1、PDF外文：http:/ 中文 3750 字 出处： SPIE's 8th Annual International Symposium on Smart Structures and Materials. International Society for Optics and Photonics, 2001: 425-432 压电驱动微型蠕动泵 Bar-Cohen Y, Chang Z 摘要 :越来越多的美国航空航天局的实验，仪器和应用要求是微型泵和低功率消耗。为了解决这个问题的需要，压电驱动泵是正在开发中。该泵采用了一种新的机制取代使用量弯曲行波的这一行为
2、消除了对阀门或运动部件身体的需要。有限元模型，利用ANSYS 来预测为蠕动泵驾驶定子振动模式的共振频率。该模型还允许同时确定的模式是不同的共振频率与相关的形状。这种能力是泵的设计尺寸和几何至关重要。为了预测和优化泵的效率，这是由商会的抽水量确定的，该模型被修改，以进行谐波分析。电流能力允许，作为泵几何，建筑材料和各分庭的卷之间的山峰和山谷的海浪提 供经营模式，如设计参数影响的测定。进行实验使用的是蠕动泵面包板，显示抽水约 3.0毫升 / min 的速度。泵的性能在不断进行修改，以提高性能和效率。 关键词 ：泵，压电驱动，蠕动泵，执行器 1.引言 美国航空航天
3、局的任务要求正在成为大规模，尺寸，功耗和成本方面更严格了越来越多重视对行星仪器和航天器子系统的可靠性。这些制约因素是决定的类型文书，将用于未来的使命，他们影响了水泵，可以要求设备就业。泵被用于多种应用，他们包括热管理，冷却系统，大规模光谱仪，真空控制装置和压缩机。美国航空航天局正日益成为与地球表面的参与采 样任务和现场远程分析哪里有需要，使仪器仪表的液体流动。该需要泵需要运输的液体通过过滤介质，它可能含有细菌和其他微生物，和流离失所量可高达毫升低。 Weissler 和卡尔森， 1979； Lucovsky， 1989与运动部件有密封问题的关
4、键，往往穿比较快速，需要一个相对高功率，表现出了可靠性的一些问题，难以小型化及有限温度性能。一项研究是目前在喷气推进实验室的 NDEAA 技术实验室正在进行压电驱动微型制定泵，可以克服传统的局限机制。微型制定泵正在发展成为一个微型低功率器件。一种新的机制取代使用量弯曲行 波，哪些行为并允许对阀门需要消除或物理移动部分，诱使抽水效果。抽水行动是通过用人的形成多个商会之间的山峰和山谷的行波。为一个压电驱动泵发展的基础被放置在美国航空航天局的任务，题为 ”行星灵巧手 ”，其中压电电机已发达国家作为一个传统的电动机 立和酒吧，科恩， 1997的替代方案。一般来说，压电电动机独特的特点，有吸引力的机器人
5、应用，亨特和， 1991； Hagood 和 McFarland， 1994 包括小型化，低功耗，自保持力和施工简单。随着适当的电子逻辑（温度对压电效应补偿系数），在最近的实验喷气推进实验室已经表 明，这些钼职责范围的工作在 120K 和 16 毫托真空温度有效地与转矩转速性能类似于室温Bar-Cohen， Bao， and Grandia， 1998。超声波马达的特点允许开发 piezopumps不需要阀门，具有低回流和具有高可靠的潜力，因为运动部件的使用。为了最大限度地提高泵的效率，参数化研究（液体和固体力学，热）正在进行中，这项
