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双腔并联压电驱动无阀微泵的研究

作　者: 陈怡儒
导　师: 闫卫平
学　校: 大连理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: MEMS 无阀微泵 ANSYS 压电驱动
分类号: TH38
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

微流控系统在航空航天、生物芯片等诸多领域有着广泛的应用,是目前MEMS(微机电系统,Micro-Electro-Machanical System)研究的热点。微泵在微流控系统中驱动液体流动,是微流控系统中的核心部件之一。实现微泵的小型化、集成化,提高微泵的泵送性能,是微流控系统亟待解决的关键问题之一。基于收缩/扩散管的无阀微泵,以具有整流作用的收缩/扩散管代替单向阀,利用流道的不对称性实现流体的定向泵送,具有结构及工艺简单、不易堵塞、对泵送样品无限制等优点,成为现阶段微泵研究的热点。本文分析了大角度收缩/扩散管的流动特性和压电驱动器的工作原理,在此基础上设计并制作了并联式双腔压电微泵。首先,利用ANSYS软件对压电驱动器的振动模式进行了仿真分析,研究了压电振子金属层的半径、厚度对振子谐振频率、中心位移的影响;利用ANSYS FLOTRAN和CFX对微泵内流体流动特性进行了仿真分析,优化了收缩/扩散管的尺寸,得到了不同压强下流体流动的特性参数,如雷诺数、流速、管内压强分布等。利用MEMS技术,在<100>晶向的硅片上腐蚀出收缩/扩散管,在玻璃基片上腐蚀出圆形空腔作为泵腔,并将其与压电振子粘贴在一起,制作出单腔压电无阀微泵和双腔压电无阀微泵。采用涡流位移计测试了不同电压、频率下压电振子的振动特性;搭建了流量测试系统,分别测试了单腔、双腔压电微泵的流动特性,并进行了对比分析。测试结果表明:长度为400μm的收缩/扩散管的大口最佳口径为800μm。单腔微泵的最佳工作频率为2600Hz,最大工作电压为110V,最大流量是115μl/min。双腔微泵的最佳工作频率为2700Hz,最大流量为151.7μl/min,约为单腔泵的1.3倍。

双腔并联压电驱动无阀微泵的研究

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