行波型压电流体驱动器的研究

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基于逆压电效应高频驱动技术的发展,无阀压电泵已经被深入研究并实现应用。国内外对无阀压电泵的研究已经取得诸多成绩,然而无外置作动器且可实现双向驱动的压电泵方兴未艾。行波型无阀压电泵作为一种被新提出的动力式无阀压电泵结构,利用泵腔边界作为作动元件,在边界上激发固定驻波相叠加,以行波形式驱动流体。这种结构可实现简化结构、双向驱动的功能价值。本文提出了这种优势明显的结构,主要内容概括如下:1.本文创新地提出了这种可无限延长且流量脉动小的无阀压电泵结构,并给出了泵用压电振子的设计思路,阐述了通过在上下边界设置压电振子对激发上下边界分别产生驻波在泵腔内形成沿流道方向的行波型压力流以驱动液体的原理。2.利用有限元分析软件ANSYS对压电振子进行了固有模态仿真。通过分析其固有振型及对应频率,得到了三阶、四阶、五阶可用工作振型,并以最简单的三阶振型为例,进行了完整压电振子的模态分析和谐响应分析,确定了振子在各阶工作模态下的大致频率范围。3.设计并加工了三阶、四阶、五阶行波型无阀压电泵,利用多普勒激光测振系统对通电状态下的压电振子实物进行了扫频和定频实验。4.进行了行波型压电泵实际工作情况下最优工作频率的实验测定,得到了各阶工作模态下的最优泵送性能。进行了最优工作频率下不同工作电压的实验测定,分析出电压在220V-280V泵送性能最佳。结合实验结果,比较了各阶工作方式在最佳工频时的泵送性能,得到四阶工作状态为最佳工作状态,并分析了各阶状态下泵送性能的特征。实验验证了动力式行波型无阀压电泵对一定范围内的大粘度流体具有良好的驱动能力,具有应用前景。5.在分析行波型压电泵工作特性的基础上,构思并设计出两种优化方案,并进行了工作原理说明和理论分析,证明了方案的可行性,为以后的实验研究指明了方向。
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