6、研究的结果将在本手稿审查。 2 行波放大器的驱动原理 在过去的几年里，看见一个涌压电材料使用执行机构，如作为扶轮电机其他驱动机制。超声电机出现在日本的商业产品，如自动对焦相机。这些压电电机提供潜在的优势在该地区的用电效率、输出转矩 /质比率，体积小，价格便宜 Hagood McFarland，1994）。这个技术提供了基础压电泵机制，可以用来转移液体媒体之间。协助了解泵机制，压电电机技术简要回顾了在接下来的段落。 压电电机 的 驱动材料的微观变形放大通过任何一个静态力学或动态 /共振 手段。压电电机有见过商业应用领域，结构紧凑，效率高，需要间歇运动。这些应用
7、包括相机镜头 ， 精工手表电机有限公司， 1992在图 1、压电电机工作原理，显示时，在压电晶体受定子、转子，推动在亲密接触。弯曲波的旅行建立了弹性表面上的定子转子压推动其上使用椭圆粒子的运动。该操作的压电电机取决于摩擦在转子和定子之间的接口。 检测压电电机的操作方针，这是很容易看到多腔的形成之间的 波山脊。 这些商会提供一个平台，为交通俘获气体或液体的方向 波的传播。工作原理是基于我们的piezopump使用这些多室，如图所示图 2中可以看出。 为了说明行动，一个泵站泵可以设计一个基于两个同步了 静作为固定驱动的成分，分别用压 电陶瓷驱动兴奋。
8、波传播同时在界面处、多室形式，充满理想的气体或液体。内形成，关闭，乘一个滚动运动可以被描述为一个压缩的效果。这蠕动同步行动波是联系在一起的任何身体上的可动部分和旅行是一种无阻力波运动。 图 1：压电电机的运行原理。图 2：压电泵的工作原理 每一个移动的开放两静之间的腔室定义尺寸的卧房里。有一个重要的特征是它的微型制定泵 消除需要阀门、滑动密封或其他组件，能引起磨损。泵吸液体或气体沿波方向流动。 多内之间形成的两个驱动，同步匝紧贴着对方如一个严格的密封界面。这些紧密关闭表面流泵泵时是关闭的 。定子模 型，作为依据， 微型制定泵 一直都很成功，取得了良好的协议 是观察之间
9、的模式特点，证实了实验的设定在麻省理工学院的干涉（见 图 3 ）。同时 ，模态分析结果表明 : 一个优秀的协议，该协议共振频 图 3：在对一个由 4个模式压电驱动器（左）和使用干涉实验佐证驱动定子频率响应的理论预测的看法。一个有限元模型，开发利用超声波马达的模拟结果和它的泵，即定子，接口和压电驱动器的关键部件帐户。进行实验证实了该模型的预测。 3 建模系统 建模为一个被置于以及分布式正常和切接口在接触点的压力，造成定子压电力量分布板。为了让分散在正常模式和切向力的考虑，该模型将包括路途上的波动，通过时间和空间外的 90度正交相波方式强迫。在界面上的定子的接触点会被假定为
10、标准。泵的性能预测使用的驱动元件的瞬态和稳态值来计算的抽气效率。所选材料和泵的配置确定其效率和能力，在低环境温度和压力有效，如火星环境。该分析模型中的参数是影响空间环境中的泵操作，并提供在为泵的建设（驱动元件，定子材料，表面涂层等）的关键材料的选择指南。在弯曲行波是诱导压电陶瓷，也就是有效压电已知 高的允许弯曲引起大波振幅系数四维。最初，我们初步建立了集中有限元模型和使用的机制，作为一个抽水弯曲行波压电泵新概念的可行性论证。后来，我们研究了与定子采用不锈钢，铜或铝制造压电泵操作。我们创建了一个有限元模型使用了该金属环的振动模式压电泵共振频率预测 ANSYS分析。第一种模式的特点是金属环的一部分，它给了我们只是一个特定模式的共振频率。我们的实验表明，它是从邻近必须保持模式的共振频率所需的模式了。这项规定使我们修改模型，允许在各种模式的共振频率，同时推导。图 4显示了典型的有限元分析网格。这种能力也是至关重要 的决定和泵的尺寸和几何设计。图 5显示了一个典型的共振频率分析 ANSYS的结果。 图 4:典型的网格有限元分析。 图 5：对一个压电泵环共振频率分析 ANSYS 的结果。 图 6 显示了有限元分析谐波典型的结果。在表 1 谐波使用 ANSYS 分析的结果显
