[发明专利]闭环压电薄膜泵及其流量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微量流体传输与控制领域中的一种微小精密压电泵，尤其涉及一种闭环压电薄膜泵及其流量控制方法。

背景技术

微泵是一种典型的微执行器，它在微流量控制系统中起着微流量泵送过程的动力源的作用，在生物医学、精细化工以及医药研究等领域有着广泛需求。近年来，利用压电元件（压电片或压电叠堆）作为换能器进行流体传输的压电泵，具有结构简单、体积小、重量轻、驱动力大、低泄漏、响应时间短、耗能低、无噪声、无电磁干扰等优点，被广泛用于各种微小流体驱动领域。

压电泵依靠压电振子的变形和有阀泵的进出口阀（或无阀泵的进出口结构）协同工作，带动泵腔容积变化实现流体输送，因此在实际工作中流体粘度及泵体输出端压力变化等都会影响压电膜的变形量，进而影响泵输出流量的准确性。因此，在精密的微量流体传输与控制过程中，需要通过管路外加流量传感器等检测设备进行实时监测，不仅增加了系统的体积和复杂程度，同时也极大地限制了压电泵的应用空间范围。

为此中国专利201110181208.4通过将压电振子分割成两部分，小面积用于做成传感器，大面积用于动力源驱动液体，实现流体驱动和检测的同步。这种方法通过检测压电振子的变形间接获取驱动流量的方法存在如下问题：其一，振子变形过程中阀的泄漏带造成的流量变化无法被检测，其二，压电振子自身安装应力变形会造成检测误差。所以造成这种方法在检测精度和实现上均不是理想。尽管在泵的输出口串联流量检测传感器存在诸多问题，但目前仍是应用的主流。在此之前本人提出集成流量传感器与压电薄膜泵的方法(专利申请号：201210050805.8、201220072514.4)，由于压电薄膜泵工作产生的脉动波没有外部管路的滤波，尽管可以提高泵的精度，但实验证明存在如下问题：其一检测控制算法实现难度大，其二，检测精度受泵的工作状态影响很大。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种闭环压电薄膜泵及其流量控制方法，满足对流体驱动的更高精度的应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种闭环压电薄膜泵及其流量控制方法，其闭环压电薄膜泵无需额外添加流量检测设备、驱动流体精度高、且体积小。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种闭环压电薄膜泵，其包括压电振子、流量传感器、压电泵基体、电路控制模块以及控制流体运动方向的进液阀与出液阀，所述压电泵基体设有管路以及形成于压电泵基体内的泵腔，所述压电振子、进液阀、出液阀均安装于压电泵基体上，所述流量传感器和压电泵基体集成为一整体结构，所述流量传感器设有一个用以接收流体的微通道及一个信号转换模块，所述微通道在出液阀开启时与泵腔连通，所述流量传感器检测流体的体积并将检测结果转化成电信号后反馈给电路控制模块，所述电路控制模块根据反馈的流量信号和目标流量信号比较后控制压电振子的运动变形量，所述微通道和出液阀之间设有流量滤波器，所述流量滤波器控制流体的压力使流体匀速流入流量传感器中。

作为本发明的进一步改进，所述流量滤波器包括若干吸波腔体及对应设于吸波腔体上的吸波薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述吸波腔体和吸波薄膜的数量设为两个或两个以上，所述不同吸波薄膜的厚度不同。

作为本发明的进一步改进，所述压电振子由压电陶瓷薄膜与金属薄膜粘接复合而成。

作为本发明的进一步改进，所述进液阀与出液阀由具有弹性的金属或有机聚合物薄膜制成。

作为本发明的进一步改进，所述电路控制模块包括驱动压电振子运动变形的驱动子模块、比对流量体积的信号分析子模块以及控制压电振子运动变形的控制子模块，所述驱动子模块与控制子模块均与压电振子连接，所述信号分析子模块与信号转换模块连接。

相应地，一种闭环压电薄膜泵的流量控制方法，所述方法包括以下步骤：

S1、根据输送流体的目标流量信号，电路控制模块发出驱动信号，驱使压电振子产生运动变形；

S2、当压电振子在电路控制模块的控制下朝第一方向运动时，泵腔体积变大，泵腔内压力小于外部压力，形成负压，在压差作用下进液阀被打开，出液阀被关闭，流体流入泵腔；

S3、当压电振子在电路控制模块的控制下朝第二方向运动时，泵腔体积变小，泵腔内压力大于外部压力，形成正压，在压差作用下进液阀被关闭，出液阀被打开，流体流出泵腔并进入到流量滤波器中；

S4、流量滤波器控制流体的压力使流体匀速流入流量传感器的微通道中；

S5、流量传感器检测流体的体积并将检测结果转化成电信号后反馈给电路控制模块；