一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵的制作方法

本发明属于微机械电子工程领域，具体涉及一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵。

背景技术：

压电泵是一种新型流体传输装置，它具有结构简单、无电磁干扰、易于小型化和微型化等优点口。在一些微小流量流体传输领域，比如医疗、生物、化工等领域，压电泵有着广阔的应用前景。其典型的工作模式为压电振子往复振动引起泵腔容积变化.泵腔内的两个单向阀对应动作形成吸程与排程两个工作阶段。吸程时容积扩张，人口阀开启、出口阀关闭，流体被吸人；排程时容积缩小，出口阀开启、入口阀关闭，流体被泵出；如此循环从而实现持续的单向流动。

柔性压电纤维复合材料作为一种新型压电材料，具有良好的韧性，适用于具有各种表面的被控对象，将其应用到微泵领域，是一种全面的创新。该类型的压电微泵具有结构简单、可控性强、无电磁干扰等优点，而且可以通过改变电压或频率来控制输出流量，因此，其具有相当广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明提供一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵，包括入口管，入口单向阀，泵体，柔性压电纤维复合材料，基板，出口单向阀，出口管。两片呈十字交叉布置的柔性压电纤维复合材料分别粘贴于基板两侧外表面，基板内表面与泵体外表面紧密粘贴，即基板与椭球形泵体表面具有一致的弯曲弧度。

根据上述一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵，其中入口管，出口管采用弹性硅胶材料制成。

根据上述的一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵，其泵体采用弹性硅胶材料制成。在初始状态下，泵体为椭球形。弹性泵体上下两侧各有一个小孔，采用硅橡胶粘合剂将入口管和出口管分别粘贴于弹性泵体两端开孔的外表面，将入口单向阀粘接于泵腔腔体下侧开孔的内表面，即位于腔体内部，出口单向阀粘接于泵腔腔体上侧开孔的外表面，即位于泵体外部。

根据上述的一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵，其特征在于：柔性压电纤维复合材料和基板共同组成柔性压电驱动器。在交变电压的驱动下，泵体两侧的两片柔性压电纤维复合材料同时伸长或缩短，在基板的配合下，柔性压电驱动器产生往复弯曲变形，带动和基板粘接的弹性泵体两侧同时由平衡位置向外侧和向内侧弯曲交替运动，整个腔体体积交替增大和缩小。如此往复运动，实现流体的定向运动。

附图说明

图1是本发明一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵静止时的示意图。

图2是本发明一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵，其玻璃纤维基板静止时的示意图。

图3是弹性硅胶泵体体积变大，流体吸入腔体的示意图。

图4是弹性硅胶泵体体积变大，流体吸入腔体的剖视图。

图5是弹性硅胶泵体体积变小，流体排出腔体的示意图。

图6是弹性硅胶泵体体积变小，流体排出腔体的剖视图。

具体实施方式

参照图1,本发明一种具有弹性泵体的椭球形仿生泵，是由出口管1，出口单向阀2，弹性泵体3，入口管4，入口单向阀5，基板601，柔性压电纤维复合材料602组成,其中:

柔性压电纤维复合材料602，在交变电压的作用下,其运动方式是在材料横向所产生伸缩变形，本装置需左右平动，为达到此目的，在柔性压电纤维复合材料602底部粘贴由环氧树脂和玻璃纤维布制成的玻璃纤维环氧增强复合材料基板601，在玻璃纤维基板601的限制下可以使得整个驱动部分产生往复弯曲变形，柔性压电纤维复合材料602和玻璃纤维基板601共同构成柔性压电驱动器6。

弹性泵体3,出口管1和入口管5均由弹性硅胶材料制成，在初始状态下，弹性泵体3为椭球形。出口单向阀2和入口单向阀5为PET材料。弹性泵体3上下两侧各有一个小孔，采用硅橡胶粘合剂将入口单向阀5粘接于弹性泵体3下开孔的内侧，即位于腔体内部，出口单向阀2粘接于弹性泵体3上开孔的外侧，即位于腔体外部。出口管1和入口管4分别粘于弹性泵体3上下两侧的相应位置。

玻璃纤维基板601呈十字交叉状，即其任意两相邻边夹角90°，玻璃纤维基板601的下表面和弹性泵体3外表面紧密粘合，即玻璃纤维基板601随椭球形弹性泵体3表面具有一定的弯曲弧度。

位于玻璃纤维基板601对称面外侧的两片柔性压电纤维复合材料602呈十字交叉排列，柔性压电纤维复合材料602具有和玻璃纤维基板601一致的弯曲弧度并且和玻璃纤维基板601紧密粘合。

向所述柔性压电纤维复合材料602施加交变电压，在交变电压的作用下，柔性压电纤维复合材料602做缩短和伸长的往复运动。当在玻璃纤维基板601的两个对称外表面粘接的呈十字交叉排列的两片柔性压电纤维复合材料602同时伸长时，由于玻璃纤维基板601的限制，使得两个柔性压电驱动器6同时由平衡位置产生进一步向外弯曲变形，带动和玻璃纤维基板601粘接的弹性泵体3同时向外运动，整个弹性泵体3径向长度变短而横截面面积变大，弹性泵体3由椭球体变为近似球体，泵腔体积增大，位于弹性泵体3上侧外部的出口单向阀2闭合，同时位于弹性泵体3下侧内部的入口单向阀5打开，流体从外部经由入口管4和打开的入口单向阀5流入弹性泵体3的泵腔内部。

当柔性压电纤维复合材料602由伸长状态恢复到平衡状态时，柔性压电驱动器6的弯曲弧度逐渐缩小直至恢复平衡状态,弹性泵体3由近似球体恢复到椭球体。在此过程中，入口单向阀5关闭，出口单向阀2打开，弹性泵体3内的流体由泵腔内经出口单向阀2和出口管1流出，直至平衡状态。此时泵腔内外压力平衡，入口单向阀5和出口单向阀2均关闭。

当柔性压电纤维复合材料602缩短时，由于玻璃纤维基板601的限制，使得两个柔性压电驱动器6同时由平衡位置产生向内的弯曲变形，带动和玻璃纤维基板601粘接的弹性泵体3同时向内运动，整个弹性泵体3径向长度变长而横截面面积变小，椭球形弹性泵体3从视觉上看相对初始状态会变扁，弹性泵体3的泵腔体积缩小，位于弹性泵体3下侧内部的入口单向阀5闭合，同时位于弹性泵体3上侧外部的出口单向阀2打开，流体继续从泵腔内部经由打开的出口单向阀2和出口管1流出。

当柔性压电纤维复合材料602由缩短状态恢复到平衡状态时，由于玻璃纤维基板601的限制，两个压电驱动器6的弯曲弧度逐渐增大直至恢复平衡状态。在此过程中，入口单向阀5打开，出口单向阀2关闭，流体由外部经入口管4和入口单向阀5流入泵腔，直至弹性泵体3的泵腔内外压力达到平衡，此时，入口单向阀5和出口单向阀2均关闭。如此往复运动，实现流体的吸入与排出。