压,其中线性度(端基线性度)达到了1.03%,分辨率优于200 V/m.     

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.